Главная Случайная страница


Полезное:

Как сделать разговор полезным и приятным Как сделать объемную звезду своими руками Как сделать то, что делать не хочется? Как сделать погремушку Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами Как сделать идею коммерческой Как сделать хорошую растяжку ног? Как сделать наш разум здоровым? Как сделать, чтобы люди обманывали меньше Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили? Как сделать лучше себе и другим людям Как сделать свидание интересным?


Категории:

АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника






Когерентный аналоговый оптический процессор, использующий методы пространственной фильтрации





Основными компонентами оптических систем обработки информацииm, как и систем, формирующих изображения, являются тонкие сферические линзы

Рис. 1

выполняющие двухмерное преобразование Фурье. Входная и выходная плоскости системы совпадают с передней и задней фокальной плоскостями линзы. Если на вход такой системы поступает оптический сигнал U1(x1,y1), то на выходе появляется сигнал, связанный со входным сигналом следующим соотношением:

(1)

Таким образом, выходной сигнал рассматриваемой простейшей оптической системы с точностью до постоянного множителя совпадает с фурье-образом входного сигнала. Поэтому выходную плоскость такой системы называют спектральной или фурье-плоскостью.

Следует отметить, что фурье-образ входного оптического сигнала существует в виде физичеки реального пространственного распределения комплексных амплиатуд света. Благодаря этому когерентные оптические системы могут быть эффективно использованы для решения широкого круга задач, связанных с получением, преобразованием и обработкой фурье-спектров, корреляционных функций и сверток.

Поскольку фурье-образы двухмерных оптических сигналов реализуются в виде реальных физических сигналов с помощью простейшей оптической системы, над ними можно производить различные математические операции методами пространственной фильтрации. Оптическая система обработки информации методами пространственной фильтрации (рис. 2) состоит из следующих компонентов: источника света, двух последовательно расположенных простейших систем преобразования Фурье, устройства ввода информации, пространственного операционного фильтра и детектора выходных сигналов. Устройство ввода информации, операционный фильтр и детектор выходных сигналов распологаются cоответственно во входной (x1,y1), спектральной (xн,yн) и выходной (xd,yd) плоскостях системы. Плискости имеют одинаковые масштабы.

Рис. 2

Линза Л2 осушествляет преобразование Фурье сигнала U1(x1,y1), созданного транспарантом, поэтому в спектральной плоскости системы непосредственно перед операционным фильтром распределение комплексных амплитуд света пропорционально фурье-образу входного сигнала, т.е.

(2)

Амплитудный коэффициент пропускания операционного фильтра

(3)

Функция H соответствует математической операции, которую необходимо выполнить над входным сигналом, ее называют передаточной функцией фильтра. В результате пространственной фильтрации получается сигнал, описываемый распределением комплексных амплитуд:

(4)

Отфильтрованный сигнал подвергается повторному преобразованию Фурье с помощью линзы Л3. В результате в выходной плоскости системы свет будет иметь распределение:

(5)

Направления координатных осей в выходной плоскости системы выбраны противоположно направлениям осей координат во входной плоскости для того, чтобы учесть инверсию, которая получается в результате двух последовательных преобразований Фурье и выражается соотношением f{f[U(x,y)]}=U(-x,-y). Соотношение (5) можно записать в виде свертки:

(6)

где h(x,y) - обратное преобразование Фурье передаточной функции фильтра. Таким образом, оптическая система, представленная на рис. 2, способна выполнять линейные интегральные преобразования типа свертки, описываемые уравнением (6). В частном случае, когда H=1, искомая система превращается в систему, создающую изображение входного сигнала. Действительно, при этом h(x,y) становится дельта-функцией. И из уравнения (3) следует, что Ud(xd,yd)=kU1(xd,yd). Более известна формула свертки функций (зависящих от координаты x ивремени t) в виде:

(7)

 

Так как входной сигнал оптической системы является финитным, ее фурье-образ имеет неограниченную протяженность. Поэтому ошибка в выходном сигнале оптической системы, обусловленная потерей части фурье-образа, соответствующей высоким пространственным частотам, неизбежна. Сейчас была рассмотрена оптическая система аналогового процессора, предназначенного для параллельной обработки двумерных сигналов. На практике часто приходится иметь дело с одномерными сигналами. Оптическая система когерентного аналогового процессора, способного параллельно обрабатывать множество одномерных сигналов, представлена на рис. 4. Такой процессор называют астигматическим.

