Оптическое вычислительное устройство Советский патент 1992 года по МПК G06E3/00 

сл С

Изобретение относится к специализированной вычислительной технике и может быть использовано в оптических вычислительных машинах при решении интегральных уравнений. Цель изобретения повышение точности и быстродействия работы устройства, а также расширение его функциональных возможностей за счет решения линейного интегрального уравнения. Поставленная цель достигается введением специального разветвления волоконно-оптической схемы, содержащий две группы контуров оптической обратной связи и обеспечивающей оптическую связь транспарантов, позволяющую последовательно реализовать члены ряда Неймана, что, в свою очередь, обеспечивает возможность формирования решения интегрального уравнения на выходе устройства путем их сложения. 1 ил,

Изобретение относится к специализированной вычислительной технике и может быть использовано в оптических вычислительных машинах при решении интегральных уравнений.

Известны вычислительные оптические устройства, позволяющие решать линейные интегральные уравнения на основе использования интегральной пары-преобразования (Фурье, Меллина и пр.).

Недостаток данных устройств - низкая точность решения как за счет неизбежных фазовых искажений светового потока, так и за счет реализации дробно-полиномиальных изображений ядер уравнений (особенно для вырожденных в начале координат частотной плоскости или в области больших значений аргумента (стремящихся к бесконечности)).

Наиболее близко к предложенному оптическое вычислительное устройство, содержащее источник излучения, вход которого является входом устройства, а выходы оптически связаны с входами вычислительного транспаранта,выходы N оптических разветвителей первой группы оптически связаны с входами соответствующих столбцов матричного оптического преобразователя, выходы строк которого объединены через N оптических разветвителей второй группы, N оптических интеграторов, выход которых являются выходами устройства, а первые выводы N оптических волокон первой группы соединены с соответствующими выходами вычислительного транспаранта 2.

Недостатки данного устройства - невысокие точность и быстродействие, а также

XI

2

СА)

ю

4

отсутствие возможности решения линейных интегральных уравнений.

Цель изобретения - повышение точности и быстродействия устройства, а также расширение его функциональных возможностей за счет решения линейного интегрального уравнения.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены N амплитудных модуляторов света, элемент задержки электрического сигнала, N оптических разветвителей группы и N оптических усилителей, входы которых оптически связаны с выходами соответствующих N оптических разветвителей второй группы, а выходы через соответствующие N оптических разветвителей третьей группы соединены с соответствующими входами N оптических интеграторов и N оптических разветвителей первой группы, N амплитудных модуляторов света расположены между выходами вычислительного транспаранта и входами N оптических волокон первой группы ,а вторые выводы N оптических волокон первой группы соединены с соответствующими выходами устройства, вход которого через элемент задержки электрического сигнала соединен с управляющими входами N амплитудных модуляторов света.

Устройство обеспечивает решение линейного интегрального уравнения вида

SN - рх Я / k (x, S) p (S) d S + f (x)

So

-A/tyH-f, (1)

где k (x.S) - известное ядро уравнения;

f (x) - известная функция, А- константа;

А - соответствующий линейный оператор,

которое может быть представлено т. н. рядом Неймана:

+ A2A2f-t- A3A3f...+ AnAnf +

+ ... ,(2)

где Ап - п кратное применение оператора А.

На чертеже представлена функциональная схема предложенного устройства. Для удобства последующего описания устройства на нем изображена условная система координат D x S.

Устройство содержит некогерентный источник 1 излучения, управляющий вход которого объединен с входом устройства, а выход подключен через оптический развет- витель 2, имеющий N ответвлений, к входу оптического вычислительного транспаранта 3. Выход транспаранта 3 оптически связан с входами ответвлений 4i-4w, содержащих в световодных каналах амплитудные модуляторы , управляющие

входы которых объединены с выходом элемента 30 задержки, вход которого объединен с входом устройства; каждое из ответвлений 4i - 4м имеет N разветвлений,

выход каждого которых оптически связан с линейным участком (столбцом) транспаранта 5 по оси OS.Выходы транспаранта 5 на линейном участке по оси О X (строке) оптически подключены к входам N оптических

разветвлений, объединенных в соответствующие ответвления 4ц-4м1, выходы которых оптически связаны со входами оптических усилителей . Выходы усилителей 6i-6w оптически связаны с входами оптических

ответвлений и входом транспаранта 5, а также с входом ответвлений , выходы которых подключены к входам оптических усилителей второй группы. Выходы усилителей оптически связаны с

входами оптических разветвителей 8i-8w, первые ответвления которых 8ц-8м1 объединены по выходу с ответвлениями 4-|з-4мз, входы вторых ответвлений 812-8N2 объединены с входами ответвлений 4-|-4м и оптически связаны с выходом транспаранта 3, а выходы ответвлений являются соответствующими выходами устройства.

Функции пропускания транспарантов выбирают следующим образом (с учетом умножения на функцию пропускания амплитуды А светового потока, а не его интенсивности 1 А2):

- функция пропускания участка транспаранта 3, оптически связанного с входом

ответвления 41, пропорциональна значению

wio-1) AX+ xijr

где Ах А- шаг дискретизации заданного интервала существования аргумента {хо, XN

хо +(N - 1) Ах, выбранный из условия требуемой точности решения;

- функция пропускания участка транспаранта 5, оптически связанного с входом k- того (при совпадении направления счета

с направлением оси О X) волоконного ответвления разветвления 4ji, пропорциональна

значению уЯ- k (j -1) А+ хо, (k -1) А + , где учтено, что интервал определения аргу- ментов S и х, исходя уравнения (1), один и тот же, k, I, j 1 ,N.

