Щука А.А. Электроника (2005) (1152091), страница 125
Текст из файла (страница 125)
Так, к примеру, на фото~ранзисторных оптронах легко собрать логические схемы на основе ячеек типа ИЛИ и И (Рис. 8.4, д, е). Заметим, однако, что цитроны как элементная база построения вычислительных устройств неконкурентоспособна с транзисторными. Во-первых, двойное преобоазование энергии обусловливает низкую энергетическую добротность оптронов. Во-втооых, значительные технологические трудности вызывают необходимость согласования Часть П!. Квантовая и оптическая электроника 34 Ж=-К б) в) г) е) Рие. 8.4. Оптроны Различной конструкции: в — Рвзисторный; б — диодный; г — транзисторный. г — тиристорный; д — ячейка типа ИЛИ, е — ячейка типа И Оптроны обеспечивают высокую электрическую прочность, однонаправленность потока информации, что исключает реакцию приемника на источник, широкую полосу пропус- кания.
В оптоэлектронике важнейшей проблемой является увеличение функциональной насы- щенности элементов, создание приборов и устройств, в которых сочетались бы функции генерирования, детектирования, модуляции, запоминания и избирательности в процессах оптической обработки информации.
Контрольные вопросы 1. Что такое оптоэлектроника? 2. Некогерентлые излучатели: конструкции и характеристики. 3. Что такое РОС-лазеры? 4. Что такое РБО-лазеры' ? 5. Что такое аптрон? 6. Какие типы оптронов вы зиаезе? ?. Каково функциональное назначение оп! ронов? Рекомендуемая литература 1. Интегральная оптоэлекцзоника.!1од ред. Е Пашенко, М. Кропоткина. "- Мл 199О 2. Курбатов)1. Н. Оптоэлектроника видимого и ии~)~ракрасного диапазона спектра — М: М„Изж МФ 1'И, 1999. . с япси 3.
Морозов В. Н. Оптоэлектронные лгатричные процессоры Основы оптоэлектроники. Нер. с ского. — Мл Мир, 1988. 4. Носов 1О. Р. Оптоэлектроника. — Мл Радио и связь, 1989 спектральных характеристик светодиодов и фотоприемников при значительном количсстае числа оптронов. В-третьих, оптроны являются элементами оптических схем и поэто. му принципиальные ограничения. характерные для схемотехнических методов обработк,» информационных массивов, накладывают серьезныс ограничения и на этот тип схем, На основе оптронов возможно формирование обучаемой системы восприятия и распознана ния образов — пгрселтрогго. 9. Оптические методы обработки информации Оптическая обработка информации основывается на использовании оптического излучения как носителя информационного сигнала и оптических элементов для обработки этих сигналов.
9.1. Оптические сигналы Характерной особенностью оптических сигналов является их двумерность. Это свойство связано с малой длиной световой волны (Х =- 0,4 + 1,5 мкм). Оптический световой диапазон неоднороден и подразделяется на поддиапазоны (рис. 9.1). рнс. 9.1, Шкала оптического диапазона. Частота излучения е оптическом диапазоне составляет - 101з Гц, энергия напучення лежит е диапазоне 10 — 1 зп Для количественного описания оптического излучения пользуются параметрами, соотноцения между которыми приведены в табл. 9.1.
Атомы вещества излучают короткими сериями — солноаычи ллкелгигггг. Длительность волнового пакета и спектр излучения взаимосвязаны: чем больше ллительность волнового пакета, тем уже спектр излучения. Это следует из теоремы Фурье, согласно которой любую конечную и интегрируемую функцию можно представи~ь в виде непрерывной суммы бесконечного числа синусоидальных компонент, Колебание Р(1), вызванное прохождением цуга волн, можно представить как суперпозицию монохроматических колебаний с Различными частотами ж Тогда )г(1) = ~ у'(ч)ехр(!йячу)гБ, гдеу(ч) определяе~ распределение по амплитуде монохроматических составляющих г(1) Распрелеленне этих составляющих по энергиям дается выражением (гго)Г. В соответствии со свойствами преобразования Фурье мозкно произнес~и обратное преобразование и получить спектр функции Цг). Действительно Г(г) =- ) д(г)ехр( — г2лог)гуг. Часть !!!.
Квантовая н оптическая электроника 599 Таблица 9.1. Фотомстрические параметры излучения Энергетические параметры Световые параметры Формула 1! араметр Обозна- чение Обозна- чение Единица гпмсрення Единица измерения Параметр Свсюво Ф поток г!И 1 г!г, Вт Поток излучения тле И' — „, р гггя излучения Сила света Втг.р ка лмгср 1= гУФ)г(О, Сила излугсния где й — телес- ный угол лм1м Вгумг Светнмость Л! Я(=г!Ф1Ж Энергетическая светилюсть кдглг 1, ) Яркость 1, Энергетическая яркость г(1 !. =.— гуусозр Вт!(ср м Е, Вуг лк лчгм г Освещен- ность Е= г!Фl г!з .)нергетическая освещенность (облученность] Рис. Эзе соотношения между длительностью волнового пакета и вго спектрам излучения Особый интерес представляют монохроматические илн когсрснтные сигналы. Когереилгггослгь — явление коррелированного протекания во времени и в пространств нстве колебательных или волновых процессов, позволяющее получить при их сложении четку к ю ннтерференционную картину.
