Диссертация (1145377), страница 19
Текст из файла (страница 19)
Ïðè ýòîì îñíîâíîé îñîáåííîñòüþ,èñõîäíî ïðèñóùåé êâàíòîâûì èçîáðàæåíèÿì, ÿâëÿåòñÿ îïòè÷åñêèé ïàðàëëåëèçì. Òàêèì îáðàçîì, êàæåòñÿ âïîëíå åñòåñòâåííûì ðàñïðîñòðàíèòü êîíöåïöèè è ïîäõîäû,ðàçâèòûå â êâàíòîâûõ èçîáðàæåíèÿõ, íà êâàíòîâî-èíôîðìàöèîííûå ÿâëåíèÿ, ââîäÿòàêèì îáðàçîì ïàðàëëåëèçì è ïîëíîñòüþ îïòè÷åñêèå ìåòîäû â ýòó îáëàñòü èññëåäîâàíèé è ìíîãîêðàòíî óâåëè÷èâàÿ òåì ñàìûì èõ èíôîðìàöèîííûå âîçìîæíîñòè.Âïåðâûå êâàíòîâîå ïëîòíîå êîäèðîâàíèå áûëî ïðåäëîæåíî òåîðåòè÷åñêè è ðåàëèçîâàíî ýêñïåðèìåíòàëüíî äëÿ äèñêðåòíûõ ïåðåìåííûõ - êóáèòîâ [136, 137], à ïîçä-Ïëîòíîå êîäèðîâàíèå îïòè÷åñêèõ èçîáðàæåíèé131íåå îáîáùåíî è òîæå ðåàëèçîâàíî ýêñïåðèìåíòàëüíî äëÿ íåïðåðûâíûõ ïåðåìåííûõ[138,139]. Ìû áóäåì ðàññìàòðèâàòü çäåñü ïðîòîêîë êâàíòîâîãî ïëîòíîãî êîäèðîâàíèÿîïòè÷åñêèõ èçîáðàæåíèé â íåïðåðûâíûõ ïåðåìåííûõ.
Íàøà ñõåìà ÿâëÿåòñÿ îáîáùåíèåì ïðåäëîæåííîãî ðàíåå ïðîòîêîëà êîäèðîâàíèÿ â íåïðåðûâíûõ ïåðåìåííûõ [138]íà ñëó÷àé ñóùåñòâåííî ìíîãîìîäîâîãî â ïðîñòðàíñòâå è âðåìåíè îïòè÷åñêîãî êâàíòîâîãî êîììóíèêàöèîííîãî êàíàëà. Ïîäîáíî áîëüøèíñòâó ÿâëåíèé êâàíòîâîé èíôîðìàöèè, îñíîâíîé èñïîëüçóåìûé ðåñóðñ çäåñü îáåñïå÷èâàåòñÿ êâàíòîâûì ïåðåïóòûâàíèåì. Ýòî îáîáùåíèå ïîçâîëÿåò ïðîèçâîäèòü îäíîâðåìåííîå ïàðàëëåëüíîå ïëîòíîåêîäèðîâàíèå âõîäíîãî èçîáðàæåíèÿ, ñîñòîÿùåãî èç N ýëåìåíòîâ.
 ñëó÷àå îäíîé ïðîñòðàíñòâåííîé ìîäû, ðàññìîòðåííîì â [138], N = 1. Ñèãíàë ñîçäàåòñÿ îòïðàâèòåëåì(Àëèñîé) â ïåðâîì èç äâóõ êàíàëîâ, íàõîäÿùèõñÿ â êâàíòîâîì ïåðåïóòàííîì ñîñòîÿíèè. Áëàãîäàðÿ ýôôåêòèâíîìó êâàíòîâîìó ïåðåïóòûâàíèþ âòîðîé êàíàë èãðàåòðîëü èäåàëüíîé ñèñòåìû îòñ÷åòà äëÿ ïåðâîãî êàíàëà. Ïîëó÷àòåëü (Áîá) îñóùåñòâëÿåò áåëëîâñêîå èçìåðåíèå ñèãíàëà, ïðîâîäèìîå ñîâìåñòíî â îáîèõ êàíàëàõ. Êâàíòîâîå ïåðåïóòûâàíèå äåëàåò âîçìîæíûì èçìåðåíèå ñèãíàëà ñ ÷óâñòâèòåëüíîñòüþ âûøåñòàíäàðòíîãî êâàíòîâîãî ïðåäåëà äëÿ îäèíî÷íîãî êàíàëà.Ìû áóäåì îöåíèâàòü êà÷åñòâî èíôîðìàöèîííîãî êàíàëà, âû÷èñëÿÿ âçàèìíóþ èíôîðìàöèþ Øåííîíà äëÿ ïîòîêà êëàññè÷åñêèõ âõîäíûõ èçîáðàæåíèé â êîãåðåíòíîìñîñòîÿíèè.
