Домашнее задание №1

МГТУ им. Н.Э. Баумана

по курсу: Оптические приборы

для научных исследований

на тему: Акустооптические устройства обработки

радиосигналов (процессоры)

Студент: Кошелев К.И.

Группа: РЛ2-92

Преподаватель: Пожар В.Э.

Москва, 2014

Акустооптические приборы могут служить основой для создания устройств обработки радиосигналов - т. н. процессоров, которые, в отличие от цифровых вычислительных машин, позволяют производить обработку информации в реальном масштабе времени. В акустооптическом процессоре переменный во времени электрический сигнал преобразуется электроакустическим преобразователем в УЗ-волну, которая, распространяясь в кристалле, создает пространственное звуковое изображение сигнала. При дифракции света на звуковом сигнале в дифрагированном излучении возникает оптическое изображение сигнала, которое затем обрабатывается с помощью различных оптических элементов: линз, зеркал, диафрагм, транспарантов и др. Обработка сигнала осуществляется путем одновременного считывания всей запасенной в звуковом импульсе информации. Акустооптические процессоры осуществляют быстрое, в реальном масштабе времени, фурье-разложение СВЧ-сигнала, частотную фильтрацию сигнала, нахождение функции корреляции исследуемого сигнала с заданным и другие операции.

Действие процессоров, предназначенных для анализа спектра или частотной фильтрации СВЧ-сигнала, основано на преобразовании частотного спектра звукового сигнала в угловой спектр дифрагированного света. По угловому распределению его интенсивности можно получить спектральную характеристику СВЧ-сигнала. Помещая на пути световых лучей оптические транспаранты с переменной прозрачностью, изменяют угловое распределение интенсивности дифрагированного света и тем самым получают на выходе фотоприемного устройства фильтрованный электрический сигнал.

В задачах обработки больших массивов информации могут быть применены акустооптические линейно алгебраически процессоры, предназначенные для перемножения матрицы на вектор, матрицы на матрицу, тройного перемножения матриц и т.п. В таких процессорах используются свойства акустооптических ячеек: возможность модуляции интенсивности дифрагированного пучка и его отклонения на угол, пропорциональный частоте акустических колебаний в ячейке.

Схема акустооптического алгебраического процессора, реализованного

на линзе

Элементы матрицы, соответствующим образом представленные сигналами aij, подаются на линейку источника света (1) в плоскости P1, их коллимированное излучение - на модулятор (3). Одновременно на модулятор подаются импульсы x1, x2,...,xN, пропорциональные N-мерному вектору N. Результатом перемножения является вектор y = Ax, компоненты которого вычисляются по правилу:

i,j = 1...N.

Оптическая система из линз (4, 6) и диафрагмы (5) проецирует результат на линейку фотодетекторов (7). Работа устройства синхронизирована так, что в момент времени входа в апертуру ячейки первого акустического импульса первый источник света (фотодиод) излучает световой импульс с заданной интенсивностью a11, а на выходе первого детектора появляется импульс тока, пропорциональный a11·x1. Следующий такт вычисления произойдёт, когда первый импульс сместится и будет направлен против второго светодиода, излучающего со световой интенсивностью, пропорциональной a21. В результате, суммарный выходной сигнал первого фотодетектора пропорционален a11·x1 + a12·x2. Через N таких тактов все элементы вектора x5 заполнят амплитуду ячейки, и величина сигнала нагрузки на i-том фотодетекторе будет пропорциональна

Теоретический предел скорости обработки составит (5 √ 10)¹⁰ операций умножения/сложения в секунду. Аналогично строится процессор для перемножения матрицы на матрицу.