Пространственный функциональный преобразователь Советский патент 1991 года по МПК G06F3/00 

Изобретение относится к специализированной вычислительной технике и может быть использовано в когерентных оптических вычислительных машинах при вычислении функции арктангенса отношения двух вещественных функций.

Известны устройства, позволяющие осуществлять функциональные преобразования аналитических функций путем пространственно -частотной фильтрации когерентного светового потока.

Наиболее близким по техническому исполнению к предложенному устройству является пространственный функциональный преобразователь, содержащий три амплитудных модулятора светового потока и источник когерентного монохроматического излучения, оптически

связанный с первым и вторым амплитудными модуляторами светового потока .

Недостатком данных функциональных преобразователей является низкая точность при определении функции арктангенса отношения двух вещественных функций.

Цель изобретения - повышение точности устройства при определении функции арктангенса отношения двух вещественных функций.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство дополнительно введены второй источник когерентного монохроматического излучения, элемент НЕ, дефлектор, оптический дифференциатор и последовательно расположенные на оптической оси оптический интегратор и оптический фазовый фильтр, выход которого является выходом преобразователя, входы запуска первого и второго источников когерентного монохроматического излучения подключены к входу преобразователя соответственно непосредственно и через элемент НЕ, выход второго источника когерентного монохроматического излучения оптически связан с входами первого и второго амплитудных модуляторов светового потока, выходы которых оптически связаны с информа- ционным входом дефлектора, оптически сопряженного выходом непосредственно и через оптический дифференциатор с входом третьего амплитудного модулятора, оптически сопряженного выходом с входом оптического интегратора, вход преобразователя подключен к управляющему входу дефлектора.

В основу работы устройства положены следующие теоретические соображе- ния „

Известно, что для произвольной комплексной аналитической функции

С (СО) Н, (СО) + jH2(CO),

где

Н,(СО) ReqXCQ), H(tt) справедливы следующие предс Н,(Ю) А (СО)-cos Р (СО), HZ(CO) A(CG))), где

А (СО)

4JHj(eo) + нЈ(со)

0 arete |,

где под значением функции арктангенса здесь и далее понимают главное значение функции.

В связи с симметрией функции арк- тангенса, позволяющей легко учесть возможные области неположительно определенных значений функции до начала работы устройства,полагают при последующем описании работы устройства функции Hj|, Неположительно определенными. Так как в этом случае функция Ц(СО) не имеет нулей в правой полуплоскости, то функции А (СО) и

(СО) связаны аналитическим соотношением 1, с.29,

ьо

0(0) -л {

И J

(S) О)- S

dS,

которое позволяет, используя равенство (1), представить искомую функцию (2) следующим образом:

«.«- fH

-2 GJ In

&ГЗ

(3)

Q $ 0

5

0

5

0

5

Q

где G - оператор преобразования Гильберта.

Следует отметить, что правая часть равенства (3) реализуется в данном устройстве по модулю, так как при необходимости знак - легко учитывается как до начала работы устройства, так и при последующей обработке полученных значений искомой функции.

На чертеже представлена функциональная схема предложенного устройства .

Устройство содержит элемент НЕ 1, два источника когерентного монохроматического излучения . (, светопровод (оптический разветвитель), состоящий из трех отдельных разветвляющихся участков 31, 2j3j, два амплитудных модулятора светового потока,(два вычислительных транспаранта) неизменной оптической плотностью, изготовленные из фотопластины или оптического стекла(толщина пластины одного из транспарантов .выбирается при этом таким образом, чтобы обеспечить разность пространственных фаз выходных потоков данных транспарантов,

А

равную г); дефлектор 5, оптический

дифференциатор 6, третий амплитудный модулятор 7 светового потока (вычислительный транспарант), оптический интегратор 8, линзу 9, фазовый фильтр 10, линзу 11.

