ОПТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ КОДОВ Российский патент 2001 года по МПК G06E3/00 H03M7/00 H04B10/00 

Изобретение относится к специализированной вычислительной технике и может быть использовано при разработке и создании оптических вычислительных машин, а также в преобразующих устройствах систем автоматического управления, контроля и систем связи.

Известны различные преобразователи кодов, построенные по комбинационному и накапливающему принципам [Гитис Э.И., Пискулов Е.А. Аналого-цифровые преобразователи. - М.: Энергоиздат, 1981; Орнатский П.П. Автоматические измерения и приборы. - Киев: Вища шкала, 1980; А.С. СССР N 125494, H 03 M 7/16].

Недостатком данных устройств является сложность при использовании комбинационных схем - необходимо наличие элементов памяти, не входящих в схему преобразователя; при использовании накапливающих схем - наличие источника синхроимпульсов, также не входящего в схему преобразователя. Общими недостатком данных устройств является низкое быстродействие.

Наиболее близким по техническому исполнению к предложенному устройству является оптический компаратор, содержащий группу оптических Y-разветвителей и группу оптических бистабильных элементов [патент N 2106064, РФ, H 04 B 10/02, 1998 г.]. Недостатком данного устройства является отсутствие возможности преобразования позиционного двоичного кода в отраженный код Грея.

Заявленное изобретение направлено на решение задачи преобразования позиционного двоичного кода в отраженный двоичный код Грея с быстродействием, потенциально возможным для оптических переключательных схем. Подобная задача возникает при разработке и создании чисто оптических ЦИМ, обладающих быстродействием, потенциально возможным для оптических устройств.

Сущность изобретения состоит в том, что в устройство введены оптический объединитель с оптическими ответвлениями различной длины, входы устройства объединены со входами и группы оптических Y-разветвителей, при этом вход последнего оптического Y-разветвителя, выход второго оптического разветвления которого является поглощающим, объединен со входом устройства для младшего разряда преобразуемого кода, выход первого оптического разветвления первого оптического Y-разветвителя подключен ко входу первого оптического ответвления оптического объединителя, а выход второго оптического разветвления каждого оптического Y-разветвителя группы, кроме последнего, объединен с выходом первого оптического разветвления следующего по порядку - соответствующего соседнему меньшему разряду кода, оптического Y-разветвителя, подключенному ко входу соответствующего оптического бистабильного элемента группы, прямой выход которого является поглощающим а инверсный подключен к соответствующему оптическому ответвлению оптического объединителя, выход которого является выходом устройства.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлена функциональная схема оптического преобразователя кодов (ОПК).

Устройство содержит группу (N+1) оптических Y-разветвителей 1₁...1_N+1, группу N оптических бистабильных элементов (ОБЭ) 2₁...2_N, оптический объединитель 3 с (N+1) оптическими ответвлениями 3₁...3_N+1 различной длины.

Далее под ОБЭ понимается оптическая схема, имеющая пороговую статическую характеристику, оптический вход и два оптических выхода - для прямого и "отраженного" световых потоков (т.н. инверсный выход - при интенсивности оптического сигнала меньше пороговой). Схема организации таких выходов зависит от типа ОБЭ - если это трансфазор, то инверсный выход формируется за счет выбора соответствующего угла падения входного потока к поверхности и трансфазора [Акаев А.А., Майоров С.А. Оптические методы обработки информации. - М. : ВШ, 1988 г., с. 176, 181]; если это гибридное бистабильное устройство безрезонаторного типа [Семенов А.С. и др. Интегральная оптика для систем передачи и обработки информации. - М: Радио и связь, 1990 г., с. 189, рисунок 7.14] , то организация инверсного выхода осуществляется путем отвода большей части входного потока фотодетектора на инверсный выход; если это оптически связанные волноводы [Акаев А.А., Майоров С.А. Оптические методы обработки информации. - М. : ВШ, 1988 г., с. 194], то в качестве инверсного выхода используется просто выход одного из волноводов и т.д.

Входами устройства являются входы группы (N+1) оптических Y - разветвителей 1₁,...1_N+1. Первое оптическое разветвление первого оптического Y-разветвителя 1₁ подключено ко входу первого оптического ответвления 3₁ оптического объединителя 3. Выход второго оптического разветвления i-го оптического Y - разветвителя 1_i, (i = 1,...N), подключен ко входу i-го ОБЭ 2_i, прямой выход которого является поглощающим, и объединен с выходом первого оптического разветвления (i+1)-го оптического Y-разветвителя 1_i+1 (выход второго оптического разветвления (N+1)-го оптического Y-разветвителя 1_N+1 является поглощающим). Инверсный выход i-го ОБЭ 2_i, (i=1,...N), подключен ко входу (i+1)-го оптического ответвления 3_i+1 оптического объединителя 3, выход которого является выходом устройства.

