Когерентная обратная связь

Когерентная обратная связь и управление контрастом [c.602]

Амплитуды выходных сигналов в системах с когерентной обратной связью, схематически показанных на рис. 9, а и б, соответственно определяются следующими уравнениями [c.602]

Усиление спонтанного излучения в активном резонаторе и в конечном счете его превращение в генератор когерентного излучения имеет глубокую аналогию с процессами, развивающимися в автоколебательных системах, при самовозбуждении в них генерации. В таких системах важнейшую роль играет положительная обратная связь колебательной системы с источником энергии, поддерживающим в ней колебания. Сравнительно простой механизм индуктивной положительной обратной связи можно проследить на примере генератора колебаний с электронной лампой. [c.783]

Излучение, возникающее при переходах с верхних уровней на нижние, является спонтанным. В среде с инверсной населенностью это спонтанное излучение индуцирует дополнительные переходы. Для того чтобы создать квантовый генератор, в среде с инверсной населенностью необходимо обеспечить условия автоколебательного режима. Такой режим достигается за счет помещения активной среды, т. е. вещества, в котором создается инверсная населенность, -В резонатор, выполняющий роль положительной обратной связи. Резонатор обеспечивает также пространственную и временную когерентность излучения. Простейший резонатор представляет собой два плоскопараллельных зеркала, одно из которых является полупрозрачным. В рубиновом лазере резонатором служат отполированные торцы рубинового стержня, покрытые тонким слоем металла, в полупроводниковом инжекционном лазере на арсениде галлия— это тщательно полированные боковые грани, перпендикулярные плоскости р-и-перехода. [c.318]

Изложенный метод можно усовершенствовать, применив фазовую синхронизацию , использующую когерентный радиоимпульс. Этот радиоимпульс формируется из сигнала генератора непрерывных колебаний, имеюш,его автоматическую подстройку частоты (АПЧ). Система АПЧ в качестве управляющего сигнала использует напряжение с выхода квадратурного фазового детектора, на вход которого поступает отраженный импульс. Применение в данном случае фазового детектирования делает систему нечувствительной к изменениям амплитуды отраженных импульсов. Измерения в этой системе сводятся к слежению за частотой непрерывного генератора и вычислению соответствующего значения скорости звука. Для определения исходной скорости звука нужно разомкнуть петлю обратной связи системы АПЧ и, меняя частоту генератора вручную, найти несколько частотных точек, отвечающих противофазной интерференции, как это делается при реализации метода длинного импульса . Если для работы системы АПЧ использовать отраженный импульс, отстоящий от начала серии примерно на 1000 мкс, то изложенным методом можно достичь чувствительности 10 . [c.416]

Ограничения интенсивности (числа частиц в одном цикле ускорения) в совр. С. э. в основном связаны с когерентными микроволновыми неустойчивостями пучка, возникающими вследствие его взаимодействия с металлич. поверхностями, обращёнными к пучку (с неоднородностями вакуумной камеры, соединит, фланцами и сильфонами, с деталями ускоряющих резонаторов, с измерит, электродами и т. д.). Для борьбы с такими неустойчивостями изменяют собств. частоту резонирующих элементов, вводят обратные связи, используют широкополосные демпфирующие системы. [c.532]

В ряде случаев роль когерентных структур в струях и слоях смешения становится определяющей в отношении аэродинамических и акустических характеристик струйных течений. Это происходит при усилении акустической обратной связи, что наблюдается при реализации различного рода резонансов. Простейшим случаем подобного рода является истечение струи из ресивера (рис.5.1,а), являющегося резонатором с резонансными частотами, которые лежат в диапазоне чувствительности струи к периодическому возбуждению. При этом струя возбуждается без какого-либо внешнего источника звука [5.1]. [c.140]

Наиболее известным эффектом самовозбуждения струи является так называемый клиновый тон, который реализуется при натекании плоской струи или слоя смешения на клин или круглой струи - на соосное кольцо (рис. 5.1, б). При этом за счет взаимодействия когерентных структур с кромкой клина (кольца - в осесимметричном случае) реализуется акустическая обратная связь, при которой волны давления, образующегося при соударении когерентных структур с кромкой клина или кольца, распространяются навстречу потоку и возбуждают слой смешения в выходном сечении сопла или разделяющей пластины. В результате взаимодействия сдвигового слоя с клином или кольцом возникают интенсивные автоколебания, частота которых определяются скоростью потока, начальной толщиной слоя смешения, углом раствора клина и расстоянием xq вдоль по потоку от среза сопла или разделяющей пластины (в случае слоя смешения) до препятствия. [c.140]

