Оптические процессоры
Изучение основ аналоговых оптических вычислений и описание принципа действия аналоговых и цифровых оптических процессов. Нечеткая логика и обзор перспективных технология для создания элементарной базы оптических компьютеров. Перспективы нанофотоники.
| Рубрика | Программирование, компьютеры и кибернетика |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 08.04.2013 |
| Размер файла | 2,7 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Фотонные кристаллы в режиме прохождения используются для создания суперпризм с крайне высоким разрешением по частоте. Этот эффект обусловлен сильной пространственной дисперсией в фотонных кристаллах, которая не наблюдается в обычных материалах в оптическом диапазоне.
Кроме фотонных кристаллов среди метаматериалов следует отметить «среды Веселаго» [68,69], также называемые «среды левши», являющиеся изотропными средами с отрицательной диэлектрической и магнитной проницаемостями. Это достаточно курьезные материалы с крайне экзотическими свойствами. Волны в таких средах обратные - у них волновой вектор и вектор Пойнтинга направлены в разные стороны. Более того при рефракции на поверхности между воздухом и такой средой наблюдается эффект отрицательной рефракции - свет откланяется в противоположную сторону в отличие от обычных диэлектриков.
Благодаря эффекту отрицательной рефракции удается создать псевдо-линзу на основе плоскопараллельной пластины среды Веселаго: устройство позволяющее фокусировать излучение точечного источника. Однако, это не самое главное свойство такой линзы. На самом деле, эта линза не только фокусирует распространяющиеся гармоники (дальнее поле), но еще и усиливает затухающие! Плоские псевдо-линзы позволяют передавать детали изображений, много меньшие, чем длина волны, и, тем самым, позволяют преодолеть классический дифракционный предел разрешения обыкновенных линз. Это удивительное свойство, открытое Джоном Пендри [69] послужило толчком к исследованию метаматериалов и сред Веселаго в частности.
На данный момент конкретные реализации сред Веселаго в оптическом диапазоне находятся в стадии разработки (в микроволновом диапазоне первые экземпляры сред Веселаго были созданы около пяти лет назад), однако это направление рассматривается крайне перспективным. Возможность передачи изображений с разрешением меньше длины волны является серьезным прорывом в различных областях знаний. Для оптических приложений наиболее важными областями применения являются ближнепольная микроскопия, а также разработка оптических накопителей. Кроме того, предполагается, что метаматериалы найдут применение при миниатюризации различных оптических и микроволновых устройств, где будет использоваться их свойство передавать на расстояние изображения с пространственным разрешением, меньшим длины волны. Они снимут дифракционное ограничение для разрешения оптических систем, которое казалось долгое время непреодолимым. В качестве одного из наиболее важных примеров достаточно упомянуть возможность использования линз со сверхразрешением для увеличения емкости оптических носителей (DVD), путем уменьшения области записи, которая в данный момент ограничена дифракционным пределом.
Эффекты обратных волн и отрицательной рефракции (присущие среде Веселаго) также наблюдаются и в фотонных кристаллах, на частотах близких к границам запрещенных зон [70-76]. Более того, плоско-параллельные пластины фотонных кристаллов могут с успехом быть использованы для передачи изображений с разрешением, меньшим, чем длина волны [77,78]. Однако, в работе [79], в фотонных кристаллах [77] наблюдается механизм передачи изображений, отличный от принципа, сформулированного в работах В.Г. Веселаго [66], Дж. Пендри [67] и Р.А. Силина [71].
В соответствии с этим принципом, который называется канализацией изображений [79], для передачи деталей изображения меньших, чем длина волны не требуется эффектов обратных волн и отрицательной рефракции. Ключевым требованием является то, что фотонный кристалл должен обладать плоскими изочастотными характеристиками [70-73], а также то, что толщина пластины должна удовлетворять условию толщинного резонанса Фабри-Перо. В такой системе изображение эффективно трансформируется в распространяющиеся плоские волны, которые переносят его с одной поверхности линзы на другую. Таким образом, для реализации плоских псевдо-линз, обладающих разрешением меньшим, чем длина волны, не обязательно пытаться создавать среды Веселаго [68,69].
