Способ передачи и приема оптических сигналов и устройство для его осуществления

Способ передачи и приема оптических сигналов и устройство для его осуществления

Реферат

 

Изобретение относится к области оптической связи. Предлагаемый способ осуществляется в устройстве, содержащем первый источник светового излучения, зеркало, два тонких частично пропускающих слоя, рассеивающих или поглощающих энергию электрического поля стоячей световой волны, установленных наклонно к плоскости зеркала, светоделительный элемент, расположенный между зеркалом и одним из слоев, и приемный узел, оптически сопряженный со светоделительным элементом, а также второй источник оптических сигналов, при этом отражающее покрытие выполнено из фотохромного материала или из материала с диэлектрической проницаемостью, изменяющейся под действием светового излучения. Особенностью способа является то, что передача и прием оптических сигналов осуществляются на стоячей световой волне. Технический результат - возможность повышения плотности передачи и приема информации в 10⁶-10⁸ раз. 2 с. и 2 з. п.ф-лы, 1 ил.

Изобретения относятся к области оптической связи и могут быть использованы для построения локальных оптических сетей.

Известен простейший способ передачи и приема оптических сигналов в виде семафорной азбуки [Большой энциклопедический словарь. Физика. М.: Научное издательство "Большая Российская энциклопедия", 1998, с. 496].

Данный способ обладает малой информативностью, что является его недостатком.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому изобретению является способ передачи и приема оптических сигналов, включающий передачу и прием оптических сигналов по оптической линии связи, что обеспечивает повышенную скрытность связи [Основы волоконно-оптической связи: Пер. с англ. /Под ред. Е.М.Дианова. М.: Сов. Радио, 1980, с. 173-185 (прототип)].

К недостаткам данного способа следует отнести малую плотность передачи информации, передаваемой в виде временных оптических сигналов.

Задачей изобретения является повышение плотности передачи информации за счет передачи пространственных оптических сигналов, например оптического изображения или оптической голограммы.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе передачи и приема оптических сигналов, включающем передачу и прием оптических сигналов по оптической линии связи, передачу и прием оптических сигналов осуществляют на стоячей световой волне, полученной путем отражения несущего светового излучения на отражающем зеркале, в пространстве, занимаемом стоячей световой волной, создают две системы интерференционных полос путем размещения в этом пространстве двух тонких частично пропускающих слоев, рассеивающих или поглощающих энергию электрического поля стоячей световой волны, установленных наклонно к плоскости упомянутого зеркала, при этом плоскость одного из упомянутых слоев разворачивают по оси, совпадающей с направлением распространения светового излучения, относительно плоскости второго упомянутого слоя, изображения упомянутых систем интерференционных полос проецируют на приемный узел путем размещения в пространстве, занимаемом стоячей световой волной, светоделительного элемента, оптически сопряженного с приемным узлом, отражающее покрытие упомянутого отражающего зеркала выполняют из фотохромного материала или из материала, диэлектрическая проницаемость которого изменяется под действием светового излучения, а передаваемые оптические сигналы проецируют на отражающее покрытие упомянутого отражающего зеркала.

Известно устройство для передачи и приема оптических сигналов, содержащее передатчик и приемник оптических сигналов, при этом передатчик выполнен в виде светодиода [Шрайбер Г. Инфракрасные лучи в электронике: Пер. с франц. - М.: ДМК Пресс, 2001, с. 135-176].

Данное устройство для передачи и приема оптических сигналов обладает малым расстоянием действия и малой направленностью из-за большой расходимости передаваемого светового излучения.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому изобретению является устройство для передачи и приема оптических сигналов, содержащее передатчик и приемник оптических сигналов, оптически сопряженные с оптической линией связи [Основы волоконно-оптической связи: Пер. с англ. /Под ред. Е. М. Дианова. М.: Сов. Радио, 1980, с. 173-185 (прототип)] . В данном устройстве в качестве передатчика оптических сигналов используется лазер, что обеспечивает возможность достижения большого расстояния действия и высокой направленности излучения. При этом оптическая линия связи может представлять собой закрытый световодный канал.

К недостаткам данного устройства для передачи и приема оптических сигналов можно отнести малую плотность передачи информации, передаваемой в виде временных оптических сигналов.

