Электрооптический анализатор спектра

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Пилипович Владимир Антонович Есман Александр Константинович Гончаренко Игорь Андреевич Кулешов Владимир Константинович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси(57) Электрооптический анализатор спектра, содержащий оптически последовательно связанные лазер, диспергирующий элемент, электрооптический модулятор, согласующий элемент, коллимирующую линзу, цилиндрическую линзу, эталон Фабри-Перо, объектив и видеокамеру, которая электрически соединена с первой и второй линейками фотоприемников, которые через первое и второе зеркала соответственно связаны с объективом, отличающийся тем, что содержит электрически последовательно связанные аналоговое запоминающее устройство, блок дифференциальных усилителей, выполненный с возможностью получения текущих разностных сигналов фотоприемников линеек и видеокамеры,на которые попадают исследуемые спектральные линии, в реальном масштабе времени,аналого-цифровой преобразователь, цифровое запоминающее устройство и устройство обработки данных, которое подключено к диспергирующему элементу, аналого-цифровому преобразователю, аналоговому запоминающему устройству и видеокамере, при этом электрические выходы первой и второй линеек фотоприемников и видеокамеры соединены с аналоговым запоминающим устройством и блоком дифференциальных усилителей. 10278 1 2008.02.28 Изобретение относится к области оптических методов обработки сигналов и может быть использовано для измерения спектральных составляющих радио- и микроволновых сигналов. Наиболее близким по технической сущности является электрооптический анализатор спектра, содержащий оптически последовательно связанные лазер, диспергирующий элемент,электрооптический модулятор (ЭОМ), линзу, отрезок волокна, коллимирующую линзу,цилиндрическую линзу, эталон, видеокамеру, которая электрически соединена с первой и второй линейками фотоприемников, последние через первое и второе зеркала оптически связаны с эталоном (патент 4619). Данное устройство при максимальном разрешении эталона, когда ширина линии существенно меньше размеров фотоприемников, не позволяет с высокой точностью определить положение линии. Техническая задача - увеличение точности определения положения спектральных компонент. Поставленная техническая задача в заявленном устройстве решается тем, что в электрооптический анализатор спектра, содержащий лазер, диспергирующий элемент, электрооптический модулятор, согласующий элемент, коллимирующую линзу, цилиндрическую линзу, эталон Фабри-Перо, объектив и видеокамеру, которая электрически соединена с первой и второй линейками фотоприемников, которые через первое и второе зеркала соответственно связаны с объективом, содержит электрически последовательно связанные аналоговое запоминающее устройство, блок дифференциальных усилителей, выполненный с возможностью получения текущих разностных сигналов фотоприемников линеек и видеокамеры, на которые попадают исследуемые спектральные линии, в реальном масштабе времени, аналого-цифровой преобразователь, цифровое запоминающее устройство и устройство обработки данных, которое подключено к диспергирующему элементу, аналого-цифровому преобразователю, аналоговому запоминающему устройству и видеокамере, при этом электрические выходы первой и второй линеек фотоприемников и видеокамеры соединены с аналоговым запоминающим устройством и блоком дифференциальных усилителей. Совокупность указанных признаков позволяет увеличить точность определения положения спектральных компонент за счет выделения в реальном масштабе времени информативных данных о смещении узких полос. Сущность изобретения поясняется на фиг. 1, 2. На фиг. 1 приведена блок-схема заявляемого устройства, где 1 - лазер, 2 - диспергирующий элемент, 3 - электрооптический модулятор (ЭОМ), 