radioelectronicsИзвестия высших учебных заведений России. РадиоэлектроникаJournal of the Russian Universities. Radioelectronics1993-89852658-4794Saint Petersburg Electrotechnical University10.32603/1993-8985-2019-22-3-97-105radioelectronics-328Research ArticleРАДИОФОТОНИКАMICROWAVE PHOTONICSО ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ОПОРНОГО СИГНАЛА В ГОМОДИННОМ АКУСТООПТИЧЕСКОМ СПЕКТРОАНАЛИЗАТОРЕON USING PERIODIC REFERENCE SIGNAL IN HOMODYNE ACOUSTO-OPTIC SPECTRUM ANALYZERhttps://orcid.org/0000-0003-2332-7826АроновЛ. А.AronovLeonid A.

Аронов Леонид Андреевич – магистр техники и технологии по направлению "Телекоммуникации" (2006), старший преподаватель кафедры теоретических основ радиотехники Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета "ЛЭТИ" им. В. И. Ульянова (Ленина). Автор 21 научной работы. Сфера научных интересов – оптическая обработка информации.

ул. Профессора Попова, д. 5, Санкт-Петербург, 197376

Leonid A. Aronov – Master’s Degree in Telecommunications (2006), Senior Lecturer of the Department of Theoretical Bases of Radioengineering of Saint-Petersburg Electrotechnical University "LETI". The author of 21 scientific publications. Area of expertise: optical information processing.

5, Professor Popov Str., 197376, St. Petersburg

Aronov.tor@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0003-4960-2232ДоброленскийЮ. С.DobrolenskiiYurii S.

Доброленский Юрий Сергеевич – кандидат физико-математических наук (2008), старший научный сотрудник Института космических исследований Российской академии наук (ИКИ РАН). Автор 60 научных работ. Сфера научных интересов – акустооптика; физическая оптика; радиофизика; физика колебаний; физика атмосферы; космическое приборостроение; физика планет.

ул. Профсоюзная, д. 84/32, Москва, 117997

Yurii S. Dobrolenskii – Cand. of Sci. (Phys.-Math.) (2008), Senior Researcher of the Space Research Institute of the Russian Academy of Sciences. The author of 60 scientific publications. Area of expertise: acousto-optics; physical optics; radio physics; fluctuation physics; atmospheric physics; space engineering; physics of planets.

84/32, Profsoyuznaya Str., 117997, Moscow

dobrolenskiy@iki.rssi.ruУшаковВ. Н.UshakovVictor N.

Ушаков Виктор Николаевич – доктор технических наук (1992), профессор (1994), заведующий кафедрой теоретических основ радиотехники Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета "ЛЭТИ" им. В. И. Ульянова (Ленина). Автор более 200 научных работ. Сфера научных интересов – оптическая обработка информации.

ул. Профессора Попова, д. 5, Санкт-Петербург, 197376

Victor N. Ushakov – Dr. of Sci. (Engineering) (1992), Professor (1994), Head of the Department of Theoretical Bases of Radioengineering of Saint-Petersburg Electrotechnical University "LETI". The author of more than 200 scientific publications. Area of expertise: optical information processing.

5, Professor Popov Str., 197376, St. Petersburg

VNUshakov1@mail.ruСанкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В. И. Ульянова (Ленина)РоссияSaint Petersburg Electrotechnical University "LETI"Russian FederationИнститут космических исследований Российской академии наук (ИКИ РАН)РоссияSpace Research Institute of the Russian Academy of SciencesRussian Federation20190207201922397105Copyright © Аронов Л.А., Доброленский Ю.С., Ушаков В.Н., 20192019Аронов Л.А., Доброленский Ю.С., Ушаков В.Н.Aronov L.A., Dobrolenskii Y.S., Ushakov V.N.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://re.eltech.ru/jour/article/view/328

