Preview

Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника

Расширенный поиск

Статистическая модель гомодинного акустооптического спектроанализатора

https://doi.org/10.32603/1993-8985-2020-23-1-52-62

Полный текст:

Аннотация

Введение. Интерференционные схемы акустооптических спектроанализаторов были разработаны для увеличения динамического диапазона за счет формирования амплитудного спектра исследуемого сигнала вместо спектра мощности. Предполагалось, что это позволит удвоить динамический диапазон, выраженный в децибелах. В настоящей статье показано, что это теоретически невозможно и ожидания, связанные с переходом к интерференционным схемам, завышены.

Цель работы. Анализ шумовых характеристик гомодинного акустооптического спектроанализатора (ГАОСА), оценка отношения сигнал/шум и динамического диапазона на выходе устройства.

Материалы и методы. Представлена математическая модель описания работы ГАОСА с учетом формирования квадратурных компонентов для получения амплитудного спектра входного сигнала. Модель учитывает дробовые шумы и шумы, возникающие при считывании заряда.

Результаты. Показано, что использование интерферометрической схемы не позволяет достичь двукратного выигрыша (при измерении в децибелах) в динамическом диапазоне по сравнению с простой схемой акустооптического спектроанализатора с пространственным интегрированием. Коэффициент увеличения динамического диапазона составляет не более 1.35 дБ. С учетом специфики работы акустооптических устройств получено выражение для оценки динамического диапазона спектроанализатора по интермодуляционным искажениям третьего порядка. Определяющим фактором при этом является нелинейность акустооптического взаимодействия. Показано, что при типовых параметрах узлов устройства динамический диапазон по интермодуляционным искажениям включает в себя односигнальный динамический диапазон. Представлено выражение для оценки отношения сигнал/шум.

Заключение. Односигнальный динамический диапазон ГАОСА определяется в первую очередь уровнем заряда насыщения фотоприемника. При макетировании необходимо решать вопрос оптимального соотношения обоих параметров с учетом мощности источника излучения, эффективности дифракции в акустооптическом модуляторе и заряда насыщения фотоприемника. Представленная статистическая модель ГАОСА с фотоприемником с накоплением дает более точную оценку динамического диапазона с ошибкой в 1 дБ.

Об авторах

Л. А. Аронов
Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В. И. Ульянова (Ленина)
Россия

Аронов Леонид Андреевич – магистр техники и технологии по направлению "Телекоммуникации" (2006), старший преподаватель кафедры теоретических основ радиотехники 

Автор 20 научных работ. Сфера научных интересов – оптическая обработка информации. 

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



Ю. С. Доброленский
Институт космических исследований Российской академии наук (ИКИ РАН)
Россия

Доброленский Юрий Сергеевич – кандидат физико-математических наук по специальности "Радиофизика" (2008), старший научный сотрудник 

Автор более 60 научных работ. Сфера научных интересов – акустооптика, физическая оптика, радиофизика, физика колебаний, физика атмосферы, космическое приборостроение, физика планет. 

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



Г. В. Кулак
Мозырский государственный педагогический университет им. И. П. Шамякина
Беларусь

Кулак Геннадий Владимирович – доктор физико-математических наук (2003), профессор (2011), член Нью-Йоркской академии наук (1996), профессор кафедры физики и математики 

Автор более 210 научных работ. Сфера научных интересов – акустооптика гиротропных монокристаллов и оптических волноводов; оптоакустика конденсированных сред.

ул. Студенческая, д. 28, г. Мозырь, 247777



Список литературы

1. A 3 GHz Instantaneous Bandwidth Acousto-Optical Spectrometer with 1 MHz Resolution / M. Olbrich, V. Mittenzwei, O. Siebertz, F. Schmulling, R. Schieder // Proc. of 18th Intern. Symp. on Space Terahertz Technology, 21–23 March 2007, Pasadena, California. P. 231–235. URL: https://hobbydocbox.com/Radio/95227070-A-3-ghz-instantaneous-bandwidth-acousto-optical-spectrometer-with-1-mhz-resolution.html (дата обращения 16.01.2020).

2. Acousto-Optical Spectrometers for THz Heterodyne Instruments / O. Siebertz, R. Schieder, C. Gal, M. Olbrich, P. Hartogh. Proc. SPIE. 4857. 2003. Vol. 56.

3. Vander Lugt A. Interferometric spectrum analyzer // App. Opt. 1981. Vol. 20, iss. 16. P. 2770–2779. doi: 10.1364/AO.20.002770

4. Wiley W. A., Gatenby P. V. Theoretical Study of the interferometric Bragg-cell Spectrum Analyzer // IEE Proc. J. Optoelectronics. 1986. Vol. 133, iss. 1. P. 47–59. doi: 10.1049/ip-j.1986.0007

5. Tinoco A. F. S., Perrella W. J., Alves F. D. P., Oliveira J. E. B. Computer aided Design of Bragg Cell Spectrum Analyzer // Proc. of the 2001 SBMO/IEEE MTT-S Intern. Microwave and Optoelectronics Conf. Belem, Brazil, Brazil, 6–10 Aug. 2001. Vol. 1. P. 13–16. doi: 10.1109/SBMOMO.2001.1008708

6. Грачев С. В., Рогов А. Н., Ушаков В. Н. Гомодинный акустооптический анализатор спектра с пространственным и временным интегрированием // Радиотехника. 2003. Вып. 4. С. 23–28.

7. Saleh B. E. A., Teich M. C. Fundamentals of Photonics. 2nd ed. Hoboken, NJ: Wiley Interscience, 2007. 1177 p.

8. Акустооптические процессоры спектрального типа / под ред. В. В. Проклова, В. Н. Ушакова. М.: Радиотехника, 2012. 192 с.

9. 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: 10.32603/1993-8985-2019-22-2-53-61

10. Vander Lugt A. Optical Signal Processing. New York: Wiley Interscience, 2005. 604 p.

11. CCD Area Image Sensor S12101 / Hamamatsu photonics. URL: https://www.hamamatsu.com/resources/pdf/ssd/s12101_kmpd1176e.pdf (датаобращения14.01.2020).

12. CCD Area Image Sensor S12101 / Hamamatsu photonics. URL: https://www.hamamatsu.com/resources/pdf/ssd/s12071_kmpd1138e.pdf (датаобращения14.01.2020).

13. Svelto O. Principles of Lasers. 5 th ed. New York: Springer Science+Business Media, LLC, 2010. 620 p.

14. Diode Lasers for Raman Spectroscopy / Micro Laser Systems, Inc. URL: http://www.microlaser.com/PDFs/DL_for_Raman-16.pdf (дата обращения 14.01.2020).

15. HNL Series Red HeNe Lasers. User Guide Rev. B. August 21, 2018 / Thorlabs. URL: http://cdn.specpick.com /images/photonics/products/HNL150RB.pdf (дата обращения 14.01.2020).


Для цитирования:


Аронов Л.А., Доброленский Ю.С., Кулак Г.В. Статистическая модель гомодинного акустооптического спектроанализатора. Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника. 2020;23(1):52-62. https://doi.org/10.32603/1993-8985-2020-23-1-52-62

For citation:


Aronov L.A., Dobrolensky Y.S., Kulak G.V. Statistic Model of Homodyne Acousto-Optic Spectrum Analyzer. Journal of the Russian Universities. Radioelectronics. 2020;23(1):52-62. (In Russ.) https://doi.org/10.32603/1993-8985-2020-23-1-52-62

Просмотров: 51


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1993-8985 (Print)
ISSN 2658-4794 (Online)