ОПТИЧЕСКОЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 1994 года по МПК G06E3/00 

Изобретение относится к специализированной вычислительной технике и может быть использовано в оптических вычислительных машинах при решении линейных дифференциальных уравнений в реальном времени.

Известны оптические устройства для решения линейных дифференциальных уравнений, основанные на использовании пары-преобразования Фурье в пространственно-частотной области [1].

Недостатками таких устройств являются низкая точность из-за вырожденности пространственно-частотных фильтров в центре и на границах частотной плоскости, а также невозможность решения дифференциальных уравнений в реальном времени. Наиболее близким по техническому исполнению к предложенному устройству является оптическое вычислительное устройство, содержащее оптические разветвители, оптические усилители, источник излучения и транспаранты [2].

Недостатками данного устройства являются его сложность и невозможность решения линейных дифференциальных уравнений произвольного порядка в реальном времени.

Цель изобретения - упрощение устройства и расширение его функциональных возможностей за счет решения дифференциальных уравнений в реальном масштабе времени.

Предложенное устройство позволяет осуществлять решение линейных дифференциальных уравнений произвольного N-го порядка вида
Y^(N)= d_i·Y⁽ⁱ⁾, y_o⁽ⁱ⁾ = y⁽ⁱ⁾(0)/,i=, где Y - решение уравнения;
Y⁽ⁱ⁾ - i-я производная решения Y по времени;
d_i - известные коэффициенты уравнения.

На чертеже приведена функциональная схема предложенного устройства.

Устройство содержит группу из N оптических усилителей (ОУ) 1₁, 1₂, ..., 1_N, первую группу из N транспарантов 2₁, 2₂, ..., 2_N, группу оптических разветвителей 3, содержащих разветвляющиеся волокна 3_i1, 3_i2, 3_i3 , оптический разветвитель 4, представляющий собой объединение N волокон 4_j, , импульсный некогерентный источник 5 света, оптический разветвитель 6 из N разветвляющихся волокон 6₁-6_N; вторую группу из N транспарантов 7₁-7_N.

Выход источника 5 оптически связан с входом разветвителя 6, i-е волокно 6_i которого через соответствующий транспарант 7i объединено по выходу с первым ответвлением 3_i1 разветвителя 3_i. Выход каждого ОУ 1_iоптически связан с входом разветвляющихся волокон 3_i1 - 3_i3 (i=). . Выходы первых волокон 3_i1 всех N групп оптически связаны с входами соответствующих транспарантов первой группы 2₁-2_N, выходы которых подключены к входам соответствующих разветвлений (волокон) 4₁-4_N, объединенных в ответвление 4. Выход ответвления 4 (оптического разветвителя) подключен к входу ОУ 1₁ и объединен по выходу с волокном (ответвлением) 3₁₂. Выходы вторых ответвлений 3_i2 остальных (N-1) разветвлений объединены по выходу с третьими ответвлениями 3_(i-1)3 и подключены к входам соответствующих ОУ 1_i. Выход третьего ответвления 3_N3 является выходом устройства.

Устройство работает следующим образом. При включении устройства в работу световой импульс с выхода источника 5 поступает на вход разветвителя 6. Далее по ответвлениям 6₁-6_N через транспаранты 7₁-7_N, функции пропускания которых пропорциональны соответствующим начальным условиям Y_o^(N-1)-Y_o, световой поток поступает на входы оптических транспарантов 2₁-2_N, коэффициенты пропускания которых выбраны пропорциональными соответственно d_N-1-d_o.

Выходные световые потоки транспарантов 2₁-2_N поступают по соответствующим ответвлениям 4₁-4_N в ответвление 4, на выходе которого формируется световой поток с интенсивностью, пропорциональной , т.е. N-й производной Y^(N) в первый момент времени. Данный световой сигнал поступает на вход ОУ 1₁ и далее - на вход ответвлений 3_1i(i=).

Объединение второго ответвления 3₁₂ по выходу с входом ОУ 1₁обеспечивает выполнение операции неопределенного интегрирования по времени входного оптического сигнала ОУ. 1₁ - коэффициент усиления ОУ 11 при этом выбирается с учетом компенсации потерь в волокне 3₁₂ и разветвления потока на выходе ОУ 1₁ на три.

Выходной оптический сигнал ОУ 1₁ с интенсивностью, пропорциональной уже (N-1)-й производной Y^(N-1), поступает по первому волокну 3₁₁ на вход транспаранта 21 (для формирования сигнала d_N-1 Y^(N-1), а по третьему волокну 3₁₃ - на входу ОУ 1₂ (для формирования (N-2)-й производной Y^(N-2).

Формирование информационных сигналов в остальных ОУ 1₂-1_Nответвлений разветвителей 3 аналогично рассмотренному.

Таким образом, в текущий момент времени с выходов блоков данного устройства снимаются текущие значения следующих сигналов: с выхода ОУ 1_i- (N_-i)-й производной Y^(N-i) с выхода транспаранта 2_i-d_N-i˙ Y^(N-i), с выхода ответвления 4 - N-й производной Y^(N).

На выходе ответвления 3_N3 формируется текущее значение искомого решения уравнения N-го порядка Y^(t) в реальном масштабе времени.

Изобретение относится к специализированной вычислительной технике и может быть использовано в оптических вычислительных машинах при решении дифференциальных уравнений произвольного порядка. Цель изобретения - упрощение устройства и расширение его функциональных возможностей. Цель достигается тем, что выход источника излучения подключен к входу первого оптического разветвителя, выходы ответвлений которого через соответствующие транспаранты второй группы подключены к входам транспарантов первой группы, выходы которых подключены к входам объединенных ответвлений второго оптического разветвителя, выход которого подключен к входу первого оптического усилителя, а выход каждого из N последовательно включенных оптических усилителей подключен к входу соответствующего разветвителя группы, причем первое ответвление которого подключено к входу соответствующего транспаранта первой группы, второе ответвление подключено к входу этого же оптического усилителя, третье ответвление подключено к входу следующего оптического усилителя, а выход третьего ответвления последнего разветвителя является выходом устройства. 1 ил.

ОПТИЧЕСКОЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее оптические разветвители, источник некогерентного излучения, транспаранты и оптические усилители, выход каждого из которых подключен к входу соответствующего оптического разветвителя группы, первое ответвление которого подключено к входу соответствующего транспаранта первой группы, а второе ответвление подключено к входу этого же оптического усилителя, выход каждого транспаратна второй группы подключен к входу соответствующего транспаранта первой группы, отличающееся тем, что выход источника некогерентного излучения подключен к входу первого оптического разветвителя, выходы ответвлений которого подключены к входам соответствующих транспарантов второй группы, выходы транспарантов первой группы подключены к входам объединенных ответвлений второго оптического разветвителя, выход которого подключен к входу первого оптического усилителя, третье ответвление каждого оптического разветвителя группы подключено к входу следующего оптического усилителя, а выход третьего ответвления последнего оптического разветвителя группы является выходом устройства.