Оптические память и кодовое разделение каналов на основе коллективных излучательных процессов в примесных кристаллах и стеклах для оптической обработки информации

проведен анализ научной литературы и других материалов, относящихся к разрабатываемой теме, теоретически исследован круг вопросов связанных с проблемами когерентности и фазовой памяти, коллективных излучательных процессов, фотонного эха, кодового разделения каналов и др., связанных с тематикой этапа. Составлен промежуточный научно-технический отчет.

Проведена разработка методики и программы экспериментов по генерации и исследованию сверхизлучения в монокристалле LaF3 с празеодимом при его селективном когерентном возбуждении лазером на красителе. Проведена доработка экспериментальной установки для исследования коллективных излучательных процессов, основу которой составляет непрерывный титан-сапфировый лазер с аргоновым лазером накачки.
  Построена теория преобразования когерентности в условиях эксперимента, в которой рассмотрена трехуровневая система с энергиями уровней , и в конфигурации каскад , когда частота оптически разрешенного перехода совпадает с частотой резонаторной моды. Взаимодействие с последней описывается в приближении среднего поля.
Достигнутые результаты теоретических исследований являются новыми, полученными с использованием современных исследовательских методов, соответствующими мировому научно-техническому уровню и подготовлены для публикации в научной периодике. Результаты второго этапа НИР в полном объеме решают поставленные задачи на втором этапе НИР и создают необходимые предпосылки для дальнейшего успешного выполнения НИР.

Выполнены экспериментальные исследования макета многоканальной оптической памяти с системой кодового разделения каналов в кристалле YAG: Tm3+, а также временных особенностей сверхизлучения в кристалле LaF3:Pr3+. Создан макет многоканальной оптической памяти с системой кодового разделения каналов, функционирующий в режимах стимулированного, долгоживущего или аккумулированного эха, возбуждаемого в кристалле YAG: Tm3+ фазоманипулированными импульсами. Проведены измерения основных технических параметров макета и получено хорошее согласие экспериментальных результатов с ожидаемыми значениями.
Теоретически рассчитаны сигналы различных типов фотонных эхо, представляющих интерес для систем оптической памяти и обработки информации - стимулированного, долгоживущего, трехуровневого и самоиндуцированного трехуровневого. Учтена фазовая модуляция возбуждающих импульсов. Показано, что возбуждение различных типов фотонных эхо в условиях фазовой модуляции возбуждающих импульсов приводит к сокращению длительности сигналов эха, в том числе и возбуждаемых на разных несущих частотах.
Теоретически разработаны методы кодового разделения каналов и ассоциативной выборки информации в устройствах оптической памяти на основе фотонного эха с использованием в качестве ключа шумоподобных сигналов. Проанализировано влияние времени переключения фазы на качество автокорреляционной функции фазоманипулированной последовательности. Разработана схема маршрутизатора сигналов и когерентного детектора, функционирующего в режиме долгоживущего фотонного эха. Показано, что число пространственных каналов, доступных для маршрутизации, может быть порядка 103 при типичных условиях проведения эхо-экспериментов.

Показано, что в устройствах оптической памяти на основе фотон-ного эха возможно кодовое разделение каналов, основанное на использова-нии системы шумоподобных возбуждающих импульсов. Предложен простой способ построения системы шумоподобных сигналов, позволяющий снизить перекрестные помехи в каналах связи, который основан на использовании сегментов многофазовой последовательности Фрэнка.
Показано, что в режиме многоканального долгоживущего фотонного эха возможно когерентное детектирование и маршрутизация сигналов. Предло-жена схема когерентного детектора/маршрутизатора, функционирующего в режиме долгоживущего фотонного эха и поддерживающего до 103 каналов, преимуществом которого является возможность перестройки на различные системы шумоподобных сигналов.
Создан макет многоканальной оптической памяти с системой кодового разделения каналов, функционирующий в различных многоимпульсных ре-жимах фотонного эха, возбуждаемого в кристалле YAG: Tm3+ фазоманипу-лированными импульсами. Проведены экспериментальные исследования ма-кета, которые показали хорошее согласие наблюдаемых значений физиче-ских параметров с ожидаемыми величинами.
Обнаружен и исследован новый – стохастический - режим сверхизлуче-ния и построена математическая модель этого режима, согласующаяся с про-веденными экспериментальными исследованиями.
Обнаружены новые когерентные эффекты при возбуждении среды резо-нансными импульсами разной несущей частоты в условиях высвечивания средой импульса сверхизлучения.
Продемонстрированы перспективы использования нанокристаллов, ак-тивированных примесными атомами, в задачах оптической обработки ин-формации. Предложен корректный подход для описания возникновения квантовых корреляций примесей нанокристалла. Заложены основы для изу-чения коллективных излучательных процессов на примесях в нанокристал-лах.
В ходе выполнения НИР установлено, что время переключения фазы при формировании фазоманипулированных последовательностей мо-жет быть сравнимо с длительностью элементарных сигналов без существен-ного снижения качества автокорреляционной функции. Данный вывод суще-ственно облегчает экспериментальную реализацию кодового разделения ка-налов в режиме ФЭ.
Продемонстрированы возможности когерентного детектирования бифотонов и сделаны первые шаги в разработке нового направления спек-троскопии на основе квантовокоррелированных источников электромагнит-ного излучения.