CN1110798C - 用调制色散光谱代表多个数字信号的方法及其应用 - Google Patents

Abstract

用色散原理将白光或多谱线的激光分解成一条彩色光谱带，用N个比特的信号去调制一个开关群中的各个开关，利用各开关形成的上面分布有壳线和黑线的光谱来“同时”代表N个比特数字信息：这些经调制过的一系列光脉冲经光学天线或光纤传输后就可用于卫星与地面、卫星之间、以及电子设备内部的比现有的速度提高几千倍的超高速通信；这光脉冲也可使信息记录介质曝光，从而得到一种记录密度比现有磁盘、光盘高万倍的记录和读取信息的方法。

Description

用调制色散光谱代表多个数字信号的方法及其应用

本发明属于数字信息(包括数字式声音、数字式静止或者活动图像、各种计算机文件、计算机多媒体、数字通信等所有各类数字信号)的记录与重放、传输与通信等的技术领域。

现有的数字信息记录介质有：用数字方式记录声音的磁带；用于银行、电信、人员身份识别等用途的各种磁卡：在数码照相机和数字式摄像机中以数字方式记录静止或者活动图像和声音的各种磁卡、磁带；在电子计算机中用于记录计算机文件的软、硬磁盘、磁带：用于记录声音、静止或者活动图像的CD、VCD、DVD光盘和记录计算机文件的光盘等(过去还有一种穿孔纸带和穿孔纸卡片等)。它们的共同特点是：一个数字信号记录单元(例如穿孔纸带或纸卡片上的一个有孔或无孔区，软、硬磁盘或磁带、磁卡上的用于记录一个数字的一个被磁化或未被磁化的小区，光盘上的一个凹坑或一个无凹坑的光亮反光区等)只能记录“一个”比特(bit)的二进制数字(例如一个“1”或一个“0”)。随着信息时代的到来，数字式声音、数字式静止和活动图像、计算机文件和计算机多媒体、信息高速公路的发展，国民经济各部门各种数据备份量的增加等都使需要记录的数据信息量极大地增加，因此对于各种信息记录介质单位面积上所能够记录的数字信息量以及它们在单位时间内能够“重放”出来的数字信息量也日益提出了越来越高的要求。为了适应这一要求，人们不得不尽可能地减小每一个数字信号记录单元的面积(例如减小磁盘、磁卡、磁带上记录一个“1”或一个“0”的磁化或未磁化区的面积，减小光盘上的一个凹坑的宽度和螺旋线间的螺距等)，然而这些都仅仅是一种“几何尺寸”的减小，它终究是有限的！而且随着信号记录单元面积的减少，它们对灰尘等的影响也越来越敏感(例如硬磁盘就不得不放在无尘的密封盒里，而光盘也经常会被细小的灰尘等划伤)，此外这种减小必然也会给读取它上面的信号带来越来越大的困难，例如硬磁盘的磁头与磁盘间的距离变得越来越小，光盘也因为凹坑的宽度和螺距的减小而必须减小读取它的激光波长，并且光盘机也因此对外界的振动越来越敏感，读错数字信号的可能性也越来越大；而现有的各种压缩软件(例如MPEG、ARJ等)也根本不可能提高信息记录介质单位面积上的信号记录单元的“数量”。同时，为了加快这些信息记录介质重放数字信息的速率，又提高了它们的转动速度，例如提高硬盘和光盘的转速，然而单纯提高转速不仅要消耗大得多的转动能量，增加转动机械的发热量，而且还有一个硬盘、光盘的动平衡问题存在，……所有这些因素都限制了现有的信息记录介质单位面积上所能够记录的数字信息量和信息重放的速率。

现有的数字通信中，以载波的强度与振幅(或者频率、相位、偏振等)的两种变化来分别代表“1”和“0”这两种二进制数字(例如以载波强度的极大值代表“1”，极小值代表“0”等)；但是，无论用载波的什么物理量的变化来代表数字信号，它的每一次变化一般只能代表“一个”bit的二进制数字(虽然现在有一种多相调相和QAM调制的数字通信方法，一个脉冲可以代表二、三个bit的数字信号，然而其数量也是十分有限的，而且多相调制的相数越多，误码率也越高；现有的光纤通信中虽然有一种波分复用技术，但也只能在一根光纤中同时使用“几种”不同波长的光，其应用的光谱也仅限于1.0-1.7μm的有限的红外光范围)；因此尽管用于现代通信中的载波频率越来越向高频发展，例如从无线电波向微波甚至向光波发展，但是对于信息的高速传输，特别是近年来日益发展的信息高速公路等用途来说，其传输的速率还是远远不够的；例如现有的Internet网中一般的数据传输速率为64Kbps(每秒传输64千个bit)，这种速率对于多媒体数据传输来说是很不理想的，即使花费巨资租用的E1线路也只有2Mbps的数据传输速率。现代的数字微波和数字卫星通信虽然用超高频的微波，然而它们也只能同时传输十几路电视和几千路电话，而且微波通信和卫星通信所使用的频段也越来越拥挤；现代的电子计算机和其他电子设备中也存在着需要将各种数字信号在它们内部(例如计算机中的CPU与内存、硬盘、显示器、打印机等各部分之间)高速传输的问题；……总而言之，随着信息技术的飞速发展，迫切需要大大地提高数字通信中信息的传输速率，以适应信息高速公路和宽带综合业务数字网等发展的需要。

本发明的目的是：创造一种用“一组”包括“多个”bit的数字信号控制的开关群来调制一个超宽光谱带的脉冲光色散后的光谱带中不同的波长部分，从而使这“一个”脉冲光“同时”代表远远多于1的“多个”bit的二进制数字信号的方法。并且根据这方法开发一种能够在信息记录介质同样的单位面积上记录比现有的各种方法多许多倍的数字信息的超大容量的数字信息记录和重放装置。

同时，本发明的目的还有：根据上述的方法开发一种比任何其他的一个脉冲只能代表一个(或者最多两三个)bit的数字信号的通信装置(例如现有的数字微波通信、数字卫星通信和数字光纤通信等装置)的通信速度快许多倍的“一个”脉冲可以代表“多个”bit的数字信号的数字通信装置。

当然本发明的这两种功能也可以同时起作用，从而开发一种在发射或者接收数字信息的同时也能够记录即存储这些参与通信的数字信息的装置。

本发明的原理与现有的任何一种数字信息记录装置和数字通信装置的原理完全不同，其本质是：利用光的色散原理将“一个”脉冲(包括红外光、可见光和紫外光的广义的)白光或者(同时使用多种类型的激光器发出的分布在上述光谱范围内的包括多根谱线的混合)脉冲激光色散成一条光谱带，将需要传输或(和)记录的数字信号分成若干“组”，每组中都包括相同数量的远远大于1的N个bit的二进制数字信号(例如：1100110100100110等)，用“一组”中的N个bit的数字信号去控制位于这条光谱带上的一个开关群中的N个开关，这N个开关根据这组数字信号中的N个“1”和“0”这两种信号来分别控制这条光谱带上的N种不同波长光的通过与否，并且假定“任何”一种波长的光通过控制它的开关的状态代表二进制数字“1”，不能通过控制它的开关的状态代表二进制数字“0”(当然反之也可以)；这就是用“一组”数字信号对这“一个”脉冲光色散的光谱带进行调制的过程。一组数字信号调制过一个脉冲光色散的光谱带后，下一组数字信号再去调制下一次脉冲光色散的光谱带，如此重复不止。将这些经调制后载有数字信息的光谱带会聚起来使彩色信息记录介质上的一个个点曝光，经显影定影后这介质上的“每一个不同颜色的彩色点”就都分别记录下了N个bit的数字信号；会聚一束与上述的白光或多谱线激光光谱性质相同的光去照射这些点，并将它们发出的光色散到一个接收屏上，根据这屏上重新出现的光谱带上的N条互相间隔的有色亮线(不论什么颜色的有色亮线均代表“1”)和黑线(均代表“0”)的位置和数量来读出(即解调)每个点所“同时”代表的N个bit的数字信号；根据上述原理就可以开发出一种光数字信息记录与重放装置。也可以将这些载有数字信息的一个个脉冲光会聚起来发送到信号接收端，根据其色散后光谱带上亮线和黑线的位置和数量来读出(即解调)每一个脉冲光所“同时”代表的N个bit的数字信号；根据这原理就可以开发出一种光数字通信装置。当然也可以开发出一种既能进行数字通信又能“同时”记录这些参与通信的数字信息的装置。

