Вы здесь

Швидкодіючі цифро-аналогові перетворювачі з високою роздільною здатністю на основі просторово-часового інтегрування

Автор: 
Рудякова Ганна Миколаївна
Тип работы: 
Дис. канд. наук
Год: 
2009
Артикул:
3409U000671
99 грн
(320 руб)
Добавить в корзину

Содержимое

ЗМІСТ
ВСТУП
РОЗДІЛ 1. СУЧАСНІ ЦИФРО-АНАЛОГОВІ ПЕРЕТВОРЮВАЧІ
1.1. Огляд швидкодіючих електронних ЦАП з високою
роздільною здатністю
1.2. Оптоелектронні цифро-аналогові перетворювачі з використанням кореляційної обробки імпульсної послідовності
1.3. ЦАП з оптичним трансверсальним фільтром на планарній світловодній структурі
1.4. Багаторівневе розпізнавання в оптоелектронних (фотонних) цифро-аналогових перетворювачах
1.5. Висновки
РОЗДІЛ 2. ОПТОЕЛЕКТРОННИЙ АКУСТООПТИЧНИЙ ЦИФРО-АНАЛОГОВИЙ ПЕРЕТВОРЮВАЧ
2.1. Структурна схема і принцип дії ОАЦАП
2.2. Функціональна модель ОАЦАП
2.3. Результати моделювання
2.4. Границі застосовності функціональної моделі ОАЦАП
2.5. Висновки
ГЛАВА 3. ПОБУДОВА ВЕКТОРНОЇ СКІНЧЕННО-ЕЛЕМЕНТНОЇ МОДЕЛІ ПРОСТОРОВО-ЧАСОВОГО ІНТЕГРУВАННЯ В АКУСТООПТИЧНОМУ СЕРЕДОВИЩІ
3.1. Моделювання векторним методом скінченних елементів у часовій області
3.2. Результати моделювання
3.3. Висновки
РОЗДІЛ 4. ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ ПРОСТОРОВО-ЧАСОВОГО ІНТЕГРУВАННЯ В АКУСТООПТИЧНОМУ СЕРЕДОВИЩІ З ДИСКРЕТНИМ ПОДАННЯМ АКУСТИЧНОГО І СВІТЛОВОГО СИГНАЛІВ
4.1. Схема експерименту
4.1.1. Формувач оптичної імпульсної послідовності
4.1.2. Фотоприйомний пристрій
4.1.3. Акустооптичний модулятор у режимі просторово-часового інтегрування
4.2. Моделювання процесу просторово-часового інтегрування оптоелектронними акустооптичними пристроями
4.3. Результати експериментальних вимірів
4.4. Висновки
РОЗДІЛ 5. РОЗРЯДНО-ЦИФРОВЕ КОДУВАННЯ В АКУСТООПТИЧНОМУ СЕРЕДОВИЩІ ПРИ РЕАЛІЗАЦІЇ ПРОСТОРОВО-ЧАСОВОГО ІНТЕГРУВАННЯ
5.1. Схема експериментальної установки
5.2. Функціональна модель експериментальної установки
5.3. Результати експерименту
5.4. Висновки
ВИСНОВКИ
ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ
ДОДАТКИ
ВСТУП
Актуальність теми. Розв'язок задач високопродуктивної обробки інформації, зокрема, складних сигналів, у тому числі радіо- і оптичних, зображень, нерозривно пов'язаний з розвитком інструментальних засобів, спрямованих на вдосконалення комп'ютерних систем (КС) і їх компонентів. При цьому перспектива створення принципово нових, оптичних КС, вимагає подальшого розвитку такого наукового напрямку, як функціональна електроніка, зокрема, когерентна оптоелектроніка [ - ].
За рахунок підвищення швидкості і точності перетворення цифровий синтез понадширокосмугових аналогових сигналів може істотно поліпшити функціональність КС різного призначення, таких як системи обробки сигналів, інформаційно-вимірювальні та інші [ - ]. Крім того, оскільки комп'ютерні системи керування складними і розподіленими об'єктами потребують розподілених же пристроїв введення-виведення сигналів, необхідна організація високошвидкісного обміну інформацією між складовими частинами подібних КС. Рівень розвитку оптоволоконних систем зв'язку, які можуть бути використані у якості апаратних засобів організації такого обміну, дозволяє застосувати цифрові оптичні сигнали, наприклад, амплітудно-маніпульовані і фазо-маніпульовані, швидкість зміни яких перевищує Гб/с [ - ], що також потребує залучення відповідних понадшвидких пристроїв генерації та прийому цих сигналів.
