способ передачи и приема оптических сигналов и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ передачи и приема оптических сигналов по оптической линии связи, отличающийся тем, что передачу и прием оптических сигналов осуществляют посредством стоячей световой волны, 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 отражающее покрытие зеркала выполняют из материала, диэлектрическая проницаемость которого изменяется под действием светового излучения, в пространстве, занимаемом стоячей световой волной, создают систему интерференционных полос путем размещения в этом пространстве по меньшей мере одного тонкого частично пропускающего слоя, рассеивающего или поглощающего энергию электрического поля стоячей световой волны, установленного под углом между плоскостью слоя и волновым фронтом, определяемым из соотношения sin = /2d, где - длина световой волны, d - период интерференционных полос, изображение системы интерференционных полос проецируют на матрицу приборов с зарядовой связью, фотоэлементы матрицы приборов с зарядовой связью разделяют на линейные или матричные группы, при этом регистрацию системы интерференционных полос в каждой выделенной группе фотоэлементов осуществляют в виде сигнала пространственной частоты за счет того, что полученные с упомянутых фотоэлементов электрические сигналы регистрируют в зависимости от местоположения фотоэлементов в линейной или матричной группе матрицы приборов с зарядовой связью и анализируют.

2. Способ передачи и приема оптических сигналов по оптической линии связи по п.1, отличающийся тем, что передатчик оптических сигналов выполняют в виде матрицы, состоящей из источников оптических сигналов, оптически сопряженной с отражающим зеркалом.

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 связи состоит из первого источника светового излучения, зеркала, отражающее покрытие которого выполнено из материала с диэлектрической проницаемостью, изменяющейся под действием светового излучения, по меньшей мере одного тонкого частично пропускающего слоя, рассеивающего или поглощающего энергию электрического поля стоячей световой волны, расположенного между первым источником светового излучения и зеркалом и установленного под углом между плоскостью слоя и волновым фронтом, определяемым из соотношения sin = /2d, где - длина световой волны, d - период интерференционных полос, приемник оптических сигналов состоит из светоделительного элемента, расположенного между зеркалом и первым источником светового излучения, матрицы приборов с зарядовой связью, оптически сопряженной со светоделительным элементом, и спектроанализатора, передатчик оптических сигналов выполнен в виде матрицы, содержащей источники оптических сигналов, оптически сопряженной с зеркалом, при этом источники оптических сигналов передатчика установлены с возможностью освещения отражающего покрытия зеркала.

4. Устройство для передачи и приема оптических сигналов по п.3, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит элемент связи для ввода светового излучения в оптический волновод, оптический волновод и элемент связи для вывода светового излучения из оптического волновода, расположенные последовательно между светоделительным элементом и матрицей приборов с зарядовой связью и оптически сопряженные со светоделительным элементом и матрицей приборов с зарядовой связью.

Описание изобретения к патенту

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 в несущем световом излучении пространственно разнесенных оптических сигналов.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе передачи и приема оптических сигналов по оптической линии связи передачу и прием оптических сигналов осуществляют посредством стоячей световой волны, 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 отражающее покрытие зеркала выполняют из материала, диэлектрическая проницаемость которого изменяется под действием светового излучения, в пространстве, занимаемом стоячей световой волной, создают систему интерференционных полос путем размещения в этом пространстве по меньшей мере одного тонкого частично пропускающего слоя, рассеивающего или поглощающего энергию электрического поля стоячей световой волны, установленного наклонно к плоскости зеркала, изображение упомянутой системы интерференционных полос проецируют на матрицу приборов с зарядовой связью, фотоэлементы упомянутой матрицы приборов с зарядовой связью разделяют на линейные или матричные группы, при этом регистрацию упомянутой системы интерференционных полос в каждой выделенной группе фотоэлементов осуществляют в виде сигнала пространственной частоты за счет того, что полученные с упомянутых фотоэлементов электрические сигналы регистрируют в виде их зависимости от местоположения этих фотоэлементов в упомянутой линейной или матричной группе матрицы приборов с зарядовой связью и анализируют.

При этом передатчик оптических сигналов выполняют в виде матрицы, состоящей из источников оптических сигналов, оптически сопряженной с отражающим зеркалом.

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 сопряженных 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 оптический волновод.

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 в несущем световом излучении пространственно разнесенных оптических сигналов.

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, зеркала, отражающее покрытие которого выполнено из материала с диэлектрической проницаемостью, изменяющейся под действием светового излучения, по меньшей мере одного тонкого частично пропускающего слоя, рассеивающего или поглощающего энергию электрического поля стоячей световой волны, расположенного между первым источником светового излучения и зеркалом и установленного наклонно к плоскости зеркала, приемник оптических сигналов состоит из светоделительного элемента, расположенного между зеркалом и первым источником светового излучения, матрицы приборов с зарядовой связью, оптически сопряженной со светоделительным элементом, и спектроанализатора, передатчик оптических сигналов выполнен в виде матрицы, содержащей источники оптических сигналов, оптически сопряженной с зеркалом, при этом источники оптических сигналов передатчика установлены с возможностью освещения отражающего покрытия зеркала.

