Изобретение относится к способам оптической связи и локации и может быть использовано в системах цифровой и аналоговой связи как в волоконно-оптических, так и в открытых линиях связи, а также в оптической локации.

Известен способ передачи информации в оптической системе связи [1], которая обеспечивает беспроводной обмен информацией и содержит передающую и приемную части, выполненные в виде оптического передатчика и оптического приемника. Недостат- ками известной системы являются влияние аномалий среды и случайных или целенаправ- ленно вносимых оптических помех на устойчивость и качество связи, при необходимости обеспечения высоких скоростей передачи информации, и на дальность связи, а также не- высокий срок службы при достаточно больших затратах на производство и эксплуатацию.

К аномалиям среды связи, приводящим к ухудшению связи, относятся атмо- сферные явления, такие как туманы, дожди, снег, флуктуации показателя преломления и коэффициента потерь оптического сигнала в воздушной или водной среде, влияющие на затухание или искажение сигнала в линии связи.

Известна также способ передачи информации реализуемый в беспроводной ду- плексной оптической системе связи [2], содержащей два приемопередатчика, в состав ко- торых входят по два пространственно разнесенных оптических передатчика, представ- ляющих собой излучатели с модуляторами, и два также пространственно разнесенных приемника модулированного излучения. При этом выходы первого и второго оптических приемников каждого из указанных приемопередатчиков связаны с входом соответствую- щего демодулятора через сумматор.

Пространственный разнос оптических передатчиков и приемников на каждом конце (пункте) линии связи снижает вероятность сбоя связи при пересечении ее непро- зрачными предметами. Кроме того, дублирование линии связи позволяет снизить влияние атмосферных помех.

Однако указанное пространственно разнесенное размещение оптических при- емников и передатчиков не позволяет в полной мере ликвидировать влияние искусствен- ных или естественных оптических помех, в частности, атмосферных помех, поскольку из- лучение в дублирующих каналах связи проходит по раздельным путям и испытывает раз- личные влияния флуктуаций среды, например, атмосферы.

Указанные выше системы связи имеют сравнительно низкое быстродействие, ограниченное действием электрических элементов, формирующих оптический сигнал. Дело в том, что скорость и качество обработки и передачи информации даже в оптических линиях связи и сетях ограничены предельным быстродействием электрических переклю- чателей, модуляторов и транзисторов. Минимальное время переключения электрических переключателей и транзисторов в реальных сетях не может быть существенно меньше, чем 10 ^"9 - 10 ^{" 10} с. Это принципиальное ограничение быстродействия обусловлено индук- тивностью, емкостью, сопротивлением электрических элементов. Минимальное время пе- реключения определяется временем установления электрических полей в RC, LR, LC - электрических цепях. Вот почему нельзя достигнуть глубокой модуляции лазерного луча на частотах существенно превышающих 1-10 GHz. При таких высоких частотах модуля- ции (1-10 GHz) попытка дальнейшего увеличении частоты модуляции приводит к резкому уменьшению амплитуды (глубины) модуляции. Уменьшение же амплитуды модуляции приводит к резкому ухудшению качества передачи информации вследствие уменьшения отношения сигнал/шум. Кроме того, цена электрического модулятора повышается с рос- том частоты модуляции. При частоте порядка 1 GHz она повышается пропорционально кубу частоты. Можно сказать, что возможности электронных транзисторов и модуляторов не соответствуют возможностям оптической линии связи. Иными словами, амплитудно- частотная характеристика (АЧХ) электронных транзисторов и модуляторов не отвечает АЧХ оптических линий связи.

Эти недостатки в большой степени преодолены в известном способе передачи информации в системах оптической связи [3], в том числе и в открытых оптических лини- ях связи. Способ [3] иллюстрируется Фиг.1. В этом способе [3] повышение помехозащи- щенности линии связи и отношения сигнал/шум, обеспечение скрытности передачи ин- формации достигались следующим образом. Информационные оптические сигналы фор- мируют на выходе нелинейно-оптического элемента 1 путем подачи, по крайней мере, од- ного оптического излучения 2 на вход этого нелинейно-оптического элемента и измене- ния входной мощности, или фазы, или частоты, по крайней мере, одного оптического из- лучения, подаваемого на вход нелинейно-оптического элемента, или изменения электри- ческого поля, приложенного к этому нелинейно-оптическому элементу, или изменения акустического поля, или механического воздействия, приложенного к этому нелинейно- оптическому элементу, причем параметры нелинейно-оптического элемента 1 и оптиче- ского излучения, подаваемого на вход нелинейно-оптического элемента, выбирают таким образом, чтобы обеспечить оптическую распределенную связь между двумя распростра- няющимися в нелинейно-оптическом элементе однонаправленными распределенно - свя- занными волнами (ОРСВ) и оптическое переключение между указанными волнами на вы- ходе нелинейно-оптического элемента, при этом каждая из указанных волн на выходе не- линейно-оптического элемента соответствует информационному оптическому сигналу, после прохождения линии связи 3, разделяют ОРСВ с помощью сепаратора 4, а устране- ние шумов и помех производят путем подачи каждой из разделенных волн на свой фото- приемник 5, 6, электрические сигналы с фотоприемников 5, 6 подают на дифференциаль- ный усилитель 7, выполненный с возможностью вычитания электрических сигналов, и/или коррелятор 7, который выделяет совпадающую часть зависимости амплитуды элек- трических сигналов от времени.

Этот способ выбран в качестве прототипа, как для заявленного способа передачи информации, так и для заявленного способа выделения полезного сигнала. В нем факти- чески применен оптический транзистор [4-10], работающий на основе явления оптическо- го самопереключения однонаправленных распределенно-связанных волн (ОРСВ) [4-10], и выполненный на базе нелинейно-оптического элемента 2. Поэтому амплитуды сигналов на выходе оптического транзистора многократно (в 100-1000000 раз) превышают ампли- туду сигнала на входе [3-10]. Это резко повышает отношение сигнал/шум и позволяет поднять надежность, качество и быстродействие оптической системы связи. Усиление сигнала в указанном оптическом транзисторе происходит за счет оптического эффекта [3- 10] без электроники и электрооптики и поэтому система обладает рекордным быстродей- ствием. ОРСВ - целый класс волн в оптике. К ОРСВ относятся: волны в туннельно- связанных оптических волноводах, т.е. двух параллельных, близко расположенных опти- ческих волноводах; волны различных поляризаций в двулучепреломляющем или магнито- активном волноводе; однонаправленные волны при брэгговской дифракции в периодиче- ской структуре; различные моды в оптическом волноводе; волны различных частот в квадратично-нелинейном или кубично-нелинейном кристалле или волноводе, и т.д. [3-10]. На базе любой из этих систем можно создать оптический транзистор.

Однако в способе [3] не учитывалась корреляция разности фаз и интенсивно- стей переключаемых волн. Иными словами, не учитывалась в полной мере корреляция фотонов в волне «0» и фотонов в волне «1» между собой. Это не позволяло в полной мере повысить помехозащищенность системы связи и снижало чувствительность регистрации сигнала. Другими словами, это не позволяло уверенно регистрировать очень ослабленные в результате потерь на трассе (тракте) оптические сигналы и отличать их от шумов и по- мех, в том числе искусственных помех. Это, в свою очередь, ограничивало чувствитель- ность и надежность способа регистрации полезного сигнала при малой мощности сигнала в области приемного устройства.

Технические результаты, на достижение которых направлено данное изобрете- ние, - это повышение надежности, качества и объема передачи информации как в цифро- вом, так и аналоговом виде, в том числе и в открытых оптических линиях связи, повыше- ние помехозащищенности линии связи и отношения сигнал/шум, обеспечение дополни- тельной скрытности передачи информации, а также исключение или уменьшение (сведе- ние к минимуму) влияния шумов фотоприемников на прием информационного сигнала.

Для улучшения отстройки от шумов и помех и достижения указанных технических результатов в данном способе предлагается сопоставить зависимость косинуса и/или си- нуса разности фаз волн и зависимость коэффициента передачи мощности (каждой из них) - от входной интенсивности (нормированной на критическую интенсивность) или входной разности фаз, т.е. от времени.

В заявленном способе используется установленное нами свойство явления самопе- реключения ОРСВ (см. [6,7], обзоры [9,10] и ссылки там): на выходе нелинейно- оптического элемента имеет место строгое соответствие между изменением коэффициен- тов передачи мощности каждой из ОРСВ и косинусом и/или синусом разности фаз между ОРСВ. Т.е. определенному соотношению интенсивностей или мощностей (или коэффици- ентов передачи мощности) переключаемых волн соответствует определенная разность фаз этих волн (на выходе оптического транзистора). Например, в средней точке самопереклю- чения М, где коэффициенты передачи мощности волн примерно равны: Τ ₀ ~Τι , синус раз- ности фаз волн равен нулю, а косинус разности фаз волн равен -1 или 1 (знак зависит от знака нелинейно-оптического коэффициента нелинейно-оптического элемента).

Это соответствие должно сохраниться и в принимаемом излучении.

Поэтому в принимаемом излучении значения синуса разности фаз волн и/или коси- нуса разности фаз волн должны коррелировать со значениями коэффициентов передачи мощности волн. Эту корреляцию можно установить (выявить) с помощью коррелятора, который и осуществляет указанное сравнение величин.

Это свойство иллюстрируется Фигурами 2-5 и подробно описано в работах [6,7], обзорах [9,10] и работах, ссылки на которые там приводятся.

Данный способ иллюстрируется Фигурой 6.

Вместе с тем автосинхронизация переключаемых волн приводит к тому, что и меж- ду параметрами Стокса (а, следовательно, и между элементами матрицы когерентности) существует определенное соотношение, что иллюстрируется фигурой 4. Это обусловлено тем, что параметры Стокса выражаются через косинус и синус разности фаз переключае- мых волн, которые как уже подчеркивалось, в режиме самопереключения ОРСВ опреде- ленным образом связаны с разностью коэффициентов передачи этих переключаемых волн.

