Оптический логический блок

 

Изобретение относится к вычислительной технике. Оптический логический блок (ОЛБ) решает задачу вычисления всех шестнадцати логических булевых функций оптическими методами. ОЛБ позволяет повысить надежность и быстродействие логической обработки. ОЛБ содержит оптические регистры 1 и 9 для ввода операндов в блок. Первый и второй оптически управляемые многоканальные светопереключатели 12 и 20 предназначены для инвертирования информации, отображаемой световыми пучками. Первый и второй ориентаторы 11 и 21 поляризации служат для придания плоскостям поляризации световых пучков одинаковой ориентации. Операционные узлы 4, 5, 14, 15, с первого по четвертый предназначены для создания управляющих оптических сигналов. Узел 22 управления обеспечивает работу блока. Светообъединители 7, 17, 18, управляемые светопереключатели 6, 20, узлы 10, 11 оптической связи и излучательные узлы 8, 16 обеспечивают формирование управляющих оптических сигналов. 2 ил.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано совместно с оптоэлектронными запоминающими устройствами для логической обработки информации. Цель изобретения повышение надежности блока и расширение его функциональных возможностей за счет вычисления всех шестнадцати основных логических булевых функций. На фиг. 1 приведена блок-схема оптического логического блока, выполняющего все шестнадцать основных логических булевых функций; на фиг. 2 оптическое представление шестнадцати основных логических булевых функций. Оптический логический блок содержит оптический регистр 1, оптически управляемый многоканальный светопереключатель 2, светообъединитель 3, операционные узлы 4, 5, управляемый светопереключатель 6, светообъединитель 7, излучательный узел 8, оптический регистр 9, узел 10 оптической связи, ориентатор 11 поляризации, оптически управляемый многоканальный светопереключатель 12, светообъединитель 13, операционные узлы 14, 15, излучательный узел 16, светообъединители 17, 18, узел 19 оптической связи, управляемый светопереключатель 20, ориентатор 21 поляризации, узел 22 управления. Оптический регистр 1 предназначен для преобразования пучков, отображающих первую страницу операндов, поступающую с оптоэлектронного запоминающего устройства, в пучки, параллельные оптической оси регистра 1, усиления их и кратковременного хранения первой страницы операндов. Регистр 1 может состоять, например, из поляризационного или спектрального светообъединительного куба, первый вход которого является входом регистра 1, а второй вход куба через первый объектив связан с оптическим выходом лазера. На выходе куба последовательно установлены второй объектив, оптически управляемый транспарант, формирователь пучков и управляемый светоделитель, первый и второй выходы которого являются выходами регистра 1. Информация на транспаранте может отображаться с кратковременным запоминанием. Транспарант может быть выполнен, например, на основе жидких кристаллов или ПРОМ-структуры. Формирователь пучков может состоять, например, из последовательно расположенных дифракционной решетки и матрицы голограмм, выполненных, например, на отбеленных фотослоях или желатиновых слоях. Управляемый светоделитель может состоять, например, из последовательно расположенных управляемого переключателя поляризации и светоделительного поляризационного куба. Управляемый переключатель поляризации, например, в зависимости от подаваемого на него напряжения, поворачивает плоскость поляризации проходящих световых пучков на 45 или 90^о. Переключатель поляризации может быть выполнен, например, на основе жидких кристаллов или кристаллов КДР. В качестве формирователя пучков и управляемого светоделителя может быть использован также, например, узел направленных волноводных ответвителей. Оптически управляемый многоканальный светопереключатель 2 предназначен для дискретного смещения световых пучков, поступающих на него с регистра 1, за счет которого пучки, отображающие, например, парафазные "0", преобразуются в пучки, отображающие парафазные "1", в соответствии с кодом информации, отображенным пучками, поступающими на светопереключатель 2 с узлами 3. Светопереключатель может состоять, например, из поляризационного светообъединительного куба или узла волоконных объединителей, первый и второй входы которого являются соответствующими входами светопереключателя. На выходе куба (узла волоконных объединителей) последовательно расположены оптический управляемый транспарант и узел смещения пучков. Оптически управляемый транспарант может быть выполнен, например, на основе жидких кристаллов или ПРОМ-структуры. Транспарант, например, переключает на 90^о плоскость поляризации световых пучков, проходящих через те ячейки транспаранта, на которые поступают световые пучки от узла 3. Информация на транспаранте отображается в парафазном коде. Узел смещения пучков смещает пучки, отображающие, например, парафазные "0", поляризация которых изменена транспарантом, в положение, в котором они отображают парафазные "1", и может быть выполнен, например, из двулучепреломляющего кристалла (например, исландского шпата). Светообъединитель 3 может быть выполнен, например, в виде светообъединительного поляризационного куба, на выходе которого последовательно установлены управляемый переключатель поляризации и формирователь пучков. Переключатель поляризации, например, при подаче на него напряжения поворачивает плоскость поляризации проходящих пучков на 