×òîáû îöåíèòü âåðõíèé ïðåäåë ïðîñòðàíñòâåííî-âðåìåííîé ïëîòíîñòè èíôîðìàöèîííîãî ïîòîêà (â áèòàõ íà ñì2 · ñåê), ìû áóäåì ðàññìàòðèâàòü ëó÷ ñâåòà ñïðîèçâîëüíî áîëüøèì ïîïåðå÷íûì ðàçìåðîì, à òàêæå ïîëàãàòü, ÷òî ñõåìà ôîòîäåòåêòèðîâàíèÿ íå îãðàíè÷èâàåò ïðîñòðàíñòâåííîå ðàçðåøåíèå èçìåðÿåìîãî ñèãíàëà. Ðàññìàòðèâàåìàÿ ïëîòíîñòü èíôîðìàöèîííîãî ïîòîêà îïðåäåëÿåòñÿ ñòåïåíüþ ñæàòèÿ (èïåðåïóòûâàíèÿ) íåêëàññè÷åñêîãî ñâåòà, èñïîëüçóåìîãî êàê íîñèòåëü èíôîðìàöèè. Âíàøåì ïðîòîêîëå âàæíóþ ðîëü èãðàþò äâà íàáîðà ïðîñòðàíñòâåííî-âðåìåííûõ ïàðàìåòðîâ: 1) äëèíà êîãåðåíòíîñòè è âðåìÿ êîãåðåíòíîñòè ïðîñòðàíñòâåííî-ìíîãîìîäîâîãî132Ãëàâà 5ñæàòîãî (ïåðåïóòàííîãî) ñâåòà, è 2) ïðîñòðàíñòâåííî-âðåìåííûå õàðàêòåðèñòèêè ïîòîêà âõîäíûõ èçîáðàæåíèé.
×òî êàñàåòñÿ âòîðîãî ïóíêòà, òî ìû áóäåì ïîëàãàòü, ÷òîîòïðàâèòåëü (Àëèñà) ïðîèçâîäèò àíñàìáëü îäèíàêîâûõ èçîáðàæåíèé, õàðàêòåðèçóåìûõ êîíêðåòíûì âûáðàííûì ðàçðåøåíèåì â ïðîñòðàíñòâå è âðåìåíè (çåðíî Àëèñû)ñ ãàóññîâîé ñòàòèñòèêîé øóìîâ ýòèõ èçîáðàæåíèé.Ìû ïîêàæåì, ÷òî ñóùåñòâåííî ìíîãîìîäîâûé êâàíòîâûé èíôîðìàöèîííûé êàíàë îáëàäàåò çíà÷èòåëüíî áîëåå âûñîêîé èíôîðìàöèîííîé åìêîñòüþ ïî-ñðàâíåíèþñ îäíîìîäîâûì êâàíòîâûì êàíàëîì. Ïëîòíîñòü èíôîðìàöèîííîãî ïîòîêà îãðàíè÷åíà äèôðàêöèåé ñâåòà. Îäíàêî ìû ïîêàæåì, ÷òî âëèÿíèå äèôðàêöèè ìîæåò áûòüâî-ìíîãîì ñêîìïåíñèðîâàíî ñ ïîìîùüþ ëèíç, âêëþ÷åííûõ â ñõåìó îïðåäåëåííûìîáðàçîì. Âàæíûì îòëè÷èåì êâàíòîâîãî êîììóíèêàöèîííîãî êàíàëà îò êëàññè÷åñêîãî (ãäå ñèãíàë ïåðåäàåòñÿ íà ôîíå âàêóóìíûõ ôëóêòóàöèé âìåñòî ìíîãîìîäîâîãîïåðåïóòàííîãî ñâåòà) ÿâëÿåòñÿ íàëè÷èå â êâàíòîâîì ñëó÷àå îïòèìàëüíîãî ñîîòíîøåíèÿ ìåæäó ïðîñòðàíñòâåííîé ïëîòíîñòüþ ýëåìåíòîâ ñèãíàëüíîãî èçîáðàæåíèÿ èøèðèíîé ïðîñòðàíñòâåííîãî ñïåêòðà ïåðåïóòûâàíèÿ ñâåòà, îáåñïå÷èâàþùåãî ìàêñèìàëüíóþ åìêîñòü êàíàëà.5.1Ïðîñòðàíñòâåííî-ìíîãîìîäîâûé êàíàë â ñõåìå êâàíòîâîãî ïëîòíîãî êîäèðîâàíèÿ5.1.1 Îñíîâû êâàíòîâîãî ïëîòíîãî êîäèðîâàíèÿÍà ðèñ.