Поставленная задача решается тем, что в способе передачи информации, вклю- чающем формирование в излучении на выходе оптического транзистора, работающего на основе явления самопереключения мощности между двумя однонаправленными распре- делено-связанными волнами в нелинейно-оптическом элементе, двух волн, мощности ко- торьгх изменяются в противофазе, и выделение этого сигнала в принимаемом излучении, после прохождения волнами тракта распространения измеряют три или четыре параметра Стокса или три или четыре элемента матрицы когерентности для несущей частоты излу- чения на выходе оптического транзистора, и выделяют полезный сигнал, поданный на вход оптического транзистора, сравнивая соотношение между параметрами Стокса или элементами матрицы когерентности с соотношением между ними, рассчитанным или из- меренным на выходе используемого оптического транзистора.

Как правило, задается некоторое допустимое отклонение от рассчитанного со- отношения, причем если отклонение от рассчитанного соотношения не превышает допус- тимое, то регистрируют сигнал.

Как правило, находят соотношение между указанными параметрами Стокса или элементами матрицы когерентности и сравнивают его с соотношением между ними, рассчитанным или измеренным на выходе используемого оптического транзистора, в ка- ждый момент времени.

Как правило, соотношение между параметрами Стокса соответствует выполне- нию второго интеграла [4-10].

В общем случае, измеряют три или четыре параметра Стокса, по или три или четыре элемента матрицы когерентности, по крайней мере, для одной несущей частоты излучения на выходе оптического транзистора.

Как правило, измеряют три или четыре параметра Стокса для одной частоты принимаемого излучения или три или четыре элемента матрицы когерентности для одной частоты излучения на выходе оптического транзистора.

В частном случае принимаемое излучение имеет одну несущую частоту.

В важном частном случае все ОРСВ в нелинейно-оптическом элементе имеют одну несущую частоту.

Как правило, в качестве указанного тракта распространения используют уча- сток в атмосфере или безвоздушном пространстве.

В этом случае обычно излучение, вышедшее из оптического транзистора, про- пускается сквозь оптическую антенну, формирующую параллельный или слабо расходя- щийся пучок. В качестве оптической антенны можно использовать оптический телескоп и/или коллиматор.

В частных случаях, в качестве найденного соотношения между разностью ко- эффициентов передачи мощности указанными выше волнами и косинусом и/или синусом разности фаз этих волн используют соответствующую корреляционную или автокорреля- ционную функцию между ними.

В оптимальном варианте (наилучшем варианте воплощения) способа, исполь- зуя параметры Стокса или элементы матрицы когерентности, измеренные после прохож- дения волнами тракта распространения, дополнительно определяют косинус (или квадрат косинуса) и/или синус (или квадрат синуса) разности фаз между волнами с несущей час- тотой излучения равной частоте излучения на выходе оптического транзистора и поляри- зациями, соответствующими поляризациям волн, переключаемых в оптическом транзи- сторе, и коэффициенты передачи мощности этими волнами, а затем, сравнивая соотно- шение между разностью коэффициентов передачи мощности указанными выше волнами и косинусом и/или синусом разности фаз этих волн с тем же с соотношением между ними, но рассчитанным или измеренным на выходе используемого оптического транзистора, выделяют сигнал.

Причем если отклонение от рассчитанного или измеренного соотношения не превышает допустимое, то регистрируют сигнал.

В частных случаях при указанном сравнении в соответствующих соотношениях целесообразнее использовать квадрат синуса разности фаз этих волн и/или квадрат коси- нуса разности фаз этих волн.

Указанное сравнение осуществляют с помощью коррелятора и/или схемы совпа- дений и/или компаратора.

Фразу: «разности фаз между волнами, которые соответствуют волнам, пере- ключаемым в оптическом транзисторе» поясним на конкретных примерах. Допустим, в оптическом транзисторе (в передатчике) происходит переключение мощности света меж- ду волнами ортогональных линейных поляризаций: вертикальной и горизонтальной в се- чении перпендикулярном направлению распространения излучения (луча). Тогда в при- нимаемом излучении все световые волны (на той же несущей частоте), поляризации кото- рых совпадают с указанными, являются волнами, соответствующими волнам, переклю- чаемым в оптическом транзисторе. Но они не обязательно являются волнами, переклю- чаемыми в оптическом транзисторе. Например, они могут быть волнами, посланными из другого излучателя, или представлять собой фоновое излучение. И тогда эти волны будут «отсеяны» с помощью заявленного способа.

В другом примере в оптическом транзисторе происходит переключение мощ- ности света между волнами ортогональных циркулярных поляризаций: левой круговой и правой круговой в сечении перпендикулярном направлению распространения излучения (луча). Тогда в принимаемом излучении все световые волны (на той же несущей частоте), поляризации которых совпадают с указанными, являются волнами, соответствующими волнам, переключаемым в оптическом транзисторе. Но они не обязательно являются вол- нами, переключаемыми в оптическом транзисторе. Они могут быть волнами, посланными из другого излучателя, или представлять собой фоновое излучение. И тогда эти волны бу- дут «отсеяны» с помощью заявленного способа.

Третий пример. Как сказано в описании, волны различных поляризаций в излу- чении (луче), распространяющемся в атмосфере, могут быть волнами, переключаемыми в ТСОВ (в передатчике), на выходе которых эти волны преобразуются в волны различных поляризаций. Тогда в принимаемом излучении все световые волны (на той же несущей частоте), поляризации которых совпадают с указанными, являются волнами, соответст- вующими волнам, переключаемым в оптическом транзисторе. Но они не обязательно яв- ляются волнами, переключаемыми в оптическом транзисторе. Они могут быть волнами из другого источника оптического излучения, или представлять собой фоновое излучение. И тогда эти волны будут «отсеяны» заявленным способом.

Как правило, сравнение найденного соотношения между разностью коэффици- ентов передачи мощности (Το-Τ^ указанными выше волнами и косинусом и/или синусом разности фаз этих волн с соотношением между ними, рассчитанным или измеренным для используемого оптического транзистора, производят в каждый момент времени.

Указанное соотношение между разностью коэффициентов передачи мощности указанными выше волнами и косинусом и/или синусом разности фаз этих волн соответст- вует выполнению второго интеграла.

Сравнение указанных величин в принимаемом излучении можно осуществлять с помощью коррелятора. Например, с помощью коррелятора можно вычислить корреляци- онную функцию Τ ₀ -Τι и синуса разности фаз волн, и/или коэффициент корреляции между ними. Аналогично можно вычислить корреляционную функцию To-Tj и косинуса разности фаз волн, и/или коэффициент корреляции между ними.

В качестве найденного соотношения между параметрами Стокса в частном случае используют соответствующую корреляционную или автокорреляционную функцию меж- ду ними. Аналогично, в качестве найденного соотношения между разностью коэффициен- тов передачи мощности указанными выше волнами и косинусом и/или синусом разности фаз этих волн можно использовать соответствующую корреляционную или автокорреля- ционную функцию между ними.

В частном случае, вычисляется корреляционная функция между тремя норми- рованными параметрами Стокса: $\ ^— / , $2 ~ ^2 ^ и ^3 ^~ ^3 ^ , где S - полная интенсивность принимаемого излучения, или корреляционная функция вычис- ляется между тремя нормированными элементами матрицы когерентности (см. ниже). Как правило, сравнивают эту функцию с соотношением между ними, рассчитанным для ис- пользуемого оптического транзистора.

В частном случае, после определения (с помощью модуля обработки) косинуса и/или синуса разности фаз между волнами и коэффициентов передачи мощности каждой из волн, определяют корреляционную функцию между коэффициентами передачи мощно- сти каждой из волн или их разностью и косинусом и/или синусом разности фаз между волнами. Как правило, сравнивают эту функцию с соотношением между ними, рассчитан- ным для используемого оптического транзистора.

При осуществлении данного способа в приемном устройстве, как правило, проверяется также наличие или отсутствие корреляции между мощностями (интенсивно- стями) волн, соответствующих волнам, переключаемым в оптическом транзисторе. И/или

- корреляции между коэффициентами передачи мощности указанными волнами. При этом используется то обстоятельство, что на выходе оптического транзистора мощности пере- ключаемых волн изменяются в противофазе [3] (Фиг.1). Эта проверка, как правило, осу- ществляется предварительно.

Фраза: «волн, соответствующих волнам, переключаемым в оптическом транзи- сторе» пояснена выше на конкретных примерах.

Если коэффициент (индекс) корреляции равен нулю и/или меньше некой за- данной величины, то сигнал признается ложным и не регистрируется. В противном случае сигнал выделяется заявляемым способом.

Отметим, что для полностью поляризованного излучения с ² — с ² + с ² + о ²

*_> * ^j j -г А_>2 ' °з [15]. В общем случае, частично поляризованного излучения

Как правило, предварительно разлагают принимаемое излучение (согласно тео- реме Стокса) на две части: полностью поляризованную часть и неполяризованную часть и в дальнейшем применяют заявленный в п.1 способ к поляризованной части. Таким обра- зом, в этом случае сигнал выделяют следующим способом.

После прохождения волнами тракта распространения измеряют три или четыре параметра Стокса или три или четыре элемента матрицы когерентности для несущей час- тоты излучения на выходе оптического транзистора, разлагают принимаемое излучение (согласно теореме Стокса) на две части: полностью поляризованную часть и неполяризо- ванную часть, выделяют поляризованную часть, и выделяют сигнал, поданный на вход оптического транзистора, сравнивая соотношение между параметрами Стокса или элемен- тами матрицы когерентности поляризованной части принимаемого излучения с тем же со- отношением между ними, но рассчитанным или измеренным на выходе используемого оптического транзистора.

Оптический транзистор выполнен на основе нелинейно-оптического элемента 1. Как правило, нелинейно-оптический элемент является нелинейно-оптическим волново- дом или нелинейно-оптическими туннельно-связанными оптическими волноводами (ТСОВ) или нелинейно-оптическим кристаллом.

В частном случае нелинейно-оптический элемент представляет собой ТСОВ, по крайней мере, один из которых является нелинейно-оптическим. При этом однона- правленные распределенно-связанные волны являются волнами в туннельно-связанных оптических волноводах, по крайней мере, один из которых является нелинейно- оптическим. Волны, которые связаны в этих волноводах за счет туннельной связи между ними, на выходе этих волноводов преобразуются в волны различных ортогональных по- ляризаций.

В случае использования (в качестве нелинейно-оптического элемента) нели- нейно-оптических ТСОВ эти ТСОВ, как правило, являются идентичными.

В важном частном случае нелинейно-оптический элемент выполнен на основе полупроводниковой квантоворазмерной структуры, типа multiple quantum well ( QW) структуры, обладающей большой оптической нелинейностью.

