Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Томский Государственный Университет Систем Управления и Радиоэлектроники

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Оптические устройства в радиотехнике

..pdf

Скачиваний:

Добавлен:

05.02.2023

Размер:

920.88 Кб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 23 / 43 4 > Следующая >>>

	1	при	x		D / 2 ,
	1	при	x		D / 2 ,

T1	(x) (1 cos( x))	при		x		D / 2.,
T1	(x) (1 cos( x))
	0

15.Фазовая синусоидальная -

при

D / 2 ,

1.0

0,63

(x) e xp[i sin( x}]

при

D / 2.,

16.Фазовая косинусоидальная

при

D / 2 ,

0,63

(x) e xp[i cos( x}]

при

D / 2.,

17.Треугольная –

	(1	x / D) при - D / 2 x 0,
T1		x / D) при 0 x -D / 2,			20	0,63	80
T1	(x) 1 (1	x / D) при 0 x -D / 2,
	0	при	x	-D / 2.
	0	при	x	-D / 2.

18.Трапециевидная -

	( D / 2 x)(1/ D) при - D / 2 x D / 2 D,
		при - D / 2 D x D / 2 - D
	1	при - D / 2 D x D / 2 - D
T1	(x) 1	x)(1/ D при D / 2 D x D / 2,			10	0,63	35
	( D / 2	x)(1/ D при D / 2 D x D / 2,

	0	при	x	- D / 2 .
	0	при	x	- D / 2 .

19.Линейно-фазовая –

при

D / 2 ,

0,63

(x) e xp[i x]

при

D / 2.,

20.Квадратично-фаз овая -

	1	при	x		D / 2 ,
	1	при	x		D / 2 ,
T1(x) e xp[i x2							15	0,63	40
	]	при		x		D / 2.,	15	0,63	40
	]
	0

21.Импульсно-фазовая -

при 3D/8

D / 2 ,

0,63

T1(x) e xp[im ],

D/8

D / 4,

при остальных x.

22.Колоколообразная –

		1		1	при	x		D / 2 ,
				1	при	x		D / 2 ,
			e xp[i x2							10	0,63	30
T1	(x)			]						10	0,63	30
		cosh[ x]			при		x		D / 2.,

				0

23.Взвешено-синусоидальная –

при

D / 2 ,

0,63

(x)

sin( x)

D / 2.,

при

24.Взвешено-косинусидальная –

при

D / 2 ,

0,63

(x)

cos( x)

D / 2.,

при

25. Кубичная -

0,63

при

D / 2 ,

(x) (x / D)3 / 2

при

D / 2.,

26.

Фаз овая линейная -

при

D / 2 ,

0,63

(x) e xp[i x]

D / 2.,

0 при

Примечание: параметры α,β,γ – задаются преподавателем.

5.2. Расчетное задание №2 - Фильтрация оптических сигналов

Дано: Оптический сигнал задан функцией пропускания T1(x) оптического транспаранта

согласно номера варианта в табл.1.

Задание:

1.Синтезировать оптический фильтр по критерию заданному в табл. 2.

2.Определить передаточную характеристику и геометрические размеры фильтра.

3.Произвести восстановление формы отфильтрованного сигнала .

4.Представить схему оптического процессора, осуществляющего фильтрацию

оптического

сигнала, графики

исходного и

отфильтрованного

сигналов,

спектральную характеристику фильтра и спектра сигнала на его выходе.

Варианты заданий представлены в табл. 2

Таблица 2 Варианты на 2-е расчетное задание

Тип

Функция пропускания оптического фильтра

Апертура

Фокусное

№

расстояние

фильтра

T2 ( x ) и критерий фильтрации

D, мм

F2, мм

при

ФНЧ

( x ) 1

при

x1 -частота среза 0-го лепестка спектра

при

ФВЧ

( x ) 1

при

100

x1 -частота среза +1-го лепестка спектра

при x1

x x2 ,

( x ) 1

при остальных x .

ППФ

100

x1 , x2 -частоты среза +1-го лепестка спектра

при x1

x x2 ,

( x ) 1

при остальных x .