Оптический разветвитель 3 может быть выполнен как совокупность оптических волокон, представляющих собой неуправляемые направленные ответви- тели, число которых определяется числом интервалов дискретизации при записи функций Н , (СО) , НлСбЗ) на транспаранты ,

Длины волн излучений записи и считывания информации для фотохромного материала транспаранта 7 обозначают

через Ъ 5,п и А С1{ , соответственно. - Фазовый фильтр 10, выполненный, например, в виде прозрачной пластины заданной толщины, обеспечивает сдвиг фазы в отрицательной полуплоскости пространственного спектра входного сигнала линзы 9 на II .

Вход устройства объединен с вхо- дом элемента НЕ 1, с управляющими входами источника излучения 2 с длиной волны излучения и дефлектора 5. Выход элемента НЕ 1 подключен к управляющему входу источника излучения 2Ј с длиной волны излуче- ния АСЦ,

Выходы источников излучения 24, 2 через соответствующие ответвления первого участка световода 3, объединенные в световод, разветвляющий- ся далее на два, оптически связаны с транспарантами 4, Ј. Выходы транспарантов Ь), черед объединенные далее ответвления второго участка

Выбор коэффициента контрастности транспарачт.а 7 равным 1 обеспечивае для него запись функции пропускания пропорциональной А (CJ) . На этом пе вый этап работы устройства завершае ся. Второй этап начинается по окон- |чании импульса на входе устройства, что приводит к появлению управляюще го сигнала на выходе элемента НЕ 1 входе источника излучения 2. Свето вой когерентный поток с длиной волн 9V (Ч с выхода источника излучения 2 через ответвление 3, транспаран

световода Зл оптически связаны с ин- 25 ты k{, hЈ, ответвление 3% и дефлек35

40

формационным входом дефлектора 5. Выход дефлектора 5 оптически связан через ответвления световода Зз с оптическим дифференциатором 6и транспарантом 7. Выход дифференциатора зо 6 через ответвление 3$ также оптически связан с транспарантом 7. Выход транспаранта 7 через последовательно оптически соединенные оптический интегратор 8, линзу 9, фазовый фильтр 10, линзу 11 оптически связан с выходом устройства.

Устройство работает следующим образом.

Управляющий сигнал с входа устройства в виде импульса заданной длительности поступает на управляющие входы источника излучения 2 и дефлектора 5, обеспечивая прохождение светового когерентного потока с Д5 длиной волны Д-.от источника 2 через оптическое ответвление 3 транспаранты ц, k, ответвление 3g, дефлектор 5 и ответвление 3 на транспарант 7 (дефлектор 5 в рассмат- 50 риваемом устройстве функционирует в двух состояниях: при подаче управляющего сигнала обеспечивает передачу светового потока через ответвление 3j на транспарант 7, при отсутствии управления - на дифференциатор 6).

Так как функции пропускания транспарантов t 4, 2 вдоль условной оси

55

тор S, на управляющем входе которог отсутствует сигнал управления, пост пает на вход дифференциатора 6, где вдоль оси (0 осуществляется пространственное дифференцирование сигнала с распределением амплитуды, равным А (4)). С выхода дифференциатора 6 световой поток, проходя через транспарант 7 с Функцией пропускания (СО) , поступает на вход оптическо го интегратора 8, где осуществляется пространственное интегрирование амплитуды результирующего потока,

- А (М) т

равной д7,-,у- . Таким образом, на выходе оптического интегратора 8 распределение амплитуды светового потока вдоль оси Gi будет пропорционально InAOj)). Выходной поток интегратора 8 поступает в систему линза 9 - фазовый фильтр 10 - линза 11, которая осуществляет одномерное преобразование Гильберта амплитуды входного потока. В результате распре деление амплитуды светового потока вдоль оси (J на фокусном расстоянии линзы 11 от нее будет определяться выражением (3) с точностью до коэффи циента 2 (удвоение выходного потока легко обеспечивается соответствующим выбором мощности источника излучения 2). Таким образом, на выходе устрой ства формируется световой поток, рас пределение амплитуды которого вдоль

- г

16952846

Сх) (фиг.1) равны, соответственно,

Н j (СО) и Н(СО), а их выходные потоки

сдвинуты

по фазе на

то распределение амплитуды светового потока на входе дефлектора 5 вдоль оси (О будет определяться выражением

А («) - l-JHfftt) + Н(СО)|.