下面参见示意图一来说明本发明的原理：图一中2为一光源，假设它发出只包括红、绿、蓝三种颜色的一系列脉冲光，用会聚反射镜1将这些脉冲光通过一个狭缝3后射到一个棱镜或者光栅4上，根据光的色散原理，这束光就被色散开来(注：光束通过狭缝后，一般来说还应该通过一个准光物镜使它变成平行光后再射到棱镜或者光栅上，并且光束通过棱镜或者光栅色散后一般来说也应该再通过一个摄谱物镜将这些分布在不同方向上的各种波长的平行光会聚于焦面上，以利于获得其光谱；但本图只是介绍原理的“示意图”，为了说明清楚并避免误解起见，就将这几只透镜或反射镜省略不画了；但在具体实施的时候，根据实际需要还是可以加上这几只透镜或者反射镜的；下同。)于是在屏6上就出现了一条包括红绿蓝三种颜色的光谱带；假设屏6是半透明的，就将透过它的部分光用特殊透镜或特殊反射镜7将已经沿水平方向发散开来的光谱带再沿水平方向会聚到点8，显然，由于会聚点8上也拥有红绿蓝这三种颜色，那么放在这点的第二个棱镜或光栅9将这束光再次色散后在屏10上也“必然”会出现与屏6上“完全相同”的包括红绿蓝三种颜色的光谱带。

假设在光线从棱镜或光栅4到屏6的途中有一个包括三个开关A、B、C的开关群5，开关A、B、C可以分别控制红、绿、蓝三种颜色光的通过与否；当某个开关打开时，就会使它所控制的颜色“同时”出现在屏6、会聚点8和屏10上。例如开关A打开时，这三处就会同时出现红色；开关A、B都打开时，这三处就会同时拥有红绿两色，此时这两个屏上就会同时出现红绿两色，而会聚点8上会因为红绿两色的共同作用而出现一种表观色：黄色。开关A、C都打开时，这三处就会同时拥有红蓝两色，此时这两个屏上就会同时出现红蓝两色，而会聚点8上会因为红蓝两色的共同作用而出现第二种表观色：红紫色。当开关A、B、C都打开时，这三处就会同时拥有红绿蓝三色，此时这两个屏上就会同时出现红绿蓝三色，而会聚点8上会因为红绿蓝三色的共同作用而出现第三种表观色：白色。当开关A关闭时，这三处就同时缺少了红色，而只剩下绿蓝两色，此时在这两个屏的红色位置上就同时出现了一条黑线，而会聚点8上也因为只有绿蓝两色的共同作用而出现第四种表观色：青色。……(由于会聚点8上出现的这些表观色都是由红绿蓝这三种颜色以各种不同的方式组合而成的，因此对于所有这些不同的组合，会聚点8上出现的所有表观色都将是“完全不同”的！)，假定屏6、屏10的红绿蓝三种颜色位置上的任何一处出现亮线代表该处为二进制数字中的“1”状态，而出现黑线则代表该处为二进制数字中的“0”状态(当然反之也可以)；那么就可以用这两个屏上的三种颜色位置上光线的有无或者说三种颜色位置上是有色亮线或黑线的情况来“同时”代表“三个”bit的二进制数字了(它们共有八种不同的组合)。

上述的三个开关的各种状态与它们在屏6、屏10和会聚点8上的作用结果参见表一：

                                表一

红光开关A	绿光开关B	蓝光开关C	屏6，会聚点8，屏10″同时″拥有的颜色	会聚点8上的表观颜色	屏6，会聚点8，屏10所″同时″代表的三个二进制数字
								打开	打开	打开	都拥有三种颜色	白色	1	1	1
打开	关闭	关闭	都只拥有红颜色	红色	1	0	0
								打开	打开	关闭	都拥有红绿两色	黄色	1	1	0
打开	关闭	打开	都拥有红蓝两色	红紫色	1	0	1
								关闭	打开	关闭	都只拥有绿颜色	绿色	0	1	0
关闭	打开	打开	都拥有绿蓝两色	青色	0	1	1
								关闭	关闭	打开	都只拥有蓝颜色	蓝色	0	0	1
关闭	关闭	关闭	三种颜色都没有	黑色	0	0	0

由于会聚点8上拥有屏6上的“所有”颜色，因此虽然会聚点8上会出现各种不同的表观色，然而所有这些表观色都是由与屏6上出现的“完全相同”的“所有”颜色所组成的，那么所有这些表观色被再次色散以后，在“任何”一个屏上都必然会重新出现组成它们的与屏6上“完全相同”的各种颜色(例如在这屏上出现红或绿或蓝色，或出现红蓝两色，甚至同时出现红绿蓝三色等)；由此可见：会聚点8上所有这些不同的表观色也“同时”代表着与屏6中“完全相同”的三个二进制数字(它们同样也有八种不同的组合)：从屏10上出现的会聚点8“本身”的光谱与屏6上的光谱完全相同也证明了这一点。

需要传输或(和)记录的数字信号每三个一组，通过控制开关群5中的A、B、C三个开关来调制一个脉冲光色散后的光谱带，一组数字信号调制完一个脉冲光后，再用下一组数字信号来调制下一次脉冲光色散后的光谱带，……如此连续不断。

根据上述的原理就可以开发出一种光数字信息记录和重放装置，其工作原理与图一中的相似：这装置没有图一中的屏6、棱镜或光栅9和屏10，光源2发出的每一个脉冲光经反射镜1反射而通过狭缝3(根据需要再通过一个准光物镜)和棱镜或光栅4后(根据需要再通过一个摄谱物镜后)再通过开关群5的调制而由特殊透镜或特殊反射镜7会聚到点8，从而使位于这点上的彩色信息记录介质上的一个点曝光，下一次脉冲再使其相邻的点曝光，……将这彩色信息记录介质显影定影后，它的上面就会出现许多个不同表观色的光点；如前所述：这每一个光点都将“同时”代表着“三个”bit的二进制数字信号。

在这装置中，读取介质上的数字信号的方法也如前所述：会聚一束与图一中光源2的发光光谱性质相同的光源的光去照射介质上的一个点，并用棱镜或光栅对这点发出的光进行色散；如前所述：由于这些点的各种不同的表观色都是由红绿蓝三种颜色中的一种、两种或者三种组成的，因此它们发出的光经色散以后也必然会出现红绿蓝中的一种、两种或者三种颜色；根据色散原理和表一可知：当某点的表观色为白色时它就会在接收屏上色散为红绿蓝三色，这就代表着1、1、1三个数；当某点的表观色为红色时色散后接收屏上的红光位置上就有红光而绿、蓝光的位置上必然是黑的，这就代表1、0、0三个数，……由此类推：无论任何一点出现表一中的任何一种表观色，接收屏上也必然会出现相应的一条、两条或者三条彩色谱线(或者说出现两条、一条黑线或者没有黑线)，它们就分别“同时”代表着“三个”bit的二进制数字(如前所述，它们共有八种组合)，这样就可以根据接收屏上出现的不同谱线来读取(即解调)每一个彩色光点所同时代表的三个bit的二进制数字信号了。

在根据本发明的原理开发的光通信装置中，也没有图一中的屏6、棱镜或光栅9和屏10，光源2发出的每一个脉冲光经反射镜1反射而通过狭缝3(根据需要再通过一个准光物镜)和棱镜或光栅4后(根据需要再通过一个摄谱物镜后)通过开关群5的调制而由特殊透镜或特殊反射镜7会聚到一个由透镜(组)、反射镜(组)或者透镜与反射镜(组)结合而成的光学天线上扩束后沿空中发射出去而用于光的无线通信：当然也可以将这光束会聚(即耦合)到光导纤维的一端使其沿光纤发射出去而用于光的有线通信。

在这装置中，读取接收到的每一个脉冲光中的数字信号的原理也如前所述：将从光学接收天线或光纤接收端收到的脉冲光会聚到棱镜或光栅上进行色散，在接收屏上就会出现一条光谱带，参见表一可知：当光谱带上出现红绿蓝三色时，就代表着1、1、1三个数；当光谱带上有红光而绿、蓝光的位置上是黑的时候就代表1、0、0三个数，……根据光谱带上各种颜色光的有无和位置就可以读取(即解调)每个脉冲光所“同时”代表的“三个”bit的数字信号了。需要传输的一组组信号不断地调制一个个脉冲光，不断地重复发射、接收与解调的过程，于是这些数字信号就源源不断地传输到接收方去了。

从上述的包括三种颜色的“一个”脉冲光就可以“同时”代表“三个”bit的二进制数字信号的原理很容易推广到包括“无数种颜色”(即包括红外光、可见光和紫外光)的“连续”光谱区：原理示意图二中12为一光源，它发出包括红外、可见和紫外光的连续光谱的(广义的)白光，或者是同时使用多种类型的激光器发出的分布在上述光谱区域内的有多根谱线的混合脉冲激光；用会聚反射镜11将光源12的光通过狭缝13后通过一个总开关14(总开关14可以使光源发出的连续光变成脉冲光，如果光源12用的是脉冲激光，那么就不一定需要这开关了)射到一个棱镜或者光栅15上(如前所述：因为本图只是原理“示意图”，为了简单明了的说清楚原理并且避免混淆误解起见，就将几只准光物镜和摄谱物镜省略不画了；但在具体实施的时候，根据实际需要还是可以加上这几只准光和摄谱透镜或反射镜的)，根据光的色散原理，这束光就被分解开来，于是在屏17上就出现了一条包括红外、可见和紫外光的连续光谱(或者是分布在上述光谱区域内的包括多根谱线的激光光谱)，其波长范围从λ₀到λ_M，假设屏17是半透明的，就将透过它的光再次用特殊透镜或特殊反射镜(组)18会聚到点19，那么会聚点19处也必然拥有从λ₀到λ_M的“所有”波长的颜色，于是放在这个点处的第二个棱镜或者光栅20将这光再次色散后在屏21上也“必然”会出现与屏17上“完全相同”的广义白光或者包括多条谱线的激光光谱。

假设在光线从棱镜或光栅15到屏17的途中有一个由N(N＞＞1)个“紧密”地排列在一起的开关组成的开关群16，每个开关都可以分别控制一条很窄的波长范围内的谱线的通过与否；当开关D打开时，从λ₀到λ₁波长范围内的光就可以通过开关D而“同时”出现在屏17、会聚点19和屏21上，当相邻的开关E关闭时，从λ₁到λ₂波长范围内的光就被它遮住而不能到达屏17、会聚点19和屏21上，于是在屏17和屏21上就相应地出现了一条黑谱线，这黑线的宽度必然精确地对应于从λ₁到λ₂的波长范围；与此同时，会聚点19上也必然缺少了从λ₁到λ₂波长范围内的光，……由此类推：当任何一个开关打开的时候，在屏17、会聚点19和屏21上都会“同时”拥有它所控制的颜色，而当任何一个开关关闭的时候，在这三处上也必然“同时”缺少它所控制的颜色。总之，无论各开关怎样动作，在屏17和屏21上都会“同时”出现“完全相同”的由一系列明暗相同的颜色不同的亮线和黑线所组成的光谱带；假定任何一开关打开而使屏19和屏21上的任何一处出现(无论什么颜色的)亮线代表该处为二进制数字中的“1”状态，而任何一开关关闭使这两个屏上任何一处出现黑线则代表该处为二进制数字中的“0”状态(当然反之也可以)；于是就可以用这两个屏上的N条亮线和黑线来“同时”代表N个bit的二进制数字了。

如前所述：会聚点19上也会出现各种不同颜色的“表观色”，但是这些表观色都是由屏17上出现的“所有”颜色以各种方式组合而成的，因此对于所有这些不同的组合，会聚点19上出现的“所有”各种表观色都将是“完全不同”的！更重要的是：由于会聚点19上拥有屏17上的“所有”颜色，因此会聚点19上所有可能出现的表观色被再次色散后，在“任何”一个屏上必然会重新出现组成它们的与屏17上“完全相同”的各种颜色；由此可见：会聚点19上所有这些不同的表观色也“同时”代表着与屏17上“完全相同”的N个bit的二进制数字信号；从屏21上出现的会聚点19“本身”的光谱带与屏17上的光谱带完全相同也证明了这一点。

需要传输或(和)记录的数字信号分成若干组，每组包括N个bit的数字信号，一组中的N个bit的数字信号通过控制开关群16中的N个开关来调制这脉冲光色散后的光谱带；一组数字信号调制完一个脉冲光色散的光谱带后，再用下一组数字信号调制下一次脉冲光色散后的光谱带，如此连续不断。

根据上述的原理就可以开发出一种光数字信息记录和重放装置，其工作原理与上述的相似：这装置中没有图二中的屏17、棱镜或光栅20、屏21；光源12发出的光经反射镜11反射而通过狭缝13、总开关14(根据需要再通过一个准光物镜)和棱镜或光栅15后(根据需要再通过一个摄谱物镜后)再经开关群16的调制而由特殊透镜或特殊反射镜18会聚到点19，从而使位于这点上的彩色信息记录介质上的一个点曝光，下一次脉冲再使其相邻的点曝光，……当这彩色信息记录介质经显影定影后，它的上面就会出现许多个有不同表观色的光点，如前所述：这每一个光点都将“同时”代表着N个bit的数字信号。

在这装置中，读取介质上的数字信息的方法也如前所述：会聚一束与图二中光源12的光谱性质相同的白光或者是包括多条谱线的激光去照射彩色信息记录介质上的一个个彩色点，并将它们发出的光会聚到棱镜或者光栅上进行色散，于是在接收屏上就会出现与记录这些点上的数字信息时的光谱带完全相同的由一系列颜色不同的明暗相间的亮线和黑线所组成的光谱带，根据这光谱带上各个亮线和黑线的数量和排列位置就可以读取(即解调)每“一个”点所“同时”代表的N个bit的二进制数字了。

在根据本发明的原理开发的光通信装置中，同样没有图二中的屏17、棱镜或光栅20、屏21；光源12发出的光经反射镜11反射而通过狭缝13、总开关14(根据需要再通过一个准光物镜)和棱镜或光栅15后(根据需要再通过一个摄谱物镜后)再经开关群16的调制而由特殊透镜或特殊反射镜18会聚到一个由透镜(组)、反射镜(组)或者透镜与反射镜(组)结合成的光学天线上扩束后沿空中发射出去而用于光的无线通信；当然也可以将这光束会聚(即耦合)到光导纤维的一端发射出去而用于光的有线通信。

在这装置中，读取(即解调)接收到的每一个脉冲光中的数字信号的原理也如前所述：将从光学接收天线或者光纤接收端收到的脉冲光会聚到棱镜或者光栅上进行色散，那么在接收屏上就会出现与发射之前经调制后的光谱带完全相同的由一系列明暗相间的颜色不同的亮线和黑线所组成的光谱带，根据这光谱带上各个亮线和黑线的数量和排列位置就可以读取(即解调)每“一个”脉冲光所“同时”代表的N个bit的二进制数字了。需要传输的一组组N个bit的数字信号不断地调制一个个脉冲光，不断地重复上述的发射、接收与解调的过程，于是这些数字信号就源源不断地传输到接收方去了。

当然也可以用本发明的方法开发一种在发射或者接收脉冲光的同时也能够记录它们所包括的数字信息的装置；其原理是：用一个半透反射镜将发射或者接收的一部分光反射后会聚到上述的彩色信息记录介质的一个个点上使它们曝光，于是在发射或者接收这些数字信息的同时就可以记录它们了。

本发明还可以利用彩色显示器开发一种既可以记录又可以多次改写(数字)信号的随机存储器，其原理是：用原始数字信号调制彩色显示器中各点的红绿蓝三色光的有无和光强比例，根据色度学中三原色相加混色可以仿造出各种颜色的原理，使这三色经适当的配比后在荧光屏上形成各种不同颜色的点；用可以作扫描运动的透镜(组)来会聚荧光屏上的各个点，并使这些点的光通过棱镜或光栅色散成光谱带后来读取(即解调)每个点所代表的许多个bit的数字信号；当原始数字信号不变时，荧光屏上的每个点就都保持原来的颜色，于是读取到的各个点的数字信号也不变；当这屏上某些区域内表示的原始数据需要改变时，原始数字信号扫描到这些区域时就改变原来的三色的光强比例，从而使这些区域上各点的颜色作相应的改变，当然这时候使用上述的色散方法读出来的这些点的数字信号也因此而改变了，于是就形成一种既可以读又可以多次改写的超大容量的数字信息随机存储器了。

如果有一种既可以记录又可以重写彩色光点的彩色信息记录介质，那么就可以根据本发明的原理制成一种超大容量的随机存储器了。

由于本发明中的光谱完全不需要“人眼”来识别，因此本发明中使用的光既可以包括对于人眼来说的“可见光”，也可以包括红外、紫外等“不可见光”，由于使用的光的谱线范围宽，那么“一个”脉冲光中可以“同时”包括的bit数就很多了。

本发明最重要的优点是：一个脉冲光可以“同时”代表成千上万个bit的二进制数字，这样就可以极大地提高记录这些脉冲光的彩色信息记录介质“单位面积”上的数据信息量和读取这介质上的数据信息的速率；也可以极大地提高利用这些脉冲光来进行光通信的速度。

可以估计一下“一个”脉冲所能够“同时”代表的bit数：一束广义的白光可以包括近400毫微米波长范围的可见光和比之波长范围更广的红外与紫外光，现代各种类型的激光器能发出的光谱范围比这更加宽；而棱镜或者光栅将这波长范围内的白光或多谱线激光色散成一条50cm宽的光谱带并不困难。如果能在每mm上做出2个开关(现代的全息光栅可以做到每mm刻6000条线)，那么在这50cm宽的长度上就可以做1000个开关，于是N数就为1000了；更重要的是随着技术的进步这个N数的增长是没有止境的！

对于信息记录来说，由于每一组N个bit的数字信号中的“1”和“0”的数量与排列方式一般来说都与下一组中的不同，因此经它们调制后的每一个脉冲光的光谱性质都不同，于是在信息记录介质上(经显影定影后)的每个彩色点都会因为其“表观色”不同而可以和周围其他的彩色点区别开来(普通数字信息记录介质中各个数字记录单元之间是没有区别的，例如光盘上的各个凹坑的形状都是一样的，因此光盘上螺旋线状的各凹坑之间就必须有一段“螺距”，否则就会使记录的信号混淆)，因此各个彩色点就不需要象普通光盘上的各圈凹坑那样必须有一定的间隔和螺距，而是可以“紧紧”地靠在一起；此外，彩色胶片单位面积上的像素的数量也要比现代磁盘、光盘等介质单位面积上的信息记录单元多许多倍(特别是所谓慢速胶片的分辨率更高)，再加上上述的N可以做到1000以上；由于这三个因素的共同作用，就使得本发明的信息记录介质单位面积上可以记录的数字信息量是普通方法的几千甚至几万倍以上了！那么，这些介质在单位时间内的数字信息输出量也就是普通介质的几千甚至几万倍以上了！

同样，根据上述的估算，在每秒钟脉冲光重复率相同的情况下，本发明在(数字)通信中的信息传输速度就是现有方法的一千倍！

在上述的两类应用中，如果再利用各种压缩技术来压缩数字信息，那么本发明就可以使信息记录介质单位面积上的信息存储量提高到几十万倍！使光数字通信的速度提高到十几万倍！同样，随着技术的进步这两类发展也是没有止境的！

现有的数字信息记录介质(例如CD、VCD、DVD光盘)中，由于每一个凹坑只能记录“一个”bit的数码，因此就必须将PCM信号变成CIRC交叉交织纠错编码，分成许多段后再加上次序序号、播放时间、同步信号、控制信号、声道识别信号等码后分配在各个帧里，每帧里还要加上附加信息，再用EFM方式将8位码变成14位码；所有的这些措施是为了避免码中长“1”长“0”的出现，以利于识别信号，减少误码等；但是将PCM信号进行这些变换后再叠加上各种码元会增加记录和重放设备的复杂性，而且增加的这些码都占用了相当一部分的码元比例，从而降低了介质单位面积上的“PCM信号”的信息量，但若不这样又会使误码增大。

相比较而言，本发明的信息记录介质上“不断”周期性出现的光点(普通光盘中的凹坑是时断时续的)“本身”就可以用来代替“时间、位、帧”等同步信号码。第二，一个光点可以“同时”代表一帧或几帧中的几千个bit的“全部”信号码，因此就可以取消帧里的附加信息。第三，如前所述：图一中的会聚点8上和图二中的会聚点19上出现的所有表观色都是“完全不同”的！那么就必然可以用彩色信息记录介质来记录“所有”这些“不同”的表观色；特别是当一个脉冲中的N个bit全是“1”时，介质上就出现白色，而N个bit全是“0”时，介质上就出现黑色；脉冲中的N个bit包括长“1”(例如1111111111111110等)或长“0”(例如10000000000000000等)时，介质上也会出现各种“不同”的颜色，因此彩色信息记录介质就可以“准确地”记录全“1”或全“0”、长“1”或长“0”这些在普通数字信息记录介质中禁止使用的“禁码”了，这样就扩大了可以利用的码型“种类”：因为这三个原因，就可以取消“次序序号、同步信号、控制信号、附加的CIRC纠错码”等码了，也不需要再用EFM方式将8位码变成14位了，这不仅可以使本发明的数字信息记录介质单位面积上的PCM信号的密度比普通介质更加有所提高，而且本发明的数字记录和重放装置也因此几乎不需要码型变换和附加码就可以记录和重放PCM信号了，这就使本发明的这装置较普通装置的结构简化，成本下降、体积减小，可靠性提高！

本发明的数字信息记录和重放装置的应用前景是非常广阔的：可以制成一种超大容量的光数字存储器，存储信息的介质可以做成矩形的“光卡”或者圆盘形的“光盘”等，这些光卡或者光盘可以代替现有的各种磁卡、IC卡、磁带、磁盘等而用于银行、电信、人员身份识别等用途；它们也可以在数码照相机和数字式摄像机中记录静止或者活动图像以及声音等；它们还可以代替现有的各种CD、VCD、DVD光盘来记录声音、静止或者活动图像和计算机文件等。由于它们的信息存储量极大，因此本发明的一张光卡或者光盘就可以代替几十万甚至上百万件的普通磁卡、磁盘和磁带，代替上千张普通光盘等，从而极大地减少记录“一定信息总量”的介质的体积、重量和占地面积等；其用途也必将比各种现有的数字信息记录介质的广泛得多。由于它们记录的信息密度极高，并且如上所述它们还去除了许多“附加码”，因此它们重放信息的速度也将比现有的各种磁盘、磁带、光盘等高几个数量级！

由于这些光卡和光盘读取数据时光束与它们是非接触的，因此就没有机械磨损，而且它们上面的光点的颜色也可以保持多年不褪色，这两点都极大地延长了它们的寿命。由于这些光卡和光盘都是只读的，因此它们就不可能被任何人为的非法修改；更重要的是，由于它们不是用磁介质来记录信息，因此任何对于磁介质有巨大破坏作用强磁场(例如核爆炸引起的超强电磁场等)对它们也毫无破坏作用了；这些特点对于政治、经济、军事、科研、金融、银行等要害部门的重要数据的长期保存特别重要！

在电子计算机中，可以用记录了各种基础软件和应用软件的这种光卡和光盘来代替普通的硬盘进行各种基本的计算机操作，而现有的硬磁盘就只需要用来记录用户文件，这就使得用户“自己”可以记录的文件的容量极大地增加了。如果需要还可以将一个经过多次修改的用户文件“多次”记录在光卡或光盘的不同的区域上(现有的硬磁盘由于容量有限，而不得不将一个经过多次修改的文件记录在磁盘的“同一个”区域，用修改后的文件覆盖掉前面的同一个文件，永远只能存储最后一次修改的文件)，这样就可以忠实地反映出文件的每一次修改的历史了。光卡和光盘当然也可以用来代替现有计算机使用的磁带(机)来备份数据。在计算机中当然也可以使用上述的利用显示器做成的既可以记录又可以多次改写(数字)信号的随机存储器来代替内存来进行计算机运算。由于光卡和光盘记录的信息是只读的，因此它们就根本不怕任何“计算机病毒”和人为的误操作等因素造成的数据破坏了。而且因为它们的信息记录密度比硬盘、磁盘和磁带等高得多，因此其数据输出的速率也就比它们高得多，这样就可以大大地提高计算机的运算速度！此外，如上所述用这种光卡和光盘来代替磁带备份数据不仅更加安全而且还可以极大地减少计算机的外存储器的体积、重量、占地面积和成本等。

现有的有线(例如光纤、电缆)或无线(例如微波、卫星)数字通信中，需要将PCM信号变成、AMI码”或“HDB₃码”、“扰码”、“mBnB码”等码，还需要将“位同步码”、“帧同步码”、“起止码”、“插入比特码”、“信令码”、“奇隅校检码”等各种码叠加在这些码上，以保持传输的同步，提供误码监测能力，减少高低频分量，避免长“1”或长“0”的出现，以利于线路传输等。但是将PCM码进行变换后再叠加上述的各种码会增加发送和接收双方设备的复杂性，而且所有叠加的码都占用了相当一部分的码元比例，从而降低了PCM信号的传输速率；但若不这样做又会使传输质量下降，误码率增大。

相比较而言，本发明的通信装置中“不断”地周期性出现的脉冲(普通数字光纤通信中的光脉冲是时断时续的)“本身”就可以用来代替“时间、位、帧”等同步信号。第二，由于一个脉冲光可以“同时”代表成千上万个bit的数字，这就好象将“一条”信道不增加任何信道和投资就变成了成千上万条“并行”的信道，因此就不需要“起”、“止”等同步码了；而且这一个脉冲还可以同时传输一个或几个帧中的成千上万个bit的“全部”信号码。第三，在普通数字通信特别是在数字光纤通信中用有光来代表“1”，无光代表“0”，那么对于过长的“1”或过长的“0”就会因为信号的提取发生困难而不能传输它们；而本发明的通信装置中“不断”地有脉冲光出现，更重要的是：对于一个脉冲光中的N个bit的“1”和“0”的“任何”一种不同组合，其色散光谱带上亮线和黑线的数量和排列位置都“不同”，因此一个脉冲包括的N个bit中的“1”和“0”的数量“比例”是“没有限制”的！那么这N个bit中就完全可以包括全“1”或全“0”、长“1”(例如1111111111111110等)或长“0”(例如1000000000000000等)这些在普通数字通信中禁止使用的禁码了，这样就增大了码型利用率，同时也就不需要加上“扰码”、“奇隅校检码”、“插入比特码”等码了，由于大大地减少了上述的各种码，就提高了数据传输效率。由于这三个原因，本发明的通信装置几乎不需要码型变换就可以传输PCM信号了，同样接收端也几乎不需要将接收的码经过变换就能恢复成PCM信号了，所有这些因素不仅可以使本发明的通信装置的信息传输速度比现有的各种数字通信装置的高若干倍，而且使本发明的装置结构简单，成本下降，体积减小，可靠性提高。上述这些优点对于本发明的无线和有线通信来说都是共同的！

现有的通信网中除了专线以外，绝大多数用户都必须通过公共网中的若干个节点上的交换机和路由器经过多次交换以后才能够将信息传输给对方；交换机必须先将数据分成一组组的，再在各组前加上标题，收、发方地址与分组序号，并且暂时存储起来，与此同时还要根据通信网的状态选择空闲的路由，给每个分组选择不同的路由后才能将各组信号发送出去；接收方的交换机还必须将收到的信号按分组次序重新排列整齐，最后才能将数据送到用户的终端设备上。由于各节点的交换机和路由器的存储器容量和传输速度是有限的，因此还必须对用户的终端设备和网路间的数据传输量加以控制，防止数据流超过节点的存储容量和处理能力而发生阻塞甚至死锁现象，以提高节点的吞吐能力与可靠性。

相比较而言，本发明的通信装置中的一个脉冲就可以传输多个bit的数字信号，因此传输一定量的信息所需要的“脉冲数”和它们通过节点所需要的“时间”就只有普通方法的若干分之一。第二，由于一个脉冲可以代表一帧或几帧中的成千上万个bit的“全部”数字信息，因此对于短的信息就不需要分组了，对于长的信息分组的数量也只有普通方法的若干分之一，需要加的各种码也减少了许多。第三，如前所述：由于几乎不需要在PCM信号里加上“时间、位同步码、帧同步码、起止码、插入比特码、扰码、信令码、奇隅校检码”等码，以及可以使用全“1”或全“0”、长“1”或长“0”的普通数字通信中的禁码，从而提高了数据传输的效率。第四，由于网络中数据传输的速度极大地加快而使各路由的繁忙程度大为缓解，因此发送方的交换机也就不需要将(分组或不分组后的)数据沿“许多不同”的路由而是可以沿“一两条最近”的路由发送出去了，这不仅加快了信息传输的速度，而且也使接收方的交换机只需要较短时间的简单操作就能够将各组信号恢复成原来的次序后发送给用户了。由于这四个因素就大大地简化了各交换机和路由器的复杂程度，减少了它们的工作量和存储器容量，也因此而放松了对用户发送数据流的速率等的限制，大大地提高了各节点的吞吐能力与可靠性，非常有效地防止了阻塞的发生，最终必然使通信网的通信速度、通信能力和通信质量极大地提高。

此外，如前所述：由于本发明的光通信装置中信息传输的速率是普通方法的若干倍，因此传输一定信息量的数据所需要的“时间”和“脉冲数”就是普通方法的若干分之一，而数据传输中的误码往往与传输的“码数”和传输“时间”成正比，因此这两个因素都使本发明在(有线和无线)光通信传输中的数据“误码率”也只有普通方法的若干分之一。

关于本发明在无线通信中的应用问题：第一，地球大气对于可见光、紫外光及“部分”红外光波段都是透明的(后者即所谓的大气窗口)，大气绝不会“单独”吸收上述波长范围内的某一条或某几条光谱线，因此即使上述波长范围内的光在大气传输中会因为大气散射、抖动等因素的影响而使其强度降低，但在大气中传输后其光谱中也绝对不会凭空地增加或减少一条或几条谱线，那么由其光谱中波长不同的各条亮线和黑线所代表的数字信号就都“不会改变”。第二，可以用提高发射光(特别是激光)脉冲功率的方法来减少信号在大气中的传输损失，从而增加传输的距离(人类早就向几十公里远的云层、几百公里远的卫星、甚至几十万公里远的月球发射激光用来测距等，可见利用激光来进行远距离传输是可行的)。第三，本发明中使用的数字信号本身的抗干扰能力就很强。第四，由于光波的波长比微波等短得多，因此只要有一个孔径不大的光学天线就可以使光束的发散角很小，而且也只要在光学天线上加一个遮光罩就可以挡住各种杂散光的干扰了。第五，因为本发明的通信装置传输同样内容的数字信息所需要的时间比普通方法短得多，这样就可以利用恶劣气候中短暂的好天气而将信息超高速地发送出去。由于这五个因素的存在，因此本发明的光通信装置用在大气中传输数字信息是可行的。

本发明的无线光数字通信装置更适合用于(建立在高山或高塔上的)地面站与地面站之间，地面站与飞行器(例如飞机、飞艇、宇宙飞船等)、地面站与卫星、飞行器与飞行器、飞行器与卫星、卫星与卫星之间，甚至是太空星际之间的通信，……由于高空空气稀薄，对于光的传输损失极小，而在太空则完全没有光的传输损失；因此本发明的通信装置用于上述这些区域内不但是可行的，而且其通信质量和通信速度也必然比其他通信方法高得多。

并且，第一，因为本发明的光通信装置中使用的光束比较狭窄，其光束(特别是激光束)的发散要比无线电波和微波等小得多(而且还可以用一个简单的遮光罩来进一步减少光的发散和各种杂散光的干扰)，因此在光束之外信号就极弱，很难监听。第二，因为本发明中使用的光载波的频率即带宽比无线电波等高得多，可以“同时”容纳的数字信号也比无线电波和微波等多得多。第三，更是因为本发明中的每一个脉冲都可以“同时”包括多个bit的数字信号。这第二、三两点都使得用无线电通信要花费很长的时间才能够传输完的信息用本发明可以在极短的时间内传输完，因此就来不及被监听或者干扰。第四，因为数字通信本身就具有容易加密和保密性好、抗干扰能力强的特点。由于这四个因素的共同作用就使得本发明更适用于在上述的大气和高空、太空区域中进行数字信号的超高速保密通信。

如前所述：本发明的光纤通信装置中由于“不断”地有周期性的脉冲光出现而不需要各种同步码，一个脉冲光可以“同时”代表一或几个帧中的“全部”信息，可以传输长“1”长“0”的禁码，不需要“扰码、奇隅校检、插入比特”等码，几乎不需要码型变换就可以发送和恢复PCM信号，传输同样信息所需要的码数和时间是普通方法的若干分之一，可以通过提高光功率的方法来减少光在光纤中的传输损耗……所有这些因素都使本发明的光纤通信装置的信息传输速度比普通光纤通信的高若干倍，使本发明的装置结构简化，成本和体积减小，可靠性提高，通信能力和通信质量、保密性等也极大地提高！

本发明的这种光纤通信装置的用途是广义的，它不仅可以用于成百上千公里的长距离通信，也可以用这种超高速光纤通信装置来代替现有的电子计算机或者任何其他电子设备中用于传输数字信号的电缆进行数字通信，从而极大地提高其内部数字通信的速度。

综上所述：本发明的通信装置可以使无线、有线通信的速度和质量极大地提高，她必将为宽带甚至是“超宽带”综合业务数字网和信息高速公路甚至是信息“超高速”公路的开通奠定根本的基础！

实施本发明的数字信息记录与重放装置和光数字通信装置的较好的具体方法有许多种，介绍如下：这两类装置中使用的光源可以是任何一种发出包括红外、可见和紫外光的连续光谱的人工光源(例如白炽灯、囟钨灯、日光灯以及各类汞灯、金属囟化物灯、氙灯或脉冲氙灯等)；也可以用一种特殊的光源，那就是如《国外激光》杂志85年1期第3页说的：“……如果把强光脉冲聚入几CM深的几乎透明的任何液体中，都能产生白光连续谱脉冲，……已成功地产生了80毫微微秒的白光脉冲，在620毫微米波长激发情况下，所产生的连续脉冲从0.19-1.6微米。”即是说将强光脉冲聚入液体中所产生的强白光脉冲也可以用做本发明中的光源。此外，《国外激光》杂志84年9期第15页也说：“翠绿宝石，掺铬绿柱石，通称为绿宝石，在闪光灯、激光脉冲以及连续激光激发下已得到可调谐激光作用，转换效率超过30％，……用作固体材料的绿宝石似乎是已得到激光作用的所有激光材料中光谱带最宽的一个，……(室温下的荧光带宽度是700-800nm)，并能够进行调谐，……还能在可见光和近红外区产生非常短的可调谐高强度微微秒脉冲，……绿宝石作为一种新型宽带可调谐激光器，具有快速Q开关及通过锁模产生超快脉冲的理想特性。”由此可见：由于输出的光谱频带很宽，并且可以有超短脉冲，因此绿宝石激光器也可以作为本发明中的一种光源。除此之外，由于各种类型的激光器可以发出几千条分布在可见、红外和紫外光谱区域内的谱线，因此也可以使用一种或同时使用几种类型的激光器(例如红宝石、YAG、钕玻璃等固体激光器和气体、液体、化学、半导体数光器等，并且根据需要对它们的某些谱线进行倍频)发出的分布在上述光谱区域内的包括尽可能多的谱线的激光来做光源；总而言之：光源的光谱范围应该尽量宽；以便使(经调制后的)一个脉冲光中可以包括尽可能多的数字信号。

