Главная  Оптические магистрали 

[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [93] [94] [95] [96] [97] [98] [99] [100] [101] [102] [103] [104] [105] [106] [107] [108] [109] [110] [111] [112] [113] [114] [115] [116] [117] [118] [119] [120] [121] [122] [123] [124] [125] [126] [127] [128] [129] [130] [131] [132] [133] [134] [135] [136] [137] [ 138 ] [139] [140] [141] [142] [143] [144] [145] [146] [147] [148] [149] [150] [151] [152] [153] [154] [155] [156] [157] [158] [159] [160] [161] [162] [163] [164] [165]

Полученный фототок будет изменяться во времени и содержать две низкочастотные (неоптические) составляющие

i (t) = аА I Ек it) + El (t) \\ (16.4.16)

что после подстановки и простых преобразований даст

i (/) = оЛА [Ец cos (й)д / + Фд) + El cos со t] = = aJ?Л {(£2) 11 + cos 2 (сод / -f фд) + 2£« El cos (cd« / + + Ф«) cos <0l t + (EII2) 11 + cos 2<0l t]} = JlA (Pr + Pl) + + аЯА {(E%I2) cos 2{(Oiit+ Ф«) + (EI/2) cos 2<0l t + + 2£д £l (cos (cdr / + «l 4-ф«) +

-fcos(cD«/-со. + Фд)1}. (16.4.17)

Как отмечалось, вторая гармоника и суммарные частоты, появляющиеся при классическом анализе задачи, не возникают прн надлежащем квантово-механическом рассмотрении. В любом случае ширина полосы пропускания фотодиода позволяет ему реагировать только на постоянную составляющую тока и разностную частоту, а более высокие частоты усредняются им до нуля. Таким образом,

i(t)l + 2Я(ФдФ.)/2cosI(o)r-o)l)t Фл1, (16.4.18)

причем среднеквадратический ток, генерируемый на промежуточной (или разностной) частоте,

= ,й?(2ФдФ)/2. (16.4.19)

Для сравнения полученного результата с предыдущими предположим, что несущая волна промодулирована до интенсивности двоичным сигнало-м. Таким образом, принимаемый световой поток равен либо нулю, либо потоку Ф«, который обеспечивает максимальный (пиковое значение) сигнал р. Тогда в соответствии с предыдущим определяем среднеквадратическое отношение сигнал-шум К как отношение Up к полному среднеквадратическому шуму, возникающему в фотодиоде и предварительном усилителе. Допустим, что использован усилитель напряжения, описанный в § 14.4. Суммарный шум состоит из:

дробового шума, создаваемого падающим излучением

(/SA)-2eJ?(Фд-;-Ф-fФя), (16.4.20)

где к членам, входящим в (16.4.15), добавляется Фд для учета любого фонового излучения на фотодетекторе;



случайного сигнала, получаемого на промежуточной частоте от любого фонового излучения, лежащего* полосе А/ вокруг частоты гетеродина /. По аналогии с (16.4.19) запишем

(1вк?==2Я Ф- А/.

(16.4.21)

Член (dOe/df) А/ представляет собой поток фонового излучения в полосе частот Af относительно частоты f; шума, создаваемого усилителем. В соответствии с (14,4.10) он содержит слагаемые а, б, г и е. Для удобства выразим эту сумму в таком виде:

+ J=LC(A/)

(16.4.22)

Если учесть все эти факторы, результирующее отношение сигнал-шум

(2Ф«Ф/.)

Окончательно получаем

(16.4.23) (16.4.24)

Из полученного выражения следует, что влияние увеличения уровня мощности гетеродина аналогично использованию лавинного или вторично-эмиссионного умножения и приводит к уменьшению роли слагаемых, определяющих шум усилителя. Если Ф достаточно велико, чтобы этими слагаемыми можно пренебречь, а Ф/? и Фд не учитывать, то

= ---= -. (16.4.25)

ЙФд

Таким образом, теоретически при достаточной мощности гетеродина гетеродинное детектирование позволит достичь квантового предела детектирования, а именно.

(16.4.26)

если фоновое излучение не очень велико. Было подсчитано, что даже если приемник, настроенный на длину волны 10,6 мкм, направлен непосредственно на Солнце, отношение сигнал-шум может ухудшиться не более, чем на 3 дБ.



ibJ. ПРИМЕРЫ ОТКРЫТЫХ ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ СВЯЗИ 16.5.1. Наземные системы связи

Примером наиболее широкого использования неканализируемой оптической передачи сигналов является обычный инфракрасный ди-стаиционный телевизионный контроллер. Он представляет собой портативное устройство, содержащее два или более светодиодов ИК-диа-пазона, которые излучают серию оптических импульсов мощностью в доли милливатт. Фотодиод, установленный в телевизоре, детектирует либо прямое, либо рассеянное излучение. Последовательность импульсов может быть закодирована так, чтобы можно было переключать каналы, включать и выключать приемник, повышать и понижать уровень громкости, а также выбирать нужную страницу в Телетексте. Эту задачу можно реализовать с помощью утьтразвукового устройства. Самым важным фактором при решении вопроса о том, какое устройство следует предпочесть, является стоимость преобразователей: светодиодов и фотодиодов - в одном случае и ультразвуковых преобразователей и микрофонов - в другом. В любом случае требуемая электронная обработка сигнала одинакова и относительно недорога.

Други.м примером использования оптической системы является устройство для связи внутри помещения, позволяющее человеку, перемещающемуся по комнате, принимать высококачественную звуковую программу на головной телефон, при этом программа может идти от любого обычного источника: радиоприемника, магнитофона или телефона. В данном случае достаточно использовать простую модуляцию интенсивности установленного на усилителе СД. На рис. 16.13 показала блок-схема более совершенной системы аналогичного назначения. Здесь модулированная по частоте поднесущая генерируется в виде последовательности оптических импульсов. При использовании стандартного СД средний уровень мощности на частоте около 100 кГц будет 1 мВт. Частотная модуляция поднесущей и ее демодуляция могут осуществляться [госредством стандартного управляемого напряжением генератора, выполненного на интегральных схемах. Это устройство могло бы заменить индуктивную рамку, которая часто устанавливается в кинотеатрах и лекционных залах для удобства тех, кто пользуется слуховыми аппаратами. И вновь цена и удобство эксплуатации будут определяющими критериями использования такой системы. Кроме того, весьма важно потребление энергии приемником, который должен питаться от батареек.

Идея неканализируемой оптической передачи сигналов вне помещения нашла свое отражение в создании дуплексного скрытого полевого телефона. Приемопередающая электроника этого телефона помещается водной половине стандартного бинокля 7у50. Другая половина используется как монокль для наведения на корреспондента. Прибор соединен с легкой головной гарнитурой, состоящей из наушников и микрофона. При хороших атмосферных условиях легко достижима



[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [93] [94] [95] [96] [97] [98] [99] [100] [101] [102] [103] [104] [105] [106] [107] [108] [109] [110] [111] [112] [113] [114] [115] [116] [117] [118] [119] [120] [121] [122] [123] [124] [125] [126] [127] [128] [129] [130] [131] [132] [133] [134] [135] [136] [137] [ 138 ] [139] [140] [141] [142] [143] [144] [145] [146] [147] [148] [149] [150] [151] [152] [153] [154] [155] [156] [157] [158] [159] [160] [161] [162] [163] [164] [165]

0.0012