4. Области применения.

Компьютерно синтезированные голографические элементы (HOE) обладают широкой потенциально возможной областью применения и могут составить основу новой элементной базы для разработки информационных и параллельных вычислительных систем, а также применяться для проведения исследований и построения современных нейрооптических систем. Например, многофокусная голографическая линза позволяет осуществлять параллельные запись/считывание со многих участков пространства; коммутатор на основе голографических элементов позволяет соединить световыми пучками различные точки пространства, т.е. позволяет решить проблему перенаправления световых информационных потоков между различными оптическими каналами связи и задачу построения процессоров с трехмерной архитектурой. Прикладное применение HOE возможно как в качестве многофункциональных микрооптических элементов, так и в различных когерентных оптических системах обработки информации при формировании заданных сложных световых полей, для многоканальных систем волоконно-оптической связи, многолучевых скоростых CDROM, в проекционных системах, в устройствах распознавания изображений, для организации оптических межсоединений в чипах и между чипами компьютеров, и в многих других подобных устройствах.

В настоящее время широкое и эффективное применение HOE в новых разработках сдерживается рядом объективных причин:

 а) ввиду многообразия потенциальных областей применения HOE и разнообразия их конфигураций невозможно заранее рассчитать и изготовить универсальный набор элементов, удовлетворяющий возможные потребности экспериментаторов и разработчиков конкретных приложений тем более, что в ряде экспериментов требуются уникальные комплексные элементы выполняющие сразу несколько функций,

б) большинство ученых и разработчиков не имеют возможности самостоятельно проводить исследования и разрабатывать HOE для собственных применений ввиду сложности и трудоемкости их синтеза, а также необходимости применения комплекса специализированного и дорогостоящего технологического оборудования для изготовлении HOE.

Кроме того, многие исследователи и разработчики недостаточно информированы о потенциальных возможностях и конкретных технических характеристиках HOE. Как показывает опыт общения на конференциях, многие попросту не представляют себе возможности, которые предоставляет синтезированная оптика, и зачастую отказываются от проведения экспериментов, поскольку не могут выполнить их с помощью классического набора оптических элементов. В тоже время применение в лазерной аппаратуре синтезированной голографической микрооптики позволяет не только упростить и миниатюризировать ее, но и достичь новый функциональный и качественный уровень для конструкции таких устройств.

Рассмотреть подробно все возможные области применения HOE не представляется возможным, поэтому приведем только основные, наиболее известные направления и ссылки на литературные источники и сайты, по которым можно найти более подробные сведения. В дальнейшем этот раздел будет перерабатываться и расширяться.  

Возможные области применения HOE :

1.Проекционные лазерные системы и расщепители.

2.Голограммы для защиты документов.

3.Размножение изображений.

4.Разветвление света в волоконных линиях.

5.Лазерные оптические системы.

6.Нейрооптические системы.

1. Проекционные лазерные системы и расщепители.

Наиболее известное применение HOE нашли для проекционных лазерных систем и расщепителей, например различные лазерные шкалы, разметочные лекала, вплодь до лазерных указок и рекламы. Аналогичные оптические элементы представлены в таком широко известном оптическом каталоге, как "Edmund Industrie Optik GmbH"  (на рис.1 показан набор насадок для полупроводниковых лазеров, на рис.2 -расщепители из этого каталога 2001 г., на рис.3 - генераторы изображений каталог 2000 г.)

Рис.1 Насадки для полупроводниковых лазеров"Edmund Industrie Optik GmbH" 2001г, стр. 161.

Рис.2 Расщепители "Edmund Industrie Optik GmbH" 2001г, стр.99.

Рис.3 Дифракционные генераторы изображений "Edmund Industrie Optik GmbH" 2000г, стр.255.

 2. Голограммы для защиты документов.

Известно применение компьютерно-синтезированных голограмм  для защиты документов и кредитных карт ( Joseph N.Mait " Diffractive beauty", "Optics & Photonics News, OSA, Vol.9, No.11, Nov.1998, pp.21-25, 52.) фрагмент иллюстрации из статьи показан на рис. 4. 

Рис.4 Применение HOE для защиты кредитных карт (Joseph N.Mait).

3. Размножение изображений.

Компьютерно-синтезированные голограммы могут использоваться для размножения изображений. На рис. 5 показана схема эксперимента по размножению изображения буквы "В" с помощью синтезированной голограммы - расщепителя 3 х 3.

Рис. 5. Размножение изображения с помощью HOE ( показано реально получнное в эксперименте выходное изображение).

4. Разветвление света в волоконных линиях.

Возможные применения HOE для создания оптических межсоединений наиболее полно были систематизированы Ph. Lalanne, P. Chavel            в книге [ 1 ]. , " Perspectives for Parallel Optical Interconnects". На рис.6 показан пример передачи информации из одного волокна в несколько.

Рис.6 Пример использования фокусирующих HOE для разветвления световых потоков в волоконных линиях.

5. Лазерные оптические системы.

Наиболее детально и полно вопросы связанные с применением методов компьютерной оптики и дифракционных оптических элементов (ДОЭ) в лазерной технике приведены в книге " Методы компьютерной оптики " под редакцией В.А. Сойфера, а также на сайте ИСОИ РАН (г.Самара) www.ipsi.smr.ru .

Здесь рассмотрены применения ДОЭ для селекции мод лазерного излучения, создания световых полей с периодическими свойствами, применение ДОЭ для коррекции волновых фронтов, в светотехнических устройствах. Рассмотрены способы оптической обработки информации с применением ДОЭ.

6.Нейрооптические системы.

Одним из возможных вариантов построения параллельных специализированных вычислителей на основе нейросетевых принципов заключается в предварительном компьютерном моделировании нейросетевой структуры для конкретной задачи, включающей обучение сети, оптимизацию ее структуры и проверку эффективности полученной модели. Результатом такого моделирования является фиксированная структура сети и конкретный набор весовых коэффициентов связей между нейронами. По этим данным создается оптическая схема (рис.7) содержащая матрицу лазерных излучателей для ввода данных, набор растров компьютерно синтезированных голограмм, реализующих набор весовых и пространственных связей в оптической нейронной сети, матицу фотоприемников для вывода информации.

Рис.7. Схема оптического  нейросетевого вычислителя.