Ключовим елементом цифрового генератора форми сигналу є цифро-аналоговий перетворювач (ЦАП), однак існуючі електронні ЦАП поки обмежені частотою близько ГГц []. У питаннях практичної реалізації високошвидкісних аналого-цифрового (АЦ) і цифро-аналогового (ЦА) перетворень велика увага приділяється оптоелектронним методам обробки інформації [ - ]. Однак, не так багато досліджень присвячено методам оптоелектронного ЦА перетворення. На даний момент відома незначна кількість робіт зі спробами вирішення цієї задачі [, , - ].
Фундаментальною теоретичною базою когерентної оптоелектроніки є радіофізика (взаємодія когерентного випромінювання із твердотільними середовищами), яка дозволяє пояснити існуючі резерви швидкодії як оптичної, так і оптоелектронної елементної бази комп'ютерних систем, і відповідно, можливості підвищення продуктивності апаратних засобів КС, у тому числі КС обробки сигналів.
Беручи до уваги важливість створення оптоелектронних цифро-аналогових перетворювачів, а також ґрунтуючись на радіофізичних уявленнях про просторово-часове інтегрування (ПЧІ) в області взаємодії когерентного випромінювання із твердотільними середовищами, зокрема, ПЧІ при акустооптичній взаємодії (АОВ), необхідні додаткові дослідження, спрямовані на подальший розвиток теорії і практичного використання просторово-часового інтегрування в області АОВ скінченних розмірів.
Таким чином, у даній роботі вирішується важлива науково-прикладна задача створення швидкодіючого цифро-аналогового перетворювача з високою
роздільною здатністю на основі просторово-часового інтегрування для високопродуктивних комп'ютерних систем обробки сигналів.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота була виконана в рамках держбюджетної НДР кафедри радіофізики Донецького національного університету "Дослідження і розробка радіофізичних і оптоелектронних пристроїв з поліпшеними функціональними характеристиками" ( - ), державний реєстраційний номер U.
Мета і завдання дослідження. Метою дисертаційної роботи є створення швидкодіючих цифро-аналогових перетворювачів з високою
роздільною здатністю для високопродуктивних комп'ютерних систем за рахунок подальшого розвитку теорії просторово-часового інтегрування в області акустооптичної взаємодії скінченних розмірів.
Об'єктом дослідження є процес просторово-часового інтегрування сигналів, представлених акустичним хвильовим пакетом і оптичним імпульсом при їх взаємодії (акустооптичній взаємодії).
Предметом дослідження є розробка і експериментальна апробація теоретичних положень створення швидкодіючого цифро-аналогового перетворювача з високою
роздільною здатністю на основі просторово-часового інтегрування.
Основні задачі дослідження, відповідно до поставленої мети, полягають у наступному:
- створення математичної моделі швидкодіючого цифро-аналогового перетворювача з високою
роздільною здатністю на основі просторово-часового інтегрування;
- створення функціональної моделі і моделювання роботи ЦАП на основі ПЧІ;
- розвиток теорії просторово-часового інтегрування при переході до дискретного подання інформації при акустооптичній взаємодії;
- експериментальне дослідження ПЧІ при акустооптичній взаємодії дискретних акустичного і світлового сигналів;
- розробка розрядно-цифрового кодування при акустооптичній взаємодії за умов просторово-часового інтегрування.
Методи дослідження: теорія дифракції і лінійних перетворень в оптиці, теорія дискретних сигналів і систем, теорія перетворення сигналів в оптико-електронних системах, векторний метод скінченних елементів у часовій області, теорія оптичних хвиль у кристалах, теорія лінійних чотириполюсників, теорія комплексних сигналів, теорія радіофізичних вимірів.
