Диссертация (1143140), страница 12

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 12)

Наиболее перспективнымспособом в литературе отмечается акустооптический [118], который перед электрооптическимобладает следующими преимуществами: более высокой контрастностью, определяемойотношением максимальной дифрагированной световой мощности к минимальной, а такжеменьшей управляющей мощностью и низковольтным входом, что позволяет использоватьдрайверы акустооптических модуляторов на транзисторах и микросхемах. Акустооптическиеприборы обладают простой оптической схемой, в которой отсутствуют склейки элементов, ивысокой температурной стабильностью модуляционной характеристики.50Поглотительакустической волныИсточникоптическогоизлучения (лазер)Приемноеустройство1-ый порядокРадиочастотныйгенераторвозбужденияакустическихволнФормировательрадиоимпульсовθB0-ой порядокШирокополосныйусилительмощностиСогласующий слойНижний электродПьезопреобразовательВерхний электродСогласующая цепьППУДрайвер акустооптического модулятораИсточникцифровыхданныхРис.

1-8. Структурная схема приемно-передающего устройстваакустооптического модулятора.На рис. 1-8 приведена структурная схема ППУ акустооптического модулятора.Непрерывныйсигналрадиочастотногогенераторапрерываетсявформирователерадиоимпульсов в соответствии с цифровым потоком данных, усиливается широкополоснымусилителем мощности до уровня, необходимого для формирования акустических волн вакустооптической ячейке, проходит через согласующую цепь и поступает на электродыпьезопреобразователя. Оптическое излучение дифрагирует на акустических волнах иотражается на приемное устройство.

В зависимости от назначения системы, приемнымустройством может быть позиционно-чувствительное фотоприемное устройство, торецволокна, наконец, просто экран.Работа акустооптических приборов основана на явлении дифракции светового пучка нафазовой решетке, образуемой в акустооптической среде (монокристалле, стекле, жидкости)при распространении в ней акустической волны. Изменяя частоту или интенсивность (или ичастоту, и интенсивность) акустических волн, можно управлять пространственнымположением, поляризацией, интенсивностью и спектральным составом дифрагировавшегосветового пучка и, тем самым, обеспечивать двунаправленное соединение входных ивыходных волоконных световодов для одной или нескольких спектральных составляющихоптического сигнала. Из двух режимов дифракции света - режима Рамана-Ната и режимаБрэгга - наибольшей интерес для создания оптических коммутаторов представляет второйрежим, так как он позволяет отклонить весь оптический пучок в один дифракционныйпорядок. Для того, чтобы это произошло, необходимо выполнить два условия [119]:Q2 L 1 ;2sin QБ 2, где L – длина акустического столба в направлениираспространения света,  - длина волны света в среде,  - длина акустической волны, QБ – уголпаденияоптическогопучканаакустическийстолб(уголмеждунаправлениемраспространения света и нормалью к акустической волне).

При выполнении этих условийинтенсивность дифрагированного света определяется соотношением51I1  I 0 sin 2  0 cos QБPa LM 2 2H(1.21)где I1 и I0 – интенсивность падающего и дифрагированного пучков соответственно; 0 – длинаволны света в вакууме; Н – высота акустического столба; Ра – плотность мощностиакустической волны; M 2 n6 p 2- фактор акустооптической добротности; n – показательv 3преломления среды; p – эффективная фотоупругая постоянная;  - плотность среды; v –скорость акустических волн.Эффективность электромеханического преобразования энергии определяется условиямисогласования источника высокочастотного электрического сигнала и пьезопреобразователя.Методика расчета согласующих цепей для пьезопреобразователей основана на теориипостроения согласующей цепи с помощью ограничений на коэффициент отражения дляпассивных электрических цепей с сосредоточенными параметрами [119].

Наиболее частоупотребляются следующие варианты конструкции пьезопреобразователя [119]: пьезопластинабез тыльной нагрузки и согласующего слоя (вариант 1) и пьезопластина без тыльной нагрузкис одним согласующим слоем (вариант 2). Приводимые в литературе [118,119] методикирасчета применимы для согласующих цепей, когда входное сопротивление преобразователя врабочей полосе частот можно представить эквивалентными схемами, изображенными на рис.1-9 а) и б).Рис.

1-9. Эквивалентные схемы согласующих цепейПараметрывыражениямиR0 эквивалентных[119]:Вариантz зв2Sf a; Ccb ; fa 28 zn f a C0 kvзвВариант 2: C0  Ccb 1  k 2 ; R0 схемC0  Ccb 1  k 2 ;1:fp1преобразователя4k2; fp 2LfН fB ;  определяются1;232 f a C0 k 2R0.2L f В  f Н Cследующими8k 2C0;4k 2 2 1  2  (1.22)zc21; , где fН , fВ – нижняя и28 zn z зв f a C0 kR0C0 2  f В  f Н верхняя граничные частоты полосы пропускания, Zс, Zзв, Zп – удельные акустическиесопротивленияматериаловсоответственносогласующегослоя,звукопроводаи52пьезопластины, S – площадь пьезопластины, Ссв - емкость свободной пьезопластины (емкостьпреобразователя, измеренная на низких частотах), fр и fа - резонансная и антирезонанснаячастоты пьезопластины,  - диэлектрическая проницаемость материала пьезопреобразователя,k – коэффициентэлектромеханическойсвязи.Задаваясьпредельнымпараметромнеравномерности АЧХ акустооптического модулятора и полосой пропускания, определяютсяэлементы чебышевских согласующих цепей по номограммам, приведенным, например, в[119].Драйвер акустооптического модулятора, в состав которого входят генератор,формирователь радиоимпульсов, широкополосный усилитель мощности и согласующая цепь,во многом определяет параметры всего акустооптического модулятора.