В общем случае световые колебания частично когерентны и количественно когерснтггосг тность измеряется степенью взаимной когерентности. Эта величина определяется контраст астом интерференционной картины. Так интенсивность света в некоторой точке от лвух мо моно«роматических источников интенсивностью 1, и !г определяется выражением: ! =-1, + 1„ь 2Д!г (у„(!))соз(ы! гг), Па рис. 9.2, а приведены функции Р(!), описывающие волновые пакеты и соответствую- щее распределение энергии (интенсивности !) по частоте (рис 9 2, б). 9. Оптические методы обработки информации где 1У,з(г)~ — степень взаимной когеРентности, ЯвлЯющаЯсЯ фУнкцией РасстоЯниЯ междУ источниками и времени распространения света, ф — фаза колебаний Если У, = /и то Ь, (г)~ =-,'-,'-, где у„,„и 󄄄— интенсивности светлой и темной полосы интерференционной картины.
Время когерентности т, определяется как минимальная задержка между интерферир>ющими световыми волнами, снижающая значение у(!) до заданной величины, включая -и нуль. Величина т, меняешься в широких пределах; от т= 10 ' с для солнечного света до т = 0,1 с лля лазерного излучения высокой степени когерентности.
Длина когерентности l, = ст, также меняется в широких пределах. Ввелем понятие оптического сищкма как электромагнитную волну, в которой в каждой точке пространства электрическое и магнитное поле меня~тся по гармоническому закону: О(хй ж г) —" А(х, у) соя) 2лп -- д(х, у)), (9.2) где О(х, у, г) — скачярная функция координат пространства и времени, А(л, у) — амплитуда колебания напряженности электрического поля, т — частота колебаний, (в(х, у)— фаза световой волны.
Рассматривается только электрическая составляющая электромагнитной волны, поскольку именно вектор Е ответственен за фиксашпо электромагнитной волны квадратичными детекторами (глаз. фотопленка, фотоприемник). Можно записать световой сигнач в комплексной форме, удобной для сложных математических операций. Цх. у, г) = А(х, у) ехр(/[2лщ '- 9(х, у]1 ) .
(9.3) Величину О(х, у, г) =Л(х, у) ехррф(х, у)) называю~ комплексной амплитудой, которая основывает пространственное распределение амплитуды А(х, у) и фазы ьч(х, у) световой волны. Временной множитель ехр(2лтг), который является гармонической функцией времени, опускают. Однако он может быть введен на любом этапе математических преобразований. 9.2. Голография 9.2.1. Принципы голографической обработки информации у ологра4ля (от греческого до(ох — весь, полный и дгарlю — пишу, рисую) представляет собой метод записи, воспроизведения и преобразования оптических световых полей. В основе голографического метода записи лежит регистрация интерференционной картины, образованной волной отраженной от предмета (предметная волна) и когерентной с ней волной от источника света (опорная волна). у)ри взаимодействии опорной и предметной волн получается новая волна, амплитуда которой является результатом сложения амплитуды опорной волны и амплитуды предметной волны в каждой точке плоскости голограммы; сложение амплитуд происходит в зависимости от фазы каждой волны.
Резулы.атом сложения являются точки, в которых наблюдаются интенсивности в предщчах от суммы ампличуд до их разности. Пространственное распределение интенсивностей называют интергререлпиоллоп карлпщои. Часть )П. Квантовая и оптическая электрони 600 а! б) Рис. В.э. Схема записи голограммы (а) я пРоцесса образования интерференционной картины на голограмме (б): т — когерентный пучок света, 2 — линза для расширения пучка, 3 — опорная волна (ОВ); 4 — предметная волна (ПВ), б — голографирувмый абьезт; б — зеркало, Т вЂ” голограмма Итак. опорная волна (/„„= (!„,. ехр()9„„(х, у)) Ь'„„= Ь;тгехр[лр„,,(х, у)) и предметная волна взаимодействуя между собой, образуют распределение интенсивности по закону: (= !(I„„(зг/ =((!я) ь((~;и) + 'о,„,(уч, ' о"„„Ь~,„ ! = ((!,„)з + (б„я) ч 2(l„„(Уч,соз(ср„„— <йч,), (9.4) или (9.5) Из этих соотногцений следует, что интенсивность излучения в любой точке голограммы от воздействия опорной и предметной волн является суммой интенсивностей отлельных волн и интерференционной составляющей, пропорциональной разности фаз.
Пол голограммой подразумевается плоскость, в которую помещается фотопластинка для фиксации распределения светового поля. Из выражения (9.5) также следует, что разность фаз модулирует амплитуду интерференционной составляющей. Вот поэтому этот процесс и называется голографией, поскольку фаза опосредованно записывается и является составляющей интенсивности. другими словами, записывается вся информация о световой волне и фаза, и амплитуда. Записанную интерференционную картину можно интерпретировать как суперпозицию многих интерференционных полос или множество дифракционных решеток. На стадии восстановления изображения голограмма освещается когерептным светом той же длины волны.
При падении лазерного пучка )„на дифракционную решетку часть "" верного излучения проходит прямо, одновременно формируются пучки по двум направ пениям ч ! и — ), отклоняющихся на угол О от основного пучка. угол О зависит от ш ага (периода) лифракционной решетки (рис. 9.4). При восстановлении голограммы, представляющей собой суперпозицию множества дв фракционных решеток с разным шагом, происходит дифракция света на и~зтерферезз енцнонных полосах. Для плоской волны, падающей на дифракцнонную решетку, справелливо условие брэгге 2Кз1пО = Х, (9. 9.6) 601 9. Оптические методы обработки информации где г/ — щаг рещегки, О--- направление на главный максимум, ).- — длина волны излучения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
