Оптический сумматор Советский патент 1980 года по МПК G06G9/00 G02F3/00 

Изобретение относится к вычислительной технике и предназначено для применения в оптических вычислительных устройствах. Известны сумматоры оптических сигналов. Один из известных сумматоров содержит оптический интерферометр, на входе Которого расположена расширяющая система для преобразования световых картин в квадратную матри цу в виде, например, цилиндрического объектива, после которого по каналам, соответствую щим слагаемым, расположены система ромби- . ческих призм с последовательно уменьшайщейся высотой, число которых на единицу меньще модуля суммирования, и призма Довэ, причем выходы каналов слагаемых связаны с входа. ми интерференционного Смесителя, за которым размещена сужающая система Ц. Другое известное устройство содержит ампли тудный разделитель пучка, на пути одаой части которого установлены элемент задержки и коллиматор, а на пути второй части пучка - отражающий элемент и коллиматор, а также полуволновую пластину, зеркальную систему и. приемник резервирующей картины, установленНОЙ в плоскости изображения, причем на пути первого яучка между коллиматором и приемником результирующей картины размещена одна из картин с исходной информацией, а на пути второгр nyHka - полуволнрвая пластина, другая картина с исходной информацией и зеркальная система {2. Наиболее близким техническим решением к изобретению являетсй оптический сумматор, содержащий расщепители светового пучка, элементы ИЛИ, сумматоры по модулю два и отражающие ЭЛ емеНты t3. К недостаткам известных оптических сумматоров ОТНОСЯТСЯ низкая надежность, обусловленная их слож1тостью, и наличие существенных оптических потерь из-за протяженных оптических связей. Цель изобретения - уменьшение оптических потерь и увеличение надежности сумматора. Поставленная цель достигается тем, что оптический сумматор дополнительно содержит фазосдвигающие пластинь, совмещающие элементы, просветляю1цие фильтры и пару оптических клиньев, каждый из которых установлен между соответствующими информационными входами сумматора и входами соответствую щего расщепителя светового , первый выход первого из которых через первь1Й отражающий элемент и первую фазосдвигающую пластину связан с первым входом первого элемента ИЛИ. Первый выход второго расщепителя светового пучка через второй отражающий элемент и вторую фазосдвигающую пластину связан с первым входом второго

элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с вторым выходом первого расщепите;ш светового пучка, а второй выход второго расщепителя светового пучка - с вторым входом первого элемента ИЛИ, выход которого через третью фазосдвигающую пластину соединен с первым входом первого сумматора по модулю два, связанного вторым входом через первьтй прр светляющий .фильтр с выходом второго элемента ИЛИ. Первый выход первого сумматора по мод лн два через последовательно установленные второй просветляющий фильтр, четвертую фазоСдвигаи)щую пластину и третий отражающий элемент подключен к первому входу третьего элемента ИЛИ, выход которого через четвертый и пятый отражающие элементы связан с одним входом совмещающего элемента, другой вход которого через пятую фазосдвигающую пластину соеданен с тактовым входом сумматора. Выход совмещающего элемента через третий просветляющий фильтр связан с первьш входом йторого сумматора по модулю два, который вторым входом соединен с вторым выходом первого сумматора по модулю два, первы выходом через четвертый просветляющий

фильтр и щбстую фаэосдвигающую пластину с вторым входом третьего элемента ИЛИ, а вторым выходом - с выходом сумматора.

Особенностью сумйатора является то, Wo в нем совмещающий элемент, расщепители световогр пучка, элементъг ИЛИ и сумматор по модулю два выполнены каждый в виде соединенных между собой двух трехгранных оптических призм, между которыми расположен светоделительный слои.

На чертеже представлена принципиальная схема оптического сумматора.

Она содержит оптические клинья 1, 2, первь1й и второй расщепители светового пучка - расщепительные призмы 3 и 4/совмещающий элемент 5, первый и второй сумматоры по модулю два - суммирующие призмы 6 и 7, первый 8, второй 9 и третий- 10 элементы ИЛИ отражающие элементы - призмы 11-15, фазосдвигающие пластины 16-21, просветляющие фильтры 22-25, светопоглощающйй экран 26. Позициями 27 и 28 на чертеже обозначены тактовый вход сумматора младшего и старще го разряда соответственно, позициями 29 и 30 - сумматора младшего и старшего разряда соответственно.