ПЗФ

x1 , x2 -частоты среза, в пределах которых

содержится 90 % энергии 0-го лепестка

спектра

при x1

x x2 ,

при x3

x x4 ,

ГФ

( x ) 1 0

100

при остальных

x1 .. x4 -частоты среза ±1-х лепестков спектра по уровню 90 % энергии

при

( x ) 1

x1,

при

ФНЧ

В пределах частот ± x1 должно содержаться 90

% энергии сигнала

при

( x ) 1

x1.

при

ФВЧ

100

Вне полосы частот ± x1 должно содержаться

10 % энергии сигнала

при x1

x x2 ,

( x ) 1

при остальных x .

ПФ

100

x1 , x2 -частоты среза +2-го лепестка спектра

при x1

x x2 ,

( x ) 1

при остальных x .

ЗФ

x1 , x2 -частоты среза, в пределах которых

находится 95% энергии спектра

10.

при x1

x x2 ,

при x3

x x4 ,

ГФ

( x ) 1 0

100

при остальных

x1 .. x4 -частоты среза ±2-х лепестков спектра

11.

при

( x ) 1

при

ФНЧ

В пределах частот ± x1 должно содержаться 80

% энергии сигнала

12.

при

( x ) 1

при

ФВЧ

100

Вне полосы частот ± x1 должно содержаться

20 % энергии сигнала

13.

при x1

x x2 ,

( x ) 1

при остальных x .

ПФ

100

x1 , x2 -частоты среза 0-го лепестка спектра, в

пределах которых содержится 50% энергии

14.

при x1

x x2 ,

при x3

x x4 ,

ЗФ

( x ) 1 0

при остальных

x1 .. x4 -частоты среза ±3-х лепестков спектра

15.

при x1n x

x2n

ГФ

( x ) 1

при остальных x .

100

		x1n , x2n -частоты среза четных лепестков
16.			1	при			x					x1				,
16.			1	при												,

		T2 ( x )	1			x					x1,
		T2 ( x )	1
			0	при
	ФНЧ																					50	60
	ФНЧ																					50	60
		В пределах частот ± x1 должно содержаться 10
		% энергии сигнала
17.			0	при				x					x1				,
17.			0	при													,

		T2 ( x )	1		x						x1,
		T2 ( x )	1
			1	при
	ФВЧ																					100	30
	ФВЧ																					100	30
		Вне частот ± x1 должно содержаться 75 %
		энергии сигнала
18.		T2 ( x )	1	при x1						x x2 ,
		T2 ( x )	1	при остальных x .
	ПФ		0	при остальных x .																		100	35
	ПФ	x1 , x2 -частоты среза 1-го лепестка спектра, в																				100	35
		x1 , x2 -частоты среза 1-го лепестка спектра, в
		пределах которых содержится 90% энергии
19.			0	при x1							x x2 ,
		T2 ( x )		при x3							x x4
	ЗФ	T2 ( x )	1 0	при x3							x x4										,	80	45
	ЗФ		1	при остальных															x	.		80	45
																			x
		x1 .. x4 -частоты среза ±2-х лепестков спектра
20.		T2 ( x )	0	при x1n x x2n ,
		T2 ( x )	1	при остальных x .
	ГФ		1	при остальных x .																		100	40
		x1n , x2n -частоты среза нечетных лепестков
21.			1	при			x					x1				,
21.			1	при												,

		T2 ( x )	1	при														,
		T2 ( x )	1
			0						x						x1
	ФНЧ								x						x1							50	45
	ФНЧ	В пределах частот ± x1 должно содержаться 25																				50	45
		В пределах частот ± x1 должно содержаться 25
		% энергии сигнала
22.			0	при x1							x x2 ,
		T2 ( x )		при x3							x x4
	ЗФ	T2 ( x )	1 0	при x3							x x4										,	70	40
	ЗФ		1	при остальных															x	.		70	40
																			x
		x1 .. x4 -частоты среза ±3-х лепестков спектра
23.		T2 ( x )	0	при x1n x x2n ,
		T2 ( x )	1	при остальных x .
	ГФ		1	при остальных x .																		90	50
		x1n , x2n -частоты среза четных лепестков
24.			1	при			x					x1				,
24.			1	при												,