Задачей изобретения является повышение плотности передачи информации за счет передачи пространственных оптических сигналов, например оптического изображения или оптической голограммы.

Поставленная задача может быть решена за счет того, что в устройстве для передачи и приема оптических сигналов, содержащем передатчик и приемник оптических сигналов, оптически сопряженные с оптической линией связи, оптическая линия связи состоит из первого источника светового излучения, отражающего зеркала, двух тонких частично пропускающих слоев, рассеивающих или поглощающих энергию электрического поля стоячей световой волны, расположенных между первым источником светового излучения и отражающим зеркалом и установленных наклонно к плоскости упомянутого зеркала, при этом плоскость одного из упомянутых слоев разворачивают по оси, совпадающей с направлением распространения светового излучения, относительно плоскости второго упомянутого слоя, приемник оптических сигналов состоит из светоделительного элемента, расположенного между отражающим зеркалом и одним из упомянутых слоев, и приемного узла, оптически сопряженного со светоделительным элементом, передатчик оптических сигналов состоит из второго источника оптических сигналов и упомянутого зеркала, отражающее покрытие которого выполнено из фотохромного материала или из материала с диэлектрической проницаемостью, изменяющейся под действием светового излучения, при этом второй источник оптических сигналов установлен с возможностью освещения отражающего покрытия упомянутого зеркала.

При этом приемный узел выполнен в виде периодической системы фотоэлементов, в качестве которой может быть использована матричная система фоточувствительных приборов с зарядовой связью.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена схема устройства для передачи и приема оптических сигналов.

Устройство для передачи и приема оптических сигналов содержит передатчик 1 и приемник 2 оптических сигналов, оптически сопряженные с оптической линией 3 связи. Оптическая линия 3 связи состоит из первого источника 4 светового излучения, отражающего зеркала 5, двух тонких частично пропускающих слоев 6 и 7, рассеивающих или поглощающих энергию электрического поля стоячей световой волны, расположенных между первым источником 4 светового излучения и отражающим зеркалом 5 и установленных наклонно к плоскости отражающего зеркала 5, при этом плоскость тонкого частично пропускающего слоя 6 разворачивают по оси, совпадающей с направлением распространения светового излучения, относительно плоскости тонкого частично пропускающего слоя 7 на угол 90^o. Приемник 2 оптических сигналов состоит из светоделительного элемента 8, расположенного между отражающим зеркалом 5 и тонким частично пропускающим слоем 6, и приемного узла, выполненного в виде периодической системы 9 фотоэлементов 10, оптически сопряженной со светоделительным элементом 8. Передатчик 1 оптических сигналов состоит из второго источника 11 оптических сигналов и отражающего зеркала 5, отражающее покрытие 12 которого выполнено из фотохромного материала или из материала с диэлектрической проницаемостью, изменяющейся под действием светового излучения, при этом второй источник 11 оптических сигналов установлен с возможностью освещения отражающего покрытия 12 отражающего зеркала 5.

Периодическая система 9, содержащая фотоэлементы 10, выполнена в виде матрицы из фоточувствительных приборов с зарядовой связью.

В качестве первого источника 4 светового излучения используют лазер. Для получения светового пятна большого диаметра оптическая линия связи 3 снабжена телескопом 13, расположенным между первым источником 4 светового излучения и тонким частично пропускающим слоем 7. Тонкие частично пропускающие слои 6 и 7 нанесены на поверхности оптических клиньев 14 и 15. Выходные сигналы с фотоэлементов 10 периодической системы 9 поступают на вход системного блока 16 и далее на монитор 17. Отражающее покрытие 12 отражающего зеркала 5 нанесено на прозрачную пластинку 18 в виде тонкого слоя, выполненного из фотохромного материала или из материала с диэлектрической проницаемостью, изменяющейся под действием светового излучения. Второй источник 11 оптических сигналов освещает объект 19, оптическое изображение которого проецируется с помощью объектива 20 на отражающее покрытие 12.

Заявленный способ передачи и приема оптических сигналов осуществляется на настоящем устройстве для его осуществления следующим образом.

