长时域信号处理装置.pdf

本发明公开了一种实现长时域信号处理装置，该装置是利用光存储技术将布喇格声光相关光信号存储于光存储阵列或存储介质层中，然后将存储的光信号读取出来进行信号处理，该技术针对长时域信号相关运算的技术领域。本发明的突出效果是通过本发明的方法可以对长时域信号尤其是时间带宽积大于104的信号进行处理。

1、  一种长时域信号处理装置，其特征在于：
①器件包括激光器(1)、扩束准直镜组(2)、波片(3)、半透半反射透镜(4)、空间光调制器(5)、快门(6)、声光布喇格元件(7)、光存储介质或阵列(8)、反射镜(9)、第一光学透镜(10)、反射镜(11)、第二光学透镜(12)、反射镜(13)、成像系统(14)、光电探测阵列(15)以及计算机(17)，其中激光器(1)、扩束准直镜组(2)、波片(3)、半透半反射透镜(4)和声光布喇格元件(7)设置在同一光轴上；
②其中激光器(1)加有偏置电压V₁，射频电信号S₁(t)调制激光器(1)，受到调制的激光束经过扩束准直镜组(2)和波片(3)后形成线性偏振光，该线性偏振光通过半透半反射透镜(4)后，分成两路，其中一路作为信号光，另一路作为参考光；
③参考光经过由计算机(17)连接控制用于读取信号的快门(6)后，再通过反射镜(9)、第一光学透镜(10)、反射镜(11)和第二光学透镜(12)入射在光存储介质或阵列(8)上；
④信号光利用计算机(17)在空间光调制器(5)上加载随机分布的二值数据页，通过空间光调制器(5)时被精确地调制上页码信息，在声光布喇格元件(7)加上偏置电压V₂后，用准信号S₂(t)驱动声光布喇格元件(7)，调制上页码信息的信号光以布喇格角入射到布喇格元件上，经过声光布喇格元件(7)的声光互作用信号被存储在光存储介质或阵列(8)，存储的全息图像利用参考光读取出来，再经过反射镜(13)和成像系统(14)后，成像在光电探测阵列(15)上，并把信号传输到计算机(17)进行长时域处理。

2、  根据权利要求1所述的长时域信号处理装置，其特征在于，反射镜(9)、第一光学透镜(10)、反射镜(11)和第二光学透镜(12)被固定在同一精密平移台(16)上，通过计算机(17)控制精密平移台(16)移动，精密调整参考光入射角度。

3、  根据权利要求1所述的长时域信号处理装置，其特征在于，所述声光布喇格元件(7)选择的材料是铌酸锂晶体，声波在其中的渡越时间范围为5微秒到500微秒，中心频率在250MHz到4GHz。

4、  根据权利要求1所述的长时域信号处理装置，其特征在于，所述激光器(1)包括气体激光器、半导体激光器、固体激光器、分布反馈式激光器和量子阱激光器；所述光存储介质或阵列(8)是铁电畴晶体、光折变晶体或者磁光材料；所述光电探测阵列(15)是CCD探测器阵列，或者CMOS探测器阵列。

