Оптико-электронный коммутатор Советский патент 1985 года по МПК G02F3/00 

1 Изобретение относится к оптикоэлектронной цифровой вычислительной технике и может быть а опъзовано в составе однородной вычислительной структуры для реализации полнодоступной системы связей между элементарными процессорами. Известно электрооптическое устройство, содержащее корпус, систему источников излучения, каждый из которых воспринимает входную двоичную информацию и вырабатывает систему световых лучей, управляемую маску и приемники излучения, которые вырабатывают выходной сигнал, характеризукяций состояние освещения. В плоскости управляемой маски формируется светоконтрастная картина из прозрачных и непрозрачных участков, которая реализует полнодоступную систему оптических связей между источниками и приемникакш излучения. Устройство является многосвязной системой, в которой световой поток от одного источника излучения через соответствующие прозрачные ячейки маски поступает на несколько приемников излучения. Аналогично один приемник излучения воспринимает све товые потоки от нескольких источников излучения ti Регулирование-йоложения любого источника излучения с Цель.ю повьшения точности попадания светового по тока на определенньй приемник излу чения через соответствукйдгю прозрачную ячейку маски в такой многосвязной системе приводит к полному или частичному,уходу светового потока с других приемников излучения (т.е. к уменьшению точности), поскольку конфигурация прозрачньк ячеек маски для определенной схемы оптических связей между приемниками и источниками излучения остается неизменной, а угол падения светового потока от регулируемого источника излучения на прозрачные ячейки маски отклоняется от номинального (расчетного) значения. Аналогичные трудности возникают и при регулировании положения любого из приемников излучения. Таким образом, регулирование точности попадания световых потоков на приемники излучения путем независимого регулирования положения источни ков и приемниковизлучения, невозможно, поэтому неточное (т.е. неполное 442 попадание светового потока на какойлибо приемник излучения после сборки устройства является неустранимым. Это приводит к тому, что при больших количествах оптических связей между приемниками и источниками излучения световой поток, частично попадаюпщй на крайние приемники излучения и имеющий интенсивность, значительно меньшую, чем интенсивность светового потока, попадаквцего на центральные приемники излучения, не имеет различи ыx значений на уровне фонового засвета. Следовательно, надежность функционирования устройства является {шзкой, так как возможны потери передаваемой двоичной информации. Кроме того, рассматриваемое устройство имеет большое количество источников излучения ибольшие гaбkpитныe размеры, поскольку управляемая маска осуществляет пространственное разделение и объединение оптических информационных каналов и для обеспечения нормального, функционирования устройства необходимо пространственно расположить источники излучения, управляемую маску и приемники излучения таким образом. чтобы световой поток от лнй5ого источника излучения через прозрачные участки маски мог попасть на все приемники излучения и, наборот, чтобы любой приемник изЛзгчения мог воспринимать световые потоки от всех источников излучения. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является оптический коммутатор, содержащий последовательно расположенные источник поляризованного излучения, магнитооптический управляю1ций транспарант емкостью п . п ячеек, анализатор и приемники излучения, выполненные в виде полосовых светочувствительных элементов и расположенные перпенди- кулярно полосовым Ячейкам магнитоодноосной пластины, располагаемой между магнитооптическим транспарантом и источником, причем ячейки магнитооптичес1согОуправляемого транспаранта расположены в местах пересечения проекций на его плоскость приемников излучения и полосовых ячеек магнитоодноосной пластины ), Однако в известном кoм тaтope, реализующем полнодоступнзгю систему связей, на пути светового потока расположено довольно большое количество оптических элементов, что приводит к существенным потерям его мощности в связи с поглощением в магнитоодноосной пластине имагнитеоптическом управляющем транспаранте и в связи с пЪт€рями, определяемыми законом Малнюа при вьщелении.