Оптический мультистабильный элемент Советский патент 1989 года по МПК G02F3/00 G02F7/00 

Изобретение относится к оптоэлект- ронной вычислительной технике и может быть использовано в качестве логического элемента со множеством устойчивых состояний, аналого-циф-. рового преобразователя (АЦП) или элемента оптической памяти.

Целью изобретения является увеличение быстродействия и упрощение идентификации состояний оптического.- мультистабильного элемента.

На фиг.1 представлена функционалы ная оптическая схема мультистабильного элемента; на фиг.2 - размещение линейки фотоприемных элементов относительно интерференционных порядков , на фиг.З - зависимость амплитуды и.,, выходного сигнала мультистаОо Х .

бильного элемента от амплитуды и входного сигнала} на-фиг.4 - функциональная оптическая схема АЦП на основе мультистабильного элемента.

Оптический мультистабильный эле- ,мент (фиг.1) содержит последовательно расположенные на оптической оси перестраиваемый одночастотный лазер.

Ф

00

о ф

выполненный в виде элемента 1 управления и собственно одночастотного лазера 2, коллиматор 3, многолучевой интерферометр Фиэо 4 н линейку 5 фотоприемных элементов.

В частном варианте перестраиваемый одночастотный лазер выполнен в виде полупроводникового икжекцион- ного лазера с модулятором тока накачки (фиг.4).

Устройство работает следующим образом.

Входной сигнал поступает на вход мультистабильного элемента и через элемент 1 управления изменяет частоту Iiзлyчeния лазера 2 пропорционально амплитуде Ug, . Излучение одно- частотного лазера 2 проходит коллиматор 3 и поступает на многолучевой интерферометр Физо 4, на выходе которого образуется система эквидистантных интерференционных порядков, положение которых по оси х зависит от частоты (длины волны) лазерного излучения (ось X перпендикулярна ребру клина многолучевого интерферометра Физо 4 и лежит в плоскости локализации интерференционных порядков (фиг. 2 и 3). Интерференционная картина регистрируется линейкой 5 фотоприемных элементов. В зависимости от положения интерференционного порядка по оси У будет засвечен i-й фотопрйемньй элемент (фиг.2). Соответственно появится выходной сигнал на i-м выходе мультистабильного элемента. При изменении амплитуды и Q входного сигнала в определенном диапазоне величин интерферен- ционньй порядок будет оставаться в пределах апертуры i-ro фотоприемг ного элемента, что соответсвует i-му стабильному состоянию устройства. При изменении амплитуды U во всем диапазоне линейной зависимости частоты лазера 2 от значения Ugy интерференционный порядок последовательно пройдет апертуры всех N фотоприемных элементов. В результате зависимость выходного сигнала устройства от величины входного сигнала имеет вид, показанньй на фиг.З. Каждому .стабильному состоянию устройства соответствует появление выходного сигнала на выходе определенного.фотоприемного элемента.

Предельное число состояний Нуцонс устройства зависит от остроты интерферометра F, в частности N.,

2F.

Для перехода с первого состояния в последнее перестраивают длину волны излучения одночастотного лазера 2 на величину л равную дисперсии многолучевого интерферометра Физо 4

л

-jr, где 1 - длина интенферометра. В частности, для полупроводникового инжекционного лазера ( 0,67-0,78 мкм) значение 1 0.01 м и соответственно й Л 0,3-0,2 А, для чего необходимо изменить ток накачки на 4 мА.

Для случая АЦП (фиг. 4) выходы мультистабильного элемента соединяют с соответствующими входами ячей- ки памяти, что позволяет сопоставить

определенньш код каждому стабильному состоянию устройства (см. таблицу).

25

Состояние

I

Число в ячейке

5

0

5

0

5

Увеличение быстродействия устройства по сравнению с оптическим муль- тистабильным элементом, содержащим управляемый элемент в.составе интерферометра, на которьм поступает сигнал от выходного фотоприемника, обусловлено отсутствием задержек сигнала, которые неизбежны из-за наличия указанной обратной связи выходной фотоприемник - управляемьй элемент.

Упрощение идентификации состояний устройства обусловлено тем, что вместо измерения значений уровня выходного сигнала достаточно определять номер фотоприемного элемента, на выходе которого появляется единичный выходной сигнал.

При частном варианте выполнения перестраивагемого одночастотного лазера в виде полупроводникового инжекционного лазера с модулятором тока накачки дополнительно снижается энергия переключения состояния устройства до величины порядка (при F 20, N 40 и быстродействия фотоприемного элемента около с).

Формула изобретения

1. Оптический мультистабильньй элемент, содержащий расположенные последовательно на оптической оси управляемьй источник света, коллиматор, интерферометр и фотоприемник, отличающийся тем, что, с целью увеличения быстродействия и упрощения идентификации состояний мультистабильного элемента, управляемьй источник света выполнен в ВИДЕ перестраиваемого одночастотного лазера, интерферометр выполнен в виде многолучевого интерферометра Физо а фотоприемник - в виде линейки фотоприемных элементов, расположенноп перпендикулярно оптической оси в плоскости локализации интерференционных порядков, между соседними из которых размещены N фотоприемных элементов, где N - число состояний мультистабильного элемента, при этом выходы линейки фотоприемных элементов образуют выход мультистабильного элемента.

2, Элемент по п. 1, отличающийся тем, что перестраиваемый одночастотный лазер выполнен в виде полупроводникового инжекционного лазера с модулятором тока накачки.

Изобретение относится к оптоэлектронным вычислительным устройствам и может быть использовано в качестве логического элемента с множеством устойчивых состояний, аналого-цифрового преобразователя или элемента оптической памяти. Целью изобретения является увеличение быстродействия и упрощение идентификации состояний оптического мультистабильного элемента. Устройство содержит последовательно расположенные на оптической оси перестраиваемый одночастотный лазер, коллиматор, многолучевой интерферометр Физо и линейку фотоприемных элементов. Увеличение быстродействия обусловлено отсутствием в устройстве цепи обратной связи, в которой неизбежны задержки обрабатываемого сигнала. Упрощение идентификации состояний обусловлено тем, что вместо измерения уровня выходного сигнала достаточно определять номер фотоприемного элемента линейки, на выходе которого появился единичный сигнал. 1 з.п.ф-лы, 4 ил.

Bwd --

/и

- дшод

tt

± 5а

t/fcix Urn

(i) N

,./

«аЬ

и,

0ui2

e

.J f 5

,