		T2 ( x )	1	при														,
		T2 ( x )	1
			0						x						x1
	ФНЧ								x						x1							60	40
	ФНЧ	В пределах частот ± x1 должно содержаться 10																				60	40
		В пределах частот ± x1 должно содержаться 10
		% энергии сигнала
25.			0	при				x					x1				,
25.			0	при													,

		T2 ( x )	1	при													,
		T2 ( x )	1
			1					x						x1
	ФВЧ							x						x1								80	30
	ФВЧ	Вне частот ± x1 должно содержаться 75 %																				80	30
		Вне частот ± x1 должно содержаться 75 %
		энергии сигнала
										24

26.			0	при	x	x1		,
26.			0	при				,

	ФВЧ	T2	( x ) 1	при				.	75	40
		T2	( x ) 1
			1
					x		x1
					x		x1
		x1 -частота среза +1-го лепестка спектра

Примечание: ФНЧ – фильтр нижних частот, ФВЧ – фильтр высоких частот, ППФ – полосно-пропускающий фильтр, ПЗФ – полосно-заграждающий фильтр, ГФ – гребенчатый фильтр, ФФ - фазовый фильтр

ωхn – частота среза спектра сигнала задается преподавателем

5.3 Расчетное задание №3 - Акустооптическая ячейка как элемент ввода радиосигналов в оптический сигнальный процессор

Задача. Рассчитать одноканальный акустооптический модулятор в режиме дифракции Брэгга для заданных согласно варианта (см. табл.3) значениях величин:

центральная частота – f0 .. ;

полоса акустооптической модуляции f ..; длина волны светового пучка – 0 ..; ширина светового пучка – DСВ ..;

выходная мощность генератора – PЭЛ . ГЕН. ..;

Материал пьезопреобразователя – ..: показатель преломления – n ..;

скорость распространения акустической волны – пп АК ..; Материал светозвукопровода – ..;

показатель преломления – n ..;

скорость распространения акустической волны – ак сзп .. .

Необходимо рассчитать:

1.Геометрические размеры пьезопреобразователя (ПП) и светозвукопровода

(СвЗвПр);

2.Электрические параметры: Электрическую входную мощность- PЭЛ.ВХ и акустическую мощность, необходимую для отклонения светового пучка - PАК;

3.Функциональные параметры: Ширину входного светового пучка, DВХ.

4.Оценить динамический диапазон и быстродействие АОМ.

Варианты заданий представлены в табл. 3

Таблица 3 Варианты на 3-е расчетное задание

№	Материал	Материал			f0,	f ,	f	d 0
	пьезопреобразователя	светозвукопровода			МГц	МГц		d 0
	пьезопреобразователя	светозвукопровода			МГц


1	Ниобат лития LiNbO3	TeO2	Парателлурит		50	20	1	90
2	Ниобат лития LiNbO3	TeO2	Парателлурит		75	25	0.5	70
3	SiO2 кварц	TeO2	Парателлурит		100	30	2	20
4	BaTiO3 титонат бария	LiNbO3		Ниобат лития	200	60	1	20
5	PbMoO4 молибдат свинца	LiNbO3		Ниобат лития	300	120	0.5	30
6	ZnO окись цинка	LiNbO3		Ниобат лития	500	90	1	10
				25

7	Ниобат лития LiNbO3		LiNbO3 Ниобат лития			1000	20	3	20
8	ZnO окись цинка		SiO2	Кристал кварц		100	20	1	5
9	ZnO окись цинка		SiO2	Кристал кварц		200	30	0.5	8
10	Ниобат лития LiNbO3		SiO2	Кристал кварц		250	40	2	10
11	Ниобат лития LiNbO3		GaP фосфид галлия			400	100	1	15
12	Ниобат лития LiNbO3		GaP фосфид галлия			500	200	0.5	10
13	ZnO окись цинка		GaP фосфид галлия			600	250	1	20

