Оптико-электронный коммутатор

 

ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЙ КОММУТАТОР , содержа р й последовательно расположенные источники пол1 ризованного излучения, магнитооптический управляемый транспарант емкостью п «п ячеек, образованных пересечением строк и столбцов, сформированных токовыми петлями, анализатор и приемники излучения, отличающ и и с я тем, что, с целью упрощения коммутатора, увеличения оптического КПД и повышения быстродействия , приемники излучения выполнены в виде матрицы п . п запоминанщих фотодиодов, строки и столбцы которой пространственно совмещены со строками и столбцами магш1тооптичесiKoro управляемого транспаранта,причем входы всех фотодиодов -ой строки Матрицы подключены к соответствующему i-му информационному входу кс№В1утатора,(А-1,2,...,п), выходы всех фотодиодов j-ro столбца матРИЩ| ( подключены к соответствующему : j-му информационному выходу комму|татора

{ l9) (!!) СОКИ СОВЕТСНИХ

СО Н

РЕСПУБЛИК

4(si) С 02 F 3 00

OCYQAPCTSEHHb9 HOMHTET CCCP

ГЮ ДЕЛА 4 ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (<,ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ .-, / н *stwwaNw 0 v (54)(57) ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЙ КОИИУТАТОР, содержащий последовательно рас положенные источники поляризованного излучения, магнитооптический управляемый транспарант емкостью и аи ячеек, образованных пересечением строк и столбцов, сформирован(21) 3695993/24-25 (22) 13. 01. 84 (46) 07.07.85. Бнин. 3 .25 (72) И.А.Орлов, А.В.Соколов, E.À.Âàãàåâ, В.П.Нам и В.П.Клин (71) Иинский радиотехнический инсти:тут (53) 621 316.563538.61 (088.8) (56) 1.Заявка Великобритании

У 1367348, кл. С 02 F 3/00, 18.09.74.

2.Авторское свидетельство СССР

В 1065813, кл. G 02 Р 3/00, 1982 (прототнп). ных токовыми петлями, анализатор и приемники излучения, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью упрощения коммутатора, увеличения оптического КПД и повышения быстродействия, приемники излучения выполнены в виде матрицы и . n запоминающих фотодиодов, строки и столбцы которой пространственно совмещены со .:строками и столбцами магнитооптичес: когo управляемого транспаранта, причем входы всех фотодиодов >-ой строки матрицы подключены к соответствующему 1-му информационному входу

:коммутатора,t,< 1,2,...;n), выходы всех фотодиодов -ro столбца мат рицы подключены к соответствующему

j-му информационному выходу комму, татора (у 1,2,3,. ° .,и), а управляющие входы всех фотодиодов матрицы подключены к управляищему входу коммутатора.

1 11660

Изобретение относится к оптикоэлектронной цифровой вычислительной технике и может быть использована в составе однородной вычислительной структуры для реализации полнодос- 5, тупной системы связей между элементарными процессорами.

Известно электрооптическое устройство, содержащее корпус, систему источникон излучения, каждый из которых воспринимает входную двоичную информацию и вырабатывает систему световых лучей, управляемую маску и приемники излучения, которые вырабатывают выходной сигнал, характери- 1э эующий состояние освещения. В плоскости управляемой маски формируется светоконтрастная картина из прозрачных и непрозрачных участков, которая реализует полнодоступную систему 20 оптических связей между источниками и приемниками излучения.

Устройство является многосвязной системой, в которой световой поток от одного источника излучения через 25 соответствующие прозрачные ячейки маски поступает на несколько приемников излучения. Аналогично один приемник излучения воспринимает световые потоки от нескольких источни0 ков излучения f1 ).

Регулирование положения любого источника излучения с целью повышения точности попадания светового потока на определенный приемник излучения через соответствующую прозрач35 ную ячейку маски в такой многосвязной системе приводит к полному или частичному, уходу светового потока с других приемников излучения (т е 40 к уменьшению точности),. поскольку конфигурация прозрачных ячеек маски для определенной схемы оптических связей между приемниками и источниками излучения остается неизменной, а угол падения светового потока от регулируемого источника излучения на прозрачные ячейки маски отклоняется от номинального (расчетного) значения. Аналогичные трудности воз-, никают и при регулировании положения любого из приемников излучения.

