ОПТИЧЕСКИЙ НАНОСЕЛЕКТОР МАКСИМАЛЬНОГО СИГНАЛА Российский патент 2012 года по МПК G06E3/00 B82B1/00 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в оптических наноустройствах обработки информации для выбора (селекции) максимального сигнала из совокупности оптических сигналов, подаваемых на его вход.

Известно оптическое вычислительное устройство - оптический компаратор [Патент №2106063, РФ. Оптический компаратор / Соколов С.В., Баранник А.А., 1998 г.], предназначенный для сравнения двух оптических сигналов по величинам их интенсивностей. Оптический компаратор содержит оптический разветвитель, амплитудные модуляторы, фазовый модулятор, оптические объединители, оптические бистабильные элементы.

Существенные признаки аналога, общие с заявляемым устройством, следующие: оптический разветвитель, оптический объединитель.

Недостатками данного устройства являются сложность конструкции и невозможность выбора максимального сигнала из двух оптических сигналов, подаваемых на его вход, а также невозможность реализации устройства в наноразмерном исполнении.

Наиболее близким по техническому исполнению к заявляемому устройству является оптическое вычитающее наноустройство [Патент №2364906, РФ. Оптическое вычитающее наноустройство / Соколов С.В., Каменский В.В., 2009 г., БИ №23], содержащее входной оптический нановолоконный Y-разветвитель, источник постоянного оптического сигнала, два оптических нановолоконных N-выходных разветвителя, два входных оптических нановолоконных Y-разветвителей, два входных оптических нановолоконных объединителя, два оптических нановолоконных N-входных объединителя, пару телескопических нанотрубок.

Прототип является существенным признаком заявляемого устройства.

Недостатком прототипа является невозможность выбора максимального сигнала из двух оптических сигналов, подаваемых на его вход.

Задачами изобретения являются создание оптического устройства, способного формировать на выходе устройства оптический сигнал с интенсивностью излучения, пропорциональной этому максимальному сигналу, а также реализация устройства в наноразмерном исполнении.

Техническим результатом является расширение возможностей устройства за счет выполнения функции формирования на выходе устройства оптического сигнала с интенсивностью излучения, пропорциональной этому максимальному сигналу, при реализации устройства в наноразмерном исполнении.

Сущность изобретения состоит в том, что в оптический наноселектор максимального сигнала, содержащий оптический вычитающий наноблок, введены два оптических нановолноводных Y-разветвителя, три оптических нановолноводных Y-объединителя, первым входом устройства является вход первого оптического нановолноводного Y-разветвителя, вторым входом устройства является вход второго оптического нановолноводного Y-разветвителя, первый выход первого оптического нановолноводного Y-разветвителя подключен к первому входу оптического вычитающего наноблока, первый выход второго оптического нановолноводного Y-разветвителя подключен ко второму входу оптического вычитающего наноблока, второй выход первого оптического нановолноводного Y-разветвителя подключен к первому входу второго оптического нановолноводного Y-объединителя, второй выход второго оптического нановолноводного Y-разветвителя подключен ко второму входу второго оптического нановолноводного Y-объединителя, выход которого подключен ко второму входу третьего оптического нановолноводного Y-объединителя, первый выход оптического вычитающего наноблока подключен к первому входу первого оптического нановолноводного Y-объединителя, второй выход оптического вычитающего наноблока подключен ко второму входу первого оптического нановолноводного Y-объединителя, выход которого подключен к первому входу третьего оптического нановолноводного Y-объединителя, выход которого является выходом устройства.

Оптический наноселектор максимального сигнала - оптическое вычислительное устройство, предназначенное для формирования на его выходе оптического сигнала с интенсивностью z, наибольшей из интенсивностей двух оптических сигналов x, y, подаваемых на его входы, согласно известному выражению:

где x, y - величины интенсивностей оптических сигналов, подаваемых на первый и второй входы оптического наноселектора максимального сигнала.

Функциональная схема оптического наноселектора максимального сигнала показана на фигуре 1.

Оптический наноселектор максимального сигнала содержит:

- 1₁, 1₂ - первый и второй оптические нановолноводные Y-разветвители;

- 2 - оптический вычитающий наноблок, который может быть выполнен в виде [Патент №2364906, РФ. Оптическое вычитающее наноустройство / Соколов С.В., Каменский В.В., 2009 г., БИ №23];

- 3₁, 3₂ и 3₃ - первый, второй и третий оптические нановолноводные Y-объединители.

Оптический наноселектор максимального сигнала имеет два входа, причем первым входом устройства (Вход 1) является вход первого оптического нановолноводного Y-разветвителя 1₁, а вторым входом (Вход 2) - вход второго оптического нановолноводного Y-разветвителя 1₂.

Первый выход первого оптического нановолноводного Y-разветвителя 1₁ подключен к первому входу оптического вычитающего наноблока 2.

Первый выход второго оптического нановолноводного Y-разветвителя 1₂ подключен ко второму входу оптического вычитающего наноблока 2.

Второй выход первого оптического нановолноводного Y-разветвителя 1₁ подключен к первому входу второго оптического нановолноводного Y-объединителя 3₂.

Второй выход второго оптического нановолноводного Y-разветвителя 1₂ подключен ко второму входу второго оптического нановолноводного Y-объединителя 3₂, выход которого подключен ко второму входу третьего оптического нановолноводного Y-объединителя 3₃.

