Оптическое запоминающее устройство Советский патент 1990 года по МПК G11C11/42 

Фаг. 1

Изобретение относится к вычислительной технике, в частности, к устройствам оптической памяти, и может быть использовано в устройствах оптической обработки информации, оптическом процессоре и т.д.

Цель изобретения - увеличение информационной емкости и быстродействия устройства,

На фиг. 1 изображена функциональная схема оптического запоминающего устройства с одним многолучевым интерферометром Физо в блоке сканирования лазерного луча; на фиг.2 - диаграммы, поясняющие его работу; на фиг.З - функциональная схема оптического запоминающего устройства с даумя интерферометрами Физо в блоке сканирования лазерного луча; на фиг.4 - диагрчкмы, поясняющие его работу; на фиг. 5 варианты выполнения многолучевых интерферометров Физо в виде матриц ре: онагооов Фабри - Перо.

Оптическое запоминающее устройство (фи .1) содержат одночастотный перестраиваемый по длине волны (частоте) полупроводниковый инжекционный лазер 1, коллиматор 2, блок 3 сканирования лазерного луча 3, выполненный в виде многолучевого интерферометра 4 Физо и модулятора 5 тока накачки лазера, запоминающую среду 6 и приемный блок 7, содержащий матрицу 3 фотодекторов и блоком 9 контроля, к которому подключены сигнальные выходы фотоэлементов 10 матрицы 8 (фиг.2).

Блок 3 сканирования лазерного луча содержит второй многолучевой интерферометр 11 Физо (фиг.З).

Приемный блок 7 содержит коммутаторы 12 входов (фиг.З),

Многолучевые интерферометры 4 и/или 11 Физо блока 3 сканирования лазерного луча выполнены в виде матриц 13, состоящих из резонаторов 14 Фабри - Перо (фиг.5).

Оптическое запоминающее устройство (ОЗУ) работает следующим образом,

Излучение одночастотного перестраиваемого подлине волны полупроводникового инжекционного лазера 1 коллимируется коллиматором 2 и поступает в блок 3 сканирования лазерного луча, в частности на многолучевой интерферометр 4 Физо (фиг.1), на выходе которого образуется система эквидистантных интерференционных полос, положение которых по оси, перпендикулярной ребру клина данного интерферометра и направлению распространения лазерного луча зависит от длины волны лазера, В частности, при изменении модулятором 5 длины волны лазера 1 положение интерференционных полос на выходе интерферометра изменится, т.е. происходит пространственное сканирование данных полос по запоминающей среде 6, пропускание которой в различных точках различно в соответствии с записанной информацией. В результате интенсивность света, поступающего в приемный блок 7, будет промодулирована по амплитуде в соответствии с информацией, записанной на запоминающей среде

0 6. Матрица 8 фотодетекторов преобразует падающий на нее световой сигнал в электрический, который поступает в блок 9 контроля, который передает сигналы с фотоэлементов 10 на выход ОЗУ и управляет

5 работой модулятора 5.

Из фиг.2 видно, что, например, если информация представлена в виде отверстий в запоминающей среде б, то при сканировании интерференционной полосы по запоми0 нающей среде на сигнальных выходах фотоэлементов 10 появится электрический сигнал в виде меандра, характер которого будет определяться законом сканирования и информацией, записанной на запоминаю5 щей среде 6.

Если в блок 3 сканирования лазерного луча ввести второй многолучевой интерферометр 11 Физо (фиг.З), установленный так, чтобы ребра клина обоих интерферометров

0 будут перпендикулярны друг другу в плоскости, перпендикулярной направлению распространения лазерного луча, то на выходе блока 3 сканирования лазерного луча будет наблюдаться система .точек, положение ко5 торых будет соответствовать положениям пересечений интерференционных полос, образуемых каждым интерферометром отдельно (фиг.4). При изменении длины волны лазера положение точки будет изменяться,

0 причем, если базы интерферометров Физо не равны, то скорость перемещения точек по осям xi и Х2 (фиг.4) будут различны. Например, если базы первого и второго интерферометров выбраны так, что hi/h2 F2, где

5 hi и П2 - базы первого и второго интерферометров соответственно, a F2 - острота второго интерферометра, то при изменении длины волны лазера на величину, равную области дисперсии второго интерферомет0 ра, световые точки на выходе блока 3 сканирования лазерного луча несколько раз пробегут по оси xi от точки а к точке Ь, пробежав только один раз по оси Х2 от точки а к точке с (фиг.З). В результате за один

5 период изменения длины волны лазера можно считать PZ строк информации с запоминающей среды 6 используя только один фотодетектор 10 матрицы 8 (фиг.4).

При выполнении лазера 1 в виде полупроводникового инжекционного лазера, изменение длины волны такого лазера осуществляется изменением тока накачки лазера.

Если количество выходов памяти меньше количества фотоэлементов матрицы 8, то в электронную часть приемного блока необходимо ввести коммутаторы 12 входов, к входам которого подключают сигнальные электродф фотодетекторов 10 матрицы 8 (фиг.З). В этом случае блок 9 контроля задает очередность объема информации, управляя работой коммутаторов 12 входов.

Для увеличения емкости оптической памяти многолучевые интерферометры 4 и/или 11 Физо блока 3 сканирования лазерного луча выполнены в виде матриц 13, состоящих из резонаторов 14 Фабри - Перо (фиг.5).

Количество информации, снимаемое при помощи одного фотодетектора 10 определяется остротой используемого интерферометра (интерферометров). В частности, количество элементарных ячеек памяти в одной строке запоминающей среды над од- . ним фотодетектором равно Ki «Fi. Соответственно при использовании двух интерферометров в системе сканирования лазерного луча (фиг.З и фиг.4).