На входы .Х-,, X2,V,V2,27, 28 поступают когерентные параллельные световые импульсы с одинаковой длительностью. И)гформационные сигналы Х, 2) -1. 2 Редставляют собой комбинации светлых и темных полей. Светлые поля соответствуют наличию света (сигнал 1), темные - его отсутствию (сигнал О). Каждый сигнал Х-, Ха.,Ъ-1, з. иезависимо друг от друга представляет самостоятельный канал информации. Интенсивность j каждого информационного светового сигнала равна единице, а интенсивность световых импульсов, постоянно поступающих на входы 27 и 28, равна величине 0,073125.

Первый расщепитель 3 светового пучка имеет энергетический коэффициент отражения 2/3, а прозрачность - 1/3, второй расщепитель 4 светового пучка - энергетический коэффициент отражения 1/3 и прозрачность 2/3.

Светодельные слой остальных элементов Ойинаковы и каждый из них делит световой пучок на равные по интенсивности пучки.

Работа оптического сумматора основана на известном эффекте насыщения, состоящем в уменьшении интессивностй спектральной линии (поглощения или вынужденного излучения) при увеличеиии мощности падающего на вещество внешнего резонансного электромагнитного излучения. ;

Просветляющие фильтры 22-25 с пороговыми мoщнoctямй Р22.-0,5 j , 1,359375 f, Р а 4- РЯБ 0,046875 j подбираются.

Сдвиги фаз с1ветЬврго импульса обозначим: после отражения от светоделительного слоя, делящего световой пучок на равные по интенсивности пучки, -oL и после прохождения через него - , после отражения от светоделительного слоя расщепительной призмы 3 oL 7, и после протсождения через него - р) , после отражения от светоделительного слоя расщепительной призмы 4 , а после прохождения через него - Ьл, после прохождения через просветляющие фильтры 22-25 - 22 fub 24 25 IO прохождения через фазосдвигающие пластины 19 и 20 - , 4 20Первая пластина 16 сдвигает фазу на f-ib

eL, пластина 17 - на cL -ft третья пластина 18 - на

f22 + |+oL4- J-

Сумма сдвигов фаз сумме двигов фаз ЧгоТак как при симметричном обрамлении свето-i елительного слоя разность фаз d. ежду прощедщими и отраженными пучками i Е., то положим, величине света равна где - любое натуральчто 2 нбе число. В оптических клиньях 1, 2 каждый информа ционный световой импульс старшего разряда сдвигается по фазе относительно младшего разряда на величину У ± где Ч - абсолютный сдвиг фазы на ломаной линии abcdeo Устройство работает следующим образом. . При отсутствии световых сигналов Ч,iа, 47 Va постоянно поступающие световые импульсь проходят через совмещающий элемент и поглощаются третьим просветляющим фильтром 24. На выходах 29 и 30 сумматора будут отсутствовать световые сигналы. При наличир только светового сигнала пуЧЬК света, пройдя через первый оптический клин 1,,целится расщепительной призмой 3 на два пучка. Часть пучка проходит через элемент ИЛИ 9 и поглощается первым просветляющим фильтром 22, а часть пучка проходит через первую бтраж тельную призму 11, первую пластину Ш, первьш элемент ИЛИ 8, третью, пластину 18 и делится первой суммирующей призмой б на два пучка. Часть пучка поглощается просветляющими фильтрам 23, а часть, йройдя вторую суммирующую призму 7, распространяется с фазой . При наличии только светового сигнадга .f пучок света, пройдя через второй оптический клин. 2, делится второй расщепительной призмой 4 на два пучка Часть пучка проходит через вторую, отражающую, призму 12, вторутво пластину 17, второй элемент ИЛИ 9 и поглощается первьш просветляющим фильтром 22, а часть проходит через первый элемент ИЛИ 8 пластину 18, суммирующие призмы б и 7 и распространяется в направлении выхода 29, 30 сумматора с фазой. 06,, . При наличии только световых сигналов X.jJ отраженные от светоделительного слоя пер вой расщепительной призмы 3 и прошедшие через светоделительный слой призмы 4 пучки света совмещаются в элементе ИЛИ 9 и складываются в направлении выхода 29, 30 сумматора, в соответствии с формулой --,,2 где 3-(,52 интенсивности совмещенных свето вых сигналов; О - разность фаз между световыми сигналами. 06 Если подставить числовые величины в эту формулу, то получим результирующую интенсивность, превышающую единицу, т.е. (,25J. Так как мощность результирующего светового сигнала выше пороговой мощности первого просветляющего фильтра 22, то, пройдя через него, пучок света входит в первую суммирующую пргому б с интенсивностью 0,75 J; Прошедшие ерез светоделительный слой прйзмь1 3 и отраженные от светоделительного слоя призмь 4 пучки света совмещаются в элементе ИЛИ 8, складываются в направлениисуммирующей призмы is и, пройдя через третью пластину 18, с результирующей интенсивностью 3 0, пучок входит в первую суммирующую призму 6, где результирующие световые совмещаются;. Совмещенные в направлении выхода 29, 30 сумматора пучки 1аСятся, т.е. 3 б, а в сторону второго просветляющего фильтра 23 - складываются, t.e.4l«l,5j Результирующий сретрвой сигнал проходит через второй просветляющий фильтр 23, пластийу 19, отражающую призму 13, элемент ИЛИ 10, призмы 14 и 15, ослабляясь по интёнсивнорти в совмещающем элементе 5 складывается с постоянно поступающим на вход 27, 28 световым импульсом (нулевая разность фаз между взаимодействующими импульсами достигается пятой пластиной 20), проходит через третий просветляющий фильтр 24 и делится на Два пучка светоделительным слоем вторбй суммирующей призмы 7. Отраженный световой пучок от светоделительного слоя суммирующей призмы 7 распространяется в направлении вьосода 29, 30 сумматора с фазой При наличии только световых сетналов У,,Х2,%световой импульс Х,, пройдя через оптический клин 1, Делится призмой 3 на два пучка. Отраженный от светоделительного слоя призмы 3 пучок проходит элемент ИЛИ 9 и поглощается просветляющим фильтром 22, а прошедший через светоделительный слой пучок проходит через отражающую призму 11, пластину 16, элемент ИЛИ 8; пластину 18 и делится на два .пучка светоделительным слоем суммирующей призмы 6. Прошедший через светоделительный слой пучок поглощается вторым фильтром 23, а отраженный от светоделительного слоя суммирующей призмы б пучок делится на два пучка светоделительным слоем второй суммирующей призмы 7. Прошедший через светоделительный слой пучок света с фазой Ч tic -«- ji..M-ib 2 + в направлении выхода 29, 30 сумматора, взанмодеиствуя с отраженным от этого слоя результирующим пучком света информа1щоиных сигналов X-i, гасится, т.е. 3 - О, а в направлении третьего просветляющего фильтра 24 пучки усиливаются, так что ,1875j и, распространяясь по ломаной линии О-Ъ-С d ,пучки готовы взаимодействовать со следующим разрядом. Исходя из этого оптический сумматор осуществляет операцию