Первый выход оптического вычитающего наноблока 2 подключен к первому входу первого оптического нановолноводного Y-объединителя 3₁. Второй выход оптического вычитающего наноблока 2 подключен ко второму входу первого оптического нановолноводного Y-объединителя 3₁, выход которого подключен к первому входу третьего оптического нановолноводного Y-объединителя 3₃.

Выход третьего оптического нановолноводного Y-объединителя 3₃ является выходом устройства.

Работа устройства при подаче на вход 1 и вход 2 оптического наноселектора максимального сигналов оптических сигналов с интенсивностями x и y усл(овных) ед(иниц), соответственно, протекает следующим образом.

Оптический сигнал с интенсивностью x усл. ед. поступает на вход первого оптического нановолноводного Y-разветвителя 1₁, с первого и второго выходов которого формируются оптические сигналы с интенсивностями усл. ед. каждый. Одновременно оптический сигнал с интенсивностью y усл. ед. поступает на вход второго оптического нановолноводного Y-разветвителя 1₂, с первого и второго выходов которого формируются оптические сигналы с интенсивностями усл. ед. каждый.

Далее, с первого выхода первого оптического нановолноводного Y-разветвителя 1₁ оптический сигнал с интенсивностью усл. ед. поступает на первый вход оптического вычитающего наноблока 2. С первого выхода второго оптического нановолноводного Y-разветвителя 1₂ оптический сигнал с 1 интенсивностью усл. ед. поступает на второй вход оптического вычитающего наноблока 2.

Работа оптического вычитающего наноблока 2 описана в [Патент №2364906, РФ. Оптическое вычитающее наноустройство / Соколов С.В., Каменский В.В., 2009 г., БИ №23]. Так как для исключения знака разности сигналов х, y выходы оптического вычитающего наноблока 2 подключены к первому и второму входам первого оптического нановолноводного Y-объединителя 3₁, то на выходе последнего формируется оптический сигнал с интенсивностью, равной . Этот оптический сигнал подается на первый вход третьего оптического нановолноводного Y-объединителя 3₃.

Т.к. со второго выхода первого оптического нановолноводного Y-разветвителя 1₁ оптический сигнал с интенсивностью усл. ед. поступает на первый вход второго оптического нановолноводного Y-объединителя 3₂, а со второго выхода второго оптического нановолноводного Y-разветвителя 1₂ оптический сигнал с интенсивностью усл. ед. поступает на второй вход второго оптического нановолноводного Y-объединителя 3₂, то на выходе последнего формируется оптический сигнал с интенсивностью, равной . Этот оптический сигнал подается на второй вход третьего оптического наиоволноводного Y-объединителя 3₃.

Следовательно, на выходе третьего оптического нановолноводного Y-объединителя 3₃ формируется оптический сигнал с интенсивностью, равной усл. ед., что соответствует интенсивности z, описываемой формулой (1), т.е. интенсивности максимального сигнала.

Таким образом, оптический наноселектор максимального сигнала определяет максимальный сигнал из двух оптических сигналов, подаваемых на его вход, и формирует на своем выходе оптический сигнал с интенсивностью, равной интенсивности этого максимального сигнала.

Быстродействие оптического наноселектора максимального сигнала определяется динамическими характеристиками оптического вычитающего наноблока, быстродействие которого составляет ≈10^-9 с. Для существующих оптических систем обработки информации подобное быстродействие обеспечивает его функционирование практически в реальном масштабе времени.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в оптических наноустройствах обработки информации для выбора (селекции) максимального сигнала из совокупности оптических сигналов, подаваемых на его вход. Техническим результатом является расширение возможностей устройства за счет выполнения функции формирования на выходе устройства оптического сигнала с интенсивностью излучения, пропорциональной этому максимальному сигналу, при реализации устройства в наноразмерном исполнении. Оптический наноселектор максимального сигнала состоит из оптического вычитающего наноблока, двух оптических нановолноводных Y-разветвителей, трех оптических нановолноводных Y-объединителей. 1 ил.

Оптический наноселектор максимального сигнала, содержащий оптический вычитающий наноблок, отличающийся тем, что в него введены два оптических нановолноводных Y-разветвителя, три оптических нановолноводных У-объединителя, первым входом устройства является вход первого оптического нановолноводного Y-разветвителя, вторым входом устройства является вход второго оптического нановолноводного Y-разветвителя, первый выход первого оптического нановолноводного Y-разветвителя подключен к первому входу оптического вычитающего наноблока, первый выход второго оптического нановолноводного Y-разветвителя подключен ко второму входу оптического вычитающего наноблока, второй выход первого оптического нановолноводного Y-разветвителя подключен к первому входу второго оптического нановолноводного Y-объединителя, второй выход второго оптического нановолноводного Y-разветвителя подключен ко второму входу второго оптического нановолноводного Y-объединителя, выход которого подключен ко второму входу третьего оптического нановолноводного Y-объединителя, первый выход оптического вычитающего наноблока подключен к первому входу первого оптического нановолноводного Y-объединителя, второй выход оптического вычитающего наноблока подключен ко второму входу первого оптического нановолноводного Y-объединителя, выход которого подключен к первому входу третьего оптического нановолноводного Y-объединителя, выход которого является выходом устройства.