2.4. Двухмерный аос с пространственным и временным интегрированием (аоспви).

Двухмерный АОС с пространственно-временным интегрированием (АОСПВИ) сочетает достоинства одномерных АОС с пространственным интегрированием и АОСВИ, позволяя получить полосу анализируемых частот, равную полосе пропускания АОМ, и разрешение по частоте, определяемое временной апертурой АОМ и числом фоточувствительных элементов в строке фотоприемника.

Структурная схема двухмерного АОСПВИ изображена на рис. 4.8

Коллимированный пучок света фокусируется цилиндрической линзой 1 на апертурах АОМ 2, 3, которые возбуждаются первым опорным ЛЧМ сигналом

. (2.23)

Сферическая линза 4 фокусирует на апертуре АОМ 5 +1-й дифракционный порядок после АОМ 3, а на апертуре АОМ 6 +1-й порядок после АОМ 2. АОМ 5 возбуждается вторым опорным ЛЧМ сигналом u₃(t). Этот сигнал периодический с периодом 2L/V

, (2.24)

где N₁= T/(2L/V); T – длительность анализируемой выборки сигнала (время накопления фотоприемника); ₂, ₂ – начальные частота и скорость изменения частоты ЛЧМ сигнала.

Анализируемый сигнал u₄(t) поступает на АОМ 6. После АОМ 5 и АОМ 6 в плоскость регистрации пропускаются +1-е дифракционные порядки, которые фокусируются линзой 7 на апертуре двухмерного фотоприемника с накоплением. В качестве фотоприемника может быть использована, например, матрица ПЗС. Плоскость регистрации является плоскостью изображения для АОМ 2, 3 и плоскостью пространственных частот для АОМ 5, 6.

Результирующая амплитуда светового поля в плоскости фотоприемника имеет вид

, (2.25)

где – световые поля в первых дифракционных порядках в плоскости фотоприемника для АОМ 2, 3, 5, 6.

Поле по структуре представляет собой набор световых полос, ориентированных вдоль координаты х, с распределением амплитуды поля по координате  в виде функции sinc(*). Частота света от строки к строке изме- няется дискретно с интервалом V/2L, соответствующим разрешению по частоте анализатора спектра с пространственным интегрированием. Световое распределение с такими параметрами играет в устройстве роль оптического гетеродина, осуществляющего перенос частоты в полосу (0 ... 1/(2L/V)), в которой производит анализ спектра одномерный АОСВИ.

В результате накопления на фотоприемнике образуется распределение заряда

, (2.26)

где A – постоянная.

Рис. 2.8. Распределение заряда на ФПУ в направлении оси X (а) и Y (б) в конце цикла накопления

Рассмотрим составляющую заряда Q_S:

(2.27)

где j – номер строки в выходном распределении заряда; –

преобразование Фурье анализируемого сигнала.

На рис. 2.10 представлена структура распределения заряда на ФП (а) и зависимости нормированной величины заряда в направлении осей y (б) и x (в). Распределение заряда Q_S(x, ) имеет форму растра, т. е. системы строк, ориентированных вдоль оси x. По структуре распределение заряда представляет собой пространственное несущее колебание в направлении оси x, промодулированное по амплитуде амплитудным, а по фазе фазовым спектрами сигнала u₄(t). Координаты х и  можно рассматривать как направления точного и грубого отсчетов частоты соответственно. Вдоль оси  – направления грубого отсчета частоты – анализ выполняет АОС с пространственным интегрированием (АОМ 6 и линза 7), а вдоль оси х – направления точного отсчета частоты – АОСВИ на основе АОМ 2, 3.

Найдем отклик анализатора спектра на гармоническое воздействие. Подставив u₄(t)=cos₀t в (4.11), получим:

(2.28)

где Q₁ – постоянная. Вторая функция sing описывает отклик АОС с пространственным интегрированием, третья функция sing – отклик АОС с временным интегрированием.

Анализируя функции sinс, описывающие отклики анализатора спектра с пространственным интегрированием и с временным интегрированием легко получить формулы для разрешения по частоте по координатам x и :

(2.29)

Полоса анализа АОС определяется полосой пропускания АОМ 5, 6: f_Af_AOM5,6.

Число элементов разрешения по частоте АОСПВИ:

(2.30)

имеет величину порядка , что существенно превосходит соответствующий параметр для одномерных АОС.

Кроме основных видов АОС, рассмотренных выше, известны и другие, которые по своим параметрам занимают промежуточное положение. В целом АОС в настоящее время образуют обширное семейство устройств с богатыми функциональными возможностями.

Р ис. 2.10. Структура распределения заряда на ФП (а), зависимость нормированной величины заряда в направлении оси y (б) и распределение заряда вдоль одной из строк растра (в).