长时域信号处理装置
技术领域
本发明涉及声光信号处理技术领域，具体涉及一种长时域信号处理装置。
背景技术
声光信号处理技术的根本优势在于其利用声光布喇格器件实现对电子信号信息的快速处理，声光信号处理的核心部分是布喇格器件。利用压电换能器把待测或参考电信号转换成声信号形成行波光栅，利用该光栅与被信号调制的入射光信号发生衍射。利用声光相互作用，以及相关的光路和光电检测系统，可以实现对复杂电信号的相关运算等信息处理。
同时，发明专利CN2314493Y的“一种空间积分声光相关器”实现大带宽、大动态范围、高速并行处理的目的。其中心频率为100-600MHz，有效带宽80-250MHz，声渡越时间5-20μs。和发明专利CN1485654A“一种时间积分声光相关器“，两者都用光电检测器即光电二极管或线性电荷耦合器CCD来检测，这样两种方式具有相同的缺点就是没有提出对长时域信号明确的接收和处理方法。
时间积分的声光相关器是利用光电检测器阵列对衍射光的空间分布进行取样。衍射光的空间分布是随时间而变，且尼奎斯取样定理使阵列可分辨的变化受到限制。因此，限制了能处理的信号带宽。但由于阵列的时间积分特性，使得它可处理持续时间非常长的信号，因而可以获得十分大的时间带宽积。针对此，本发明提出了一种实现长时域信号相关处理的方法。
另一方面，体全息存储技术以其存储密度高、存储容量大，数据传输速率高、数据搜索时间短等优势成为一种颇具潜力的海量信息存储技术。近年来，体全息存储领域的研究热潮持续高涨。如何充分发挥体全息存储的优势，实现高存储密度、大存储容量，高数据传输速率的全息信息存储，并完善体存储器的各项性能，推进体全息存储技术的实用化，是近年来体全息存储领域的研究热点。
传统光存储技术，始终是把信息存储在介质的平面上。平面上的每一个点表示一位二进制信息。和传统技术有所不同，体全息存储技术是把信息存储在介质的三维体积中，而非平面上。所以，存储密度有极大的提高。这种技术充分利用了存储介质的光折变性质，用来记录两束光的相干条纹。被记录的条纹信息在存储介质内部形成体光栅，使得信息得以保存。基于体光栅对于入射光的选择性，可以在存储介质的同一体积内部，反复记录不同的全息图，从而实现存储空间的复用，存储容量得到极大的提高。存储介质体积的复用不仅可以有效的提高存储容量，同时也有助于加速信息的读出。由于大量的信息是以体光栅的形式存储于介质内部的同一个点，所以在读取过程中，可以通过全息参考光实现信息的并行读出，而非传统光学存储技术的串行，进而大大提高了信息的读取速率。
发明内容
本发明所要解决的问题是：如何提供一种长时域信号处理装置，该装置能克服现有技术存在的缺陷，是利用光存储技术将布喇格声光相关信号存储在光存储阵列或者存储介质中，然后将存储的光信号读取出来进行信号处理。
本发明所提出的技术问题是这样解决的：提供一种长时域信号处理装置，其特征在于：
①器件包括激光器1、扩束准直镜组2、波片3、半透半反射透镜4、空间光调制器5、快门6、声光布喇格元件7、光存储介质或阵列8、反射镜9、第一光学透镜10、反射镜11、第二光学透镜12、反射镜13、成像系统14、光电探测阵列15以及计算机17，其中激光器1、扩束准直镜组2、波片3、半透半反射透镜4和声光布喇格元件设置在同一光轴上；
②其中激光器1加有偏置电压V₁，射频电信号S₁(t)调制激光器1，受到调制的激光束经过扩束准直镜组2和波片3后形成线性偏振光，该线性偏振光通过半透半反射透镜4后，分成两路，其中一路作为信号光，另一路作为参考光；
③参考光经过由计算机17连接控制用于读取信号的快门6后，再通过反射镜9、第一光学透镜10、反射镜11和第二光学透镜12入射在光存储介质或阵列8上；
④信号光利用计算机17在空间光调制器5上加载随机分布的二值数据页，通过空间光调制器5时被精确地调制上页码信息，在声光布喇格元件7加上偏置电压V₂后，用准信号S₂(t)驱动声光布喇格元件7，调制上页码信息的信号光以布喇格角入射到布喇格元件7上，经过声光布喇格元件7的声光互作用信号被存储在光存储介质或阵列8，存储的全息图像利用参考光采用一定的方式读取出来，再经过反射镜13和成像系统14后，成像在光电探测阵列15上，并把信号传输到计算机17进行长时域处理。
按照本发明所提供的长时域信号处理装置，其特征在于，反射镜9、第一光学透镜10、反射镜11和第二光学透镜12被固定在同一精密平移台16上，通过计算机17控制精密平移台16移动，精密调整参考光入射角度。
