Способ когерентной оптической обработки информации на основе фотонного эха

 

Изобретение относится к вычислительной технике и может испопьзог ваться в области когерентных методов оптической обработки информац. Целью изобретения является осущест вление пространственно-временной обработки оптических изображений.Способ основан на воздействии на носитель информации - резонансную среду, возбуждающих импульсов света, пространст.венная структура которых является Фурье-образом по пространственным частотам, содержащимся в сформированных этими импульсами оптических изображениях.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (!9) SU (((I

{51)5 G 11 С 13/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

) I

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯ14

ПРИ ГКНТ СССР

{46) 23.09. 90. Бюл. У 35 (21 ) 4248407/24-24 (22) 03,06 ° 87 (72) Э,А,Маныкин, С.М.Захаров и Е.А.Петренко (53) 681.327.66 (088,8) (56) Известия АН СССР. Серия физииеская, 1982, т.46, II(3, с.538-556.

ЖЭТФ, 1986, т.91, с.1289-1301 °

;(54) СПОСОБ КОГЕРЕНТНОЙ ОПТИЧЕСКОЙ

ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ НА ОСНОВЕ ФОТОННОГО ЭХА (57) Изобретение отноСится к вычислительной технике и может испольэо-, Изобретение относится к вычислительной технике и может использоваться в области когерентных методов оп тической обработки информации, а именно в когерентных оптических процессорах для оперативной обработки большого объема информации и голограФических ЗУ.

Целью изобретения является расширение области применения способа за счет введения пространственно- временной обработки и повыиения скорости обработки эа счет параллельности обработки пространственных координат

Возбужденные когерентные импульсы света формируют в плоскости информационного транспаранта нестационарные оптические изображения. Резонансная . среда малой протяженности (например тонкая пленка из резонансных атомов) помещается после преобразователя П,. . осуществляющего двухмерное преобразрваться в области когерентных методов оптической обработки информации.

Целью иэобретения является осущесч вление пространственно- временной обработки оптических иэображений.Способ основан на воздействии на носитель информации - резонансную среду, возбуждающих импульсов света, пространственная структура которых явля-. ется Фурье-.образом по пространственным частотам, содержащимся в сформи" рованньтх этими импульсамн оптических иэображениях. ванне Фурье-изображения на транспа-! ранте. Преобразователь П вновь осуществляет двухмерное преобразование

Фурье-сигнала когерентного спонтанного излучения — фотонного эха - и

Формирует в плоскости и оптическое иэображение, содержащее Функциональ- . ную обработку исходных изображений.

Фурье-спектр по пространственным частотам нестацнонарных оптических иэображений может быть сформирован как обычными средствами Фурье-оптики, так и беэ них {например прн помещении резонансной среды в дальнюю зону).

Иэ примера сигнала стимулированйого фотонного эха, возникающего в резонансной среде под действием трех импульсов света в приближении малых площадей, следует, что среднее значение макроскопического днпольно"

ro момента атомов будет пропорционально каждой из Фурье"компонент амп-

1 468266 направлении. Для сигналя стимулированного фотонного эха Е на выходе иэ резонансной среды можно получить

1 ((1,E)E (((I,с) е, (1 }

l в плоскости информационного транспа1О ранта

1 (q f) - "I дьдгЕ (г,с )ехр(-(Гсвг — it); (2) 20

Z(r,t)= д(Г„(г,t)Z,(г, t-t, -t ) (33

Таким образом, выражение (3) означает возможность временной обработки пространственных Фурье-образов изображений, формируемых возбуждающими импульсами света, Если область

45 изменения по г одной из Фурье-компо, нент Е (r ) или Е"(r ) превышает об2. з ласть иэменения другой, а также широкого спектрального состава по частотам, вместо выражения (3) будем иметь литуд воздействую((щх импульсов светя кяк по частотам, так и по проекциям волновых векторов в поперечном г

df Р „Г

1 . - "Р ) - )- ((Е}Е (q,(-)7

I где F (q Å) (К = 1, 2, 3 ) - Фурье-компоненты внешних возбуждающих полей

F.„(r,<}, формирующих иэображения

D — некоторый коэффициент, зави сящий от параметров резонансной средьц

, — время возникновения когерентного отклика — сигнала фотонного эха;

Г - параметр пространственного преобразования:Фурье; пространственная частота q играет роль радиуса - вектора в плоскости голограммы (резонансной среды); функция g(C) характеризует разброс элементарных излучателей по частотам.

