ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 08.08.2025
Просмотров: 2022
Скачиваний: 0
СОДЕРЖАНИЕ
В.Ш. Берикашвили э.А. Засовин а.К.Черепанов
Оптоэлектронные и радиооптические устройства и системы
1. Когерентная оптика и оптическая
1.1. Свойства света и его параметры
1.2. Оптоэлектронные приборы и устройства
1.3. Монохроматичность, когерентность и поляризация света
1.3.1. Монохроматическое излучение
1.3.4. Состояние и степень поляризации света
2.2. Преломление и отражение света на границе двух однородных сред
2.3. Особенности распространения оптического излучения в световодах
2.3.1. Конструкция волоконного световода
2.3.2. Потери излучения в световодах из кварцевых стекол
2.4. Взаимодействие света с веществом
2.5. Классификация оптоэлектронных приборов и устройств
2.6. Пассивные оптические элементы
2.6.1. Тонкие линзы и объективы
2.6.4. Матричное описание оптических систем
2.6.5. Аберрации оптических систем
2.6.6. Градиентные цилиндрические линзы (гцл)
3. Дисперсия, дифракция и интерференция света
3.3. Интерференция света и интерферометры
3.4. Двухлучевые интерферометры
3.4.1. Интерферометр Майкельсона
3.4.3. Интерферометр Фабри-Перо
3.4.4. Интерферометры Фабри-Перо на клине
3.4.5. Аналоги интерферометра Фабри-Перо
4.6. Интерферометр Маха-Цендера
3.5. Волоконно-оптические и интегрально-оптические интерферометры
3.5.1. Волоконно-оптический интерферометр Фабри-Перо
3.5.2. Волоконно-оптический интерферометр Маха-Цендера
3.6. Планарные диспергирующие элементы интегральной оптики
3.6.2. Волноводные диспергирующие элементы
3.6.3. Многоканальные волоконно-оптические линии связи
4. Электрооптические, магнитооптические и акустооптические устройства
4.1. Электрооптические эффекты
4.1.1. Поперечный электрооптический эффект Поккельса
4.1.2. Продольный электрооптический эффект Поккельса
4.1.3. Квадратичный электрооптический эффект Керра
4.2. Электрооптические модуляторы света
4.2.1.Модуляторы на основе продольного электрооптического эффекта Поккельса
4.2.2.Электрооптические модуляторы на основе поперечного электрооптического эффекта Поккельса
4.2.3. Электрооптические модуляторы вч и свч
4.3. Модуляторы на жидких кристаллах
4.4. Электрооптический эффект в цтсл-керамике
4.5. Магнитооптические эффекты
4.6. Акустооптическая модуляция
4.6.2. Акустооптические преобразователи
4.6.3. Свойства регулярных дифракционных решеток
4.6.4. Конструкция и особенности функционирования акустооптического модулятора
5. Оптическая обработка информации
5.1. Описание оптического сигнала
5.2.1. Частотный спектр одномерных сигналов
5.2.2. Разложение оптического сигнала в пространственно-временной спектр
5.2.2.1. Двумерный оптический сигнал и его информационная структура.