Введение. Для работы гомодинного акустооптического спектроанализатора необходимо организовать опорный оптический канал. Сигнал в этом канале должен обеспечивать равномерную засветку по всей области пространственных частот. В общем случае можно рассматривать работу спектроанализатора с фотоприемником мгновенного действия и фотоприемником с накоплением. В последнем случае сигнал в опорном канале предлагается формировать в виде периодической последовательности широкополосных импульсов. Цель работы. Анализ работы спектроанализатора с периодическим опорным сигналом. Материалы и методы. Анализ основан на выводе математического выражения, описывающего влияние структуры опорного сигнала на выходной сигнал спектроанализатора для случаев применения фотоприемника мгновенного действия и фотоприемника с накоплением. Результаты. Показано, что для спектроанализатора с фотоприемником мгновенного действия периодичность опорного сигнала не приводит к ухудшению характеристик. Однако такой вариант при большом количестве точек разрешения в частотной области нецелесообразен с практической точки зрения, так как требует параллельной обработки сигнала каждого фотоприемника трактом с фильтрацией, усилением и оцифровкой. При использовании фотоприемника с накоплением процесс накопления заряда приводит к формированию дискретной сетки частот, что означает наличие пропусков сигналов по частоте. Установлено, что избежать этого можно, выбирая время накопления, равное минимальному среди значений временной апертуры акустооптического модулятора и периода сигнала. Реализация такого варианта на практике либо невозможна на современных фотоприемниках с накоплением, либо приводит к наличию пропусков по частоте или времени. Заключение. Для обеспечения режима реального времени в гомодинном акустооптическом спектроанализаторе опорный сигнал должен быть либо непериодическим, что ставит вопрос о синтезе подходящего сигнала, либо необходимо использовать фотоприемник мгновенного действия в виде линейки фотодиодов.

Introduction. For a homodyne acousto-optic spectrum analyzer functioning a reference optical channel must be organized. The signal in this channel should provide uniform reference illumination throughout the spatial frequency range. In the general case, the spectrum analyzer functioning can be considered with a continuous photosensor and photosensor with charge accumulation. With the last one, the signal in the reference channel is proposed to be a wideband pulses periodic sequence. Objective. Analyze the spectrum analyzer functioning with a periodic reference signal. Materials and methods. We derive the mathematical expression to describe the influence of the reference signal structure on the analyzer’s output signal for the cases of continuous photosensor and photosensor with charge accumulation. Results. It is shown that in the case of continuous photosensor, the reference signal periodicity does not lead to characteristics degradation. However, in the case of many frequency resolution points it is impractical, since each photodetector signal is parallel, processing is required: filtering, amplification and digitization. In the case of using of the charge accumulation sensor, the discrete frequency grid appears, which means signals omissions in frequency. This can be avoided by choosing the accumulation time equal to the minimum among the values of the acousto-optic modulator time aperture and the reference signal period, which is hard to implement, or still leads to the signal omissions in frequency or time. Conclusion. To perform a real-time mode in the homodyne acousto-optic spectrum analyzer, the reference signal must be either non-periodic, which raises the question of its synthesis, or a continuous photodiode array should be used.

