ОПТИЧЕСКИЙ УМНОЖИТЕЛЬ Российский патент 2023 года по МПК G02F3/00 

Описание патента на изобретение RU2787687C2

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.

Известны оптические умножители, позволяющие осуществлять перемножение оптических кодовых сигналов, например, остаточный умножитель на базе сумматора, выполненного на волноводных переключателях, содержащий оптические разветвители, волноводные переключатели и электронные схемы управления коммутацией [Акаев А.А., Майоров С.А. Оптические методы обработки информации. М.: Высшая школа, 1988, с. 203, рис. 7.19].

Недостатками данных умножителей являются низкое быстродействие, обусловленное использованием электронных схем управления переключением, и сложность конструкции.

Наиболее близким по техническому исполнению к предложенному устройству является оптический умножитель, содержащий группу оптических ответвлений [Патент №2022328, Россия, 1994. Оптический умножитель / Соколов С.В].

Недостатком данного устройства является сложность конструкции.

Заявленное устройство направлено на решение задачи умножения как когерентных, так и некогерентных, оптических кодовых сигналов с быстродействием, потенциально возможным для оптических процессорных схем, и задачи упрощения устройства.

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

Технический результат достигается тем, что в устройство введены N М-выходных оптических разветвителей, М N-выходных оптических разветвителей, М*N-входной оптический объединитель, источник напряжения, M*N оптических логических элементов «И», каждый из которых содержит резистор, фотодиод, вход которого объединяет информационные входы оптического логического элемента «И», и светодиод, катод фотодиода подключен к катоду светодиода, а анод фотодиода подключен к отрицательному электроду входа питания оптического логического элемента «И», соединенного с выходом источника напряжения, резистор соединен параллельно со светодиодом, анод которого подключен к положительному электроду входа питания оптического логического элемента «И», а выход светодиода является выходом оптического логического элемента «И», входами первого сомножителя являются входы М-выходных оптических разветвителей, входами второго сомножителя - входы N-выходных оптических разветвителей, j-й выход i-го М-выходного оптического разветвителя (i=1, 2, …, N, j=1, 2, …, M) оптически связан со входом фотодиода ij-го оптического логического элемента «И», с которым также оптически связан i-й выход j-го N-выходного оптического разветвителя, входы питания оптических логических элементов «И» соединены с выходом источника напряжения 4, а выходы оптических логических элементов «И» подключены к соответствующим входам M*N-входного оптического объединителя, выход которого является выходом устройства.

На фиг. 1 представлена функциональная схема оптического умножителя (далее - устройство).

Устройство содержит N М-выходных оптических разветвителей 11i, i=1, 2, …, N, М N-выходных оптических разветвителей 12j, j=1, 2, …, M, M*N оптических логических элементов «И» 22j, i=1, 2, …, N, j=1, 2, …, M, M*N-входной оптический объединитель 3, источник напряжения 4.

Входами первого сомножителя "a1","a2",…,"aN" являются входы N М-выходных оптических разветвителей 11i, i=1, 2, …, N. Входами второго сомножителя "b1","b2",…,"bM" являются входы М N-выходных оптических разветвителей l2j, j=1, 2, …, M.

J-й выход i-го М-выходного оптического разветвителя 11i оптически связан со входом фотодиода 2ij оптического логического элемента «И» 2ij, i=1, 2, …, N, j=1, 2, …, M.

1-й выход j-го N-выходного оптического разветвителя l2i также оптически связан со входом фотодиода 2ij оптического логического элемента «И» 2ij, i=1, 2, …, N, j=1, 2, …, M.

Входы питания оптических логических элементов «И» 2ij, i=1, 2, …, N, j=1, 2, …, M, соединены с выходом источника напряжения 4.

Выходы оптических логических элементов «И» 2ij, i=1, 2, …, N, j=1, 2, …, M, подключены к соответствующим входам M*N входного оптического объединителя 3. Выход М*N входного оптического объединителя 3 является выходом устройства.

Функциональная схема оптического логического элемента «И» 2ij, i=1, 2, …, N, j=1, 2, …, M, показана на фиг. 2.

Оптический логический элемент «И» 2ij содержит фотодиод 2ij1 светодиод 2ij2 и резистор 2ij3.

Вход фотодиода 2ij1 представляет собой (объединяет) информационные входы оптического логического элемента «И» 2ij.

Катод фотодиода 2ij1 подключен к катоду светодиода 2ij2, а анод фотодиода 2ij1 подключен к отрицательному электроду входа питания оптического логического элемента «И» 2ij, соединенного с выходом источника напряжения 4 (т.к. фотодиод в режиме фотоприема работает в инверсном режиме).

Резистор 2ij3 соединен параллельно со светодиодом 2ij2, анод которого подключен к положительному электроду входа питания оптического логического элемента «И» 2ij. Выход светодиода 2ij2 является выходом оптического логического элемента «И» 2ij, i=1, 2, …, N, j=1, 2, …, М. Устройство работает следующим образом.

