ОПТИЧЕСКИЙ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Российский патент 1999 года по МПК G06E3/00 G02F3/00 

Изобретение относится к специализированной вычислительной технике и может быть использовано при создании оптических вычислительных машин.

Известны оптические функциональные преобразователи, осуществляющие произвольные нелинейные функциональные преобразования оптических сигналов, например полиномиальные конвейерные процессоры /Семенов А.С. и др. Интегральная оптика для систем передачи и обработки информации. - М: Радио и связь, 1990. - Рис.7. 18. стр. 198/. Наиболее близким по техническому исполнению к предложенному устройству является оптический функциональный преобразователь /А. С. N 1644181, кл. G 06 E 3/00, 1987/, содержащий оптический Y-разветвитель и источник излучения.

Недостатком данных устройств является их функциональная сложность. Заявленное изобретение направлено на решение задачи синтеза оптического функционального преобразователя, содержащего минимальное число функциональных типовых элементов, что обеспечивает простоту схемы устройства и ее высокую технологичность.

Подобная задача возникает при создании оптических систем обработки информации, а также оптических вычислительных машин.

Сущность изобретения состоит в том, что в устройство введены два оптических волновода, группа оптических Y-разветвителей, линейный оптический модулятор и оптический транспарант, выход источника излучения подключен ко входу входного оптического Y-разветвителя, первый выход которого через оптический транспарант оптически связан со входом первого оптического волновода, а второй выход подключен к информационному входу линейного оптического модулятора, управляющий вход которого является входом устройства, а выходы через оптический транспарант оптически связаны со входом второго оптического волновода и входами группы оптических Y-разветвителей, выходы первых оптических разветвителей которых подключены ко входам линейного оптического модулятора, а выходы вторых оптических разветвителей объединены с выходами обоих оптических волноводов и образуют выход устройства.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлена функциональная схема оптического функционального преобразователя.

Устройство содержит источник постоянного некогерентного излучения 1, входной оптический Y-разветвитель 2, оптический линейный модулятор 3 (т.е. обеспечивающий модуляцию плоского светового потока), линейный оптический транспарант 4 с постоянной во времени функцией пропускания, два оптических волновода 5₁, 5₂, группу оптических Y-разветвителей 6_i-6_N-i.

Оптический модулятор 3 может быть выполнен аналогично известному /Семенов А. С. , Смирнов В.Л., Шмалько А.В. Интегральная оптика для систем передачи и обработки информации. - М.: Радио и связь, 1990. - стр.137-140/.

Устройство обеспечивает при поступлении на его вход сигнала X вычисление значения произвольной заданной функции f(x), аппроксимируемой конечной степенным рядом

Выход источника излучения 1 подключен ко входу входного оптического Y-разветвителя 2, выход первого оптического разветвления которого через оптический транспарант 4 подключен ко входу первого оптического волновода 5₁, выход второго - к информационному входу линейного оптического модулятора 3, управляющий вход которого является входом устройства. Выходы линейного оптического модулятора 3 подключены через соответствующие участки оптического транспаранта 4, функции пропускания которых (по амплитуде) пропорциональны коэффициентам

к входам оптических Y-разветвителей 6_i, i = 1, N-1, а также ко входу второго оптического волновода 5₂. Выходы первых оптических разветвлений всех оптических Y-разветвителей 6₁-6_N-1 подключены ко входам линейного оптического модулятора 3, выходы вторых оптических разветвителей объединены с выходами оптических волноводов 5₁, 5₂ и образуют выход устройства.