Другой способ ослабления акустической обратной связи и подавления автоколебаний состоит в разрушении когерентных структур струи в месте их соударения с экраном. Это достигается путем оребрения поверхности экрана, т.е. установкой сравнительно невысоких Ah/d = 0,1 -0,2) перегородок, образующих квадратную решетку с шагом Az/d = 0,5. На рис. 5.7,6 приведены соответствующие спектры пульсаций давления в дальнем поле струи, натекающей на гладкий экран и оребренную поверхность при Мо = 0,95 и xo/d = 4. Здесь уз = 90°, сплошная кривая соответствует резонансному режиму при гладком экране, штриховая - исключению резонанса при оребрении поверхности экрана. При таком способе подавления автоколебаний, в отличие от предьщущего (см.рис. 5.7,а), исключение дискретных составляющих в спектре шума сопровождается некоторым увеличением широкополосного шума. [c.150]

В качестве примера показана электромагнитная волна с временем когерентности то, которая имеет вид синусоидального электрического поля со скачкообразным изменением фазы через интервалы времени то. Мы видим, что представление о временной когерентности непосредственно связано с монохроматичностью. В дальнейшем (в гл. 7) будет показано, хотя это очевидно из рис. 1.5, что электромагнитная волна с временем когерентности, равным То, имеет спектральную ширину А 1/то. В той же главе покажем, что в случае нестационарного пучка (например, лазерного пучка, полученного в результате модуляции добротности или синхронизации мод) время когерентности не связано обратно пропорциональной зависимостью с шириной полосы генерации и фактически может быть много больше, чем величина 1/Av. [c.20]

Из рассмотрения, проведенного в предыдущих разделах, следует с очевидностью, что понятие временной когерентности тесно связано с монохроматичностью. Например, чем более монохроматической является волна, тем больше ее временная когерентность. Таким образом, время когерентности должно быть обратно пропорционально ширине полосы генерируемого излучения. В данном разделе мы обсудим это соотношение более подробно. [c.455]

В предыдущих разделах и в гл. 6 мы предполагали, что возмущение Де(х, у, z) диэлектрической проницаемости является вещественной величиной, которая описывает пассивные неоднородности. Наличие в среде небольшого усиления можно также рассматривать как возмущение, и в этом случае Де(х, у, z) следует считать комплексной величиной. Рассмотрим распространение электромагнитных волн в периодической среде с вещественной диэлектрической проницаемостью е(х, у, z) и комплексным периодическим возмущением Де(х, у, z). Ниже мы покажем, что генерация излучения может происходить и без наличия торцевых зеркал. При этом обратная связь осуществляется за счет непрерывного когерентного рассеяния от периодического возмущения. Общее рассмотрение, которое мы проведем ниже, применимо как к объемной периодической среде (например, слоистой среде), так и к периодическому волноводу. [c.474]

Визуальное качество изображения в большой степени зависит от контраста или относительных интенсивностей фона изображения и участков, несущих информацию. В определенных случаях контраст фотографических (обработанных) транспарантов должен быть изменен. Например, контраст аэроснимков во многих случаях необходимо уменьшать, а контраст рентгеновских изображений — усиливать. Для управления контрастом можно использовать когерентные оптические системы с обратной связью (рис. 9). В таких системах входной транспарант модулирует свет, многократно отраженный от зеркал обратной связи, прежде чем информация выводится из системы 117, 20]. С изменением расстояния между зеркалами контраст изображения усиливается или ослабляется в зависимости от того, конструктивная или деструктивная интерференция имеет место между многократно отраженными сигналами. [c.602]

Рис. 9. Управление контрастом в системе с когерентной оптической обратной связью, а — схема когерентной системы обратной связи с линзами и плоскими зеркалами [17] сплошные линии—путь луча в прямом направлении, штриховые линии — путь луча в обратном направлении б — система с плоскими параллельными зеркалами [20] ПП — пьезоэлектрический преобразователь.

