Электрорадиоэлементы устройства функциональной микроэлектроники и технология радиоэлектронных (стр. 37 из 102)

172

фильтры подразделяются на электрооптические и акустооптические. В электрооптическом фильтре для перестройки длины волны пропускания используется зависимость показателя преломления пьезоэлектрического кристалла, помещенного в электрическое поле, от напряженности этого поля). Электрооптический фильтр представляет собой интерферометр Фабри–Перо, заполненный пластинами из пьезокристалла, разделенными полупрозрачными металлическими электродами (рис. 1.15.2), через которые к пластинам подводится электрическое напряжение. Одновременно электроды служат для селекции типов колебаний, возбуждаемых в интерферометре. Через фильтр проходит с минимальными потерями оптическое излучение только той длины волны, для которой расположение узлов электрической составляющей электромагнитного поля совпадает с расположением электродов. Изменение электрического напряжения приводит к изменению оптического расстояния между электродами и, следовательно, изменению длины волны пропускания электрооптического фильтра. В акустооптическом фильтре для перестройки длины волны пропускания используется поворот плоскости поляризации (переполяризации) световой волны в оптически анизотропном кристалле вследствие эффекта

2

Рисунок 1.15.2. Схема электрооптического перестраиваемого фильтра: 1 – полупрозрачные зеркала интерферометра Фабри–Перо; 2 – металлические полупрозрачные электроды; 3 – пластины из электрооптического материала; 4 – источник управляющего напряжения. Стрелкой указано направление распространения света в фильтре.

1 2 3 4 5 6

173

Рисунок 1.15.3. Схема акустооптического перестраиваемого фильтра: 1 – звукоотвод из молибдата кальция; 2 – акустическая волна; 3 – поглотитель акустической волны; 4 – кювета с иммерсионной жидкостью; 5 – анализатор; 6 – излучение с горизонтальной поляризацией на выходе фильтра; 7 – генератор высокочастотного управляющего сигнала; 8 – пьезпреобразователь; 9 – поляризатор; 10 – неполяризованное входное излучение.

фотоупругости, возникающего при периодической деформации среды акустической волны (рис. 1.15.3). Максимальная переполяризация света достигается при определѐнном соотношении между длинами световой и акустической волн. Акустическая волна в кристалле возбуждается с помощью пьезопреобразователя, к которому подводится управляющий ВЧ сигнал. При изменении частоты управляющего сигнала изменяется длина акустической волны и соответственно длина волны света, для которого акустический фильтр оказывается прозрачным.

Оптический перестраиваемый фильтр применяют в перестраиваемых лазерах, спектральных приборах и др.

1.15.2 Устройства оптической обработки информации

Оптическая обработка информации (ООИ), основана на использовании в качестве переносчика информации оптического излучения (света), а в качестве преобразователей информации — оптических и оптоэлектронных элементов. ООИ характеризуется естественной пространств. многоканальностью, что в сочетании с малой длиной волны оптич. излучения обеспечивает параллельную (одновременную) обработку больших массивов информации за время прохождения световой волны через элементы, осуществляющие такую обработку. Элементной базой ООИ являются пространственно-временные модуляторы света, элементы классической оптики (линзы, зеркала, призмы и др.), волоконно-оптические элементы, а также источники и приѐмники оптического излучения. В качестве источников оптического излучения используют гл. обр. лампы накаливания, лазеры и светодиоды, в качестве приѐмников оптического излучения — различные точечные и координатно-чувствительные фотоприѐмники (напр., фотодиоды, фототранзисторы, видиконы, матрицы фотодиодов или фототранзисторов) или оптические запоминающие среды. В зависимости от используемого оптического излучения различают когерентную и некогерентную ООИ. Система,

174

осуществляющая ООИ, состоит из источника оптического излучения, входного преобразователя информации, оптического процессора и выходного преобразователя информации (Рисунок 1).

Рисунок 1.15.4. Блок-схема системы оптической обработки информации: 1— источник оптического излучения; 2—входной преобразователь информации; 3— оптический процессор; 4—выходной преобразователь информации; 5—выходная информация; 6—входная информация. Стрелками указано направление распространения оптического излучения.

