5.2.1. Типи та основні класи оіс для обробки інформації

Класифікацію ОІС можна провести багатьма шляхами. Наприклад за конструкторсько-технологічним і фізичним принципам побудови, за призначенням типу матеріалів, що використовуються, тощо. З практичної точки зору найбільш суттєва різниця між ОІС пов’язана з можливістю та (або) необхідністю їх стиковки з волоконно-оптичними системами. В залежності від типу з’єднання можна виділити три основних типи ОІС:

1. ОІС, які вимагають стиковки з волоконним світловодом як на вході, так і на виході;

2. ОІС, які вимагають стиковки з волоконним світловодом лише на виході;

3. ОІС, які не вимагають стиковки з волоконним світловодом.

ОІС другого третього класу стикуються на вході як правило з випромінювачем або з іншою ОІС, а ОІС третього типу стикується на виході з фотоприймачем або іншою ОІС.

З точки зору функціонального призначення можна виділити три основні класи ОІС для обробки інформації:

1. Аналогові ОІС для обробки сигналів;

2. Цифрові та логічні ОІС для обчислювальної техніки;

3. Комутуючи ОІС.

Прикладами ОІС 1-го класу є ІО-спектроаналізатори, корелятори, аналого-цифрові та цифро-аналогові перетворювачі (АЦП та ЦАП) та ін. До другого класу відносяться арифметичні та логічні ОІС мультістабільні ОІС, тощо. ОІС третього класу це різного робу перемикачі та комутатори.

5.2.2. Оіс для обробки сигналів

5.2.2.1. Інтегрально-оптичні спектроаналізатори високочастотних сигналів

Рисунок 5.2.1 ілюструє схему інтегрально-оптичного аналізатора спектра. Підкладенка – кремній/окисел кремнію ( )

П роведемо оцінку трансформації просторових параметрів інформаційного сигналу за допомогою ПАХ-модулятора:

- Частота модуляції електричного сигналу ~ Гц;

- Частота модуляції звукового сигналу (та сама) ~ Гц;

- Швидкість розповсюдження електричного сигналу ~ м/с;

- Швидкість розповсюдження звукового сигналу ~ м/с.

З

Рис. 5.2.1. Схема інтегрально-оптичного спектроаналізатора:

1 – напівпровідниковий лазер, 2 – градієнтні лінзи Френеля, ПАХ – перетворювач, 4 – матриця приймачів, 5 – хвилевід, 6 – підкладенка ( ), 7 – шар оксиду цинку.

відомого співвідношення випливає, що , а довжина акустичної хвилі і відповідно період наведеної решітки . Природно, що такі періоди решітки легко вкладаються в межі роздільної здатності більшості матеріалів. Отже, трансформація сигналу з радіо у звуковий діапазон призводить до значного спрощення його аналізу. Додамо, що граничні частоти, які можуть бути проаналізовані за допомогою такого типу аналізаторів, сягають величини 500 МГц.

С уттєвий недолік такого спектроаналізатора полягає в тому, що штирковий перетворювач спроможний ефективно збуджувати поверхневу акустичну хвилю лише певної відносно невеликої смуги частот (не більше 100 Мгц).

Ц

Рис. 5.2.2

ей недолік може бути в значній мірі подоланий, якщо використовують не один, а цілу низку штиркових перетворювачів, які розраховані на різні частоти (рис. 5.2.2). Такі модулятори вмикають паралельно. Різна відстань ПАХ-модуляторів до фур’є-перетворюючого об’єктива призводить до виникнення фазового зсуву в площині приймачів. Проте, оскільки фіксується інтенсивність сигналів, то як показано вище в пункті 1.4.2, цей фазовий множник зникає. Отже, в площині приймачів фіксується спектр потужності електричномодульованого сигналу. Робоча смуга частот у таких перетворювачах може сягати величини 1000 МГц.

Проведемо оціночний розрахунок роздільної здатності спектроаналізатора за частотою електричного сигналу.

Нагадаємо, що об’єктив створює в фокальній площині Фур’є-образ поля, яке сформоване перед лінзою:

(5.2.1)

де – просторова координата в фокальній площині, – фокальна відстань об’єктива, – показник заломлення лінзи. Проте початкове поле – задане в області (див. рисунок 5.2.1), яка обмежена робочою ділянкою модулятора (якщо, вона менше ніж вхідний отвір об’єктива), або вхідним отвором об’єктива (якщо робоча ділянка модулятора більше ніж цей отвір). В такому випадку (5.2.1) трансформується до вигляду:

(5.2.2)

Згідно з (5.2.2)

(5.2.3)

Отже будь-яка плоска хвиля фокусується об’єктивом в пляму, розміри якої за звичай визначають, як розміри області, що займає нульовий дифракційний максимум функції . Відповідно розміри цього порядку (та мінімально можлива величина дифракційної плями) визначається співвідношенням:

(5.2.4)

З цього співвідношення випливає низка висновків:

1. Немає сенсу робити розміри приймальних площинок фотоприймача менше ніж ця величина

2. Роздільна здатність спектроаналізатора визначається різницею кутів дифракції

, (5.2.5)

яка відповідає періодам бігучих хвиль, що утворюються близькими за частотою сигналами.

Період бігучої „акустичної” решітки дорівнює довжині акустичної хвилі:

, (5.2.6)

де - частота електричного сигналу. Тоді, виходячи з формули решітки (при умові, що та використовується перший дифракційний порядок) маємо

, або (5.2.7)

де – швидкість звука в середовищі хвилеводу.

При м/с, та мм, КГц