Системы с когерентной оптической обратной связью полезны не только для управления контрастом изображений, но также и для улучшения качества изображений и решения дифференциальных уравнений в частных производных [11,17] кроме кодирования и декодирования изображений, пространственные фильтры, синтезированные на ЭВМ, можно также применять для восстановления размытых изображений и их дифференцирования [21]. В этом разделе мы не пытались дать исчерпывающее изложение вопросов линейной обработки изображений, а лишь показали на примерах, [c.605]

Логарифмирование, квантование, ограничение уровня, пороговое ограничение и аналого-цифровое преобразование являются примерами интересных и важных нелинейных операций обработки изображений, которые успешно выполняются средствами когерентной оптики. В настояш,ее время разработан ряд методов для реализации этих нелинейных опе-раций. Среди них полутоновые экраны, методы тета-модуляции и нелинейные устройства с обратной связью. Ниже обсуждаются принципы работы некоторых схем, выполняющих нелинейные операции. [c.606]

Помимо очевидных преимуществ, связанных с простотой юстировки и относительно низким порогом возникновения генерации, данную схему выгодно отличает отсутствие жестких ограничений на длину когерентности излучения накачки, а также на изменение длины петли обратной связи в процессе генерации. [c.143]

Как и всякий когерентно-оптический усилитель света, ФРК, накачиваемый внешним лазером, может использоваться для создания оптического генератора. Для этого фоторефрактивный кристалл, очевидно, должен быть помещен в оптический резонатор, обеспечивающий положительную обратную связь по сигнальному пучку. [c.118]

Принцип распределенной обратной связи можно пояснить с помощью рис. 2.26. Пучок когерентного света лазера накачки [c.98]

Наиболее эффективным способом устранения атмосферных искажений лазерных пучков является адаптивное управление амплитудно-фазовым распределением поля на излучающей апертуре с использованием оптической обратной связи. Это управление реализуется с помощью оптических систем, функционирующих по алгоритмам и методам когерентной оптической адаптивной техники. Существенной чертой таких систем является изменение во времени их параметров (а возможно, и алгоритма управления) под воздействием измеряемой информации о состоянии среды и распространяющегося в ней излучения. [c.96]

Резонатор лазера (система зеркал, между которыми располагается активная среда) обеспечивает обратную связь между световой волной, испущенной какой-либо частью атомов вещества, и атомами, еще находящимися в возбужденном состоянии. В результате этого происходит упорядочение испускания фотонов атомами активного вещества независимо от момента самого акта испускания, т. е. переходы между верхним и нижним лазерными уровнями осуществляются когерентно. Одновременно лазерное излучение оказывается также монохроматическим. Благодаря применению резонатора лазерное излучение обладает и еще одним отличительным свойством высокой направленностью. Все вместе это приводит к тому, что с помощью лазерных источников света можно создать напряженности электромагнитного поля, близкие к внутриатомным. [c.672]

Сведением положительной обратной связи параметрический усилитель можно превратить в генератор. Для этого нелинейную среду, как в лазерах, помещают в оптический резонатор, образованный двумя зеркалами (рис. 10.4). Нелинейный кристалл ориентируется так, что для волн, распространяющихся в одном направлении перпендикулярно зеркалам, выполняется условие пространственного синхронизма к + к2 = к либо к1 +к2 = кз. Зеркала М и имеют высокие коэффициенты отражения для частот (01 и со2, так что сигнальная и холостая частоты (01 и (02 соответствуют высокодобротным модам резонатора. Зеркало М одновременно должно быть прозрачно для частоты и>з излучения накачки. При достаточно большой мощности волны накачки параметрическое усиление одной из волн С01 или (02 на длине нелинейного кристалла превысит суммарные потери за проход, возникающие из-за неполного отражения от зеркал, поглощения, рассеяния и других причин. Тогда происходит самовозбуждение генератора (с затравкой из-за параметрической люминесценции ) и возникает когерентное излучение на частотах со1 и со2. [c.496]

АКТИВНАЯ СРЕДА — вещество, в к-ром создана ин-еерсия насел ёпност.ей энергетпч. уровней Квантовой системы. А. с. усиливает проходящее через неё резонансное эл.-магн. излучение при условии, если коэф. квантового усиления превышает коэф. потерь энергии в А, с. (см. Квантовая электроника). Применение положит, обратной связи позволяет использовать А. с. для создания генератора когерентного эл.-магн. излучения. [c.39]

