Оптический сигнал

Оптический сигнал - световая волна, несущая определенную информацию. Особенностью световой волны по сравнению с радиоволной является то, что вследствие малой длины волны в ней может быть практически осуществлена передача, прием и обработка сигналов, модулированных не только по времени, но и по пространственным координатам. Это позволяет значительно увеличить объем вносимой в оптический сигнал информации. Оптический сигнал - функция четырех переменных (x,y,z,t) - 3-х координат и времени. Электромагнитная волна - изменение во времени и в каждой точке пространства электрического и магнитного полей, которые связаны между собой по закону индукции. Электромагнитная волна характеризуется взаимно перпендикулярными векторами напряженностей электрического E и магнитного H полей которые изменяются во времени по одному и тому же гармоническому закону:

Световую волну можно представить с помощью электрического или магнитного поля. В оптике чаще всего для этой цели используют электрическое поле. Поэтому будем считать, что (1) описывает электрическое поле поляризованной световой волны. Тогда P(x,y,z) - единичный вектор, определяющий прямую, вдоль которой совершается колебание электрического поля в точке пространства с координатами (x,y,z). Функция U(x,y,z,t) - скалярная функция координат пространства и времени, числено равная мгновенному значению напряженности электрического поля E(x,y,z,t); A(x,y,z) - амплитуда колебаний напряженности электрического поля в точке (x,y,z). Скалярная форма записи световой волны:

Обычно пользуются комплексной формой записи. В комплексном виде уравнение монохроматической волны будет иметь вид:

Величину

(2)

называют комплексной амплитудой. Она описывает пространственное распределение амплитуд A(x,y,z) и фаз световой волны и является важной характеристикой монохроматической волны.

На самом деле монохроматических волн не существует, однако эта модель может быть использована в так называемых когерентных системах. Так называют оптические системы, в которых любые возможные разности хода взаимодействующих волн меньше длины когерентности используемого источника, а размеры системы в направлении, перпендиккулярном направлению распространения света, меньше размера области когерентности. (Таким образом, "когерентность" системы определяется в основном источником - шириной его спектра и угловой расходимостью.) Аналоговые процессоры, построенные на основе когерентных систем называют когерентными оптическими процессорами

Временной множитель, являющийся для монохроматического сигнала гармонической функцией времени, обычно опускают. Поэтому в дальнейшем оптический сигнал будем представлять в виде (2). Таким образом, основными характеристиками световой волны являются амплитуда A(x,y,z), фаза и поляризация, определяемая единичнм вектором P(x,y,z). В оптических системах хранения и обработки информации, как правило, работают с двухмерным оптическим сигналом, который описывается распределением комплексной амплиатуды, фазы или поляризации световой волны по точкам пространства, лежащим в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны. Если в рассматриваемой плоскости ввести координаты x, y, то информация, содержащаяся в двухмерном сигнале, будет определяться комплексной амплитудой

и (или) поляризацией P(x,y), являющимися функциями двух пространственных координат. Следовательно, в когерентном оптическом процессоре информация в световую волну может быть введена путем модуляции ее амплитуды, фазы и поляризации по двум пространственным координатам x, y.

В некогерентной системе понятие о фазе сигнала утрачивает смысл, информация существует в виде двумерного распределения интенсивности и (или) поляризации


Оптические поцессоры