第二章聲光頻譜分析系統(tǒng)

1、第二章 聲光頻譜分析系統(tǒng)空間積分(功率)型聲光頻譜分析儀混合型聲光頻譜分析儀干涉型聲光頻譜分析儀聲光頻譜分析系統(tǒng)的性能參數(shù)動(dòng)態(tài)范圍 空間坐標(biāo) 和 與空間頻率和 之間的關(guān)系為2.2 空間積分(功率)型聲光頻譜分析儀信號(hào)f(t)作為布喇格器件的輸入，則離開(kāi)器件的光振幅為在傅里葉透鏡的后焦平面上，經(jīng)過(guò)傅里葉變換的光分布為2.3 混合型聲光頻譜分析儀瞬時(shí)功率譜隨著時(shí)間積分產(chǎn)生的輸出為2.4 干涉型聲光頻譜分析儀在光電檢測(cè)器平面P上的光密度I(,t)是兩路信號(hào)和的平方：2.5 聲光頻譜分析系統(tǒng)的性能參數(shù)光源擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)串?dāng)_和旁瓣控制頻率分辨率及光電檢測(cè)單元的間距擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)透鏡法設(shè)透鏡的焦距為F，物距和

2、像距分別為S01和S02 ，它們?nèi)咧g的關(guān)系為利用這一特點(diǎn)，可以采用兩個(gè)焦距不同的透鏡，就可構(gòu)成一擴(kuò)束和準(zhǔn)直系統(tǒng)。F1、F2分別為兩個(gè)透鏡的焦距。由幾何光學(xué)原理很容易得出束寬比率為設(shè)激光束直徑為d，所需光束寬度為D，那么棱鏡法Dd激光（a）（b）為入射角， 為折射角，為棱鏡的頂角，d為入射光寬度，D為出射寬度。每個(gè)棱鏡的擴(kuò)束比率為為棱鏡的折射率光在入射面上的損失與光的偏振方向有關(guān)，一般隨入射角的增大而增大，我們必須在光損失與放大比率M之間做一折衷。菲涅耳公式（透射光能流與入射光能流之比）透鏡法和棱鏡法之間的比較：1、棱鏡擴(kuò)束系統(tǒng)體積小、成本低、無(wú)像差；2、透鏡擴(kuò)束系統(tǒng)的M受透鏡的焦距限制，而

3、棱鏡系統(tǒng)的M只與光束入射角有關(guān)，可大大縮短光路；3、透鏡（或柱面鏡）系統(tǒng)在調(diào)整時(shí)，必須使兩個(gè)焦點(diǎn)重合，才能得到準(zhǔn)直的平行光，而棱鏡系統(tǒng)無(wú)此限制，調(diào)節(jié)方便，簡(jiǎn)便易行。2.5.3 串?dāng)_和旁瓣控制矩形函數(shù)高斯函數(shù)窗口函數(shù)在傅里葉平面的響應(yīng)為矩形函數(shù)的響應(yīng)為 高的旁瓣電平會(huì)使被檢測(cè)的弱信號(hào)變得模糊不清，并且由于一部分能量增加到相鄰的光電檢測(cè)單元上而產(chǎn)生光串?dāng)_。由于旁瓣來(lái)源于信號(hào)中尖銳的不連續(xù)點(diǎn)，因此需要使用其他的窗口函數(shù)來(lái)降低它。 與矩形函數(shù)相比，高斯窗口函數(shù)能產(chǎn)生很低的旁瓣電平，其旁瓣電平可以通過(guò)選擇參數(shù) 來(lái)加以控制，參數(shù) 決定了窗口邊緣入射光的振幅。旁瓣振幅降低的速率也依賴于參數(shù) 。對(duì)于頻譜分析儀

4、來(lái)說(shuō)，相對(duì)于主瓣的峰值電平，旁瓣電平的典型指標(biāo)是不高于-50dB，且旁瓣的位置離主瓣的中心相差5個(gè)可分辨頻率點(diǎn)。2.5.4 頻率分辨率及光電檢測(cè)單元的間距對(duì)于長(zhǎng)為L(zhǎng)的均勻照射信號(hào)，兩個(gè)最小可分辨頻率之間的角距可簡(jiǎn)單地表示為 =/L，在傅里葉變換域，每個(gè)頻率點(diǎn)至少需要2個(gè)檢測(cè)單元才能滿足采樣定理，因此有2.6 動(dòng)態(tài)范圍2.6.1 相互調(diào)制量2.6.2 信噪比與最小信號(hào)電平信噪比可用下式來(lái)計(jì)算 對(duì)于檢測(cè)陣列中的第k單元，其信噪比為 式中ik信號(hào)電流； 一個(gè)電子的電荷量； 負(fù)載電阻、電容和截止頻率 之間的關(guān)系為 解出RL，并將其代入上式可得出一個(gè)更實(shí)用的信噪比公式:假設(shè)輸入的連續(xù)波信號(hào)為 則其正衍射級(jí)的傅里葉變換為:在傅里葉平面上，光電檢測(cè)單元對(duì)光敏面上的光強(qiáng)進(jìn)行積分。因此，總的光功率為考慮使用矩形窗口函數(shù)，a（x）= rect（x/L），則有總的光功率為光電流為從這個(gè)結(jié)果可得出以下結(jié)論：給出了電流和光信號(hào)功率之間的關(guān)系；表明被檢測(cè)的光功率不是特定參數(shù)的函數(shù)，如，L和F等；表明光電流ik正比于輸入信號(hào)的功率 。由此可以得出決定頻譜分析系統(tǒng)動(dòng)態(tài)范圍的ck的最小值。動(dòng)態(tài)范圍的定義為式中 最大信號(hào)功率； 最小信號(hào)功率。可解出可得動(dòng)態(tài)范圍隨著有用功率的