Таким образом, регулирование точности попадания световых потоков на приемники изучения путем неэависи- SS мого регулирования положения источников и приемников излучения, невозможно, поэтому неточное (т.е. неполное) 44 2 попадание светового потока на какойлибо приемник излучения после сборки устройства является неустранимым.-Это приводит к тому, что при больших количествах оптических связей между приемниками и источниками излучения световой поток, частично попадающий на крайние приемники излучения и имеющий интенсивность, значительно меньшую, чем интенсивность светового потока, попадающего на центральные приемники излучения, не имеет различимых значений на уровне фонового засвета.

Следовательно, надежность функционирования устройства является низкой, так как нозможны потери передаваемой двоичной информации. Кроме того, рассматриваемое устройство имеет большое количество источников излучения ибольшие габаритные размеры, поскольку управляемая маска осуществляет про странственное разделение и объединение оптических информационных каналов и для обеспечения нормального. функционирования устройства необходимо пространственно расположить источники излучения, управляемую маску и приемники излучения таким образом, чтобы световой поток от любого источника излучения через прозрачные участки маски мог попасть на все приемники излучения и, наборот, чтобы любой приемник изЛучения мог воспринимать световые потоки от всех источников излучения.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является оптический коммутатор, содержащий последовательно расположенные источник поляризованного излучения, магнитооптический управляющий транспарант емкостью и - n ячеек, анализатор и приемники излучения, выполненные в виде полосовых светочувствительных элементов и расположенные перленди= кулярно полосовым ячейкам магнитоодноосной пластины, располагаемой между магнитооптическим транспарантом и источником,. причем ячейки магнитооптического управляемого транспаранта расположены в местах пересечения проекций на его плоскость приемников излучения и полосовых ячеек магнитоодноосной пластины 2).

Однако в известном коммутаторе, реализующем полнодоступную систему связей, на пути светового потока

55 з 1166 расположено довольно большое количество оптических элементов, что приводит к существенным потерям его мощности в связи с поглощением в магнитоодноосной пластине и магнитооптическом управляющем транспаранте и в связи с потерями, определяемыми законом Малюса при выделении.анализатором и поляризатором излучения, прошедшего только через прямые доме- 1О ны.

Кроме того, входные информационные сигналы переключают состояние намагниченности полосовых ячеек магнитоодноосной пластины, формируя пря- 1$ мые или обратные полосовые домены.

Процесс переключения полосовых ячеек, в первую очередь определяющий быстродействие коммутатора, является довольно инерционным, что обуславли- 2б вает относительно невысокое быстродействие коммутатора.

Цель изобретения — упрощение ком.мутатора, увеличение оптического КПД за счет уменьшения количества опти- 25 ческих элементов и повышение быстро- действия.

Для достижения поставленной цели в оптико-электронном коммутаторе, содержащем последовательно располо- Зо женные источник поляризованного излучения, магнитооптический управляемый транспарант емкостью n . n ячеек, .,образованных пересечением строк и столбцов, сформированньм токовыми петлями, анализатор и приемники излучения, последние выполнены в виде матрицы и . n запоминающих фотодиодов, строки и столбцы которой пространственно совмещены со .40 строками и столбцами магнитооптичес-. кого управляемого транспаранта, при" чем входы всех фотодиодов -ой строки матрицы подключены к соответствующему i-му информационному входу коммутатора (i =1,2,...,n), выходы

-:всех фотодиодов j-го столбца матри. цы подключены к соответствующему j.-му информационному выходу коммутатора (j = 1,2,3,..., n), а управляющие входы всех фотодиодов матрицы подключенык управляющему входу коммутатора.

В ячейках магнитооптического управляемого транспаранта формируется неизменяемая для некоторой заданной структуры связей между информациенными входами и выходами картина as

044 4 прямых и обратньм доменов,.а информационные входы подключены непосредственно к входам запоминающих фотодиодов матрицы. Под воздействием входных двоичных сигналов происходит опрос запоминающих фотодиодов матрицы, входы которых подключены к информационным выходам коммутатора, и двоичный сигнал появляется только на выходах незасвеченньм фотодиодов.

Таким образом, матрица запоминающих фотодиодов является активным элементои и обеспечивает передачу двоичных сигналов из информационных входов коммутатора в его информационные выходы в соответствии с заданной структурой связей, записанной в виде прямых и обратных доменов в ячейках магнитооптического управляемого транспа-. ранта.

I ..

Время считывания информации иэ за-:. поминающих фотодиодов матрицы составляет десятые доли микросекунды, в то время как длительность процесса переключения состояния намагниченности полосовой ячейки магнитоодноосной пластины в известном коммутаторе составляет единицы микросекунд для лучших образцов В;-содержащих гранатовых пленок. Следовательно, в предлагаемом коммутаторе быстродействие может быть повышено почти на порядок.

