空间积分过剩光载流子相关器.pdf

本发明公开了一种空间积分过剩光载流子相关器，其特征在于，包括检测光光源4、光束整形器5、硅片6、硅片7、凸透镜8和光电探测阵列9，它们顺次设置在同一光轴上；包括扫描驱动器1、振镜2和激发光光源3，其中扫描驱动器3和振镜2连接，激发光光源1经过振镜2的反射光与入射在硅片7上的偏平光束在同一平面上；包括扫描驱动器10、振镜11和激发光光源12，其中扫描驱动器10和振镜11连接，激发光光源12经过振镜11的反射光与检测光光源4经光束整形器5后入射在硅片6上的偏平光束在同一平面上；射频信号S2(t)加在激发光光源1，用来调制激发光光源1，射频电信号S1(t)加在激发光光源12上，用来调制激发光光源12。

1、  一种空间积分过剩光载流子相关器，其特征在于，包括检测光光源(4)、光束整形器(5)、硅片(6)、硅片(7)、凸透镜(8)和光电探测阵列(9)，它们顺次设置在同一光轴上，其中探测器整列(9)放置在透镜(8)的焦平面上；包括扫描驱动器(10)、振镜(11)和激发光光源(12)，其中扫描驱动器(10)驱动振镜(11)旋转，激发光光源(1)经过振镜(2)的反射光与入射在硅片(7)上的偏平光束在同一平面上；包括扫描驱动器(10)、振镜(11)和激发光光源(12)，其中扫描驱动器(10)和振镜(11)连接，激发光光源(12)经过振镜(11)的反射光与检测光光源(4)经光束整形器(5)后入射在硅片(6)上的偏平光束在同一平面上；射频信号S₂(t)加在激发光光源(1)，用来调制激发光光源(1)，射频电信号S₁(t)加在激发光光源(12)上，用来调制激发光光源(12)。

2、  根据权利要求1所述的空间积分过剩光载流子相关器，其特征在于，检测光光源(1)和(12)为红外半导体激光器，激发光光源(1)为光波波长是830nm的激光器，光束整形器由凸透镜和柱状透镜组成，选用重掺杂硅片，光探测器阵列为半导体非制冷红外光探测器阵列。

