ОПТИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСНЫХ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ Российский патент 2011 года по МПК H03K3/42 

Изобретение относится к средствам оптической импульсной техники и может быть использовано в оптических устройствах обработки информации и оптических вычислительных машинах в качестве источника тактовых импульсов.

Наиболее близким по техническому исполнению к заявленному устройству является оптический мультивибратор, состоящий из оптических волноводов, оптических разветвителей и оптических бистабильных элементов [Патент №2050017, Россия, 1995. Оптический мультивибратор / Соколов С.В.].

Существенные признаки прототипа, общие с заявляемым устройством, - оптические волноводы.

Недостатками данного устройства являются сложность конструкции и сложность регулировки параметров импульсных последовательностей.

Задачей изобретения является создание оптического устройства, способного генерировать как когерентные, так и некогерентные оптические импульсные последовательности заданной частоты и скважности при одновременном упрощении конструкции устройства.

Техническим результатом является расширение возможностей устройства за счет управления регулировкой параметров импульсных последовательностей при одновременном упрощении конструкции устройства.

Сущность изобретения состоит в том, что в оптический генератор импульсных последовательностей, содержащий два параллельно расположенных оптических волновода, первый из которых имеет длину (n+1)×m усл. ед. длины, а второй - n×m усл. ед. длины (n - нечетное число), введены источник излучения, n электрооптических кристаллов, в которые интегрированы данные оптические волноводы, управляющим входом устройства являются объединенные управляющие входы электрооптических кристаллов, выход источника излучения подключен ко входу первого оптического волновода, вход второго оптического волновода расположен на расстоянии m от входа первого оптического волновода по оси распространения оптических сигналов, первый из n электрооптических кристаллов расположен на расстоянии m от входа первого оптического волновода, (i+1)-й электрооптический кристалл расположен на расстоянии m усл. ед. длины от i-го электрооптического кристалла (i=1, 2, …, n), выходы первого и второго оптических волноводов располагаются на расстоянии m от n-го электрооптического кристалла, выходы первого и второго оптических волноводов являются первым и вторым выходами устройства, соответственно.

Функциональная схема оптического генератора импульсных последовательностей показана на фигуре 1.

Оптический генератор импульсных последовательностей содержит:

- 1 - источник излучения (ИИ) с интенсивностью k условных единиц;

- 2₁, 2₂ - первый и второй оптические волноводы (ОВ),

- 3₁, 3₂, …, 3_n - n электрооптических кристаллов (ЭОК), в которые интегрированы ОВ 2₁, 2₂.

При приложении внешнего электрического поля к управляющему входу ЭОК изменяет показатель преломления, меняя от 0 до 1 коэффициент оптической связи между первым и вторым ОВ 2₁, 2₂; ЭОК могут быть реализованы, например, в виде [Клер Ж.-Ж. Введение в интегральную оптику: Пер. с франц. / Ж.-Ж. Клер. - M.: Советское радио, 1980. - 104 с., страница 80…81, рисунок 81].

Управляющим входом С устройства являются объединенные управляющие входы электрооптических кристаллов 3₁, 3₂, …, 3_n.

Выход ИИ 1 подключен ко входу первого OВ 2₁. Вход второго OВ 2₂ расположен на расстоянии m от входа первого OВ 2₁ по оси распространения оптических потоков.

Первый 3₁ из n ЭОК 3₁, 3₂, …, 3_n расположен на расстоянии m усл. ед. длины от входа первого OВ 2₁, (i+1)-й ЭОК расположен на расстоянии m усл. ед. длины от i-го ЭОК (i=1, 2, …, n), выходы первого и второго OB 2₁, 2₂ располагаются на расстоянии m усл. ед. длины от n-го ЭОК 3_n.

Выходы первого и второго OВ 2₁, 2₂ являются первым (выход 1) и вторым (выход 2) выходами устройства, соответственно.

Работа устройства протекает следующим образом.

В начальном состоянии - в отсутствие управляющего сигнала на входе С устройства, с выхода ИИ 1 оптический поток с интенсивностью k усл. ед. поступает на вход первого OВ 2₁ и далее на выход 1 устройства.

При подаче управляющего сигнала на вход С оптического генератора импульсных последовательностей в момент времени t₁ все n ЭОК 3₁, 3₂, …, 3_n по действием приложенного электрического поля изменяют свой показатель преломления таким образом, что между первым и вторым OВ 2₁, 2₂ на участках интеграции в соответствующий ЭОК 3₁, 3₂, …, 3_n (через отрезки расстояния длиной m усл. ед.) появляется оптическая связь [Клер Ж.-Ж. Введение в интегральную оптику: Пер. с франц. / Ж.-Ж. Клер. - M.: Советское радио, 1980. - 104 с., страница 80…81, рисунок 81].