上述的光源如果是连续发光的，就用图二中的总开关14控制使它们变成脉冲光，如果是脉冲氙灯或激光等脉冲光源，就不一定需要总开关14了。

这两类装置中的总开关14可以是各类机械开关；或者是利用电光效应(例如克尔效应、普克尔效应、法拉弟效应等)做成的开关，或者是可饱和染料开关等；甚至还可以将这几种开关结合起来使用。用于将光束色散的棱镜或者光栅15的色散本领应该比较大，这样可以在屏上形成比较宽的光谱带，以使这光谱带上的开关群16中分布尽可能多的开关。开关群16中的多个开关也可以采用与总开关14相同的各类开关，当利用克尔效应作这些开关的时候，可以在一个装满能够产生克尔效应的液体(例如硝基苯等)的长槽形容器中放N-1个隔板，使这些液体互相隔绝，以形成N个开关，利用N对信号电缆接在每一个被隔板分开来的N对电极板上，于是每一对电缆就可以分别控制这N个电极板间的电场的产生与消失，从而决定着射来的光谱线的通过与否了；如果各开关在一排中排不下，也可以将它们前后交错排成两排甚至是三排，以调制紧靠在一起的各条谱线。在利用普克尔效应、法拉弟效应、可饱和染料等其他效应来作开关群16的时候，也应该将能够产生上述这些开关效应的N个元件“紧密”地排在一起，如果在一排中排不下，也可以将它们前后交错排成两排甚至是三排，以调制紧靠在一起的各条谱线。当然如果用来调制多条分散的激光光谱线就不一定需要将各开关“紧密”地排列在一起了。

需要传输或(和)记录的各组数字信号应该尽可能高速地调制开关群16中的各个开关，可以让N个bit的信号“同时”(即“并行”)调制开关群16中的N个开关，当然也可以超高速地“依次”调制这N个开关；总之，无论如何都必须使得在总开关14打开或者是光源发出“一个”脉冲光的极短时间内将这N个开关调制完毕；以便下一次脉冲光再及时地被下一组数字信号所控制的N个开关所调制……。

由于光束经图一中的棱镜或光栅4或者图二中的15后已经沿水平方向色散开来，而沿铅直方向几乎没有发散，因此会聚这光束的特殊透镜或特殊反射镜沿水平和铅直方向的曲率就必须是不同的；当然也可以使用两组前后分布的沿水平和铅直方向曲率不同的特殊透镜或特殊反射镜；这两种方法都可以将光束分别沿水平方向和铅直方向以不同的折射率会聚成一束近似于方形断面的光，这样就可以将这束光会聚于介质上而用于数字信息记录，也可以用光学天线将这束光扩束后而用于光通信了。

在本发明的数字信息记录和重放装置中，将调制后的光记录到彩色信息记录介质上的方法有”直接曝光法”：将这光用上述的特殊透镜或特殊反射镜(组)会聚到彩色信息记录介质——矩形“光卡”上的一个点上使它曝光，每曝光完一个点，光卡就沿纵向移动到下一个点的位置上，一排上的所有光点曝光完后再沿横向移动到下一排光点的位置上进行曝光，如此反复不断；……光卡的移动可以通过纵向和横向的步进电机等伺服机构来完成。

直接曝光法也可以用于使另一种彩色信息记录介质——圆盘形的“光盘”上的点曝光，伺服机构不断地移动和转动使各曝光点的运动轨迹成为一条半径不断增大的螺旋线。

如果经调制后的光束在水平方向的宽度太大而难以用上述的特殊透镜或特殊反射镜(组)会聚时，也可以用“间接曝光法”：将调制过的光投射到一个反光屏上，用一架装有光卡的特殊照相机来拍摄这个屏，相机的镜头就是类似于上述的特殊透镜或特殊反射镜(组)，它们都可以将光束分别沿水平和铅直方向以不同的折射率在光卡上会聚成一个近似于方形的极小光点，这相机必须设计成使每个脉冲光都只能让光卡上的“一个”点曝光，每曝光完一个点，光卡就沿纵向移动到下一个点的位置上，一排上的所有光点曝光完后再沿横向移动到下一排光点的位置上进行曝光，如此反复不断；……光卡的移动也可以通过纵向和横向的步进电机等伺服机构来完成。

“间接曝光法”也可以用于光盘，这种特殊照相机的特殊透镜或反射镜(组)也可以将光束分别沿水平和铅直方向以不同的折射率会聚在装在相机中的光盘上，以形成一个近似于方形的极小光点，同样每个脉冲只能使光盘上的“一个”点曝光，伺服机构也应该使各光点走一条半径不断增大的螺旋线。

由于衍射效应，因此光卡、光盘上每个彩色点的边长或直径都应该稍大于本发明中使用的最长的光波长，以便使读取它的光能够会聚到光卡或光盘的微小的点上而读取数字信息。

读取光卡上的信息时，用透镜(组)或反射镜(组)会聚一束与记录光信息时的光源光谱性质相同的光来照射光卡上的一个点，同时纵横向的步进电机等伺服机构使光卡沿纵横向移动，并将点的反射(对于相片)光或者透射(对于正片)光(根据需要再通过一个望远镜放大后)用棱镜或者光栅色散后用于读取每个点所包含的多个数字信息。

读取光卡上的信息的另一种方法是让光卡不动而会聚一束与记录光信息时的光源光谱性质相同的读取光束来照射并扫描光卡上的点；扫描这些光点的光束偏转机构可以是机械式的(例如旋转多面体反射镜的方法，使用光学纤维的光偏转装置)；可以是电-光效应的(例如将许多KDP晶体的棱镜排列后加电场使光束偏转的方法)；也可以是电-声效应的(例如以扫描信号驱动装满液体的超声波换能器而使光束偏转的方法)；同样将光卡上的反射(对于相片)光或者透射(对于正片)光(根据需要再通过一个望远镜放大后)用棱镜或者光栅色散后便于读取每个点所包含的数字信息。由于用扫描方式读取信息时光卡没有纵横向运动，因此也就不会被划伤了。

读取光盘上的信息的方法与上述的类似：用透镜(组)或反射镜(组)会聚一束与记录光信息时的光源光谱性质相同的光来照射光盘上的一个点，同时伺服机构使光盘“相对于”光束走螺旋线；将点的反射(对于相片)光或者透射(对于正片)光(根据需要再通过一个望远镜放大后)用棱镜或者光栅色散后用于读取每个点所包含的数字信息。

在本发明的光通信装置中，可将由特殊透镜或特殊反射镜(组)会聚后的光束再由透镜(组)、反射镜(组)或由透镜与反射镜(组)结合成的光学天线发射出去用于光通信。接收光学天线也可由透镜(组)、反射镜(组)或者透镜与反射镜(组)结合而成。它们都可以用一个遮光罩来挡住各种杂射光的干扰。

当然也可以用上述的特殊透镜或特殊反射镜(组)将光束会聚后耦合到光纤通信线路发送端的光纤上来传输光数字信号。

经调制后再经特殊透镜或特殊反射镜(组)会聚后的光也可以通过一个半透反射镜，将一部分光用于通信中的发射，另一部分光用于使信息记录介质曝光，从而边发射边记录信息。在接收天线或者接收光纤的终端也可以用一个半透反射镜将收到的光一分为二，从而边接收边记录。