На входы первого сомножителя "a1","a2",…,"aN" (входы М - выходных оптических разветвителей 1ij, i=1, 2, …, N) поступает оптический унитарный код (код с числом единиц, соответствующим значению кодируемого числа) с интенсивностью информационного единичного сигнала («1»), равной М усл(овных).ед(иниц)., соответствующий первому сомножителю А. На входы второго сомножителя "b1", "b2",…,"bM" (входы N - выходных оптических разветвителей l2j, j=1, 2, …, M) поступает оптический унитарный код с интенсивностью информационного единичного сигнала («1»), равной N усл. ед., соответствующий второму сомножителю В.

Разветвляясь в соответствующих оптических разветвителях, оптические сигналы с интенсивностью «1» усл. ед. (или «О») поступают: с выходов М - выходного оптического разветвителя 1 и на входы М оптических логических элементов «И» 2ij, j=1, 2, …, M, а с выходов N - выходного оптического разветвителя l2j на входы N оптических логических элементов «И» 2ij, i=1, 2, …, N.

Если на вход оптического логического элемента «И» 2ij, i=1, 2, …, N, j=1, 2, …, M, поступит оптический сигнал с интенсивностью «1» усл. ед., которая меньше порога срабатывания фотодиода 2ij1, то фотодиод 2ij будет закрыт - падение напряжения источника питания 4 на светодиоде 2ij2 будет ниже его порога срабатывания. Оптический сигнал на выходе светодиода 2ij, а также на выходе оптического логического элемента «И» 2ij, будет равен нулю.

Если на вход оптического логического элемента «И» 2ij, i=1, 2, …, N, j=1, 2, …, M, поступят два оптических сигнала с интенсивностью «1» усл. ед., суммарная интенсивность которых больше порога срабатывания фотодиода 2ij1, то фотодиод 2ij1 будет открыт и падение напряжения источника питания 4 на светодиоде 2ij1 будет выше его порога срабатывания. На выходе светодиода 2ij2, а, следовательно, на выходе оптического логического элемента «И» 2ij, в этом случае формируется оптический сигнал с интенсивностью «1» усл.ед., поступающий далее на соответствующий вход M*N - входного оптического объединителя 3.

Таким образом, наличие «1» в соответствующем разряде оптического унитарного кода одного из сомножителей обеспечивает прохождение всех разрядов оптического унитарного кода другого сомножителя на соответствующие входы M*N - входного оптического объединителя 3.

Т.к. оптические сигналы, поступающие на вход M*N - входного оптического объединителя 3, суммируются на его выходе, то на выход устройства поступает оптический сигнал с интенсивностью А*В усл. ед.

Время переходного процесса определяется быстродействием оптических логических элементов «И» 2ij, i=1, 2, …, N, j=1, 2, …, M, и составляет ≈ 10-10 с, что обеспечивает возможность обработки информации в гигагерцовом диапазоне.

Простота данного оптического умножителя и высокое быстродействие делают его весьма перспективным при разработке и создании оптических вычислительных машин и приемо-передающих устройств.

Похожие патенты RU2787687C2

название год авторы номер документа
ОПТИЧЕСКИЙ КОМПАРАТОР КОДОВ 2021
  • Каменский Владислав Валерьевич
RU2763111C1
Оптический аналого-цифровой преобразователь 2020
  • Каменский Владислав Валерьевич
  • Соколов Сергей Викторович
  • Погорелов Вадим Алексеевич
  • Шаталов Андрей Борисович
  • Гашененко Игорь Николаевич
RU2745592C1
ОПТИЧЕСКИЙ ДИЗЪЮНКТОР НЕПРЕРЫВНЫХ (НЕЧЕТКИХ) МНОЖЕСТВ 2010
  • Аллес Михаил Александрович
  • Соколов Сергей Викторович
  • Ковалев Сергей Михайлович
RU2432600C1
ОПТИЧЕСКИЙ КОНЪЮНКТОР НЕПРЕРЫВНЫХ (НЕЧЕТКИХ) МНОЖЕСТВ 2010
  • Аллес Михаил Александрович
  • Соколов Сергей Викторович
  • Ковалев Сергей Михайлович
RU2435193C1
ОПТИЧЕСКИЙ АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ 2020
  • Вовченко Наталья Геннадьевна
  • Каменский Владислав Валерьевич
  • Соколов Сергей Викторович
  • Тищенко Евгений Николаевич
  • Стрюков Михаил Борисович
RU2744348C1
Оптоэлектронный преобразователь кода 2023
  • Соколов Сергей Викторович
  • Решетникова Ирина Витальевна
  • Каменский Владислав Валерьевич
  • Карасев Денис Николаевич
RU2807001C1
ОПТОЭЛЕКТРОННЫЙ НЕЧЕТКИЙ ПРОЦЕССОР 2011
  • Аллес Михаил Александрович
  • Соколов Сергей Викторович
  • Ковалев Сергей Михайлович
RU2446436C1
ОПТОЭЛЕКТРОННЫЙ НЕЧЕТКИЙ ПРОЦЕССОР 2011
  • Аллес Михаил Александрович
  • Соколов Сергей Викторович
  • Ковалев Сергей Михайлович
RU2446433C1
ОПТИЧЕСКИЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬ ФУНКЦИИ ПО МОДУЛЮ ЧИСЛА 2010
  • Аллес Михаил Александрович
  • Соколов Сергей Викторович
  • Ковалев Сергей Михайлович
RU2432597C1
ОПТИЧЕСКИЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬ НЕЧЕТКОГО ВКЛЮЧЕНИЯ НЕЧЕТКИХ МНОЖЕСТВ 2010
  • Аллес Михаил Александрович
  • Соколов Сергей Викторович
  • Ковалев Сергей Михайлович
RU2441267C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 787 687 C2

