1. Двумерный оптический сигнал и его информационная структура

Оптическим сигналом называют световую волну, несущую определенную информацию. Особенностью световой волны возможность практически реализовать прием, передачу и обработку сигналов, промодулированных по временам и по пространственным координатам. Это позволяет значительно увеличить объем вносимой в оптический сигнал информации.

Оптический сигнал в общем случае является функцией четырех переменных: трех пространственных координат –  и времени (t).

Математическое описание. Электромагнитная волна представляет собой изменение во времени в каждой точке пространства электрического и магнитного полей, которые связаны между собой по закону индукции. Изменение магнитного поля создает переменное электрическое поле, которое в свою очередь порождает переменное магнитное поле. Электромагнитная волна характеризуется взаимно перпендикулярными векторами напряженностей электрического Е и магнитного Н полей, которые изменяются во времени по одному и тому же гармоническому закону:

 (1.1.1)

где  - единичный вектор, определяющий в пространстве прямую, вдоль которой осуществляется колебание электрического поля в точке пространства с координатами  и характеризующий плоскость поляризации в данной точке.

 – скалярная функция координат пространства и времени, численно равная мгновенному значению модуля вектора напряжённости электрического поля Е (x, y.z.t);

A (x, y, z) - амплитуда колебания напряженности электрического поля в точке ,

 - частота колебаний,

 - фаза световой волны в точке с координатами .

Параметры ; не зависят от времени, так как рассматриваются только когерентные волны, а модуляция осуществляется по пространственным координатам.

Световую волну можно представить с помощью электрического, либо магнитного поля. В оптике чаще всего для этой цели используют электрическое поле.

Скалярная форма записи уравнения световой волны

 (1.1.2)

Обычно, используют комплексную форму записи, которая является наиболее удобного для выполнения математических операций и преобразований:

 (1.1.3)

Величину

 (1.1.4)

называют комплексной амплитудой световой волны. Она описывает пространственное распределение амплитуд A(xyz) и фаз j(xyz) световой волны и является важной характеристикой, монохроматической волны.

Временной множитель , являющийся гармонической функцией времени, обычно опускают. Он может быть введен на любом этапе преобразований.

Основными характеристиками световой волны являются амплитуда, фаза и поляризация, определяемая единичным вектором. В оптических системах хранения и обработки информации, как правило, используют двумерный оптический сигнал, который описывается распределением комплексной амплитуды, фазы или поляризации световой волны по точкам пространства, летящим в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны. Если в этой плоскости ввести координаты , то информации, содержащим в двумерном сигнале будет определяться комплексной амплитудой

 (1.1.5)

и поляризацией . И так, информация в световую волну может быть введена путем модуляции амплитуды, фазы и поляризации по двум пространственным координатам x и y.

2. Дифракция

Дифракция света. ............