Оптические технологии в информатике

Рис. 21. Шкала электромагнитных волн

Оптика – это наука о распространении све­та и его взаимодействии с веществом. Установлено, что свет есть проявление элек­тромагнитного взаимодействия и переносится фотонами - частицами с нулевой массой покоя и нулевым электрическим зарядом. В настоящее время к оптическому диапазону относят диапазон длин волн от единиц нанометров до сотен микрометров (см. рис. 21).

Природа света обуславливает многочисленные преимущества оптических технологий для задач информатики:

• частота оптического излучения составляет 10¹²…10¹⁶ Гц, что позволяет создать 10⁴ информационных каналов с полосой частот 100 ГГц;

• передача информации происходит со скоростью света с₀ = 3∙10¹⁰ см/с;

• большое число световых пучков могут свободно проходить по одной и той же области пространства, пересекаться и не влиять друг на друга;

• возможность получения двумерного изображения и трехмерной голограммы;

• передача и обработка информации c одновременной работой на различных длинах волн;

• два состояния поляризации света увеличивают вдвое объем переносимой информации;

• оптическая система ничего не излучает во внешнюю среду, обеспечивая защиту от перехвата информации и нечувствительна к электромагнитным помехам.

Основные параметры световой волны, посредством которых может кодироваться информация, следующие:

• Амплитуда

• Фаза

• Частота

• Поляризация

• Разрешаемые элементы в изображении (пикселы).

Используя комбинации этих независимых параметров, возможна передача огромных массивов информации и их обработка со сверхвысокой скоростью.

Рис. 22. Структурная схема компьютера

Любой компьютер можно представить в виде следующей схемы (рис. 22), фактически имитирующей работу человеческого мозга. Устройства ввода информации соответствуют органам чувств человека. Долговременная (например, жесткий диск) и кратковременная (оперативная в процессоре) запись информации соответствует человеческой памяти. Процессор соответствует мозгу, обрабатывающему поступающий поток информации. Магистраль соответствует нейронной сети мозга.

В современном электронном компьютере можно найти следующие оптические узлы и элементы:

- устройства ввода информации – оптический сканер, оптическая мышь;

- устройства обмена информацией - инфракрасный порт, оптоволокно;

- устройства вывода информации – лазерный принтер, дисплей, голографический дисплей;

- устройства памяти – долговременная память на перезаписываемых оптических дисках, магнитооптические диски, голографические диски.

Можно провести классификацию оптических устройств обработки информации – оптических процессоров, исходя из степени оптической интеграции.

Первым классом следует наименее «оптический» (1) электронный процессор с оптическими межсоединениями.

Вторым следует (2) аналоговый оптический процессор.

(3) Цифровой оптический процессор.

(4) Полностью оптический процессор.

Если первые три класса уже созданы, то четвертый в настоящее время интенсивно исследуется.