гомодинный акустооптический спектроанализаторинтерференционный акустооптический спектроанализаторопорный сигналинтерферометр Юнгадискретная сетка частотhomodyne acousto-optic spectrum analyzerinterferometric acousto-optic spectrum analyzerreference signalYoung’s interferometerdiscrete frequency scaleReferencesVander L. A. Optical signal processing. New York: Wiley Interscience, 2005. 604 p.Vander L. A. Optical Signal Processing. N. Y., Wiley Interscience, 2005, 604 p.Wilby W. A., Gatenby P. V. Theoretical study of the interferometric bragg-cell spectrum analyser // IEE Proceedings J – Optoelectronics. 1986. Vol. 133, iss. 1. P. 47– 59. doi: 10.1049/ip-j.1986.0007Wilby W. A., Gatenby P. V. Theoretical Study of the Interferometric Bragg-Cell Spectrum Analyser. IEE Proceedings J – Optoelectronics. 1986, vol. 133, iss. 1, pp. 47–59. doi: 10.1049/ip-j.1986.0007A 3 GHz instantaneous bandwidth AcoustoOptical spectrometer with 1 MHz resolution / M. Olbrich, V. Mittenzwei, O. Siebertz, F. Schmulling, R. Schieder // 18th Int. Symp. on Space Terahertz Technology. March, 21–23, 2007, Pasadena, CL, USA. P. 231–235.Olbrich M., Mittenzwei V., Siebertz O., Schmulling F., Schieder R. A 3 GHz Instantaneous Bandwidth Acousto-Optical Spectrometer With 1 MHz Resolution. 18th Int. Symp. on Space Terahertz Technology. March, 21–23, 2007, Pasadena, CL, USA, pp. 231–235.Saleh B. E. A., Teich M. C. Fundamentals of photonics. New York: John Wiley & Sons, 1991. 947 p.Saleh B. E. A., Teich M. C. Fundamentals of Photonics. New York: John Wiley & Sons, 1991, 947 p.Vander L. A. Interferometric spectrum analyzer // App. Opt. 1981. Vol. 20, № 16. P. 2770–2779. doi: 10.1364/AO.20.002770Vander L. A. Interferometric Spectrum Analyzer. App. Opt. 1981, vol. 20, no. 16, pp. 2770–2779. doi: 10.1364/AO.20.002770Interferometric Bragg cell spectrum analyzer / M. L. Shah, E. H. Young, L. A. Vander, M. Hamilton // 1981 Ultrasonics Symp. 14–16 Oct. 1981, Chicago, IL, USA. Piscataway: IEEE, 1981. P. 743–746. doi: 10.1109/ULTSYM. 1981.197720Shah M. L., Young E. H., Vander L. A., Hamilton M. Interferometric Bragg cell spectrum analyzer. 1981 Ultrasonics Symp. 14–16 Oct. 1981, Chicago, IL, USA. Piscataway, IEEE, 1981, pp. 743–746. doi: 10.1109/ULTSYM. 1981.197720Wideband interferometric acousto-optic Bragg cell spectrum analyser / M. L. Shah, J. R. Teague, R. V. Belfatto, D. W. Thomson, E. H. Young // Proc. Ultrasonics Symp. 14–16 Oct. 1981, Chicago, IL, USA. Piscataway: IEEE, 1981. P. 740–742. doi: 10.1109/ULTSYM.1981.197719Shah M. L., Teague J. R., Belfatto R. V., Thomson D. W., Young E. H. Wideband interferometric acoustooptic Bragg cell spectrum analyser. Proc. Ultrasonics Symp. 14–16 Oct. 1981, Chicago, IL, USA, Piscataway, IEEE, 1981, pp. 740–742. doi: 10.1109/ULTSYM.1981.197719Грачев С. В., Рогов А. Н., Ушаков В. Н. Гомодинный акустооптический анализатор спектра с пространственным и временным интегрированием // Радиотехника. 2003. Вып. 4. С. 23–28.Grachev S. V., Rogov A. N., Ushakov V. N. Homodyne Acousto-Optic Spectrum Analyzer With Spatial and Temporal Integration. Radiotekhnika [Radioengineering]. 2003, iss. 4, pp. 23–28. (In Russ.)Аронов Л. А., Ушаков В. Н. Гомодинный акустооптический спектроанализатор с ЛЧМ-импульсом в качестве опорного сигнала // Изв. вузов России. Радиоэлектроника. 2013. № 5. С. 59–65.Aronov L. A., Ushakov V. N. Homodyne AcoustoOptic Spectrum Analyzer with Chirp Pulse as a Reference Signal. Journal of the Russian Universities. Radioelectronics. 2013, vol. 16, no. 5, pp. 59–65. (In Russ.)Аронов Л. А., Ушаков В. Н. Гомодинный акустооптический спектроанализатор с непрерывным бинарным фазоманипулированным радиосигналом в качестве опорного сигнала // Изв. вузов России. Радиоэлектроника. 