анализатором и поляризатором излучения, прошедшего только через прямые домены. Кроме того, входные информационные сигналы переключают состояние намагниченности полосовых ячеек магнитоодноосной пластины, формируя пря мые или обратные полосовые домены. Процесс переключения полосовых ячеек, в первую очередь определякшщй быстродействие коммутатора, является довольно инерционным, что обуславливает относительно невысокое быстродействие коммутатора. Цель изобретения - упрощение коммутатора, увеличение оптического КПД за счет уменьшения количества оптических элементов и повышение быстродействия. Для достижения поставленной цели в оптико-электронном коммутаторе, содержащем последовательно расположенные источник поляризованного излучения, магнитооптический управляемый транспарант емкостью п . п ячеек .образованных пересечением строк и .столбцов, сформированных токовыми петлями, анализатор и приемники излучения, последние выполнены в виде матрицы п . п запоминающих фотодиодов, строки и столбцы которой пространственно совмещены со строками и столбцами магнитооптического управляемого транспаранта, причем входы всех фотодиодов i-ой стро ки матрищ) подключены к соответствующему i-му информационному входу коммутатора (i 1,2,...,п), выходы рсех фотодиодов j-ro столбца матри цы подключены к соответствующему j-м информационному выходу коммутатора (j 2,3,..., п), а управлякяцие входы всех фотодиодов матрицы подключены к управлякщему входу коммутатора.. В ячейках магнитооптического управляемого транспаранта формируется неизменяемая для некоторой заданной структуры связей между информационными входами и выходами картина из прямых и обратных доменов,.а информационные входы подключены непосредственно к входам запоминающих фотодиодов матрицы. Под воздействием входных двоичных сигналов происходит опрос запоминающих фотодиодов матрицы, входы которых подключены к информационным выходам коммутатора, и двоичньй сигнал появляется только на выходах незасвеченных фотодиодов. Таким образом, матрица запоминающих фотодиодов является активным элементом и обеспечивает передачу двоичных сигналов из информационных входов коммутатора в его информационные выходы в соответствии с заданной структурой связей, записанной в виде прямых и обратных доменов в ячейках магнитооптического управляемого транспаранта,i/ Время считывания информации из поминающих фотодиодов матрицы составляет десятые доли микросекунды, в то время как длительность процесса переключения состояния намагниченности полосовой ячейки магнитоодноосной пластины в известном коммутаторе составляет единицы микросекунд для лучших образцов В--содержащих гранатовых пленок. Следовательно, в предлагаемом коммутаторе быстродействие может быть повьш1ено почти на порядок. Таким образом, достигается упрощение коммутатора, увеличивается оптический КПД за счет уменьшения количества оптических элементов и повышается быстродействие. На фиг. 1 представлена схема оптико-электронного коммутатора; на фиг.2положение оси пропускания анализатора относительно векторов поляризации излучения. . Оптико-эле ктроннм коммутатор содержит источник 1 поляризованного излучения, .