Способ когерентной оптической обработки информации на основе фотонного эха Советский патент 1990 года по МПК G11C13/04 

1

. Изобретение относится к вычислительной технике и может использоваться в области когерентных методов оптической обработки информации, а именно в когерентных оптических процессорах для оперативной обработки большого объема информации и гологра- фическйх ЗУ.

Целью изобретения является рение области применения способа за счет введения пространственно-времен- ной обработки и повыпения скорости I обработки за 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 преобразоS

W

вание Фурье-изображения на транспаранте. Преобразователь П вновь осуществляет двухмерное преобразование Фурье-сигнала когерентного спонтанного излучения - фотонного эха - и формирует в плоскости п оптическое изображение, содержащее функциональную обработку исходных изображений. Фурье-спектр по прострянственным частотам нестационарных оптических изображений может быть сформирован как обычи 1ми средствами Фурье-оптики, так и без них (например при помещении резонансной среды в далыпою зону).

Из примера сигнала стимулированного фотонного эха, возникающего в резонансной среде под действием трех импульсов света в приближении малых площадей, следует, что среднее значение макроскопического дипольно- го момента атомов будет пропорционально каждой из Лурье-компонент ампсхю

литуд воздействую1Щ1Х импульсов света как по частотам, так и по проек- цилм ВГХ17ИОВЫХ векторов в поперечном

направлении. Для сигнала стит лиро- ванного фотонного эха Е на выходе из резонансной среды можно получить

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, прост- ранст.венная структура которых является Фурье-образом по пространственным частотам, содержащимся в сформи- рованных этими импульсами оптических изображениях.

Е D j .§|,- g(e)E;(q ,f:)K(,e)E {f ,е)е

где ) (ot а 1,2,3) - Фурье-ком- внешних возбуждающих полей Ку(г,), формирующих изображения

E(q,6) (,c)exp(-irqr - iEt)

:D Г ™

некоторый коэффициент, зависящий от параметров резонансной среды;

время возникновения когерентного отклика - сигнала фотонного эха;

параметр пространственного преобразования:Фурье; пространственная частота q играет роль радиуса - вектора в плоскости голограммы (р езонансной среды); функция g(6) характеризует

разброс элементарных излучателей по частотам, В дальнейгаем речь идет о возможности парных комбинаций внешних воз |буждак)щих полей. Таким образом,один из внешних импульсов, определяющих поле когерентного излучения, будем Полагать плоской волной Частотный |спектр плоской- волны, как snpotteM ФУНКЦ1Ш g(), будем полагать досI

к()()E( t-t

Таким образом, выражение (З) означает возможность временной обработки пространственных Фурье-обр азов изображений, формируемых возбуждающими импульсами света. Если область изменения по одной из Фурье-компо, нент Е() или ) превыгаает область изменения другой, а также широкого спектрального состава по частотам, вместо выражения (З) будем иметь

E(t).E(. t - tj. ;(AJ

Если информативными свойствами

Обладают первый и второй, либо первый и третий оптические импульсы, а оставшийся иг«тульс является плоской

-iett-t)

(I)

в плоскости информационного транспа- 10 рянта

(2)

таточно широким, тогда, временные особенности сигнала когерентного спонтанного излучения будут являться аналогами тех возможностей,которые возникают при временной обработке сигналов.

При этом важным и существенным является то, что каждый сомножитель в выражении (5) представляет собой Фурье-KONmoHeHTy 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 преобразования, осуществляемого резонансной средой, бу- . дет существенным образом.зависеть от местоположения плоскости 7. Если

.плоскость находится в непосредственной близости от голограммы, то для сигнала фотонного эха из выражения

1(1).получим

(3).

волной с широким спектральным составом, вместо временной свертки прост- :ранствеиных Фурье-образов будем иметь корреляционную функцию

E(.t)(ri)E(,.).)

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-обращеннок во времени направлении

E(U)E:( (Г,- t).- (6)

, 146R26fi

Более птрокие возможности прост-голограммы, а вдали от нее, где форранственно-пременной обработки ис-мкруется пространственный Фурье-обходных изображений возникают при по-раз ее изображения,

мещении плоскости г не в непосред- Вычислим пространственный Фурьествен юй близости от резонанснойобраз изображения на голограмме

jd (Г,гЕ)Е;(Г,.Е)ехр , iE(t -Cj

, )Е,{- 4 - Л- - t - г, - p. (7)

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

1К )

E-l-d dr -fif Е,Г)Е,(- -rj-- - -I;- - Ь W .

.,/, .

X expdqr - 1 ---).

- . . 20 Г..,

Выполняя интегрирование по прост- ;получить..J

ранственным частотам q и q , нетрудно 1,

Е(, t)- J ,( ,)Е, (- 7 - -J-- t - г.- ). (9)

Таким образом, в плоскости Аналогично, если информационнымы получаем сигнал, который представ-ми свойствами обладают первые два

ляет собой пространственно времен-импульса, то .

ную рвертку исходных нестационарных

изображений Ej и Е,. ..

.t ) (,)Et{f2--- Ч ,- t)(10) ,

.

Многомерный прострянственно-вре-щих импульсов, причем сравнение во

менной корреляционный анализ вырожда- времени может осу1 1ествляться как в ется в корреляционный анализ неста-прямом, так и аеркально-обраа е1Шом

ционарных изображений в случае спект- направлениях: рально широкого одного из возеЗуждаю-

f (r)E,(-4;-г г , t -fj,

iE(.t)

/ - I ,(h)E:( - .

Если к тому же, второй импульс света является спектрально широким- ,-,

.. « . / I

Е{

Е,(- т , t -t, )

1

. « / Г -

, . I . (-fT- .

- t).

(12)

по пространственньгм частотам в плоскости голограммы, т.е. Е,|(г г о (г)

то сигнал фотонного эха воспроизво- go спектрально широкого дит нестационарные изображения также только по пространственным частотам в прямом и обратенном направлениях импульса получим временную обработку

массивов информации

аГг(г)Е/. - п.

E(rVt)i , г

)Et(.+t,- t ).

I

Е,(- т , t -t, )

1

. « / Г -

I . (-fT- .

- t).

(12)

Однако приведенный перечень не помещении транспаранта в непосчйрпывает всех разнообразных возмож-редственную близость от резонансной

нйстей пространственно-временныхсреды. Тогда сигнал фотонного эха,

обработок оптических изобранений,До- регистрируемый на выходе из резонанспс нительные возможности возникаютной.среды, будет пропорционален выра -жению

E(r ,t)..(dfE(.)E (r, t -г,-р

jdfE(,.)E(4 о - t).

Таким образом, оказьшается воз- перемножение изображений с о|;новременной временной обработкой

E(,t):r

Е(г)Е (. t -tj E(r)E (.ir - t).

Кроме того, поле сигнала ФЭ мож- HJD регистрировать не в непосредствен- нрй близости от резонансной среды.

E(.t).

Ца Е с5,)Е (, t -С, .-.I)

(l5,f)E( . r. Г - t).

Таким образом, наряду с простран- сгвенно-временным корреляционным анализом изображений оказывается воз- мЬжным пространственно-временной р еляционный анализ Фурье-обраяов д|аиных оптических изображений, В слуE(l,t)

1

|dtE (q)E(, t -6, ) IdaE (5) (q.- r r, Г„- t)

Предложенный способ может быть Осуществлен, например, лри резонанс- йом возбуждении перехода Ajj(-l/2) 2Е(Ё) (-1/2) ионов Сг + в кристалле рубина с концентрацией ионов хрома Около 0,1% и толщиной порядка нескольких сотых долей сантиметра,При этом величина Ej не должна превышать 2x1 (Г ед, СГСЭ, а длиteльнocть (twlOr с при интенсивности кодирующего импульса i 10 . Интервал между импульсами должен составлять 50-100 НС,

Таким образом, предложенный спо- соб, наряду с временной обработкой оптических сигналов, позволяет осу(U)

В случае широкого спектрального ин- 15 тервала одного из возбуждающих импульсов . нетрудно получить

(15)

I

a после преобразователя П, осущест- : вляющего двухмерное преобразование Фурье, Тогда для сигнала ФЭ получим/

(16)

чае широкого спектрального интвр а- ла одного из импульсов получаем неста- i ционарную свертку или корряционную функцию по пространственным частотам пространственных Фурье-обраЗов оптических изображений

(17)

ществлять в динамическом режиме про- странственно-временную обработку,что в итоге позволяет расширить его фзгнк- циональные возможности, а также уве- личить скорость обработки за счет параллельности обрйботки пространственных координат, например при разрешении 100x100 элементов информации скорость возрастет в 10 раза. Фор мулаиз обретения

Способ когерентной оптической обработки информации на основе фотонного эха заключающийся в том, что на резонанснум среду яоздействзпот когерентными оптическими импульсами

с временньгми интервалами между ними Т, амплитудами Е; и длительностью 5; , удовлетворяющими условиям h

Т

Т,;

« 1.

Т « S T.f

и произвольной временной структурой, отличающийся тем что.

с целью расширения области применения способа за счет обеспечения выполнения пространственно-временной

обработки информации, воздействие на резонансную среду осуществляют оптическими импульсами с пространственной структурой, соответствующей Фурье-образу по пространственным

частотам, содержащимся в .сформированных этими импульсами изображениях.