Таким образом, достигается упрощение коммутатора, увеличивается оптический КПД эа счет уменьшения количества оптических элементов и повышается быстродействие.

На фиг. 1 представлена схема оптико-электронного коммутатора; на фиг. 2положение оси пропускания анализатора относительно векторов поляризации излучения.

Оптико-электронный коммутатор содержит источник 1 поляризованного излучения,,магнитооптический управляемый транспарант 2 с формирующей токовой системой 3, анализатор 4 и приемники излучения в виде матрицы 5 заноминающнх фотодиодов 61 -6„„ .

В матрице 5 входы 7 запоминающих фотодиодов 6,„ -6 „, расположенных в одной строке, йодключены к соответствующему информационному входу 9

9„ коммутатора(например, входы фотодиодов 6„„, 61,, 6, подключены к

-информационному входу 9„). Вьмоды 8 запоминающих фотодиодов 6„„ -6„„, рас1166044 положенных в одном столбце матрицы 5, подключены к соответствующему информационному выходу 10 10„ коммутатора {например, выходы фотодиодов 6

61 ., б„,подключены к информационному выходу 10„) . Управляющие входы 11 всех фотодиодов 6„„ -6„„, матрицы 5 подключены к управляющему входу 12 коммутатора.

Магнитооптический управляемый транспарант 2 представляет собой пластину монокристалла ортоферрита или В; -содержащую гранатовую пленку с повышенной коэрцитивностью, с которой сопряжена формирующая схема

3, состоящая из двух систем параллельньм токовых проводников, разделенных слоем прозрачного диэлектрика. Формирущая схема 3 позволяет создавать в ячейках магнитооптического управляемого транспаранта 2 прямые и обратные домечы, обладающие противоположно направленными векторами намагниченности в зависимости от направления тока в проводниках. Для получения обратного домена в ячейке

3 -3, например, необходимо подать в петли 3„ и 3 согласованные по на- . правлению токовые импульсы такой величины, чтобы величина магнитного поля была киже порогового поля переключения во всех участках петель, кроме 3 3, где произойдет переключение состояния намагниченности.

Для получения прямого домена нужно изменить направление тока в проводниках на обратное. Сформированные, прямые и обратные домены устойчиво сохраняются после окончания воздействия токовых импульсов. Прямые домены, благодаря эффекту Фарадей, поворачивают плоскост; 13 поляризации (фиг. 2) проходящего поляризованного излучения на угол + 9 d (вектор поляризации "1" на фиг. 2), а обратные домены - на угол — О Й (вектор поляризации "О" на фиг. 2) (0 и д - соответственно удельное фарадеевское вращение магнитоодноосного материала) ° Анализатор 4 с. осью 14 (фиг. 2) установлен таким образом, чтобы полностью гасить. излучение, прошедшее через обратный домен, и пропускать излучение, прошедшее через прямой домен.

Таким образом, с помощью соответствующей комбинации управляющих токо вых импульсов иа транспаранте 2 форТаким образом, на выходах. 8 фотодиодов 6„„ -6» матрицы 5 амплитуда

50 считываемого сигнала определяется наличием прямых и обратных доменов в ячейках магнитооптического управляемого транспаранта.

Оптико-электронный коммутатор работает следующим образом.

Пусть необходимо передать двоичные сигналы."1", ноступанш1ие на информационные входы 9„и 9 коммутатора в виде импульса напряжения соответственно в информационные выходы

5 !

О

45 мируются устойчиво сохраняющиеся после окончания воздействия токовых импульсов доменные конфигурации, которые, благодаря эффекту Фарадея, создают в поляризованном излучении свстоконтрастную, картину, определяющую структуру связей между информационнымн входами и выходамн коммутатора, В исходном состоянии при отсутствии на входе матрицы 5 светового потока емкость всех ее фотодиодов 6 „6„„ заряжена до номинального значения за счет подачи импульса напряжения на управляющий вход 12 коммутатора, подключенный к управляющим входам 11 фотодиодов.

