Цифровой акустооптический умножитель двоичных чисел Советский патент 1989 года по МПК G06F7/56 

Изобретение относится к цифровой вычислительной технике, в частности к цифровым акустооптическим процессорам.

Целью изобретения является упрощение умножителя.

На чертеже представлена схема цифрового акустооптического умножителя.

Умножитель содержит управляемые источники 1 света (например, линейка излучателей - светодиоды), первую собирающую линзу 2,.оптический мультипликатор 3, дополнительную собирающуюся линзу 4, многоканальный акус- тооптический модулятор 5 (АОМ) света вторую собирающую линзу 6, фотоприемный блок 7 (линейку фотоприемников) и три шины: шину 8 произведения, шину 9 множителя, шину 10 множимого. Все линзы (2,4 и 6) имеют.общую оптическую ось. Число источников 1 света равно числу разрядов множимого (п). Они размещены с равномерным шагом вдоль одной прямой линии, расположенной в передней фокальной плоскости линзы 2. Задняя фокальная плоскость линзы 2 совпадает с передней фокаль- ной плоскостью дополнительной линзы 4 и в этой пдрскости располагается оптический мультипликатор 3. В задней фокальной плоскости дополнительной линзы 4 располагается многоканальный АОМ 5. Число каналов АОМ 5.равно числу разрядов множителя m и каждый канал имеет отдельный электрический вход, на который подается сигнал, отображающий соответствующий разряд множителя В обычных арифметических устройствах разрядность всех чисел одинакова и , однако в специальных случаях возможны и такие вариан:- ты, когда т5 п. Линия, вдоль которой располож ены отдельные каналы АОМ 5, Параллельная линии расположения источник 1 света и, следовательно, направление распространейия звука в АОМ лежит в-фокальной плоскости дополнительной линзы 4. Нумерация разрядов в АОМ 5 противоположна ну- :мерации разрядов в линейке источников 1 света, т.е. направления возрастания номера разрядов в АОМ 5 и линеке источников 1 света противополож ны) .

Между АОМ 5 и лш1ейкой фотоприемников 7 располагается вторая соби

,

15

5

О

2о25 о .. й35

45

55

рающая линза 6, причем расстояния от центра линзы 6 до АОМ 5 и до линейки фотоприемников 7 равны удвоенному фокусному расстоянию этой линзы. Быстродействующие фотоприемники 7 (например, фотодиоды) расположены также вдоль одной прямой линии с равномерным шагом, причем зта линия параллельна линии размещения источников 5 света. В соответствии с правилами двоичной арифметики результат ножения в общем случае содержит (т+п) разрядов.

В качестве источников 1 света в принципе могут быть использованы любые быстродействующие электрические управляемые излучатели, а в качестве фотоприемников 7 - любые малогабаритные фотоприемные элементы, обладаю - щие требуемым быстродействием. Однако по соображениям конструктивной простоты и минимальной стоимости наиболее удобными излучателями являются- светодиоды, а наиболее подходящими фотоприемииками - полупроводниковые фотодиоды.

АОМ 5 работает на объемных акустических волнах. Направление распространения звука в каждом канале лежит в задней фокальной;плоскости линзы 4 и в принципе rtbMet быть как параллельно, так и перпендикулярно линии расположения излучателей 1 (и соответственно линии размещения фотоприемных элементов 7). При параллельном направлении пьезопреобра- зователь и поглотитель ультразвука в каждом канале АОМ 5 располагаются в промежутках между соседними каналами на боковых гранях звукопровода, что усложняет АОМ 5 и увеличивает его стоимость. При перпендикулярном направлении эти элементы.располагаются на свободных верхней и нижней гранях кристалла в каждом канале, в результате чего АОМ 5 получается проще, компактнее н надежнее. Поэтому при прочих равных условиях предпоч- тительным является вариант, показанный на чертеже, в котором направление распространения ультразвука в каждом канале АОМ 5 перпендикулярно линии расположения фотоприемников 7.

Оптический мультипликатор 3 работает с двоичными сигналами, которые могут принимать только два значения (О и 1), поэтому требования к ка.51

честву мультиплицированных изображений сравнительно невелики и можно использовать мультипликатор -простейшего типа в виде дифракционной решетки Наиболее целесообразной формой оптического мультипликатора в предлагаемом умножителе является голографичес кая пластинка, т.е. голограмма, при записи которой в качестве исходного объекта были использованы m точечных источников света.

При работе умножителя формирование всех разрядов выходного кода про

ичного кода множителя находится 1, то в соответствующем канале ДОМ, 5 распространяется акустический импульс, на котором происходит дифракция всех световых пучков, падающих на кристалл этого канала под углом, близким к углу Брэгга. Если же значение этого разряда равно О, то акустический импульс в соответствующем канале АОМ 5 отсутствует, а, следовательно, отсутствует и дифракция .

