Оптическое логическое устройство на основе интерферометра майкельсона Советский патент 1978 года по МПК G02F3/00 G06G9/00 H03K19/14 

перед интерферометром помещен второй элёктрооптический кристалл, обладающий эффектом Поккельса, оптическая ось которого параллельна оптической оси кристалла, установленного в плече интерферометра; оптические оси обоих кристаллов повернуты на 45 по отношению к направлению поляризации луча лазера. Совокупность указанных оптических элементов и выбранная ориентация их оптических осей по отношению к направлению поляриза- ции луча позволяет создать устройство для получения произведения двух функций, которое дает возможность повысит чувствительность и расширить частотный диапазон имеющихся устройств до 100 МГц. На фиг. 1 изображен интерферометр типа Майкельсона; на фиг. 2 - направления колебаний электрического вектора луча лазера и оптические оси кристаллов и фазовых пластинок. Интерферометр содержит в качестве источника света лазер 1, полупрозрачное зеркало 2, глухие зеркала 3 и 4, электрооптические кристаллы 5 и 6, фазовые пластинки -1 и 8, фотоприемник 9, усилитель 10 переменного сигнала и регистрирующее устройство 1 Принцип работы предлагаемого.устройства заключается в следующем. При отсутствии электрического напряжения на кристаллах 5 и б на фотоумножитель попадают, благодаря четвертьволновой пластинке 7, два ортогонально поляризованных луча, которые не интерферируют, поэтому переменная составляющая фототока равна О. При наличии электри ческого напряжения Е на кристалле 5, которое вызывает фазовое смещение одной составляющей луча- i, луч становится эллиптически поляризованным и его волновая функция описывается урав нением: ug A / srn ( U3t Sj.) + 151л ict / Ha фотоприемник попадают два эллиптически поляризованных ортогональ ных луча, поэтому освещенность фотоумножителя не зависит от напряжения на одном кристалле. Напряжение Ej, на кристалле б, которое, благодаря фазовой пластинке 8, вызывает фазовое смещение S обоих составляющих луча, также не нарушает ортогональности, и освещенность фотоумножителя остается постоянной, При- наличии напряжения на обоих кристаллах на выходе интерферометра имеются два эллиптически поляризованных луча с одинаковой э.ллиптичностью, которая определяется фазовым смещением мезвду составляющими -о при чем большие оси эллипсов взаимно перпендикулярны ,и сдвинуты по фазе на угол bj Волновые функции лучей описываются уравнениями: /sin(«Jt Jj) isinfajt il/, /bi(ujt + 52)-isin (Mi+ i ii-Sj,)/. Освещенность фотоумножителя равI -%/I- sinS-,. Поскольку при небольших напряжениях ожно в первом приближении принять stn 8 и sxn Sj uj, , переменный сигнал, который усиливается усилителем 10 и регистрируется устг ройством 11, пропорционален произведег нию напряжений Е. В импульсной и вычислительной технике предлагаемое устройство можно использовать для реализации логической операции И, так как сигнал на выходе усилителя имеет место только при одновременном наличии сигналов на обоих кристаллах. Кроме того, устройство реализует дополнение функции ИЛИ для дополнений сигналов на кристаллах. Операцию ИЛИ можно также осуществить, подавая на кристалл 6 постоянное напряжение, которое вызывает фазовый сдвиг между лучами, а на входе интерферометра устанавливая вместо кристалла 5 несколько приемных кристаллов. Сигнал на выходе усилителя имеет место при наличии сигнала хотя бы на одном приемном кристалле. Кристалл 6 можно в этом случае - заменить двоякопреломляющим веществом, например кварцевой пластинкой со срезом, параллельным оптическойоси. Используя полярность сигнала на выходе усилителя, можно осуществить операцию ИЛИ - НЕ, в этом случае на выходе усилителя сигнал имеет место, если ни на одном из приемных кристаллов, установленных на входе интерферометра, нет сигнала. Если заменить кристаллы 5 и 6 двумя группами кристаллов, то схема позволяет осуществить логическое умножение двух параллельных операций типа ИЛИ. В этом случае сигнал на выходе усилителя имеет место при наличии сигналов хотя бы на одном из кристаллов в каждой группе. Сигнал .на выход.е ус.ири-теля может принимать значения 1, 0 -1, поэтому устройство можно использовать в системах автоматического регулирования в качестве Трехпозиционного переключателя. Полярность выходлого сигнала также позволяет осуществить инверсию к любой логической операции. Группированием приемных крирталлов при добавлении дополнительных плеч интерферометра, можно на базе предлагаемого устройства осуществить произвольную комоинационную логическ операцию. Устройство может быть такж применено для моделирования процессо представленных в виде алгебраических выражений, для автоматизации решения уравнений степени rv, где п - любое целое положительное число, причем показатель п определяет количество плеч интерферометра. Устройство позволяет вьщелять очень слабые сигналы из спектра шумов без предварительного усиления с помощью корреляционного анализа. Применение кристаллов типа барий-стронцие вого ниобата, полуволновое напряже 1ие которых составляет менее 50 В, позволяет исследовать сигналы с амплитудой 50 мВ. Когда известна частота сигнала что дает возможность использовать узкополосный усилитель, то с помощью предлагаемого устройства можно исследовать сигналы с амплитудой 50 мкВ Б случае применения данного устройства в качестве оптического коррелятора регистрирующим устройством является интегратор. Формула изобретения Оптическое логическое устройство на основе интерферометра Майкельсона, содержащее лазер, два глухих и одно полупрозрачное зеркало, электрооптический кристалл, обладающий зффектом Поккельса, установленный в одном из плеч интерферометра, фотоприемник, усилитель и регистрирующее устройство, отличающеес я тем, что, с целью осуществления различных логи ческих операций, а также корреляционного анализа, в плечо интерферометра, в котором находится электрооптический кристалл, помещена четвертьволновая фазовая пластинка, оптическая ось которой параллельна направлейию поля ризации-луча лазера, во втором плече интерферометра установлена вторая четвертьволновая фазовая пластинка, оптическая ось которой повернута на 45° по отношению к направлению гюляризации луча лазера, а перед интерферометром помещен второй электрооптический кристалл, также обладающий эффектом Поккельса, причем оптические оси обоих кристаллов повернуты на 4 5 по отношению к направлению поляризации луча лазера.

rf

J

7

PU2.1

в

Oj.S

ОБ.ОБ

Фиг 2