Функциональный преобразователь работает следующим образом. В течение всего времени работы устройства с выхода источника излучения 1 снимается оптический поток постоянной интенсивности, поступающий далее через входной оптический разветвитель 2 на вход первого участка оптического транспаранта 4 с функцией пропускания (a₀)^1/2, обеспечивающей формирование выходного постоянного оптического сигнала с интенсивностью ≈a₀, и на информационный вход линейного оптического модулятора 3. На управляющий вход оптического модулятора 3 поступает входной сигнал X, обеспечивая тем самым выполнение операции умножения на X входного оптического сигнала оптического модулятора 3. Таким образом, на соответствующем участке выхода линейного оптического модулятора 3 (на чертеже - верхний) формируется оптический сигнал с интенсивностью, пропорциональной X. Данный сигнал, проходя через второй участок оптического транспаранта 4, формирует на входе первого оптического Y-разветвителя 6₁ оптический сигнал с интенсивностью ≈ 2 a₁x, который, разветвляясь далее на два сигнала с равной интенсивностью ≈ a₁x, поступает на выход устройства и на следующий участок линейного оптического модулятора 3. С выхода линейного оптического модулятора 3 на данном участке снимается уже вновь промодулированный сигнал с интенсивностью ≈ a₁x², который, проходя через третий участок оптического транспаранта 4, формирует на входе второго оптического Y-разветвителя 6₂ оптический сигнал с интенсивностью ≈ 2a₂x². Данный сигнал аналогично предыдущему, разветвляясь на два, поступает на выход устройства и следующий участок входа линейного оптического модулятора 3, формируя на соответствующем участке выхода уже сигнал с интенсивностью ≈ a₂x³. Проходя через 4-й участок оптического транспаранта 4, этот сигнал формирует на входе третьего оптического Y-разветвителя 6₃ оптический сигнал с интенсивностью ≈ a₃x³ и т. д. , подобно вышеизложенному. Оптический сигнал с интенсивностью ≈2a_N-1X^N-1 со входа последнего оптического Y-разветвителя 6_N-1 поступает на выход устройства и через оптический модулятор 3 и (N+1)-й (последний) участок оптического транспаранта 4 на вход второго оптического волновода 5₂. С выхода оптического волновода 5₂ сигнал с интенсивностью ≈ a_NX^N поступает на выход устройства. Таким образом, на выходе устройства формируется (за счет объединения оптических Y-разветвителей и волноводов) сумма оптических сигналов с интенсивностью

(синхронность поступления сигналов на выход устройства обеспечивается выбором соответствующих оптических длин оптических Y-разветвителей и волноводов).

Максимальное время формирования сигнала с интенсивностью ≈ f(x) в данном преобразователе определяется по существу временем (N-1) кратного прохождения светового потока по тракту "выход-вход оптического модулятора 3" и оказывается весьма малым ≈ 10^-11 - 10^-12с, что позволяет говорить о быстродействии данного устройства как о потенциально возможном для оптических вычислителей. Минимальное же число функционально различных элементов, определяющих состав данного преобразователя (оптический модулятор, оптический транспарант и оптические волноводы), делает его схемное исполнение простым и технологичным.

Изобретение относится к специализированной вычислительной технике и может быть использовано при создании оптических вычислительных машин. Технический результат - упрощение устройства. Сущность изобретения: в устройство введены два оптических волновода, группа оптических Y-разветвителей, линейный оптический модулятор и оптический транспарант, выход источника излучения подключен к входу входного оптического Y-разветвителя, первый выход которого через оптический транспарант оптически связан с входом первого оптического волновода, а второй выход подключен к информационному входу линейного оптического модулятора, управляющий вход которого является входом устройства, а входы через оптический транспарант оптически связаны c входом второго оптического волновода и входами группы оптических Y-разветвителей, выходы первых оптических разветвлений которых подключены к входам линейного оптического модулятора, а выходы вторых оптических разветвлений объединены с выходами обоих оптических волноводов и образуют выход устройства. 1 ил.

Оптический функциональный преобразователь, содержащий входной оптический Y-разветвитель, источник излучения, отличающийся тем, что в него введены два оптических волновода, группа оптических Y-разветвителей, линейный оптический модулятор и оптический транспарант, выход источника излучения подключен к входу входного оптического Y-разветвителя, первый выход которого через оптический транспарант оптически связан с входом первого оптического волновода, а второй выход подключен к информационному входу линейного оптического модулятора, управляющий вход которого является входом преобразователя, а выходы через оптический транспарант оптически связаны с входом второго оптического волновода и входами группы оптических Y-разветвителей, выходы первых оптических разветвлений которых подключены к входам линейного оптического модулятора, а выходы вторых оптических разветвлений объединены с выходами обоих оптических волноводов и образуют выход преобразователя.