Оптический функциональный преобразователь Советский патент 1992 года по МПК G06E3/00 

СП

с

Изобретение относится к специализированной вычислительной технике и может быть использовано в оптических вычислительных машинах для решения трансцедентных уравнений. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства за счет решения трансцедентных уравнений. Поставленная цель достигается реализацией итеративной процедуры решения с автоматическим определением момента времени формирования решения с требуемой точностью за счет введения в устройство оптического разветвителя, содержащего контур обратной связи, двух источников когерентного и некогерентного излучений, двух элементов задержки, R S- триггера, элемента И, двух фотоприемников, вычислительного транспаранта, амплитудного модулятора, а также одного неуправляемого и группы управляемых фазовых модуляторов, оптически связанных с помощью оптического разветвителя. 1 ил.

Изобретение относится к специализированной вычислительной технике и может быть использовано в оптических вычислительных машинах для решения трансцедентных уравнений.

Известны аналоговые и цифровые функциональные преобразователи, позволяющие решать заданное нелинейное уравнение.

Недостатки данных устройств - сложность схемной организации определения момента времени формирования стационарной точки решения и низкое быстродействие.

Наиболее близким по техническому исполнению к предложенному устройству является оптический функциональный преобразователь, содержащий источник некогерентного света, вычислительные транспаранты и оптические разветвители.

Недостатком данного устройства является отсутствие возможности решения заданного трансцедентного уравнения.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства за счет решения трансцедентных уравнений.

Поставленная цель достигается введением в устройство оптического разветвите- ля, содержащего контур оптической обратной связи, двух источников когерентного и некогерентного излучений, двух элементов задержки, R S-триггера, элемента И, двух фотоприемников, вычислительного транспаранта, неуправляемого фазового модулятора, группы управляемых фазовых модуляторов,амплитудного модул тора, что позволяет осуществлять H,reivmiRfivio процедуру, решения заданного трано ie/v-н ною рорнения

VI

VJ

4 СО

ю

00

го

с автоматическим определением момента времени формирования решения и выдачей найденного решения на выход устройства. Предложенное устройство решает уравнения вида

X - f(X),

где f(X) - заданная аналитическая функция, существующая на конечном интервале -Х, X и удовлетворяющая принципу сжатых отображений.

Так как в силу конструктивных особенностей используемого в устройстве блока функционального преобразования им реализуется смещенная функция f(X) + С, где - известная константа, то вместо уравнения (1) в предложенном устройстве решается методом сжатых отображений эквивалентное ему уравнение

Y f (Y - С) + С,(2)

вытекающее из (1) в результате замены переменных X Y - С.

В блоке функционального преобразования при этом реализуется левая часть равенства (2). По окончании формирования решения Y X + С смещение учитывается на выходе устройства.

На чертеже представлена функциональная схема предложенного устройства;

Устройство содержит вход 1, элементы 2i, 22 задержки, источник 3 некогерентного излучения, вычислительный оптический транспарант 4, блок функционального пре- Ъбразования (БПФ) 5, RS-триггер 6, источник 7 когерентного излучения, неуправляемый фазовый модулятор (ФМ) 8, группу из 2N управляемых ФМ 9и, 9i2, 1 - 1,N; оптический разветвитель 10, состоя, щий из ответвлений 10i, 102, Юз, 10ij,i 1,N; разветвители 11, 12, амплитудный модулятор (AM) 13, элемент И 14, первый 15 и второй 16 фотоприемники, блок 17 вычитания константы.

Транспарант 4 может быть выполнен в виде фотопластины или фотопленки с постоянной функцией пропускания, пропорцио- нальной начальному приближению решения уравнения (2).

Схема БФП 5 идентична схеме оптического функционального преобразователя. ФМ 8 может быть выполнен в виде оптически прозрачной пластины заданной толщины, обеспечивающей сдвиг пространственной фазы сигнала на п.

В предложенном устройстве AM 13 работает в двух режимах - полного пропуска- ния и полного поглощения светового потока.

Вход устройства 1 объединен с-входом элемента 2i задержки и S-входом RS-триг- гера 6.

