Розробка методів моделювання поширення світлової хвилі у світловедучих середовищах. Розвиток радіофізичних уявлень про процеси в області акустооптичної взаємодії скінченних розмірів. Моделювання акустооптичних пристроїв дискретної обробки сигналів.
Аннотация к работе
Зростання продуктивності інформаційних систем (ІС) обробки радіосигналів (моніторинг і контроль радіоперешкод, радіорозвідка, дослідження радіовипромінювань космічного простору, тощо), в основному, визначається швидкістю обробки радіосигналів обчислювальними засобами (ОЗ) ІС. Таке збільшення, за рахунок створення оптоелектронних аналогових обчислювальних пристроїв, наприклад, на основі радіофізичних уявлень про акустооптичну взаємодію (АОВ), відкриває широкі можливості паралельної обробки, чим і досягається висока продуктивність таких ОЗ. Вирішення такої задачі дозволить створювати оптоелектронні процесори, що реалізують скалярне множення вектора на вектор, вектора на матрицю, матриці на матрицю, потрійного добутку матриць, рішення систем лінійних алгебраїчних рівнянь, тощо. Пристрої оптоелектронних ОЗ можуть бути використані і в суміжних областях, наприклад: при аналізі характеристик радіо й оптичних сигналів у вимірювальній техніці, пеленгуванні перешкод в гідроакустиці, космічній розвідці корисних копалин та інших. Зважаючи на перспективи створення оптоелектронних пристроїв дискретної обробки сигналів на основі принципів когерентної оптоелектроніки необхідні додаткові дослідження, спрямовані на подальший розвиток радіофізичних уявлень про явища й процеси в області акустооптичної взаємодії скінченних розмірів, які забезпечать мінімальні втрати (перекручування) інформації.У другому розділі вирішується задача розробки методів моделювання поширення світлової хвилі у світловедучих пристроях і визначення фізико-технічних умов проектування цифрових оптоелектронних операційних пристроїв на етапі моделювання фізичних процесів взаємодії оптичних і акустичних хвиль в акустооптичному середовищі, як у частотній, так і в часовій областях. Для рішення поставлених задач виконано: математичне моделювання інтегрального оптичного хвилеводу (ІОХ) із градієнтним профілем показника заломлення, аналіз профілів мод інтегрального анізотропного оптичного хвилеводу методом скінченних елементів, побудована математична модель слабкої акустооптичної взаємодії в області скінченних розмірів. Аналіз профілів мод інтегрального анізотропного оптичного хвилеводу методом скінченних елементів включав наступні етапи: розбивка області аналізу на скінченні елементи першого порядку трикутної форми методом тріангуляції Делоне; визначення функцій форми скінченного елементу; запис задачі на власні значення з використанням методу зважених невязань (Гальоркіна); завдання граничної умови Діріхлє; визначення сталих поширення хвилеводних мод, а також нормованих значень поля у вузлових точках з рішення задачі на власні значення. Успішне проектування цифрових акустооптичних сигнальних процесорів містить у собі етап досить складного моделювання фізичних процесів взаємодії оптичних і акустичних хвиль в акустооптичному (АО) середовищі, що вимагає залучення чисельних методів розрахунку, які дозволяють урахувати скінченні розміри області взаємодії. Показано, що метод скінченних елементів може бути використаний для проектування цифрових оптоелектронних процесорів на етапі моделювання фізичних процесів взаємодії оптичних і акустичних хвиль в акустооптичному середовищі, як у частотній, так і в часовій областях.В дисертації розроблені фізико-технічні основи створення оптоелектронних пристроїв дискретної (цифрової) обробки інформації, що дозволяють підвищити точність обчислень оптоелектронних акустооптичних процесорів. У результаті аналізу сучасного стану розробок в області оптоелектронних процесорів, що функціонують на основі акустооптичної взаємодії при дискретному розподілі акустичної потужності, зроблено висновок про необхідність урахування скінченних розмірів області взаємодії, що вимагає залучення сучасних чисельних методів моделювання, оскільки розрахунки з використанням існуючих аналітичних моделей акустооптичної взаємодії не дозволяють проектувати акустооптичні операційні пристрої із достатнім ступенем точності. Виконано математичне моделювання основного вузла інтегральних акустооптичних приладів - оптичного хвилеводу, що відіграє важливу роль на етапі проектування й наступної оптимізації з метою одержання певних властивостей хвилеводів, таких як ширина смуги, профілі мод, узгодження фаз мод з різною довжиною хвилі, тощо. Розроблено методику проектування цифрових оптоелектронних операційних пристроїв на етапі моделювання фізичних процесів взаємодії оптичних і акустичних хвиль в акустооптичному середовищі, в основі якої лежить розвиток радіофізичних уявлень про процеси та явища в області акустооптичної взаємодії скінченних розмірів шляхом створення математичної моделі й методів моделювання як у частотній, так і в часовій областях.