按照本发明所提供的长时域信号处理装置，其特征在于，所述声光布喇格元件7选择的材料是铌酸锂晶体，声波在其中的渡越时间范围为5微秒到500微秒，中心频率在250MHz到4GHz。
按照本发明所提供的长时域信号处理装置，其特征在于，所述激光器1包括气体激光器、半导体激光器、固体激光器、分布反馈式激光器和量子阱激光器；所述光存储介质或阵列8是铁电畴晶体、光折变晶体(包括有机材料和无机材料)或者磁光材料，存储时间至少达到几十秒甚至更长，光存储全息图像在10幅以上；所述光电探测阵列15可以是CCD探测器阵列，也可以是CMOS探测器阵列，或者是其他光电探测器阵列。
按照本发明所提供的长时域信号处理装置，其特征在于，参考光入射角度是90°，也可以是其他角度。
本发明提出的实现长时域信号处理装置，是利用光存储技术将布喇格声光相关光信号存储于光存储阵列或存储介质层中，然后将存储的光信号读取出来进行信号处理的方法，其中存储方法和相应的读取方法与所选择的存储介质有关。现有的时间积分的声光相关器处理的长时域能力范围有限，通过本发明可以对长时域信号尤其是时间带宽积大于10⁴的信号进行处理。
附图说明
图1是本发明所提供的长时域信号处理装置的结构示意图。
其中，1、激光器，2、扩束准直镜组，3、波片，4、半透半反射透镜，5、空间光调制器，6、快门，7、声光布喇格元件，8、光存储介质或阵列，9、反射镜，10、第一光学透镜，11、反射镜，12、第二光学透镜，13、反射镜，14、成像系统，15、光电探测阵列，16、精密平移台，17、计算机。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述：
本发明提出的一种实现长时域信号处理的装置结构如图1所示，具体包括激光器1、扩束准直镜组2、波片3、半透半反透镜4、空间光调制器5、快门6、声光布喇格元件7、光存储介质或阵列8、反射镜9、第一光学透镜10、反射镜11、第二光学透镜12、反射镜13、成像系统14、光电探测阵列15、精密平移台16以及计算机17。
各个元件都放置在光学平台上，其中激光器1加一定的偏置电压V₁后，用接收到的射频电信号S₁(t)调制激光器，声光布喇格元件7加一定偏置电压V₂后，用准信号S₂(t)驱动声光布喇格元件7，经过布喇格元件的声光互作用信号存储在光存储介质或阵列8，存储的全息图像经过成像系统14后，成像在光电探测阵列15上，并把信号传输到计算机17进行长时域处理。
激光器可以是各种激光器：气体激光器、半导体激光器、固体激光器、分布反馈式激光器、量子阱激光器等。
存储光信号的光存储介质或阵列可以是铁电畴晶体、光折变晶体(包括有机材料和无机材料)或者磁光材料，存储时间至少达到几十秒甚至更长，光存储全息图像在10幅以上。
其中反射镜9、第一光学透镜10、反射镜11和第二光学透镜12被固定在同一精密平移台16上，通过计算机17控制精密平移台16移动，可精密调整参考光入射角度。
光电探测阵列可以是CCD探测器阵列，也可以是CMOS探测器阵列，或者是其他光电探测器阵列。
声光布喇格元件7，选择的材料可以是铌酸锂晶体等声光晶体。声波在其中的渡越时间范围为5微秒到500微秒，布喇格器件中心频率在250MHz到4GHz。
本发明的工作原理：激光器1加一定的偏置电压V₁后，用接收到的射频电信号S₁(t)调制激光器，受到调制的激光束，经过扩束准直镜组和特定的波片，使得激光束形成线性偏振光后，再通过半透半反射镜片4后，分成两束激光，其中一束作为信号光，另一束作为参考光，利用计算机17在空间光调制器5上加载随机分布的二值数据页，信号光通过空间光调制器5时被精确地调制上页码信息。
另一方面，参考光经过快门6(快门开关由计算机控制用于读取信号)后，再通过反射镜9、第一光学透镜10、反射镜11和第二光学透镜12，反射镜9、第二光学透镜10、反射镜11和第二光学透镜12被固定在同一精密平移台16上，通过计算机17控制精密平移台16移动，可精密调整参考光入射角度。
声光布喇格元件7加一定偏置电压V₂后，用准信号S₂(t)驱动声光布喇格元件7，调制上页码信息的信号光以布喇格角入射到布喇格元件上，经过布喇格元件的声光互作用信号被存储在光存储介质或阵列8，存储的全息图像利用参考光采用一定的方式读取出来，再经过成像系统14后，成像在光电探测阵列15上，并把信号传输到计算机17进行长时域处理。