В данном ОПК реализуется операция преобразования параллельного позиционного двоичного (N+1)-разрядного кода в последовательный отраженный двоичный (N+1)-разрядный код Грея, осуществляемая путем сдвига исходного (N+1)-разрядного кода на один разряд вправо (в сторону младшего разряда) с последующим суммированием по модулю 2 сдвинутого кода с исходным и дальнейшим разворачиванием параллельного кода Грея в последовательный.

Устройство при этом работает следующим образом. Преобразуемый параллельный позиционный двоичный (N+1)-разрядный код в виде оптических импульсов интенсивности 2 усл(овных) ед(иницы) поступает на входы оптических Y - разветвителей 1₁, . ..1_N и 1_N+1 (куда поступает младший разряд). За счет равного разветвления оптического потока в i-ом оптическом Y-разветвителе 1_i происходит сдвиг входного кода на один разряд вправо, а за счет объединения по выходу второго оптического разветвления i-го оптического Y - разветвителя 1_i и первого оптического разветвления (i+1)-го оптического Y-разветвителя 1_i+1 - поразрядное суммирование исходного и сдвинутого кодов. (При этом оптический импульс интенсивности 1 усл.ед. в первом оптическом разветвлении оптического Y-разветвителя 1₁ не суммируется, поступая непосредственно в первое оптическое ответвление 3₁, а вторая половина входного импульса в (N+1)-м оптическом Y- разветвителе 1_N+1 поглощается для обеспечения равенства интенсивностей суммируемых далее импульсов). В ОБЭ 2₁ - 2_N осуществляется суммирование кодовых разрядов по модулю 2: при наличии оптических импульсов интенсивности 1 усл. ед. во втором оптическом разветвлении i-го и первом (i+1)-го оптических Y-разветвителей 1_i, 1_i+1 на входе ОБЭ 2_i формируется оптический сигнал интенсивности 2 усл.ед., превышающей его порог срабатывания. В этом случае ОБЭ 2_i срабатывает - появляется сигнал на его прямом выходе, где поглощается (на используемом далее инверсном выходе - нулевой сигнал, т.е. 1+1=0). При отсутствии импульсов в обоих оптических разветвлениях (нулевой сигнал на входе ОБЭ 2_i) или одном из них (единичный сигнал на входе ОБЭ 2_i), интенсивность входного сигнала оказывается меньше порога срабатывания ОБЭ - данный сигнал проходит на инверсный выход ОБЭ 2_i (т.е. 0+0=0, 0+1= 1, 1+0=1). Таким образом на входах оптических ответвлений 3₁-3_N+1 оптического объединителя 3 формируется сумма по модулю 2 исходного и сдвинутого на разряд вправо двоичных кодов, т.е. параллельный отраженный код Грея. Прохождение данного оптического кода по оптическим ответвлениям 3₁ - 3_N+1 (где длины соседних оптических ответвлений отличаются на величину ΔL = c·τ, где c - скорость света, τ - период выходной последовательности импульсов) за счет разных времен их прохождения приводит к формированию на выходе оптического объединителя 3, т.е. выходе устройства, последовательного кода Грея. Так как быстродействие данного ОПК определяется по существу лишь временем срабатывания ОБЭ (10^-10-10^-12c), то, следовательно, предложенное устройство обеспечивает искомое преобразование кодов с быстродействием, потенциально возможным для оптических переключательных схем.

Изобретение относится к области обработки информации и может быть использовано в оптических вычислительных системах. Техническим результатом является повышение быстродействия. Преобразователь содержит группу оптических разветвителей, группу оптических бистабильных элементов и оптический объединитель. 1 ил.

Оптический преобразователь кодов, содержащий группу оптических У-разветвителей и группу оптических бистабильных элементов, отличающийся тем, что в него введен оптический объединитель с оптическими ответвлениями различной длины, входы устройства объединены со входами группы оптических У-разветвителей, при этом вход последнего оптического У-разветвителя, выход второго оптического разветвления которого является поглощающим, объединен со входом устройства для младшего разряда преобразуемого кода, выход первого оптического разветвления первого оптического У-разветвителя подключен ко входу первого оптического ответвления оптического объединителя, а выход второго оптического разветвления каждого оптического У-разветвителя группы, кроме последнего, объединен с выходом первого оптического разветвления следующего по порядку - соответствующего соседнему меньшему разряду кода, оптического У-разветвителя, подключенному ко входу соответствующего оптического бистабильного элемента группы, прямой выход которого является поглощающим, а инверсный подключен к соответствующему оптическому ответвлению оптического объединителя, выход которого является выходом устройства.