Г.Г. ЧЕРВЯКОВ ВВЕДЕНИЕ В РАДИООПТИКУ

1

Г.Г. ЧЕРВЯКОВ

ВВЕДЕНИЕ В ВВЕДЕНИЕ В

РАДИООПТИКУРАДИООПТИКУ

2

Мы общаемся друг с другом, потрясая воздух нашими голосовыми Мы общаемся друг с другом, потрясая воздух нашими голосовыми связками и при этом, если партнеры культурны, имеем один канал связи с связками и при этом, если партнеры культурны, имеем один канал связи с ограниченной нашими способностями дальностью. Потребность обмена ограниченной нашими способностями дальностью. Потребность обмена информацией на бóльшие расстояния заставило искать другие носители информацией на бóльшие расстояния заставило искать другие носители сигналов и мы пришли к модулированным нашим голосом сначала сигналов и мы пришли к модулированным нашим голосом сначала постоянный ток (телефон), затем электромагнитные волны (радиосвязь), постоянный ток (телефон), затем электромагнитные волны (радиосвязь), устранив ограничения по дальности. Однако в настоящее время устранив ограничения по дальности. Однако в настоящее время загруженность радиоволнового диапазона заставляет двигаться вверх по загруженность радиоволнового диапазона заставляет двигаться вверх по частоте в оптический диапазон.частоте в оптический диапазон.

Очевидность данного процесса не оспаривается, однако занимая в Очевидность данного процесса не оспаривается, однако занимая в радиоэлектронике свое прочное место «радиооптика» не нашла и сегодня радиоэлектронике свое прочное место «радиооптика» не нашла и сегодня своего отражения в программах подготовки специалистов.своего отражения в программах подготовки специалистов.

Известно, что оптические методы базируются на системе уравнений Известно, что оптические методы базируются на системе уравнений Максвелла и имеют много общего с такими радиотехническими Максвелла и имеют много общего с такими радиотехническими дисциплинами, как теория сигналов, теория цепей и систем. дисциплинами, как теория сигналов, теория цепей и систем.

Темпы развития оптических методов обработки информации и Темпы развития оптических методов обработки информации и реализующих их устройств (оптических процессоров) определяются реализующих их устройств (оптических процессоров) определяются преимуществами когерентного излучения как носителя информации.преимуществами когерентного излучения как носителя информации.

Предлагаемое Вашему вниманию пособие может служить основой для Предлагаемое Вашему вниманию пособие может служить основой для понимания методов и средств решения основных задач радиотехники понимания методов и средств решения основных задач радиотехники оптическими приемами, что окажется полезным не только выпускникам оптическими приемами, что окажется полезным не только выпускникам высшей школа по радиотехническим специализациям, но и высшей школа по радиотехническим специализациям, но и радиоэлектронщикам, лазерщикам – продемонстрировав им единство радиоэлектронщикам, лазерщикам – продемонстрировав им единство методов и средств с одной стороны, и принципиально новые технологические методов и средств с одной стороны, и принципиально новые технологические приемы формирования и обработки сигналов, с другой.приемы формирования и обработки сигналов, с другой.

3

Предлагаемое Вашему вниманию пособие может Предлагаемое Вашему вниманию пособие может

служить основой для понимания методов и средств решения служить основой для понимания методов и средств решения

основных задач радиотехники оптическими приемами, что основных задач радиотехники оптическими приемами, что

окажется полезным не только выпускникам высшей школа по окажется полезным не только выпускникам высшей школа по

радиотехническим специализациям, но и радиоэлектронщикам, радиотехническим специализациям, но и радиоэлектронщикам,

лазерщикам – продемонстрировав им единство методов и лазерщикам – продемонстрировав им единство методов и

средств с одной стороны, и принципиально новые средств с одной стороны, и принципиально новые

технологические приемы формирования и обработки сигналов, с технологические приемы формирования и обработки сигналов, с

другой. другой.

4

Пособие построено традиционным методом – от простого к сложному, но позволяет при наличии определенной подготовки приступить к изучению наиболее интересного раздела. Структурно пособие разделено на 9 разделов, которые, начиная с общности математического аппарата и специфических вопросов оптической обработки информации, показывают пути определения импульсного отклика и передаточной функции, хорошо известных из радиотехники.

5

В В первом разделепервом разделе рассматриваются: рассматриваются: – – пространственное преобразование Фурье – важнейшее пространственное преобразование Фурье – важнейшее интегральное преобразование;интегральное преобразование; – – даны основы скалярной теории дифракции;даны основы скалярной теории дифракции; – – интегральное представление Кирхгофа;интегральное представление Кирхгофа; – – дифракция на плоском экране с отверстием;дифракция на плоском экране с отверстием; – – дифракционная формула в приближениях Френеля и дифракционная формула в приближениях Френеля и Фраунгофера;Фраунгофера; – – импульсный отклик и передаточная характеристика слоя импульсный отклик и передаточная характеристика слоя пространства для плоских и сферических волн.пространства для плоских и сферических волн.

6

Во втором разделе приведен анализ преобразования сигнала для простейших рассеивающих и собирающих линз, а также для случая оптических схем с управляемым масштабом Фурье-преобразования. Показаны главные особенности, характеризующие пространственное преобразование Фурье в оптическом спектроанализаторе. Рассматриваются принципы оптической пространственной фильтрации, позволяющие выполнять над световым полем тот же процесс, что и радиотехнические системы. Приводится описание конструкций акустооптических модуляторов (АОМ) и описывается физика процесса ввода сигнала при различных режимах дифракции (Рамана Ната, Брэгга.). Рассматриваются существующие базовые элементы акустооптических процессоров, позволяющие осуществлять управление и преобразование лазерным излучением: источники света, оптические компоненты - пассивные элементы волноводного тракта (линзы, фильтры, зеркала, фазовые пластинки, призмы, поляризаторы и анализаторы, фотоприемники и транспаранты).