Устройство для передачи и приема оптических сигналов дополнительно содержит элемент связи для ввода светового излучения в оптический волновод, оптический волновод и элемент связи для вывода светового излучения из оптического волновода, расположенные последовательно между светоделительным элементом и матрицей приборов с зарядовой связью и оптически сопряженные со светоделительным элементом и матрицей приборов с зарядовой связью.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых представлена схема устройства для передачи и приема оптических сигналов (фиг.1), схема размещения источников оптических сигналов в матрице передатчика оптических сигналов (фиг.2) и схема выделения матричных групп в матрице приборов с зарядовой связью (фиг.3).

Устройство для передачи и приема оптических сигналов содержит (фиг.1) 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, зеркала 5, отражающее покрытие 6 которого выполнено из материала с диэлектрической проницаемостью, изменяющейся под действием светового излучения, двух тонких частично пропускающих слоев 7 и 8, рассеивающих или поглощающих энергию электрического поля стоячей световой волны, расположенных между первым источником 4 светового излучения и зеркалом 5 и установленного наклонно к плоскости зеркала 5, приемник 2 оптических сигналов состоит из светоделительного элемента 9, расположенного между зеркалом 5 и первым источником 4 светового излучения, матрицы 10 приборов с зарядовой связью, оптически сопряженной со светоделительным элементом 9, и спектроанализатора 11, передатчик 1 оптических сигналов выполнен в виде матрицы 12, содержащей источники 13 оптических сигналов, оптически сопряженной с зеркалом 5, при этом источники 13 оптических сигналов передатчика 1 установлены с возможностью освещения отражающего покрытия 6 зеркала 5. Источники 13 оптических сигналов размещены в матрице 12, как показано на фиг.2. Фотоэлементы 14 матрицы 10 приборов с зарядовой связью разделены на матричные группы 15, как показано на фиг.3.

Устройство для передачи и приема оптических сигналов дополнительно содержит элемент 16 связи для ввода светового излучения в оптический волновод 17, оптический волновод 17 и элемент 18 связи для вывода светового излучения из оптического волновода 17, расположенные последовательно между светоделительным элементом 9 и матрицей 10 приборов с зарядовой связью и оптически сопряженные со светоделительным элементом 9 и матрицей 10 приборов с зарядовой связью.

В качестве источника 4 светового излучения используют лазер. Для получения светового пятна большого диаметра оптическая линия связи 3 снабжена телескопом 19, расположенным между источником 4 светового излучения и тонким частично пропускающим слоем 8. Выходные сигналы с фотоэлементов 14 матрицы 10 приборов с зарядовой связью поступают на вход спектроанализатора 11. Источники 13 оптических сигналов передатчика 1 установлены с возможностью освещения отражающего покрытия 6 зеркала 5.

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

Световой поток от источника 4 светового излучения поступает на отражающее зеркало 5, отражается от него и в виде стоячей световой волны поступает на тонкие частично пропускающие слои 7 и 8. За счет того, что тонкие частично пропускающие слои 7 и 8 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 7 развернута по оси, совпадающей с направлением распространения светового излучения, относительно плоскости тонкого частично пропускающего слоя 8 на угол 90^o, эти системы являются ортогональными. Полученная таким образом сетка из чередующихся темных и светлых полос проецируется с помощью светоделительного элемента 9 на элемент 16 связи для ввода светового излучения в оптический волновод 17. После прохождения оптического волновода 17 упомянутый световой поток выводится из оптического волновода 17 при помощи элемента 18 связи для вывода светового излучения из оптического волновода 17 и поступает на матрицу 10 приборов с зарядовой связью. Далее регистрацию системы интерференционных полос в каждой выделенной группе 15 фотоэлементов 14 осуществляют в виде сигнала пространственной частоты за счет того, что полученные с фотоэлементов 14 электрические сигналы регистрируют в виде их зависимости от местоположения этих фотоэлементов 14 в матричной группе 15 матрицы 10 приборов с зарядовой связью и подвергают двухмерному преобразованию Фурье на спектроанализаторе 11, на выходе которого получают их частотное преобразование. Благодаря тому, что фотоэлементы 14 матрицы 10 приборов с зарядовой связью разделяют на матричные группы 15, на каждую из которых поступает световое излучение от соответствующего источника 13 оптических сигналов передатчика 1, достигается передача в несущем световом излучении пространственно разнесенных оптических сигналов. При этом в каждом из таких пространственно выделенном оптическом канале возможна передача информации в виде временных оптических сигналов. Временная модуляция оптических сигналов осуществляется за счет того, что отражающее покрытие 6 зеркала 5 выполняют из фотохромного материала или из материала с диэлектрической проницаемостью, изменяющейся под действием светового излучения (т.е. обладающего фотодиэлектрическим эффектом). При освещении одним из источников 13 оптических сигналов выделенного участка отражающего покрытия 6 происходит изменение условий отражения несущего светового излучения источника 4 светового излучения от выделенного участка отражающего покрытия 6. 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 и регистрируется посредством соответствующей матричной группы 15 матрицы 10 приборов с зарядовой связью и спектроанализатора 11 в виде изменения амплитуды выходного электрического сигнала.

Предлагаемый способ передачи и приема оптических сигналов и устройство для его осуществления позволяют повысить плотность передачи информации в 10-10⁴ раз.