линии используется мультиплексная передача оптических сигналов различных длин волн, излучаемых разными оптическими источниками.

Рис.2.15. Блок-схемы аналоговой (а) и цифровой (б) систем модуляции.

2.6. ГОЛОГРАФИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ХРАНЕНИЯ И ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ

2.6.1. Принцип голографии

Попытайтесь, разглядывая фотографию, заглянуть за предметы, находящиеся на переднем плане. Это, конечно, не удастся, так как фотография - плоское изображение, полученное из определенной точки наблюдения. Голография же позволяет это сделать. Световые волны, записанные и восстановленные голограммой, создают полную иллюзию реальности наблюдаемых предметов - объемность, цвет, возможность изменения точки наблюдения. Голография это способ регистрации и последующего восстановления световых волн, получивший развитие благодаря оптоэлектронике и, прежде всего лазерам.

Для записи информации об объекте необходимо каким-либо образом зафиксировать как амплитуду, так и фазу отраженной от объекта

91

пространственной волны. Наблюдать изменение фазы волн можно только в результате интерференции данной волны с другой, когерентной ей волной.

В основе принципа голографии лежит интерференция когерентных волн: волны, отраженной от объекта, и некоторой вспомогательной (опорной) когерентной ей волны. Фиксируя на фотопластинке амплитуду результирующей волны, т. е. интерференционную картину, получающуюся при сложении двух когерентных волн, записывают полную информацию (амплитудно-фазовую) об отраженной от объекта волне. Полученную картину называют голограммой. Чтобы восстановить записанное на голограмме изображение объекта, надо осветить ее опорной световой волной. При этом

происходит дифракция опорной волны на интерференционной картине и исходная волна полностью восстанавливается. Это означает, что на стадии восстановления (считывания) голограмма обеспечивает формирование точно такой же световой волны, которая на стадии записи отражалась от объекта. Таким образом, когерентные оптические сигналы позволяют осуществлять обработку многомерной информации, например анализ изображений, графиков, чертежей, или одновременную параллельную обработку информации - многоканальную обработку.

2.6.2. Голографическое запоминающее устройство

Простейшая схема записи информации голографическим запоминающим устройством представлена на рис.2.16.

полупрозрачное объект зеркало

лазер

голограмма

зеркало

Рисунок 1

Рис.2.16. Схема голографической записи информации

92

Лазерный луч проходит через делитель и распадается на два луча: сигнальный и опорный. Сигнальный луч проходит через объект, которым может быть модулятор или система модуляторов, и поступает на голограмму.

Опорный луч проходит через отклоняющее устройство и также поступает на голограмму. При этом информация, заключенная в фазе и амплитуде световых волн в результате их первичной модуляции, записывается на голограмме в виде интерференционной картины, возникающей при взаимодействии опорной и сигнальной волн. Применяя систему модуляторов (на рисунке не показаны) и

поочередно закрывая или открывая отдельные модуляторы можно изменять направление опорного луча, выходящего из отклоняющего устройства.

Таким образом, на одну и ту же голограмму может быть записано множество различных двумерных комбинаций светящихся точек. Они являются носителями определенной цифровой информации. Для считывания этой информации необходимо осветить голограмму лучом, полностью соответствующим опорному лучу, который был использован при записи. В рассмотренном примере информация записывалась сразу на всю голограмму. Для записи новой информации изменялось направление опорного луча. Более высокая плотность записи информации обеспечивается, если всю площадь голограммы разбить на небольшие участки. Такой участок можно представить себе как элементарную голограмму. В этом случае говорят о матрице элементарных голограмм или, проще, о матрице голограмм. Отклоняющее уст- ройство обеспечивает сканирование сигнального луча по матрице, и в каждом элементе матрицы записывается определенный объем информации.

Таким образом, в голографическом запоминающем устройстве имеется матрица голограмм, или запоминающая матрица. В каждом элементе матрицы записывается двумерная картина интерференции двух световых волн: опорной волны и волны, промодулированной информационным сигналом.

2.6.3. Голографические схемы записи и считывания информации

Схема записи (рис.2.17.) содержит лазер 1, дефлектор 2, вспомогательную матрицу голограмм 3, собирающие линзы 4, прост- ранственно-временной модулятор 5 и запоминающую матрицу голограмм 6.

Пусть дефлектор 2 направляет лазерный луч (сплошная линия) на голограмму вспомогательной матрицы 3. После голограммы возникнут две волны: одна, пройдя через линзу 4, попадает на голограмму запоминающей матрицы 6 - это опорная волна; другая, пространственно-модулированная,

93

также попадет на голограмму запоминающей матрицы - это сигнальная волна.

Если отклоняющее устройство направит луч на другую голограмму вспомогательной матрицы, то информация будет записана соответственно в другой голограмме запоминающей матрицы (пунктир на рис.2.17).

Рассмотренная схема используется для вывода информации из ЭВМ с последующей записью этой информации в оптическом запоминающем устройстве. Выводимая из ЭВМ информация поступает в пространственно- временной модулятор в виде управляющих электрических сигналов.

Рис.2.17. Голографическая схема записи и считывания информации

Голографическая схема считывания информации представлена на рис.2.17. Она содержит лазер 1, дефлектор 2, систему линз 4, запоминающую матрицу 3 и матрицу фотоприемников 6. При считывании информации дефлектор 2 направляет луч на определенную голограмму в запоминающей матрице 3. Восстановленное изображение проецируется на матрицу фотоприемников 6. В итоге оптический сигнал (изображение), записанный в данной голограмме, превращается в совокупность электрических сигналов.

Всовременных голографических схемах функции матрицы ввода данных

иматрицы фотоприемников обычно объединяют в одном устройстве, так

94