В дальнейшем речь идет о возможности парных комбинаций внешних воз буждающих полей. Таким образом, один

)из внешних импульсов, определяющих поле когерентного излучения, будем

{полагать плоской волной. Частотный спектр плоской волны, кяк впрочем

И функции g(E), будем полагать досЕ(г,t)= Е {г, г. — t,,) ° ((4) Если информативными свойствами обладают первый и второй, либо первый и третий оптические импульсы, а

Оставшийся иипульс является плоской

/ тяточно широким, тогда. временные особенности сигналя когерентного .спонтанного иэлучения будут являться аналогами тех воэможностей, которые возникают при временной обработке сигналов.

При этом важным и существенным является то, что каждый сомножитель в выражении (1) представляет собой

Фурье-компоненту по пространственным частотам q, Допустим, информативными свойствами обладают второй и третий световые импульсы, а первый является плоской волной с широким спектральным составом, Тогда вид функционального преобразрвания, осуществляемого резонансной средой, бу дет существенным образом. зависеть от местоположения плоскости r . Если

Ф g плоскость r находится в непосредственной близости от голограммы, то для сигнала фотонного эха иэ выражения

I (1) папучим

1! волной с широким спектральным составом, вместо временной свертки прост-. ранственных Фурье-образов будем . иметь корреляционную функцию

° Р

К(, t) =(а ж„ (гг, $)Z",(Г, (+ t,-е) (,)

В частном случае широкого спект рального состава второго импульса, а также большой области изменения амплитуды и фазы поля Е, получим воспроизведение пространственного

Фурье-образа в зеркально-обращенном

Бо времени направлении

Z(r а ) Е (г (.о- )е .(6) 5

Воле е широкие во змохности пространственно-временной обработки ис1 ходных изображений возникают при помещении плоскости г не в непосред ственной близости от резонансной

8266 6 голограммы, я вдали от нее, где формируется пространственный Фурье-образ ее иэображения.

Вычислим пространственный Фурье" образ иэображения на голограмме

= Jd(drE (r,) )Š(- - — r - — — -,. t — Š— (). (7)

9 ГЕ 9 q

Г Г е

/ 9

Тогда в плоскости 8, где формиру-. бой обработку исходных изображений, ется изображение, представляющее со- получим

Ъ 9 -Ф -9 (Е= а а) - „-> Е,(,()Е,(- -„— — -„, С -, ()

72() )

Ь . -«--99 . qq

I х exp(iqr — i — --).

Г

Выполняя интегрирование по прост-, получить в« ранственным частотам и и (1 9 нетрудно

Е(),t)= 1 d1drE (r, )E (- - Е- г — — — r, t — E, — f ). (9) -«Е

Таким образом, в плоскости r мы получаем сигнал, который представляет собой пространственно-временную свертку исходных нестационарных изображений Е и Е

Аналогично, если информационными свойствами обладают первые два импульса, то

E(r,t ) t d1drE (r,()E,(-Š— r +

„- r(+ ) (l0} .

"Ф щих импульсов, причем сравнение во времени может осуществляться как в. прямом, так и зеркально-обращенном направлениях:

Многомерный пространственно-вре35 менной корреляционный анализ вырождается в корреляционный анализ нестационарных изображений в случае спект рально широкого одного из возбуждаю..«9 Г -4 Г

drE ()")Е (- - — г — —— з

Р, й-c.) :.E(r,t) =

4 Г -4 Г

d rE (1)E (— — r + — — rf (, - t) °

Г Г ф

1 .! у 4

50 В случае спектрально широкого только по пространственным частотам импульса получим временную обработку массивов информации

Если к .тому же, второй импульс света является спектрально широким. по пространственным частотам в плоскости голограммы, т.е. F (r >-3 (г)), то сигнал фотонного эха воспроизводит нестационарные изображения также

s прямом и обращенном направлениях

jd$r(f.)E,(- — У, t + . f, )

E(r, с) ф(Е)Е,(, r, +Е,— t ).