При включении источника 1 поляризованного излучения световой поток, присутствующий на выходе анализатора

4 только в тех местах, где в ячейках магнитооптического управляемого транс. паранта 2 сформированы прямые домены, попадает на совмещенные с такими ячейками фотодиоды матрицы 5. Это приводит к тому, что емкость засвеченных фотодиодов разряжается за счет фототока на величину, пропорциональную интенсивности падающего излучения, после чего остается постоянной. Емкость незасвеченных фотодиодов матрицы 5 не изменяется. Считывание записанной таким образом информации из фотодиодов матрицы 5 осуществляется путем подачи на их входы 7 импульса ° напряжения, причем одновременная подача импульса считывания на входы 7 фотодиодов одной строки приводит к одновременному появлению на их выходах 8 импульса напряжения, амплитуда которого пропорциональна интенсивности падающего излучения таким образом, что большей амплитуде соответствует меньший уровень интенсивности.

6044

7 116 . 10> и 10 и информационный выход для этОГО с помощью формирующей схемы 3 путем пропускання токовых импульсов через петли 3„ 3

Э

3 и 3 создаются обратные домены в S ячейках 3-3, 3 -3, 3,-3 магнитооптического управляемого транспаранта 2, во всех ячейках которого первбначальнр сформированы прямые домены.

Анализатор 4 полностью гасит поля- 10 риэованное излучение, прошедшее через обратные домены в ячейках 3, -3,3 -3", 3, -3 транспаранта 2,.и пропускает излучение, прошедшее через прямые домены в остальных ячейках . 1 транспаранта .2. Следовательно, незасвеченными оказываются только фотодиоды 6, 6„,. и 6;„ матрицы 5, совмещеннйе с ячейками 3„-3, 3 -3", 3„ -ЗЗ .транспаранта 2, и емкость этих 20 фотоднодов не разряжается иэ-за отсутствия 4ютотока. Все остальные фотодиоды матрицы 5 засвечены и их .емкость разряжается за счет возникающего фототока. Поступление двоично- 25

r о сигнала "1" на входы 7 фотодиодов

6„„, 6 „; и б„„ первой строки матрицы

5, подключенные к информационному входу 9„ коммутатора, приводит к считыванию записанной в этих 4ютодиодах 30

-информации, и на информационнык выходах 10„ и 10< коммутатора амплитуда сигнала становится значительно больше, чем на информационном выходЕ 16 . поскольку 4ютодиоды б„ и 6,. Неза35 свечены, а фотодиод 6„„ засвечен.

СледЬвательно, входной двоичный сигнал "1", поступающий на ин4юрмацнон ный вход 9, коммутатора, передается только в информационные выходы 10

И 101

Входной двоичный сигнал "0" может быть представлен или в виде импульса напряжения, амплитуда которого значительно меньше амплитуды импульса напряжения, определяющего входной двоичный сигнал "1", или импульс напряжения может отсутствовать. В обоих случаях поступление входного двоичного сигнала "0" на информационные входы 91-9 коммутатрра не приводит к считыванию ин4юрмацни из фотодиодов 6, 6„;и 61 и на информационных выходах 10 и 10; сигнал отсутствует, что соответствует передаче входного двоичного сигнала "0" из информационных входов 91 и 9; коммутатора в информационные выходы

10 и 10„.

Таким образом, оптико-электронный коммутатор может передавать входной двОичный сиГнал из ОднОГО информацИ онного входа коммутатора на несколь-, ко информационных выходов (например, из входа 9„ на выходы !О„ и 101) и из нескольких инфррмациойных входов на один информационный выход (например, из входов 9„ и 9; на вход 101), что позволяет реализовать полнодоступную систему связей между информационными входами н выходами коммута- тора. Структура связей при этом задается путем форьырования прямих и обратных доменов в ячейках магнитооптического управляемого транспаранта 2.

Оптико-электронный коммутатор sa ,счет сокращения количества оптических элементов содержит только магнитооптическчй управляемый транспарант и анализатор. Кроме того, сокращение количества оптических элементов позАналогичным образом входной дво;ичный сигнал "1", поступающий на информационный вход 9; коммутатора : 43 передается только в информационный выход 10, поскольку из фотодиодов э 611 и 6; t только фотодиод 6.;.1 является незасвеченные. воляет уменыпить потери мощности светового потока, которые в коммутаторе складываются из потерь на поглощение в магнитооптическом управляемом транспаранте и иэ потерь в анализаторе при выделении излучения, прошедшего только через прямые домены.

1166044

Фаа2 .с

Составитель А.Губарева

Редактор T. Кугрыиева Техред С,йованй Корректор С.Черни

Заказ 4307/41 . Тирам 526 Подлнсное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР но делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Рауиская наб. ° д.4/5 юй

Филиал ППП "Патент", г.уигород, ул.Проектная,4