В очень важном частном случае ОРСВ являются волнами с различными поля- ризациями. В частности, ОРСВ являются волнами с различными ортогональными линей- ными поляризациями, или волнами с противоположными (ортогональными) циркулярны- ми поляризациями, или волнами с различными (ортогональными) эллиптическими поля- ризациями, причем оси соответствующих эллипсов ортогональны друг другу. Во всех этих случаях нелинейно-оптический элемент может быть двулучепреломляющим, или оп- тически активным, или магнитоактивным.

В другом частном случае ОРСВ являются волнами с различными несущими частотами.

При этом, как правило, нелинейно-оптический элемент является квадратично- нелинейным.

В частном случае для повышения эффективности отстройки от шумов и помех перед подачей на дифференциальный усилитель и/или коррелятор сигналы сравнивают по амплитуде и усиливают сигнал меньшей амплитуды до уровня другого сигнала. В одном частном случае на вход нелинейно-оптического элемента подают сиг- нальное оптическое излучение, представляющее собой информационный оптический сиг- нал с переменной мощностью или фазой, и оптическое излучение накачки, мощность ко- торой выше пороговой, определяемой из условия превышения дифференциальным коэф- фициентом усиления значения 1,1 (см. фиг.З; ниже подробно поясняется смысл пороговой мощности).

При этом сигнальное излучение и излучение накачки могут иметь разные не- сущие частоты. В этом случае после прохождения волнами тракта выделяют сигнал, срав- нивая соотношение между параметрами Стокса или элементами матрицы когерентности, измеренными после прохождения волнами тракта распространения, как правило, на час- тоте накачки с тем же соотношением между ними для той же частоты, но рассчитанным или измеренным на выходе используемого оптического транзистора.

В другом варианте, используя параметры Стокса или элементы матрицы коге- рентности, измеренные после прохождения волнами тракта распространения, обычно на частоте накачки, дополнительно определяют косинус и/или синус разности фаз между волнами с той же несущей частотой излучения и поляризациями, соответствующими по- ляризациям волн, переключаемых в оптическом транзисторе, и коэффициенты передачи мощности этими волнами, а затем, сравнивая соотношение между разностью коэффици- ентов передачи мощности указанными выше волнами и косинусом и/или синусом разно- сти фаз этих волн с тем же с соотношением между ними и на той же частоте, но рассчи- танным или измеренным на выходе используемого оптического транзистора, выделяют сигнал.

Как правило, указанное сравнение делают в каждый момент времени. В отдельных случаях указанное сравнение делают также на частоте сигнала. В частных случаях при указанном сравнении в соответствующих соотношениях целесообразнее использовать квадрат синуса разности фаз этих волн и/или квадрат косинуса разности фаз этих волн.

В частности, на вход нелинейно-оптического элемента подают сигнальное из- лучение, представляющее собой информационный оптический сигнал с переменной мощ- ностью или фазой, и излучение накачки, мощность которой выбирается из интервала от 0,5Рм до 1,5Рм , где Рм - критическая мощность самопереключения.

В другом частном случае излучение, подаваемое на вход нелинейно- оптического элемента, представляет собой информационный оптический сигнал, средняя мощность которого выше пороговой, определяемой из условия превышения дифференци- альным коэффициентом усиления значения 1,1. В частности, излучение, подаваемое на вход нелинейно-оптического элемента, представляет собой информационный оптический сигнал с переменной мощностью, сред- няя мощность которой выбирается из интервала от 0,5Рм до 1 ,5Рм , где Рм - критическая мощность самопереключения.

В третьем частном случае на вход нелинейно-оптического элемента подают оптическое излучение с постоянной мощностью, превышающей пороговую, мощность ко- торого выше пороговой, определяемой из условия превышения дифференциальным коэф- фициентом усиления значения 1,1, при этом оптические свойства нелинейно-оптического элемента модулируют путем приложения электрического поля, или акустического, или механического воздействия, причем параметры электрического поля или акустического или механического воздействия модулируются в соответствии с информационным сигна- лом.

В частности, на вход нелинейно-оптического элемента подают оптическое из- лучение с постоянной мощностью, выбираемой из интервала от 0,5Рм до 1,5Рм , где Рм - критическая мощность самопереключения, при этом оптические свойства нелинейно- оптического элемента модулируют путем приложения электрического поля или акустиче- ского или механического воздействия, причем параметры электрического поля или аку- стического или механического воздействия модулируются в соответствии с информаци- онным сигналом.

Излучение, вышедшее из оптического транзистора, пропускается сквозь опти- ческую антенну, формирующую параллельный или слабо расходящийся пучок. В качестве оптической антенны можно использовать оптический телескоп и/или коллиматор.

Как правило, разделение ОРСВ осуществляют после прохождения волнами тракта, перед фотоприемниками.

При этом в качестве указанного тракта используют беспроводную оптическую линию связи или волоконно-оптическую линию связи. Беспроводная оптическая линия связи представляет собой участок в атмосфере или безвоздушном пространстве.

Как правило, информационные оптические сигналы, сформированные на вы- ходе нелинейно-оптического элемента, и соответствующие двум однонаправленным рас- пределенно-связанным волнам в этом элементе, являются идентичными по амплитуде и противоположными по фазе или отличными друг от друга по амплитуде не более чем в десять раз и противоположными по фазе.

Изобретенный способ может быть применен не только в системах оптической связи, но и в оптической локации для выделения сигнала. Технические результаты, на достижение которых направлено в этом случае изобретение являютс повышение надеж- ности и повышение помехозащищенности оптической локации и отношения сигнал/шум, обеспечение дополнительной скрытности локации, а также исключение или уменьшение (сведение к минимуму) влияния искусственных и естественных шумов и помех на прием информационного сигнала.

На достижение этих технических результатов и направлен способ выделения в принимаемом оптическом излучении сигнала, включающий преобразование сигнала посредством оптического транзистора, работающего на основе явления самопереключе- ния мощности в нелинейно-оптическом элементе между двумя однонаправленными рас- пределено-связанными волнами, мощности которых изменяются в противофазе в соответ- ствии с сигналом на входе оптического транзистора, в котором

после прохождения волнами тракта распространения измеряют три или четыре параметра Стокса или три или четыре элемента матрицы когерентности для несущей час- тоты излучения на выходе оптического транзистора,

и выделяют сигнал, поданный на вход оптического транзистора, сравнивая со- отношение между параметрами Стокса или элементами матрицы когерентности, измерен- ными после прохождения волнами тракта распространения, с тем же соотношением меж- ду ними, но рассчитанным или измеренным на выходе используемого оптического тран- зистора.

Как правило, задается некоторое допустимое отклонение от рассчитанного или измеренного соотношения, причем если отклонение от этого соотношения не превышает допустимое, то регистрируют сигнал.

Как правило, указанное сравнение производят в каждый момент времени.

В общем случае, измеряют три или четыре параметра Стокса или три или че- тыре элемента матрицы когерентности, по крайней мере, для одной несущей частоты из- лучения на выходе оптического транзистора.

Как правило, измеряют три или четыре параметра Стокса или три или четыре элемента матрицы для одной несущей частоты излучения на выходе оптического транзи- стора.

В частном случае, излучение на выходе оптического транзистора имеет одну несущую частоту.

В важном частном случае все ОРСВ в нелинейно-оптическом элементе имеют одну несущую частоту.

В частном случае, принимаемое излучение имеет одну несущую частоту. Указанное сравнение может осуществляться с помощью коррелятора и/или компаратора. В частности, путем вычисления коэффициентов корреляции соответствую- щих величин.

При этом в качестве указанного тракта распространения используют участок в атмосфере или безвоздушном пространстве. В случае оптической локации этот тракт включает расстояние от выхода оптического транзистора до цели и от цели до приемного блока.

Излучение, вышедшее из оптического транзистора, пропускается сквозь опти- ческую антенну, формирующую параллельный или слабо расходящийся пучок. В качестве оптической антенны можно использовать оптический телескоп и/или коллиматор.

Принимаемое излучение можно разложить согласно теореме Стокса на две час- ти: полностью поляризованную часть и неполяризованную часть и в дальнейшем приме- няют заявленный способ к поляризованной части.

Таким образом, в этом случае сигнал выделяют следующим способом.

После прохождения волнами тракта распространения измеряют три или четыре параметра Стокса или три или четыре элемента матрицы когерентности для несущей час- тоты излучения на выходе оптического транзистора, разлагают принимаемое излучение (согласно теореме Стокса) на две части: полностью поляризованную часть и неполяризо- ванную часть, выделяют поляризованную часть, и выделяют сигнал, поданный на вход оптического транзистора, сравнивая соотношение между параметрами Стокса или элемен- тами матрицы когерентности поляризованной части принимаемого излучения с тем же со- отношением между ними, но рассчитанным или измеренным на выходе используемого оптического транзистора.

В оптимальном варианте способа, используя параметры Стокса или элементы матрицы когерентности, измеренные после прохождения волнами тракта распростране- ния, дополнительно определяют косинус (или квадрат косинуса) и/или синус (или квад- рат синуса) разности фаз между волнами с несущей частотой излучения равной частоте излучения на выходе оптического транзистора и поляризациями, соответствующими по- ляризациям волн, переключаемых в оптическом транзисторе, и коэффициенты передачи мощности этими волнами, а затем, сравнивая соотношение между разностью коэффици- ентов передачи мощности указанными выше волнами и косинусом и/или синусом разно- сти фаз этих волн с тем же с соотношением между ними, но рассчитанным или измерен- ным на выходе используемого оптического транзистора, выделяют сигнал.

Фраза: «волн, соответствующих волнам, переключаемым в оптическом транзи- сторе» пояснена выше на конкретных примерах. В немного отличающемся варианте способа, используя параметры Стокса или элементы матрицы когерентности, измеренные после прохождения волнами тракта рас- пространения, дополнительно определяют косинус (или квадрат косинуса) и/или синус (или квадрат синуса) разности фаз между волнами с несущей частотой излучения равной частоте излучения на выходе оптического транзистора и поляризациями, соответствую- щими поляризациям волн, переключаемых в оптическом транзисторе, и коэффициенты передачи мощности этими волнами, а затем, сравнивая соотношение между коэффициен- том передачи мощности каждой или одной из указанных волн и косинусом и/или синусом разности фаз этих волн с тем же с соотношением между ними, но рассчитанным или из- меренным на выходе используемого оптического транзистора, выделяют сигнал.

Как сказано выше, обычно задается некоторое допустимое отклонение от рас- считанного соотношения, причем если отклонение от рассчитанного соотношения не пре- вышает допустимое, то регистрируют сигнал.

В частных случаях при указанном сравнении в соответствующих соотноше- ниях целесообразнее использовать квадрат синуса разности фаз этих волн и/или квадрат косинуса разности фаз этих волн.

Указанное сравнение, как правило, производят в каждый момент времени.

Указанное сравнение может осуществляться с помощью коррелятора и/или компаратора и/или схемы совпадений. В частности, путем вычисления коэффициентов корреляции соответствующих величин.

В принимаемом излучении значения синуса разности фаз волн и/или косинуса разности фаз волн коррелируют со значениями коэффициентов передачи мощности волн.

Поэтому для частного случая реализации способа в принимаемом излучении определяют (вычисляют) взаимную корреляционную функцию разности коэффициентов передачи мощности волн Τ ₀ -Τι (или коэффициентов передачи Т ₀ и/или Τι) и синуса разно- сти фаз волн и/или находят коэффициент корреляции между ними. Аналогично в этом или другом частном случае в принимаемом излучении находят корреляционную функцию Т ₀ - Ύι (или коэффициентов передачи Т ₀ и/или Т и косинуса разности фаз волн, и/или опреде- ляют коэффициент корреляции между ними.

Указанное соотношение между параметрами Стокса и/или соответствует вы- полнению второго интеграла. Указанное соотношение между разностью коэффициентов передачи мощности указанными выше волнами и косинусом и/или синусом разности фаз этих волн также соответствует выполнению второго интеграла. Указанное соотношение между коэффициентом передачи мощности каждой волной и косинусом и/или синусом разности фаз этих волн также соответствует выполнению второго интеграла. При осуществлении данного способа в приемном устройстве, как правило, проверяется также наличие или отсутствие корреляции между мощностями (интенсивно- стями) волн, соответствующих волнам, переключаемым в оптическом транзисторе. И/или - корреляции между коэффициентами передачи мощности указанными волнами. При этом используется то обстоятельство, что на выходе оптического транзистора мощности пере- ключаемых волн изменяются в противофазе [3] (Фиг.1). Эта проверка, как правило, осу- ществляется предварительно. Фраза: «волн, соответствующих волнам, переключаемым в оптическом транзисторе» пояснена выше на конкретных примерах.

Нелинейно-оптический элемент является нелинейно-оптическим волноводом или нелинейно-оптическим кристаллом или туннельно-связанными оптическими волно- водами, по крайней мере, один из которых является нелинейно-оптическим.

В частном случае, однонаправленные распределенно-связанные волны явля- ются волнами в туннельно-связанных оптических волноводах, по крайней мере, один из которых является нелинейно-оптическим. В этом случае волны, которые были связаны в этих волноводах за счет туннельной связи между ними, на выходе этих волноводов преоб- разуются в волны ортогональных поляризаций.

В другом частном случае, однонаправленные распределенно-связанные волны в нелинейно-оптическом элементе являются волнами с различными поляризациями, на- пример, - с различными ортогональными поляризациями. Или однонаправленные распре- деленно-связанные волны являются волнами с различными циркулярными поляризация- ми. Или однонаправленные распределенно-связанные волны являются волнами с различ- ными эллиптическими поляризациями, причем оси соответствующих эллипсов ортого- нальны друг другу. Чтобы обеспечить линейную распределенную связь между ОРСВ раз- личных поляризаций, нелинейно-оптический элемент является двулучепреломляющим, или оптически активным, или магнитоактивным. Однако как показано в [9], даже если ли- нейная распределенная связь между волнами различных поляризаций равна нулю, между этими волнами может существовать нелинейная распределенная связь, за счет которой может происходить явление самопереключение этих волн. И на основе этого явления можно сделать оптический транзистор.

Как правило, на вход нелинейно-оптического элемента подают сигнальное оп- тическое излучение, представляющее собой информационный оптический сигнал с пере- менной мощностью или фазой, и оптическое излучение накачки, мощность которой выше пороговой, определяемой из условия превышения дифференциальным коэффициентом усиления значения 1,1. В частности, мощность излучения накачки выбирается из интервала от 0,5Рм до 1,5 Рм , где Рм - критическая мощность самопереключения.

Если в качестве ОРСВ используют волны в ТСОВ, то на вход, по крайней мере, одного из туннельно-связанных оптических волноводов, по крайней мере, один из кото- рых является нелинейно-оптическим, поступает излучение накачки, и на вход этого и/или другого волновода поступает сигнальное излучение. Этот тезис можно сформулировать иначе. В случае использования в качестве нелинейно-оптического элемента туннельно- связанных оптических волноводов, на вход, по крайней мере, одного из туннельно- связанных оптических волноводов, по крайней мере, один из которых является нелиней- но-оптическим, поступает излучение накачки, и на вход этого и/или другого волновода поступает сигнальное излучение.

В важном частном случае, сигнальное излучение и излучение накачки имеют разные несущие частоты.

В этом случае выделяют сигнал, поданный на вход оптического транзистора, сравнивая соотношение между параметрами Стокса или элементами матрицы когерентно- сти, измеренными после прохождения волнами тракта распространения, как правило, на частоте накачки, с тем же соотношением между ними и на той же частоте, но рассчитан- ным или измеренным на выходе используемого оптического транзистора.

В этом же случае, но другом варианте способа, используя параметры Стокса или элементы матрицы когерентности, измеренные после прохождения волнами тракта распространения (обычно на частоте накачки) дополнительно определяют косинус и/или синус разности фаз между волнами с той несущей частотой излучения и поляризациями, соответствующими поляризациям волн, переключаемых в оптическом транзисторе, и ко- эффициенты передачи мощности этими волнами, а затем, сравнивая соотношение между разностью коэффициентов передачи мощности указанными выше волнами и косинусом и/или синусом разности фаз этих волн с тем же с соотношением между ними и на той же частоте, но рассчитанным или измеренным на выходе используемого оптического транзи- стора, выделяют сигнал.

В этом же случае, но чуть отличающемся варианте способа, используя пара- метры Стокса или элементы матрицы когерентности, измеренные после прохождения волнами тракта распространения (на частоте накачки), дополнительно определяют коси- нус и/или синус разности фаз между волнами с несущей частотой излучения равной час- тоте излучения накачки на выходе оптического транзистора и поляризациями, соответст- вующими поляризациям волн, переключаемых в оптическом транзисторе, и коэффициен- ты передачи мощности этими волнами, а затем сравнивая соотношение между коэффици- ентом передачи мощности каждой или одной из указанных волн и косинусом и/или сину- сом разности фаз этих волн с тем же соотношением и для той же несущей частоты, но рас- считанным или измеренным на выходе используемого оптического транзистора, выделя- ют сигнал.

В частных случаях при указанном сравнении в соответствующих соотношениях целесообразнее использовать квадрат синуса разности фаз этих волн и/или квадрат синуса разности фаз этих волн.

Как правило, указанное сравнение делают в каждый момент времени. В отдель- ных случаях указанное сравнение делают также на частоте сигнала.

В другом частном случае излучение, подаваемое на вход нелинейно- оптического элемента, представляет собой информационный оптический сигнал, средняя мощность которого выше пороговой, определяемой из условия превышения дифференци- альным коэффициентом усиления значения 1,1.

В частности, средняя мощность излучения, подаваемого на вход нелинейно- оптического элемента, выбирается из интервала от 0,5Рм до 1,5 Р , где Рм - критическая мощность самопереключения.

В другом случае на вход нелинейно-оптического элемента подают оптическое излучение с постоянной мощностью, превышающей пороговую, определяемую из условия превышения дифференциальным коэффициентом усиления значения 1,1, при этом опти- ческие свойства нелинейно-оптического элемента модулируют путем приложения элек- трического поля или акустического или механического воздействия, причем параметры электрического поля или акустического или механического воздействия модулируются в соответствии с информационным сигналом.

В частности, мощность оптического излучения, подаваемого на вход нелиней- но-оптического элемента выбирают из интервала от 0,5Рм до 1,5 Рм , где Рм - критическая мощность самопереключения, при этом оптические свойства нелинейно-оптического эле- мента модулируют путем приложения электрического поля или акустического или меха- нического воздействия.

Однонаправленные распре д ел енно-связанные волны могут быть волнами с различными несущими частотами. При этом, как правило, нелинейно-оптический элемент является квадратично-нелинейным.

На Фиг.1 изображена блок-схема системы оптической связи, взятой за прототип. 1 - оптический транзистор на базе нелинейно-оптического элемента; 2 - лазер, генерирую- щий оптическое излучение накачки; 3 - линия связи (тракт); 4 - сепаратор (разделитель) переключаемых волн; 5, 6 - фотоприемники; 7 - дифференциальный усилитель и/или коррелятор.

На Фиг. 2 показаны зависимости: разности коэффициентов передачи мощности ОРСВ ( ₀ - Т _х ), косинуса ( COS^ ) ) _и синуса ( sin( , ) ) разности фаз двух ОРСВ « 1 » и «0» (на выходе оптического транзистора) в зависимости от входной интенсивности волны

«0» (нормированной на критическую интенсивность 1 м ⁼ 4Κ / \ Θ \ ). Рассмотрен слу- чай явления самопереключения при подаче на вход оптического транзистора (нелинейно- оптического элемента) двух близких по интенсивности волн накачки:

-^ο ⁼ -^οο 11 м ⁼ Ао 11 м =0.6 с равными фазами на входе: ψ = ^~ = 0.

Разность фаз ОРСВ на выходе: ψ _/ ⁼ ψ _\ ι ^~ Ψοι . В данном случае нелинейно-оптический элемент обладает коэффициентом кубичной нелинейности Θ [4, 9], К - коэффициент распределенной связи ОРСВ [9,10].