магнитооптический управляемый транспарант 2 с формирующей токовой системой 3, анализатор 4 и приемники излучения в виде матрицы 5 запоминающих фотодиодов 6,-6 . В матрице 5 входы 7 запоминающих фотодиодов в mn расположенных в одной строке, подключены к соответствующему информационному входу 9 9„ коммутатора(например, входы фотодиодов 6, , ., , 6 подключены к информахщонному входу 9,). Выходы 8 запоминающих фотодиодов расположенных в одном столбце матрицы подключены к соответствующему инфор мационному выходу 10 Ор коммутат ра (например, выходы фотодиодов Ь 6f,i подключены к информационном выходу 10). Управляющие входы 11 всех фотодиодов 6 6„„ матрицы 5 подключены к управляющему входу 12 коммутатора. Магнитооптический управляемый транспарант 2 представляет собой пластину монокристалла ортоферрита или В -содержащую гранатовую пленку с повышенной коэрцитивностыо, с которой сопряжена формирующая схема 3, состоящая из двух систем параллельных токовых проводников, разделенных слоем прозрачного диэлектрика. Формирущая схема 3 позволяет создавать в ячейках магнитооптического управляемого транспаранта 2 прямые и обратные домены, обладающи противоположно направленнь1ми вектор ми намагниченности в зависимости от направления тока в проводниках. Для получения обратного домена в ячейке 3j-3 , например, необходимо подать в петли 3i и 3 согласованные по на правлению токовые импульсы такой ве личины, чтобы величина магнитного поля быпа ниже порогового поля пере ключения во всех участках петель, кроме 3 .« З , где произойдет пере ключение состояния намагниченности. Для получения прямого домена нужно изменить направление тока в провод никак на обратное. Сформированные прямые и обратные домены устойчиво сохраняются после окончания воздействия токовых импульсов. Прямые домены, благодаря эффекту Фарадей, поворачивают плоскость 13 поляризации (фиг. 2) проходящего поляризованного излучения на угол « в d (век тор поляризации f на фиг. 2), а обратные домены на угол - 0 d (ве тор поляризащш О на фиг. 2) ( 0 d - соответственно удельное фараде евское вращение магнитоодноосного материала). Анализатор 4 с осью t4 (фиг. 2) установлен таким образом, чтобы полностью гасить излучение прошедшее через обратный домен, и пропускать излучение, прошедшее через прямой домен, Таким образом, с помощью соответ ствующей комбинации управляющих ток вых импульсов на транспаранте 2 фор 4 мируются устойчиво сохраняющиеся после окончания воздействия токовых импульсов доменные конфигурации, которые, благодаря эффекту Фарадея, создают в поляризованном излучении светОконтрастную . картину, определяющую структуру связей между информационными входами и выходами коммутатора. В исходном состоянии при отсутствии на входе матрицы 5 светового потока емкость всех ее фотодиодов , /д„ заряжена до номинального значения за счет подачи импульса напря-. женин на управляющий вход.12 коммутатора, подключенныйк управляюпрм входам 11 фотодиодов. При включении источника 1 поляризованного излучения световой поток, присутствующий на выходе анализатора 4 только в тех местах, где в ячейках магнитооптического управляемого транспаранта 2 сформированы прямые домены, попадает на совмещенные с такими ячейками фотодиоды матрицы 5. Это приводит к тому, что емкость засвеченных фотодиодов разряжается за счет фототока на величину, пропорциОпальную интенсивности падающего излучения, после чего остается постоянной. Емкость незасвеченных фотодиодов матрицы 5 не изменяется. Считывание записанной таким образом информации из фотодиодов матрицы 5 осуществляется путем подачи на их входы 7 импульса- напряжения, причем одновременная подача импульса считывания на входы 7 фотодиодов одной строки приводит к одновременному появлению на их выходах 8 импульса напряжения, амплитуда которого пропорциональна интенсивности падающего излучения таким образом, что большей амплитуде соответствует меньший уровень интенсивности. Таким образом, на выходах 8 фотодиодов „ матрицы 5 амплитуда считываемого сигнала определяется наличием прямых и обратных доменов в ячейках магнитооптического управляемого транспаранта. Оптико-электронный коммутатор работает следующим образом. Пусть необходимо передать двоичные сигналы.1, поступающие на ий- формационные входы 9., и 9 коммутатора в виде импульса напряжения соответственно в информа1щонные выходы 10 и -10 и информационный выход . 1.0 . Для этого с помощью формирующей схемы 3 путем пропускания токовьк импульсов через петли 3 1 3 3 и 3 создаются обратные домены в ячейках З.