В оптическом диапазоне хорошими кандидатами для реализации режима канализации остаются фотонные кристаллы, но для улучшения разрешения линз лучше использовать металло-фотонные кристаллы, отличающиеся от обычных диэлектрических фотонных кристаллов тем, что их элементами являются металлические включения (плазмонные наночастицы). Метало-фотонные кристаллы в оптической области обладают запрещенными зонами, появление которых соответствует плазмон-поляритонным резонансам, наблюдаемым на частотах много меньших, чем решеточные резонансы обычных фотонных кристаллов. Это резонансы металлических включений, образующих фотонных кристалл.
В режиме канализации фотонные кристаллы поддерживают распространение узких пучков, аналогичных солитонам в нелинейных средах. Следует отметить, что фотонные кристаллы функционируют в линейном режиме, т.е. интенсивность канализуемого пучка может быть сколь угодно малой (в отличие от случая солитонов, которые должны обладать значительной интенсивностью для поддержания своего распространения в нелинейной среде).
В ближайшем будущем ожидается экспериментальное осуществление канализации субволновых изображений на оптических частотах на расстояния порядка длины волны и более от источника, а также разработка сканирующих ближнепольных оптических микроскопов, зонд которых защищен от микромеханических воздействий со стороны исследуемой поверхности фотонным кристаллом, функционирующем в режиме канализации изображений.
Заключение
В данном обзоре рассмотрены основы аналоговых оптических вычислений, аналоговые оптические процессоры и цифровые оптические процессоры, оптические процессоры нечеткой логики, а также перспективные материалы и технологии для создания элементной базы будущих оптических компьютеров. Показано, что именно оптические технологии с привлечением достижений нанофотоники представляются наиболее перспективными для создания компьютерных систем следующего поколения.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Оптический компьютер как устройство обработки информации с использованием квантов света или фотонов. Типы оптических процессоров. Аналоговые операции, ими производимые. Принципы построения голографии. Параметры и каскад первого оптического транзистора.
презентация [5,5 M], добавлен 19.11.2015Проектирование модуля ввода/вывода аналоговых, дискретных и цифровых сигналов, предназначенного для сбора данных со встроенных дискретных и аналоговых входов с последующей их передачей в сеть. Расчет временных задержек. Выбор резисторов на генераторе.
курсовая работа [307,1 K], добавлен 25.03.2012Общее понятие о компакт-дисках, их техническая характеристика, устройство, назначение и правила эксплуатации. Структура записывающих оптических дисков, технология их изготовления и требования к качеству. Отличительные особенности DVD и форматы записи.
реферат [713,0 K], добавлен 06.08.2013Анализ закономерностей восприятия с применением оптических иллюзий. Принципы проявления визуальных иллюзий в условиях воздействия психологических и физических факторов. Изучение оптических иллюзий и способы их использования в искусстве и дизайн-среде.
дипломная работа [1,4 M], добавлен 29.08.2017Организация доступа в Интернет на основе оптических технологий в сетях доступа. Технологии построения городских сетей Интернет-доступа на основе коммутаторов Ethernet второго и третьего уровня. Основные преимущества оптических технологий в сетях доступа.
презентация [135,5 K], добавлен 14.09.2013Производства аналоговых и цифро-аналоговых интегральных микросхем. Факторы, требующие учета при проектировании. Маршрут проектирования аналоговых интегральных систем. Средства проектирования пакета Cadence. Влияние цифрового шума на аналоговые блоки.
реферат [147,6 K], добавлен 13.02.2014Оценка риска статического сбоя по всем выходным переменным. Анализ цифровых схем по методу простой итерации и событийному методу. Моделирование аналоговых схем: метод узловых потенциалов и переменных состояния. Анализ цифровых схем по методам Зейделя.
