Контрольные вопросы

1. Использование интегрально-оптических устройств.

2. Типы интегральных микросхем.

3. Типы волноводов в интегральной оптике.

4. Устройства ввода и вывода излучения с продольной связью.

5. Устройства ввода и вывода излучения с поперечной связью.

6. Направленные ответвители интегрально-оптических систем.

7. Интегрально-оптические пассивные элементы – линзы, призмы.

8. Интегрально-оптические фокусирующие элементы.

9. Акустооптический модулятор.

10. Электрооптический модулятор.

11. Магнитооптический модулятор.

12. Интегрально-оптические фотоприемники.

13. Интегрально-оптические источники излучения.

14. Схема двухлучевого тонкопленочного интерферометра для измерения малых вариаций температуры.

Лекция 14

Оптоэлектронные системы передачи, обработки и хранения информации (часть 1)

Оптические и оптоэлектронные системы применяются для обработки аналоговой информации (обработка изображений, распознавание образов). Уже сейчас созданы высокопроизводительные когерентные оптические машины аналогового типа. Создаются гибридные вычислительные системы, содержащие как электронные, так и оптические процессоры. Такие системы обладают гибкостью и универсальностью ЭВМ и огромной производительностью когерентных оптических вычислительных машин.

Огромные возможности открывает применение в ЭВМ оптических устройств памяти. При этом на несколько порядков увеличивается емкость памяти и быстродействие ЭВМ.

В перспективе - создание систем цифровых вычислительных машин на базе волоконной оптики, оптических и оптоэлектронных элементов, оптических запоминающих устройств и процессоров, а также создание аналоговых оптических систем обработки информации, представляемой в виде двухмерных изображений - картинок, графиков и др.

14.1. Оптический процессор

О тметим предварительно, что любой физический процесс, несущий в себе ту или иную информацию, называется сигналом. В оптике носителем информации является световая волна. Следовательно, световая волна может рассматриваться как оптический сигнал. Если она имеет определенную пространственную структуру, - это пространственный оптический сигнал. Преобразование (соответствующую обработку) таких сигналов производит оптический процессор.

Покажем, как выполняет оптический процессор операцию умножения. Предварительно заметим, что, если световое поле напряженностью Е(х, у) проходит через среду с коэффициентом пропускания Т(х, у), то напряженность поля в пространстве за средой изменяется по закону Е(х, у)∙Т(х, у). А теперь допустим, что имеется лазерный пучок значительного сечения, полученный с помощью оптической системы, которая состоит из двух линз Л₁ и Л₂ (рис. 14.1). Допустим также, что напряженность светового поля по сечению лазерного пучка постоянна: Е (х, у)=сопst=Е. Пусть далее такой лазерный пучок проходит через транспарант (диапозитив) Тр₁, прозрачность которого Т₁ (х, у), т.е. определенным образом изменяется в зависимости от координат х и у. Напряженность электрического поля световой волны в пучке, прошедшем через транспарант, равна Е∙Т₁ (х, у) и неодинакова по сечению: меньше в тех местах, которые соответствуют более плотным участкам транспаранта. Следовательно пучок за транспарантом пространственно модулирован и распределение интенсивности по его сечению есть некоторая функция f₁ = Т₁ (х, у).

Таким образом, прошедший сквозь транспарант пучок стал носителем пространственного оптического сигнала.

Если на пути пучка поставить второй транспарант Тр₂, пропускание которого есть функция f₂=Т₂ (х, у), то после него распределение интенсивности в пучке Е∙Т₁ (х, у)∙Т₂ (х, у) будет соответствовать произведению функций f₁ и f₂.

Оптический сигнал, являющийся произведением функций f₁ и f₂, может быть далее преобразован в последовательность электрических сигналов с помощью, например, матрицы фотоприемников МФП. Опрашивая по порядку фотоприемники одной строки, а затем всех других строк, мы получим последовательность электрических сигналов, каждый из которых пропорционален произведению функций f₁ и f₂ при соответствующих координатах х и у. Произведение двухмерных функций есть также двухмерная функция, поэтому с ее помощью можно закодировать весьма большое количество информации.

Для выполнения рассмотренной операции умножения нужно предварительно записать на первый и второй транспарант соответствующую информацию: определенным образом модулировать одну из оптических характеристик транспаранта, воздействуя на него управляющим оптическим сигналом.