空间积分过剩光载流子相关器
技术领域
本发明涉及光信息技术领域，具体涉及一种空间积分过剩光载流子相关器。
背景技术
相关器主要用于相关图像识别，检测微弱信号等方面。特别是要在日益复杂的电磁波环境中检测出淹没在强噪声背景中的微弱信号对系统的带宽要求较高。
目前，相关器主要有数字相关器、声光相关器、光电混合联合变换相关器、光学相关器。数字相关器可用硬件或软件的方法实现，通过判决电路对两串数字码流进行比较来实现相关，主要用于通信方面，但无法进行数据的并行处理；声光相关器利用声光互作用的原理，通过声波的传输引入光信号延迟，并用一个光学系统完成乘法运算，具有高速并行处理的能力，缺点是体积较为庞大，且带宽不够大；光电混合联合变换相关器是计算机控制的光电混合系统，系统以光速进行傅立叶变换和光学相关，功率谱及相关输出信号则由CCD探测，可以进行数字信号处理；光学相关器主要运用透镜变换完成频谱面的光学相乘运算，灵活性较差，无法实时处理。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是如何提供一种空间积分过剩光载流子相关器，该相关器可以克服现有技术的缺点，并且在使用时对环境要求低，处理信号频谱范围广，能运用于高频宽待信号处理中。
本发明所提出的技术问题是这样解决的：提供一种空间积分过剩光载流子相关器，其特征在于，包括检测光光源4、光束整形器5、硅片6、硅片7、凸透镜8和光电探测阵列9，它们顺次设置在同一光轴上；包括扫描驱动器1、振镜2和激发光光源3，其中扫描驱动器3和振镜2连接，激发光光源1经过振镜2的反射光与入射在硅片7上的偏平光束在同一平面上，其中探测器整列9放置在透镜8的焦平面上；包括扫描驱动器10、振镜11和激发光光源12，其中扫描驱动器10驱动振镜11旋转，激发光光源12经过振镜11的反射光与检测光光源4经光束整形器5后入射在硅片6上的偏平光束在同一平面上；射频信号S₂(t)加在激发光光源1，用来调制激发光光源1，射频电信号S₁(t)加在激发光光源12上，用来调制激发光光源12。
按照本发明所提供的空间积分过剩光载流子相关器，其特征在于，检测光光源为红外半导体激光器，激发光光源为光波波长是830nm的激光器，光束整形器由凸透镜和柱状透镜组成，选用重掺杂硅片，光探测器阵列为半导体非制冷纤外光探测器阵列。
本发明运用的基本原理：激发光(光子能量大于半导体材料的禁带宽度)入射到半导体材料表面激发电子空穴对(或称为过剩光载流子)，由于这种光注入引起了材料折射率的变化，并通过振镜的旋转将调制激发光光源的信号转换为半导体材料折射率变化的信号，并且这种折射率变化信号载有调制光源信号的振幅相位信息。当检测光穿过此折射率发生周期性改变的半导体时，将发生衍射。最后用光电探测器来检测经透镜聚焦后的衍射光。
本发明的有益效果：1、瞬时频带宽，该机瞬时带宽可达1GHz；2、能实时处理并行信号；3、对不同形式的信号都有较好的处理能力，易于高斯加权；4、抗电磁干扰能力强，信号分辨率高。
附图说明
图1为空间积分过剩光载流子相关器示意图。
其中，1、激发光光源，2、振镜，3、扫描驱动器，4、检测光光源，5、光束整形器，6、硅片，7、硅片，8、凸透镜，9、光电探测器，10、扫描驱动器，11、振镜，12、激发光光源。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
如图1所示，该相关器从左至右包括：检测光光源4，光束整形器5，硅片6、7，凸透镜8，光电探测器阵列9，扫描驱动器3、10，振镜2、11，激发光光源1、12。其中检测光光源4、光束整形器5、硅片6、硅片7、凸透镜8和光电探测器阵列9在同一条光轴上，激发光光源12经振镜11的反射光与入射至硅片6上的扁平光束在同一平面内，同理，扫描驱动器3经振镜2的反射光与入射至硅片7上的扁平光束在同一平面内。信号S₂(t)+V₂(t)和S₂(t)分别加到偏压V₁和V₂上，用来调制两个激发光光源。光束整形器5由凸透镜和柱状透镜组成，检测光光源4出射的光垂直入射到光束整形器5上，先经凸透镜扩束准直再通过柱状透镜，出射的光为扁平光束，该光束垂直入射到硅片6上，出射的衍射光垂直入射到硅片7上再次衍射，该二次衍射光经过透镜8聚焦到放置在其焦平面上的探测器整列9上输出。扫描驱动器3(10)驱动振镜2(11)旋转，激发光投射到振镜2(11)的镜面上被反射至半导体硅片上，由于振镜镜面的旋转，激发光光路发生变化，相当于激发光至上而下(从下至上)扫描式投射到硅片7(6)上。偏压V₁(V₂)为不随时间变化的常量，S₁(t)+V₁(t)(或S₂(t)+V₂(t))始终大于零，用来调制激发光光源。
检测光光源为红外半导体激光器，激发光光源为光波波长是830nm的激光器，光束整形器由凸透镜和柱状透镜组成，选用重掺杂硅片，光探测器阵列为半导体非制冷红外光探测器阵列。
空间积分计算通过以下步骤完成：
强度受到输入信号调制的激发激光1与12分别通过周期摆动的振镜2和11照射到硅片上，形成与信号相对应的半导体载流子光栅，检测工作光4通过透镜扩束准直后投射到柱状透镜上，使光束在焦平面变成一扁平光束，再分别与两个半导体载流子光栅6和7相互作用。输出的一级衍射光光经透镜8聚焦到放置在焦平面上的光电检测器阵列9，并在其上实现相关积分。
接收信号S₁(t)加到偏压V₁上，并用来调制激发光光源12，信号S₂(t)加到偏压V₂上，用来调制激发光光源1，其中S₁(t)＝f(t)cos(ω_ct)，S₂(t)＝g(-t)cos(ω_ct)，通过硅片6出射的光可以表示为：
S₁(t，x)＝C₁f(t-x/v)exp[-iω_c(t-x/v)]
参考信号S₂(t)加到偏压V₂上，并用来调制激发光光源1。同理，若时谐均匀平面光波通过硅片7，出射的光可以表示为：
S₂(t，x)＝C₂g(-x/v-t)exp[-iω_c(x/v-t)]
在后焦平面上形成f₁和f₂之积的变换：
F ( p , t ) = C 1 C 2 ∫ - l / 2 l / 2 f ( t - x / v ) g ( - x / v - t ) exp ( - ipx ) dx ]]>
做变量代换L＝vt和u＝t-x/v，计算沿p＝0处，上式变为：
F ( 0 , t ) = C 1 C 2 v ∫ - l / 2 l / 2 f ( u ) g ( u - 2 t ) du ]]>
F(O，t)就是S₁和S₂的相关函数。