Дифрагированные пучки, отклоненные от первоначального направления свое

Изобретение относится к цифровой вычислительной технике, в частности, к цифровым акустооптическим процессорам. Целью изобретения является упрощение умножителя. Это достигается тем, что в умножитель, содержащий источник света (линейку излучателей) 1, многоканальный акустооптический модулятор (АОМ) 5, фотоприемный блок 7 и две собирающие линзы 2 и 6, введены оптический мультипликатор 3 и дополнительная собирающая линза 4. Введение оптического мультипликатора 3 изменяет вид и параметры входного сигнала, что влечет за собой резкое уменьшение полосы рабочих частот и нечувствительность умножителя к паразитным сигналам, возникающим в АОМ 5 вследствие его нелинейности. В результате снижаются требования к АОМ 5 и устройству его возбуждения, и умножитель становится существенно проще в реализации. Причем наибольшее упрощение достигается при выполнении мультипликатора 3 в виде голографической пластины. 1 ил.

исходит параллельно, т.е. одновремен- g го распространения, с помощью линно. Двоичный код множимого в виде электрических сигналов в параллельном виде подается на линейку излучателей 1. При этом при наличии 1 в каком-либо разряде кода соответствующий излучатель 1 (например, свето диод) включается и излучает, а при наличии о - светодиод 1 выключается. Линза 2; формирует из излучения каждого работающего светодиода 1 параллельный пучок света, который падает на оптический мультипликатор 3, причем пучки света от различных свет диодов 1 падают на мультипликатор 3 под различными углаян -Мультиплтиса- тор 3 расщепляет падающий на него пучок света на m отдельных пучков, в результате чего на выходе мультипликатора 3 каждому включ енно- му светодиоду 1 соответствует веер из m отдельных световых пучков. Так как углы наклона отдельных пучков этого веера к оптической оси неодинаковы, то каждый из этих пучков с помощью дополнительной линзы 4 проектируется на свой канал многоканального АОМ 5, В результате на каждый канал АОМ 5 подают пучки света от всех включенных светодиодов 1, причем углы падения этих пучков оказываются неодинаковыми. Это различие должно быть достаточно велико для пространственного разделения этих пучков после дифракции в АОМ 5, но в то же время достаточно мало, чтобы для всех пучков приближенно выполнялось условие Брэгга. На акустические входы АШ 5 (на электрические, входы акустических преобразователей) подается параллельный двоичный код множителя так, что каждому разряду множителя соответствует свой канал АОМ 5. Если в каком-либо разряде . т

ичного кода множителя

0

5

0

5

зы 6 проектируется на линейку фотоприемника 7, а недифрагированные неотключенные пучки на фотоприемники 7 не попадают.

На каждый канал АОМ 5 под различными, углами падают несколько (от -О до п) световых пучков, каждый из которых отображает свой нулевой разряд множимого,

Если в данном канале происходит акустооптическая дифракция (т.е. соответствующий разряд множимого равен 1), то каждый из входных пучков претерпевает дифракция на ультразвуке и на выходе этого канала появляется несколько пучков света, распространяющихся под различными углами к поверхности акустического кристалла. Собирающейся линзой 6 каждый из этих пучконаправляется на свой фотоприемник 7.

Совокупность выходных световых пучков одного канала АОМ 5 образует част-ное произведение множимого на соответствующий разряд множителя. При постоянном значении множимого с выхода оптического мультипликатора 3 на каждый канал АОМ 5 поступает одинаковый набор входных световых пучт

g ков и, следовательно, в каждом канале АОМ 5 формируется свое частное произведение. Однако, так как углы падения входных световых пучков одних и тех же разрядов на акустический кристалл

Q для различных каналов АОМ 5 неодинаковы, а сами каналы разнесены в пространстве, то частглте произведения, сформированные в различных каналах, . попадают на различные фотодиоды в фоg топриемной линейке 7. За счет этого осуществляется требуемый по алгоритму умножителя сдвиг отдельных частных произведений относительно друг друга.

0

При нулевом значении какого-либо разряда множителя акустический импульс, а, следовательно, и выходные Д1тфрагированные световые пучки в этом канале АОМ 5 отсутствуют , что означает нулевое значение соответствующего частного произведения.

Суммирование сдвинутых частных произведения осуществляется непос- редственно в фотоприемной линейке 7 за счет того, что на один и тот же фотоприемник падает несколько пучков света из различных каналов АОМ 5. При этом, как и во всех известных акустооптических умноЛсителях двух чисел, результат умножения получается в смешанном двоичном коде, который отличается от обычного двоичного кода тем, что при точном совпадении весов всех разрядов значения (цифры) отдельных разрядов смешанного кода могут превьшать 1. Формирование всех разрядов выходного кода в линейке фотоприемников осуществляется од- новременно и параллельно.

Формула изобретения

2, Умножитель по п.1, о т л и - чающийся тем, что, оптический мультипликатор выполнен в виде голографической пластины.