Оптический преобразователь кода Российский патент 2023 года по МПК G02F7/00 

Изобретение относится к специализированной вычислительной технике и может быть использовано при создании быстродействующих устройств обработки информации и вычислительной техники.

Известны различные преобразователи кодов, обеспечивающие преобразование входных электрических сигналов в позиционном коде в электрический сигнал на выходе в двоичном коде [Приоритетный шифратор. Ульрих Титце, Кристоф Шенк. Полупроводниковая схемотехника. 12-е изд. Том I: Пер. с нем. – М.: ДМК Пресс, 2008. – 832 с. С. 729-730].

Недостатком данного преобразователя кода являются низкое быстродействие, уменьшающееся с ростом разрядности кода, большая сложность и невозможность преобразования оптических сигналов.

Наиболее близким по техническому исполнению к предложенному устройству является оптический аналого-цифровой преобразователь [патент РФ N2706454, 2019г.], содержащий N М-входных оптических объединителей (M=2^N-1, N - число выходных разрядов устройства), М N-выходных оптических разветвителей, выходы которых подключены ко входам М-входных оптических объединителей таким образом, что при наличии оптического сигнала на входе i-го N-выходного оптического разветвителя на всех N выходах М-входных оптических объединителей формируется стандартный двоичный код числа «i» за счет наличия или отсутствия соответствующих связей между оптическими разветвлениями N-выходных оптических разветвителей и входами М-входных оптических объединителей.

Его недостатком является невозможность преобразования позиционного (унитарного) двоичного кода в стандартный двоичный код.

Заявленное изобретение направлено на решение задачи быстродействующего преобразования позиционного (унитарного) двоичного кода в стандартный двоичный код для оптических когерентных сигналов.

Поставленная задача возникает при создании быстродействующих устройств обработки информации в системах управления и связи, обеспечивающих обработку информации в гига- и терагерцовом диапазонах.

Технический результат достигается тем, что в устройство введены M логических групп, соответствующих разрядам входного унитарного кода, каждая из которых содержит оптический Y-разветвитель, фазовый фильтр, обеспечивающий пространственный сдвиг фазы оптического потока на «π», и оптический объединитель, за исключением логической группы, соответствующей первому разряду входного унитарного кода, которая содержит только оптический Y-разветвитель, второй выход которого является поглощающим; входами устройства являются входы оптических Y-разветвителей соответствующих логических групп, первый выход оптического Y-разветвителя i-й логической группы подключен ко второму входу оптического объединителя (i+1)-й логической группы, при этом первый выход оптического Y-разветвителя (М-1)-й логической группы подключен ко входу М-го N-выходного оптического разветвителя, а второй выход оптического Y-разветвителя i-й логической группы подключен ко входу фазового фильтра этой логической группы, выход которого подключен к первому входу оптического объединителя этой же логической группы, а выход оптического объединителя i-й логической группы подключен ко входу i-го N-выходного оптического разветвителя, выходы всех М N-выходных оптических разветвителей подключены ко входам N М-входных оптических объединителей, выходы которых являются выходами устройства.

Функциональная схема устройства – оптического преобразователя М-разрядного унитарного двоичного кода в стандартный N-разрядный двоичный код, показана на фиг.1.

Оптический преобразователь кода содержит M логических групп 1_i, i=0...M-1 (M=2^N-1, N - число выходных разрядов устройства), каждая логическая группа 1_i содержит оптический Y-разветвитель 1_i1, фазовый фильтр 1_i2, обеспечивающий пространственный сдвиг фазы оптического потока на «π», и оптический объединитель 1_i3, за исключением логической группы 1₀, которая содержит только оптический Y-разветвитель 1₀₁, второй выход которого является поглощающим; M N-выходных оптических разветвителей 2_к (к=1...M), N М-входных оптических объединителей 3_j (j=1...N).

Входами устройства X₀…X_M-1 являются входы оптических Y-разветвителей 1₀₁…1_(М-1)1 соответствующих логических групп 1₀…1_(М-1). Первый выход оптического Y-разветвителя 1_i1 i-й логической группы 1_i подключен ко второму входу оптического объединителя 1_(i+1)3 (i+1)-й логической группы.