Следовательно, оптический поток с выхода ИИ 1 с интенсивностью k усл. ед. через время, равное Δt=t_зад+n×m/c (t_зад - время срабатывания ЭОК (составляет порядка 10^-9 с [Клер Ж.-Ж. Введение в интегральную оптику: Пер. с франц. / Ж.-Ж. Клер. - M.: Советское радио, 1980. - 104 с., страница 80…81]), с - скорость распространения оптического потока в среде OВ 2₁, 2₂), распределяется следующим образом: «участок между входом OВ 2₁ и ЭОК 3₁» - «участок OВ 2₂ между ЭОК 3₁ и ЭОК 3₂» - «участок OВ 2₁ между ЭОК 3₂ и ЭОК 3₃»… «участок OВ 2₂ между ЭОК 3_n и выходом OВ 2₂». На выходе второго OВ 2₂ при этом формируется поток с интенсивностью k усл. ед.

После снятия управляющего сигнала со входа С устройства в момент времени t₃ ЭОК 3₁, 3₃, …, 3_n разорвут оптическую связь между первым и вторым OВ 2₁, 2₂. Следовательно, в первом и втором OВ 2₁, 2₂ одновременно будут сформированы оптические «отрезки» - длина каждого отрезка при этом составляет m усл. ед., расстояние между отрезками - m усл. ед. В каждом OВ 2₁, 2₂ таких "отрезков" будет (n+1)/2.

Далее оптический генератор импульсных последовательностей выдает на первом и втором выходах OВ 2₁, 2₂ устройства (выход 1 и выход 2, соответственно) импульсные последовательности с длительностью импульса, равной t_И=m/с, и длительностью интервала между импульсами t_ИИ=t_И=m/с.

Через интервал времени Δt_*=(n+1)×m/c выдача импульсных последовательностей на первом и втором выходах устройства (выход 1 и выход 2, соответственно) прекращается. ОГИП переходит в начальное состояние, при котором с выхода ИИ 1 оптический поток с интенсивностью k усл. ед. поступает на вход первого OВ 2₁ и далее на выход 1 устройства. Такое состояние оптического генератора импульсных последовательностей длится вплоть до поступления очередного управляющего сигнала на вход С.

Дальнейшее функционирование оптического генератора импульсных последовательностей осуществляется аналогично вышеизложенному.

Подбирая значения n и m, можно сгенерировать импульсную последовательность оптических сигналов с заданными параметрами (длительностью импульса и длительностью интервала между импульсами), а выбирая период следования управляющих сигналов T≤Δt_*-Δt, можно обеспечить ее непрерывность.

Для полного управления значениями n и m необходимо ввести вместо единственного входа устройства n входов, являющихся одновременно входами электрооптических кристаллов 3₁, 3₂, …, 3n - входы C₁, С₂ … С_n.

Функциональная схема такого оптического генератора импульсных последовательностей показана на фигуре 2. Обозначения функциональных блоков аналогичны обозначениям на фигуре 1. Такое исполнение оптического генератора импульсных последовательностей позволяет формировать на первом и втором выходах устройства импульсные последовательности с различными длительностями импульсов и периодами.

Дополнительными преимуществами данного ОГИП являются возможность формирования ультракоротких оптических импульсов, а также высокая частота их следования: F=c/(2m)(10¹⁰-10¹¹ c^-1).

Изобретение относится к средствам оптической импульсной техники. Техническим результатом является расширение возможностей устройства за счет управления регулировкой параметров импульсных последовательностей при одновременном упрощении конструкции устройства. Технический результат достигается благодаря тому, что в оптический генератор импульсных последовательностей, содержащий два параллельно расположенных оптических волновода, первый из которых имеет длину (n+1)×m усл. ед. длины, а второй - n×m усл. ед. длины (n - нечетное число), введены источник излучения, n электрооптических кристаллов, в которые интегрированы данные оптические волноводы, управляющим входом устройства являются объединенные управляющие входы электрооптических кристаллов, выход источника излучения подключен ко входу первого оптического волновода, вход второго оптического волновода расположен на расстоянии m от входа первого оптического волновода по оси распространения оптических сигналов, первый из n электрооптических кристаллов расположен на расстоянии m от входа первого оптического волновода, (i+1)-й электрооптический кристалл расположен на расстоянии m усл. ед. длины от i-го электрооптического кристалла (i=1, 2, …, n), выходы первого и второго оптических волноводов располагаются на расстоянии m от n-го электрооптического кристалла, выходы первого и второго оптических волноводов являются первым и вторым выходами устройства, соответственно. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Оптический генератор импульсных последовательностей, содержащий два параллельно расположенных оптических волновода, отличающийся тем, что в него введены источник излучения, n электрооптических кристаллов, в которые интегрированы данные оптические волноводы, управляющим входом устройства являются объединенные управляющие входы электрооптических кристаллов, выход источника излучения подключен ко входу первого оптического волновода, вход второго оптического волновода расположен на расстоянии m от входа первого оптического волновода по оси распространения оптических сигналов, первый из n электрооптических кристаллов расположен на расстоянии m от входа первого оптического волновода, (1+1)-й электрооптический кристалл расположен на расстоянии m усл. ед. длины от i-го электрооптического кристалла (i=1, 2, …, n), выходы первого и второго оптических волноводов располагаются на расстоянии m от n-го электрооптического кристалла, выходы первого и второго оптических волноводов являются первым и вторым выходами устройства соответственно.

2. Оптический генератор импульсных последовательностей по п.1, отличающийся тем, что управляющими входами устройства являются управляющие входы электрооптических кристаллов.