Формирователь импульса заданной длительности: Формирователи и селекторы импульсов по длительности

Селектор-формирователь импульсов заданной длительности для системы дистанционного управления моделями

В цифровых многоканальных системах дистанционного пропорционального управления моделями [1-3] сигналы, содержащие информацию об угловом положении исполнительного органа сервоприводов, формируются изменением ширины канальных импульсов, вырабатываемых шифратором передатчика. Их длительность, в зависимости от положения рукояток управления передатчика, может изменяться в интервале 1…2 мс. Для передачи информации по каналу связи эти импульсы преобразуются в импульсы фиксированной длительности 0,1…0,5 мс, образующие канальные посылки, которые разделены синхропаузой и следуют с частотой 50…60 Гц. Информация о передаваемом значении в соответствующем канале управления содержится во временном интервале между импульсами канальной посылки, а число импульсов в ней зависит от числа каналов управления. Дешифратор приёмника распределяет импульсы этой последовательности по каналам, восстанавливает ширину канальных импульсов и передаёт их на соответствующие сервоприводы.

В этих системах дистанционного управления моделями при воздействии различного рода помех не исключено появление на входе дешифратора приёмника посторонних импульсов, вызывающих переключение его счётчика наряду с импульсами канальной посылки, формируемыми шифратором передатчика, что приводит к появлению на выходе дешифратора ложных команд управления и, как следствие, аварии модели.

Один из способов борьбы с этими помехами заключается в селекции импульсов канальной посылки по длительности: на вход дешифратора приёмника пропускаются только те импульсы, длительность которых находится в интервале, соответствующем длительности импульсов канальной посылки своего передатчика [1].

Как правило, большинство электронных устройств, реализующих на практике этот способ борьбы с помехами, – аналоговые. Они преобразуют длительность импульсов канальной посылки в напряжение, сравнивают его с заданными пороговыми уровнями и по результату этого сравнения формируют управляющий сигнал, разрешающий или запрещающий прохождение соответствующего импульса канальной посылки на вход дешифратора. Недостатки этих устройств – относительно низкая стабильность работы и сложность налаживания.

Предлагаю свободный от указанных недостатков свой вариант селектора-формирователя импульсов заданной длительности.

Основные технические характеристики

Длительность селектируемых импульсов, мс …….0,3±0,08

Номинальная длительность формируемых импульсов, мс …………………….0,3

Напряжение питания, В……….5…9

Потребляемый ток, мА, не более ……………………15

По уровню входных и выходных сигналов селектор-формирователь импульсов совместим с КМОП-микросхемами.

Функциональная схема селектора-формирователя импульсов заданной длительности представлена на рис. 1. Он включает в себя логические элементы 2И-НЕ D1, D5; двоичный счётчик импульсов D2; цифровые компараторы D3, D4; генератор прямоугольных импульсов G1; многоканальный электронный переключатель S1; делитель частоты U1; формирователи коротких импульсов U2, U7; инвертирующие элементы U3, U8; формирователи цифровых кодов U4-U6; одновибратор U9.

Рис. 1. Функциональная схема селектора-формирователя импульсов заданной длительности

 

Селектор-формирователь импульсов заданной длительности (далее по тексту – селектор) работает так. Генератор G1 вырабатывает на своём выходе последовательность прямоугольных импульсов частотой f, которую понижает делитель частоты U1 в n раз, где n – целое число больше единицы, и поступает на первый вход логического элемента 2И-НЕ D1, второй вход которого соединён с входом селектора.

В момент появления на входе селектора импульса канальной посылки высокого логического уровня длительностью Δt на выходе формирователя коротких импульсов U2 возникает короткий импульс высокого логического уровня, который, воздействуя на вход R двоичного счётчика D2 и аналогичный вход делителя частоты U1, устанавливает эти функциональные узлы в нулевое состояние. Инвертирующий элемент U3 при наличии на входе селектора высокого логического уровня формирует на своём выходе низкий логический уровень, который, воздействуя на управляющий вход многоканального электронного переключателя S1, подключает к входам A цифровых компараторов D3, D4 выходы формирователя цифрового кода U4, формирующего на них двоичное число N₀.

Двоичные числа N₁, N₂, формируемые на выходах формирователей цифровых кодов U5, U6, подключённых к входам B цифровых компараторов D3, D4 соответственно, и число N₀ соотносятся между собой так: N₀ < N₁ < N₂. Поэтому в момент подключения входов A цифровых компараторов D3, D4 к выходам формирователя цифрового кода U4 на выходе A > B компаратора D3 формируется низкий логический уровень, а на выходе A < B компаратора D4 – высокий уровень. Следствие этого – появление на выходе логического элемента 2И-НЕ D5 напряжения высокого уровня, а на выходе инвертирующего элемента U8 – низкого уровня. Напряжение низкого логического уровня, подаваемое с выхода инвертирующего элемента U8 на вход разрешения одновибратора U9, блокирует его работу, при этом на выходе одновибратора U9 присутствует напряжение низкого уровня.

При поступлении на второй вход логического элемента 2И-НЕ D1 импульса канальной посылки высокого логического уровня длительностью Δt на тактовый вход C двоичного счётчика D2 с выхода делителя частоты U1 проходят прямоугольные импульсы напряжения частотой f/n. Двоичный счётчик D2 в течение времени Δt подсчитывает их число. По истечении времени At на втором входе логического элемента 2И-НЕ D1 появляется низкий логический уровень, в результате чего на выходе этого элемента формируется высокий уровень. Счёт импульсов счётчиком D2 прекращается, и на его выходах фиксируется двоичное число N_x, равное числу импульсов, поступивших на его тактовый вход C за время Δt.

По истечении времени At на выходе инвертирующего элемента U3 формируется высокий уровень, который поступает на вход управления многоканального электронного переключателя S1, при этом к входам A цифровых компараторов D3, D4 подключаются выходы двоичного счётчика D2 и отключаются от входов A этих компараторов выходы формирователя цифрового кода U4.

Нижняя и верхняя границы интервала длительности импульсов канальной посылки, разрешённых к прохождению на выход селектора, заданы двоичными числами N₁ и N₂ соответственно. Если длительность импульса Δt канальной посылки на входе селектора находится в пределах границ разрешённого интервала, т. е. выполняется условие N₁ < N_x < N₂, то в момент подключения к входам A цифровых компараторов D3, D4 выходов двоичного счётчика D2 на выходе A > B и A < B соответствующего компаратора появляется высокий логический уровень, вследствие чего в этот момент на выходе логического элемента 2И-НЕ D5 формируется импульсный перепад с высокого на низкий логический уровень. В результате этого на выходе инвертирующего элемента U8 формируется высокий логический уровень, который разрешает работу одновибратора U9, а формирователь коротких импульсов U7 формирует на своём выходе перепад с высокого на низкий логический уровень и обратно, запускающий одновибратор U9. В результате этого в момент окончания действия импульса канальной посылки на входе селектора на его выходе формируется прямоугольный импульс напряжения фиксированной длительности.

Если длительность импульса Δt канальной посылки на входе селектора не превышает нижнюю границу разрешённого интервала, т. е. выполняется условие N₁ > N_x < N₂, то в момент подключения к входам A цифровых компараторов D3, D4 выходов двоичного счётчика D2 на выходе A > B цифрового компаратора D3 формируется низкий логический уровень, а на выходе A < B цифрового компаратора D4 – высокий уровень. Следствием этого является формирование высокого логического уровня на выходе логического элемента 2И-НЕ D5 и низкого логического уровня на выходе инвертирующего элемента U8, соответственно на входе разрешения одно-вибратора U9. В этом состоянии одновибратор U9 заблокирован, а на выходе селектора формируется низкий логический уровень.

Если длительность импульса Δt канальной посылки на входе селектора превышает верхнюю границу разрешённого интервала, т. е. выполняется условие N₁ < N_x > N₂, то в момент подключения к входам A цифровых компараторов D3, D4 выходов двоичного счётчика D2 на выходе A > B цифрового компаратора D3 формируется высокий логический уровень, а на выходе A < B цифрового компаратора D4 – низкий уровень, следствием чего является формирование напряжения высокого уровня на выходе логического элемента 2И-НЕ DD5, при этом аналогично предыдущему случаю на выходе селектора формируется низкий логический уровень.

Таким образом, на выходе селектора появляются импульсы фиксированной длительности только в том случае, если длительность импульсов канальной посылки на его входе находится в заданных пределах, соответствующих длительности импульсов канальной посылки своего передатчика.

Принципиальная схема селектора представлена на рис. 2. Микросхемы DD1-DD5 в соответствии с рис. 1 выполняют следующие функции: DD1.1 – инвертирующий элемент U3; DD1.2 – логический элемент 2И-НЕD1; DD1.3 – активный элемент генератора прямоугольных импульсов напряжения G1, включающего в себя резисторы R2, R3, конденсаторы C1, C2 и кварцевый резонатор ZQ1; DD1.4 – логический элемент 2И-НЕ D5; DD2.1 – двоичный счётчик импульсов D2; DD2.2 – делитель частоты на четыре U1; DD3 – четырёхканальный электронный переключатель S1; DD4, DD5 – цифровые компараторы D3, D4.

Рис. 2. Принципиальная схема селектора

 

Резисторы R5-R8 образуют формирователь цифрового кода U4. При размыкании ключей микросхемы DD3 эти резисторы отключаются от соответствующих выходов двоичного счётчика DD2. 1, в результате чего на выводах резисторов R5-R8, соединённых с входами A1, A2, A4, A8 цифровых компараторов DD4, DD5, формируется двоичное  четырёхразрядное число N₀ = 0000₂ (0₁₀). При замыкании ключей микросхемы DD3 резисторы R5-R8 становятся нагрузочными для соответствующих выходов двоичного счётчика DD2.1, формирующего двоичное четырёхразрядное число N_x, подаваемое на входы A1, A2, A4, A8 цифровых компараторов DD4, DD5.

Резистор R9 и совокупность электрических связей, устанавливающих на соответствующих входах B1, B2, B4, B8 цифровых компараторов DD4, DD5 низкие и высокие логические уровни, образуют формирователи цифровых кодов U5, U6, при этом N₁ = 0101₂ (5₁₀), а N₂ = 1010₂ (10₁₀).

Дифференцирующие цепи R4C3 и R11C4 – формирователи коротких импульсов напряжения U2 и U7 соответственно. Транзистор VT1, резисторы R10, R13 – инвертирующий элемент U8. На микросхеме DA1, интегрирующей цепи R12C5 и конденсаторе C8 собран одно-вибратор U9. Длительность его выходного прямоугольного импульса – 0,3 мс.

Резистор R1 служит для устранения неопределённого состояния логического элемента 2И-НЕ DD1.2 при отсутствии подключения входа селектора к источнику сигнала. Конденсаторы C6, C7 – фильтрующие в цепи питания.