Выбор коэффициента контрастности транспарачт.а 7 равным 1 обеспечивает для него запись функции пропускания, пропорциональной А (CJ) . На этом первый этап работы устройства завершается. Второй этап начинается по окон- |чании импульса на входе устройства, что приводит к появлению управляющего сигнала на выходе элемента НЕ 1 - входе источника излучения 2. Световой когерентный поток с длиной волны 9V (Ч с выхода источника излучения 2 через ответвление 3, транспаранты k{, hЈ, ответвление 3% и дефлек35

40

зо

Д5 0

5

тор S, на управляющем входе которого отсутствует сигнал управления, поступает на вход дифференциатора 6, где вдоль оси (0 осуществляется пространственное дифференцирование сигнала с распределением амплитуды, равным А (4)). С выхода дифференциатора 6 световой поток, проходя через транспарант 7 с Функцией пропускания (СО) , поступает на вход оптического интегратора 8, где осуществляется пространственное интегрирование амплитуды результирующего потока,

- А (М) т

равной д7,-,у- . Таким образом, на выходе оптического интегратора 8 распределение амплитуды светового потока вдоль оси Gi будет пропорционально InAOj)). Выходной поток интегратора 8 поступает в систему линза 9 - фазовый фильтр 10 - линза 11, которая осуществляет одномерное преобразование Гильберта амплитуды входного потока. В результате распределение амплитуды светового потока вдоль оси (J на фокусном расстоянии линзы 11 от нее будет определяться выражением (3) с точностью до коэффициента 2 (удвоение выходного потока легко обеспечивается соответствующим выбором мощности источника излучения 2). Таким образом, на выходе устройства формируется световой поток, распределение амплитуды которого вдоль

условной оси (О искомой функции

пропорционально

. IT-(О) arctg ,(СО) Формула изобретения

Пространственный функциональный преобразователь,содержащий три амплитудных модулятора светового потока и источник когерентного монохроматическог излучения,оптически связанный с первым и вторым амплитудными модуляторами светового потока, отличающийся тем, что, с целью повышения точности при определении функции арктангенса отношения двух вещественных функций, в него введены второй источник когерентного монохроматического излучения, элемент НЕ, дефлектор, оптический дифференциатор и последовательно расположенные на оптической оси оптический

интегратор и оптический фазовый фильтр, выход которого является выходом преобразователя, входы запуска первого и второго источников когерентного монохроматического излучения подключены к входу преобразователя соответственно непосредственно и через элемент НЕ, выход

второго источника когерентного монохроматического излучения оптически связан с входами первого и второго амплитудных модуляторов светового потока, выходы которых оптически

связаны с информационным входом дефлектора, оптически сопряженного выходом непосредственно и через оптический дифференциатор с входом третьего амплитудного модулятора, опти0 чески сопряженного выходом с входом оптического интегратора, вход преобразователя подключен к управляющему входу дефлектора.

Изобретение относится к специализированной вычислительной технике и может быть использовано в когерентных оптических вычислительных машинах при вычислении функции арктангенса отношения двух вещественных функций. Цель изобретения - повышение точности при определении функции арктангенса отношения двух вещественных функций. Поставленная цель достигается за счет введения в преобразователь второго источника когерентного монохроматического излучения, элемента НЕ, дефлектора, оптического дифференциатора и последовательно расположенных на оптической оси оптического интегратора и оптического фазового фильтра, что позволяет осуществлять определение фазы комплексного аналитического сигнала по его действительной и мнимой составляю- « щим, т.е. вычислять функцию арктанген са отношения двух вещественных функций. 1 ил. (Л

er9riOTiiT

Л

в