-З, 3|-3, 3i-3 магнитооптиче кого управляемого транспаранта2, во всех ячейках которого первоначал ьнр сформированы прямые домены. Анализатор 4 полностью гасит поляризованное излзгчение, прошедшее через обратные домены в ячейках , Зз-З, 3,-3 транспаранта 2,. и пропускает излучениеу прошедшее через npHfOite домены в остальных ячейках транспаранта 2. Следовательно, незасвеченнюш оказываются только фотодиоды 6 и 6,- матрицы 5, совмещенные с ячейками 3.-3, транспаранта 2 и емкость этих фотодиодов не разряжается из-за отсутствия фототока. Все остальные фотодиоды матрицы 5 засвечены и их .емкость разряжается за счет возникающего фототока. Поступление двоичного сигнала 1 на входы 7 фотодиодов 6 f 11 и 6 первойстроки матрицы 5, подключенные к информационному входу 9 коммутатора, приводит к счи тьюанию записанной в этих фотодиодах информации, и на информадаонных выхо дах 10 и fO коммутатора амплитуда сигнала становится значительно больше , чем на информационном выходе tО поскольку фотодиоды 6 и 6 незасвечены, а фотодиод 6 засвечен. СледЬвательно, входной двоичный сигнал t, поступающий на информационный вход 9, коммутатора, передается только в инфо1 мациоиные выходы 10, и 10 . Аналогичным образом входной дво: ичный сигнал 1, поступающий на информационный вход 9;j коммутатора передается только в информационный выход 10, поскольку из фотодиодов 6, только фотодиод 6, является незасвеченным. 448 Входной двоичный сигнал О может быть представлен или в виде импульса напряжения, амплитуда которого значительно меньше амплитуды импульса напряжения, определякщего входной двоичный сигнал 1, или импульс напряжения может отсутствовать. В обоих случаях поступление входного двоичного сигнала О на информационные входы коммутатрра не приводит к считыванию информации из i« 6,., фотодиодов 6 и на информационных выходах 10 и 10 сигнал отсутствует, что соответствует передаче входного двоичного сигнала О из информационных входов 9 и 9 коммутатора в информационные выходы 10 и 10.,-. Таким образом, оптико-электронный коммутатор может передавать входной двоичньй сигнал из одного информагщонного входа коммутатора на несколь-, ко информационных выходов (например, из входа 9 на выходы 10 и 10) и из нескольких информационных входов на один информационньй выход (например, из входов 9 и 9 на вход 10), что позволяет реализовать полнодос- тупную систему связей между информационными входами ц выходами коммута- тора. Структура связей при этом задается путем форкшрования npHhBiix и обратных доменов в ячейках магнитоопт ческого управляемого траяспаранта 2. Оптико-электронный коммутатор за .счет сокращения количества оптических элементов содержит только магнитооптический управляемый транспарант и анализатор. Кроме того, сокращение количества оптических элементов позволяет уменьшить потери мощности светового потока, которые в коммутаторе складываются из потерь на погл щение в мапштооптическом управляемом транспаранте и из потерь в аналязаторе при вьщелении излучения, прошедшего только через прямые домены.

U

. Л

/ /

«tp X / у X iT X .Л

r X X. V / у у .

;: jr х X V X X ууГГ

X У 7 у л УУ

У :Х

f / 7 / / / 6 г

г ,,1 JT ,у V

хУ.

г2

ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЙ КОММУТАТОР, содержа р й последовательно расположенные источники пол1 ризованного излучения, магнитооптический управляемый транспарант емкостью п «п ячеек, образованных пересечением строк и столбцов, сформированных токовыми петлями, анализатор и приемники излучения, отличающ и и с я тем, что, с целью упрощения коммутатора, увеличения оптического КПД и повышения быстродействия, приемники излучения выполнены в виде матрицы п . п запоминанщих фотодиодов, строки и столбцы которой пространственно совмещены со строками и столбцами магш1тооптичесiKoro управляемого транспаранта,причем входы всех фотодиодов -ой строки Матрицы подключены к соответствующему i-му информационному входу кс№В1утатора,(А-1,2,...,п), выходы всех фотодиодов j-ro столбца матРИЩ|( подключены к соответствующему : j-му информационному выходу комму|татора