5.1 ïîêàçàíû äâå âîçìîæíûå ñõåìû ëèíèè ñâÿçè ìåæäó Àëèñîé (îòïðàâèòåëåì) è Áîáîì (ïîëó÷àòåëåì). Îáå ñõåìû îñíîâàíû íà èñïîëüçîâàíèè äâóõ ïàðàëëåëüíûõ êàíàëîâ, íî â ñõåìå îáû÷íîãî êîäèðîâàíèÿ (à) êàíàëû íåçàâèñèìû, à â ñõåìåïëîòíîãî êîäèðîâàíèÿ (b) ïðèíöèïèàëüíî âàæíî, ÷òî îáúåêòû 1 è 2, ðàñïðîñòðàíÿþùèåñÿ â êàíàëàõ, íàõîäÿòñÿ â ïåðåïóòàííîì ñîñòîÿíèè. ñëó÷àå îáû÷íîãî êîäèðîâàíèÿ, âõîäíîå êâàíòîâîå ñîñòîÿíèå äâóõ êàíàëîâ ÿâ-Ïëîòíîå êîäèðîâàíèå îïòè÷åñêèõ èçîáðàæåíèé133Ðèñ.
5.1: Ñõåìà îáû÷íîãî (à) è ïëîòíîãî (b) êîäèðîâàíèÿ.ëÿåòñÿ ïðîèçâåäåíèåì ïî êàíàëàì, |ψ (in) ⟩1,2 = |ψ (in) ⟩1 |ψ (in) ⟩2 . Àëèñà íåçàâèñèìî ïðèãîòàâëèâàåò êàæäûé èç îáúåêòîâ 1 è 2 â ëþáûõ N îðòîãîíàëüíûõ êâàíòîâûõ ñîñòîÿíèÿõ. Áîá äåòåêòèðóåò ðåçóëüòèðóþùåå ñîñòîÿíèå |ψn ⟩1 |ψm ⟩2 , n, m = 1...N , ïóòåìíåçàâèñèìûõ èçìåðåíèé â îáîèõ êàíàëàõ. Î÷åâèäíî, ýòî ïîçâîëÿåò ïåðåäàòü çà îäèíöèêë ëþáóþ èç áóêâ àëôàâèòà, ñîñòàâëåííîãî èç N 2 áóêâ. ñõåìå ïëîòíîãî êîäèðîâàíèÿ âõîäíîå ñîñòîÿíèå äâóõ êàíàëîâ - ýòî îäíî èç êâàíRòîâûõ ïåðåïóòàííûõ ñîñòîÿíèé |ψ (in) ⟩1,2 = |ψnEP⟩1,2 . Ïîëíûé íàáîð îðòîãîíàëüíûõ0ÝÏÐ-ñîñòîÿíèé äëÿ äâóõ êàíàëîâ ñîäåðæèò N 2 ñîñòîÿíèé |ψnEP R ⟩1,2 , n = 1...N 2 . Âàæíàÿ îñîáåííîñòü ÝÏÐ-áàçèñà ñîñòîèò â òîì, ÷òî Àëèñà ìîæåò ïðèãîòîâèòü ëþáîåèç N 2 ñîñòîÿíèé ôèçè÷åñêè îïåðèðóÿ òîëüêî ñ îäíèì èç äâóõ êàíàëîâ è îñòàâëÿÿâòîðîé íåçàòðîíóòûì.  ñõåìå ïëîòíîãî êîäèðîâàíèÿ Áîá èçìåðÿåò êâàíòîâûå ÝÏÐñîñòîÿíèÿ ïîëó÷åííîãî ñèãíàëà ñ ïîìîùüþ ÝÏÐ-äåòåêòîðà.