Монтаж селектора выполнен навесным способом на макетной плате. Конденсатор C5 – плёночный К73-17, его можно заменить конденсаторами К73-9, К73-24. Оксидные и керамические конденсаторы – импортные, вместо них можно использовать отечественные К50-35 и К10-17-1а соответственно. Постоянные резисторы – С2-33, возможная замена – С2-23, МЛТ, ОМЛТ Транзистор КТ315Б допустимо заменить другим этой же серии или подобным других серий. Микросхемы серии К561 могут быть заменены функциональными аналогами серии 564 или импортными. Интегральный таймер КР1006ВИ1 заменим импортным серии 555.

Проверку функционирования селектора производят так. К его входу подключают генератор регулируемых по длительности прямоугольных импульсов, амплитуда которых соответствует логическим уровням КМОП-микросхем, а к выходу – осциллограф. Устанавливают частоту выходного сигнала этого генератора равной 50 Гц и, изменяя длительность его выходных импульсов, убеждаются в появлении на выходе селектора прямоугольных импульсов длительностью 0,3 мс только в том случае, если длительность импульсов на входе селектора не менее 0,22 мс и не более 0,38 мс. При необходимости длительность выходных импульсов селектора корректируют подборкой резистора R12.

Литература

1. Войцеховский Я. Дистанционное управление моделями. Пособие моделиста и радиолюбителя. Пер с польск. Под ред. А. П. Павлова и Н. Н. Путятина. – М.: Связь, 1977, с. 180-186, 188-195.

2. Миль Г. Электронное дистанционное управление моделями. Пер. с нем. В. Н. Палья-нова. – М.: ДОСААФ, 1980, с. 45-114.

3. Днищенко В. А. 500 схем для радиолюбителей. Дистанционное управление моделями. – СПб.: Наука и техника, 2007, с. 20- 37, 64-121, 352-355.

Автор: О. Ильин, г. Казань

5.2.2. Составление схемы программируемого формирователя импульсов заданной длительности

Используя счетчики с входами параллельной загрузки, можно построить схему ждущего цифрового мультивибратора – устройства, которое при подаче на него короткого импульса запуска вырабатывает более широкий выходной импульс с длительностью, определяемой входным кодом.

Мультивибратор на счетчиках ИЕ9 и ИЕ10

Цифровой программируемый мультивибратор имеет вход запуска Р_зап, вход тактовых импульсов С с периодом Т_вх и информационные входы Di (рис.5.3,а). Длительность выходного сигнала равна целому числу периодов тактовых импульсов, подаваемых на счетный вход мультивибратора.

Рис.5.3. Схема программируемого мультивибратора на микросхеме К555ИЕ10 (а) и временные диаграммы его работы (б)

Схема содержит 4-разрядный двоичный счетчик с входами параллельной загрузки К555ИЕ10 (максимальный модуль счета – 16) и логические элементы, управляющие работой схемы. Идея построения цифрового ждущего мультивибратора заключается в том, чтобы разрешить работу счетчика в течение некоторого числа тактов после подачи в схему импульса запуска.

При включении схемы на всех выходах счетчика Q3. ..Q0 и на выходе переноса CR, как правило, присутствует нулевой уровень. Таким образом, на входах Е и L – сигнал единичного уровня, что разрешает работу счетчика в режиме счета. При подаче тактовых импульсов на вход синхронизации С счетчик начинает считать. Как только счетчик досчитает до конца, т.е. до 15 (для К555ИЕ10 – 1111: Q3 = Q2 = Q1 = Q0 = 1), на выходе переноса

CR появляется единичный уровень. При этом на вход разрешения счета Е поступает нулевой уровень, счетчик останавливается и уже не реагирует на импульсы на счетном входе С, т.е. переходит в ждущий режим. Единичный уровень с выхода CR, поступающий на вход схемы 2И-НЕ, разрешает прохождение импульса запуска.

Если подать импульс положительной полярности на вход запуска Р_зап, то на входе L, который управляет параллельным вводом, появится нулевой уровень. Счетчик переходит в режим параллельной загрузки данных с входов D3..D0 на выходы Q3..Q0. По фронту очередного тактового импульса С происходит запись числа с входов Di на выходы Qi. Если это число не равно 15, то на выходе

CR формируется логический 0 и на вход Е поступает 1. Счетчик переходит из ждущего режима в режим счета и начинает считать входные импульсы. Когда появляется сигнал переноса CR=1, на входе разрешения счета Е появляется нулевой уровень, формирование выходного импульса заканчивается и мультивибратор опять переходит в ждущий режим.

Временные диаграммы иллюстрируют работу мультивибратора при входном коде Di=7:

D3 = 0, D2 = D1 = D0 = 1.

Над диаграммой выходного сигнала проставлены числа, определяемые выходными сигналами счетчика Q3-Q0. После подачи импульса запуска в счетчик записывается число 7 (по фронту тактового импульса). Следующие импульсы на входе С меняют состояние счетчика, увеличивая его на единицу в каждом такте. По фронту 8-го импульса число, определяемое входными переменными

Q3-Q0, становится равным 15 и на следующий импульс счетчик уже не реагирует. Длительность выходного импульса кратна периоду тактового сигнала:

Т_вых = (М_max – D – 1)Т_вх,

где М_max – максимальный для данной схемы модуль счета, который равен: М_max = 10 для ИЕ9, М_max = 16 для ИЕ10, D – число в двоично-десятичном коде (для ИЕ9) или двоичном коде (для ИЕ10), записанное в счетчик через входы D3-D0. Диапазон изменения входного кода – от 0 до 14 для ИЕ10 и от 0 до 8 для ИЕ9.

Из временных диаграмм видно, что для запуска мультивибратора, построенного на счетчике с синхронной загрузкой, импульс Р_зап должен иметь такую длительность, чтобы на время его действия приходился хотя бы один фронт тактовых импульсов. Для формирования такого запускающего импульса удобно воспользоваться схемой формирования синхронного одиночного импульса (рис. 6.6).

Объединяя несколько счетчиков, можно строить программируемые цифровые мультивибраторы на произвольную длительность выходного импульса. Для мультивибратора на нескольких микросхемах ИЕ9 или ИЕ10 длительность выходного импульса Т_вых будет определяться той же формулой, где М_max – максимальный для данной схемы модуль счета, который будет равен:

М_max = 10

ⁿ для ИЕ9,

М_max = 16 ⁿ для ИЕ10,

где n – количество счетчиков в схеме.

Мультивибратор на ИЕ16 и ИЕ17

В схемах мультивибраторов можно использовать и счетчики в режиме обратного счета. На рис. 5.4,а приведена схема программируемого формирователя импульса на микросхемах К531ИЕ16 (4-разрядный реверсивный двоично-десятичный счетчик). В исходном состоянии (в ждущем режиме) на входах L – уровень логической «1», а выходные переменные Q3-Q0 обоих счетчиков представляют число 0 и на выходах СR сформирован сигнал займа, т.е. присутствует нулевой уровень, который запрещает счет через логический элемент DD1.1.

Рис.5.4. Схема программируемого мультивибратора на микросхеме К531ИЕ16 (а) и временные диаграммы его работы (б)

Если на вход запуска подать импульс Р_зап положительной полярности, то на входе L появится нулевой уровень и сразу же происходит параллельный ввод в счетчик числа с входов Di. Если это число не равно 0, то на выходе займа второго счетчика сформируется единичный уровень, который разрешит счет и запретит подачу нулевого уровня на входы L.

Временные диаграммы на рис. 5.4,б, иллюстрирующие работу схемы, приведены для случая, когда на информационные входы счетчика ИЕ16 подан двоично-десятичный код числа 14 – 0001 0100_2-10. Каждый тактовый импульс на входе C уменьшает содержимое счетчика единиц DD2 на 1 и при достижении счетчиком состояния 0 на его выходе

СR1 формируется сигнал займа, который разрешит уменьшить на единицу содержимое счетчика десятков DD3. Когда содержимое счетчика десятков станет равным 0 и на его вход поступит очередной импульс займа с выхода счетчика единиц, на выходе СR2 второго счетчика появится нулевой уровень, который запретит счет и блокирует работу счетчика единиц. Формирование выходного сигнала заканчивается. Снять блокировку можно только очередным импульсом запуска.

Из временных диаграмм видно, что формирование выходного сигнала начинается и заканчивается по фронту тактового импульса, поэтому длительность выходного импульса будет равна целому числу периодов тактовых импульсов. Тогда

Т_вых = D · Т

вх,

где D – число, двоично-десятичный код которого подан на входы Di двух счетчиков. Диапазон изменения D – от 1 до 99.

Если в этой схеме использовать синхронные двоичные счетчики К531ИЕ17, то Т_вых можно изменять от 1 до 255 периодов тактовых импульсов.

формирователей импульсов, пояснения в энциклопедии RP Photonics; фемтосекундные импульсы, дисперсионное формирование импульсов, синтез Фурье, пространственные модуляторы света, акустооптические модуляторы, приложения

“> Дом	Викторина	Руководство покупателя
Поиск	Категории	Глоссарий	Реклама

Прожектор фотоники

“> Учебники

Показать статьи A-Z

Примечание: поле поиска по ключевому слову статьи и некоторые другие функции сайта требуют Javascript, который, однако, отключен в вашем браузере.

можно найти в Руководстве покупателя RP Photonics. Среди них:

Дополнительные сведения о поставщике см. в конце этой статьи энциклопедии или перейдите на страницу

.

Список поставщиков формирователей импульсов

Вас еще нет в списке? Получите вход!

Используя наш рекламный пакет, вы можете разместить свой логотип и далее под описанием вашего продукта.

В различных ситуациях желательно модифицировать форму оптических импульсов с помощью какого-либо формирователя импульсов . В частности, это происходит в контексте ультракоротких импульсов, и эта статья посвящена этой области с длительностью импульсов в пикосекундной или фемтосекундной области. Такие световые импульсы обычно генерируются пикосекундными лазерами или фемтосекундными лазерами различных типов.

Формирование импульса часто касается зависимости оптической мощности от времени, но также может включать зависящую от времени мгновенную частоту или оптический спектр. В зависимости от приложения могут потребоваться различные формы импульсов. Например, можно просто получить плоскую спектральную фазу. Более сложным случаем является генерация некоторой заданной временной эволюции мгновенной частоты. В некоторых случаях формируются импульсы довольно сложной формы, а не просто формы, такие как гауссовская, сеч.0055 2 или параболические, но импульсы с сильными и сложными модуляциями оптической мощности и фазы.

Могут применяться самые разные физические принципы формирования импульсов, и наиболее важные из них объясняются в следующих разделах.

Частными случаями формирования импульса являются сжатие и растяжение импульса, когда основной интерес представляет изменение длительности импульса, а не детальная временная или спектральная форма.

В этой статье не рассматривается формирование электрических импульсов, которое часто применяется, например, в контексте обработки сигналов. Кроме того, в статье не рассматриваются эффекты формирования импульсов в лазерах с синхронизацией мод, а рассматривается только формирование импульсов, применяемое к импульсам после их генерации. Кроме того, он не относится к нелинейным устройствам формирования импульсов, таким как насыщающиеся поглотители.

