ОПТИЧЕСКИЙ НАНОКОМПАРАТОР Российский патент 2009 года по МПК G02F7/00 B82B1/00 

Изобретение относится к средствам вычислительной техники и может быть использовано в оптических устройствах обработки информации при разработке и создании оптических вычислительных машин и приемопередающих устройств.

Наиболее близким по техническому исполнению к предложенному устройству является оптический компаратор, содержащий первый и второй входные информационные оптические разветвители, первый и второй управляющие оптические разветвители, а также N оптически связанных оптических разветвителей [Патент №2106064, Россия, 1994. Оптический компаратор / Соколов С. В., Баранник А.А.].

Недостатком данного устройства является сложность устройства, так как для достижения высокой точности требуется большое количество оптически связанных между собой оптических разветвителей.

Заявленное устройство направлено на упрощение решения задачи сравнения двух оптических некогерентных сигналов с быстродействием, потенциально возможным для оптических переключательных схем.

Поставленная задача возникает при разработке и создании чисто оптических вычислительных машин или приемопередающих устройств, обеспечивающих обработку информации в тера- и гигагерцевом диапазонах.

Заявленное устройство строится на основе оптических нановолокон, варианты технического исполнения которых описаны в [Оптика наноструктур / Под редакцией А.В.Федорова. СПб.: «Недра», 2005 г.; Krenn J.R., Dereux A., Weeber J.C. et al. Squeezing the optical near-field zone by plasmon coupling of metal nanoparticles. Physical Review Letters, 1999, 82, 12, 2590], и телескопических нанотрубок, под которыми понимается пара вложенных одна в другую нанотрубок [Multiwalled Carbon Nanotubes as Gigahertz Oscillators, 2002 г.].

Сущность изобретения состоит в том, что в устройство, содержащее оптический Y-разветвитель, введены два входных оптических нановолокна, две телескопические нанотрубки, два выходных оптических нановолокна и источник оптического сигнала, причем информационными входами устройства являются входы первого и второго входных оптических нановолокон, выходы которых оптически связаны с торцами внутренней телескопической нанотрубки, расположенной между первым и вторым входными оптическими нановолокнами по оси распространения входных оптических сигналов, а выход источника оптического сигнала подключен ко входу оптического нановолоконного Y-разветвителя, выход первого оптического разветвления которого оптически подключен ко входу первого выходного оптического нановолокна, выход которого является первым выходом устройства, а выход второго оптического разветвления оптического нановолоконного Y-разветвителя оптически подключен ко входу второго выходного оптического нановолокна, выход которого является вторым выходом устройства, при этом в крайних положениях (левом или правом) внутренней телескопической нанотрубки оптическая связь между выходами оптических разветвлений оптического нановолоконного Y-разветвителя и входами соответствующих выходных оптических нановолокон отсутствует.

На чертеже представлена функциональная схема оптического нанокомпаратора.

Устройство состоит из двух входных оптических нановолокон 1_i, _i=1…2, двух телескопических нанотрубок 2_i, _i=1…2, (2₁ - внутренняя нанотрубка, 2₂ - внешняя нанотрубка), двух выходных оптических нановолокон 3₁, 3₂, одного оптического нановолоконного Y-разветвителя 4 с оптическими разветвлениями 4₁, 4₂ и источника оптического сигнала 5 с интенсивностью 1 усл. ед.

Информационными входами устройства «Ia» и «Ib» являются входы первого и второго входных оптических нановолокон 1₁ и 1₂ соответственно, выходы которых оптически связаны с торцами внутренней нанотрубки 2₁.

Телескопические нанотрубки 2₁, 2₂ расположены между первым и вторым входными оптическими нановолокнами 1₁ и 1₂ по оси распространения входных оптических сигналов. Выход источника оптического сигнала 5 подключен ко входу оптического нановолоконного Y-разветвителя 4. Выход первого оптического разветвления 4₁ оптического нановолоконного Y-разветвителя 4 оптически подключен ко входу первого выходного оптического нановолокна 3₁, выход которого является первым выходом устройства «Ia>Ib», а выход второго оптического разветвления 4₂ оптического нановолоконного Y-разветвителя 4 оптически подключен ко входу второго выходного оптического нановолокна 3₂, выход которого является вторым выходом устройства «Ia<Ib». В крайних положениях (левом или правом) внутренней нанотрубки 2₂ оптическая связь между выходами оптических разветвлений 4₁, 4₂ оптического нановолоконного Y-разветвителя 4 и входами выходных оптических нановолокон 3₁ и 3₂ отсутствует.