Реферат патента 2023 года ОПТИЧЕСКИЙ УМНОЖИТЕЛЬ

Изобретение относится к вычислительной технике, к оптическим устройствам обработки информации. Заявленное устройство направлено на решение задачи умножения когерентных и некогерентных, оптических кодовых сигналов с быстродействием, потенциально возможным для оптических процессорных схем, и задачи упрощения устройства. Оптический умножитель содержит N М-выходных оптических разветвителей, М N-выходных оптических разветвителей, M*N оптических логических элементов «И», М*N-входной оптический объединитель, источник напряжения. Входами первого сомножителя являются входы N М-выходных оптических разветвителей, входами второго сомножителя являются входы М N-выходных оптических разветвителей. J-й выход i-го М-выходного оптического разветвителя (i=1, 2, …, N, j=1, 2, …, M) оптически связан со входом фотодиода ij-го оптического логического элемента «И», с которым также оптически связан i-й выход j-го N-выходного оптического разветвителя. Входы питания оптических логических элементов «И» соединены с выходом источника напряжения, а выходы оптических логических элементов «И» подключены к соответствующим входам M*N-входного оптического объединителя, выход которого является выходом устройства. 2 ил.

Формула изобретения RU 2 787 687 C2

Оптический умножитель включает N М-выходных оптических разветвителей, М N-выходных оптических разветвителей, М*N-входной оптический объединитель, источник напряжения, M*N оптических логических элементов «И», каждый из которых содержит резистор, фотодиод, вход которого объединяет информационные входы оптического логического элемента «И», и светодиод, катод фотодиода подключен к катоду светодиода, а анод фотодиода подключен к отрицательному электроду входа питания оптического логического элемента «И», соединенного с выходом источника напряжения, резистор соединен параллельно со светодиодом, анод которого подключен к положительному электроду входа питания оптического логического элемента «И», а выход светодиода является выходом оптического логического элемента «И», входами первого сомножителя являются входы М-выходных оптических разветвителей, входами второго сомножителя - входы N-выходных оптических разветвителей, j-й выход i-го М-выходного оптического разветвителя (i=1, 2, …, N, j=1, 2, …, M) оптически связан со входом фотодиода ij-го оптического логического элемента «И», с которым также оптически связан i-й выход j-го N-выходного оптического разветвителя, входы питания оптических логических элементов «И» соединены с выходом источника напряжения 4, а выходы оптических логических элементов «И» подключены к соответствующим входам M*N-входного оптического объединителя, выход которого является выходом устройства.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2023 года RU2787687C2

Оптический аналого-цифровой преобразователь 2020
  • Каменский Владислав Валерьевич
  • Соколов Сергей Викторович
  • Погорелов Вадим Алексеевич
  • Шаталов Андрей Борисович
  • Гашененко Игорь Николаевич
RU2745592C1
ОПТИЧЕСКИЙ АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ 2020
  • Вовченко Наталья Геннадьевна
  • Каменский Владислав Валерьевич
  • Соколов Сергей Викторович
  • Тищенко Евгений Николаевич
  • Стрюков Михаил Борисович
RU2744348C1
ОПТОЭЛЕКТРОННЫЙ КОМПРОМИССНЫЙ СУММАТОР 2018
  • Альбеков Адам Умарович
  • Вовченко Наталья Геннадьевна
  • Полуботко Анна Александровна
  • Суханов Андрей Валерьевич
  • Соколов Сергей Викторович
  • Ковалев Сергей Михайлович
  • Тищенко Евгений Николаевич
RU2689811C1
Оптоэлектронный вычислитель 2018
  • Альбеков Адам Умарович
  • Вовченко Наталья Геннадьевна
  • Полуботко Анна Александровна
  • Суханов Андрей Валерьевич
  • Соколов Сергей Викторович
  • Ковалев Сергей Михайлович
  • Тищенко Евгений Николаевич
RU2689810C1
CN 102081512 A, 01.06.2011
CN 101526716 A, 09.09.2009.

RU 2 787 687 C2

Авторы

Макаренко Елена Наколаевна

Каменский Владислав Валерьевич

Вовченко Наталья Геннадьевна

Соколов Сергей Викторович

Тищенко Евгений Николаевич

Даты

2023-01-11Публикация

2021-05-31Подача