проходят световод за время ti = Uc, где L -йлйва сбе*обВДа, а ё-= скорость распространения света в стекле его жилы. Во втором случае, претерпевая многократные отражения от оболочки световода, пучок света проходит расстояние Z./cos а, а это значит, что он окажется у другого торца световода через время tiL/c cos а. Следовательно, запаздывание между этими пучками света составит время

L (1 -cosn) с cos а

Это означает, что нельзя пропускать через такой световод прямоугольные импульсы, если интервалы между ними сравнимы или меньше рассчитанного времени запаздывания.

Искажение формы импульсов света происходит, кроме того, из-за разного поглощения лучей, распространяющихся под различными к осевым линиям волокон световода углами. С увеличением этого угла растет как общая длина пути света, так и число отражений от границы жилы с оболочкой, т. е. возрастают потери света. Максимальное число отражений при заданных конусности светового луча 2а° и длине световода L прямо пропорционально отношению L/Dm, где £>ж-диаметр жилы волокна, а именно

(см. рис. 21):

L L sin а,

j/n-sin»a

Добавка в стекло жилы волокна соответствующих активных присадок, таких, как, например, неодимий, позволяет получить активное волокно, обладающее при определенных условиях свойствами оптического усилителя или даже генератора. Подобные активные волокна в соответствующих условиях способны на выходе выдавать импульсы света определенных и идентичных параметров при значительном допустимом разбросе в параметрах входных импульсов. На таких активных формирующих волокнах можно строить логические цепи, получившие название нейристоров. Использование активных волокон в качестве оптических усилителей может оказаться весьма эффективным, так как усиление слабых сигиалов в активном волокне составляет примерно 10* на длине 1 м.

Если при собирании в жгуты, т. е. при формировании световодов, волокна распределяются на одном и другом торце строго в одинаковом порядке, то световоды называются регулярными или когерентными. Такие световоды позволяют передавать изображения. Световоды с нерегулярной укладкой волокон на торцах называются нерегулярными или иекогерентными. Волоконно-оптическая система со случайным распределением волокон представляет собой разветвленный на одном конце нерегулярный световод. Благодаря случайному распределению волокон выход из строя одного или нескольких источников света не вызывает затемнения отдельных . площадок на торце световода, и, следовательно, не нарушается его нормальное функционирование, что было бы трудно осуществить при регулярной укладке вйлокок.

Перераспределяя соответствующим образом волокна па одном и другом торцах и формируя геометрию торцов, получают всевозможные преобразователи изображения. Кроме рассмотренных гибких волоконных световодов, известны в настоящее время и другие изделия из стекловолокна, такие, например, как планщайбы, фоколы и фоклины, преобразователи линейного изображения в круговое и др.

Планщайбы, или плавленые пластины, представляют собой полированные с торцов наборы коротких волокон. Толщина таких планшайб около сантиметра, а площадь их может доходить до сотен квадратных сантиметров. Многие типы планшайб обеспечивают вакуумплотное соединение волокон, и использование их очень вы-

Рис. 23. Схематическое устройство передающей оптической тонкопленочной линии.

а - поперечный разрез линии (/ - стеклянная подложка; 2 - слой алюминия; 3 - слой из окнси кремния; 4 - светопроводящнй слой из окиси магния); б - вид сбоку на систему- источник (светоизлучаю-щий днод 5) - тонкопленочная передающая линия (3 и 4) - кремниевый фотодиод (Б).

годно для устройств, в которых должны быть обеспечены высокая численная апертура, отсутствие ореолов и хорошее разрешение и контрастность.

Фоконом или конусом, служащим для преобразования изображения или яркости, называют одно волокно или жесткую систему волокон, имеющих форму усеченного конуса с отполированными торцами. Фоконы позволяют преобразовывать большое изображение в апертуре с малым числовым коэффициентом в малое изображение в апертуре с большим коэффициентом. Диаметр узкого торца фоко-иа может быть примерно в 4-5 раз меньше диаметра широкого конца, который может достигать 50 см. Разрешающая способность лучших фоконов составляет 200 линий на миллиметр. Фоклины от личаются от фоконов тем, что имеют прямоугольные профили тор цов. Иногда и фоклины называют фокоиами, так как принципы их работы аналогичны.

Разрешающая способность волоконных изделий может достигать нескольких сотен линий на миллиметр. В настоящее время проводятся большие работы по созданию волоконных световодов, пропускающих как в ультрафиолетовом и видимом, так и в инфракрасном участке спектра.

Для осуществления оптической связи, в особенности в интегральных твердых схемах, по-видимому, могут эффективно использоваться тонкопленочные светопередающие линии. Схематическое устройство такой линии вместе с источником (светоизлучающий

диод) и приемником (кремниевый фотодиод) показано на рис. 23. При геометрияеских значениях f=3,81 мк, /=4,5 мк, d=75 мк, Л=1 см, с=0,25 мм й а=0,75 мм коэффициент связи между источником и приемником света примерно в 100 раз больше, чем в том случае, когда тонкопленочный световод отсутствует.

4. ФОТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И МОДУЛЯТОРЫ

СВЕТА

Развитие вычислительной техники идет в направлении повышения быстродействия и надежности, увеличения емкости запоминающих устройств, совершенствования логических структур. Значительное внимание в настоящее время уделяется также вопросам совершенствования устройств ввода и вывода информации цифровых вычислительных машин и систем, а также устройств индикации и отображения. Применение волн оптического диапазона и фоточувствитель-иых материалов в целом ряде случаев позволило успешно подойти к решению перечисленных задач и прежде всего позволило вести работы по созданию новых видов запоминающих устройств постоянного типа.

Значительный интерес представляет возможность создания запоминающих устройств путем использования когерентных источников света и фоточувствительных материалов для записи и считывания информации. Удельная емкость такого запоминающего устройства может быть очень большой и достигать Ю-10 двоичных единиц информации на кубический сантиметр. Так, например, запоминающее устройство сверхбольшой емкости (10 двоичных единиц информации), разработанное за рубежом, использует в качестве носителя информации прозрачные лластмассовые диски, покрытые специально разработанной фоточувствительной эмульсией с разрешающей способностью 2 000 линий на миллиметр. Характерно, что обработка диска после экспонирования длится десятые доли секунды с возможностью многократных экспозиций и проявлений, что позволяет заполнить диск в несколько приемов. Засветка производится гелий-неоновым лазером мощностью 27 мвт. Модуляция луча осуществляется устройством, работающим на основе использования эффекта Керра. Скорость записи может достигать 500 000 двоичных единиц в секунду. Помимо требования когерентности источников света при реализации такого типа запоминающих устройств важным является требование высокой разрешающей способности фоточувствительного носителя.

Волны оптического диапазона н фоточувстзительные материалы могут иайти применение в разработках новых логических структур цифровых вычислительных машин и в частности таких структур, в которых инверсия, передача, сдвиг и наложение, а также ввод и вывод информации производятся целыми массивами (картинами) информации параллельно без последовательной выборки. Такая логическая структура получила название картинной логики или картинной арифметики. Использование когерентных и некогерентных источников света и фоточувствительных материалов в качестве транспарантов позволяет создавать устройства для выполнения некоторых математических преобразований (решение задачи фильтрации, интегрирования и умножения, решение уравненпй Фурье, Лапласа и др.), представляющих интерес для практической инженерной работы.