5.2.2.2. Дискретизация оптического сигнала
5.2.2.3. Дискретное двумерное преобразование Фурье
5.3. Аналоговые оптические процессоры
5.3.1. Акустооптические процессоры и их применение
5.3.2. Оптический процессор двумерного преобразования Фурье
5.4.1. Поляризационные электрооптические ацп
5.4.2. Фазовые электрооптические ацп
5.4.3. Гибридный электрооптический ацп
6.1. Классификация радиооптических систем
6.2. Структурные схемы основных радиооптических систем
6.2.1. Система с открытым каналом
6.2.2. Компоненты радиооптической системы с открытым каналом
6.2.3. Передающие оптические модули
6.2.4. Передающие оптические антенны
6.2.5.1. Светоизлучающие диоды
6.2.6.2. Компоненты приемного модуля
7. Распространение электромагнитных волн в атмосфере
7.1. Электрические и метеорологические характеристики атмосферы
7.1.1. Молекулярное поглощение радиоволн в парах воды и в кислороде
7.1.3. Ослабление энергии радио и оптического излучения в гидрометеорах
7.1.4. Влияние рефракции радиоволн и оптического излучения на связь
7.1.5. Потери электромагнитной энергии на преодоление замираний
7.1.6. Распространение электромагнитных волн в ионосфере
8. Лазерные локационные системы
8.1. Схема лазерной локационной системы
8.1.1. Многофункциональная система лазерной локации
8.1.2. Лазерные системы управления оружием
8.1.3. Лазерные системы связи и стыковки космических аппаратов
8.1.4. Расчеты параметров оптической связи
9. Обзорно–поисковые оптические системы
9.1. Системы с последовательным построением отдельных участков изображения
9.4. Измерение скорости в лабораторных условиях
9.4.1. Измерение скорости с помощью некогерентного излучения
9.4.2. Дифференциально-интерференционный метод измерения скорости
9.4.3. Дифракционный метод измерения скорости
9.4.4. Измерения скорости в поле движущихся отсчетных точек
9.5. Измерение угловых координат
9.5.1. Система кодирования без воспроизведения изображения
Рис. 5.16. Графики зависимости интенсивностей выходных сигналов от приложенного напряжения и их цифровые
преобразования
Рис. 5.17. Зависимость количества сигналов и разности фаз от разрядности кода
6. Радиооптические системы
6.1. Классификация радиооптических систем
Все радиооптические системы (РОС) можно классифицировать на три типа: информационные, измерительные, следящие.
–Информационные РОС предназначены для сбора, передачи, обработки, хранения и воспроизведения переданной информации. К системам этого типа относятся: системы связи, системы передачи информации, лазерные локационные системы (ЛЛС), системы распознавания объектов и образов, телевизионные системы (ТВС) с оптическими каналами и др.
–Измерительные РОС предназначены для измерения характеристик и параметров отдельных объектов или процессов: координат, размеров, дальности, скорости движения, взаимной ориентации объектов, состояния атмосферы и т.д. по их собственному или отраженному излучению. К таким системам относятся следующие РОС: лазерные дальномеры, измерители углов поворота, радиальной и угловой скорости (лазерные гироскопы), системы, в состав которых входят оптические измерительные приборы (специальная и научная аппаратура, технологические системы в различных видах производств), системы радиоавтоматики, приборы и системы для измерения температурных распределений по площади или объёму объектов и др.
–Следящие РОС предназначены для автоматического сопровождения объектов. К их числу относятся системы слежения за отдельными источниками излучения (звёздами, планетами, спутниками, самолётами и т.п.), радионавигационные, тепловые и лазерные системы наведения, системы сортировки, системы для поддержания заданного режима и стабильности того или иного параметра и т.п.
Внутри каждого класса системы подразделяются в зависимости от типа канала передачи, используемых длин волн и других признаков.
Так сигналы систем связи могут передаваться через атмосферу (открытый канал), или по волоконным световодам (закрытый канал). Хотя в обоих случаях используются лазеры, модуляторы, антенны, фотоприёмники и другие устройства, это разные системы. Системы с открытым каналом используют источники излучения с длинами волн: 10,6; 3,39; 1,06; 0,69; 0,63; 0,58; 0,53; 0,51; 0,47 мкм и некоторые другие. Системы с закрытым каналом работают на длинах волн от 0,8 до 2 мкм.
6.2. Структурные схемы основных радиооптических систем
К радиооптическим системам относятся системы с закрытым и открытым каналом передачи сигналов. Радиооптическиесистемы с закрытым каналом, в которых средой распространения сигналов является волоконный световод, называются волоконно-оптическими системами (ВОЛС). Ниже будут рассматриваться радиооптические системы с открытым каналом.
6.2.1. Система с открытым каналом
Рассмотрим упрощённую структурную схему однонаправленной (симплексной) оптической системы, с передачей по открытому каналу (рис.6.1).
