Каталог :: Физика

Доклад: Двумерный оптический сигнал и его информационная структура

1.5 Двумерный оптический сигнал и его информационная структура
Оптическим сигналом называют световую волну, несущую определенную информацию.
Особенностью световой волны по сравнению с радиоволной является то, что
вследствие малости l можно практически реализовать прием, передачу и
обработку сигналов, промодулированных не только по временам, но и по
пространственным координатам. Это позволяет значительно увеличить объем
вносимой в оптический сигнал информации.
Таким образом, оптический сигнал в общем случае является функцией четырех
переменных: трех пространственных координат - 
и времени (t). Рассмотрим его математическое описание.
Электромагнитная волна представляет собой изменение во времени в каждой точке
пространства электрического и магнитного полей, которые связаны между собой
по закону индукции. Изменение магнитного поля создает переменное
электрическое поле, которое в свою очередь порождает переменное магнитное
поле. Электромагнитная волна распространяется в пространстве от одной точки к
другой. Она характеризуется взаимно перпендикулярными векторами
напряженностей электрического Е и магнитного Н полей, которые изменяются во
времени по одному и тому же гармоническому закону:
     
     
                            (1)
Световую волну можно представить с помощью электрического, либо магнитного поля.
В оптике чаще всего для этой цели используют электрическое поле, поскольку оно
играет более важную роль. Например, в оптической голографии в результате
действия электрического поля можно получать голограммы. Поэтому в дальнейшем
будем считать, что (1) описывает электрическое поле световой волны. В этом
случае  - единичный
вектор, определяющий в пространстве прямую, вдоль которой осуществляется
колебание электрического поля в точке пространства с координатами  
и характеризующий плоскость поляризации в данной точке. Функция  
– скалярная функция координат пространства и времени, численно равная
мгновенному значению модуля вектора напряжённости электрического поля  
- амплитуда колебания напряженности электрического поля в точке 
,  - частота
колебаний,  - фаза
световой волны в точке с координатами 
. Начальную фазу можно принять равной нулю в любой произвольной точке
пространства. Тогда функция координат  
будет характеризовать разность фаз напряженности в этой точке и точке 
. Кроме того параметры 
; не зависят от
времени, так как рассматриваются только когерентные волны, а модуляция
осуществляется по пространственным координатам.
Из (1) следует скалярная форма записи уравнения световой волны
                                            (2)
Oбычно используют комплексную форму записи, которая является наиболее удобного
для выполнения математических операций и преобразований; например,  
записывают в виде .
Согласно формуле Эйлера  
так что действительная функция y может быть получена из комплексной: 
, где символ Re обозначает действительную часть комплексной функции. Тогда :
     
(3)
(4)
Величину называют комплексной амплитудой световой волны. Она описывает пространственное распределение амплитуд A(xyz) и фаз j(xyz) световой волны и является важной характеристикой, монохроматической волны. Временной множитель , являющийся гармонической функцией времени, обычно опускают. Он может быть введен на любом этапе преобразований. Поэтому в дальнейшем оптический сигнал будем представлять в виде (4). Таким образом, основными характеристиками световой волны являются амплитуда , фаза и поляризация, определяемая единичным вектором. В оптических системах хранения и обработки информации, как правило, используют двумерный оптический сигнал, который описывается распределением комплексной амплитуды, фазы или поляризации световой волны по точкам пространства, летящим в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны. Если в этой плоскости ввести координаты , то информации, содержащим в двумерном сигнале будет определяться комплексной амплитудой
(5)
и поляризацией . Итак, информация в световую волну может быть введена путем модуляции амплитуды, фазы и поляризации по двум пространственным координатам x и y. Distributed by BRS Corporation http://www.osu.ru/~BRS

E-mail: