автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.05, диссертация на тему:Исследование и разработка компактных голографических запоминающих устройств с полупроводниковыми лазерами

М'6 ОА

1 3 О НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ НАУК КЫРГЫЗСКОЙ РЕСПУБЛИКИ

ИНСТИТУТ АВТОМАТИКИ

-Л ,7

На правах рукописи

АБАКИРОВА Жаныл

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА КОМПАКТНЫХ ГОЛОГРАФИЧЕСКИХ ЗАПОМИНАЮЩИХ УСТРОЙСТВ С ПОЛУПРОВОДНИКОВЫМИ ЛАЗЕРАМИ

Специальность: 05.13.05 — Элементы и устройства вычислительно» техники и систем управления

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Бишкек — 1994

Работа выполнена d Научно-шгжснерном центре «Жалын» HAH Кыр* гызской Республики.

Научные руководители: доктор технических наук, академик

HAH Кыргызской Республики Акаев А. А.,

доктор технических наук, академик HAH Кыргызской Республики Жумалиев К. М.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Огнев И. В.,

кандидат технических наук Алымкулов С.

Ведущая организация — Институт новых технологий Южного Отделения HAH Кыргызской Республики.

Защита состоится « » 1994 г. в (5 ^^час.

на заседании Специализированного совета Д.05.93.11 в Институте автоматики HAH Кыргызской Республики по адресу: 720071, г. Бишкек, пр. Чуй, 265 а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке HAH Кыргызской Республики.

Автореферат разослан « £,3 * г-

Ученый секретарь Специализированного совета,

кандидат технических наук

К. А. ПРЕСНЯКОВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕГОСТШ РАБОТЫ

Актуальность темы

К бортовым системам памяти наряду с высокой емкостью и быстродействием предъявляются жесткие требования по потребляемой мот-, ности, весу, надежности работы в экстремальных условиях по температуре, механическим воздействиям, безопасности эксплуатации и т.д.

Одним из наиболее перспективных направлений решения данной проблемы является применение голографических методов записи, хранения и преобразования информации. Возможности применения голо-графических методов в бортовых системах памяти и реализация их преимуществ во многом определяются характеристиками используемых источников излучения и светочувствительной среды.

Наиболее перспективными в качестве источника излучения для бортовых ГЗУ являются полупроводниковые лазеры (ППЛ) в силу своей миниатюрности, малоинериионности, высокого КПД излучения и ряда других достоинств. В исследованиях по созданию ГБУ с ДПЛ ^ показана возможность использования ППЛ для восстановления инфор- " мации с голограмм, реализованы схемы пространственно-разделенных узлов записи и считывания и созданы экспериментальные устройства, в которых информация, записанная на голограммы излучением , газового лазера (Л = 0,63 ккм), восстанавливается излучением . ППЛ (Я == 0,8 * 0,9 мкы). При этом разработчиками была отмечена необходимость развития методов расчета параметров конструкции ГБУ с ПИЛ для реализации высоких информационных характеристик, свойственных голографическому способу."Вместе с этим для повышения эффективности ГЗУ представляет интерес исследование потерь информации, связанных со способом записи, характеристиками компонентов с тем, чтобы оптимально согласовать звенья ГБУ и свести потери информации к минимуму, определяемом:/ реальными возможностями звеньев.■

Б разработках ГЗУ с 1Г11Л были использованы носители с фото-эмульсионнык слоем, к основным недостаткам которых можно отнести отсутствие возможности оперативного контроля качества голограмм в процессе их регистрации, необходимость "мокрой" обработки фотоэмульсии и нереверсивиость записи. Ряд достоинств фого-термоплвстических носителей (ИНН) делает их привлекательными л качестве накопителя Оортових Г2У, среди которых локальность зяписк-стврсипя голограш открывает возможность совзршенстао-

вания ГЗУ с ППЛ в качестве основы для банка дашщ с возможности) частичного обновления записанной информации.

В связи с 8тик не проводившееся ранее исследование в разработка компактных ГЗУ с ППЛ является актуальным.

Цель и задачи исследования

Целыэ диссертационной работы является создание ГЬУ с .информационными и техническими характеристиками, обеспечивающими их использование в бортовых вычислительных системах.

Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи«,:

- вывод соотношений для расчета параметров конструкции ГЗУ с ЩЛ пространственно разделенными узлами записи и считывания;-вывод и определение ограничений, накладываемых на параметры ГЗУ с ЩЛ и разработка алгоритмов (в программ) расчета и оптимизации параметров конструкции}

- исследование потерь информации в звеньях узла записи ГЗУ и скорости выборки информации, обусловленных особенностями про-1-екания информационных процессов в ГЙУ;

- разработка и реализация ГЗУ на Ф'ГП-ленте с раздельными узлами записи и считывания, использующего в качестве источника еаписывающеГо и считывающего излучений газовый и полупроводниковый лазеры.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Получены оптимальные соотношения для расчета .параметров конструкции ГЗУ с ППЛ с раздельными узлами записи и считывания.

Получены ограничения;

- на плотность размещения информационных точек на входной страшгаз и светочувствительных- элементов на фотоматрице с учетом частичной когерентности излучения ППЛ;

- на расстояние мезду пластинами голограмм и фотодетекторов, накладываемое аберрационным смещением, обусловленным различием длин волн записи и считывания;

- на угол направления опорного пучка с учетом местонахождения топогратла на матрице.

2. Разработаны алгоритмы и реализованы на ЗВМ программы расчета и оптимизации параметров конструкции ГЗУ с ППЛ, которые позволяю? найти оптимальные параметры всей конструкции или оставшейся ее части в зависимости от конструктивных тре-

бований при заданных значениях параметров: а) компонентов уела записи; б) компонентов узла считав г кия; в) отдельных компонентов и узла записи, и узла считывания.

3. Для количественной оценки степени оптимизации ГЗУ пред-лояен критерий-информдаионное качество, представляющий ссОой произведение информационной емкости и количества выборсп в секунду, предельно реализуемых в этом устройстве. Показано, что благодаря двухступенчатому процессу выборки, шфорлшиониое качество ГЗУ оказывается заметно высоким, чем в других устройствах ПО!,«ЯТИ.

4. Исследованы потери инфорь'шши в звеньях узла записи Г£У и показана возможность повышения реальной плотности и ек-костй, выбираемой без потерь, при согласовании частотно-града-иионнкх характеристик компонентов о учетом прохождения сигнала и шума через все компоненты системы.

. 5. Разработано и роализовино компактное ГЗУ на ФИ1-ленте с раздельными узлами записи и считывания, исполььуш.ее для за-писй излучение газового лазера и для считывания - излучение ППЛ. Исследовано качество изображений, восстановленных излуче- . нием 11ПЛ.

Практическая ценность полуденных результатов.

Разработаны программы расчета и оптимизации параметров конструкции ГЗУ с ППЛ, которые могут быть использованы в САПР ГЗУ с ППЛ. Разработано устройство управления записью голограмм на ФТПН,' позволяющее записать массивы голограмм с однородны;.® характеристиками. Разработано компактное ГЗУ с ППЛ на ФТП-ленте, которое может найти применение в качестве банка данных для специализированной бортовой компьютерной системы.

Результаты работы внедрены в Раменском приборостроительном конструкторском бюро (г.Рокенское) и НИИ вычислительных комплексов (г.Москва), использованы в разработка Института конструкте рско-техно логических проблем машиностроения (г.Бишкек) и Бишхекского политехнического института (г.Бишкек). Использование и внедрение результатов работы подтверждается соответст-вупчшш документами.'

Разработка и исследования по теме диссертации выполнялись в рамках Координационных планов ИКР по направлению 1.5.6. "Голо-грпСия" на 1981-1985 гг. и Координационных планов АН СССР на

1986-1991 гг. (раздел 1.4.6.3, - Оптическая обработка информации (оптические методы обработки изображений, Г8У, машинные методы синтеза и обработки изображений)).

Основные защищаемые положения

1. Полученные соотношения, ограничения для расчета ГЗУ с ППЛ и разработанные на их основе алгоритмы и программы оптимизации параметров, которые позволяют найти оптимальные параметры конструкции ГЗУ с ППЛ. Наиболее полный учет ограничений, накладываемых на параметры: частичной когерентностью излучения ПИЛ, аберрациями, вызванным; различием длин волн зепкси-считаванвд, местонахождением гогограг.'мы в матрице, взаимными помехами грло- • грамм и шумов регистрирующей среды позволяет реализовать выбо-кую информационную емкость ГЗУ с ПИЛ.

2. Результаты исследования информационных процессов и ГЗУ:

а) разработанная методика оценки реальной плотности записываемой информации, основанная на согласовании частотно-гра- . дашюняых характеристик элементов звеньев между собой. Реальная плотность записываемой информации определяется коэффициентом использования плотности записываемой информации, выбираемой

без потерь в 'случае цифровой записи-и минимальны!.® потерями в случае аналоговой записи. В первом случае коеффипиент использования составляет 10*"2+ 10_а, во втором

б) предложений"! критерий - информационное качество, которое определяется как произведение информационной емкости и количество выборок в секунду и позволяет сравнивать потенциальные возможности устройств памяти. Благодаря двухступенчатому процессу выборки, информационное качество ГБУ оказывается на несколько порядков выше, чем другие виды запоминающих устройств,

3. Разработанное компактное ГИ о ППЛ на 4'Ш-ленте с раздельными у злами записи и считывания емкостью ~10^ + 5-10® бит, обеспечивающее отношение сигнал/помеха ~ 50.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на Республиканской научно-технической конференции "Состояние и перспективы развития технических наук в Киргизии" (г.Фрунзе, 1980), Республиканской научно-технической конференции "Применение вычислительных систем в управлении и проектировании" (г.Фрунзе, 1900), 1-й республиканской научно-технической конференции молодых ученых Киргизии Iг,Фрунзе, 1981), 1-й Все-

союзной конференции по радиооптике (г.Фрунзе, 1901), Республиканском семинаре "Участие молодых ученых и специалистов энергетики и•электротехнической промышленности и реализации научных, технологических проблем в свете, решений ХШ съезда КПСС" (г. Фрунзе, 1983 г.), Всесоюзной школо-семинаре "Перспективные разработки запоминающих устройств ЭВМ" (г.Фрунзе, 1904 г.), У1-Й всесоюзной школе-семинаре по оптической обработке информации (г.Фрунзе, 1586), IX—¿! всесоюзной конференции по оптической обработке информации (г.Фрунзе. 1990 г.), 1-Я республиканской конференции молодых ученых и предподавателей физики (г.Фруняе, 1990 г.), Сопетско-ттотайском семинар« "Голография и оптическая обррботкя изображений" (г.Бишкек, 1991 г.)Международной конференции "Голография-92" (г.Лондон - Англия, 1.992 г.).

Структура и объем диссертации. Диссертационная робота состоит из введения, четырех глав, заключения, приложения и списка литературы ЩЗ наименований). ОбиуЛ осъем работы 179 страниц. машинописного текста, в том числе 30 рисунков на 29 листах

СОДЕШЧИЕ диссертации

В первой главе приводится.обзор работ, посвященных исследованиям по созданию компактных ГЗУ с ГО1Л. Рассматриваются исследования по применения ППЛ в ГЗУ. Показано, что ГШЛ используются в основном на стадии считывания из-за невысокой пространственной и временной когерентности их излучения я отсутствия специальных серийно выпускаемых носителей' с высокой экспозиционной чувствительностью в спектре излучения ПИЛ. Анализированы способы организации различных вариантов ГЗУ с ГЛЛ. Отмечено, что большим преимуществом обладает ГБУ на'основе матриц 1Н1Л, голограш и фотодетекторои. Вксперименталыше устройства этого варианта гологрофичоской памяти разработаны на носителе с фотоэмульсионнкм слоем. Далее рассмотрены исследования по создают ПзУ на ФИШ, обладающем возможностью перезаписи и лекального обновления записанной информации; К настоящему времени в разработка:; 'этих ГЗУ излучение ПИЛ использовано только на стадии проявления голограмм. В связи с гтам отмечается перспективность исследований по созданию Г£У на ФТ11Н, использующего ППЛ в качестве источника излучения для считывания Г.НфорЫЗ-

Ш.Т..

Анализированы аадачи расчета и выбора оптимальных параметров конструкции ГсУ. Показано, что существующие методики duли ориентированы на схемы Г2У, совмещающие узлы записи и считывания. При ртом расчет и вийор оптимальных параметров проводились с учетом отдельных ограничений и при различных допущениях. IIa основе проведенного анализа сделан вывод о необходимости развития методов расчета и оптимизации параметров конструкции ГйУ применительно к Г8У с 1111Д с наиболее полным учетом ограничений в пространственной разделешюстн узлов записи и считывания.

Рассмотрены источники потерь и искажений в звеньях ГЗУ, При втом анилиаироьаны шумы и помехи и их влияние но информационные характеристики и качество восстановленных изображений. Вместе с тем ясно, что потери обусловлены такие различной пропускной способностью каждого звена ГЬУ, Отмечается, что ранее не исследовались вопросы согласования плотности и объема вводимой ин^ормашш о характеристиками звеньев с тем, чтобы при считывании обеспечить выборку без потерь. Поэтому расчет и опенку информационных характеристик необходимо проводить не только в зависимости от параметров конструкции, но и в связи с информационными проиессош, происходящим внутри ГЗУ.

В свете -вышеизложенного, ранее, не проводившиеся исследования по создании компактных ГЬУ с ШЛ является актуальным.

Вторая глйва посвящена расчету и оптимизации параметров конструкции ГЗУ с ШЛ. -

Рассматривается более общая конструкция с мотршами входных данных, голограмм и фотопрктшков, имемщиш п^чшуголыше форматы. Критерием оптимальности конструкции ГВУ выбран максимум общей емкости при заданных габаритах системы. При вывода оптимальных соотношений ыевду параметрами конструкции ГВУ с ШЛ исходным выражением является условие требуемого разрешения лобыхх соседних информационных точек входной странный, восстановленной с произвольной голограммы, ото условие является выражением классического критерия Рэлея для ГЗУ страничной организации

ß Япг

-* ТТ7Г-'

см> а* Ц,* tvax

где /!t - ко<4<1шиент, учитывающий требуемую степень разрешения; Я - длина волны излучения при восстановлении; - диа~

метр голограммы; ^ ~ расстояние между фотоэлементами в матрице; смвнлтп* - Салютах ~ учитывает самое неблагоприятное расположение гологряш и оотопр.яемннх элементов. 1

Оптимальные соотношении между геометрическими параметрами и информационными характеристиками получены путем последовательной оптимизации конструкции ГЗУ страничной организации по расстоянию между накопительной пластиной и фотоматриией, объему входной страниш и числу голограмм:

С - L H?_V (2.1)

L ~1В + + 0 \ qj \ntJfJ '

М - l~*H __ ( d" \ (2 2)

">- 1ЩТГ ms.s^i^JJ'

M 4». sit /dH \ (2.3)

4 - sU .( <** \ (3.4)

где С - емкость блока памяти;

MjiOj), MH(QH)

- ccotbbtct-

венно число строк (столбцов) в странице входных дйшшх и мйтрше голограмм, dr - Qj/Mj , = ; - коэффициент, учиты-

вавший отклонение размеров мотршы голограмм от оптимального, когда размеры ммтршк. ;гес: :;ог связаны с размерами фетомптршн, прячем С< э?„6 /; S - относительное расстояние между матрицами голограмм л фотопрлемникон; ~ фо1тусиыв расстояния записывающей и воспроизводящей фурье-линз; - длина волны излучение ППЛ; - расстояние между битами (голограммами) на чходноП стрпнпие (мптрпю голограмм), (?, - J>tcfj. .

Для построения гзатлтшз> тоЛ с хеш расчета необходимо устанавливать связь ксяду параметрами узла danr.cn и узла считывания, а тшс;е учлпшлть ограничения, нпклрдквяешо иугаш, помехами и несовершенством реальных компонентов.

С учетом ушг.рения , обусловленной частичной когерен-

зт ' • ,

тностьп излучения Ш!Л (<$А>. установлена связь меж-

ду дилыетрдаи входных битов dr и г.х изображений с(ггп и получено соотношение для расчета козф5ипиента Ht . На основании отлх соотношений получены ограничения' на относительные рясотоя-

ння ыеаду входными битами и между фотоэлементами

2.5)

»А и\**мтгыг ]

шУ'чГ Л Л/] " лПТо^зЗ^ '

фокусное расстояние линзы, коллимирующее излучение Ш1Л; диаметр опорного пучка при записи. Получено соотношение для расчета максимального относительного сдвига изображения бита ё™а* , обусловленного аберрациями, связанными различием длин волн записи и считывания. На основе этого соотношения сформулировано ограничение на

где ё^оп ~ допустимый относительный сдвиг изображения бита, обусловленный Д4^Я1, £л * ЯА/Я1.

Лля учета условия восстановления изображений, определяемое положением голограммы, получено ограничение

(2.в)

которое выесте с известным соотношением ш оп-

ределяет ограничения на углы направления опорного пучка при записи В и считывающего пучка

Следует отметить, что для наиболее полного учета ограничений при оптимизации в систему полученных ограничений (¡¿.5-2.8) включены известные ограничения*: 1)на плотность размещения голограмм в матрице в зависимости от отношения сигнал/шум, которое характеризует искажения изображения, вызванные наложением изображений, восстановленных соседними голограммами; '¿) на

* Акаев А./и, Майоров С,А. Когерентные оптические вычислительные машины, - Л.: Машиностроение, 1а77.

плотность записи информации п , определяемое отношением сигнал/ шум, обусловленное структурой материала носителя п учитывающее дифракционную эффективность голограммы и заданную норму ошибок на считывание.

На основе полученных соотношений составлена схема расчета. В качестве целевой функции выбрана емкость блока памяти (2.1). Постановка задачи оптимизации параметров конструкции ГКГ сформулирована как задача отыскания максимума функции С в пространстве параметров П1в при вышеописанной системе функций-ограничений и параметрических ограничениях at i, oc¿ 5 ce** , где Я-'* ,<Xi - границы изменения иееавяовшх переменных ОС-, , ¿ -1,2,... 16. Вектор независимых переменных представим в виде

* = (^Лн^ъ^^х^н, di'd-H.d^dti , А).

С целдо выбора методы оптимизации целевая функция и функция-ограничения исследованы на выпуклость. Показано, что положительная определенность матрицы Гессе Н-V ?0 по критерия Сильвестра нарушена, решаемая задача не является задачей выпуклого программирования и имеет ряд локальных решений. Для ее решения выбран один из эффективных методов прямого поиска, применяемых при решении существенно нелинейных ыногоэкстремалышх задач, использующий -последовательности. Разработаны алгоритмы

расчета к оптимизации параметров конструкции ГРУ с ПИЛ, которые реализованы в виде комплекса программ на ЭЙ.. Проведены оптимизационные расчет, результаты которых приведены в виде твблиц.

В третьей главе рассматриваются особенности протекания информационных процессов в Г8У и в связи с этими процессами исследованы скорость выборки информации и потер/ информации в звешях ГБУ.

Для сравнения между собой по информационным свойствам различных устройств памяти нрс ^лоаек критерий - информационное качество Q - , составляющее произведение информационной ■ емкости памяти (' "а число операций выборки в секунду, т.е. на информационную пропускную способность Размерность б [бит2/с] (С [бит] 'л J/Tg [бит/с] , здесь Ть - среднее время выборки из одной адресной точки).

Опни'л из путей увеличения (3 яяляотся путь параллельной выборки ча-jwi всей информации» с последующе:'! выборкой из этой часта информации, сидераедейся по заданному адресу. Пусть nail

мять состоит из У/ моспивон о емкостью каждого по Сс и общей емкостью С =-Л'Ср • Время выборки на первом этапе одного массива иэ Я оудет , тогда как время выборки нукной информации из данного массива составит Твв . Тогда обшее время выборки Т& = + Тв0 . Полегая, что и Тв0 одного порядка и почти равды, имеем и О

Таким образом, за счет двуступенчатой адресация с параллельной, выборкой на первом этапе массива информационной емкостью с0 , ш достигаем существенного выигрыша в информационном качестве оУ приближенно в л/Д. при произвольней выборке. Именно такой двуступенчотый вариант реализуется в ГБУ с постраничной записью информации в масоиве голограмм. В приводимой таблше содержатся данные по величинам С , Гй и й для некоторых видов НУ.

Вид ЗУ ! 1 с 1 1 . ! 0

Магнитная Оптическая побитовая Томографическая 3-Ю6 5-Ю9 Ю8 З-ИГ4 1С10 КГ1 5-Ю10 10-Ь.1СГ6 1013.1014

Из таблицы следует, что возможности Г5У по критерию информационного качества у ГЗУ значительно выше, чем у других видов ЗУ.

Лля того, чтобы определить потенциальную возможность ввода в память наибольшего объема информации и оценить реальные условия, введен так называемый кооф[иппент использования плотности записываемой информации, который определяется как отношение реальной плотности информации, которую можно ввести н намять о выборкой без потерь, к максимально!: плотности информации, записываемой на носитель . Б качестве пример расчета снижения плотности записи информации рассмотрены потери, связанные: а) с уменьшением отношения сигнал/шум от звено к звену и при переходе от низких частот к .высоким;, б) со смешением рабочих частот в голограмме в сторону высоких частот. Для упрощения расчетов рассмотрены звенья узла записи: I) ввод информации ь составитель страши; 2) фурье-првобразоппшш введенной информации и получение интерференционной картины; 3) запись гологри.м на носитель.

Но основе анализа прохождения сигнала через звенья ГЬУ общее изменение отношения скх'нал/шугл от входа приходу на раа-¡шх частотах можно определить выражением

В данном выражении приняты следующие обозначения: для низких частот отношение С/Ш на входе первого и на выходах звеньев Г£У через Ц)0 - , у,, V. коо^исиеитн, характери-

зующие уменьшение С/01 в каждом эвене: (а)} ^^(у) ~ при увеличении координат, ~ относительно еначения иря

нулевых и низких частотах, спадающее до нуля при больших частотах и ^ = ^ /¡//¿.1 , (С = - при переходе от звена к эвену на нулевых и низких частотах.

С учетом того, что максимальная частота пропускания информации \)хтак выбирается при значении С/111 равном пороговое значению к (%,тах~д) » то 113 ) следует, что результирующая частота и с нею плотность пропускаемой информанта окажется значительно меньшей, чем плотность пропускаемой информации для каадого отдельного звена.

Согласно выражению (3.1), операции, проаоднше в звеньях ГЗУ, мрдельно представляются как наложение масок. При этом каждая маска имеет характеристики, соответствующие свое!:,/ звену. Анализированы частотные и пространсувешю-коордийатцне изменения отношения сигнал/шум как в каждом отдельном эвене, так и в совокупности звеньев ГЗУ. Зтк иеменекий представлены на рис.3,I, 3.2 и 3.3.

3

0 . Ъ.Уу

Рис.3.1. спвиелгость отношения

оигнал/иум от нростран-вешгой' частоты

Рис.342. Зависимость коэффи-

циента отношения сигнал/шум вдоль оси у

Г^о.З.З, Ешшшмость коэффициента отношения

сигмл/шум от размера голограммы вдоль оси л.

Отметим, что в звене записи ГЗУ передача пространственной информации по направлению ж и у оказывается неодинаковой, что обусловлено несущей частотой опорной волны в направления у и раиной = ít" &/Я (где В - угол падения), и действие ее рассмотрено как наложение маски смещения на величину .

Чтобы надежно передать лобой сигнал, необходимо иметь е .тобой точке и на любой передаваемой пространственной частоте

омовение сигнал/шум, соответствующее передаче одной градации ц) z к (К - коэффициент превышения сигналя над шумом с заданной степенью надежности обнарудешш). Это необходимое условие будет виюлнепо, если

Пш - ñAi^iy

Очевидно, что это условие может быть выполнено при заданных характеристиках звеньев либо с увеличением ^ , либо за счет уменьшения или Qtmaa и Утл* (послед-

него в особенности). Результатом уменьшения этих величин будет уменьшение плотности и объема информации, вводило!; для записи без потерь.

Проведена опенка значений плотности записываемой информации в соответствии с выражением (3.2). Для ФИШ с определенными характеристиками получены ка^ОДшиеиты использования плотности вводимой информации по отношению к максимально возможной Ц = JpeoHH./fuB. ~ O.ÜCIi; 1/800 для Ш1ф1ЮВОЙ и ^ »0,16 для аналоговой записи информации.

Четвертая глава посвяшена разработке компактного ГЬУ на ФТО-леите с 1ШЛ.

Рассмотрен круг решаемых задач ленточными ГЗУ, Обоснована возможность использования ленточного ГЭУ емкостью ~1U8 01Л' в качестве основы для создания голографических банков данных для специализированной бортовой компьютерной системы.

Разработано устройство управления запись® гологриж (УУНГ) на Ф1ТИ с применением микропроцессорного контроллэра "Электроника Ь'С! 2702". На основе универсальное программы УУЗГ реализует различные реккмы записи к позволяет получать массивы голограмм с однородными характеристиками. Диапазон формируемых временных последовательностей I мс - 10 с с шагом I мс.

Разработан вариант ГЗУ на Ф1Н~лентв с раздельными узлами записи голограмм (система подготовки данных) и считывания информации (голографический банк данных). Система подготовки данных предстввляет собой ленточное ГЗУ, осуществляющее запись и считывание информации излучение« газового лизерз п содержащее в своем составе УУЗГ, обеспечивающее запись голограш требуемого качества. Б голографическом банке данных в качестве источника излучения для считывания информации применен ППЛ. Для адресации излучения ППЛ на нужную дорожку ленточного носителя предложено применение оптического волноводного коммутатора (ОВК), исходя из преимуществ, связанных с высокой скоростью переключения и малых масро-гзбаритных размеров. В схеме считывания применено ОВК 1x8, время переключения к следующей дорожке составляет ~ 10*100 мкс.

Голограммы записывались на ФТП-ленте ПКС+3$ТНФ, восстанавливались излучениями ЯГ-38 и ППЛ ИДПН-2-1-ЗА. Диаметр голограммы страницы цифровой информации 32x32 равнялся 0,7 мм, шаг расположения голограш и расстояние между дорожками равмлись 0,9 мм. При записи голограш на ЗО+ЗЬ дорожках ленты длиной^ НО м в шириной 35 мм при плотности записи ~2,3*10® бпт/миР достигшая емкость составляет ^ бит. Отношение сигнал/

помеха, обеспечиваемое ГЗУ с ППЛ, равнялось ~ 60.

Проводилось сравнение характеристик изображений страниц цифровой информации, восстановленных излучениями газового лазера и ППЛ. Показано, что изображения, восстановленные излучением ППЛ, незначительно уступают по качеству изображениям, восстановленным Не-Ме -лазером.- Так, отношения сигнал/шум и сигнал/помеха при использовании ППЛ составляет соответственно 74$ и от отношений С/Ш и С/П, обеспечиваемых газовым лазером.

Величина мощностей изображений "I" и "О" измерялись фотометрии ей №.-145 и характеристики рассчкты вались на ЭВМ. Характеристики восстановленных изображении цифровой страницы занесены в таблицу, Приведены фотографии изображения страницы теиста и графической информации, восстановленные излучениями газового лазера и ППЛ.

Ка основе проведенных исследований и разработки подвержена ззсйколгость [«боты ГСУ на МП-ленте с Ш!Л.

к диссертации приводятся листинги программ:

1, Численного исследования пространства параметров ГЗУ с ППЛ.

2. Оптимизации параметров конструкции ГЗУ с ППЛ ЛП~попском.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РЛБОТО

1. Получены оптимальные соотношения между геометрическими параметрами и информационными характеристиками компактного ГЗУ с ППЛ с раздельны.® узлами записи и считывания. Получены ограничения на параметры ГЗУ с ППЛ, накладываемые частичкой когерентностью излучения ППЛ; аберрациямя, вызванными различием длин волн записи и считывания и местонахождением гологппг. м в матрице гологра;.ш.

2. Разработаны алгоритмы и реализованы на ЗЫ« программы расчета и оптимизации параметров конструкции ГБУ с ППЛ, которые учитывают ограничения на параметры ГЗУ, накладываемые частичной когерентностью излучения ППЛ, различием длин волн записи

и считывания, местонахождением голограммы в матрше, взаимными помехами голограмм, шумом регистрирующей среды и позволяют найти оптимальныее параметры всей конструкции или оставшейся ее ччасти в' зависимости от конструктивных требований при заданных значениях параметров: а) компонентов узла записи; б) компонентов узла считывания; в) отдельных компонентов и узле записи, и узла считывания.

3. Предложен критерий - информационное качество, позволяющий сравнивать между собой информационные потенциальные возможности различных устройств памяти. Показано, что голографическля., память за счет свойственной ей двухступенчато! выборки имеет более зысокую информационную пропускную способность по сравнению с устройством памяти одноступенчатой выборкой. Сравнением значений информационного качества различных видов ЗУ показано. что голографичоская память млеет информационное качество на чри порядка более высокое, чем оптическая дисковая память и на четыре порядка более высокое, чем магнитная память.

4. Разработана методика опенки реальной плотности записываемой информации, основанная на согласовании частотно-градационных характеристик элементов звеньев между.собой. Реальная плотность записываемой информации определяется коэффициентом • использования плотности вводимой информации, выбираемой без потерь в случае цифровой записи и минигальныш потерями а случае аналоговой записи. Показано, что коэффициенты исполь -зования плотности в ГЗУ на ФИШ составляют для цифрОвоГ: кн-

формаиии4) ,ßüI2 = 1/800 к-"0,16 для аналоговой информация.

5. Разработан вариант компактного Г8У иа ФШ-леате о раздельными узлами записи и считывания, в котором для считывания использовано излучение Г1Ш1. Разработанное ленточное ГБУ имеет емкость ~ Iü8+ 5-IQ9 бит и обеспечивает отношение сигнал/помеха ~ 50.

6. Проведено исследование качества изображений страниц цифровой информации, восстановленных с голограмм на ФТИ-ленте. Сравнением характеристик изображений показано, что изображения, восстановленные излучением П11Л, незначительно уступает по качеству изображениям, восстановленным He-W1 е-лазером. Отношения сигнал/и!ум и сигнал/помеха при восстановлении ПИЛ составляют соответственно 74$ и 68$ от отношений сигнал/шум и сигнал/помеха, обеспечиваемых газовым лазером.

СПИСОК РАБОТ,ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЭДЕ ДИССЕРШАЦШ

1. Абакирова К. К расчету геометрических параметров ГНЗУ

с полупроводниковыми лазерами // Состояние и перспективы развития технических наук в Киргизии: Тезисы докладов Республиканской научно-технической конференции - Фруцзе, I98Ü, - С,10.

2. Абакирова К. Оптимизация параметров голографического постоянного запоминающего устройства // Применение вычислительных систем в управлении и проектировании: Тезисы Республиканской научно-технической конференции. - Фрунзе, Ib8ü. - 0.246246.

3. Абакирова Ж, Некоторые вопросы авюматизаыии проектирования Г&У // Тезисы докладов 1-й республиканской научно-технической конференции молодых ученых Киргизии. - Фрунзе, I&8I.

4. Абакирова Ж. К вопросу разработки САПР ГЗУ //" Голографии ecraie методы хранения и обработки информации. - Фрунзе, 1981.~ С, 17-21.

5. Асакирова Ж. Оптимизация параметров голографического запоминающего устройства (ГЗУ) с полупроводниковыми лазерами// Системы управления движением. - Фрунзе, 198I, - С.73-83.

G. Абакирова Н. Ошгаккзапу.я параметров голографического запоминавшего устройстве // Тесисы докладов Первой всесоюзной нон£ерзгави пс радиооптиле. - Фрунзе, lsfal. - C.I57-I58.

?. Акаев A.A., Абакирова Разработка подейстем автома-шауровпчного проектирования гологряфических аапошшвюдах устройств Ц Tesi'cn докладов Республиканского семинара "Участие

■ Т7 ■

молодых ученых и специалистов энергетики и' электротехнической промышленности в реализации научных, технологических проблем в свете решений ХИУ съезда КПСС". - Фрунзе, 1У83. - C.II2-II4.

8. Акаев A.A., Абакирова Ж. Соотношение для расчета ПИЗУ оптимальной ко н о труни ни // Гслографические методы хранения, преобразования и обработки информации. - Фрунзе: ФПИ, 1Ь83.~ C.3-II.

S. Абакировв К. Расчет и оптимизация параметров ШоУ с полупроводниковыми лазерами // Всесоюзная школа-семинар "Перспективные разработки запоминающих устройств ЭШ": Тезисы докладов.-Фрунзе, IS64. - С.З.

10. Абакирова К., Аккозов Л. К исследованию качества восстановленного изображения страницы цифровой информации // Шестая Всесоюзная школа-семинар по оптической обработке информации: Тезисы докладов. - 4.1. - Фрунзе, Ifc86. - С.73.

11. Абакирова Ж. Оптимизация параметров конструкции параметров П1БУ ЯП-поиском // Оптико-электронные системы и методы -хранения и обработки информации. - Фрунзе, 1Ь87. - С.12-19.

12. Абакирова Ж., Аккозов А. Влияние параметров считывающего пучка но достоверность считывания в ГП£У // П-я всесоюзная конференция по оптической обработке информации. Тезисы докладов. - Фрунзе, I&SG. - C.Ib8-ISS.

13. Абакироза Е. Жарым Откоргучтук яазерди коддонуучу голограф иялык туруктуу эске тутуучу тузулушту долборлоонун ма-селери // Жаш окувдштуулардын хана окутуучулардын физика боан-ча I &умурилттык конфзренииясы. Докл.тез. - IbSQ-ж. -Бишкек, 1992.

14. Акаев A.A., Гуревич С.Б., Кумалиев КЛ..., Абакирова л. Об информационной оптимизации звеньев 1'оУ // Методы оптической обработки информации. Труды 2-й всесоюзной конференции по го- • лографгии и оптической обработке информации. - Бишкек, 1ЬЬ2. -С.277-282.

15. AfaitAvtia J., Akkcx&r A.J., TfuunodivJ K.M. А ашхМи ■ituny tf utbtubutdcd ипчиаы in HM on PTPti¡(SoJist -CAintM. joint MrrunWL "НсшШхяЬи етЫ Optimal. &tc>Lmedivn p-ivitMin-g"(StJSOIP -91). Рикшйпххь, .-- Sefli. ZI-16, • 4991, 6Ш4..- PP. 59?-389. T ^

16. AhxtV 4.it.. (ншаСьк S.в., 2fuunaiitiS A.M., АШйлсМа J.

^vuoJtd^ ttcfo^Mxfktc- m&nmy cLuJifM (HMD)

Абакирапп Жшп1лдип " Жарим еткергучтук лпзэрлорди колдоиуучу. комлякттуу гологрп'Гталнк 9оке тутуучу тузулуяторду изилдав жшт иштоп чыгуу" догэн тамаднгн 05.13.05 - "Эсегггео тэхншшошшн жпнп башкаруу систомяларынын эламэнттври кали тузулугатору" адяатиги боюнча кандитоттык дарпкв влуу учун диссортг-щг.лишшн пвторефпра-

ТННЫН В1ШОТОЦИЯПЫ

Диссортацинлык эмгвк жарым еткергучтук лазорлердн (ЖвЛ) кол-донуучу гологрифиплш: эско тутуучу туаулуштврду (ГЭТТ) ипилдеоге яюна гаатеп чнгууга врнвлгаи. Бул амгпкто ГЗТТтин конптрукциппшшн парамэтрлорин зсвптее учун анялитикалык тувмтмвлпр капп ШЛдип нурлонуусунун взгечелуктару менэн маплиматга жазуу кана окуу атпи-тарнвда пяйдаланнлуучу нурлянуу толку» узундуктаршшн аПырмалшт-ганднгынан келип чнгуучу ж.б. чвктвэлэрдуп бараборсыздактарч чн-гарылгвн. Алынгпн туштмалвр менвп чвктеелердун шгпяиндп атол-гвн тузулуттун конструкцияснн эсоптооиун жана аптшалдуу порч-метрлерин тпбуунун влгоритмдери иштедип чыгып, шшн прогрпммплпрн всоптаачу электрондук машинада шкэ агаырылган. ГЭТТтин жазуу туйутгунде маалыматтыи коромжу болугаун ияидцеенуп шгазиндэ япзуу туйунуцун зввнолорунвн. коромжусуз втуучу яшзила тургап рмялдуу маалымат тыгыздан эсептввнун методика™ Серилген. Ар кандпй тшпоги веке тутуучу тузулуттерду маалымат пийшдуулугу жппв иштео тэздиги боюнча салнштыруу учун маалшпттык сапат птту критерий оувуш кылшшп, ГЭТТтин маалыматтнк сопаты оптикялтс нтт мягниттик зека тутуучу тузулуштердукунд Караганда когору шгандигя керсэтулгон. Бул эмгдкте мзалыматты фототермоштотикалык тосмпгп казуучу ГЭТТ ИШТ9ЛШ1 чнккан. Анда мязлыматтн жазуу учуп газ лазери, ал эми скуу учун Ж9Л колдонулгпи. К9Лдун нурлануусу мочен окулгвн цифралнк маалымат бирдиктерюшн сапаты изилденгон.

1табл.,3илл., 16 библ., 18 бет

ESSAY ABSTRACT oX' the Thesis Work Titled as

"AtULXSIS AMD DEVELOPMENT OF COMPACT HOLOGRAPHIC Mt'tJOfiY DEVICES WITH SKMI-COJJDUCTGB LASERS"

carried mifc by ABAKIJiOVA JAHXI, to be awarded with the scientific degree of the master of technical science on speciality N.0$.13.05 - Elements und Devices for Computer Engineering and Management Systems, bi slikfck, 1994

The thesis work tpentioned is devoted to the analysis end development of compact holographic memory devices (HMD) with semi-conductor \ users (¡501.) used as an information hank far specified nir-plane coi-fiijter systems, liatios and limitations, made for construction parameters with the use of the difference in recording end rending wave lengths, partial coherence of SOL radiation end hologram location ip b hologram matrix, have been obtained for computation of HMD with SOL. Algorithms have been developed and programs have been realized with I.In use of o computer for computation and optimization of the parameters of HMD constructions with SCI.,, which, besides ihose of mentioned above, use also general limitations connected with the noiBe of accumulator material and mutual interferences of holograms. As a result of the analysis of information losses, there has been given a method used for computation of the real density oi the information recorded) the method given is hased on link element frequency and gradation characteristics which are agreed with each other. A specified criterion, namely! information quality, has been proposed for comparing different memory devices by their volume and velocity of the Information selection. It has been shown that, because of two-step process Of th« etlection, the information quality of HMD is much higher than that of the other kinds of memory devices. HMD on a photo-thermal plastic tape carrier has been developed with the use of SCL radiation plien reading the information. The analysis of the quality of digital pbg* images reduced with the use of SCL has been carried out.

JKsaay consists of: 18 pp.t 1 tabl., 3 ill., reference list of 16 items.