а

представляющую собой логическую функцию сумма. . ,

Формула изобретения

Оптический сумматор, содержащий расщепители светового пучка, элементы ИЛИ, суммаTdpbi по модугао два и отражающие элементы, отличаю щи и с я тем, что, с целью уменьщения оптических потерь я увеличения йадежности суммато ра, он дополнительно срдержит фаэдсдвнгааойдие пластины, совмещающие элементы, просветляющие и пару оптйчеекйх клиньевi каждый из которых устайов.лен йежду соответствующими информационными входами сумматора и входами соответствующего расщепителя светового пучка, первый выход первого, из которых через первый отражаюищй элемент и первую, фазосдвигающую пластину связт с пёрвьш входом первого элемента ИЛИ, первый выход второго расщепителя светового пучка через второй отражающий. лёмент и вторую-фазосдвигающую пластину

Н

связан с первым входом второго элемента ИЛИ, второй вход которого связан с вторым выходом первого расщепителя светового пучка, а второй выход второго расщепителя светового пучка связан с вторым входом первого элемента ИЛИ, выход которого через третью фазосдвигающую пластину связан с первым входом первого сумматора по модулю два, связанного вторым входом через первый просветляющий фильтр с выходом второго элемента ИЛИ, первый выход первого сумматора по модулю два через последовательно установленные второй просветляющий фильтр, четвертую фазосдвигающую пластину и третий Отражающий элемент связан с первым входом третьего элемента ИЛИ, выход которого через четвертый и пятый отражающие элементы связан с одним входом совмещающего элемента, другой вход которого через пятую фазосдви1гак)щую пластину связан с тактовым входом сумматора, причем выход совмещающего элемента через третий просветляющий фильтр связан с riepBbiM входом второго сумматора гго модулю два, который вторым входом связан сЬ вторым выходом первого сумматора по MOflyjIto два, первым выходом - через четвертый просветл}1ющий фильтр и шестую фазосдвигающую пластину с вторым входом третьего элемента ИЛИ, а вторым вь1ходом с выходом сумматора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 269606, кл. G 0б F 7/50, 1969. .

2.Авторское свидетельство СССР N 334537, кл. G 02 F 3/00, 1970.

3.Авторское свидетельство СССР № 427645, кл. G 06 G 9/00, G 02 F 3/00, 1972 (прототш а