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

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 источник излучения, выход которого оптически связан с оптическим разветвителем.

Недостатком данных устройств являются их функциональная сложность, а также невозможность вычислительной реализации нескольких аппроксимирующих разложений искомой функции f(x) без изменения функциональной схемы устройства - например, рядом Фурье:
,
где T - интервал разложения искомой симметричной функции,
степенным рядом:
.

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, а также позволяющего реализовать вычисление произвольных нелинейных функций, аппроксимируемых как степенными рядами, так и рядами Фурье без изменения функциональной схемы устройства.

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

Сущность изобретения состоит в том, что в устройство введены дифференциатор, оптический транспарант, оптический объединитель, первый и второй оптически связанные оптические волноводы, оптический модулятор и третий оптический волновод, источник излучения выполнен управляемым, а оптические разветвления оптического разветвителя выполнены разной длины, вход устройства подключен к управляющему входу оптического модулятора и входу дифференциатора, выход которого подключен ко входу источника излучения, выходы оптических разветвлений оптического разветвителя оптически связаны со входами оптического транспаранта, первый выход которого через первый оптический волновод оптически связан с выходом устройства, а остальные выходы подключены ко входам оптического объединителя, выход которого объединен с выходом третьего оптического волновода и через второй оптический волновод оптически связан с информационным входом оптического модулятора, выход которого подключен ко входу третьего оптического волновода.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где приведена функциональная схема устройства.

Устройство содержит дифференциатор 1, управляемый источник излучения 2, оптический разветвитель 3, содержащий (М+1) оптических разветвлений различной длины, оптический транспарант 4, оптический объединитель 5, содержащий M объединенных по выходу оптических ответвлений одной длины, первый и второй оптические волноводы 6₁, 6₂, оптически связанные между собой на участке S, третий оптический волновод 7, оптический модулятор 8, вход устройства 9.

Управляемый источник излучения 2 может быть выполнен как когерентным, так и некогерентным - в первом случае в качестве оптического модулятора 8 используется фазовый оптический модулятор, во втором - амплитудный.

Вход устройства 9 подключен к управляющему входу оптического модулятора 8 и входу дифференциатора 1, выход которого подключен к управляющему входу управляемого источника излучения 2. Выход управляемого источника излучения 2 оптически связан со входом оптического разветвителя 3, выходы оптических разветвлений которого оптически связаны со входами оптического транспаранта 4. Первый выход оптического транспаранта 4 через первый оптический волновод 6₁ оптически связан с выходом устройства, остальные M выходов подключены ко входам оптического объединителя 5, объединенного по выходу с третьим оптическим волноводом 7, выход которого через второй оптический волновод 6₂ оптически связан с информационным входом оптического модулятора 8. Выход оптического модулятора 8 подключен ко входу третьего оптического волновода 7.

Устройство работает следующим образом. На вход 9 поступает импульсный сигнал заданной длительности с амплитудой, пропорциональной преобразуемому значению аргумента x. Со входа 9 сигнал x поступает на управляющий вход оптического модулятора 8 и вход дифференциатора 1. На выходе дифференциатора 1 формируется (в результате дифференцирования переднего фронта входного импульса) положительный δ-импульс, приводящий к появлению на выходе управляемого источника излучения 2 импульсного оптического сигнала с интенсивностью (M+1) условных единиц. Данный сигнал, проходя через оптический разветвитель 3, формирует на выходах его оптических разветвлений оптические сигналы единичной интенсивности, поступающие на входы оптического транспаранта 4, соответствующие участкам с функциями пропускания, пропорциональными значениями где a_i = const - i-й коэффициент ряда, аппроксимирующего вычисляемую функцию f.