Улучшениехарактеристик элементов драйвера при определенных условиях приводит к улучшениюпараметров всей оптико-электронной системы оптических коммутационных приборов.Существующиеакустооптическихметодикиприбороврасчетасогласующихпозволяютцепейкомпенсироватьпьезопреобразователейвходнуюреактивностьпьезопреобразователей в широком диапазоне частот.

Для акустооптических модуляторов,работа которых осуществляется на одной фиксированной частоте, сопротивлениепьезопреобразователя трансформируется в чисто активную величину.Однако, несмотря на то, что согласующие цепи определяют возможность работыусилителя мощности на активную низкоомную нагрузку, внедрение ППУ акустооптическихсистемсдерживаетсяотсутствиемэнергоэффективныхвысокочастотныхусилителеймощности и формирователей радиоимпульсов, пригодных для изготовления в видемикросборок.Решению поставленных вопросов посвящен параграф 7.4 Главы 7 диссертации.1.8 Выводы и постановка задачиАнализ литературных данных показывает актуальность разработки методик расчета ипроектирования ППУ оптико-электронных систем: фотоприемных устройств ВОСПИ ирегистрации оптического излучения, сверхчувствительных газоанализаторов, рентгеноабсорбционных сепараторов, селективных трактов с использованием акустоэлектронныхприборов на поверхностных акустических волнах (ПАВ), телевизионных волоконнооптических модемов.

Основные трудности разработки методик расчета и проектированияППУ связаны с необходимостью удовлетворения предельно высокому уровню требований,выдвигаемых новыми технологиями к ППУ.Отсюда вытекают цель и основные задачи диссертационной работы, посвященнойразработке и внедрению ППУ оптико-электронных систем.53Цель исследования: Комплексный подход к построению и реализации узловуправления, регистрации и обработки информации в оптико-электронных системах широкогоназначения на основе общей идеологии проектирования радиотехнических приемнопреобразующих устройств этих систем.Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:1.Разработка методик расчета чувствительности к световому потоку фотоприемныхустройств оптико-электронных систем методом эквивалентных шумовых схем.2.Совершенствование методик расчета чувствительности фотоприемных устройств снакоплением сигнала (интеграторов фототока).3.Разработка методики расчета рассеяния электромагнитных волн оптического диапазонааэрозольнымичастицамиивоздухомвППУоптико-электроннойсистемыгазоанализатора на методе МоЯК.4.Разработка и совершенствование устройств управления, регистрации и обработкиинформации приемно-преобразующих устройств с накоплением сигнала (интеграторовфототока).5.Разработка методики расчета коэффициента шума и оптимизации параметров с цельюминимизации коэффициента шума приемно-преобразующих устройств с использованиемприборов на поверхностных акустических волнах с учетом шумов пьезоплаты ипротивошумовых коррекций.6.Разработка методики расчета прохождения электромагнитных волн рентгеновскогодиапазона через среды на основе аппроксимации энергетической зависимости массовыхкоэффициентов ослабления.7.Разработка схемотехнических решений и рекомендаций по построению ППУ:1) ВОСПИ,2) волоконно-оптических телевизионных модемов, 3) газоанализаторов на методепроявления МоЯК, 4) рентгено-абсорбционных сепараторов, 5) систем синхронизацииисточников ударных волн в сейсморазведке, 6) акустооптических модуляторов.8.Внедрение разработанных устройств в промышленно эксплуатируемые системы.54Глава 2.

Радиотехнические приемно-преобразующие устройства волоконно-оптическихсистем передачи информацииВГлаве2обосновываетсяпредложеннаявдиссертацииметодикарасчетачувствительности (спектральной в разделе 2.1 и интегральной в разделе 2.2) фотоприёмныхустройств ППУ ВОСПИ. Фотоприёмное устройство, входящее в состав ППУ, в волоконнооптических линиях связи должно обладать рядом повышенных технических характеристик:широким динамическим диапазоном, оптимальной амплитудно-частотной характеристикой,малым энергопотреблением, технологичностью при серийном производстве и т.д. Основнойхарактеристикой является чувствительность, так как именно она непосредственно влияет надальность передачи информации в системе связи при заданной мощности оптическогоизлучения в передатчике. Фундаментальное ограничение на чувствительность ФПУнакладывают внутренние шумы входящих в его состав элементов.2.1.

Характеристики

Список файлов диссертации