Ýòî îáåñïå÷èâàåò ðàâíûåïðîïóñêíûå ñïîñîáíîñòè äâóõ ñõåì - N 2 áóêâ çà îäèí öèêë, áåç êàêîãî-ëèáî ôèçè÷åñêîãî âîçäåéñòâèÿ âî âòîðîì âñïîìîãàòåëüíîì êàíàëå â ñëó÷àå ïëîòíîãî êîäèðîâàíèÿ.Ñ òî÷êè çðåíèÿ ôèçèêè, ïðè íàëè÷èè ïåðåïóòûâàíèÿ âñïîìîãàòåëüíûé êàíàë ñëóæèò îïòèìàëüíîé ñèñòåìîé îòñ÷åòà äëÿ äåòåêòèðîâàíèÿ ñëàáûõ ôèçè÷åñêèõ âîçäåéñòâèé, ïðîèçâîäèìûõ Àëèñîé â êàíàëå 1.134Ãëàâà 55.1.2 Îïòè÷åñêàÿ ñõåìà äëÿ êâàíòîâîãî ïëîòíîãî êîäèðîâàíèÿèçîáðàæåíèéÎïòè÷åñêàÿ ñõåìà, îñóùåñòâëÿþùàÿ ïðîòîêîë ïëîòíîãî êîäèðîâàíèÿ îïòè÷åñêèõ èçîáðàæåíèé â íåïðåðûâíûõ ïåðåìåííûõ, èçîáðàæåíà íà ðèñ.
5.2. Íà âõîäå ñõåìû äâàÐèñ. 5.2: Îïòè÷åñêàÿ ñõåìà ïðîñòðàíñòâåííî-ìíîãîìîäîâîãî ïëîòíîãî êîäèðîâàíèÿ.ïðîñòðàíñòâåííî-ìíîãîìîäîâûõ ëó÷à ñæàòîãî ñâåòà, îïèñûâàåìûå îïåðàòîðàìè ìåäëåííûõ àìïëèòóä S1 (⃗ρ, t) è S2 (⃗ρ, t) â ïðåäñòàâëåíèè Ãàéçåíáåðãà, ñìåøèâàþòñÿ íàñèììåòðè÷íîé ñâåòîäåëèòåëüíîé ïëàñòèíå BS1 . Åñëè îðèåíòàöèÿ ýëëèïñîâ ñæàòèÿâõîäíûõ ïîëåé ïîäîáðàíà ïðàâèëüíî, òî ðàññåÿííûå ñâåòîäåëèòåëåì ïîëÿ E1 (⃗ρ, t) èE2 (⃗ρ, t) îêàæóòñÿ â ïåðåïóòàííîì ñîñòîÿíèè, è êâàäðàòóðíûå êîìïîíåíòû èõ àìïëèòóä áóäóò ñêîððåëèðîâàíû, êàê ïîêàçàíî íà ðèñ. 5.2. ïåðâîì ëó÷å Àëèñîé ñîçäàåòñÿ êëàññè÷åñêîå ñèãíàëüíîå ïîëå èçîáðàæåíèÿ A(⃗ρ, t).Òàêîå èçîáðàæåíèå ìîæíî, íàïðèìåð, ââåñòè ïîñðåäñòâîì, ñìåøèâàþùåãî óñòðîéñòâàM od ñ êîíòðîëèðóåìûì ðàçðåøåíèåì â ïðîñòðàíñòâå è âî âðåìåíè, è îáåñïå÷èâàþùåãî ôàêòè÷åñêè ïîëíîå ïðîïóñêàíèå íåêëàññè÷åñêîãî ïîëÿ E1 (⃗ρ, t).