Выход элемента 2i задержки подключен к управляющему входу источника 3 излучения, выход которого оптически связан с входом БФП 5 через транспарант 4 и первое ответвление 10i разветвитёля 10.

Единичный выход RS-триггера б подключен к входу включения БФП 5 через элемент 22 задержки - к входу элемента И 14 и непосредственно к управляющему входу источника 7 излучения.

Выход источника 7 излучения оптически связан:

-через ответвление 111 разветвитёля 11, разветвляющееся наМ волокон, с информационными входами соответствующих управляемых ФМ 9ц, i 1,N;

-через разветвитель 11, ФМ 8, ответвление 112 разветвитёля 11, разветвляющееся на N волокон, с информационными входами соответствующих управляемых ФМ9|2,(1,М.

Входы управления всех ФМ 9у, i 1 ,N, j 1,2 соединены оптически с выходами соответствующих ответвлений 107/, которые объединены с ответвлением Юз, выход которого оптически связан с информационным входом AM 13, и ответвлением 10а. вход которого оптически связан с выходом БФП 5, а выход объединен с ответвлением 10ч и оптически связан с информационным входом БФП 5. Выходы управляемых ФМ 9ц, 9i2 оптически связаны с входами соответствующих волокон, объединенных в ответвление 12i, i 1.N. Ответвления 12-|-12м объединены в разветвитель 12, выход которого оптически связан с входом фотоприемника 15, выход которого подключен к инверсному входу элемента И 14.

Выход элемента И 14 подключен к R- входу RS-триггера 6 и управляющему входу AM 13, выход которого подключен к входу фотоприемника 16, выход которого подключен к входу блока 17 вычитания константы, выход которого является выходом устройства.

Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии триггер 6 находится в нулевом состоянии - источник 7 излучения и группа источников когерентного излучения в БФП 5 выключены. Управляющий импульс, определяющий начало работы устройства, поступаете входа 1 устройства на S - вход триггера б, переводя его в единичное состояние, и через элемент 2i задержки - на управляющий вход источника 3 излучения. Время задержки т в элементе 2i выбрано из расчета включения по сигналу с единичного выхода триггера 6 источников излучения БФП 5 (готовности БФП 5 к работе) да момента включения источника 3 излучения (т , времени срабатывания триггера 6).

Световой импульс с выхода источника 3 излучения, проходя через транспарант 4 и ответвление 1 (формирует на входе БФП 5 световой импульс с интенсивностью, пропорциональной начальному приближению к решению уравнения (2), Так как выходной поток БФП 5 разветвляется далее в оптическом разветвителе 10 на 2N -К2 потоков, то для нормального функционирования устройства мощности источников излучения, пропорциональные соответствующим коэффициентам ряда Фурье функции f(X), увеличены в 2N + 2 раз, На выходе БФП 5 - входе ответвления Юа, формируется световой поток с интенсивностью, пропорциональной значению (2N + 2) (f(Yo - С) - С), который далее разветвляется на 2 N + 2 потоков интенсивности {f(Yo - С)+ С} и поступает в ответвления 102-10N2 . Световой поток, проходящий через ответвление 102, объединенное с ответвлением Ют, формирует на входе БФП 5 значение следующего приближения к решению уравнения (2):

Yi f(Yo-C) + C.

Световой поток с выхода ответвления Юз поступает на вход AM 13.

AM 13 управляется выходным сигналом элемента И 14, который, в свою очередь, определяется сигналами с единичного выхода триггера 6 (через элемент 22 задержки) и с выхода фотоприемника 15 (поступающего на инверсный вход элемента И 14).

Время задержки элемента 2а выбрано из расчета срабатывания фотоприемника 15 по выходным сигналам ФМ 9ц-9ы2 до прихода сигнала с единичного выхода триггера 6 в момент включения устройства, когда выходные сигналы ФМ 9ц-9ы2 - нулевые (во избежание прохождения через AM 13 на выход устройства первого приближения к решению).

Время задержки элемента 2а выбирают , .общего времени срабатывания БФП 5, ФМ 9 и фотоприемника 15. Таким образом, с начала работы устройства до момента формирования нулевого сигнала на выходе фотоприемника 15 сигнал на выходе элемента И 14 является нулевым, я световой информационный поток через AM 13 не проходит.

