Пространственный функциональный преобразователь Советский патент 1993 года по МПК G06E3/00 

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 - упрощение устройства и повышение точности функционального преобразования.

В предложенном устройстве определяется функция

Ф ( ш) arctg . где Н1, Н2 - положительно определенные функции для всех со. Выражение функцииФ(ш), исходное для синтеза предложенного устройства, запишем в виде:

loo ю о

о

IhO

XI

00

Ф(а)-± f

1 7 п А/ ( S )

л

- 00

a)-S

dS

где A2(S) Hi2(S)

H22(S).

На чертеже представлена функциональная схема предложенного устройства.

Устройство содержит источник когерентного излучения 1, входной оптический раз- ветвитель 2, состоящий из ответвлений 2-|,22,2з; вычислительные транспаранты 3i, 32; оптический разветвитель 4. состоящий из объединенных оптических ответвлений 4i, 42, линейный фотоприемник 5; линейный блок вычитания 6; линейный амплитудный модулятор света 7, первую линзу 8, вычислительный транспарант 9, когерентную оптическую систему с обратной связью (КОСОС)Ю, состоящую из двух полупрозрачных зеркал 10i, 165, двух линз 102, Юз и линейного амплитудного модулятора Юз; вычислительный транспарант 11, первый фазовый фильтр 12, вторуюлинзу 13, второй фазовый фильтр 14. Вычислительные транспаранты 3-|, 32 выполняются в виде диффузных оптических транспарантов, трансформирующих когерентный поток в некогерентный, функции пропускания которых пропорциональны исходным вещественным функциям Н-|(ш)и (ш}.

Линейный фотоприемник 5 (ЛФП) представляет собой группу из N фотоприемников, где число N соответствует числу интервалов дискретизации функций Hi, N2 при записи их на транспаранты 3i, 32 и выбирается, исходя из требуемой точности функционального преобразования.

Линейный блок вычитания 6 (ЛЕВ) представляет собой группу из N блоков вычитания, на вход уменьшаемого которых в течение всего времени работы подан постоянный единичный сигнал (1)с шины задания единичного потенциала. Линейные амплитудные модуляторы света 7, Юз (ЛАМ) пред- ставляют собой группы из N электрооптических модуляторов света,

Функция пропускания транспаранта 9 - линейная, транспаранта 11 - обратная линейной. Фазовые фильтры 12, 14 могут быть выполнены в виде оптически прозрачных пластин соответствующей толщины, обеспечивающих пространственный фазовый сдвиг потока в фильтре 12 на л (только в. нижней полуплоскости аргумента), в фильт3

ре 14 - на TJ ЛВыход источника излучения 1 с помощью оптического разветвления 2i оптически подключен к информационным входам ЛАМ 7, а с помощью разветвлений 22 и 2з, соответственно, ко входам транспарантов 3i, 32. Выходы транспарантов 3i, 32 подключены ко входам оптических разветвлений 4i, 42, объединенных в разветвление 4, выход которого оптически подключен ко

входам ЛФП 5. Выходы ЛФП 5 подключены к соответствующим управляющим входам ЛАМ 7 и входам вычитаемого ЛБВ 6. Выходы ЛАМ 7 через последовательно соединенные первую линзу 8 и транспарант 9 оптически подключены ко входу KOCQC 10. Выходы ЛБВ 6 подключены к управляющим входам ЛАМ Юз. Выход КОСОС 10 через последовательно соединенные транспарант 11, фазовый фильтр 12, вторую линзу 13 и второй фильтр 14 оптически подключен к выходу устройства,

В процессе работы устройства осуществляется ряд следующих Функциональных и

5 линейных интегральных преобразований. На выходах ЛФП 5 формируются значения функции A2(w) Hi2(ffi) + H2(ftJ|), на выходах линейки блоков вычитания 6 - значения функции (1-А2( со}), на входе контура 10 0 фурье-преобразование функции А ( со) F(A со), умноженное на линейную функцию х. Фурье-изображение такого произведения функции на входе контура 10, в свою очередь,

5

-1гл2

F{F A -x} F{-F- A

()).

т.е. ( - A2(uJ) по интегральной теореме Фурье, а умножение на (-jx) в области оригинала обеспечивает дифференцирование в области изображения, На выходе контура 10 формируется распределение амплитуды С(х), Фурье-изображение

которого равно -г- А2 (а)) А (со) -4-.

Функция С(х) на выходе транспаранта 11 умножается на обратную линейную функцию - Фурье-изображение такого произведения Ci(x) равно

45

-/

ш

- (А2 (со) А 2( со) d ы - - nA2(ft))

(т.к. умножение оригинала на (---) соответствует интегрированию изображения). Далее функция Ci(x) умножается на функцию Sign x (т.е. фазовым фильтром 12 осуществляется в нижней полуплоскости пространст- венный сдвиг фазы на л), Фурье-изоб1ражение которой равно. Т.к. по теоре лсоме о свертке Фурье-изображение произведения Ci(x) -Sign х равно Ф(со) -г, то на

выходе линзы 13 получаем функцию, совпадающую по амплитуде с искомой, но сдви3 1 нутую по фазе относительно нее на - л ( -

3

-j e.(2n+ )я, п 0, ±1,...), а на выходе

фазового фильтра 14 - искомую функцию Ф(о).

Работа устройства организована следующим образом.