На Фиг. 3. Зависимость коэффициента передачи нулевой волной (Т ₀ ), косинуса разности фаз (|COS( e)|) и второго интеграла G на выходе нелинейно-оптического эле- мента (оптического транзистора) от входной интенсивности. Отмечены: пороговая интен- сивность 1 _пор и критическая интенсивность 1м- Интенсивность волны «0» на входе нели- нейно-оптического элемента (оптического транзистора) равна нулю. Нелинейно- оптический элемент представляет собой два идентичных нелинейно-оптических туннель- но-связанных оптических волновода. Пороговая интенсивность 1 _пор и критическая интен- сивность 1м однозначно связаны с пороговой мощностью и критической мощностью Рм ⁼ 1м'$ _Э фф, где Бэфф - эффективное сечение нелинейно-оптического волновода или пучка в нелинейно-оптическом кристалле.

Фиг. 4. Зависимость нормированных параметров Стокса S _x = Т ₀ - Г, ,

S ₂ = 2^T _Q T COS(y/ 1 ) , S ₃ = 2^Τ ₀ Τ _χ 8ΙΝ(ψ, ) от нормированной входной интенсивности

R _o =/ _o0 / 1 _М . Остальные параметры соответствуют Фиг.2.

Фиг. 5. Зависимость коэффициентов передачи мощности Το=Το _,ω +Τ _0,2ω и Τ^Τι,ω+Τ^ω и косинуса разности фаз волн на частоте со: οο8(Ψ _ω ) и на частоте 2со: ϋθ8(Ψ _2ω ), от продольной координаты z для случая квадратично-нелинейных ТСОВ и «средней точки самопереключения» М. Переключение мощности излучения происходит из волновода в волновод, как на частоте со, так и на частоте 2ω. Ψ _ω = φι _>ω -φ _0;(0 , Ψ _2ω - φι,2ω - φ _0>2ω . В данном случае ОРСВ представляют собой 4 волны: на двух частотах в двух тун- нельно-связанных волноводах. Длина квадратично-нелинейных ТСОВ обозначена бук- вой /. Координата z меняется от нуля до /.

На Фиг. 6 изображена блок-схема системы оптической связи, используемой в заяв- ленном способе. 1 - Оптический транзистор на базе нелинейно-оптического элемента. 2 - Лазер, генерирующий оптическое излучение накачки, подаваемое в оптический транзи- стор, на вход нелинейно-оптического элемента. 3 - Линия связи (тракт распространения). 8 - Оптическая антенна; например, модуль фокусировки изображения. 9 - Блок обработ- ки, выполняющий разделение принимаемого оптического излучения на шесть компонент и определение параметров Стокса или элементов матрицы когерентности. 10 - Блок до- полнительной обработки для определения косинуса и/или синуса разности фаз волн, кото- рые соответствуют волнам, переключаемым на выходе оптического транзистора, а также коэффициентов передачи этих волн и разности этих коэффициентов. 11 - Блок обработки, включающий коррелятор, определяющий корреляционную функцию между разностью ко- эффициентов передачи мощности волн и косинусом и/или синусом разности фаз этих волн. В этом блоке 11 принимается решение о регистрации полезного сигнала, очищенно- го от шумов и помех, и формируется зависимость амплитуды и/или фазы полезного сиг- нала от времени. Блок 11 может быть включен в блок 10.

На Фиг.7 показан один из возможных и перспективных вариантов приемного модуля, включающего оптическую антенну 8 и блок обработки 9 (см. фиг.З) на базе моду- ля приведенного в статье [1 1]. В отличие от статьи [1 1] в нашем изобретении используется дополнительные блоки обработки 10, 11, в которых вычисляются косинус и синус разно- сти фаз волн, переключаемых на выходе оптического транзистора 1, и затем находится корреляционная функция между косинусом и/или синусом разности фаз этих волн и раз- ностью коэффициентов передачи этих волн. Этот вариант является оптимальным. Воз- можны варианты способа, когда сразу находится корреляционная функция между тремя параметрами Стокса. Или находятся две корреляционные функции: корреляционная функция между параметрами Стокса St и S ₂ ; и корреляционная функция между парамет- рами Стокса Si и S3 . Затем эти функции сравниваются между собой, т.е. находится корре- ляционная функция между ними. Блок 11 может быть включен в блок 10. При осуществ- лении способа могут вычисляться соответствующие коэффициенты корреляции указан- ных величин.

Т.е существуют различные варианты сравнения и вычисления корреляционных функций. Но в любом случае речь идет о волнах, которые в нелинейно-оптическом эле- менте оптического транзистора (передающего блока) являлись ОРСВ, участвующими в процессе самопереключения. На Фиг. 8 показан другой вариант воплощения анализа и обработки посту- пающего в приемное устройство сигнала. В нем также вычисляются параметры Стокса Si , S ₂ , S ₃ и S. Для полностью поляризованного принимаемого излучения S= S j + S ₂ + S ₃ .

Поступающее в приемное устройство излучение проходит через светодели- тельный куб 12, и далее - часть излучения сквозь светоделительную пластину 13. 14 - зер- кало, 15 - пластинка λ/4; 16, 17, 18 - разделители волн различных (ортогональных) поля- ризаций, в качестве которых можно использовать двоякопреломлящие призмы, например, призмы Волластона или призмы Глана. 10 - Блок обработки и регистрации, в котором и происходит вычисление указанных выше корреляционных функций.

Схемы других, но похожих устройств, измеряющих параметры Стокса, приве- дены в [12,13]. Методика определения и теория параметров Стокса и элементов матрицы когерентности описана также в [14-16].

Перед измерением параметров Стокса принимаемое излучение можно пропус- тить сквозь оптический частотный узкополосный фильтр, который ограничивает частот- ную полосу пропускаемого излучения узкой полосой вблизи несущей (средней) частоты, равной несущей частоте излучения на выходе оптического транзистора. Обычно этот оп- тический узкополосный фильтр является интерференционным фильтром. Относительная ширина полосы при этом обычно составляет 10 ^~4 < АЛ / Я < 10 ^~2 .

Если в оптическом транзисторе 1 происходит самопереключение ОРСВ различ- ных поляризаций, например, линейно ортогональных (или ортогонально циркулярных), то имеет смысл определить следующие параметры Стокса [14-16]

S = {A _x ² (t)) + {A _y ² (t)) =I _x + I _y .

S ₂ = 2{A _x {t)A _y {t) cos[ ⁽ p _y {t) - <p _x {t)-\) =I _s . - I _y , .

S ₃ = 2{A _X (t)A _y (0 sinfa, (0 - φ, (/)]> -I, - I, .

Символ означает усреднение по времени, ·Α _{χ и} Α _χ . амплитуды волн.

Параметры Стокса имеют следующий физический смысл.

S - полная интенсивность волны;

Si - разность интенсивностей ортогонально линейно поляризованных компонент; *5*2 - разность интенсивностей ортогонально линейно поляризованных компонент, изме- ренных в линейном базисе, положение которого отличается на угол л- /4 от положения линейного базиса, определяющего второй параметр Стокса;

*$ 3 - разность интенсивностей двух противоположно циркулярно поляризованных компо- нент волны.

Символ (> означает усреднение по времени.

В нелинейно-оптическом элементе (обладающем кубичной нелинейностью) оп- тического транзистора параметры Стокса связаны системой нелинейных уравнений [9]:

S,' = -(K + 0IS ₂ )S ₃

5 ₂ ' = ад (^ + ^)// 2-а]

S ₃ ' = KS, + S S ₂ (e - 0 _s )I/ 2 + S ₂ ,

где S = I = l _x + 1 - суммарная интенсивность волн, К- коэффициент линейной распреде- ленной связи волн, а = a + W _d 12 , а = β _γ - β _χ , 9 _d = ψ _у - θ _χ + в _ух - в _ху ) 12 ,

⁼ (β _χ ⁺ - 0 _ух - в _ху ) / 2 ; θ _χ , 9 _у , 9 _ху , в _ух , θ - нелинейные коэффициенты [9].

Решение этой системы уравнений задает соотношение между параметрами Стокса на выходе оптического транзистора.

Для реализации предложенного способа удобно оперировать нормированными па- раметрами Стокса, которые получаются из указанных выше параметров простым деление

Т А- Т

на суммарную интенсивность = ^м х ^ у .

Для волн ортогональных линейных поляризаций «х» и «у» три нормированных па- раметра Стокса выражаются через коэффициенты передачи волн и косинус и синус разно- сти фаз между ними: s _x = T _x - T _y , s ₂ = ^Г _х Т _у СО / _; ) , s ₃ = ^T _y ^~ SINty, ) .

Ψΐ = (py ~ φ _χ . Индекс «/» показывает, что разность волн берется на выходе оптического транзистора (при

Для волн «0» и «1 » три нормированных параметра Стокса на выходе оптического транзистора (при выражаются через коэффициенты передачи волн и косинус и синус разности фаз между ними: = Т ₀ - , , s ₂ = ^Τ _ΰ Τ _χ OS(^, ) , s ₃ = 2^T _Q T _x SIN(y/ _t ) .

В нелинейно-оптическом элементе (обладающем кубичной нелинейностью) оп- тического транзистора параметры Стокса для волн «0» и «1 » связаны системой нелиней- ных уравнений:

5 ₂ = S _i [S _l (§ + 9 _s )I/2 - ]

S ₃ ' = KS, + S _l S ₂ - 9 _S )112 + S ₂ a ,

где S = I = I ₀ + /, - суммарная интенсивность волн, К - коэффициент линейной распреде- ленной связи волн, а = а + W _d 12 , а = β _χ - β ₀ , θ _ά = (#, - θ ₀ + θ _]0 - # ₀₁ ) / 2 ,

&s ⁼ (^ο ⁺ θ _\ — — 6> ₀₁ ) / 2 ; θ ₀ , θ _λ , # _0! , θ _ο , θ - нелинейные коэффициенты [9]. Причем для волн в ТСОВ обычно < ₀₁ =θ _[0 =0, θ _ά = 0 , θ =0, | or |« К .

Решение этой системы уравнений задает соотношение между параметрами Стокса на выходе оптического транзистора.

В данном способе нужно измерить (в принимаемом излучении) хотя бы два нор- мированных параметра Стокса, например, 5, и s ₂ , или s _t и s ₃ ; для этого измерения необ- ходимо измерить три ненормированных параметров Стокса, например: S , S ₅ S ₂ , или

S » ^1 , ^3 ·

В лучшем варианте воплощения данного способа нужно измерить три нормиро- ванных параметров Стокса s, , s ₂ , s ₃ или - четыре ненормированных параметров Стокса:

Как правило, эти параметры Стокса измеряют для одной несущей частоты.

