1 ВВЕДЕНИЕ В РАДИООПТИКУ Г.Г. ЧЕРВЯКОВ ВВЕДЕНИЕ В РАДИООПТИКУ

2 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. 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. 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. 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. 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. 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

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 первом разделе рассматриваются: В первом разделе рассматриваются: – пространственное преобразование Фурье – важнейшее интегральное преобразование; – пространственное преобразование Фурье – важнейшее 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 Фраунгофера; – дифракционная формула в приближениях Френеля и Фраунгофера; – импульсный отклик и передаточная характеристика слоя пространства для плоских и сферических волн. – импульсный отклик и передаточная характеристика слоя 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 восьмом разделе рассмотрена структура последовательного канала связи и виды кодов, применяемых в конкретных системах. 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. 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. 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. Приведены примеры современных типовых волоконно-оптические системы связи с их техническими и эксплуатационными характеристиками.

13 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.

14