Методы формирования импульсов

Прямое временное формирование

В принципе, он может напрямую управлять формой импульса с помощью какого-то оптического модулятора. Однако даже самые быстрые доступные модуляторы в лучшем случае достаточно быстры для очень грубого временного формирования относительно длинных пикосекундных импульсов. Поэтому обычно применяются совершенно другие методы, описанные в следующих разделах.

Формирование дисперсионного импульса

Временная форма светового импульса может быть изменена путем применения хроматической дисперсии. В упрощенной физической картине это означает, что относительное время прихода составляющих импульсов с различной длиной волны управляется с помощью зависящей от длины волны групповой задержки в формирователе импульсов.

В простых случаях применяется хроматическая дисперсия с фиксированным спектральным профилем. Например, профиль дисперсии чирпированного зеркала, объемной брэгговской решетки или волоконной брэгговской решетки можно оптимизировать для конкретной цели формирования импульса.

В других случаях требуется переменное (регулируемое или программируемое) формирование импульса. Это можно реализовать разными техниками. Обычно используют какие-то методы синтеза Фурье (также называемые формированием импульса с преобразованием Фурье 9).0052), где каким-то образом манипулируют амплитудой и/или фазой многих различных спектральных компонентов, чтобы получить желаемую временную форму импульса. Такие подходы обычно не требуют чрезвычайно быстрых модуляторов и т.п., а вместо этого требуют пространственного или временного разделения компонентов различных длин волн.

Типичный метод заключается в пространственном разделении компонентов длины волны с помощью дифракционной решетки, затем их распространении по параллельным путям с помощью линзы, затем направлении света через пространственный модулятор света (например, нематический жидкокристаллический модулятор) и, наконец, пространственной рекомбинации компоненты длины волны дополнительными оптическими элементами или теми же, что используются для пространственного разделения. На рис. 1 показана типичная оптическая установка.

Рисунок 1: Оптическая схема сверхбыстрого формирователя импульсов на основе дифракционных решеток, линз и пространственного модулятора света. Компоненты с разными длинами волн (из которых показаны только три) пространственно разделены в устройстве, но в конце рекомбинированы. Можно контролировать спектральные амплитуды или фазы, или и то, и другое.

Каждый элемент пространственного модулятора света может, например. действовать как фазовый модулятор для небольшого спектрального диапазона. С другими модуляторами можно также регулировать спектральную амплитуду или и амплитуду, и фазу, а иногда и поляризацию. Часто используются только фазовые модуляторы, и хотя они не дают полной свободы для формирования импульса, во многих случаях такой подход достаточен, поскольку спектральная фаза имеет первостепенное значение.

Как правило, пространственный модулятор света имеет количество каналов порядка 1000. Это означает, что около 1000 спектральных характеристик можно контролировать независимо.

Обратите внимание, что хроматические аберрации линз могут привести к неидеальной рекомбинации компонентов различных длин волн и, таким образом, к сложным пространственно-временным эффектам. В этом отношении установки с криволинейными зеркалами лучше, так как они не проявляют хроматической дисперсии.

Как правило, оптическая юстировка таких сверхбыстрых формирователей импульсов очень важна. Если компоненты с различными длинами волн не полностью рекомбинируются в пространстве после устройства, могут возникнуть нежелательные пространственно-временные эффекты. По сути, тогда можно получить разные формы временных импульсов в разных местах.

Обратите внимание, что дифракция на модуляторе света, в зависимости от запрограммированного шаблона модуляции, препятствует идеальному сбору всего света в один выходной пучок. Тем не менее, этот метод можно использовать для создания произвольных профилей фазы и амплитуды в пределах ограничений, которые в основном определяются спектральным диапазоном и разрешением, как поясняется ниже.

Какой спектральный диапазон и разрешение требуется?

Полученное временное разрешение ограничено не спектральным разрешением, а шириной охватываемого спектрального диапазона. С другой стороны, спектральное разрешение определяет временной диапазон, который могут охватывать сформированные импульсы. Например, двойной импульс с большим временным интервалом имеет быстромодулированный оптический спектр.

Формирователи импульсов с преобразованием Фурье ориентировочно легче реализовать для фемтосекундных импульсов, чем для пикосекундных импульсов, поскольку более широкая полоса пропускания более коротких импульсов облегчает пространственное разделение спектральных компонентов.

Обратите внимание, что можно использовать довольно медленный модулятор пространственной амплитуды; на самом деле обычно используются жидкокристаллические модуляторы. Их ограниченная скорость означает только то, что детали формирования импульса не могут быть быстро изменены. Максимальная частота обновления шаблона составляет порядка 100 Гц. Однако формировать последовательности импульсов с очень высокой частотой повторения импульсов не проблема, если допустимо, что не каждый импульс может быть сформирован индивидуально.

Формирование импульса с помощью деформируемых или движущихся зеркал

Вместо жидкокристаллического модулятора можно использовать деформируемое зеркало, которое используется, например, в адаптивной оптике. Когда компоненты с разными длинами волн попадают в разные точки зеркала, их оптической фазой можно управлять независимо, если можно независимо контролировать возвышение этих точек. Вместо деформируемого зеркала можно также использовать набор небольших подвижных зеркал. Обычно количество независимо контролируемых спектральных характеристик существенно меньше, чем достижимо либо с жидкокристаллическими модуляторами, либо с акустооптическими устройствами, как описано ниже.