К FiF2, О) или при Fi F2 80 получим К 6400 бит.

Скорость VH считывания информации определяется перестроечными характеристиками лазера, временем срабатывания фотоприемников, характеристиками интерферометра и количеством выходов ОЗУ. Постоянная времени Гф срабатывания фотоприемников в настоящее время достигает Тф 10 9 с. Постоянная времени Гф интерферометра определяется временем установления интерференционной картины, равным -2h/c. При h 10 м, F 100 и с 3- 108м/с получим ги . Скорость перестройки длины волны полупроводникового лазера также может быть осуществлена с постоянной времени т Ю 9 с. Таким образом, полная скорость выдачи информации на один выход в данном оптическом запоминающем устройстве равна

VM 1/(r;i«i, + гф) 109бит /с. (2)

При количестве выходов, равном 32, получим

Уи 3- 1010 бит/с.

Плотность записи, а следовательно, и емкость предлагаемой оптической памяти при заданных размерах, определяется шириной интерференционных полос и расстоянием между ними. Ширина полос равна:

In 2- F2 a- h, (3) а расстояние между ними равно

L Я /2 а (4) где а - угол клина; Я - длина волны

5 лазера.

Из уравнений (1) и (4) видно, что для увеличения плотности записи информации (при заданных базе интерферометра и длины волны лазера) необходимо увеличивать

0 остроту F и угол а клина, а из уравнения (3) видно, что данные параметры необходимо уменьшать. Для устранения данного противоречия многолучевые интерферометры Физо блока 3 сканирования выполнены в

5 виде матриц 13, состоящих из резонаторов 14 Фабри - Перо (фиг.4). В этом случае увеличение остроты F и/ или угла а клина не приведет к увеличению ширин интерференционных полос, которые в дан0 ном случае определяются только размерами торцов единичных резонаторов. Поскольку минимальные размеры торцов единичных резонаторов могут быть равны Я /2, то плотность информации может достигать

5 величины 2,5- 10 бит/мм (при Я 0,4 мкм).

Формула изобретения

1. Оп гическое запоминающее устройст0 во, содержащее оптически связанные и последовательно расположенные лазер, коллиматор, блок сканирования лазерного луча, з поммнающую среду и фотоприемный блок, выполненный в виде матрицы фо5 тодетекторов выходы которой подключены к соответствующим входям блока контроля, информационные выходы которого являются информационными выходами устройства, управляющий выход блока контроля

0 подключен к входу блока сканирования лазерного луча, отличающееся тем, что, с целью увеличения информационной емкости и быстродействия устройства, лазер выполнен в виде одночастотного и пере5 страиваемого по длине волны полупроводникового инжекционного лазера, блок сканирования лазерного луча выполнен в виде многолучевого интерферометра Физо и модулятора тока накачки лазера, выход

0 которого подключен к управляющему входу одночастотного и перестраиваемого по длине волны полупроводникового инжекционного лазера, запоминающая среда и матрица фотодетекторов размещены в об5 ласти локализации интерференционных полос многолучевого интерферометра Физо, размеры единичного элемента матрицы фо- тодекторов на оси, перпендикулярной ребру клина многолучевого интерферометра

Физо и направлению распространения лазерного луча, меньше расстояния между интерференционными полосами интерферометра Физо.

2, Устройство поп.1,отличающее- с я тем, что в блок сканирования лазерного луча введен второй многолучевой интерферометр Физо, ребро клина которого пер- пендикулярно ребру клина первого многолучевого интерферометра Физо в плоскости, перпендикулярной направлению распространения лазерного луча, размеры элементов матрицы фотодекторов по оси, перпендикулярной ребру клина второго многолучевого интерферометра Физо и направлению распространения лазерного луча, меньше расстояния между интерференционными полосами, базы первого и второго интерферометров Физо выбраны так, что 2 hi/h2 S F2, где hi и h2 - базы первого и второго интерферометров Физо соответственно, F2 - острота второго интерферометра Физо.

3, Устройство по пп.1 и 2, о т ли чающееся тем, что в блоке сканирования

лазерного луча первый и второй интерферометры Физо выполнены в виде матриц резонаторов Фабри - Перо, длины которых LI в направлении распространения лазерного луча удовлетворяет соотношению U «xit

где а-угол клина многолучевого интерферометра Физо.

Изобретение относится к вычислительной технике, в частности к устройствам оптической памяти, и может быть использовано в оптическом процессоре, в устройствах оптической обработки информации и т.д. Цель изобретения - увеличение информационной емкости и быстродействия оптического запоминающего устройства. Оптическое запоминающее устройство содержит лазер 1, коллиматор 2, блок 3 сканирования лазерного луча, запоминающую среду 6, приемный блок 7, выполненный в виде матрицы 8 фотодетекторов, и блок контроля 9. Блок 3 выполнен в виде многолучевого интерферометра Физо и модулятора 5 тока накачки лазера, запоминающая среда и матрица фотодетекторов установлены в области локализации интерференционных полос указанного интерферометра. Блок 3 может содержать второй многолучевой интерферометр Физо, установленный так, чтобы ребра клина обоих интерферометров были перпендикулярны друг другу. 5 ил.

10

t,

Выход j

отверстия

-полосы Физо

Фаг. 1

Ъ

СбетоВые точки

ft

о о о о о о о О О Оа о о о о

о о в о |

6

оос в о I

Хг

5

,- X

и

ФигЛ

Фиг.З

ft

о

|

Полосы Физо

у

Положение с8ети8ш точек

&

- XI

-f

Положение световых точек

+-1

r/

v s

7 Ј7to