Способ динамической записи, хранения и воспроизведения временной формы импульса электромагнитного излучения

(19) (11) 1) 411 С 7/00 Я ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН К АВТОРСК ВИДЕТЕЛЬС л ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(56) 1. Арр 1. Раув. 26 (2), р. 170,1955.Патент США М 3638029, кл. 250-225опублик. 1971,54)(57) СПОСОБ ДИНАМИЧЕСКОЙ ЗАПИСИ, РАНЕНИЯ И ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ВРЕМЕННОЙ ФОРМЫ ИМПУЛЬСА ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ, основанный на воздействии на носитель информации.когерентными оптическими импульсами, о т л и ч а" ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения объема записанной и воспроизводимой информации, воздействие осуществляют когерентными оптическими импульсами с временным интервалом между ними Тг Т Т 1 У где Т 1 г и +г ,фТ - соответственно время продольной, поперечной и обратимой релаксации поляризации, при амплитуде импульсов Е, (Ь/йТ и ЕяЬ/йТ (где й - приведенный матричный элемент диполь- ного перехода, и - постоянная Планка) и длительностях о,)Т иТ". рИзобретение относится к областиспектрометрии быстропротекающих релаксационных процессов и может бытьиспользовано для оперативной обработки оптической инйормации.Известен способ записи, храненияи воспроизведения йормы импульсоврадиочастотного поля с помощью спинового эха в условиях ядерного магнитного резонанса., Этот способ заключается в том, что образец вещества,обогащенный протонами, возбуждают последовательностью из,двух импульсоврадиочастотного поля. Первый из нихнесет закодированную информацию,второй - считывающий.Спустя время, равное удвоенномуинтервалу между импульсами, регистрируют сигнал спинового эха, временная Форма которого воспроизводит кодирующий импульс, Однако существующий способ не позволяет запоминать ивоспроизводить временную форму импульсов заданной конфигурации, отличной от прямоугольной, Кроме этого,указанный способ не учитывает возможность отстройки частоты внешнего поля от центральной частоты неоднородно-уширенной линии, а также не можетбыть применен в оптическом диапазоне частот. Наконец,. данный способ недает возможности управлять направленностью сигнала, т.к. радиочастотноеизлучение эхо-отклика изотропно,Наиболее близким техническим решением является способ записи и воспроизведения временного распределенияфаз электромагнитного излучения, основанный на воздействии на носительинйормации когерентными оптическими 40импульсами. Этот способ заключаетсяв том, что вещество, которое способно поглощать и запасать энергию облучающих импульсов, возбуждают после.довательно первым и вторым высокоинтенсивными импульсами оптическогодиапазона. Если процессы необратимойрелаксации достаточно длительны посравнению с временем, разделяющимимпульсы, фотонное эхо излучается иэ 5 Ообразца в момент времени после второго импульса, равный временномуинтервалу между первым и вторым импульсами. Однако, данный способ всилу высокой интенсивности и малойдлительности импульсов возбужденияпозволяет запоминать и воспроизводить.лишь временное распределение фаз электромагнитного излучения и не позволяет запоминать и воспроизводить исследуемый контур первого импульса при генерации фотонного эха.Кроме того, укаэанная в данном способе возможность кодирования большого объема информащи с помощью последовательности нескольких импульсов трудно реализуема, вследствие возникающих в этих условиях импульсов стимулированного, восстановленного и т.пэха.Целью настоящего изобретения является увеличение объема записанной и воспроизводимой информации. Цель достигается тем, что воздействие осу ществляют когерентными оптическими импульсами с временным интервалом между ними т 2 (Т Т 1, где Т 17 и2 12 фТ - соответственно время продольной, поперечной и обратимой релаксации поляризации, при амплитуде импульсовЬ/бТ иЬ/йТ, где й - приведенный матричный элемент дипольного перехода, Ь - постоянная Планка, и при длительностях Ф, )Т г и / Тф.