Оптический компаратор работает следующим образом.

Пусть на вход "Ia" подан сигнал интенсивности «А» усл. ед., а на вход "Ib" - сигнал интенсивности «В»>«А» усл. ед. Со входов "Ia" и "Ib" оптические сигналы поступают через входные оптические нановолокна 1₁, 1₂ на торцы внутренней телескопической нанотрубки 2₁. Под воздействием разности давлений световых потоков (разность оптических мощностей 1-5 ватт создает разность давлений 5-15 нН) внутренняя нанотрубка 2₁ будет перемещаться в сторону входного оптического нановолокна с меньшей интенсивностью входного оптического потока - в данном случае внутренняя нанотрубка 2₁ будет смещена в сторону входного оптического нановолокна 1₁. В результате нанотрубка 2₁ разорвет оптическую связь выходного оптического нановолокна 3₁ и оптического разветвления 4₁ оптического нановолоконного Y-разветвителя 4 соответственно, сигнал на выходе "Ia>Ib" будет равен нулю. Т.к при этом оптический поток интенсивности 1 усл. ед. беспрепятственно проходит с выхода оптического разветвления 4₂ оптического нановолоконного Y-разветвителя 4 на вход выходного оптического нановолокна 3₂ и далее на выход устройства "Ia<Ib", то сигнал на выходе "Ia<Ib" будет равен 1 усл. ед.

Если на вход "Ia" будет подан сигнал интенсивности «А»>«В» усл. ед. (на вход "Ib" - сигнал интенсивности «В»<«А» усл. ед.), то под воздействием разности давлений световых потоков нанотрубка 2₁ переместится в сторону входного оптического нановолокна 1₁ соответственно, сигнал на выходе "Ia<Ib" будет равен нулю. При этом оптический поток интенсивности 1 усл. ед. будет беспрепятственно проходить с выхода оптического разветвления 4₁ оптического нановолоконного Y-разветвителя 4 на вход выходного оптического нановолокна 3₁ и далее на выход устройства "Ia>Ib", т.е. сигнал на выходе "Ia>Ib" будет равен 1 усл. ед.

Изобретение относится к средствам вычислительной техники. Сущность устройства заключается в формировании по двум входным оптическим сигналам 1а и 1b выходного оптического сигнала на выходе Ia>Ib или Ia<Ib. Оптический компаратор содержит оптический Y-разветвитель, два входных оптических нановолокна, две телескопические нанотрубки, два выходных оптических нановолокна, источник оптического сигнала. Технический результат - повышение быстродействия, потенциально возможного для оптических переключательных схем. 1 ил.

Оптический нанокомпаратор, содержащий оптический Y-разветвитель, отличающийся тем, что в него введены два входных оптических нановолокна, две телескопические нанотрубки, два выходных оптических нановолокна и источник оптического сигнала, причем информационными входами устройства являются входы первого и второго входных оптических нановолокон, выходы которых оптически связаны с торцами внутренней телескопической нанотрубки, расположенной между первым и вторым входными оптическими нановолокнами по оси распространения входных оптических сигналов, а выход источника оптического сигнала подключен ко входу оптического нановолоконного Y-разветвителя, выход первого оптического разветвления которого оптически подключен ко входу первого выходного оптического нановолокна, выход которого является первым выходом устройства, а выход второго оптического разветвления оптического нановолоконного Y-разветвителя оптически подключен ко входу второго выходного оптического нановолокна, выход которого является вторым выходом устройства, при этом в крайних положениях (левом или правом) внутренней телескопической нанотрубки оптическая связь между выходами оптических разветвлений оптического нановолоконного Y-разветвителя и входами соответствующих выходных оптических нановолокон отсутствует.