Èçìåðèòåëüíàÿïðîöåäóðà, îñóùåñòâëÿåìàÿ Áîáîì, çàêëþ÷àåòñÿ â äåòåêòèðîâàíèè ïåðåïóòàííîãî ñîñòîÿíèÿ äâóõ ëó÷åé, èñïîëüçóÿ ïðîöåäóðó èõ îïòè÷åñêîãî ñìåøåíèÿ íà ñèììåòðè÷íîì âûõîäíîì ñâåòîäåëèòåëå BS2 , è ïîñëåäóþùåãî ãîìîäèíèðîâàíèÿ êâàäðàòóðíûõêîìïîíåíò âûõîäíûõ ïîëåé B1 (⃗ρ, t) è B2 (⃗ρ, t).  ðåçóëüòàòå, òàêàÿ ïðîöåäóðà ïîçâîëÿ-Ïëîòíîå êîäèðîâàíèå îïòè÷åñêèõ èçîáðàæåíèé135åò èçìåðèòü îáå êâàäðàòóðíûå êîìïîíåíòû ïîëÿ èçîáðàæåíèÿ íà ôîíå ýôôåêòèâíîïîäàâëåííîãî êâàíòîâîãî øóìà.Ìîæíî ïðèâåñòè áîëåå íàãëÿäíîå îáúÿñíåíèå òîãî, ÷òî ñèãíàë â ñõåìå, èçîáðàæåííîé íà ðèñ.
5.2, äåòåêòèðóåòñÿ íà óðîâíå øóìîâ ïîäàâëåííûõ íèæå äðîáîâîãî. Äëÿñèììåòðè÷íîãî ñâåòîäåëèòåëÿ ìàòðèöà ðàññåÿíèÿ (ìàòðèöà ïðåîáðàçîâàíèÿ ñèãíàëàñî âõîäà íà âûõîä) èìååò âèä:1{Rnm } = √2(111−1).(5.1)Åñëè îïòè÷åñêèå ïóòè â îáîèõ ïëå÷àõ èíòåðôåðîìåòðà Ìàõà-Öåíäåðà ðàâíû, òî â ðåçóëüòàòå äâóêðàòíîãî ïðèìåíåíèÿ ïðåîáðàçîâàíèÿ (5.1), âõîäíîå ñæàòîå ïîëå S1 (⃗ρ, t)ïîïàäàåò íà äåòåêòîð D1 , à ñæàòîå ïîëå S2 (⃗ρ, t) - íà äåòåêòîð D2 , òî åñòü â îáîèõ ëó÷àõ äåòåêòèðóþòñÿ ñæàòûå êâàäðàòóðû ïîëÿ, ÷òî è îáåñïå÷èâàåò ïîíèæåíèå øóìîâíèæå äðîáîâîãî óðîâíÿ.Òàêèì îáðàçîì, íà âõîä ãîìîäèííûõ ïðèåìíèêîâ D1 è D2 ïîïàäàþò ïîëÿ1Bn (⃗ρ, t) = Sn (⃗ρ, t) + √ A(⃗ρ, t),2(5.2)ãäå n = 1, 2.
 ïàðàêñèàëüíîì ïðèáëèæåíèè ìåäëåííî ìåíÿþùèåñÿ àìïëèòóäû ñâåòîâûõ ïîëåé Bn (⃗ρ, t) ñâÿçàíû ñ îïåðàòîðàìè ðîæäåíèÿ è óíè÷òîæåíèÿ ôîòîíîâ b†n (⃗q, Ω)è bn (⃗q, Ω) â ïëîñêîé âîëíå ñ ïîïåðå÷íîé êîìïîíåíòîé âîëíîâîãî âåêòîðà ⃗q è ÷àñòîòîéΩ ñîîòíîøåíèåì:Bn (⃗ρ, t) = √1L2 T∑bn (⃗q, Ω)ei(⃗q·⃗ρ−Ωt) .(5.3)⃗q ,ΩÊîððåêòíîñòü äàííîé ïðîöåäóðû äèñêðåòèçàöèè îáåñïå÷èâàåòñÿ áîëüøèì îáúåìîìêâàíòîâàíèÿ, ïîïåðå÷íûé ðàçìåð êîòîðîãî îïðåäåëÿåòñÿ âåëè÷èíîé L, à ïðîäîëüíûé - âåëè÷èíîé cT .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