Параметры Стокса квазимонохроматической волны можно сгруппировать в 4x1 вектор столбец, называемый вектором Стокса [11,15].

Для экономии места вектор столбец Стокса часто записывают горизонтально в фигурных скобках [15]: {S, Si, S ₂ , S ₃ }.

Перед применением способа целесообразно разложить принимаемое излучение (согласно теореме Стокса) на две компоненты (части): полностью поляризованную часть и неполяризованную часть [11,15]:

0, 0, 0}+{Р, Si, S ₂ , S ₃ },

где P= ( Si + S ₂ + S ₃ ) ^1/2 /S - степень поляризации.

И в дальнейшем можно применять заявленный способ к поляризованной части принимаемого излучения.

Вместо параметров Стокса можно определить элементы матрицы когерентности

[14,15]

Параметры Стокса являются простой линейной комбинацией элементов матрицы коге- рентности [15]:

S = J + J yy , S, 1 = J xx - J УУ -> S, 2 = J xy + J yx ,

В приведенных выражениях для ОРСВ ортогональных линейных поляризаций под индек- сами «х» и «у» можно понимать индексы «0» и «1 », которые относятся к ОРСВ, обозна- чаемых этими индексами: «0» и «1 ».

Можно определить обобщенную матрицу когерентности [15] для других ОРСВ: для волн ортогональных круговых и эллиптических поляризаций. А также для волн в ТСОВ. Если обозначить эти ОРСВ как «0» и «1 », то матрицу когерентности можно определить так

Можно использовать нормированные элементы матрицы когерентности:

= о /( о + ι) = 4)4) Woo ⁺ о)

Г, = J _u /( о + /„) - <44 ^* > /Voo ⁺ ю) .

Недиагональные элементы матрицы когерентности J _xy и J определяют вза- имную корреляцию между х- и у- компонентами электрического вектора. Аналогично не- диагональные элементы J ₀₁ и J ₀₁ определяют взаимную корреляцию между волнами 0 и

1. Поэтому в данном способе, включающем определение недиагональных и диагональных элементов матрицы когерентности, автоматически определяется степень взаимной корре- ляции волн, соответствующих волнам, переключаемым в оптическом транзисторе. И для предварительной проверки наличия выделяемого сигнала в принимаемом излучении целе- сообразно оценить величину нормированной функции взаимной корреляции μ _χγ = J _xy l(J _xx + ^) или μ _οι = J _0] /(Joo + Άι) _> которая характеризует степень этой корре- ляции. По величине нормированной функции взаимной корреляции можно принимать предварительное решение о регистрации сигнала. И использовать этот критерий для вы- деления сигнала при предварительной проверке его наличия (или отсутствия) в прини- маемом излучении.

В частных случаях элементы матрицы когерентности определяют с помощью интерферометров. В них измеряются «видимость» интерференции (интерференционной картины), экстремальные значения интенсивности, фазовые сдвиги, при которых они дос- тигаются и т.д. [16]. В качестве интерферометров используют, например, интерферометры типа Маха-Цандера [12], двухканальные интерферометры и т.д. С целью осуществления интерференции перед интерференцией может осуществляться преобразование одной из волн (компонент) в другую. Например, преобразуют линейно-поляризованную волну в ортогонально поляризованную волну.

Теоретически возможно определить разность фаз волн непосредственно. На- пример, с помощью интерферометров, фазовых детекторов и т.д. При этом параметры Стокса и элементы матрицы когерентности также становятся известными. В этих случаях в заявленных способах после прохождения волнами тракта распространения, определяют разность фаз, и/или косинус, и/или синус разности фаз между волнами с несущей частотой излучения равной частоте излучения на выходе оптического транзистора и поляризация- ми, соответствующими поляризациям волн, переключаемых в оптическом транзисторе, и коэффициенты передачи мощности этими волнами, а затем, сравнивая соотношение меж- ду разностью коэффициентов передачи мощности указанными выше волнами и косинусом и/или синусом разности фаз этих волн с тем же с соотношением между ними, но рассчи- танным или измеренным на выходе используемого оптического транзистора, выделяют сигнал.

В немного отличающемся варианте способов определяют разность фаз, и/или косинус, и/или синус разности фаз между волнами с несущей частотой излучения равной частоте излучения на выходе оптического транзистора и поляризациями, соответствую- щими поляризациям волн, переключаемых в оптическом транзисторе, и коэффициенты передачи мощности этими волнами, а затем сравнивая соотношение между коэффициен- том передачи мощности каждой или одной из указанных волн и косинусом и/или синусом разности фаз этих волн с тем же соотношением, но рассчитанным или измеренным на вы- ходе используемого оптического транзистора, выделяют сигнал.

Указанное выше разложение (согласно теореме Стокса) принимаемого излуче- ния на полностью поляризованную часть и полностью неполяризованную часть соответ- ствует представлению матрицы когерентности принимаемого излучения в виде суммы матриц полностью поляризованной и полностью неполяризованной частей [16].

Легко видеть, что коэффициенты передачи мощности каждой волной, их раз- ность, косинус и синус разности фаз волн связаны между собой, т.е. между ними сущест- вует четкое соответствие, характерное для явления самопереключения ОРСВ, которое со- провождается явлением их автосинхронизации (Фиг.2, 3, 4, 5).

На вход нелинейно-оптического элемента 1 подается оптическое излучение, пе- ременное по интенсивности, фазе или частоте, несущее полезную информацию, либо пе- ременное по интенсивности, фазе или частоте, несущее полезную информацию оптиче- ское излучение (сигнальное) и излучение накачки от лазера 2.

Оптическое излучение, подаваемое на вход нелинейно-оптического элемента, может также представлять собой информационный оптический сигнал, средняя мощность которого выше пороговой, определяемой из условия превышения дифференциальным ко- эффициентом усиления некоторого порогового значения, например, значения 1.1 (Фиг.З).

Оптическое излучение, несущее полезную информацию, может также форми- роваться изменением электрического или акустического полей, или механического воз- действия, приложенных к нелинейно-оптическому элементу, в котором (за счет электро- оптического или акустооптического эффекта) изменяется (модулируется) показатель пре- ломления и/или коэффициент оптических потерь нелинейно-оптического элемента.

В нелинейно-оптическом элементе 1 происходит переключение между ОРСВ. После прохождения линии связи 3 эти волны попадают на оптическую антенну (модуль фокусировки изображения). Далее излучение поступает в блок 9, где разделяются на шесть компонент, которые затем обрабатываются, и определяются параметры Стокса или элементы матрицы когерентности. Далее вычисляются косинус и синус разности фаз волн (Ψ/), переключаемых в оптическом транзисторе. Вычисляются также коэффициенты пере- дачи волн ^0 ^~—~ Λ ^А 0)/1 ' ν^^ оΟоΟ ^{+ τ} - ^а ^000 ) ,, ^ 11 ^— 1// К' V^О00 ⁺ Λ ^J 1θ0 ) ии разность между ними:

Т 0 -Т 1 . Эта разность совпадает с первым нормированным параметром Стокса. Для ее вычисления можно использовать, например, дифференциальный усилитель. Далее корре- лятор проверяет соответствие между ^ Т0 - Т 1 и косинусом и синусом разности фаз волн, переключаемых в оптическом транзисторе. Т.е. коррелятор определяет корреляци- онную функцию между этими величинами и по степени корреляции этих величин выделя- ет полезный сигнал. В частности, если коррелятор, представляет собой электронный блок, то путем анализа поступающих на его вход сигналов выделяет их коррелированную часть, т.е. вычисляет корреляционную функцию, определяя соответствие зависимостей COS(y )

SIN(i//) и . При этом выделении их соответствующей части происходит очистка полезного сигнала от шумов и помех. Таким образом, на выходе коррелятора формируется сигнал, соответствующий исходному информационному сигналу, очищенный от шумов и помех.

Можно сказать, что в данном способе проверяется выполнение двух инте- гралов [4,5,9,10], сохраняющихся в процессе самопереключения ОРСВ. Тогда как в про- тотипе проверялось выполнение только одного интеграла - энергии _: г ₀ +т; = 1

Поэтому в прототипе проверялось соответствие только т 0 и т 1 и вычислялась их раз- Т _ Т

ность 0 1 , которая равна первому нормированному параметру Стокса. В данном же способе проверяется (с помощью коррелятора) выполнение и второго интеграла со- хранения [4,5,9,10]. Для ОРСВ в ТСОВ и волн круговых поляризаций и других ОРСВ он имеет вид [4,5,

G = 14 , ₍₁₎

Он задает определенное соотношение между COS(^) , τ 0 и τ \ на выходе нелинейно- оптического элемента, т.е. при Ζ — I . Так, для идентичных волноводов (волн): = 0, θ ₀ = θ _λ = θ имеем [6,7,9] cosG , )

R _n = Inn 11 R, = L _n / 1 - нормированные входные интенсивности,

⁼ I \ θ \ - критическая интенсивность, TQ ) , o) - коэффициенты передачи мощности волнами «0» и «1» в нели- нейно-оптическом элементе; ^oo ⁼ ю ^(^00 ^~ ^ -^Оо ) , ^10 ^~ ^10 ^(^00 θ) - доля входной интенсивности (мощности) в волне «0» и волне «1».

Для ОРСВ ортогональных линейных поляризаций (в нелинейно-оптическом эле- менте) второй интеграл приведен в [9] и других наших работах. Он также задает опреде- ленное аналогичное соотношение между указанными выше величинами [9]. Будучи выражен через нормированные параметры Стокса, этот интеграл имеет вид

[9]:

G = + (θ, + θ )Isf 12 + 2Ks ₂ + 2as _l _ _{(2) rm} a = a + W _d /2 _, I = I _x + I _y e _d =(e _y -e _x +e _yx -e _xy )/2 _< s ^~ (βχ ~ ^xy ^~ ^yx ) ^ . Параметр = β _γ - β _χ представляет разность эф- фективных показателей волн в нелинейно-оптическом элементе. Нелинейные коэффици- енты θ _χ , в _у , 9 _ху , 9 _ух , в приведены в [9].

Интеграл (1) также можно выразить через параметры Стокса. При а = 0 ,

0 ^{= =} , этот интеграл имеет вид

где R = (R ₀ + R _l ) .

Этот интеграл также задает определенное соотношение между нормированными параметрами Стокса.