读取(即解调)上述的光卡、光盘、光学接收天线、光纤接收端和显示器经棱镜或者光栅色散后的光谱带中的数字信息的方法是相同的，它有两种：其一是将光谱带投射到一个屏幕上，用一个装有光电倍增型、光电导型或光电压型(例如光电管、光电倍增管、PIN光电二极管、APD雪崩光电二极管、光敏电阻、半导体探测器、半导体光参量二极管、行波光电元件、PIN-FET接收组件等)探测器(对于红外、可见和紫外等不同的波段可同时使用几种类型的适合于不同波段的探测器)的接收望远镜来扫描并探测屏幕上各谱线的光强；根据各条有色亮线使探测器中电流极大(代表“1”)和各条黑线使探测器中电流极小(代表“0”)而读取(即解调)每一个脉冲色散后的光谱带中包括的多个数字信号。

另一种读取方法是“直接”在一个色散后的光谱带上紧密地分成一排(或者分前后几排交错开来)排列若干个光电倍增型、光电导型或光电压型(例如光电管、光电倍增管、光电二极管PIN、雪崩光电二极管APD、光敏电阻、半导体探测器、半导体光参量二极管、行波光电元件、PIN-FET接收组件等)探测器(对于红外、可见、紫外等不同的波段则分别使用上述不同的适合于该波段的探测器)；当光谱带上的某条谱线有光时，该位置上的探测器中就有电流通过(代表“1”)，而当某条谱线为黑线时，该位置上的探测器中就没有电流通过(代表“0”)，这样就可以读取(即解调)光谱带中的多个数字了。

信息记录介质可以用现有的各类彩色正片、负片或者一次成象的胶片，当然也可以专门研制一种可以记录红外、可见和紫外光的色彩还原准确的特殊的彩色信息记录介质。负片经扩印后的相片的面积比正片大，然而正片的色饱和度比负片的大，可以根据需要来选用；可以用两张扩印后的相片背对背地粘在一起，使其信息量增为两倍；一次成象胶片的优点是曝光后很快就能读取上面的信息了。

为了防止光卡、光盘的感光胶片变形，可以将它们粘合到一层不易变形的金属、玻璃、塑料等硬介质片上；其表面还可以涂覆一层防止摩损的硬质透明保护膜。

上述的光卡、光盘的复制非常方便；如果这种信息记录介质是负片，那么只要用底片扩印就行，如果是正片，也只要用正片拷贝法就可以复制它们了。

                        发明人和申请人：田景华 一九九六年十二月十八日。

Claims (10)

1、一种用调制色散光谱代表多个数字信号的方法，其特征在于：记录的方法为：利用光的色散方法，将光脉冲分解为一条光谱带，再将该光谱带分为N段，并在每段中分别设一个光学开关；将二进制数字信号分成若干组，每组都包括N位二进制数字信号；用一组中的N个“1”和“0”来分别对应控制这N个开关，对于“1”开关就打开而出现一条亮线，对于“0”开关就关闭而出现一条暗线，利用被这方法调制过的包含N条暗线和亮线的光谱带来同时代表N位二进制数字信号；一个光脉冲用这种方法被N位二进制数字信号调制过后，下一次光脉冲再被下一批N位信号用同样方法调制；将一个个已调制过的光脉冲依次会聚到彩色信息记录介质的一个个点上，形成调制光点，从而完成记录过程；重放的方法为：用一束与记录时光谱性质相同的光照射介质上的调制光点，将这些调制光点发出的光进行色散，根据出现在接收屏上的光谱带中的各个亮线和黑线的位置和数量来读取即重放每个光点同时代表的N位二进制数字信号。

2、根据权利要求1所述的用调制色散光谱代表多个数字信号的方法，其特征在于：记录信号用的彩色信息记录介质为各类彩色正片、负片、一次成象的胶片或者是专门研制的可记录红外光、可见光和紫外光的彩色感光材料。

3、根据如权利要求1或2所述的用调制色散光谱代表多个数字信号的方法，其特征在于：介质为矩形的“光卡”，使光卡上的点曝光的方法有直接法：经调制后的光脉冲被会聚到光卡的点上曝光；

这种曝光还有间接法：将调制过的光谱带投射到一个反光屏上，用装有光卡的照相机来拍摄这个屏，该相机可将光谱带拍摄到光卡的一个极小的点上。

4、根据权利要求1或2所述的用调制色散光谱代表多个数字信号的方法，其特征在于：介质为圆盘形的“光盘”；使光盘上的点曝光的方法有直接法：经调制后的一个个光脉冲被会聚到光盘的一个个点上曝光，光点在光盘上的运动轨迹为一螺旋线；

这曝光还有间接法：将调制过的光谱带投射到一个反光屏上，用装有光盘的照相机来拍摄这个屏，该相机可将这光谱带拍摄到光盘的一个极小的点上，光点的运动轨迹为一螺旋线。

5、根据权利要求1所述的用调制色散光谱代表多个数字信号的方法，其特征在于：用会聚反射镜将光源发出的光反射而通过狭缝、经过使连续光变成脉冲光的光学总开关、准光物镜和棱镜或光栅，再通过摄谱物镜后色散成光谱带，这光谱带再经一个由N个光学开关组成的开关群用N位二进制数字信号来调制；

其光源可以是任何一种发出包括红外、可见和紫外光的连续光谱的人工光源；也可以用强光脉冲聚入液体中所产生的白光或绿宝石激光器发出的宽光谱带光作光源；还可以同时使用几种类型的固体、气体、液体、化学、半导体等激光器发出的分布在上述光谱区域内的多谱线的激光来做光源；

总开关和开关群可以是各类机械开关、电光开关、可饱和染料开关等，可以将这几种开关结合起来使用。

6.一种传输如权利要求1所述的用调制色散光谱代表多个数字信号的方法，其特征在于：将调制后的光脉冲向接收方发射，接收方将收到的光脉冲进行色散，然后根据其光谱带上N条亮线和黑线的位置和数量来读出即解调每一个脉冲光同时代表的N位二进制数字信号。

7、根据权利要求6所述的用调制色散光谱代表多个数字信号的方法，其特征在于：调制后的一个个光脉冲用光学天线进行发射和接收；发射和接收光学天线可分别安装在地面站与地面站、地面站与飞行器、地面站与卫星、飞行器与飞行器、飞行器与卫星，卫星与卫星等之间。

8、根据权利要求6所述的用调制色散光谱代表多个数字信号的的方法，其特征在于：调制后的一个个光脉冲被耦合到光纤中传输。

9、一种记录并同时传输如权利要求1所述的用调制色散光谱代表多个数字信号的方法，其特征在于：已调制光脉冲先通过一个半透反射镜，将一部分光用于传输，另一部分光同时用于使信息记录介质曝光。

10、如权利要求1或6或7或8或9所述方法中读取用调制色散光谱代表多个数字信号的方法，其特征在于：读取这些光脉冲经色散后投射到屏幕上的光谱带有两种方法：一种为扫描法，即用一个装备有光电探测器的接收望远镜来扫描屏幕上的各条谱线；

另外一种读取的方法是：直接在接收色散光谱的屏幕上紧密地或者分前后几排交错开来排列N个光电探测装置。

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