ЭНЕРГОНЕЗАВИСИМОЕ АДАПТИВНОЕ УСТРОЙСТВО ЛИНЕЙНОЙ ДЕМОДУЛЯЦИИ ФАЗЫ

Полезная модель относится к области оптоэлектроники и может быть использовано в конструкциях адаптивных фильтров на основе динамических голограмм, записываемых в фоторефрактивных кристаллах.
Известно устройство для анизотропной дифракции световых волн, содержащее лазер, поляризатор, фазовую пластинку, кристалл [1]. Две линейно поляризованные волны взаимодействуют в кристалле в условиях анизотропной дифракции. Разность фаз между прошедшей и дифрагированной волной вносится за счет их пропускания через систему «четверть-волновая пластинка-поляризатор».
Недостатком данного устройства является наличие дополнительного поляризатора, работа которого приводит к дополнительным потерям световой мощности.
Наиболее близким к заявляемому устройству является устройство, основанное на векторном смешении волн в кубическом кристалле в присутствии переменного электрического поля [2]. Известное устройство содержит источники световых когерентных волн, которые расположены таким образом, что световые волны, пересекают под углом друг друга. В месте их пересечения установлен фоторефрактивный кристалл для формирования динамической голограммы. В кристалл попадает две волны, одна из которых является сигнальной, а другая - опорной. Волны имеют разные состояния поляризации - линейное и эллиптическое. Волны распространяются в кристалле под малым углом друг к другу, в результате чего в кристалле формируется топографическая решетка пропускающего типа, обладающая меньшей дифракционной эффективностью по сравнению с отражательной решеткой. Для повышения эффективности работы устройства используют внешнее знакопеременное или
синусоидальное электрическое поле, получаемое от генератора переменного тока.
Данное техническое решение по своему функциональному назначению и по своей технической сущности является наиболее близким к заявляемому и принят за прототип.
К недостаткам известного устройства следует отнести:
-большой пространственный период голографической решетки;
-наличие генератора переменного тока;
-низкие метрологические параметры.
Задачей настоящей полезной модели является создание адаптивного устройства линейной демодуляции фазы, которое позволил бы обеспечить энергонезависимость процесса обработки оптического сигнала (исключение необходимости приложения внешнего электрического поля к фоторефрактивному кристаллу), увеличить дифракционную эффективность голографической решетки и уменьшить пространственный период голографической решетки, за счет лучшего перекрытия сигнальной и опорной световых волн.
Поставленная задача решается тем, что в адаптивном устройстве линейной демодуляции фазы, содержащем источник опорной когерентной световой волны и источник сигнальной когерентной световой волны, причем источники когерентных световых волн расположены так, что когерентные световые волны пересекаются под углом друг другу, а в месте их пересечения установлен фоторефрактивный кристалл для формирования динамической голограммы, при этом опорная когерентная световая волна пропускается через фазовые полу и четверть волновые пластинки для ее эллиптической поляризации, а сигнальная когерентная световая волна пропускается через поляризатор для ее линейной поляризации, и фотоприемник, источники когерентных световых волн, формирующие динамическую голограмму, установлены в положении,
обеспечивающем распространение поляризованных световых волн в фоторефрактивном кристалле вдоль оси [001] навстречу друг другу под углом близким к 180°.
В качестве источника опорной когерентной световой волны используется лазер.
В качестве источника сигнальной когерентной световой волны используется волоконно-оптический сенсор.
В заявленном энергонезависимом адаптивном устройстве линейной демодуляции фазы общими признаками для него и для его прототипа являются:
- источник опорной когерентной световой волны и источник сигнальной когерентной световой волны, причем источники когерентных световых волн расположены так, что когерентные световые волны пересекаются под углом друг другу;
- в месте пересечения световых когерентных волн установлен фоторефрактивный кристалл для формирования динамической голограммы;
- опорная когерентная световая волна пропускается через фазовые полу и четверть волновые пластинки для ее эллиптической поляризации;
-сигнальная когерентная световая волна пропускается через поляризатор для ее линейной поляризации;
- фотоприемник.
Сопоставительный анализ заявляемого технического решения и прототипа показывает, что первое имеет в отличие от прототипа следующие существенные признаки:
- источники когерентных световых волн, формирующие динамическую голограмму, установлены в положении, обеспечивающем распространение поляризованных световых волн в фоторефрактивном кристалле вдоль оси [001] навстречу друг другу под углом близким к 180°.
Совокупность существенных признаков заявленной полезной модели имеет причинно-следственную связь с достигаемым техническим результатом.
