Навигация
Свойства оптического сигнала
15144
знака
0
таблиц
8
изображений
1. Двумерный оптический сигнал и его информационная структура
Оптическим сигналом называют световую волну, несущую определенную информацию. Особенностью световой волны возможность практически реализовать прием, передачу и обработку сигналов, промодулированных по временам и по пространственным координатам. Это позволяет значительно увеличить объем вносимой в оптический сигнал информации.
Оптический сигнал в общем случае является функцией четырех переменных: трех пространственных координат – 
и времени (t).
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 характеризуется взаимно перпендикулярными векторами напряженностей электрического Е и магнитного Н полей, которые изменяются во времени по одному и тому же гармоническому закону:
(1.1.1)
где 
- единичный вектор, определяющий в пространстве прямую, вдоль которой осуществляется колебание электрического поля в точке пространства с координатами и характеризующий плоскость поляризации в данной точке.
– скалярная функция координат пространства и времени, численно равная мгновенному значению модуля вектора напряжённости электрического поля Е (x, y.z.t);
A (x, y, z) - амплитуда колебания напряженности электрического поля в точке 
,
- частота колебаний,
- фаза световой волны в точке с координатами 
.
Параметры 
;
не зависят от времени, так как рассматриваются только когерентные волны, а модуляция осуществляется по пространственным координатам.
Световую волну можно представить с помощью электрического, либо магнитного поля. В оптике чаще всего для этой цели используют электрическое поле.
Скалярная форма записи уравнения световой волны
(1.1.2)
Обычно, используют комплексную форму записи, которая является наиболее удобного для выполнения математических операций и преобразований:
(1.1.3)
Величину
(1.1.4)
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.
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
(1.1.5)
и поляризацией 
. И так, информация в световую волну может быть введена путем модуляции амплитуды, фазы и поляризации по двум пространственным координатам x и y.
2. Дифракция
Дифракция света. Дифракцией называется совокупность явлений, наблюдаемых при распространении света в среде с резкими неоднородностями и связанных с отклонениями от законов геометрической оптики. Дифракция, в частности, приводит к огибанию световыми волнами препятствий и проникновению света в область геометрической тени. В пределе при 0 → λ законы волновой оптики переходят в законы геометрической оптики. Отклонения от законов геометрической оптики при прочих равных условиях оказываются тем меньше, чем меньше длина волны.
Интерференция и дифракция не имеют существенного физического различия. Оба явления заключаются в перераспределении светового потока в результате суперпозиции волн. По историческим причинам перераспределение интенсивности, возникающее в результате суперпозиции волн, возбуждаемых конечным числом дискретных когерентных источников, принято называть интерференцией волн. Перераспределение интенсивности, возникающее вследствие суперпозиции волн, возбуждаемых когерентными источниками, расположенными непрерывно, принято называть дифракцией волн.
Различают два вида дифракции. Если источник света S и точка наблюдения Р расположены от препятствия настолько далеко, что лучи, падающие на препятствие, и лучи, идущие в точку Р, образуют практически параллельные пучки, говорят о дифракции в параллельных лучах или о дифракции Фраунгофера. В противном случае говорят о дифракции Френеля.
Дифракцию Фраунгофера можно наблюдать, поместив за источником света S и перед точкой наблюдения Р по линзе так, чтобы точки S и Р оказались в фокальной плоскости соответствующей линзы (рис. 3.1).
Рис. 3.1
Принцип Гюйгенса – Френеля
Проникновение световых волн в область геометрической тени может быть объяснено с помощью принципа Гюйгенса. Френель дополнил принцип Гюйгенса представлением об интерференции вторичных волн. Учет амплитуд и фаз вторичных волн позволяет найти амплитуду результирующей волны в любой точке пространства.
Согласно принципу Гюйгенса – Френеля каждый элемент волновой поверхности S (рис. 3.2) служит источником вторичной сферической волны, амплитуда которой пропорциональна величине элемента dS.
Рис. 3.2
Амплитуда сферической волны убывает с расстоянием r от источника по закону 1/r. Следовательно, от каждого участка dS волновой поверхности в точку Р, лежащую перед этой поверхностью, приходит колебание:
(3.1)
где 
– фаза колебания в месте расположения волновой поверхности S, k – волновое число, r – расстояние от элемента поверхности dS до точки Р.
Множитель а0 определяется амплитудой светового колебания в том месте, где находится dS. Коэффициент К зависит от угла φ между нормалью n к площадке dS и направлением от dS к точке Р. При φ = 0 этот коэффициент максимален, при 
он обращается в нуль.
Результирующее колебание в точке Р представляет собой суперпозицию колебаний (3.1), взятых для всей волновой поверхности S:
(3.2)
Эта формула является аналитическим выражением принципа Гюйгенса-Френеля.
Похожие работы
... быть рассчитаны по формулам: Годовая прибыль при запланированном уровне рентабельности составит: 8. Мероприятия по охране труда В данном дипломном проекте требуется разработать передающее устройство одноволоконной оптической системы передачи, рассчитанной на работу с длиной волны 0.85 мкм, которая относится к ближнему инфракрасному диапазону излучения. Поскольку передающее устройство ...
... калькуляции представлены в табл.4.2. Ленточный график работ 5. Безопасность жизнедеятельности и охрана труда Дипломная работа посвящена анализу погрешностей волоконно-оптического гироскопа. В ходе ее выполнения были проведены необходимые расчеты и сделаны выводы, которые могут послужить материалом для ...
... большие габариты, малый КПД, потребность во внешнем устройстве накачки являются основными причинами, по которым этот источник не используется в современных ВОСП. Практически во всех волоконно-оптических системах передачи, рассчитанных на широкое применение, в качестве источников излучения сейчас используются полупроводниковые светоизлучающие диоды и лазеры. Для них характерны в первую очередь ...
... и частотному диапазонам. Для удовлетворения всей ВОСПИ необходимо обеспечить их выполнение каждым элементам ВОСПИ: усилителем модулятором лазерным излучателем (ИЛПН) оптическим кабелем фотоприемным устройством Потери оптической мощности волоконно-оптических системах передачи происходят в основном на неоднородностях оптического волокна и соединениях. Кроме них существуют различные виды ...
0 комментариев