Первый выход оптического Y-разветвителя 1_(M-1)1 (М-1)-й логической группы 1_(М-1) подключен ко входу М-го N-выходного оптического разветвителя 2_M.

Второй выход оптического Y-разветвителя 1_i1 i-й логической группы1_i подключен ко входу фазового фильтра 1_i2 этой группы. Выход фазового фильтра 1_i2 i-й логической группы 1_i подключен к первому входу оптического объединителя 1_i3 этой группы.

Выход оптического объединителя 1_i3 i-й логической группы 1_i подключен ко входу i-го N-выходного оптического разветвителя 2_i.

Выходы М N-выходных оптических разветвителей 2₁…2_М подключены ко входам N М-входных оптических объединителей 3₁…3_N таким образом, что при наличии оптического сигнала на входе i-го N-выходного оптического разветвителя 2_i на всех N выходах М-входных оптических объединителей 3₁…3_N формируется стандартный двоичный код числа «i» (за счет наличия или отсутствия соответствующих связей между оптическими разветвлениями N-выходных оптических разветвителей 2₁…2_М и входами М-входных оптических объединителей 3₁…3_N – определенные оптические разветвления N-выходных оптических разветвителей 2_i являются поглощающими (или отсутствуют) - аналогично схеме [патент РФ N2706454, 2019г.]).

Выходы оптических объединителей 3₁…3_N являются выходами устройства Y₁…Y_N.

Устройство работает следующим образом.

Когерентные оптические сигналы с амплитудами 1 или 0 усл.ед. (унитарный код 00…0011…11) поступают на входы устройства X₀…X_M-1 - входы оптических Y-разветвителей 1₀₁…1_(М-1)1. Пройдя оптический Y-разветвитель 1_i1, оптические сигналы равной амплитуды поступают на вход фазового фильтра 1_i2 i-й логической группы и на второй вход оптического объединителя 1_(i+1)3 (i+1)-й логической группы.

На выходе фазового фильтра 1_i2 оптический сигнал изменяет фазу на «π» и поступает на первый вход оптического объединителя 1_i3.

При наличии на входе устройства унитарного кода 00…0011…11 числа «i» значения амплитуд оптических сигналов на входах двух соседних оптических Y-разветвителей 1_(i+1)1,1_i1 могут быть следующими: {0,1}, {0, 0}, {1, 1}.

При наличии комбинации {0,0} на входы X_(i+1) и X_i поступают оптические сигналы с амплитудой 0 усл.ед., в результате объединения которых в оптическом объединителе 1_(i+1)3 (i+1)-й логической группы на его выходе также формируется нулевой оптический сигнал.

При наличии комбинации {1,1} на входы X_(i+1) и X_i поступают оптические сигналы с амплитудой 1 усл.ед. Оптический сигнал с амплитудой 1 усл.ед. со входа X_(i+1) через оптический разветвитель 1_(i+1)1 и фазовый фильтр 1_(i+1)2, изменяя пространственную фазу на «π», поступает на первый вход оптического объединителя 1_(i+1)3 (i+1)-й логической группы. Одновременно оптический сигнал с амплитудой 1 усл.ед. со входа X_i через оптический разветвитель 1_i1 i-й логической группы поступает на второй вход оптического объединителя 1_(i+1)3. В результате объединения (сложения) двух когерентных оптических сигналов равной амплитуды, один из которых сдвинут по фазе на «π», амплитуда оптического сигнала на выходе оптического объединителя 1_(i+1)3 (i+1)-й логической группы будет равна 0 усл.ед. - на его выходе формируется нулевой оптический сигнал.