В особо простом варианте вместо деформируемого зеркала используется одно плоское зеркало, которое можно только наклонить. Наклон создает только линейную спектральную фазу, что приводит к временному сдвигу. Таким образом, устройство на самом деле не является истинным формирователем импульсов, а только устройством сдвига импульсов. Однако по сравнению с другими типами оптических линий задержки частоты модуляции могут быть значительно выше.

Акустооптический формирователь импульсов

Существуют различные виды акустооптических формирователей импульсов. Один из них очень похож на описанные выше формирователи импульсов с преобразованием Фурье; по существу, в качестве пространственного модулятора света используется акустооптический модулятор. Когда оптические импульсы проходят через модулятор, он должен содержать акустическую картину пространственной формы, которая приводит к желаемой степени дифракции для различных компонентов длины волны. Для этой цели модулятор обычно приводится в действие программируемым генератором ВЧ-функций, также называемым 9.0051 сигнал произвольной формы генератор (AWG).

По сравнению с описанной выше формой импульса акустооптический модулятор отличается следующими аспектами:

• Вносимые потери значительно выше.
• Паттерн модуляции можно обновлять гораздо быстрее — например, с частотой обновления порядка 100 кГц (или даже больше) вместо 100 Гц. С другой стороны, невозможно применить формирование к цугам импульсов с высокой частотой повторения импульсов, поскольку они получаются от типичных лазеров с синхронизацией мод (например, 100 МГц), поскольку сгенерированная акустическая картина движется в устройстве со скоростью звук. Для каждого оптического импульса необходимо подготовить хорошо синхронизированный акустический импульс. Длина устройства, деленная на скорость звука, устанавливает верхний предел обратной скорости обновления. Поэтому такие формирователи импульсов подходят, например, для систем сверхбыстрых усилителей, где частота следования импульсов существенно снижается с помощью селектора импульсов, но не напрямую для лазеров с синхронизацией мод.
• Труднее обрабатывать очень широкополосные импульсы. В основном это связано с тем, что угол отклонения модулятора вносит существенную дополнительную длину пути, зависящую от длины волны, т. е. хроматическую дисперсию; хотя это в принципе можно компенсировать, это трудно сделать без введения хроматической дисперсии более высокого порядка.

Другой тип акустооптического формирователя импульсов, который можно реализовать с помощью гораздо более простой и компактной оптической схемы, основан на акустооптическом перестраиваемом фильтре, который здесь называется Акустооптический программируемый дисперсионный фильтр (АОПДФ). В этом устройстве световой импульс распространяется коллинеарно со звуковой волной, которая снова управляется управляемым компьютером функциональным генератором, соединенным с пьезопреобразователем модулятора. Взаимодействие с акустической волной приводит к переходу энергии в другую моду поляризации — например, из обыкновенной в необыкновенную поляризацию. Для одной конкретной акустической частоты этот синхронизированный по фазе перенос работает только в ограниченном диапазоне оптических частот. С подходящей суперпозицией акустических волн можно контролировать амплитуду и фазу всего оптического выхода с экстраординарной поляризацией.

Применение формирователей импульсов

В следующих разделах приведены несколько примеров применения сверхбыстрых формирователей импульсов.

Компенсация дисперсии и нелинейностей в системах усилителей

В системе сверхбыстрых усилителей, основанной на усилении чирпированных импульсов (CPA), важно иметь компрессор импульсов, который достаточно точно формирует плоскую спектральную фазу выходного сигнала, чтобы максимально достигается пиковая мощность и минимальная длительность импульса. Из-за различных допусков устройства этого трудно достичь в случаях, когда требуется большое растяжение импульса, например, из-за высокой энергии импульса. Тогда может быть удобно иметь программируемый формирователь импульсов в дополнение к фиксированному расширителю импульсов, с помощью которого можно выполнять точную настройку фазы спектра. Тогда также можно компенсировать дополнительные нелинейные изменения фазы, возникающие из-за керровской нелинейности усиливающей среды. Таким образом, можно также допустить более сильные нелинейные эффекты.

Оптическая связь

Компенсация дисперсии также часто требуется в системах оптоволоконной связи. Формирователи импульсов могут обеспечить гибко регулируемую компенсацию дисперсии. Это может быть особенно интересно для систем, использующих мультиплексирование с временным разделением при очень высоких скоростях передачи данных.

Кроме того, можно кодировать информацию об ультракоротких световых импульсах через их спектр – например, запечатлевая определенную спектральную фазу, что также полностью меняет их временной профиль. Полная пиковая мощность исходного импульса извлекается вторым формирователем импульса только в том случае, если он в основном компенсирует первоначально примененную фазовую модуляцию. Это можно использовать в контексте 9Системы множественного доступа с оптическим кодовым разделением каналов 0051 (O-CDMA). Здесь используется несколько оптических передатчиков, которые используют разные фазовые кодировки, и для каждого из них приемник, который применяет противоположные спектральные изменения фазы, с помощью которых он может обнаруживать только сигналы от соответствующего передатчика [3].

Управление химическими реакциями

Хорошо известно, что химические реакции могут быть инициированы светом, который используется для возбуждения атомов или молекул. Обычно это не приводит к точному контролю; одновременно могут быть инициированы различные виды химических реакций. Однако в некоторых ситуациях можно тщательно контролировать химические реакции, используя специальные фемтосекундные импульсы от формирователя импульсов, управляемого компьютером [2].

Могут потребоваться довольно сложные формы импульсов, которые могут даже не быть известны сразу; они связаны со сложной квантовой динамикой молекул. Существуют схемы адаптивного формирования импульса, в которых используется компьютерный алгоритм оптимизации формы импульса, например, получает максимальное количество определенного продукта реакции.

