Реферат: 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
:
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
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