14	ZnO окись цинка		GaP фосфид галлия			800	300	3	30

15	LiNbO3	Ниобат лития	LiNbO3 Ниобат лития			2500	500	1	5
16	LiNbO3 Ниобат лития		LiNbO3 Ниобат лития			1500	300	1	10

17	Ниобат лития LiNbO3		TeO2		Парателлурит	50	20	1	90

18	Ниобат лития LiNbO3		TeO2		Парателлурит	75	25	0.5	70

19	SiO2 кварц		TeO2		Парателлурит	100	30	2	20

20	BaTiO3 титонат бария		LiNbO3 Ниобат лития			200	60	1	20

21	LiNbO3 Ниобат лития		PbMoO4 молибдат свинца			300	120	0.5	30

22	ZnO окись цинка		LiNbO3 Ниобат лития			500	90	1	10

23	Ниобат лития LiNbO3		TeO2		Парателлурит	60	10	3	80
24	Ниобат лития LiNbO3		TeO2		Парателлурит	70	20	0.5	70
25	SiO2 кварц		TeO2		Парателлурит	120	20	2	30
26	BaTiO3	титонат бария	LiNbO3 Ниобат лития			400	80	2	10
27	LiNbO3	Ниобат лития	PbMoO4 Молибдат свинца			300	120	0.5	30

Параметры материалов светозвукопровода приведены в табл.4, пьезпреобразователя в табл.5 (см. Приложение В).

5.4. Расчетное задание №4 – Расчет акустооптического анализатора спектра (АОАС)

Задача. Рассчитать одноканальный акустооптический анализатор спектра (АОАС) в режиме дифракции Брэгга для заданных согласно варианта (см. табл.3) значениях величин:

центральная частота – f0

полоса акустооптической модуляции f длина волны светового пучка – 0 ; ширина светового пучка – Dâõ ;

выходная мощность генератора – PÝË . ÃÅÍ . ;

Материал пьезопреобразователя – плавленый кварц: показатель преломления – n ;

скорость распространения акустической волны – ïï ÀÊ ; Материал светозвукопровода –

показатель преломления – n

скорость распространения акустической волны – àêñçï .

Геометрические размеры пьезопреобразователя (ПП) h, l,d; светозвукопровода (СвЗвПр) -a, b, c.

Требуемая акустическая мощность Pàê .. .

Задание:

1.Оптимизировать функциональные параметры АОАС - ширину входного светового пучка, DВХ.

2.Выбрать фотоприемное приемное устройство.

3.Определить функциональные параметры АОАС – фокусное расстояние линзы, осуществляющей преобразование Фурье; место расположения и размеры светочувствительной части фотоприемного устройства в спектральной плоскости.

4.Оценить минимальное число разрешимых элементов по частоте δf, время максимального и минимального быстродействия τmax, τmin.

5.Определить динамический диапазон АОАС.

Указания: Для нахождения недостающих данных необходимо воспользоваться таблицами №1,2,3 и данными, полученными в расчетной работе №3.

Параметры материалов светозвукопровода приведены в табл.4, пьезпреобразователя в табл.5 Приложения В.

5.5Пример выполнения расчетного задания

1.Расчетное задание №2 Фильтрация оптических сигналов

2.Исходные данные для расчета:

0.63ì êì		0.63 10 6 ì ,
F 0.05ì	5ñì ,
D 0.01ì		1ñì .

3. Задание

Синтезировать оптический фильтр по заданному критерию. Синтезировать фильтр, выделяющий 90 % энергии спектра оптического сигнала формой «треугольный импульс».

Определить геометрические размеры фильтра.

Произвести обратное преобразование.

4.Решение Схематически принцип оптической фильтрации изображён ниже.

Исходный сигнал, имеющего форму «треугольный импульса», зададим в виде:

																	E (x)					x				D		if		D x 0
																										D

																	1								2					2
																									2					2
																							D	x				if		0 x		D
																							2	x				if		0 x		2
																							2									2
																						0		otherwise									.
																						0		otherwise


																									1

																									0.8

								T1(x)																	0.6
								T1(x)

								T1(0)
																									0.4
																									0.4
																									0.2
																									0.2

											0.008				0.0048							0.0016								0.0016			0.0048		0.008
																												x
													Рисунок 1 – Исходный сигнал (по заданию)
	Пространственный спектр исходного сигнала :
														S x2					0.5 D							E (x)e i x2 xdx
														S x2												E (x)e i x2 xdx
																									1
																																	..
																			0.5 D														..
	Восстановленный после фильтра сигнал:

																	1				T2 x2 S									x2 ei x2 x d x2
												E2(x)					1
												E2(x)

															2																			.
															2																			.
	Необходимо определить спектр сигнала.
									D											D
																																	0
							2												2							2x1							0			2x1
		E2 ( x 2 ) T (x1 ) ei x 2 x1 dx1																			(1					2x1			) e i x 2 x1 dx1 (1							2x1	) e i x 2 x1 dx1 ;
		E2 ( x 2 ) T (x1 ) ei x 2 x1 dx1																			(1								) e i x 2 x1 dx1 (1							D	) e i x 2 x1 dx1 ;
										D									0							D							D			D

							2																										2
	1			i	D	x2							D				1		i D			x2			1					1		i D	x2	2	1			D	1		i D	x2
	1				2	x2					2		D				1		2			x2			1					1		2	x2	2	1			D	1		2	x2
E2	( x2 )		e					1										e													1 e									e
E2	( x2 )		e					1									2	e									2				1 e				2			2 x2	2	e
											D 2 x2					x2									x2									D	x2			2 x2	x2

;

E2 ( x2 ) 1

e i

2 x2

e i

;

D x2

x 2

E2 ( x2 )

e 2

cos

x2 .

D x2

E2 ( x2 )

1 cos

D x2

S(0) 5 10 3 .

Рисунок 2 – Нормированный спектр сигнала

Определим энергию спектра сигнала и ширину окна ППФ.

I ( x2) 2 x2| E2( x2) |2 d x2 . 0

Изобразим нормированную функцию энергии и определим необходимую координату графически, используя пакет MathCad 13.

x 21 540

Рисунок 3 – Зависимость энергии сигнала от координаты ωх3

Представим аналитическое решение, т.е. определим 30% от энергии I. Меняя пределы интегрирования и используя пакет MathCad 11, определим необходимую нам координату.

I90% I (540) .

Определим ширину окна фильтра (рис.5):

	x2		2	1	1080
	x2			x2													..
		F x2					0.63 10 6 5 10 2					1080		5.414 10 6 ì			..
d		F x2					0.63 10 6 5 10 2					1080					5.414ì êì
d																	5.414ì êì
			2							2 3.14
									4			D
									4			D
											1 cos		x2		x2	540
									D	2	1 cos		x2		x2	540
				T		x 2			D	x 2		2					.
				ô		x 2				x 2
															x 2	540

								0

Изобразим спектр сигнала после фильтрации.

S2( X 2) T2( X 2) S( X 2) .

			1
			0.8
S2( x2)
5 10 3			0.6
S( x2)			0.4
5 10 3			0.4
5 10 3
			0.2
7000	4200	1400	1400	4200	7000
			x2

Рисунок 4 – Спектр сигнала на выходе фильтра

На рис. 4 сплошной линией изображен спектр сигнала после фильтрации, а пунктиром спектр исходного сигнала.

d 5.414ì êì

Рисунок 5 – Физическая реализация фильтра

Для того чтобы восстановить сигнал необходимо взять обратное преобразование Фурье от функции спектра после фильтрации:


E2(x)	1	T2 x2 S x2 ei x2 x d x2



2		.

		30

<<< < Предыдущая 1 23 / 43 4 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

#
05.02.2023766.6 Кб3Оптические системы связи и обработки информации.-3.pdf
#
05.02.20233.65 Mб8Оптические системы связи и обработки информации.-5.pdf
#
05.02.2023992.29 Кб6Оптические системы связи и обработки информации..pdf
#
05.02.2023452.21 Кб8Оптические солитоны..pdf
#
05.02.20231.13 Mб13Оптические устройства в радиотехнике.-1.pdf
#
05.02.2023920.88 Кб8Оптические устройства в радиотехнике..pdf
#
05.02.20232.02 Mб30Оптические цифровые телекоммуникационные системы. Сборник задач с формулами и решениями.pdf
#
05.02.20231.03 Mб15Оптические цифровые телекоммуникационные системы.-1.pdf
#
05.02.20231.84 Mб26Оптические цифровые телекоммуникационные системы.-2.pdf
#
05.02.20233.35 Mб14Оптические цифровые телекоммуникационные системы.-3.pdf
#
05.02.20232.41 Mб37Оптические цифровые телекоммуникационные системы..pdf