ОПТИЧЕСКИЙ ТРИГГЕР Российский патент 1995 года по МПК G02F3/00 H03K23/78 

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

Известны различные оптические триггеры, построенные на основе совместного использования оптических бистабильных элементов (ОБЭ) и оптических волноводов, управляемых электрическими сигналами [1]
Наиболее близким по техническому исполнению к предложенному триггеру является оптоэлектронный триггер [2] содержащий фотоприемники, элементы задержки, неуправляемые ответвители и ответвители, управляемые электрическими сигналами.

Недостатком известных оптических триггеров является наличие электрических схем управления переключением волноводов с быстродействием, значительно меньшим, чем у ОБЭ, что значительно снижает быстродействие устройства в целом и не позволяет достичь потенциального быстродействия, характеризуемого для оптических переключающих устройств уровнем 10^-12с.

Изобретение направлено на решение задачи обеспечения управления процессом переключения триггера из одного состояния в другое только оптическими сигналами, что существенно повышает быстродействие данного триггера.

Подобная задача возникает при проектировании и разработке чисто оптических ЦВМ, обладающих быстродействием, потенциально возможным для оптических устройств.

На фиг.1 приведена функциональная схема предложенного триггера; на фиг.2 показан узел I на фиг.1.

Оптический RS-триггер содержит ОБЭ 1₁,1₂, группу неуправляемых направленных ответвителей 2-2₈, выполненных, например, в виде оптических волокон. ОБЭ может быть выполнен или в виде трансфазора или в виде какого-либо другого бистабильного элемента, имеющего два устойчивых состояния, в которых наблюдается или полное пропускание входного светового потока (при превышении порога срабатывания), или его отражение.

Вход ответвления 2₁ является S-входом данного RS-триггера, вход ответвления 2₇ R-входом. На вход ответвления 2 в течение всего времени работы триггера подан постоянный оптический сигнал условно единичной интенсивности (1 усл.ед.). Ответвление 2 разветвляется на два 2₂ и 2₆, выходы которых объединены соответственно с выходами ответвлений 2₁, 2₃ и 2₅, 2₇ и через ответвления 2₄ и 2₈ подключены к входам ОБЭ 1₁ и 1₂. Ответвления 2₅, 2₃ предназначены для передачи отраженных потоков от ОБЭ 1₁, 1₂, в связи с чем их входы соединены с входами ОБЭ 1₁, 1₂соответственно. Для исключения дополнительного рассеивания светового потока, отраженного от ОБЭ, за счет попадания в ответвления (волноводы) 2₄, 2₈ (предназначенные для прямого светового потока), место контактного соединения (фиг.1) волноводов 2₄, 2₅ (2₃, 2₈) выполняется полупрозрачным (что характерно для большинства видов контактных соединений волноводов и легко обеспечивается технологическим путем). Выход ОБЭ 1₁ является единичным выходом RS-триггера, выход ОБЭ 1₂ нулевым.

Работает триггер следующим образом.

В начальный момент времени, когда на входах S и R отсутствуют оптические сигналы, на входы ОБЭ 1₁, 1₂ по ответвлениям 2₂, 2₄, 2₆, 2₈поступают световые потоки интенсивностью усл.ед. Так как такой интенсивности недостаточно для срабатывания ОБЭ, то поступающие на входы ОБЭ световые потоки полностью отражаются и по ответвлениям 2₃ и 2₅поступают соответственно на входы ОБЭ 1₁ и 1₂, суммируясь в ответвлениях 2₄ и 2₈ с потоками половинной интенсивности из ответвлений 2₂ и 2₆. Вследствие неодинаковой длины ответвлений, вариаций коэффициента затухания в них, отличий в уровнях срабатывания ОБЭ и т. д. первоначально срабатывает только один из ОБЭ, предположим 1₁. Для повышения стабильности и априорной определенности начальной установки триггера в заданное состояние могут быть приняты различные дополнительные конструктивные меры, например для установки в начальный момент триггера в "1" (срабатывания только 1₁) достаточно обеспечить равенство длины ответвления 2₂ сумме длин ответвлений 2₆, 2₈ и 2₃ при идентичности остальных параметров оптических элементов схемы. Срабатывание ОБЭ 1₁означает, что весь входной световой поток из ответвления 2₄ проходит на выход ОБЭ 1₁, а отраженный поток становится равным нулю. Таким образом, в ответвлении 2₅ световой поток исчезает и на выходе ответвления 2₈существует световой поток половинной интенсивности, поступающий из ответвления 2₆. Данный поток, меньший уровня срабатывания ОБЭ, полностью отражается и по ответвлениям 2₃, 2₄ поступает на вход ОБЭ 1₁, обеспечивая за счет суммирования с потоком из ответвления 2₂ уровень срабатывания ОБЭ 1₁, т.е. "1" на выходе триггера. При поступлении единичного оптического сигнала на вход R, суммирующегося со световым потоком из ответвления 2₆, на выходе ответвления 2₈ формируется световой поток с интенсивностью выше порога срабатывания ОБЭ 1₂ на выходе ОБЭ 1₂ (нулевом выходе триггера) появляется единичный сигнал. Отраженный поток, поступивший в ответвление 2₃, сказывается в этом случае равным нулю интенсивность суммарного потока на выходе ответвления 2₄становится меньше уровня срабатывания ОБЭ 1₁. Это приводит к исчезновению сигнала на единичном выходе триггера (выходе ОБЭ ₁) и появлению отраженного потока половинной интенсивности в ответвлении 2₅, который, суммируясь в ответвлении 2₈ с потоком из ответвления 2₆, поддерживает интенсивность входного потока ОБЭ 1₂ на уровне его срабатывания по окончании импульса с R-входа. При поступлении оптического импульса на S-вход триггер работает аналогично изложенному.

Отсутствие электронного управления в данном триггере позволяет обеспечить его быстродействие, близкое к потенциально возможному для оптических переключателей )ограниченное практически только временем срабатывания ОБЭ).

Использование: при синтезе оптических вычислительных машин. Сущность изобретения: в качестве пороговых элементов RS-триггера выбраны оптические бистабильные элементы (ОБЭ). Управление состоянием ОБЭ осуществляется чисто оптическим путем за счет организации двусторонней симметричной обратной связи между ОБЭ по отраженному или световому потоку. 2 ил.

ОПТИЧЕСКИЙ ТРИГГЕР, содержащий два входа, два выхода, источник постоянного оптического сигнала, оптически связанный с входным ответвителем, имеющим два ответвления, два основных неуправляемых направленных ответвителя и два пороговых элемента, отличающийся тем, что в триггер введены четыре дополнительных неуправляемых направленных ответвителя, при этом входы основных неуправляемых ответвителей являются входами триггера, выход первого основного неуправляемого ответвителя соединен с выходом первого ответвления входного ответвителя, входом первого и выходом второго дополнительных ответвителей, выход второго основного ответвителя соединен с выходом второго ответвления входного ответвителя, входом третьего и выходом второго дополнительных ответвителей, причем входы четвертого и второго дополнительных ответвителей объединены соответственно с выходами первого и третьего дополнительных ответвителей и оптически сопряжены соответственно с входами первого и второго пороговых элементов, выходы которых являются выходами триггера, при этом пороговые элементы выполнены в виде оптических бистабильных элементов.