При наличии комбинации {0,1} оптический сигнал с амплитудой 1 усл.ед. со входа X_i через оптический разветвитель 1_i1 поступает на второй вход оптического объединителя 1_(i+1)3 (i+1)-й логической группы. При этом на первый вход оптического объединителя 1_(i+1)3 поступает нулевой оптический сигнал со входа X_i+1 - через оптический разветвитель 1_(i+1)1 и фазовый фильтр 1_(i+1)2. В результате на выходе оптического объединителя 1_(i+1)3 (i+1)-й логической группы формируется оптический сигнал с амплитудой 0.5 усл.ед., поступающий далее на вход N-выходного оптического разветвителя 2_i. Так как ко входам М-входных оптических объединителей 3₁…3_N подключены только те выходы N-выходного оптического разветвителя 2_i, которые позволяют сформировать двоичный код числа «i» (аналогично схеме [патент РФ N2706454, 2019г.]), то оптические сигналы появятся только на выходах М-входных оптических объединителей 3₁…3_N, соответствующих стандартному двоичному коду числа «i».

Таким образом, при подаче на входы устройства оптического унитарного кода на выходах устройства формируется соответствующий ему оптический стандартный двоичный код. Быстродействие данного оптического преобразователя кода определяется лишь временем прохождения оптическим сигналом всех оптических элементов схемы – оптических разветвителей, объединителей и фазовых фильтров, что позволяет производить преобразование кодовых сигналов в гига- и терагерцовом диапазонах.

Изобретение относится к вычислительной технике. Оптический преобразователь кода содержит N М-входных оптических объединителей (M=2^N-1, N - число выходных разрядов устройства), М N-выходных оптических разветвителей, выходы которых подключены к входам М-входных оптических объединителей таким образом, что при наличии оптического сигнала на входе i-го N-выходного оптического разветвителя на всех N выходах М-входных оптических объединителей формируется стандартный двоичный код числа «i» за счет наличия или отсутствия соответствующих связей между оптическими разветвлениями N-выходных оптических разветвителей и входами М-входных оптических объединителей; M логических групп, соответствующих разрядам входного унитарного кода, каждая из которых содержит оптический Y-разветвитель, фазовый фильтр, и оптический объединитель, за исключением логической группы, соответствующей первому разряду входного унитарного кода. Входами устройства являются входы оптических Y-разветвителей соответствующих логических групп, выходы N М-входных оптических объединителей являются выходами устройства. Изобретение обеспечивает быстродействующее преобразование позиционного (унитарного) двоичного кода в стандартный двоичный код для оптических когерентных сигналов. 1 ил.

Оптический преобразователь кода, содержащий N М-входных оптических объединителей (M=2^N-1, N - число выходных разрядов устройства), М N-выходных оптических разветвителей, выходы которых подключены к входам М-входных оптических объединителей таким образом, что при наличии оптического сигнала на входе i-го N-выходного оптического разветвителя на всех N выходах М-входных оптических объединителей формируется стандартный двоичный код числа «i» за счет наличия или отсутствия соответствующих связей между оптическими разветвлениями N-выходных оптических разветвителей и входами М-входных оптических объединителей, отличающийся тем, что в него введены M логических групп, соответствующих разрядам входного унитарного кода, каждая из которых содержит оптический Y-разветвитель, фазовый фильтр, обеспечивающий пространственный сдвиг фазы оптического потока на «», и оптический объединитель, за исключением логической группы, соответствующей первому разряду входного унитарного кода, которая содержит только оптический Y-разветвитель, второй выход которого является поглощающим; входами устройства являются входы оптических Y-разветвителей соответствующих логических групп, первый выход оптического Y-разветвителя i-й логической группы подключен ко второму входу оптического объединителя (i+1)-й логической группы, при этом первый выход оптического Y-разветвителя (М-1)-й логической группы подключен к входу М-го N-выходного оптического разветвителя, а второй выход оптического Y-разветвителя i-й логической группы подключен к входу фазового фильтра этой логической группы, выход которого подключен к первому входу оптического объединителя этой же логической группы, а выход оптического объединителя i-й логической группы подключен к входу i-го N-выходного оптического разветвителя, выходы всех М N-выходных оптических разветвителей подключены к входам N М-входных оптических объединителей, выходы которых являются выходами устройства.