Входной преобразователь информации осуществляет пространственновременную модуляцию светового пучка источника оптического излучения в зависимости от информации, поступающей на его вход в виде электрических, оптических или др. сигналов. Оптический процессор преобразует этот оптический пространственно-временной сигнал в соответствии со своей передаточной функцией. Выходной преобразователь информации осуществляет регистрацию обработанного пространственно-временного сигнала или преобразование его, напр., в адекватную ему последовательность электрических сигналов.

ООИ позволяет производить аналоговые и цифровые вычислит. операции над информацией, содержащейся в двухмерных объектах (напр., изображениях), с более высокой скоростью, чем при электронном способе обработки (с помощью ЭВМ). Напр., изображение, записанное на фотопластинке, содержит ~105-107 бит информации. Эта информация с помощью светового луча одновременно передаѐтся в оптический процессор. Т. к. длина оптического пути в оптическом процессоре не превышает 1м, то скорость обработки информации, содержащейся в таком изображении, составляет ~1016 бит/с. Такая высокая скорость обработки информации является основным преимуществом ООИ Однако для систем ООИ скорость обработки ограничена быстродействием входного и выходного 175 преобразователей.

ООИ применяют: в системах обработки телевизионных изображений, аэрофотоснимков и космических снимков, астрономических изображений, снимков, фиксирующих ядерные реакции, и т. п. (улучшение качества изображений); в информационно-поисковых системах (распознавание образов); в радиолокационных системах (синтезирование апертуры); в кристаллографии (расшифровка данных дифракции рентгеновских лучей); в фотограмметрии (создание топографических карт по данным аэрофотосъѐмки); в технике неразрушающего контроля (расширение возможностей интерферометрии); в геологии и геофизике (обработка сейсмической информации), а также для анализа многомерных структур.

Дефлектор

Дефлектор в оптоэлектронике (от лат. deflecto — отклоняю, отвожу), устройство, предназначенное для изменения по заданному закону направления распространения оптического излучения (светового луча) в пространстве. Д., в котором направление светового луча изменяется в процессе его формирования непосредственно в источнике излучения (лазере), наз. внутренним. Д., к-рый изменяет характеристики светового луча после его выхода из источника, наз. внешним. По принципу действия Д. разделяют на механические (сканеры) и оптоэлектронные. В механических дефлекторах световой луч управляется посредством перемещения оптических элементов (зеркал, призм и др.) в пространстве, а в оптоэлектронных Д. такое управление основано на использовании физических эффектов, протекающих жидких и твѐрдых средах при воздействии на них электрических, акустических, магнитных и др. полей. Оптоэлектронные Д. осуществляют как однокоординатное, так и двухкоординатное отклонение светового луча. В последнем случае используют два скрещѐнных однокоординатных Д. Различают аналоговые (непрерывные) и дискретные Д. Аналоговые Д. обеспечивают непрерывное, последовательное оптич. Сканирование световым лучом в соответствии с управляющим сигналом. Дискретные Д. обеспечивают изменение направления оптич. излучения в любом заданном направлении в соответствии с управляющим сигналом (Рисунок 1).

Наиболее распространѐнными являются электрооптические и акустооптические Д. Принцип действия электрооптического Д. основан на эффекте Керра и эффекте. Поккельса Электрооптический дискретный Д. представляет собой многокаскадное устройство (рис.), каждый каскад которого состоит из электрооптического модулятора света (обеспечивает изменение поляризации оптического излучения) и двулучепреломляющего кристалла (осуществляет пространств. разделение световых пучков с разл. поляризацией). Принцип действия акустооптического Д. основан на явлении дифракции света на УЗ.

1 каскад 2 каскад 3 каскад

176

Рисунок 1.15.5 Схема электрооптического дискретного дефлектора: 1 – модулятор света, двулучепреломляющие кристаллы механические – сканеры (перемещение оптоэлементов).

Основные характеристики Д.: разрешающая способность – число различимых положений светового луча в пределах макс. углового перемещения, и быстродействие. Наибольшее разрешение достигается в механических Д., однако они уступают по быстродействию оптоэлектронным (примерно на два порядка). Наибольшее быстродействие и точность управления световым лучом достигаются в электрооптических дискретных Д., однако сложность их изготовления и высокая стоимость по сравнению с акустооптическими Д. обусловливают более широкое распространение последних.