Если нелинейно-оптический элемент представляет собой квадратично-нелинейные ТСОВ, то в этих ТСОВ однонаправленные распределенно-связанные волны при опреде- ленных условиях переключаются (на выходе элемента) из волновода в волновод. Пере- ключение мощности излучения происходит из волновода «0» в волновод «1» (или наобо- рот), как на частоте со, так и на частоте 2ω. Ψ _ω = φι _!(0 -φ _0;(0 , Ψ _2ω = φι _ι2ω -φ _0,2ω . (Фиг.5). Это пе- реключение волн сопровождается автосинхронизацией переключаемых волн на частоте со и на частоте 2со. Так, в средней точке самопереключения М значение οο8(Ψ _ω ) оказывается близким к 1 или -1 (в зависимости от знака нелинейного коэффициента), причем значение οο8(Ψ _2ω ) также близко к 1 или -1 (в зависимости от знака нелинейного коэффициента). (Фиг.5). При этом значения 8ΐη(Ψ _ω ) и 8Ϊη(Ψ _2ω ) оказываются близкими к нулю. Малое из- менение мощности (или фазы) сигнала на входе нелинейно-оптического элемента вызыва- ет переключение мощности из волн «0» в волны «1» или наоборот. Фигура 5 построена при определенных значениях мощности сигнала и накачки, соответствующих средней точке переключения М. В данном случае ОРСВ представляют собой 4 волны: волны в волноводах «0» и «1 » на частоте со, и волны в волноводах «0» и «1 » на частоте 2со.

Если нелинейно-оптический элемент является квадратично-нелинейным и в нем взаимодействуют ОРСВ различных поляризаций (распределенная связь между которыми может быть за счет двулучепреломления или магнитной активности этого элемента), то аналогичное переключение мощности может происходить из волны одной поляризации в волну другой (ортогональной) поляризации на каждой частоте. Причем это переключение также должно сопровождаться аналогичной автосинхронизацией волн на каждой частоте.

Для ОРСВ на разных частотах (скажем ω и 2со) в квадратично-нелинейном элемен- те второй интеграл приведен в [10] и работах, ссылки на которые даны в [10].

Отметим, что в другом частном случае взаимодействия ОРСВ на частотах ω и 2со в квадратично-нелинейном элементе характер этого взаимодействия определяет обобщен- ная разность фаз [10], где Δ - отстройка от синхронизма. На основе та- кого взаимодействия также можно создать оптический транзистор, работа которого опи- сана в [10], а впервые в работах, ссылки на которые даны в [10].

Отметим, что в данном способе используется то что, в излучении содержится ин- формация не только о коэффициентах передачи волн То и Т но и информация о 0Ο8(Ψ) и 8ΙΝ(Ψ) . В принимаемом излучении содержится информация не только о нормированных интенсивностях волн, но и о разности фаз этих волн. Причем благодаря определению кор- реляции этих передаваемых и принимаемых величин, эта информация отделяется от шу- мов и помех и является достоверной! Поэтому данный способ не только позволяет ввести дополнительную отстройку от шумов и помех, т.е. повысить надежность связи, но и по- зволяет передать значительно больший объем информации за единицу времени!

Линия связи может быть как волноводной, так и не волноводной. В последнем слу- чае она проходит сквозь воздушную или водную среду. В случае волноводной линии свя- зи она может представлять собой одиночный волновод (по которому распространяются ОРСВ различных поляризаций или частот) или два идентичных волновода.

В случае использования нелинейно-оптических ТСОВ в качестве нелинейно- оптического элемента 1 (основы оптического транзистора) переключение между ОРСВ и их автосинхронизация происходит на выходе этих ТСОВ. Можно использовать ТСОВ, хо- тя бы один из которых является нелинейно-оптическим. В этом случае линия связи 3, мо- жет представлять собой, два идентичных оптических волновода, оптически связанных с нелинейными ТСОВ, в частности, двужильный волоконный световод, оптически связан- ный с ТСОВ. В вариантном исполнении ТСОВ представляют собой участок волноводов оптической линии связи.

На вход нелинейно-оптических ТСОВ 1, также как в первом варианте, подается оптическое излучение, переменное по интенсивности, фазе или частоте, несущее полез- ную информацию, либо переменное по интенсивности, фазе или частоте, несущее полез- ную информацию оптическое излучение (сигнальное) и излучение накачки от лазера 2. Причем как сигнальное излучение и излучение накачки могут подаваться как на вход од- ного из ТСОВ, так и на входы разных ТСОВ. В случае использования ТСОВ каждый из двух информационных сигналов формируется на выходе соответствующего волновода.

В случае оптического транзистора, выполненного на базе нелинейно-оптических ТСОВ, волны на выходе ТСОВ (т.е. на выходе оптического транзистора) можно преобра- зовать в волны различных (ортогональных) поляризаций. На выходе одного из ТСОВ из- лучение может быть преобразовано (например, с помощью ротатора) в ортогонально ли- нейную поляризованную волну. Таким образом, в приемный блок (антенну [11]) будут направлены две ортогонально поляризованные волны. Или обе волны на выходе таких ТСОВ могут быть преобразованы в ортогональные (противоположные) циркулярно поля- ризованные волны. Например - на выходе волновода «0» будет сформирована волна с ле- вой круговой поляризацией, а на выходе волновода «1 » будет сформирована волна с пра- вой круговой поляризацией.

Количество информационных сигналов, сформированных на выходе ТСОВ, может быть более двух в том случае, если используется более двух ТСОВ (при этом по- вышается помехозащищенность). Идентичность волноводов требуется для обеспечения равенства искажений, вносимых каждым волноводом в сигналы, сравниваемые на выходе, что в дальнейшем позволяет при помощи дифференциального усилителя и/или коррелято- ра исключить эти искажения.

Способ основан на нелинейном взаимодействии ОРСВ и осуществляется за счет их оптического переключения, т.е. перераспределения мощности между ОРСВ в не- линейно-оптическом волноводе, в результате которого на выходе нелинейно-оптического волновода образуются две ОРСВ, зависимости амплитуды от времени которых идентичны или подобны друг другу, а фазы противоположны.

Теория [4-7,9,10] и эксперименты [3,8,10] убедительно показали, что возможно явление полностью оптического переключения мощности между ОРСВ, к которым отно- сится целый класс волн в оптике: волны в ТСОВ, волны различных поляризаций (напри- мер, ортогональных поляризаций) в одиночном оптическом волноводе с двулучепрелом- лением, волны на различных частотах в квадратично-нелинейном кристалле или волново- де, различные моды в одиночном волноводе и другие [3-10]. Оно заключается в том, что при определенных условиях (специально подобранных входных интенсивностях и фазах волн, нелинейных коэффициентах волноводов) малое изменение входной интенсивности или фазы одной из волн вызывает резкое переключение энергии на выходе из одной вол- ны в другую: мощность одной волны резко увеличивается, а другой - уменьшается. При этом величина изменения мощности на выходе в каждой волне в десятки, сотни и тысячи раз превышает изменение входной мощности, т.е. дифференциальный коэффициент уси- ления составляет десятки, сотни и тысячи. Таким образом, устройство работает как опти- ческий транзистор, функционально аналогичный электронному транзистору и триоду. Важно подчеркнуть, что суммарная (общая) мощность волн на выходе, как правило, почти не отличается от суммарной (общей) мощности волн на входе. Это означает, что диффе- ренциальное усиление достигается за счет перераспределения мощности между волнами: приращение мощности в одной волне в процессе переключения в точности равно убыли мощности в другой. Т.е. на выходе мощности волн при переключении изменяются в про- тивофазе [3,9,10].

При этом на вход нелинейно-оптического элемента (как правило, оптического волновода) в одном из вариантов способа подаются сигнальное излучение и излучение на- качки. Как правило, излучение накачки имеет постоянную мощность, которая во много раз больше средней мощности сигнального излучения. Причем мощность накачки подоб- рана так, чтобы (дифференциальный) коэффициент усиления изменения мощности сиг- нального излучения был больше единицы, как правило, - много больше единицы. Сиг- нальное излучение является информационным сигналом. Излучение накачки вводится в нелинейно-оптический элемент (волновод) с целью обеспечения режима оптического пе- реключения, при котором достигается величина дифференциального коэффициента уси- ления мощности оптического излучения существенно превышающая единицу, но не ис- кажается форма усиливаемого оптического сигнала [3-10], т.е. каждая из ОРСВ на выходе нелинейно-оптического элемента (волновода) соответствует информационному сигналу на входе [3-10].

Наряду с мощностью можно оперировать также понятием интенсивности опти- ческого излучения Р, которая однозначно связана с мощностью: Р=1-8 _эфф , где S _3(j - эффек- тивное сечение нелинейно-оптического волновода или пучка излучения в нелинейно- оптическом кристалле.

Как правило, интенсивность сигнального излучения как минимум на порядок меньше интенсивности излучения накачки, однако интенсивности указанных излучений в ряде случаев могут быть соизмеримы.

В другом важном для практики случае на вход подается одна волна, средняя мощность которой близка к критической (или хотя бы больше пороговой) (чтобы обеспе- чить режим переключения и дифференциального усиления амплитуды без искажений формы сигнала), причем мощность этой волны модулирована в соответствии с полезным информационным сигналом.

Для обеспечения нелинейного режима интенсивность излучения накачки долж- на быть не менее некоторой пороговой величины 1 _пор , начиная с которой нелинейные эф- фекты, вызывающие описанные выше явления, становятся существенными (Фиг.З). Уста- новлено, что такой пороговой величиной является интенсивность излучения накачки, при превышении которой существует хотя бы одно абсолютное значение хотя бы одного из дифференциальных коэффициентов усиления: 51 _к/ /51 ₀ о, превышающее 1,1, где к=0,1 - но- мер одной из связанных волн, участвующих в переключении, т.е. волн (нулевой или пер- вой), между которыми происходит перераспределение оптической мощности в нелиней- ном волноводе; в случае переключения ОРСВ различных поляризаций "к" является номе- ром поляризации (например, в случае ортогонально поляризованных ОРСВ «0» обознача- ет одну линейную поляризацию, «1» - ортогональную ей линейную поляризацию; в случае циркулярно поляризованных ОРСВ "к" является номером правой или левой циркулярной поляризации); в случае переключения мощности между ОРСВ на различных частотах "к" является номером частоты; в случае нелинейных ТСОВ "к" - номер волновода, т.к. каждая из взаимодействующих волн распространяется по своему волноводу; / - индекс, указы- вающий, что интенсивность относится к излучению на выходе нелинейного оптического волновода; при этом буква / символизирует длину нелинейного волновода, т.е. значение интенсивности берется при координате z=Z, второй индекс 0 у 1 ₀₀ и 1 указывает, что ин- тенсивность относится к излучению на входе нелинейного волновода, т.е. при z=0.