Т. о., Д. г. осиовапа па взаимодействии неск. когерентных волн, возникающем при их нрохожденип через нелинейную среду из-за обратной связи между записывающими волнами и записываемой ими голограммой. Время образования динамич. голограммы определяется быстротой отклика регистрирующей среды и интенсивностью записывающих пучков. Поэтому обратная связь является запаздывающей. Информация, содержагцаяся в нек-рый момент времени в падающих пучках (в виде распределения интенсивности в интерференционной картине), определяет структуру голограммы, от к-рой зависят изменения волн в последующие моменты времени. Использование различных регистрирующих сред и схем записи позволяет реализовать разнообразные преобразования волн. [c.624]

Особенности вынужденного испускания позволяют генерировать когерентное излучение. Первоисточником является процесс спонтанного испускания, причём наиб, число фотонов будет испущено на резонансной частоте (O21, далее вступает в действие индуцированный процесс. Т. к. число спонтанно испущенных фотонов болыне на частоте ы-л и вероятность индуцированных переходов на этой частоте тоже имеет максимум, то постепенно фотоны на частоте Wji будут доминировать над всеми остальными фотонами. Но для того, чтобы этот процесс развивался, необходима преемственность между поколениями фотонов, т. е. необходима обратная связь. [c.546]

Появление лазеров вызвало интенсивное развитие методов внутр. М, с., основанных на управлении когерентным излучением за счёт изменения параметров лазера. При этом мы. устройства, применяемые как внеш. модуляторы, номещаются внутри оптического резонатора лазера. Используя разл. способы внутр. модуляции, получают любой вид М. с. амплитудный, частотный, фазовый и поляризационный. Частотой излучения лазера управляют, изменяя добротность оптич. резонатора лазера, напр. менян оптич. длину резонатора. С этой целью одно из зеркал резонатора закрепляют либо на магнитострикционном стержне (см. Магнитострикционный преобразователь), либо на пьезоэлементе и изменяют длину резонатора синхронно с модулирующим напряжением. Тот же эффект достигается путём изменения показателя преломления среды, заполняющей резонатор, для чего используется электрооптич. кристалл. Частотную модуляцию излучения лазера можно получить также при наложении на активную среду магн. или электрич. полей (см. Зеемана эффект, Штарка эффект), под действием К-рых происходит расщепление и смещение рабочих уровней атомов, ответственных за генерацию когерентного излучения. Изменяя величину коэф. усиления, получают амплитудную модуляцию излучения лазера. Для этого воздействуют на разность населённостей активной среды, либо изменяя мощность её возбуждения, либо используя всцомогат. возбуждение, приводящее к-перераспределению населённостей. Амплитудная модуляция излучения может быть получена и при помощи модуляции тока разряда газовых или полупроводниковых лазеров, работающих в непрерывном режиме. Одним из методов управления когерентным излучением является модуляция величины обратной связи лазера, т. е. коэф. отражения зеркал резонатора. С этой целью используют резонатор, одно из зеркал к-рого вращается с большой скоростью, и потому условия генерации выполняются лить в короткие промежутки времени. Вместо зеркал часто используют вращающуюся призму полного внутр. отражения. Изменение величины обратной связи можно получить, заменяя одно из зеркал на систему зеркал, образующих интерферометр Фабри — Перо. Коэф. отражения такого резонатора зависит от расстояния между зеркалами, изменяя к-рое можно модулировать интенсивность излучения и получать т. н. гигантские импульсы, мощность излучения в к-рых существенно превосходит мощность непрерывной генерации. Наконец, излучение лазеров также модулируют, изменяя добротность оптич. резонатора путем введения потерь, величина к-рых управляется внеш. сигналом. Для этого используют модуляторы на основе элек- [c.184]

Важным видом коллективных эффектов являются также когерентные неустойчивости, т. е. нарастающие во времени периодич. осцилляции ф-ции распределения частиц в фазовом пространстве или её моментов. Для подавления этих неустойчивостей применяются спец. меры, включаюгцие оптимизацию окружающих структур (с целью уменьшения наведённых пучком полей), демпфирование колебаний с помощью систем обратной связи, увеличение разброса пучка по частотам для стабилизации неустойчивостей (т. н. 1 а т у х а н и е м Л а н д а у) и т. д. [c.335]

