Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Томский Государственный Университет Систем Управления и Радиоэлектроники

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Оптические системы связи и обработки информации

..pdf

Скачиваний:

Добавлен:

05.02.2023

Размер:

992.29 Кб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 23 / 53 4 5 > Следующая >>>

Таблица 1 Варианты на 1-е расчетное задание

	Функция пропускания оптического транспаранта		Апертура	Длина	Фокусное
№				волны	расстоян
	T1	(x)	D, мм
				, мкм	ие F, мм

1.Прямоугольная –

при

D / 2 ,

0,63

(x) 1

при

D / 2.,

2.Линейная –

при

D / 2 ,

0,63

(x)

D / 2.,

при

3. Квадратичная -

	1	при	x		D / 2 ,
	1	при	x		D / 2 ,
T1(x) (x / D)2							20	0,63	40
	/ 2	при		x		D / 2.,	20	0,63	40
	/ 2
	0

4.Квазиквадратичная -

			1	при	x		D / 2 ,
			1	при	x		D / 2 ,
		1							5	0,63	30
T1	(x)
		(x / D)2		при		x		D / 2.,

	1		0

5.Экспоненциальная -

при

D / 2 ,

(x) e

0,63

при

D / 2.,

6.Квазиэкспоненциальная -

при

D / 2 ,

(x) (1 e

0,63

)

при

D / 2.,

7.Линейно-экспоненциальная -

		x				1		при	x		D / 2 ,


			e	x													20	0,63	55
	T1(x)											D / 2.,
	T1(x)
		D				0		при		x


8.	Гауссова –
	T1(x) e ( x / D)				2	1		при	x		D / 2 ,						10	0,63	60
					2	1		при	x		D / 2 ,
												D / 2.,

						0		при		x


9.	Квазигауссова -
							2	1	при				x		D / 2 ,
							2	1	при				x		D / 2 ,
	T1(x) (1 e ( x / D)																15	0,63	30
								)		при				x		D / 2.,	15	0,63	30
								)
								0

10.Синусоидальная –

при

D / 2 ,

0,63

(x) sin( x)

при

D / 2.,

11.Косинусоидальная –

при

D / 2 ,

0,63

(x) cos( x)

при

D / 2.,

12.Косинус-квадратная -

	1	при	x		D / 2 ,
	1	при	x		D / 2 ,
T1(x) cos2							12	0,63	80
T1(x) cos2	( x)					D / 2.,	12	0,63	80
	0	при		x		D / 2.,

13.Взвешенная синусоидальная -

при

D / 2 ,

0,63

(x) (1 sin( x))

при

D / 2.,

14.Взвешенная косинусоидальная

при

D / 2 ,

2,0

0,63

(x) (1 cos( x))

при

D / 2.,

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


					22

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 -

при

D / 2 ,

0,63

T1 (x) (x / D)3 / 2

при

D / 2.,

26.

Фаз овая линейная -

при

D / 2 ,

0,63

(x) e xp[i x]

при

D / 2.,

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

( x ) 1

ФНЧ

при

x1 -частота среза 0-го лепестка спектра

при

( x ) 1

ФВЧ

при

100

x1 -частота среза +1-го лепестка спектра

( x ) 1

при x1

x x2 ,

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 ,

( x ) 1 0

ГФ

при остальных x .

100

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.		T2 ( x )	1	при x1					x x2 ,
		T2 ( x )	1	при остальных x .
	ПФ		0	при остальных x .																	100	45
	ПФ	x1 , x2 -частоты среза 0-го лепестка спектра, в																			100	45
		x1 , x2 -частоты среза 0-го лепестка спектра, в
		пределах которых содержится 50% энергии
14.			0	при x1						x x2 ,
		T2 ( x )		при x3						x x4
	ЗФ	T2 ( x )	1 0	при x3						x x4										,	80	50
	ЗФ		1	при остальных														x	.		80	50
																		x
		x1 .. x4 -частоты среза ±3-х лепестков спектра
15.		T2 ( x )	0	при x1n x x2n ,
		T2 ( x )	1	при остальных x .
	ГФ		1	при остальных x .																	100	55
		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	при												,
		T2 ( x )	1
			1				x						x1
	ФВЧ						x						x1								100	30
	ФВЧ	Вне частот ± x1 должно содержаться 75 %																			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
														25

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

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

втабл.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
			otherwise				.
	0		otherwise
					1

0.8

0.6

T1(x)

T1(0)

0.4

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 :

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:


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



2		.

Необходимо определить спектр сигнала.

E2 ( x2 )

;

E2 ( x2 )

										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							) 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						x2							2		D		1				x2			1			1						x2			2			1					D		1						x2
		e			2		1											e		2									1 e 2																				e		2
		e			2		1										2	e		2				2					1 e 2										x2		2			2 x2			x2	2	e		2
													D 2 x2				x2								x2											D			x2					2 x2			x2
				D										D						D												D										D							D
	1	e i		2	x2			1				1	e i 2		x2		2	e i		2 x2				2				1		1	ei	2 x2				2				1	e i	2	x2			2		ei 2		x2
		e i		2	x2								e i 2		x2		2	e i		2 x2				2							ei	2 x2					2				e i	2	x2			2		ei 2
																D x2								D x2										D x2											D x2

;

E2 ( x2 ) D 4 2

D x22

E2 ( x2 )

	i	D	x 2	i	D	x 2	4

e	2			e 2				1
							2
							D x2

4			D
		1	cos		x2 .
D x2	2			2

S(0) 5 10 3 .

Рисунок 2 – Нормированный спектр сигнала

D
cos		x2 .
	2

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.

<<< < Предыдущая 1 23 / 53 4 5 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

#
05.02.20233.35 Mб25Оптические свойства твердых тел..pdf
#
05.02.2023954.06 Кб10Оптические системы связи и обработки информации.-1.pdf
#
05.02.20233.75 Mб8Оптические системы связи и обработки информации.-2.pdf
#
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