ОПТИЧЕСКИЙ ЦИФРОАНАЛОГОВЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Российский патент 2018 года по МПК G02F7/00 

Изобретение относится к средствам преобразования оптических сигналов и может быть использовано в оптических устройствах обработки информации при разработке и создании оптических вычислительных машин и приемо-передающих устройств.

Наиболее близким по техническому исполнению к предложенному устройству является оптический цифро-аналоговый преобразователь, содержащий интегрально-оптические волноводы [Патент №2471218. Россия, 2012 г. Цифроаналоговый преобразователь на основе одномодовых интегрально-оптических волноводов / Соколов С.В., Векшин М.М., Кулиш О.А.].

Недостатками данного устройства являются его сложность и невозможность преобразования в аналоговый сигнал оптического последовательного цифрового кода.

Заявленное устройство направлено на решение задачи цифроаналогового преобразования последовательных оптических кодов с быстродействием, потенциально возможным для оптических устройств.

Поставленная задача возникает при разработке и создании чисто оптических вычислительных машин или приемо-передающих устройств, обеспечивающих обработку информации в гигагерцовом диапазоне.

Сущность изобретения состоит в том, что устройство содержит оптический объединитель, оптический Y-разветвитель, оптический волновод обратной связи, входом устройства является первый вход оптического объединителя, выход которого подключен ко входу оптического Y-разветвителя, первый выход которого подключен ко входу оптического волновода обратной связи, выход которого подключен ко второму входу оптического объединителя, а второй выход оптического Y-разветвителя является выходом устройства.

На фиг. 1 представлена функциональная схема оптического цифроаналогового преобразователя.

Устройство состоит из оптического объединителя 1, оптического Y-разветвителя 2, оптического волновода обратной связи 3.

Входом устройства I является первый вход оптического объединителя 1.

Выход оптического объединителя 1 подключен ко входу оптического Y-разветвителя 2. Первый выход оптического Y-разветвителя 2 подключен ко входу оптического волновода обратной связи 3. Выход оптического волновода обратной связи 3 подключен ко второму входу оптического объединителя 1.

Выходом устройства Q является второй выход оптического Y-разветвителя 2.

Длина оптического волновода обратной связи 3 обеспечивает задержку оптического кодового импульса на длительность одного бита информации. Интенсивность логической единицы N-разрядного ЦАП равна 2^N условных единиц (усл. ед.).

Рассмотрим работу предложенного оптического ЦАП на примере ЦАП, преобразующего трехразрядный оптический код в аналоговую величину. (Для данного ЦАП интенсивность логической единицы равна 2³ усл. ед.) Пусть на вход оптического ЦАП подан оптический код 111.

Первый (младший) бит цифрового кода в виде оптического сигнала с интенсивностью 2³ усл. ед. со входа устройства поступает на вход оптического объединителя 1, где складывается с оптическим сигналом (равным 0), поступающим с выхода оптического волновода обратной связи 3. Суммарная интенсивность сигналов на выходе оптического объединителя 1 составит 2³+0=2³ усл. ед. Оптический сигнал с выхода оптического объединителя 1 поступает на вход оптического Y-разветвителя 2. С первого выхода оптического Y-разветвителя 2 оптический сигнал, уменьшившись по интенсивности в два раза (2 усл. ед.), поступает на вход оптического волновода обратной связи 3. Оптический сигнал со входа оптического волновода обратной связи 3 достигнет его выхода за время t (t=l/C, где С - скорость света, а l - длина волновода), равное длительности одного импульса (такту) последовательного цифрового кода. Оптический сигнал с выхода оптического волновода обратной связи 3 поступит на второй вход оптического объединителя 1, где он сложится уже со вторым битом данных цифрового кода: интенсивность сигнала на выходе оптического объединителя 1 составит 2³+2² усл. ед.

Далее оптический сигнал с выхода оптического объединителя 1 поступает на вход оптического Y-разветвителя 2, с первого выхода которого, уменьшившись по интенсивности в два раза (2²+2¹ усл. ед.), поступает на вход оптического волновода обратной связи 3. Оптический сигнал с выхода оптического волновода обратной связи 3 поступит на второй вход оптического объединителя 1, где он сложится уже с третьим битом цифрового кода.

Третий (старший) бит цифрового кода с интенсивностью 2³ усл. ед. со входа устройства поступает на вход оптического объединителя 1, где складывается с оптическим сигналом с интенсивностью 2²+2¹ усл. ед., поступающим с выхода оптического волновода обратной связи 3. Окончательная суммарная интенсивность сигналов на выходе оптического объединителя 1 составит 2³+2²+2¹ усл. ед.

Оптический сигнал с выхода оптического объединителя 1 поступает на вход оптического Y-разветвителя 2, со второго выхода которого, уменьшившись по интенсивности в два раза (2²+2¹+2⁰=7 усл. ед.), поступает на выход устройства Q. Таким образом, на третьем такте работы устройства на его выходе формируется аналоговое значение входного оптического кода, равное 7. (Следует при этом отметить, что после считывания данного значения на выходе устройства наблюдается непродолжительный переходный процесс, обусловленный затуханием выходного сигнала, многократно проходящего по кольцу оптического волновода обратной связи 3, что накладывает соответствующее ограничение на временной интервал между входными кодовыми последовательностями.)

Аналогично в общем случае в зависимости от значения оптического кода {D_N, D_N-1, …D₁}, поданного на вход устройства, аналоговая величина, сформированная на его выходе Q, будет определяться выражением

Q=(D_N⋅2^N-1+D_N-1⋅2^N-2+D₁⋅2⁰).

Простота данного оптического цифроаналогового преобразователя делает весьма перспективным его использование при разработке и создании оптических вычислительных машин и приемо-передающих устройств.

Изобретение относится к средствам преобразования оптических сигналов и может быть использовано в оптических устройствах обработки информации при разработке и создании оптических вычислительных машин и приемо-передающих устройств. В оптический цифроаналоговый преобразователь введены оптический объединитель, оптический Y-разветвитель, оптический волновод обратной связи. Входом устройства является первый вход оптического объединителя, выход которого подключен ко входу оптического Y-разветвителя, первый выход которого подключен ко входу оптического волновода обратной связи, выход которого подключен ко второму входу оптического объединителя, а второй выход оптического Y-разветвителя является выходом устройства. Устройство направлено на решение задачи цифроаналогового преобразования последовательных оптических кодов с быстродействием, потенциально возможным для оптических устройств. 1 ил.

Оптический цифроаналоговый преобразователь, отличающийся тем, что в него введены оптический объединитель, оптический Y-разветвитель, оптический волновод обратной связи, входом устройства является первый вход оптического объединителя, выход которого подключен ко входу оптического Y-разветвителя, первый выход которого подключен ко входу оптического волновода обратной связи, выход которого подключен ко второму входу оптического объединителя, а второй выход оптического Y-разветвителя является выходом устройства.