Акустическая обратная связь, обнаруженная в свободных струях, (см. гл.1), здесь существенно усиливается. Установлены две ветви петли обратной связи - конвектируемые вниз по потоку когерентные структуры и распространяющиеся вверх по потоку волны давления, генерируемые соударениями крупномасштабных когерентных структур с экраном. Эти волны с частотой, соответствующей частоте крупномасштабных когерентных структур, возбуждают слой смешения вблизи сопла, что приводит к резкому усилению крупномасштабных когерентных структур. Харакгерный период автоколебаний определяется скоростью конвекции когерентных структур U , скоростью распространения вверх по потоку волн давления (скоростью звука), а также расстоянием между соплом и экраном. [c.144]

Пристеночная радиальная струя. Когерентные структуры, образующиеся в слое смешения струи и усиливающиеся вследствие акустической обратной связи в круглой импактной струе, сохраняются и в пристеночной радиальной струе, растекающейся по экрану. Представленные на рис. 5.5 спектры пульсаций пристеночного давления р , поверхностного трения т , а также пульсаций скорости и на расстоянии 0,25d от экрана при Мо = 0,95 и xa/d = 4 показывают, как по мере удаления от центра экрана вырождаются когерентные структуры [5.3]. [c.146]

Подавление автоколебаний может быть осушествлено путем ослабления акустической обратной связи, являюшейся основной причиной возникновения автоколебательных режимов [5.3]. Как указывалось выше, нарушение азимутальной однородности слоя смешения вблизи сопла приводит к некоторому небольшому ослаблению когерентных структур. Такого ослабления для струи, натекаюшей на экран (Мо = 0,95, xo/d = 4), достаточно, чтобы нарушить акустическую обратную связь и устранить резонанс, о чем свидетельствуют спектры пульсаций давления в дальнем поле струи (рис.5.7,а). Здесь ср — 120°, сплошная кривая соответствует резонансно- [c.149]

Рис. 11. Экспериментальные результаты управления контрастом, полученные для двух когерентных систем, представленных на рис. 9, а и б в левых колонках показаны исходные изображения, а в правых — изобрал ния на выходе системы обратной связи, а— усиление контраста, полученное в системе, приведенной на рис. 9, а [17] б — ослабление контраста в той же системе [17J в — управление контрастом в системе, показанной на рис. 9, б в этом случае исходное изображение приведено в центре каргнны [20],

История возникиовения. Поучительно рассмотреть развитие основных идей, способствовавших появлению лазеров на динамических решетках. Возможности использования периодических структур в генераторах электромагнитных волн различного диапазона были осознаны достаточно давно. Так, в лампах бегущей волны периодическая замедляющая структура позволяет согласовать скорость электронов в пучке с фазовой скоростью генерируемой волны СВЧ-диапазона [8]. В оптической квантовой электронике периодические структуры, в том числе создаваемые когерентным излучением накачки, эффективно используются в лазерах с рашределенной обратной связью (РОС-лазерах) [8—10]. [c.11]

Осуществление генерации с авторезонансной обратной связью стало возможным благодаря особому типу нелинейного отклик а, назьтаемому нелокальным, обеспечивающему направленную передачу энергии между двумя когерентными пучками одинаковой частоты, пересекающимися в объеме нелинейной среды ( 1.2). Оказалось, что это явление, сопровождающее процесс смешения волн на динамической решетке в нелинейной среде, позволяет не только обеспечить обратную связь, но и осуществить эффективное перераспределение интенсивности генерируемых волн. [c.12]

Подавляющее большинство рассеянных волн покидает нелинейный кристалл. Лишь для небольшого конечного числа рассеянных компонент система зеркал, формирующая резонатор, возвращает часть рассеянных фотонов обратно в кристалл для создания положительной обратной связи. Если фазовые соотношения подобраны правильно, вводимая в кристалл световая волна когерентно складывается с исходной, рассеянной неоднородностями кристалла, что приводит к )гвеличению контраста интерференционной решетки и росту дифракционной эффективности соответствующей шумовой голографической решетки. Так введение обратной связи создает благоприятные условия для развития лишь некоторых выделенных решеток [69]. [c.40]