Сущность технического решения поясняется чертежами, где: на фиг.1 схема энергонезависимого адаптивного устройства линейной демодуляции; на фиг.2 - работа устройства.
На чертежах обозначены:
1 - полуволновая пластинка;
2 - четверть волновая пластинка;
3 - поляризатор;
4 - фоторефрактивный кристалл;
5 - фотоприемник.
На чертежах дополнительно обозначены:
О/R- опорная световая волна;
С/S- сигнальная световая волна;
На чертеже не показаны волоконно-оптический сенсор и лазер.
Энергонезависимое адаптивное устройство линейной демодуляции фазы является частью любого интерферометра и предназначено для смешивания (объединения) опорной и сигнальной световых волн. Устройство содержит волоконно-оптический сенсор и лазер, расположенные таким образом, что световые волны, излучаемые ими, направлены относительно друг друга под углом близким к 180°, фоторефрактивный кристалл 4, расположенный на пересечении этих световых волн, фотоприемник 5, расположенный на одной горизонтальной оси с волоконно-оптическим сенсором за фоторефрактивным кристаллом 4, поляризатор 3, расположенный на одной горизонтальной оси между волоконно-оптическим сенсором и фоторефрактивным кристаллом 4, и две фазовые пластинки 1 и 2, расположенные на одной горизонтальной оси между лазером и фоторефрактивным кристаллом. Интенсивность сигнальной волны регистрируется фотодетектором 5.
Энергонезависимое адаптивное устройство линейной демодуляции фазы формируется следующим образом. Две когерентные волны (О - опорная и С - сигнальная) распространяются в фоторефрактивном кристалле 4 кубической симметрии навстречу друг другу вдоль основной кристаллографической оси [001]. Интерференция волн формирует в фоторефрактивном кристалле 4 фазовую объемную топографическую решетку отражательного типа в следствие фоторефрактивного эффекта. Вектор топографической решетки К (фиг.2) также направлен вдоль оси [001], при этом дифракция световых волн на решетке носит анизотропный характер. Одна из взаимодействующих волн имеет линейную поляризацию, в то время как другая - эллиптическую. Внутренняя разность фаз в π/2 между ортогональными поляризационными компонентами эллиптически поляризованной волны вследствие анизотропной дифракции на топографической решетке переходит в сдвиг фаз между прошедшей и дифрагировавшей компонентами волн, что обеспечивает оптимальное (квадратурное) положение рабочей точки интерферометра, в котором преобразование изменений фазы в изменения интенсивности (демодуляция фазы) носит линейный характер.
Голографическая решетка формируется в фоторефрактивном кристалле 4 в течение определенного времени (времени записи), которое зависит от типа кристалла, наличия в нем примесей и от общей интенсивности входного излучения. Возникновение в кристалле дифракционной решетки приводит к дифракции на ней волн, ее сформировавшей. Если распределения интенсивностей и/или фаз входных волн изменяются быстро, за время меньшее времени записи, то это приводит к появлению сигнала демодуляции. Если же изменения входной волны происходят медленно, за времена, превышающие время записи решетки, то старая решетка сотрется в кристалле и запишется новая, соответствующая новому распределению параметров волн. В этом случае интенсивность детектируемой волны изменяться не будет. В этом
заключается адаптивность устройства, который будет способен подстраиваться под медленные или однократные изменения обрабатываемого сигнала, вызванные неконтролируемыми воздействиями внешних факторов.
Кроме того, устройство фазовой демодуляции существенно упрощается, т.к. отсутствует генератор переменного тока, тем самым:
- повышается его надежность (отказоустойчивость) основных метрологических параметров (чувствительность, предел детектирования) и существенно снижает затраты энергии;
- делает устройство перспективным для использования в автономных измерительных системах;
устраняется дополнительный источник шумов, что положительно сказывается на метрологических параметрах измерительной системы.
Источники информации, принятые во внимание:
1. Delaye Ph., Blouin A., Drolet D., de Montmorillon L.A., Roosen G., Monchalin J.-P. Detection of ultrasonic motion of a scattering surface by photorefractive InP:Fe under an applied dc field // J. Opt. Soc. Am. B. - 1997. - Vol. 14. - No. 7. - P.1723-1734.
2. Kamshilin A.A., Prokofiev V.V. Fast adaptive interferometer with a photorefractive GaP crystal // Optics Letters. - 2002. - Vol. 27. - No. 19. - P.1711-1713. - прототип.