Хотя способ может иметь применение при превышении пороговой интен- сивности Ιπορ, наибольший интерес он представляет вблизи критической интенсивности, соответствующей так называемой средней точке самопереключения М (Фиг.З). Критиче- скую интенсивность можно определить как интенсивность излучения, вблизи которой достигаются максимальный дифференциальный коэффициент усиления и линейность усиления (усиление происходит без искажения формы сигнала на выходе). Как правило, представляет интерес диапазон значений входной мощности от 0,5Рм до 1,5 Рм-

Пороговой интенсивности 1 _пор соответствует пороговая мощность Р _пор , а критической интенсивности 1м соответствует критическая мощность излучения Рм-

Аналитические расчеты показали, что критическую интенсивность можно найти из условия обращения в единицу модуля эллиптических функций, через которые выражаются интенсивности ОРСВ волн на выходе устройства. Она соответствует также автосинхронизации ОРСВ в противофазе.

Нелинейно-оптический элемент, а именно его нелинейно-оптический коэф- фициент, выбирается таким, чтобы обеспечить оптическое переключение между ОРСВ.

Для ОРСВ в кубично-нелинейном волноводе 1 _пор , и 1 _м как правило, пропор- циональны Κ/|Θ|, Θ - нелинейный коэффициент нелинейно-оптического волновода [4,9], К - коэффициент распределенной связи [3-10]. Например, для кубично-нелинейных TCOB, К - коэффициент туннельной связи волноводов, а Θ=(Θο+Θ ₁ )/2 - средний арифме- тический нелинейный коэффициент двух волноводов. В случае ОРСВ различных поляри- заций в двулучепреломляющем нелинейном оптическом волноводе 1 _пор и 1 пропорцио- нальны |п _е -п _о |/|0|, где п _е и п ₀ ^» показатели преломления необыкновенной и обыкновенной волн, Θ - нелинейный коэффициент волновода.

Известно, что в случае ОРСВ различных (ортогональных, циркулярных, эллип- тических) поляризаций распределенная связь этих волн может быть обусловлена двулуче- преломлением нелинейно-оптического элемента, в частности, нелинейно-оптического волновода. При этом вектор поляризации оптического излучения на входе нелинейно- оптического волновода должен быть направлен под углом близким к 45° относительно быстрой или медленной осей нелинейно-оптического волновода. Распределенная связь этих волн может быть обусловлена также оптической активностью или магнитной актив- ностью нелинейно-оптического волновода.

Способ может осуществляться не только изменением интенсивности сигнала на входе, но и изменением фазы сигнала на входе, поскольку коэффициент передачи мощно- сти из одной волны в другую зависит от разности фаз сигнала и накачки на входе.

Способ может осуществляться и при введении в нелинейный оптический вол- новод одного излучения, представляющего собой информационный оптический сигнал, средняя интенсивность которого выше пороговой, определяемой из условия превышения дифференциальным коэффициентом усиления значения 1,1 .

Способ может осуществляться и при введении в нелинейный оптический вол- новод постоянного по интенсивности излучения, при этом информационный сигнал пред- ставляет собой или электрический сигнал, создающий электрическое поле, приложенное к нелинейно-оптическому элементу, или акустический сигнал, создающий акустическое по- ле, или механическое воздействие, приложенное к нелинейно-оптическому элементу.

Например, информационный электрический сигнал может модулировать пара- метры нелинейно-оптического элемента (коэффициент распределенной связи волн и раз- ность эффективных показателей преломления ОРСВ) за счет электрооптического эффекта, что позволяет модулировать (в соответствии с передаваемой информацией) излучение по- стоянной мощности, подаваемое на вход нелинейно-оптического элемента.

Аналогично акустический сигнал может модулировать параметры нелинейно- оптического элемента (коэффициент распределенной связи волн и разность эффективных показателей преломления ОРСВ) за счет акустооптического эффекта; механическое воз- действие также может изменять параметры нелинейно-оптического элемента. Это позво- ляет модулировать (в соответствии с передаваемой информацией) излучение постоянной мощности, подаваемое на вход нелинейно-оптического элемента.

В заключение можно сказать следующее.

Для различных случаев передачи и приема информации нужна разная степень точ- ности и надежности, а также разный объем передаваемой информации за единицу време- ни.

Минимальная точность и объем передаваемой информации за единицу времени - как в прототипе - соответствуют разделению передаваемого и принимаемого излучения на две компоненты (соответствующие переключаемым волнам) и измерению Т ₀ и Т _х , и - разности между Т ₀ и Т _{ . При этом в принимаемом излучении выделяют сигнал вычита- нием из Т ₀ , уничтожая тем самым синфазную помеху. И/или - выявлением корреляции между мощностями (интенсивностями) волн, которые соответствуют волнам, переклю- чаемым в оптическом транзисторе.

Большая точность и больший объем передачи информации соответствуют разделе- нию передаваемого и принимаемого излучения на четыре компоненты и измерению двух нормированных параметров Стокса и на их основе - определению Т ₀ и Т _{ (и разности ме- жду ними) и косинуса разнос сти фаз переключаемых волн

Максимальная точность, надежность (т.е. максимальное отношение сигнал/шум) и наибольший объем передачи информации соответствуют разделению принимаемого излу- чения на шесть компонент. Измерению (на их основе) трех нормированных параметров Стокса (или - трех нормированных элементов матрицы когерентности) и на их основе - определению _{и х} (разности между Т ₀ ^и косинуса разности фаз переключае- мых волн COS(^) _и синуса разности фаз переключаемых волн Slll(^) , и нахожде- ние корреляции между указанными измеренными величинами (в приемном устройстве), которая должна соответствовать известным соотношениям этих величин на выходе опти- ческого транзистора. Ибо эти соотношения задаются именно действием оптического тран- зистора (в передающем блоке) и являются характерными именно для него. Именно в нем происходит явление самопереключения ОРСВ, обладающее уникальными свойствами: резкое самопереключение мощности света между ОРСВ сочетается с их автоматической синхронизацией (автосинхронизацией) и резким характерным изменением их разности фаз на выходе оптического транзистора. Именно этот случай и описан в данном способе. На выходе коррелятора мы получаем полезный результирующий сигнал (соответ- ствующий входному сигналу), но чистый без шумов и помех. Для срабатывания корреля- тора в принципе достаточно двух сигнальных фотонов «0» и «1», коррелированных между собой. Сравнивая их (частоты, фазы и поляризации), коррелятор (в сочетании с фильтрами и разделителями волн) регистрирует полезный сигнал. Эта технология и описана в заяв- ленном способе.

При малом числе квантов в принимаемом излучении для выделения сигнала (заяв- ленным способом) вместо параметров Стокса можно пользоваться операторами Стокса, средними значениями которых являются параметры Стокса. Вместо матриц когерентно- сти можно использовать матрицы плотности для фотонов (пучка фотонов). Разность фаз можно заменить на оператор разности фаз, а интенсивности - на операторы числа фото- нов. Следует также учесть, что согласно теореме Эренфеста уравнения для средних значе- ний представляют собой близкие аналоги классических уравнений.

Литература

1. Патент RU 2121229, Кл. Н 04 В 10/00, опубл. 27. 10.1998.

2. Патент JY° 2178954, кл. Н 04 В 10/00, опубл. 27.01.2002.

3. Майер А. А. «Способ передачи информации в системах оптической связи». Патент РФ J492246177. Приоритет от 19 Ноября 2002г. Бюллетень , 10 февраля 2005. За- регистрирован в Госреестре изобретений 10 февраля 2005. Заявка 202130833 .

4. Майер. "Оптические транзисторы и бистабйльные элементы на основе нелинейной передачи света системами с однонаправленными связанными волнами". Квантовая электро- ника том 9, 1982г, с.2296- 2302.

5. Майер А. А. О самопереключении света в направленном ответвителе. - Квантовая электроника, 1984, т.П, JV°1, с.157- 162.

6. Майер А.А. Самопереключение света в интегральной оптике. - Известия АН СССР, сер. физ., 1984, т.48, 7, с.1441-1446.

7. Майер А.А. Автосинхронизация волн при самопереключении света в нелинейных туннельно-связанных волноводах. - Препринт ИОФАН М., 1984, j\b236, с.1-11; Квантовая электроника, т.12, 1985, с.1537-1540.

8. Д.Д.Гусовский, Е.М.Дианов, А.А.Майер и др. "Экспериментальное наблюдение само- переключения излучения в туннельно-связанных оптических волноводах". - Препринт ИО- ФАН No 188 Москва, 1986; Квантовая электроника том 14, No 6, c.l 144 (1987).

9. А.А.Майер. «Оптическое самопереключение однонаправленных распределенно- связанных волн». УФН, том 165, No 9, 1995г., с.1037-1075. 10. А.А.Майер. «Экспериментальное наблюдение явления самопереключения однона- правленных распределенно-связанных волн» УФН, том 166, No 1 1, 1996г., с.1 171-1 196.

1 1. А.М.Шутов. «Методы оптической астрополяриметрии». Москва 2006;

А. М. Шутов, В.Б. Быстранов, А.К. Киселёв. «Концепция стоке - поляриметрического па- норамного устройства для дистанционного исследования объектов из космоса». Сайт:

http://www.iki.rssi.m/earth/articles06/voll-23 l-236.pdf .

12. Измерение спектрально-частотных и корреляционных параметров и характери- стик лазерного излучения. Под редакцией А.Ф.Котюка, Б.М.Степанова. Изд-во Радио и связь, Москва, 1982г.

13. Б.А.Зон и др. «Поляриметр». Патент РФ 2039949. Опубликован 20.07.1995.

14. М.Борн, Э.Вольф. «Основы оптики». Изд-во Наука, Москва 1973г.

15. Р.Аззам, Н.Башара. «Эллипсометрия и поляризованный свет». Изд-во «Мир», Москва, 1981.

16. А.Н.Матвеев. «Оптика». Изд-во Высшая школа, Москва, 1985г.