Рис.6.1. 1-источник излучения, 2- источник сигнала, оптический модулятор, 4- передающая оптическая антенна, 5 - канал передачи, 6 - приемная оптическая антенна, 7 – приемный оптический модуль, 8 – фотодетектор, 9 – усилитель сигнала, 10 – устройство обработки сигнала
Источник излучения 1 генерирует оптическую несущую, в которую с помощью оптического модулятора 3 вводится, в виде аналогового или цифрового сигнала, сообщение от источника 2. Канал передачи оптического излучения 5, в который с помощью передающей оптической антенны 4 вводится излучение, представляет собой или одну среду – свободное пространство, атмосферу, воду, диэлектрический или полупроводниковый волноводный канал или комбинацию нескольких сред. Прошедшее через канал излучение поступает на приёмную антенну 6 и далее в тракт фотоприёмника 7 с фотодетектором 8, усилителем 9 и устройством обработки сигнала 10. В фотоприёмнике оптическое излучение собирается, преобразуется в фототок и усиливается, затем демодулируется для восстановления передаваемой информции. Если информация закодирована, то в дальнейшем сигнал должен быть раскодирован.
6.2.2. Компоненты радиооптической системы с открытым каналом
Рассмотрим компоненты оптической системы. Оптический передатчик (передающий модуль) содержит источник оптического излучения, модулятор и оптическую антенну. Источником излучения может быть лазер, лазерный диод или светодиод. Наибольшую мощность излучения создает лазер (до нескольких ватт), на втором месте –лазерный диод (до 20 мВт) и на третьем –светодиод (до 2 мВт).
Модулятор осуществляет ввод информационного сигнала в оптический канал. Есть два способа модуляции:
непосредственная модуляция несущей оптического поля,
модуляция электрическим сигналом поднесущей частоты, затем модуляция этим сигналом интенсивности несущей.
Используется частотная, фазовая, амплитудная, поляризационная модуляция. Современные модуляторы позволяют передавать информацию в полосе 200 МГц (108 Гц ). Для ближнего ИК и видимого диапазонов возможна полоса 1011–1012 Гц, т.о. есть запас 3…4 порядка. Модуляторы должны обладать широкополосностью, обеспечивающей необходимую информационную ёмкость тракта передачи, линейной модуляционной характеристикой, большим динамическим диапазоном, простотой реализации, высокой эффективностью, малой величиной диссипации (потерь) энергии, эксплуатационной надёжностью.
Модуляция может быть внутренней (воздействие на процесс генерации излучения) или внешней (воздействие на сформированный пучок излучения).
Внутренняя модуляция экономичнее внешней, т.к. излучаемую мощность можно регулировать от малых значений до максимальных по закону передаваемого сообщения. закону передаваемого сообщения гасится полную световую мощность. При внешней модуляции модулируют полную световую мощность, получаемую от источника и при модуляции большая её часть гасится.
Внутренняя модуляция применяется при работе с полупроводниковым лазером (лазерным диодом (ЛД)) и светоизлучающим диодом (СИД). Скорость передачи при использовании СИД ограничивается 100 Мбит/с, при цифровой передаче; при использовании лазерного диода (ЛД) скорость передачи достигает нескольких Гбит/с.
У газовых и объёмных твёрдотельных лазеров трудно изменять энергию накачки с большой частотой. Поэтому для них используют только внешнюю модуляцию.
В системах с непрерывными источниками излучения используют амплитудную модуляцию (АМ), в системах, работающих в импульсном режиме, используют частотно-импульсную модуляцию (ЧИМ). В этом случае, отношение сигнал/шум лучше, чем при АМ.
Внешняя модуляция, а также преобразование и обработка информации осуществляется через пространственное взаимодействие поля излучения с другими волнами – акустическими, магнитостатическими, спиновыми и электромагнитными волнами других диапазонов. Это взаимодействие реализуется в основном в твёрдых телах: диэлектриках (кристаллических и аморфных) и полупроводниках.
При этом используются следующие физические эффекты: эффект Поккельса (линейный электростатический), эффект Керра (квадратичный), эффект Фарадея (магнитооптический), термооптический и акустооптический эффекты, эффект Франца-Келдыша (сдвиг края полосы поглощения в полупроводниках), фоторефракция.
При решении практических задач необходимо учитывать, что при распространении оптического излучения через среду с изменяющимися параметрами, изменяются амплитуда, фаза, поляризация, частота, направление распространения, степень расходимости луча.