контрольная работа [382,1 K], добавлен 10.11.2010Понятие информационной безопасности. Общая информация о Delphi. Способы несанкционированного съема информации с волоконно-оптических линий и методы её защиты. Применение квантовой криптографии в качестве средства защиты. Контактное подключение к линии.
дипломная работа [3,8 M], добавлен 04.02.2013Виды оптических дисков и их устройство. Многократно-записываемые диски. Запись аморфных областей коротким лазерным импульсом. Трудности при проектировании устройства. Расчеты для демонстрационной модели. Схема-рисунок устройства для восстановления.
практическая работа [3,0 M], добавлен 16.05.2014Лазерные накопители CD-ROM, CD-R и CD-RW. HD DVD или Blu-Ray – война форматов. Перспективные разработки. AHD, HVD, AO-DVD, DMD. Флуоресцентный многослойный диск FMD-ROM.
реферат [50,7 K], добавлен 12.01.2006Основные методы типового обслуживания, технической диагностики и проверки оптических приводов, способы устранения их типичных неисправностей. Особенности проведения тестирования оптического привода ASUS DRW-2014L1T с помощью пакета программ Nero 6.6.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 07.05.2010Организация данных и запоминающие устройства на оптических дисках. Классификация оптических носителей данных. Прессованные компакт-диски и диски с однократной записью (CD-R). Аудио-CD (CD-DA). Представление сектора данных на CD. Форматы HD DVD и BLUE-RAY.
презентация [776,4 K], добавлен 11.12.2013Организация хранения мультимедийных данных, основные виды систем управления базами данных и их характеристика. Магнитные и оптические запоминающие устройства. Файловые системы для оптических носителей. Иерархическое управление запоминающими устройствами.
презентация [93,4 K], добавлен 11.10.2013Современные достижения в разработке накопителей информации. Принципы работы запоминающих устройств ЭВМ и голографической памяти. Возможности персональных компьютеров и мультимедийных систем. Перспективы развития оптических накопителей и жестких дисков.
презентация [4,0 M], добавлен 27.02.2012Автоматизация проектирования аналоговых микросхем. Обзор существующих решений. Определение, способы реализации PCell. Специфика физического проектирования. Причины рассогласования элементов и способы их устранения. Создание топологических эскизов.
дипломная работа [1,9 M], добавлен 16.05.2014Нейрокомпьютер как система. История его создания и совершенствования, разновидности и назначение нейрочипов. Методика разработки алгоритмов и схем аналоговых нейрокомпьютеров для выполнения разных задач обработки изображений, порядок их моделирования.
дипломная работа [462,3 K], добавлен 04.06.2009Эволюция памяти компьютеров на основе оптических носителей. Организация записи данных на компакт-диски. Локальные компьютерные сети. Формат кадра технологии Ethernet. Многоуровневая модель взаимодействия открытых систем ISO/OSI. Прикладные протоколы.
курсовая работа [988,0 K], добавлен 02.12.2012Понятие и способы дискретизации аналоговых сигналов. Ознакомление с примерами аналого-цифрового преобразование звука. Изучение способов кодирования цифровых изображений, видеоданных и текста. Рассмотрение теоремы Котельникова и теории информации.
презентация [1,2 M], добавлен 15.04.2014Исторические предшественники компьютеров. Появление первых персональных компьютеров. Концепция открытой архитектуры ПК. Развитие элементной базы компьютеров. Преимущества многопроцессорных и многомашинных вычислительных систем перед однопроцессорными.
курсовая работа [1,7 M], добавлен 27.04.2013Описание этапов создания первых компьютеров: схема, операции и функции, принцип действия. От простого к сложному: история разработки нового поколения Intel-процессоров. Особенности устройства, архитектура и анализ различных модификаций микропроцессоров.
учебное пособие [473,6 K], добавлен 19.05.2009