Рис. 4

 

5.

Оптический спектроанализатор отображает спектр оптического сигнала или сигналов. Его дисплей калибруется в дБм вдоль оси у (вертикальная ось) и в нанометрах (для отображения длины волны) по оси х (горизонтальная ось). OSA — один из наиболее широко используемых приборов для отладки сис­тем WDM. Это единственный прибор для измерения отношения оптическо­го сигнала к шуму (OSNR), особенно когда имеешь дело с DWDM. Измере­ния с использованием OSA могут включать, кроме OSNR, измерение мощности сигнала, уровней мощности отдельных длин волн в случае фор­мирования WDM, ширины спектральной линии светового сигнала, длин волн и шага частотной сетки.

Используя OSA достаточно просто получить величину OSNR. Это отно­шение (или разность, когда величины используются в логарифмической форме (дБм)) между амплитудным значением мощности сигнала в канале и мощностью шума в полосе канала. Многие измерители мощности дают от­ношение сигнал/шум автоматически. В системах DWDM приемлемым, обыч­но, является среднее значение OSNR на уровне 18 дБ.

Вид нескольких каналов WDM на экране OSA

Выравненность уровня мощности передатчика в системах WDM является еще одним интересным параметром. Она обычно приводится как разность между уровнями мощности самого сильного и самого слабого каналов и не должна превышать 2 дБ. На рис. 1 показан вид экрана OSA, отображаю­щий несколько сигналов WDM.

Прибор OSA, в комбинации с измерителем мощности и настраиваемым лазерным источником (TLS), может быть использован для измерения уси­ления ОУ типа EDFA.

Оптические анализаторы спектра могут быть разделены на три катего­рии: первая — основана на дифракционных решетках, две других — на опти­ческих интерферометрах, это анализаторы спектров на основе интерферо­метров Фабри-Перо и Майкельсона. Анализаторы спектра на основе дифракционных решеток способны измерять спектры лазеров и СИД. Раз­решающая способность этих приборов, как правило, лежит в диапазоне 0,1-5/10 нм. OSA на основе интерферометра Фабри-Перо имеет фиксирован­ную разрешающую способность по частоте порядка 100 МГц и 10 ГГц. Эта высокая разрешающая способность позволяет использовать их для анализа лазерного чирпа, но она ограничивает диапазон их измерений значительно больше, чем у OSA, основанных на дифракционных решетках. OSA на осно­ве интерферометров Майкельсона используются для непосредственных из­мерений спектра дисплея, путем вычисления Фурье-преобразования изме­ренной интерференционной картины.

Оптический резонатор — совокупность нескольких отражающих элементов, образующих открытый резонатор (в отличие от закрытых объёмных резонаторов, в диапазоне СВЧ), формирующих стоячую световую волну. Оптические резонаторы являются одним из основных элементов лазеров, обеспечивая обратную связь для взаимодействия лазерного излучения с активным элементом.

В оптическом диапазоне резонатор с размерами порядка длины волны не может быть применен в силу технологических трудностей и из-за резкого падения добротности; резонатор типа замкнутой металлической полости больших по сравнению с длиной волны размеров не может быть применен в силу высокой плотности его собственных колебаний, приводящих к потере резонансных свойств. Необходимы резонаторы с разреженным спектром собственных колебаний. Такими свойствами обладают открытые резонаторы, что и обуславливает их применение в оптическом диапазоне.