Каждое очередное приближение к решению уравнения (2) (световой поток, формируемый на выходе БФП 5) поступает также через ответвления 10ц Моы2 на входы управления соответствующих ФМ

911-9N2.

За счет различной длины оптических волокон каждого ответвления Юм на входы

управления ФМв текущий момент времени поступают световые потоки с шпенсиэмо- стями, пропорциональными различным приближениям YI: от гокуцсго У|(ня9ц)до 5 Yi-2N-t-i (на ). На ччформац ючные входы ФМ 9ц-9ч2 поступает когерентный монохроматический поток от источника 7 излучения (включенного входным сигналом триггера 6) через оптический рззпетвитечь 10 11: на входы ФМ 9ц - через ответвление 111, на входы ФМ Si2 - через ФМ 8 и ответвление 112. ФМ 8 сдвигает пространственную фазу потока источника 7 на л.Поэтому при равенстве управляющих сигналов на 15 входах управления ФМ 9ц и 9,2 (т. е. при равных сдвигах фаз, вызванных данными управляющими сигналами), интенсивность суммы выходных потоков ФМ 9ц и 9i2 на выходе ответвления 12| равна 0.

0 Таким образом, интенсивность потока на выходе разветвителя 12 равна 0, когда YI YI-I ... Y|-2N+1, т. е. когда YI является решением Y уравнения (2). Число 2N ФМ определяется требуемой точностью форми5 рования момента отыскания решения уравнения (2). При появлении нулевого сигнала на выходе фотоприемника 15, поступающего далее на инверсный вход элемента И 14, на выходе элемента И 14 формируется еди0 ничный сигнал, поступающий на управляющий вход AM 13 и R- вход RS триггера 6.

AM 13 переводится в режим полного пропускания света - с выхода ответвления Юз из вход фотоприемника 16 поступает

5 световой поток с интенсивностью, пропорциональной решению Y уравнения (2), триггер б переводится в нулевое состояние - схема устройства приходит в исходное состояние.

0В блоке 17 вычитания константы вычитается известная константа С, из значения Y т. е. формируется окончательное решение X уравнения (1),

Формула и зоб ретения

5Оптический функциональный преобразователь по авт. св. № 17058 I 1, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей ээ счет решения трансцедентных уравнений, в него

0 введены два элемента задержки электрического сигнала, источник некогерентного из- лучения, вычислительный оптический транспарант, RS-триггер, источник когерентного излучения, неупрарляемый фазо5 вый модулятор, две группы по N управляемых модуляторов, четыре оптических разветвителя, амплитудный модулятор, элемент И и фотоприемник, вход преобразователя подкпючсн к S-входу RS- триггера и через первый элемент задержки

электрического сигнала - к входу источника некогерентного излучения, выход которого через вычислительный оптический транспарант оптически связан с входом входного оптического разветвителя, управляющие входы источников излучения которого объединены с управляющим входом источника когерентного излучения и второго элемента задержки электрического сигнала и соединены с единичным выходом RS-триггера, а выход оптического сумматора через первый оптический разветвитель оптически соединен с управляющими входами управляемых фазовых модуляторов первой и второй групп и входом оптического сумматора, источник когерентного излучения через второй оптический разветвитель соединен с информационными входами управляемых

ts-+-z

т i I j i

1 ц.

1 i п

4145

0

5

фазовых модуляторов первой группы, а также через неуправляемый фазовый модулятор и третий оптический разветвитель - с информационными входами управляемых фазовых модуляторов второй группы,.выходы всех управляемых фазовых модуляторов первой и второй групп через четвертый оптический разветвитель подключены к входу фотоприемника, выход которого соединен с первым входом элемента И. соединенного вторым входом с выходом второго элемента задержки электрического сигнала и подключенного выходом к R-входу RS-триггера и управляющему входу амплитудного модулятора, расположенного между выходом оптического сумматора и входом блока вычитания константы.

,

а

П 16 17

fl-fl-fr