Коэффициенты усиления интенсивностей световых потоков в усилителях выбраны с учетом разветвления их выходных

потоков и их ослабления в ответвлениях 4i2

в Ј,d в 811 - в Јi раз:

для 6i-2Nfi, для 7i-2 Јi, 1,N.

При этом для обеспечения формирования истинного решения на выходе устройства в ответвлениях должно обеспечиваться ослабление интенсивности светового потока в N е раз (что легко достижимо конструктивным путем).

Устройство работает следующим образом. Управляющий импульс с входа устройства поступает на управляющий вход источника 1 излучения, включая его в работу, и через элемент 30 задержки - на управляющие входы амплитудных модуляторов Зт-Зм, которые работают в двух режймах- полного пропускания света и полного поглощения - и в исходном состоянии поглощают входной световой поток. Время задержки в элементе 30 выбрано из расчета включения источника 1 до момента срабатывания амплитудных модуляторов . Световой поток интенсивностью 2N2 усл. ед. с выхода источника 1, разветвляясь на N потоков в оптическом разветвителе 2, формирует на выходе транспаранта 3 световой поток с распределением интенсивности вдоль оси ОХ, пропорциональным значениям функции f (х)2 N. Выходной поток транспаранта 3 разветвляется в разветвлениях А и 8i2 на два потока, поступающих соответственно через амплитудные модуляторы 3i (пропускающие световой поток в момент действия импульса с входа устройства) и ответвления оптических разветвителей на вход транспаранта 5, а также через ответвления 8,2, 8| - на соответствующий выход устройства. Так как на входах ответвлений 8ia интенсивность потока пропорциональна N-f (х), то для последующего формирования правильного решения на выходе устройства должно быть обеспечено затухание интенсивности светового потока в волокнах 8i2 в N раз (легко достигается конструктивным путем: выбором длины волокна, материала и др.), i 1,N.

Световые потоки с выходов ответвле- ний 4 с интенсивностями, пропорциональными значениям f (I - 1) Д+ хо. поступают на вход транспаранта 5, формируя на его выходе световые потоки с распределением интенсивности в плоскости О х S,пропорциональным функции А к (х, S) f (х) Л. На выходах волокон 4и (входах усилителей 6i) происходит сложение всех потоков по оси ОХ - формируется световой поток с распределением интенсивности по оси О S, пропорциональным функции

k(x,S)f(x) Д-А.

X

Усиленный на выходах усилителей 6i 6м в 2№ раз световой поток, разветвляясь

в ответвлениях (4i2, 4-|з)-(4м2, 4мз) на два, и далее, на выходах ответвлений 4i-4t j, на N потоков, вновь поступает на вход транспаранта 5, формируя после его прохождения 5 на выходах ответвлений 4ц-4м1 функцию интенсивности светового потока, пропорциональную pi (s) 2 A k (х, s) (х) А и т.

X

10 д. В оптических кольцевых контурах, образованных ответвлениями 4(з., 8i, 8и, последо- вательно складываются (по мере поступления) интенсивности световых потоков с выходов ответвлений 4ta, т. е. на выхо15 дах усилителей 7| формируется световой

поток с распределением интенсивности

вдоль оси О S, пропорциональным сумме pv

(S) + pi (S) + ... , которая отличается от ряда

(2) лишь отсутствием функции f (S). Оконча0 тельное формирование решения уравнения (1) происходит путем сложения выходных потоков ответвлений 8i и 812 на выходе устройства. Распределение светового потока по оси О S на выходах устройства (ответвле5 ний 8i. I 1, N) после окончания переходного процесса в устройстве пропорционально искомому решению p(S) уравнения (1).

Формула изобретения

0Оптическое вычислительное устройство, содержащее источник излучения, вход которого является входом устройства, а выходы оптически связаны с входами вычислм- тельного транспаранта, выходы п

5 оптических разветвителей первой группы оптически связаны с входами соответствующих столбцов матричного оптического преобразователя, выходы строк которого объединены через п оптических разветвите0 лей второй группы, п оптических интеграторов, выходы которых являются выходами устройства, а первые выводы п оптических волокон первой группы соединены с соответствующими выходами вычислительного

5 транспаранта, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия устоойства, а также расширения его функциональных возможностей за счет решения линейного интегрального уравнения,

0 в него введены п амплитудных модуляторов света, элемент зздеожки электрического сигнала, п оптических разветвителей третьей группы и п оптических усилителей, входы которых оптически связаны с выхода5 ми соответствующих п оптических разветвителей второй группы, а выходы через соответствующие п оптических разветвителей третьей группы соединены с соответствующими входами п оптических интеграторов и п оптических разветвителей первой группы,

п амплитудных модуляторов света расположены между выходами вычислительного транспаранта и входами п оптических раз- ветвителей первой группы, а вторые выво

ды п оптических волокон первой группы

соединены с соответствующими выходами устройства, вход которого через элемент задержки электрического сигнала соединен с управляющими входами п амплитудных мо