1.2. Модуляторы света электромеханического типа для записи стереофонической аналоговой фонограммы

Двухдорожечная двухканальная стереофоническая фонограмма может быть записана на кинопленку совмещенным светомодулирующим устройством записи с двумя зеркальными модуляторами света и общей осветительной системой - рис. 1.7 (сравните с рис. 1.4.). В этом случае на кинопленке образуется один световой штрих, модулируемый одной маской, но две части штриха модулируются раздельно. В результате образуется двухдорожечная двухканальная стереофоническая фонограмма переменной ширины;

Электромеханические модуляторы света позволяют получить весьма низкие качественные показатели, как:

• равномерную АЧХ только в пределах частот звукового диапазона от 30 - 50 до 9000 - 12000 Гц;

• нелинейные искажения порядка 2%;

• записать только аналоговую фонограмму.

Дальнейшее совершенствование модуляторов электромеханического типа проблематично. Поэтому переход на лазерные модуляторы света, позволяющих записывать как аналоговую многодорожечную, так и цифровую фонограммы, единственный путь получения качественного звука в кинотеатре при использовании фотографического носителя.

1.3. Оптоэлектронные модуляторы света

В современных аппаратах записи фотографических фонограмм используются светомодулирующие устройства, построенные на оптоэлектронных способах управления оптическим излучением. При этом принципы записи цифровой и аналоговой (предварительно преобразованной в широтно-импульсную) фонограмм аналогичны. /1,2/. Источником излучения являются оптоэлектронные квантовые генераторы (ОКГ) - лазеры.

Модуляция оптического излучения ОКГ может быть как внутренней - воздействие на процесс генерации оптического излучения непосредственно в самом лазере, так и внешней - воздействие на излучение вне ОКГ.

Внешняя модуляция основана на ряде физических эффектов:

- электрооптическом - зависимость коэффициента преломления среды от напряженности приложенного электрического поля;

- магнитооптическом - зависимость коэффициента преломления среды от напряженности магнитного поля;

- акустооптическом - зависимость коэффициента преломления среды от воздействия упругого напряжения в активной среде, создаваемого (например) с помощью ультразвукового поля или пьез эффекта.

Для построения аппаратов записи фонограмм используется в основном акустооптический эффект.

Для первых моделей был использован также электрооптический эффект.

1.3.1. Электрооптический модулятор

В качестве электронного затвора (ЭОЗ) может быть использован система, состоящая из лазера 1, поляризатора 2, анизотропного электрооптического кристалла 3 и второго поляризатора, называемого анализатором, 4 (рис. 1.8).

Свет лазера, линейно поляризованный входным поляризатором, распадается в анизотропном кристалле на волны, поляризованные в двух взаимно перпендикулярных направлениях (рис. 1.9), причем одно из них совпадает с направлением электрического поля. Скорость распространения световых колебаний в направлении электрического поля начинает превышать скорость распространения световых колебаний в перпендикулярном ему направлении, и возникает фазовый сдвиг между этими колебаниями, пропорциональный величине приложенного к кристаллу напряжения.

Анализатор 4 вырезает из эллиптически поляризованной волны компонент, поляризация которого задана анализатором. Интенсивность этой компоненты максимальна при сдвиге между лучами равном π/2. Следовательно, следует приложить такое электрическое поле к кристаллу, чтобы сдвиг фаз составил угол – π/2.

Таким образом, в анализаторе происходит преобразованию фазового сдвига в изменение интенсивности потока, причем значение интенсивности зависит от величины указанного фазового сдвига или, тем самым, от величины приложенного напряжения.

Обычно на электрооптический модулятор подается широтно-импульсный сигнал (цифровой или звуковой сигнал, преобразованный в широтно-импульсный), и тогда модулятор является световым затвором: есть импульс - на кинопленку проходит световой пучок, нет импульса – практически не проходит.

1.3.2. Акустооптический модулятор

В основе акустооптического модулятора лежит действие упругооптического эффекта: изменение плотностей среды кристалла (а, следовательно, и показателей преломления света) в соответствии с областями сжатия и разряжения под воздействием механических напряжений, возникающих при возбуждении на кристалле стоячей акустической волны (рис. 1,10), создаваемой каким-либо возбудителем (например, пьезоэлектрическим преобразователем).

Сигнал от генератора ультравысокой частоты 1 (ГВЧ) приводит в действие пьезоэлектрический преобразователь 2, что возбуждает в кристалле 3 акустическую волну. Так как второй конец кристалла жестко закреплен, а длина кристалла рассчитана, то образуется стоячая волна, которая создает на кристалле дифракционную решетку 4, период которой соответствует длине стоячей акустической волны .

При падении параллельного пучка света на такую решетку происходит дифракция, т.е. на определенном расстоянии наблюдается картина дифракционных максимумов и минимумов освещенностей, полученных в результате интерференции света от разных щелей решетки (рис. 1.11).

Для повышения эффективности такой системы оптическое излучение направляют под определенным к дифракционной решетке углом (угол Брэгга), который определяется конструкцией дефлектора. При этом весь дифрагирующий свет концентрируется только в дифракционных максимумах первого порядка «+1» и «-1» (Рис. 1.12, А).

Далее пространственным фильтром, например лезвием бритвы, перекрывают «-1», нулевой и часть «+1» порядков дифракционных максимумов. В результате остается одно световое пятно, которое при помощи оптики проецируют на кинопленку (рис. 1.12, Б).

Изменение шага решетки (из-за изменения частоты возбуждающего сигнала) приводит к смещению всех порядков дифракционного спектра относительно нулевого порядка и, в результате, к смещению световой точки на кинопленке (рис. 1.12, С).

Так как резкое изменение частоты ГВЧ приведет к тому, что акустическая волна в кристалле из стоячей превратится в бегущую, для изменения положения световой точки на кинопленки используют частотную модуляцию частоты ГВЧ. При этом на движущейся кинопленке, как на экране осциллографа, вычерчивается форма модулирующего сигнала.

При возбуждении кристалла сигналом ГВЧ (порядка 100 МГц), изменяющегося по пилообразному закону (частота 50-150 кГц), световое пятно изменяет свое положение по тому же закону и формирует на кинопленке с помощью оптической системы световой штрих по длине равный ширине звуковой дорожки. В этом режиме акустооптический кристалл работает как ДЕФЛЕКТОР - отклоняющая система (рис. 1.13). Из–за высокой частоты сканирования строчки смыкаются и образуют сплошную на вид темную дорожку (рис.1.13, Б).

При возбуждении кристалла сигналом ГВЧ, изменяющегося по импульсному закону, световая точка повторяет движение модулирующего сигнала: на кинопленке формируется прерывающийся сигнал (смещенный максимум перекрыт пространственным фильтром). Кристалл работает как ЗАТВОР - модулятор сигнала (рис. 1.14).