Световой поток от первого источника 4 светового излучения поступает на отражающее зеркало 5, отражается от него и в виде стоячей световой волны поступает на тонкие частично пропускающие слои 6 и 7. За счет того, что тонкие частично пропускающие слои 6 и 7 рассеивают или поглощают энергию электрического поля стоячей световой волны и расположены наклонно, при этом угол между плоскостью каждого тонкого частично пропускающего слоя и волновым фронтом световой волны задан из соотношения: sin = /2d, где - длина световой волны, d - период интерференционных полос, в них образуются две системы интерференционных полос. Так как плоскость тонкого частично пропускающего слоя 6 развернута по оси, совпадающей с направлением распространения светового излучения, относительно плоскости тонкого частично пропускающего слоя 7 на угол 90^o, эти системы являются ортогональными. Полученная таким образом сетка из чередующихся темных и светлых полос проецируется с помощью светоделительного элемента 8 на фотоэлементы 10 периодической системы 9. Выходные сигналы поступают на вход системного блока 16 и далее на монитор 17, на котором изображаются в виде той же сетки из чередующихся светлых и темных полос. Таким образом создается поле изображения несущего светового излучения.

Передача оптических сигналов осуществляется следующим образом. Отражающее покрытие 12 отражающего зеркала 5 выполняют из фотохромного материала или из материала с диэлектрической проницаемостью, изменяющейся под действием светового излучения (т.е. обладающего фотодиэлектрическим эффектом). При освещении объекта 19 его оптическое изображение проецируется с помощью объектива 20 на отражающее покрытие 12. Это световое воздействие приводит к изменению условий отражения несущего светового излучения первого источника 4 светового излучения от отражающего покрытия 12. Изменение условий отражения (т. е. изменение показателя отражения или показателя диэлектрической проницаемости) приводит к изменению интенсивности стоячей световой волны на всем протяжении оптической линии 3 связи. Таким образом, за счет этих пространственных изменений происходит передача оптических сигналов, например изображения, и их прием на мониторе приемника.

Предлагаемый способ передачи и приема оптических сигналов и устройство для его осуществления позволяют повысить плотность передачи информации в 10⁶-10⁸ раз.

Формула изобретения

1. Способ передачи и приема оптических сигналов по оптической линии связи, отличающийся тем, что передачу и прием оптических сигналов осуществляют на стоячей световой волне, полученной путем отражения несущего светового излучения первого источника линии связи на зеркале, а передаваемые оптические сигналы передатчика оптических сигналов проецируют на отражающее покрытие зеркала, при этом в пространстве, занимаемом стоячей световой волной, создают две системы интерференционных полос путем размещения в этом пространстве двух тонких частично пропускающих слоев, рассеивающих или поглощающих энергию электрического поля стоячей световой волны, установленных наклонно к плоскости зеркала, при этом плоскость одного из слоев разворачивают по оси, совпадающей с направлением распространения светового излучения относительно плоскости второго слоя, изображения упомянутых систем интерференционных полос проецируют на периодическую систему фотоприемников, а отражающее покрытие зеркала выполняют из материала, диэлектрическая проницаемость которого изменяется под действием светового излучения.

2. Способ по п. 1, при котором отражающее покрытие выполняют из фотохромного материала.

3. Устройство для передачи и приема оптических сигналов, содержащее передатчик и приемник оптических сигналов, оптически сопряженные с оптической линией связи, отличающееся тем, что оптическая линия состоит из первого источника светового излучения, зеркала, двух тонких частично пропускающих слоев, рассеивающих или поглощающих энергию электрического поля стоячей световой волны, расположенных между первым источником светового излучения и зеркалом и установленных наклонно к плоскости зеркала, при этом плоскость одного из упомянутых слоев разворачивают по оси, совпадающей с направлением распространения светового излучения относительно плоскости второго упомянутого слоя, приемник оптических сигналов состоит из светоделительного элемента, расположенного между зеркалом и одним из упомянутых слоев, и периодической системы фотоэлементов, оптически сопряженных со светоделительным элементом, передатчик оптических сигналов состоит из второго источника оптических сигналов и зеркала, отражающее покрытие которого выполнено из материала с диэлектрической проницаемостью, изменяющейся под действием светового излучения, при этом второй источник оптических сигналов передатчика оптических сигналов установлен с возможностью освещения отражающего покрытия зеркала.

4. Устройство по п. 3, при котором отражающее покрытие зеркала выполнено из фотохромного материала.

РИСУНКИ

Рисунок 1