2014. № 6. С. 13–16.Aronov L. A., Ushakov V. N. Homodyne AcoustoOptic Spectrum Analyzer with a Continuous Binary Phase-Shift Keyed Radio Signal as a Reference Signal. Journal of the Russian Universities. Radioelectronics. 2014, vol. 17, no. 6, pp. 13–16. (In Russ.)Acousto-optic signal processing: theory and implementation / ed. by N. J. Berg, J. M. Pelligrino. New York: Marcel Dekker, inc, 1996. 580 p.Acousto-Optic Signal Processing: Theory and Implementation. Ed. by Norman J. Berg, John M. Pelligrino. New York, Marcel Dekker, inc, 1996, 580 p.Балакший В. И., Парыгин В. Н., Чирков Л. Е. Физические основы акустооптики. М.: Радио и связь, 1985. 279 с.Balakshii V. I., Parygin V. N., Chirkov L. E. Fizicheskie osnovy akustooptiki [Physical Basics of AcoustoOptics]. Moscow, Radio i svyaz', 1985, 279 p. (In Russ.)Goodman J. W. Introduction to Fourier Optics. New York: McGRAW-Hill, 2017. 456 p.Goodman J. W. Introduction to Fourier Optics. New York, McGRAW-Hill, 2017, 456 p.The property of crystal technology. URL: https://goochandhousego.com/wp-content/uploads/2013/12/4200_UV_97_002890_02_Rev_A.pdf (дата обращения 21.05.2019).The property of crystal technology. Available at: https://goochandhousego.com/wp-content/uploads/2013/12/4200_UV_97_002890_02_Rev_A.pdf (accessed 21.05.2019).CCD area image sensor S12101. URL: https://www. hamamatsu.com/resources/pdf/ ssd/s12101_kmpd1176e.pdf (дата обращения 02.04.2019).CCD area image sensor S12101. Available at: https://www.hamamatsu.com/resources/pdf/ssd/s12101_kmpd1176e.pdf (accessed 02.04.2019).IT-L7-04096 4K trilinear RDB CMOS. URL: https://www.teledynedalsa.com/en/products/imaging/image-sensors/it-l7-04096-4k-trilinear-rgb-cmos/ (дата обращения 02.04.2019).IT-L7-04096 4K trilinear RDB CMOS. Available at: https://www.teledynedalsa.com/en/products/imaging/image-sensors/it-l7-04096-4k-trilinear-rgb-cmos/ (accessed 02.04.2019).Аронов Л. А., Ушаков В. Н. Метод формирования квадратурных компонентов спектра в гомодинном акустооптическом спектроанализаторе // Изв. вузов России. Радиоэлектроника. 2019. Т. 22, № 2. С. 53–61. doi: 10.32603/1993-8985-2019-22-2-53-61Aronov L. A., Ushakov V. N. Quadrature Components Forming Method for Homodyne Acousto-Optic Spectrum Analyzer. Journal of the Russian Universities. Radioelectronics. 2019, vol. 22, no. 2, pp. 53–61. doi: 10.32603/1993-8985-2019-22-2-53-61Автоматизированный акустооптический спектрометр-фазометр с цифровой обработкой двумерного светового распределения / Ю. В. Егоров, Ю. С. Дмитриев, В. М. Дернов, С. В. Грачев, А. Ю. Одинцов, И. А. Круглов, Б. В. Федоров // Акустооптические устройства обработки информации: cб. науч. тр. / ФТИ. Л., 1989. С. 73–77.Egorov Yu. V., Dmitriev Yu. S., Dernov V. M., Grachev S. V., Odintsov A. Yu., Kruglov I. A., Fedorov B. V. Avtomatizirovannyi akustoopticheskii spektrometr–fazometr s tsifrovoi obrabotkoi dvumernogo svetovogo raspredeleniya. Akustoopticheskie ustroistva obrabotki informatsii [Automated Acousto-Optic Spectrometer – Phase Meter with Digital Processing of a Two-Dimensional Light Distribution. Acoustic-Optical Information Processing Devices]. Leningrad, FTI, 1989, pp. 73–77. (In Russ.)Photodiode arrays with amplifiers. URL: https://www.hamamatsu.com/resources/pdf/ssd/s11865-64g_etc_kmpd1135e.pdf (дата обращения 02.04.2019).Photodiode arrays with amplifiers. Available at: https://www.hamamatsu.com/resources/pdf/ssd/s11865-64g_etc_kmpd1135e.pdf (accessed 02.04.2019).IT-K1-16480 16K Single Line Monochrome CMOS. URL: https://www.teledynedalsa.com/en/products/imaging/image-sensors/it-k1-16480-16k-single-line-monochromecmos/ (дата обращения 02.04.2019)IT-K1-16480 16K Single Line Monochrome CMOS. Available at: https://www.teledynedalsa.com/en/products/imaging/image-sensors/it-k1-16480-16k-single-linemonochrome-cmos/ (accessed 02.04.2019)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.