4 - согласующий элемент, 5 - коллимирующая линза, 6 - цилиндрическая линза, 7 - эталон Фабри-Перо, 8 - объектив, 9, 10 - первое и второе зеркала, 11 - видеокамера, 12, 13 - первая и вторая линейки фотоприемников (ЛФ), 14 - аналоговое запоминающее устройство (АЗУ), 15 - блок дифференциальных усилителей (БДУ), 16 - аналогоцифровой преобразователь (АЦП), 17 - цифровое запоминающее устройство (ЦЗУ),18 - устройство обработки данных (УОД). На фиг. 2 приведен участок распределения интенсивности светового излучения в плоскости детектирования (а) для разных положений 1-5 двух узких полос спектра, обозначенных пунктиром, а также соответствующие выходные сигналы БДУ 15 (б). В заявляемом устройстве (фиг. 1) лазер 1 через диспергирующий элемент 2, ЭОМ 3,согласующий элемент 4, коллимирующую линзу 5, цилиндрическую линзу 6, эталон Фабри-Перо 7 оптически связан с объективом 8, который оптически связан с первым 9 и вторым 10 зеркалами и видеокамерой 11, последняя соединена с первой 12 и второй 13 ЛФ,которые оптически, через зеркала 9, 10, связаны с объективом 8, а электрически - с АЗУ 14,БДУ 15. В электрооптическом анализаторе спектра АЗУ 14 через электрически последовательно соединенные БДУ 15, АЦП 16, ЦЗУ 17 подключено к УОД 18, которое также связано с видеокамерой 11, АЗУ 14, БДУ 15, АЦП 16, ЦЗУ 17. 2 10278 1 2008.02.28 Работает устройство следующим образом. Непрерывный оптический сигнал с выхода лазера 1 поступает в состыкованный с ним диспергирующий элемент 2, спектральные компоненты указанного сигнала, соответствующие области отражения диспергирующего элемента 2, возвращаются обратно в резонатор лазера 1, и на выходе дисперсирующего элемента 2 за счет такой обратной связи спектр несущего оптического сигнала существенно сужается. Узкополосный оптический сигнал далее поступает на вход ЭОМ 3, где электрическим путем, за счет модуляции, его спектр пополняется измеряемыми спектральными компонентами 1, 1. Далее несущий оптический сигнал через согласующий элемент 4,коллимирующую линзу 5, цилиндрическую линзу 6 поступает в эталон Фабри-Перо 7 и далее в объектив 8, на выходе которого в области детектирования присутствуют интерференционные максимумы интенсивности, соответствующие как несущей частоте, так и измеряемым частотам 11. Область детектирования на выходе объектива 8 с помощью первого 9 и второго 10 зеркал разбивается на три участка, причем в центральном из них размещается ЛФ видеокамеры 11, а в двух других - первая 12 и вторая 13 ЛФ, выходы управления которых соединены с видеокамерой 11. Выходные сигналы первой 12, второй 13 ЛФ и ЛФ видеокамеры 11 поступают в АЗУ 14 и БДУ 15. Текущие выходные сигналы всех ЛФ поступают в АЗУ 14, где задерживаются на время одного цикла опроса и в последующем цикле используются в БДУ 15 для получения разностных сигналов для каждого фотоприемника в реальном масштабе времени (фиг. 2 б). Разностные сигналы всех фотоприемников оцифровываются в АЦП 16 и записываются в ЦЗУ 17, откуда они поступают для анализа в УОД 18. В ЦЗУ 17 размещаются положительные оцифрованные разностные амплитуды тех фотоприемников (фиг. 2, положения полос спектра 2, 4), с которых уходят узкие линии, или отрицательные значения разностей амплитуд тех фотоприемников, на которые приходят узкие линии (фиг. 2, положения 3, 5). С использованием координат фотоприемников, разностные сигналы которых изменили свой знак (положения 2-3, 3-4), а также калибровочных коэффициентов устройства вычисляются спектральные координаты узких линий, соответствующих измеряемым спектральным компонентам 1, 1. Для существующих линеек фотоприемников с расстоянием между центрами фотоприемников 1215 мкм в рассматриваемом устройстве точность определения пространственного положения узких линий может достигать десятых долей микрона. Фиг. 2 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3