Когерентный поток интенсивности 3 усл. ед. поступает на вход оптического раз- ветвителя 2, где разветвляется на три потока единичной интенсивности, поступающих по ответвлении 2 т, 22, 2з, соответственно, на входы ЛАМ 7транспарантов 3i, За. На выходе диффузионных транспарантов Зч, 32, функции пропускания которых равны Hi(uj) и Н2((У), формируются некогерентные световые потоки с функциями распределения интенсивностей Нг (со) и Н2 ( со ) (т.к. на функцию пропускания умножается амплитуда потока, а не интенсивность). Данные потоки через ответвления 4т, 42, объединяясь в ответвлении 4, поступают на входы ЛФП 5, на выходах которого формируются сигналы, пропорциональные значениям функции А2(ш) Иг(ш) + Н22(ш).

Данные сигналы поступают на управляющие входы ЛАМ 7, обеспечивая распределение амплитуды светового потока на выходе ЛАМ 7, пропорциональное А2(а), а также - на входы вычитаемого ЛБВ 6, обеспечивая на выходах ЛБВ значения сигналов, пропорциональные 1-А2(«). Сигналы с выходов ЛБВ 6 поступают на управляющие входы ЛАМ Юз, формируя тем самым его функцию пропускания (передаточную функцию) пропорциональной 1-А (со).

Световой поток с распределением амплитуды A (to) с выходов ЛАМ 7 поступает на линзу 8, которая формирует в частотной плоскости, расположенной от нее на фокусном расстоянии f, его Фурье-изображение (со), умножаемое на линейную функцию х после прохождения через транспарант 9. Т.о. на вход КОСОС 10 поступает световой поток, Фурье-изображение амплитуды ко1 d торого равно, как показано выше - -т-

A2(ftj). Т.к. передаточная функция тракта обратной связи КОСОС 10 (т.е. ЛАМ Юз) пропорциональная 1-А(ш), а тракта прямого прохождения сигнала- 1, то общая передаточная функция КОСОС 10 будет пропорциональна А (со). Следовательно, на выходе КОСОС 10 формируется световой поток, Фурье-изображение амплитуды С(х) которого равно1

d (ш). Амплитуда С(х)

j d со

после прохождения светового потока через

транспарант 11 умножается на обратную линейную функцию (Фурье-изображение такой амплитуды равно -InA (со)), а после прохождения фазового фильтра 12, осуще- ствляемого в нижней полуплоскости аргумента пространственный сдвиг фаз на л, - на signx. Фурье-изображение амплитуды потока на входе линзы 13 становится, т.о.,

1 равным Ф(о) у. Линза 13 осуществляет

формирование данного изображения, а фазовый фильтр 14, расположенный на фокусном расстоянии от нее и осуществляю3щи и сдвиг фаз на -я, позволяет получить

на выходе устройства искомое распределение амплитуды светового потока Ф(й).

В заключение следует отметить, что предложенное устройство при соответству- ющей замене линейных блоков 5,6,7,Юз и транспарантов на матричные позволяет осуществлять вычисление двумерной функции

Ф(ш,у )

Формула изобретения

Пространственный функциональный

преобразователь, содержащий источник излучения, оптически связанный через первый и второй вычислительные транспаранты с входом линейного фотоприемника, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет определения арктангенса отношения двух вещественных функций, в него введены два линейных амплитудных

модулятора света, третий и четвертый вычислительные транспаранты, две линзы,линейный блок вычитания, два фазовых фильтра и когерентная оптическая система с обратной связью, состоящая из последовательно оптически соединенных первого полупрозрачного зеркала, первой и второй линз и второго полупрозрачного зеркала, выходы линейного фотоприемника подключены к управляющим входам первого линейного амплитудного модулятора, информационные входы которого оптически связаны с выходом источника излучения и входом вычитаемого линейного блока вычитания, входы уменьшаемого которого соединены с шиной задания единичного потенциала, выходы линейного блока вычитания подключены к управляющим входам второго линейного амплитудного модулятора, включенного в тракт обратной связи когерентной оптической системы с обратной связью, вход которой через последовательно соединенные третий вычислительный транспарант и первую линзу оптически связан с выходом первого линейного амплитудного модулятора, а выход через последовательно соединенные четвертый вычислительный транспарант, первый фазовый

фильтр, вторую линзу и второй фазовый фильтр оптически связаны с выходом устройства.

Изобретение относится к специализированной вычислительной технике и может быть использовано в конкретных оптических вычислительный машинах при вычислении функции арктангенса отношения двух вещественных функций. Сущность изобретения заключается в том, что в устройство введены два линейных амплитудных модулятора света, третий и четвертый вычислительные транспаранты, две линзы, линейный блок вычитания, два фазовых фильтра и когерентная оптическая система с обратной связью, состоящая из последовательно оптически соединенных первого полупрозрачного зеркала, первой и второй линз и второго полупрозрачного зеркала. Выходы линейного фотоприемника подключены к управляющим входам первого линейного амплитудного модулятора, информационные входы которого оптически связаны с выходом источника излучения, и входам вычитаемого линейного блока вычитания, входы уменьшаемого которого соеди- нены с шиной задания единичного потенциала. Выходы линейного блока вычитания подключены к управляющим входам линейного амплитудного модулятора, включенного в тракт обратной связи когерентной оптической системы с обратной связью, вход которой через последовательно соединенные третий вычислительный транспарант и первую линзу оптически связан с выходом первого линейного амплитудного модулятора, а выход через последовательно соединенные четвертый вычислительный транспарант, первый фазовый фильтр, вторую линзу и второй фазовый фильтра оптически связан с выходом устройства. 1 ил. СП с

Г

5 Ч

4

Li --i-J