Оптическая когерентная томография

В некоторых системах оптической когерентной томографии требуется очень высокая скорость сканирования. Ограничивающим фактором может быть скорость оптической линии задержки. Довольно высокие скорости могут быть достигнуты с помощью формирователя импульсов, включающего наклонное зеркало, как объяснялось выше. Обратите внимание, однако, что лазеры со свипированием по длине волны могут обеспечивать гораздо более высокие скорости сканирования.

Проверка производительности с характеристикой импульса

Для контроля формы импульса можно применять различные методы характеристики импульса, например, до и после формирователя импульсов для контроля работы. В частности, существуют методы оптического стробирования с частотным разрешением (FROG) и спектрально-фазовой интерферометрии (SPIDER), помимо оптических кросс-корреляторов.

Поставщики

В Руководстве покупателя RP Photonics указаны 9 поставщиков формирователей импульсов. Среди них:

Fastlite

Продукты Dazzlers (или AOPDF) представляют собой готовые к использованию системы формирования сверхбыстрых импульсов, выполняющие одновременное и независимое программирование спектральной фазы и амплитуды сверхбыстрых лазерных импульсов.

См. также прибор Dazzler с высокой частотой повторения, работающий с частотой повторения импульсов до 100 кГц.

С более чем 500 системами, установленными по всему миру, Dazzler является эталонным инструментом для ваших приложений по формированию импульсов.

TeraXion

TPSRX — расширенный настраиваемый расширитель импульсов от Teraxion позволяет адаптировать форму импульса сверхбыстрого лазера.

Вопросы и комментарии от пользователей

Здесь вы можете задать вопросы и комментарии. Если они будут приняты автором, они появятся над этим абзацем вместе с ответом автора. Автор принимает решение о принятии на основе определенных критериев. По существу, вопрос должен представлять достаточно широкий интерес.

Пожалуйста, не вводите здесь личные данные; в противном случае мы бы удалили его в ближайшее время. (См. также нашу декларацию о конфиденциальности.) Если вы хотите получить личную обратную связь или консультацию от автора, свяжитесь с ним, например. по электронной почте.

Ваш вопрос или комментарий:

Проверка на спам:

  (Пожалуйста, введите сумму тринадцати и трех в виде цифр!)

Отправляя информацию, вы даете свое согласие на возможную публикацию ваших материалов на нашем веб-сайте в соответствии с нашими правилами. (Если вы позже отзовете свое согласие, мы удалим эти материалы.) Поскольку ваши материалы сначала просматриваются автором, они могут быть опубликованы с некоторой задержкой.

Библиография

[1]	М. М. Веферс и К. А. Нельсон, “Анализ программируемой генерации ультракоротких волн с использованием жидкокристаллических пространственных модуляторов света”, J. Opt. соц. Являюсь. B 12 (7), 1343 (1995), doi:10. 1364/JOSAB.12.001343
[2]	A. Assion et al. , «Управление химическими реакциями с помощью оптимизированных по обратной связи фазовых фемтосекундных лазерных импульсов», Science 282, 919 (1998), doi:10.1126/science.282.5390.919
[3]	HP Sardesai, C. -С. Чанг и А. М. Вайнер, «Испытательный стенд системы связи множественного доступа с кодовым разделением фемтосекунд», IEEE J. Lightwave Technol. 16 (11), 1953 (1998), doi:10.1109/50.730356
[4]	F. Verluise et al. , “Управление амплитудой и фазой ультракоротких импульсов с помощью акустооптического программируемого дисперсионного фильтра: сжатие и формирование импульса”, Опт. лат. 25 (8), 575 (2000), doi:10.1364/OL.25.000575
[5]	А. М. Вайнер, “Формирование фемтосекундных импульсов с использованием пространственных модуляторов света”, Rev. Sci. Инструм. 71, 1929 (2000), doi: 10.1063/1.1150614
[6]	JC Vaughan и др. , «Формирование фемтосекундных импульсов на основе дифракции с помощью двумерного пространственного модулятора света», Опт. лат. 30 (3), 323 (2005), doi:10.1364/OL.30.000323
[7]	Дж. В. Уилсон, П. Шлуп и Р. А. Бартельс, «Сверхбыстрое формирование импульсов фазы и амплитуды с помощью одного одномерного , фазовая маска высокого разрешения», Опт. Экспресс 15 (14), 8979 (2007), doi: 10.1364/OE.15.008979
[8]	Дж. Т. Уиллитс, А. М. Вайнер и С. Т. Кандифф, “Теория формирования построчного импульса с быстрым обновлением”, Опт. Express 16 (1), 315 (2008), doi:10.1364/OE.16.000315
[9]	F. Ni et al. , «Формирование высокоскоростных оптических импульсов на основе программируемых пространственных модуляторов света ниобата лития», Опт. лат. 48 (4), 884 (2023), doi:10.1364/OL.477967

(Предложите дополнительную литературу!)

См. также: ультракороткие импульсы, сжатие импульсов, характеристика импульсов, жидкокристаллические модуляторы
и другие статьи в категориях фотонные устройства, световые импульсы

Если вы хотите разместить ссылку на эту статью на каком-либо другом ресурсе (например, на своем сайте, в социальных сетях, на дискуссионном форуме, в Википедии), вы можете получить необходимый код здесь.