Наукова новизна одержаних результатів визначається створенням теоретичних основ проектування оптоелектронних цифро-аналогових перетворювачів з високою
роздільною здатністю за рахунок подальшого розвитку теорії і практики просторово-часового інтегрування в області акустооптичної взаємодії скінченних розмірів.
Наукова новизна одержаних результатів полягає в наступному:
- удосконалено математичну модель просторово-часового інтегрування в середовищі акустооптичної взаємодії у випадку дискретного подання акустичного і оптичного сигналів, що дозволяє розробити апаратні засоби КС обробки сигналів із продуктивністю оп/с і вище;
- вперше проведені синтез і теоретичне обґрунтування структури швидкодіючого цифро-аналогового перетворювача з високою
роздільною здатністю на основі просторово-часового інтегрування, що дозволяє розробити ЦАП із числом двійкових розрядів і більше при збереженні швидкодії;
- отримав подальший розвиток, у рамках теорії просторово-часового інтегрування, векторний метод скінченних елементів у часовій області, що дозволяє врахувати вплив скінченних розмірів області взаємодії на характеристики апаратних засобів КС на етапі їх проектування;
- проведені подальші дослідження процесу модуляції лазерного пучка за рахунок акустооптичної взаємодії для різних співвідношень фазових кутів між акустичними хвильовими пакетами і світловими імпульсами, що дозволяє використовувати просторово-часове інтегрування при акустооптичній взаємодії як основу для реалізації швидкодіючого цифро-аналогового перетворювача з високою
роздільною здатністю;
- уперше обґрунтована (експериментально) можливість реалізації розрядно-цифрового кодування в процесі акустооптичної взаємодії, що у частині підвищення продуктивності КС, може бути покладено в основу створення багатовимірного обчислювального середовища, елементами якого є акустичні хвильові пакети.
Практичне значення одержаних результатів визначається одержанням і створенням на основі теоретичних результатів роботи:
- методик проектування пристроїв цифро-аналогового перетворення на основі концепції просторово-часового інтегрування;
- методу побудови функціональної моделі акустооптичного модулятора з дискретним поданням акустичного і оптичного сигналів;
- методів побудови швидкодіючого цифро-аналогового перетворювача, які дозволяють одержати високу
роздільну здатність пристрою.
Результати роботи можуть бути використані в організаціях і підприємствах, які займаються проектуванням і створенням нових інструментальних засобів КС, у навчальному процесі при викладанні курсів "Оптичні методи обробки інформації", "Оптоелектроніка", "Теорія інформаційно-вимірювальних систем", "Системи зв'язку", "Функціональна електроніка".
Особистий внесок здобувача. У роботах, виконаних у співавторстві, здобувачу належить: [, , ] - розвиток векторної скінченно-елементної моделі просторово-часового інтегрування в акустооптичному середовищу; [, ] - аналіз сучасного стану оптоелектронних акустооптичних пристроїв дискретної обробки сигналів і оптоелектронних (фотонних) цифро-аналогових перетворювачів; [, ] - побудова функціональної моделі оптоелектронного акустооптичного цифро-аналогового перетворювача, заснованого на принципі просторово-часового інтегрування; [] - розробка схеми експерименту по дослідженню розрядно-цифрового кодування; [] - ідея структурної побудови оптоелектронного акустооптичного цифро-аналогового перетворювача.
Апробація результатів дисертації. Основні матеріали дисертаційної роботи доповідалися і обговорювалися на наступних міжнародних конференціях: Kharkiv Electromagnetics and Photonics Week , th International Conference on Mathematical Methods in Electromagnetic Theory (Kharkiv, Ukraine, ), Науково-практична конференція "Сучасні інформаційні і електронні технології", СІЕТ' (Одеса, Україна, ), Науково-практична конференція "Сучасні інформаційні і електронні технології", СІЕТ' (Одеса, Україна, ).
Публікації. Матеріали дисертації опубліковані в наукових працях, у тому числі в статтях у наукових фахових журналах, що входять до переліку ВАК України, в одному патенті України на корисну модель, і в тезах доповідей на наукових конференціях.
Структура і обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, п'яти
розділів, висновків, списку використаних джерел, додатку, і містить сторінки, з них сторінку друкованого тексту, малюнка, таблиць. Список