За счет использования в оптическом разветвителе 3 оптических разветвлений различной длины оптические сигналы на входах оптического транспаранта 4 появляются поочередно через интервал времени, равный времени прохождения оптического сигнала по тракту "вход второго оптического волновода 6₂ - выход третьего оптического волновода 7'' (начиная с первого участка с функцией пропускания ≈a_M). С выходов оптического транспаранта 4 последовательность оптических импульсов с амплитудами a_M, a_M-1,....,a₁ поступает по оптическому объединителю 5 через второй оптический волновод 6₂ на вход оптического модулятора 8. При использовании амплитудного оптического модулятора на первом шаге работы устройства происходит умножение амплитуды оптического потока на x - на выходах оптического модулятора 8 и третьего оптического волновода 7 формируется оптический сигнал ≈ a_Mx, а на входе второго оптического волновода 6₂ ≈ (a_Mx + a_M-1).

На втором шаге соответственно
(a_Mx+a_M-1)x и (a_Mx+a_M-1)x+a_M-2,
на (M-1)-м шаге -
(. . .((a_Mx + a_M-1)x + a_M-2)x+...+a₂)x и (...((a_Mx + a_M-1)x + a_M-2)x+... +a₂)x+a₁.

На последнем, M-м, шаге работы устройства на выходе третьего оптического волновода 7 формируется оптический сигнал приблизительно
((...((a_Mx + a_M-1)x + a_M-2)x+...+a₂)x + a₁)x

при этом на выходе оптического объединителя 5 сигнал отсутствует, но появляется оптический сигнал ≈a₀ на входе первого оптического волновода 6₁. Данный сигнал, проходя по первому оптическому волноводу 6₁ на участке S, приводит к переключению оптического сигнала из второго оптического волновода 6₂ в связанный с ним первый 6₁ - на выходе устройства формируется искомый оптический сигнал

Если в качестве оптического модулятора 8 используется фазовый модулятор, то на первом шаге работы устройства происходит сдвиг фазы оптического потока с амплитудой ≈ a_M на w₀x, w₀ = const - известный коэффициент модуляции, т.е. на выходе третьего оптического волновода 7 формируется оптический сигнал с комплексной амплитудой , на входе второго оптического волновода 6₂- На втором шаге соответственно и и т.д. аналогично вышеизложенному.

По окончании переходного процесса на выходе устройства формируется искомый оптический сигнал с амплитудой, пропорциональной уже аппроксимации вычисляемой функции рядом Фурье:

Так как время задержки сигнала в оптическом модуляторе 8 - наиболее инерционном элементе заданного устройства не превышает 10^-11с, то, следовательно, предложенный оптический функциональный преобразователь обеспечивает нелинейное функциональное преобразование сигналов (при M ≤ 100) с быстродействием, потенциально возможным для подобного класса устройств. Минимальное же число функциональных элементов, входящих в данный преобразователь, обеспечивает его простое и технологическое исполнение.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для воспроизведения нелинейных функциональных зависимостей. Техническим результатом является упрощение схемы. Устройство содержит оптический разветвитель, источник излучения, дифференциатор, оптический транспарант, оптический объединитель, оптические волноводы и оптический модулятор. 1 ил.

Оптический функциональный преобразователь, содержащий источник излучения, выход которого оптически связан с оптическим разветвителем, отличающийся тем, что в него введены дифференциатор, оптический транспарант, оптический объединитель, первый и второй оптически связанные оптические волноводы, оптический модулятор и третий оптический волновод, источник излучения выполнен управляемым, а оптические разветвления оптического разветвителя выполнены разной длины, вход устройства подключен к управляющему входу оптического модулятора и входу дифференциатора, выход которого подключен ко входу источника излучения, выходы оптических разветвлений оптического разветвителя оптически связаны со входами оптического транспаранта, первый выход которого через первый оптический волновод оптически связан с выходом устройства, а остальные выходы подключены ко входам оптического объединителя, выход которого объединен с выходом третьего оптического волновода и через второй оптический волновод оптически связан с информационным входом оптического модулятора, выход которого подключен ко входу третьего оптического волновода.