HTML-ссылка на эту статью:

  
 Статья о формирователях импульсов 
 в  
 Энциклопедия RP Photonics 

С изображением для предварительного просмотра (см. поле чуть выше):

  
  alt="article"> 

Для Википедии, например. в разделе “==Внешние ссылки==”:

 * [https://www.rp-photonics.com/pulse_shapers.html 
 статья о формирователях импульсов в Энциклопедии RP Photonics] 

ФазТек | Макеты

Есть много приложений формирования импульса. Вот несколько примеров, а также схемы экспериментальных макетов.

Получите больше информации о наших формирователях импульсов на странице продуктов. Звоните или электронная почта для цитаты.

Пожалуйста, свяжитесь с нами с вопросами о том, как использовать пульс в этих и других опытах.

2D ИК и 2D видимая спектроскопия и когерентный контроль

Формирование импульсов быстро становится предпочтительным методом сбора двумерных спектров.

Большая часть лазерного источника проходит через формирователь импульсов PhaseTech, который генерирует пару накачки. Меньший часть лазера направляется вокруг формирователя и используется в качестве зондирующего импульса. зондирующий импульс регистрируется спектрометром и матричным детектором.

Та же базовая установка может также использоваться для когерентных контрольных экспериментов. Формирователь используется для произвольного генерирования формованные импульсы, которые взаимодействуют с образцом, а зондирующий импульс используется для определения состояния системы.

Каталожные номера

Двумерная электронная спектроскопия выявляет энергозависимое смешивание состояний возбуждения при делении синглета в димере террилендимида, Журнал Американского химического общества (2018 г. ), 140, 17907. Структурная кинетика белков, специфичная для остатков, путем объединения изотопной маркировки, формирования импульсов в среднем ИК-диапазоне и когерентной двумерной ИК-спектроскопии. Методы (2010), 50, 12-22 Управление вибрационным возбуждением с помощью формованных импульсов среднего ИК-диапазона // Физ. Преподобный Летт. (2007), 99, 038102 Селективность мод с формированием поляризации в среднем ИК-диапазоне, New J. Phys (2009), 11, 105046.

Также ознакомьтесь с публикациями наших клиентов по 2D-спектроскопии.

2D-гетеродинная спектроскопия SFG

Добавьте формирователь импульсов PhaseTech к существующей установке SFG или гетеродинному SFG для измерения двумерных спектров SFG.

2D-гетеродинный SFG сочетает в себе поверхностную селективность и монослойную чувствительность SFG с улучшенными спектральными характеристиками. разрешение и информативность двумерной ИК-спектроскопии.

Каталожные номера

Взаимодействие катализатора с поверхностью ближнего действия, выявленное с помощью гетеродинной двумерной спектроскопии с генерацией суммарных частот Дж. Физ. хим. лат. (2015), 6, 4204–4209. Добавление измерения к инфракрасным спектрам интерфейсов с использованием спектроскопии генерации двухмерной суммарной частоты с гетеродинным обнаружением (HD 2D SFG) проц. Натл. акад. науч. США (2011), 108, 20902-20907

Также ознакомьтесь с документами по 2D SFG-спектроскопии, опубликованными нашими клиентами.

Нестационарная 2D-спектроскопия

Двумерная спектроскопия переходных процессов является мощным методом изучения динамики возбужденного состояния, поскольку она напрямую коррелирует полосы маркеров основного и возбужденного состояния, а также предоставляет расширенную структурную информацию с помощью перекрестных пиков и 2D линии.

Формирование импульса упрощает экспериментальную установку переходной 2D-спектроскопии и улучшает отношение сигнал/шум. благодаря быстрому сканированию с задержкой, фазовому циклу и использованию вращающейся рамки.

Напишите нам, чтобы спросить о добавлении переходной 2D-опции к нашему 2DQuick IR или 2DQuick Visible спектрометры.

Каталожные номера

Нестационарная двумерная ИК-спектроскопия введения заряда в сенсибилизированные красителем нанокристаллические тонкие пленки, J. Am. хим. соц. (2009), 131, 1520-1526

SFG во временной и частотной областях и другое сканирование с задержкой

Здесь формирователь импульсов PhaseTech используется для быстрого сканирования временной задержки между импульсом среднего ИК-диапазона и импульсом преобразования с повышением частоты. Покадровое сканирование обеспечивает улучшенное отношение сигнал/шум по сравнению с традиционными оптическими линиями задержки. Формирование импульса также позволяет использовать другие методы, улучшающие отношение сигнал/шум, такие как фазовое циклирование и сбор сигнал во вращающейся рамке.

Формирователь импульсов PhaseTech в видимом и ближнем ИК-диапазоне также можно использовать для преобразования импульса с повышением частоты, чтобы обеспечить более широкие экспериментальные возможности. гибкость в частотной области SFG.

Каталожные номера

Новый подход к спектроскопии генерации суммарной частоты колебаний с использованием формирования импульсов в ближнем инфракрасном диапазоне, Rev. Sci. Инст. (2019), 90, 033106 Спектроскопия SFG во временной области с использованием формирования импульса среднего ИК-диапазона: практические и внутренние преимущества, J. ​​Phys. хим. Б (2011), 115, 2536-2546

Экономичная нестационарная спектроскопия среднего ИК-диапазона и другие измерения со спектральным разрешением

Наш формирователь импульсов PhaseTech можно использовать для измерения спектра импульса среднего ИК-диапазона посредством сканирования во временной или частотной области.

Устраняет необходимость в дорогом спектрометре и матричном детекторе среднего ИК-диапазона.

Обеспечивает практически произвольную настройку спектрального диапазона и разрешения, задаваемую программным обеспечением.

Каталожные номера

Упрощенная и экономичная конструкция двумерного ИК-спектрометра с использованием двойного акустооптического модулятора, Chem.