Презентация "Введение в радиооптику."

Г.Г. ЧЕРВЯКОВ
ВВЕДЕНИЕ В
РАДИООПТИКУ
1





Мы общаемся друг с другом, потрясая воздух нашими голосовыми
связками и при этом, если партнеры культурны, имеем один канал связи с
ограниченной нашими способностями дальностью. Потребность обмена
информацией на бóльшие расстояния заставило искать другие носители
сигналов и мы пришли к модулированным нашим голосом сначала
постоянный ток (телефон), затем электромагнитные волны (радиосвязь),
устранив ограничения по дальности. Однако в настоящее время
загруженность радиоволнового диапазона заставляет двигаться вверх по
частоте в оптический диапазон.
Очевидность данного процесса не оспаривается, однако занимая в
радиоэлектронике свое прочное место «радиооптика» не нашла и сегодня
своего отражения в программах подготовки специалистов.
Известно, что оптические методы базируются на системе уравнений
Максвелла и имеют много общего с такими радиотехническими
дисциплинами, как теория сигналов, теория цепей и систем.
Темпы развития оптических методов обработки информации и
реализующих их устройств (оптических процессоров) определяются
преимуществами когерентного излучения как носителя информации.
Предлагаемое Вашему вниманию пособие может служить основой для
понимания методов и средств решения основных задач радиотехники
оптическими приемами, что окажется полезным не только выпускникам
высшей школа по радиотехническим специализациям, но и
радиоэлектронщикам, лазерщикам – продемонстрировав им единство
методов и средств с одной стороны, и принципиально новые технологические
приемы формирования и обработки сигналов, с другой.
2
Предлагаемое Вашему вниманию пособие может служить
основой для понимания методов и средств решения основных
задач радиотехники оптическими приемами, что окажется
полезным не только выпускникам высшей школа по
радиотехническим специализациям, но и радиоэлектронщикам,
лазерщикам – продемонстрировав им единство методов и средств
с одной стороны, и принципиально новые технологические
приемы формирования и обработки сигналов, с другой.
3
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.
4
В первом разделе рассматриваются:
– пространственное преобразование Фурье – важнейшее
интегральное преобразование;
– даны основы скалярной теории дифракции;
– интегральное представление Кирхгофа;
– дифракция на плоском экране с отверстием;
– дифракционная формула в приближениях Френеля и
Фраунгофера;
– импульсный отклик и передаточная характеристика слоя
пространства для плоских и сферических волн.
5
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).
6
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.
7

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.
8
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.
9
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.
10
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 .
11
В восьмом разделе рассмотрена структура
последовательного канала связи и виды кодов, применяемых в
конкретных системах.
Дан анализ кодов “Манчестер-II”, AMI, BNZS, HDB3.
Рассмотрены принципы трехуровневого кодирования сигнала.
В последнем девятом разделе приводится инженерная
методика расчета ВОСС, состоящая из 5 этапов.
Рассмотрены вопросы оценки величины
усилительного участка, выбора сигналов цифрового линейного
тракта и расчета длины регенерационного участка ВОСС
на основе требований качества связи и пропускной способности
линии.
Приведены примеры современных типовых
волоконно-оптические системы связи с их техническими и
эксплуатационными характеристиками.
12
Приведен библиографический список из 108 наименований (10
ссылок на работы и пособия автора учебного пособия), объм пособия 260
стр, 33 табл., 144 илл. Издано Уч.-метод. и издат. Центром «УЧЕБНАЯ
ЛИТЕРАТУРА», Москва 2006 год.
13