Новые возможности nonjnieHHH когерентного излучения с заданными характеристиками, прежде всего пространственно-угловыми, открыло объединение лазера накачки и лазера на четырехволновом смешении в единую функциональную систему с обратной связью - гибридный лазер. Первоначально казалось, что фактически единственным реальным результатом использования в лазерах элементов на смешении волн будет зф-фективная генерация пучков с дифракционной расходимостью на оптически неоднородных активных средах [1]. Однако с течением времени становится все яснее, что возникающие при этом эффекты значительно разнообразнее, а зачастую и неожиданнее, например самосвипирование частоты генерации непрерывного гибридного лазера на красителях на десятки нанометров. [c.190]

Неизбежность такого типа обратной связи в рассматриваемой схеме четырехволнового взаимодействия самым непосредственным образом связана с симметрийными свойствами двух связанных общей решеткой встречнонаправленных процессов двухволнового смешения. Действительно, как указывалось в разделе 6.2 (см. рис. 6.3), в случае записи фазовой решетки смеш,енного типа такие процессы обязательно идут в противоположных направлениях. Т. е. если в одном из них слабый сигнальный пучок усиливается, то во втором — ослабляется, и наоборот. Фактически это означает, что один из пучков накачки, который отвечает направлению двухволнового взаимодействия с ослаблением сигнального пучка, обязательно осуществляет когерентное стирание голограммы. [c.114]

Многие поразительные успехи, достигнутые в оптике за последние 10—20 лет, непосредственно связаны с прогрессом в радиоэлектронике, и в частности в таких ее разделах, как техника связи, СВЧ-электроника и радиоастрономия. Наиболее примечательное сходство оптики и радиоэлектроники обнаружилось благодаря успешному применению операционного метода Фурье для анализа процессов образования оптического изображения и в спектроскопии, а также благодаря использованию оптических резонансных систем и управления при помощи оптической обратной связи (например, в лазерах, волоконной оптике и в ин-терферометрическом управлении станками). Исключительная простота оптических вычислительных устройств и когерентных (гетеродинных) детекторов в технике связи подкрепляет эту аналогию. Общность оптики и радиоэлектроники проявляется и в эффективном использовании обеими этими дисциплинами статистических и когерентных свойств электромагнитных сигналов и излучения, в успешном развитии методов усиления яркости света и управления лазерным пучком и, наконец, в недавних новых успехах безлинзовой фотографии и техники автоматического распознавания образов. Нелинейная оптика представляет собой другой пример фундаментальной общности теории и техники эксперимента для всех диапазонов электромагнитных волн. Единство принципов и методов связывает астрономию, радиоастрономию, физику электромагнетизма и радиоэлектронику. Работы по установлению и использованию этих фундаментальных принципов в пределах всего электромагнитного спектра весьма эффективно содействовали появлению новых направлений в науке и технике и привели к созданию новой дисциплины, получившей название радиооптики. [c.15]

Частицы кентавры являются интересным примером самоуправляемого синтеза стабильных наноструктур по механизму с нелинейной обратной связью, т.к. образование в пределах одного нанозерна двух фаз, разделенных когерентной границей, являет собой пример самоуправляемой адаптации частицы к изменению среды обитания с сохранением постоянной меру устойчивости симметрии. В.Я. Шевченко [8] при исследовании нанокристаллических порошков диоксида циркония были обнаружены частицы, названные кентаврами, состоящие из фрагментов моноклинной (т) и тетрагональной (t) структур, стабильно сосуществующих в пределах одной и той же наночастицы. На рис. 5.11. показана структура моноклинного диоксида циркония. На рис. 5.11,о изображена проекция структуры m-Zr02 на плоскость (010). Связи показаны только для атомов одного слоя , то есть только для тех, что связаны с атомами Zr, для которых 0.25<у<0.75. На рис. 5.11,6 изображена проекция слоя Oi расположенного на высоте х=0) на плоскость (100). Показано также расположение элементов симметрии - генераторов группы Р2 /с. На рис. 5.11,с изображена проекция слоя Оц (расположенного на высоте х=0.5). Атомы Оц смешены вверх и вниз относительно плоскости х=0.5 на величину -0.0294 нм. [c.165]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...