7

В третьем разделе рассмотрены акустооптические процессоры корреляционного типа с пространственным и временным интегрированием, акустооптические конвольверы и акустооптические корреляторы, радиочастотные квадратурные и двумерные акустооптические корреляторы с временным интегрированием со скрещенными световыми пучками, акустооптические согласованные фильтры, и дана классификация акустооптических корреляторов.

8

В четвертом разделе приведены теория и варианты технических решений акустооптических процессоров и анализаторов спектрального типа с пространственным и временным интегрированием, процессоры обработки сигналов фазированных антенных решеток и обработки сигналов линейной ФАР с пространственным разделением каналов.

Спектральный анализ в этих системах основан на трансформируюших свойствах линз и представляет собой наиболее естественную процедуру обработки сигналов в оптических системах.

Рассматриваются многофункциональные фазированные антенные решетки (ФАР) - современные радиоэлектронные комплексы, предназначенные для определения координат и частоты источника электромагнитного излучения в широком интервале углов и большой полосе частот.

Решение этой задачи в чисто электронном базисе сталкивается со значительными техническими трудностями.

9

В пятом разделе приведены технические реализации и

рассмотрены структурные схемы радиооптических антенных

решеток с многоканальным акустооптичеким модулятором и с

функциями пеленгатора-частотомера.

Поскольку завтрашний день радиооптики ориентирован на

внедрение прогрессивных методов оптотехники, а последняя, для

эффективной обработки сигналов предполагает использование

каналов оптоволоконной связи, то в следующем, шестом разделе

рассмотрены и эти системы канализации энергии.

10

В шестом разделе приведены основные сведения о волоконнооптических линиях и каналах связи, приведены технологии волоконно-оптических сетей, принципы построения электронного передающего и приемного оборудования, их стандартизация, протоколы передачи, вопросы построения сетей и многое другое. Рассмотрены типы оптических волокон (ОВ) из потенциальные ресурсы и методы волновго уплотнения. Описаны и проанализированы основные типы потерь в ОВ, существующие виды дисперсии в ОВ и полосы пропускания оптических каналдов. Приведены типы оптических волокон и законы распространения света по волокну, описаны характеристики поставляемых промышленностью волокон. Описаны классификации и конструктивные особенности оптических кабелей, технологии формирования каналов и элементы оптических трасс (ОВ соединители, изоляторы, переключатели, устройства распределения и коммутации, кроссовые устройства, элементы связи и ввода оптического излучения в ОВ, направленные ответвители и коммутаторы, разветвители и др.

11

В седьмом разделе рассмотрены существующие в настоящее

время устройства и методы фотоприема, даны анализ линейной

части фотоприемных трактов и описаны особенности построения

аналоговых и цифровых систем оптической связи в различных

режимах их работы, структуры фотоприемных антенн и

фильтрующих устройств. Приведены технические характеристики

фотоприемников, различных усилителей и повторителей.

Описаны полупроводниковые лазерные усилители, усилители

EDFA на примесном волокне для технологии полностью оптических

сетей с, рассмотрены вопросы их применения.

Не оставлены без внимания и устройства оптического

переключения и волнового спектрального уплотнения

(мультиплексирования MUX и демультиплексирования DEMUX)

оптических сигналов разных длин волн, мультиплексоры плотного

волнового мультиплексирования DWDM и др элементы каналов .

12

В В восьмом разделевосьмом разделе рассмотрена структура рассмотрена структура последовательного канала связи и виды кодов, применяемых в последовательного канала связи и виды кодов, применяемых в конкретных системах.конкретных системах.

Дан анализ кодов “Манчестер-II”, AMI, BNZS, HDB3. Дан анализ кодов “Манчестер-II”, AMI, BNZS, HDB3. Рассмотрены принципы трехуровневого кодирования сигнала.Рассмотрены принципы трехуровневого кодирования сигнала.

В В последнем девятом разделепоследнем девятом разделе приводится инженерная приводится инженерная

методика расчета ВОСС, состоящая из 5 этапов. методика расчета ВОСС, состоящая из 5 этапов. Рассмотрены вопросы оценки величины Рассмотрены вопросы оценки величины

усилительного участка, выбора сигналов цифрового линейного усилительного участка, выбора сигналов цифрового линейного тракта и расчета длины регенерационного участка ВОССтракта и расчета длины регенерационного участка ВОССна основе требований качества связи и пропускной на основе требований качества связи и пропускной способности линии. способности линии.

Приведены примеры современных типовых Приведены примеры современных типовых волоконно-оптические системы связи с их техническими и волоконно-оптические системы связи с их техническими и эксплуатационными характеристиками.эксплуатационными характеристиками.

13

Приведен библиографический список из 108 Приведен библиографический список из 108 наименований (10 ссылок на работы и пособия автора наименований (10 ссылок на работы и пособия автора учебного пособия), объм пособия 260 стр, 33 табл., 144 учебного пособия), объм пособия 260 стр, 33 табл., 144 илл. Издано Уч.-метод. и издат. Центром «УЧЕБНАЯ илл. Издано Уч.-метод. и издат. Центром «УЧЕБНАЯ ЛИТЕРАТУРА», Москва 2006 год.ЛИТЕРАТУРА», Москва 2006 год.