Свет многократно отражается, образуя стоячие волны с определенными резонансными частотами. Продольные моды отличаются, как правило, только частотой, в то время как поперечные моды имеют существенно различное распределение интенсивности в сечении луча. Наиболее часто используются оптические резонаторы, образованные двумя отражающими элементами, такими как зеркала или уголковые отражатели, и простейшим оптическим резонатором является интерферометр Фабри-Перо, состоящий из двух плоских параллельных зеркал. Однако для лазеров случай двух плоских зеркал используется не очень часто, ввиду сложности юстировки. Используются резонаторы со сферическими зеркалами. Такие резонаторы отличаются фокусным расстоянием отражающих элементов и расстоянием между ними. Геометрические параметры резонатора выбираются исходя из требований устойчивости а также других факторов, таких как, например, формирование наименьшей перетяжки оптического луча или отсутствие фокальной точки внутри резонатора.

Оптические резонаторы обычно конструируются таким образом, чтобы иметь наиболее высокую добротность (порядка ): свет должен отражаться максимальное количество раз, не затухая, поэтому ширина резонансных пиков очень мала по сравнению с частотой излучения лазера.

Резона́тор — колебательная система, в которой происходит накопление энергии колебаний за счёт резонанса с вынуждающей силой. Обычно резонаторы обладают дискретным[1] набором резонансных частот.

Ла́зер (англ. laser, акроним от l ight a mplification by s timulated e mission of r adiation «усиление света посредством вынужденного излучения»), или опти́ческий ква́нтовый генера́тор — это устройство, преобразующее энергию накачки (световую, электрическую, тепловую, химическую и др.) в энергию когерентного, монохроматического, поляризованного и узконаправленного потока излучения.

Стоя́чая волна́ — явление интерференции волн, распространяющихся в противоположных направлениях, при котором перенос энергии ослаблен или отсутствует[1].

Стоячая волна (электромагнитная) — периодическое изменение амплитуды напряженности электрического и магнитного полей вдоль направления распространения, вызванное интерференцией падающей и отраженной волн[2].

Добро́тность — параметр колебательной системы, определяющий ширину резонанса и характеризующий, во сколько раз запасы энергии в системе больше, чем потери энергии за один период колебаний.

 

ИНТЕРФЕРОМЕТР ФАБРИ - ПЕРО - многолучевой интерференц. спектральный прибор с двумерной дисперсией, обладающий высокой разрешающей способностью. Используется как прибор с пространств, разложением излучения в спектр и фотогр. регистрацией и как сканирующий прибор с фотоэлектрич. регистрацией. И. Ф.- П. представляет собой плоскопараллельный слой из оптически однородного прозрачного материала, ограниченный отражающими плоскостями. Наиб, широко применяемый воздушный И. Ф.- П. состоит из двух стеклянных или кварцевых пластинок, расположенных на нек-ром расстоянии d друг от друга

Рис. 1. Схема интерферометра Фабри-Перо.

(рис. 1). На обращённые друг к другу плоскости (изготовленные с точностью до 0,01 длины волны) нанесены высокоотражающие покрытия. И. Ф.- П. располагается между коллиматорами; в фокальной плоскости входного коллиматора устанавливается освещённая диафрагма, служащая источником света для И. Ф.- П. Плоская волна, падающая на И. Ф.- П., в результате многократных отражений от зеркал и частичного выхода после каждого отражения разбивается на большое число плоских когерентных волн, отличающихся по амплитуде и по фазе. Амплитуда когерентных волн убывает по закону геом. прогрессии, а разность хода между каждой соседней парой когерентных волн, идущих в данном направлении, постоянна и равна D =2dn cosq, где n - показатель преломления среды между зеркалами (для воздуха n =1), q - угол между лучом и нормалью к зеркалам. Пройди через объектив выходного коллиматора, когерентные волны интерферируют в его фокальной плоскости F и образуют пространств, интерференц. картину в виде колец равного наклона (рис. 2). Распределение интенсивности (освещённости) в интерференц. картине описывается выражением I=tк ВТ s /f22, где В - яркость источника, tк - коэф. пропускания объективов коллиматоров, s - площадь сечения осевого параллельного пучка, f 2 - фокусное расстояние объектива выходного коллиматора, Т - ф-ция пропускания И. Ф.- П.

Date: 2015-05-08; view: 1012; Нарушение авторских прав; Помощь в написании работы --> СЮДА...



mydocx.ru - 2015-2024 year. (0.006 sec.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав - Пожаловаться на публикацию