ОПТИЧЕСКИЙ МУЛЬТИВИБРАТОР Российский патент 1994 года по МПК G02F1/00 

Изобретение относится к оптической цифровой технике и может быть использовано при построении оптических вычислительных машин.

Известны оптические мультивибраторы, построенные на основе управляемых волноводных переключателей [1].

Наиболее близким по техническому исполнению к предложенному устройству является оптический мультивибратор, содержащий электрооптические переключатели, группу волноводных ответвлений, источники напряжения, резисторы и фотодетекторы.

Недостатком данных оптических мультивибраторов (ОМ) является использование электронных схем управления коммутацией волноводов, что не позволяет достичь быстродействия ОМ, характерного для чисто оптических переключающих устройств (потенциально равного 10^-12с).

Изобретение направлено на решение задачи уменьшения времени переключения ОМ из одного устойчивого состояния в другое, что обеспечивает повышение быстродействия данного устройства и возможность формирования оптических импульсов с частотой, потенциально возможной для оптических устройств. Подобная задача неизбежно возникает при проектировании и создании оптических ЦВМ с потенциально возможным быстродействием.

На фиг.1 приведена функциональная схема предложенного оптического мультивибратора; на фиг.2 - узел I на фиг.1.

ОМ состоит: - из двух оптических бистабильных элементов (ОБЭ) 1₁,1₂, которые могут быть выполнены, например, в виде трансфазоров [1] или других бистабильных элементов, имеющих два устойчивых состояния, в которых наблюдается или полное пропускание входного оптического сигнала (при интенсивности большей порога срабатывания) или его отражение [2]; - из направленных неуправляемых ответвителей 2-10. На вход ОМ, обозначенный как В_х и являющийся входом входного ответвления ОМ, в течение всего времени работы устройства подан постоянный оптический сигнал условно единичной интенсивности (1 усл.ед.). Входное ответвление ОМ разветвляется на ответвления 2, 3, выходы которых подключены ко входам ОБЭ 1₁, 1₂, соответственно. Со входом ОБЭ 1₁ оптически связан вход ответвления 4, предназначенного для передачи отраженного от ОБЭ светового потока, объединенного по выходу с ответвлением 3 в ответвление 5, выход которого подключен ко входу ОБЭ 1₂. Выход ОБЭ 1₂ подключен ко входу ответвления 6, разветвляющегося на два - 7,8. Выход ответвления является вторым выходом ОМ, а ответвление 7 объединено по выходу с ответвлением 2 в ответвление 9, выход которого подключен ко входу ОБЭ 1₁.

Выход ОБЭ 1₁ подключен ко входу ответвления 10, выход которого является первым выходом ОМ.

Для исключения дополнительного рассеивания отраженного от ОБЭ 1₁ светового потока за счет попадания в ответвления 2,7, место контактного соединения ответвлений 2, 4 (4, 7) выполняется полупрозрачным (фиг.1), что характерно для большинства видов соединений волноводов и легко обеспечивается технологически [1,2].

ОМ работает следующим образом.

На его вход, обозначенный как В, постоянно подан оптический сигнал единичной интенсивности, разделяющийся в ответвлениях 2, 3 на два потока половинной интенсивности, поступающих на соответствующие ОБЭ 1₁, 1₂. Т.к. такая интенсивность меньше пороговой, то происходит отражение входных световых сигналов - от ОБЭ 1₁ отраженный поток поступает по ответвлению 4 на вход ОБЭ 1₂, а поток, отраженный от ОБЭ 1₂, в ответвления не попадает (за счет направленности ответвления 5 к поверхности ОБЭ 1₂ под углом) и поглощается внешней средой. Интенсивность потоков, суммируемых в ответвлении 5, достигает пороговой - ОБЭ 1₂ срабатывает и на входе ответвления 6 появляется световой поток единичной интенсивности, разветвляющийся далее в ответвлениях 7, 8 на два. По ответвлению 7 световой поток половинной интенсивности поступает на вход ОБЭ 1₁, суммируясь в ответвлении 9 с потоком из 2 - интенсивность входного потока достигает пороговой, ОБЭ 1₁ срабатывает. Это приводит к появлению светового потока на выходе ответвления 10 и исчезновению отраженного потока в ответвлении 4. Отсутствие потока в 4, в свою очередь, приводит к переходу в нулевое состояние ОБЭ 1₂ и исчезновению сигнала в ответвлениях 7, 8. Пропадание потока в 7 переводит ОБЭ 1₁ в нулевое состояние - импульс на выходе 10 заканчивается, схема ОМ приходит в начальное состояние. Далее работа ОМ повторяется аналогично описанному выше - на обоих выходах ОМ (выходах ответвлений 8, 10) формируются последовательности импульсов, сдвинутые друг относительно друга. Длительности импульсов и величина сдвига регулируются длиной ответвлений 4 и 7 (а также, для отдельных типов ОБЭ, временем срабатывания ОБЭ). Таким образом, по сравнению с существующими схемами ОМ [1] описанный мультивибратор является чисто оптическим устройством - не требует применения схем электронного управления, накладывающих неизбежные ограничения на быстродействие ОМ и усложняющих его конструктивное исполнение.

Использование: изобретение относится к оптической цифровой технике и может быть использовано при синтезе оптических вычислительных машин. Сущность изобретения: в качестве пороговых переключающих элементов используются оптические бистабильные элементы (ОБЭ), а управление состоянием ОБЭ осуществляется чисто оптическим путем за счет соответствующего распределения световых потоков с помощью оптических волноводов. 2 ил.

ОПТИЧЕСКИЙ МУЛЬТИВИБРАТОР, содержащий вход постоянного оптического сигнала, неуправляемые направленные ответвители и оптические переключатели, отличающийся тем, что переключатели выполнены в виде оптических бистабильных элементов, вход постоянного оптического сигнала разветвлен на два ответвления для передачи постоянного оптического сигнала, выходы которых подключены к входам двух оптических бистабильных элементов, причем вход первого оптического бистабильного элемента оптически связан с входом ответвления, предназначенного для передачи отраженного оптического сигнала, выход которого объединен с выходом второго ответвления, передающего постоянный оптический сигнал, и подключен к входу второго оптического бистабильного элемента, выход которого подключен к входу ответвления, разветвляющегося на два: ответвление, выход которого является вторым выходом оптического мультивибратора, и ответвление, выход которого объединен с выходом первого ответвления, передающего постоянный оптический сигнал, и подключен к входу первого оптического бистабильного элемента, выход которого подключен к входу ответвления, выход которого является первым выходом оптического мультивибратора.