Временная форма эхо-отклика существенным образом зависит от условий возбуждения. Так, если амплитуда первого импульса велика (Е) Ь/ЙТ 7, а длительность - мала ( l(Т ), то уширение спектра прохожящего излучения приводит к эквивалентному возбуждению всех резонансных частиц (излучателей) в пределах неоднородноуширенной линии. В связи с этим в момент формирования когерентного от" клика возникает сигнал, огибающая которого воспроизводит временное распределение фаз излучателей по всей линии. В результате контур -эхо-импульса определяется лишь распределением излучателей по частотам и не зависит от йормы импульсов возбуждения. Уменьшение амплитуды и увеличение длительности первого импульса приводит к неэквивалентному возбуждению излучателей, что вызывает возникновение когерентных откликов сложной временной структуры. Однако, и в этом случае, при условии что "импульсная площадь" 81) 7 , временная форма Фотонного эха также не связана с формой импульса и определяется более сложным процессом синхронизации фаз излучателей. Воспроизведение формы первого импульса с помощью сигнала фотонного эха возможно при условии: а) амллитуда входного сигнала мала (ЕЬ/ЙТ+); б) длительность сигналавелика по сравнению с временем обратимой релаксации Т; в) выполнено дополнительное условие ( О,с 1).Возбуждаемая оптическим импульсом с указанными параметрами система .резонансных частиц переводится, вследствие интерференции атомных состояний; в когерентное "сверхизлучающие" состояние и запоминает временную структуру первого импульса.Спустя промежуток времени Т резонансную среду подвергают действию второго, произвольного по Форме, но сильного и короткого импульса.Возбуждение сильным. полем соответствует отражению времени и система резонансных частиц в своей эволюции проходит состояния, созданные первым сигналом. Через время, равное Т+ Ф, после начала действия второго импульса производят регистрацию когерентного спонтанного излучения - светового (Фотонного) эха. Огибающая эхо сигнала при возбуждении указанной последовательностью и импульсов будет воспроизводить временную Форму первого импульса при обратном ходе времени. Считая спектр первого импульса достаточно узким и распределение излучателей по спектру постоянным, можно получить выражение, описывающее Форму светового эха1 Г 2 716 4 2 Вг о (т,)1 = --- д(зд)зп - ехр2 й 8 2 (- - (С- -- -Т- е-/ ) )Б (2 Т+с+2 КеЕгКе 2+-1)МЭ где К - модуль волнового вектораеэха;Е - направление распространения; я(гы) - Функция распределения, описывающая контур неоднородноуширенной линии перехода;о - частота внешнего поля;м - центральная частота неоднородно-уширенной линии; В (1) - временная Форма первого им.пульса.На графике представлены результаты численного решения, которое было получено для системы уравнений, определяющих поляризацию и инверсную заселенность резонансной среды с уче"том всей неоднородно-уширенной линии. Кривые 1 и 2 представляют соответственно кодирующий и считывающийсигналы, изображенные на графике вединицах Ь/йТ г кривые 3 и 4 - поляризация, наводимая в среде первым ивторым импульсами, кривая 5 - поляризация в момент возникновения эха.Кривые 3, 4 и 5 изображены на рисунке в единицах Б й, где М - концентрация резонансных частиц.15Связь между полем и поляризациейв момент возникновения эха устанавливается соотношением20где Б - число резонаксных частиц воединице объема;ч - Фазовая скорость света в25 среде.Из приведенного графика видно, чтопри выполнении условий Е сс- --1 мскс ДТФги с, Тг а также сгмакс)Ф/сгТг и, Тг, временная Форма кодирующегосигнала может быть запомнена, сохранена и воспроизведена в момент возникновения эха. Предлагаемый способможет быть осуществлен, например,при резонансном возбуждении перехоЗ 5 да фА (-1/2) 2 Е(Е)(-1/2) ионовСг в кристалле рубина с концентрацией ионов хрома около 0,1 Е и толщиной порядка нескольких сотых долейсантиметра. При этом амплитуды электрического поля первого и второгоимпульса должны лежать в интервалах500-10 В/см и 05 .10 -10 В/см соответственно, а длительности - 5-10 нси 100-500 нс соответственно. Интервал45 между импульсами должен составлять50-100 нспри температуре образцаоколо 4 ОК,Таким образом, предлагаемый спо соб позволяет увеличить объем запоминаемой и воспроизводимой информации, содержащейся во временной формеоптических импульсов.805836 4 йСоставитель 1 О,Розенталь Редактор Н.Сильнягина Техред А,Кравчук Корректор Л.Патай .е Заказ 5131 Тираж 587 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4