1468266

Однако приведенный перечень не ис- при помещении транспаранта в непосчарпывает всех разнообразных воэмож- редственную близость ot резонансной ностей пространственно-временных среды. Тогда сигнал фотонного эха, обработок оптических иэображений.До- 5 регистрируемый на выходе иэ резонансполнительные возможности возникают ной .среды,. будет пропорционален выражению

)Е(Е(г,()Е (7, -Š— P) (14) Е (r"„.E)Е (r, (+Е - q), 1

Таким образом, оказывается воз- .В случае широкого спектрального иим )жным перемножение изображений с 3$ терзала одного из возбуждающих имодновременной временной обработкой, пульсов нетрудно получить

Z(r)Z (У, e -,) Z(r, )ее (1З)

E(r)Z (r, - t). а после преобразователя Л, осуществляющего двухмерное преобразование

Фурье. Тогда для сигнала ФЭ получим

Кроме того, поле сигнала ФЭ можн регистрировать не в непосредственной близости от резонансной среды, 5 (iF

Jdqd1z (q, «}е (г r q, t - "., - () 1 (!

Z(r,t) =

) (dqdiH ("„ )Е" (q fg, f eа. q). чае широкого спектрального интервала одного иэ импульсов получаем неета; ционарную свертку или корряционнуа функцию по пространственным частотам пространственных Фурье-o5pabos оптических иэображений

) Таким образом, наряду с пространс гвенно-временным корреляционным анал ((зом иэображений оказывается возможным пространственно-временной корр еляционный анализ Фурье-образов д(анных оптических изображений. В слу) Z(r t)

ldqе (%)е (г - q .- с ) (17) jdqz (q)E (q — N. г,- ) Способ когерентной оптической обработки информации на основе фотоиHoI о эха е заключаюшяйся в томе что на резонансную среду воздействуют когерентными оптическими импульсами Предложенный способ может быть

Осуществлене например, при резонансном возбуждении перехода А (-1/2)

2E{E) (-1/2) ионов Cr + s кристалле рубина с концентрацией ионов хрома около О,Л и толщиной порядка .нескольких сотых долей сантиметра.При 5© этом величина Eр не должна превы" щать 2х16 ед. СГСЭ, а длительность

1О (ю10 с при интенсивности кодирующего импульса f 1.0 вт/см, Интервал между импульсами должен составлять 50«100 нс.

Таким образом, предложенный спо-: соб, наряду с временной обработкой оптических сигналов, позволяет осуществлять в динамическом режиме пространственно-временную обработку,что в итоге позволяет расширить его функциональные воэможности, а также увеличить скорость обработки за счет параллельности обработки пространствен" ных координа,. например при разрешении 100х100 элементов информации скорость возрастет в 10 раза. ф

Формула изобретения

Составитель С,Гордонова

Редактор E.Êðàâöîâà Техред И.Дрык Корректор С.Черни

Заказ 3330

Тираж 486

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

f!3035, Иосква, Ж-35, Раушская наб. ° д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,201

2 468266

20 с временными интервалами между ними с целью расширения области применеТ, амплитудами Е; и длительностью ния способа за счет обеспечения выудовлетворяющими условиям полнения пространственно-временной а Д Я о обработки инФормации, воздействие т» Т,; — - -«Ь — — сс 2 на резонансную среду осуществляют оптическими импульсами с простран+ ь

Т,«о; Т, ° ственной структурой, соответствующей

Фурье-образу по пространственным и произвольной временной структурой, fð частотам, содержащимся в .сформировано т л и ч а ю щ и и .с я тем, что, нмх этими импульсами изображениях.