90^о, и может быть выполнен, например, на основе жидких кристаллов или кристаллов КДР. Формирователь пучков может состоять, например, из последовательно расположенных дифракционной решетки и матрицы голограмм, выполненных, например, на отбеленных фотослоях или желатиновых слоях, или состоять из объектива. Светообъединитель 3 может быть выполнен также, например, в виде узла волоконных объединителей. Операционные узлы 4, 5 предназначены для преобразования оптических сигналов второй страницы операндов в управляющие оптические сигналы в соответствии с фиг. 2. Узел 4 может состоять, например, из последовательно расположенных маски (например, фототрафарета), инвертора и формирователя пучков, или только маски и инвертора. Маска, например, блокирует световые пучки, отображающие парафазные "0". Инвеpтор, например инвертирует код парафазных "1" и может быть выполнен, например, в виде жгута волоконных световодов, выходной торец которого расположен таким образом, что световые пучки, передающие парафазные "1", на выходе жгута смещены относительно входных и отображают инвертированные парафазные единицы ("1"). Формирователь пучков может быть выполнен, например, аналогично формирователю пучков регистра 1 или узла 3. Узел 5 может состоять, например, из маски (например, фототрафарета), блокирующей световые пучки, отображающие парафазные "1", и формирователя пучков, аналогичного формирователю пучков регистра 1, или может состоять, например, только из маски. Управляемый светопереключатель 6 может состоять, например, из поляризационного светоделительного куба, на входе которого расположен управляемый переключатель поляризации, который, например, при подаче на него напряжения поворачивает плоскость поляризации проходящих пучков на 90^о. Переключатель поляризации может быть выполнен, например, на основе жидких кристаллов или кристаллов КДР. Управляемый светопереключатель 6 может быть выполнен также, например, в виде узла направленных волноводных ответвителей. Светообъединитель 7 может быть выполнен, например, аналогично светообъединителю 3. Излучательный узел 8 может состоять, например, из последовательно расположенных лазера и телескопа. Оптический регистр 9 может быть выполнен, например, аналогично регистру 1. Узел 10 оптической связи может состоять, например, из последовательно расположенных жгута волоконных световодов и формирователя пучков, аналогичного формирователю пучков регистра 1, или объектива, или может быть выполнен, например, только в виде жгута волоконных световодов. Ориентатор 11 поляризации служит для придания плоскостям поляризации световых пучков, поступающих на него со светопереключателя 2, одинаковой ориентации. Ориентатор 11 поляризации может состоять, например, из последовательно расположенных пластины в четверть длины волны (например, слюды), поляризатора, выполненного, например, в виде дихpоичной пластины (например, турмалина или герапатита) или поляризационной или двояко преломляющей призмы и формирователя пучков, выполненного, например, аналогично формирователю пучков регистра 1. Ориентатор может также состоять, например, только из пластины в четверть длины волны и поляризатора. Оптически управляемый многоканальный светопереключатель 12 может быть выполнен, например, аналогично светопереключателю 2. Светообъединитель 13 может быть выполнен, например, в виде светообъединительного куба, на выходе которого расположен формирователь пучков (аналогичный, например, формирователю пучков светообъединителя 3), или, например, в виде узла волоконных объединителей. Операционные узлы 14, 15 предназначены для формирования оптических сигналов, управляющих светопереключателем 12, в соответствии с фиг. 2. Узел 14 может состоять, например, из маски (например, фототрафарета), блокирующей световые пучки, отображающие парафазные "0", и формирователя пучков, аналогичного формирователю пучков регистра 1, или может состоять, например, только из маски. Узел 15 может состоять, например, из последовательно расположенных маски (например, фототрафарета), инвертора и формирователя пучков, или только из маски и инвертора. Маска, например, блокирует световые пучки, отображающие парафазные "1". Инвертор, например, инвертирует код парафазных "0" и может быть выполнен, например, в виде жгута волоконных световодов, выходной торец которого расположен таким образом, что волокна, передающие световые пучки парафазных "0", на выходе жгута смещены относительно входа так, что световые пучки на выходе отображают инвертированные парафазные нули ("0"). Формирователь пучков может быть выполнен, например, аналогично формирователю пучков регистра 1. Излучательный узел 16 может быть выполнен, например, аналогично узлу 8. Светообъединитель 17 может состоять, например, из поляризационного светообъединительного куба, на выходе которого расположен управляемый переключатель поляризации, или из узла волоконных объединителей. Управляемый переключатель поляризации, например, при подаче на него напряжения, поворачивает плоскость поляризации проходящих пучков на 90^ои может быть выполнен на основе жидких кристаллов или кристаллов КДР. Светообъединитель 18 может быть выполнен аналогично светообъединителю 3. Узел 19 оптической связи может быть выполнен аналогично узлу 10. Управляемый светопереключатель 20 может быть выполнен аналогично светопереключателю 6. Ориентатор 21 поляризации может быть выполнен аналогично ориентатору 11 поляризации. Узел 22 управления обеспечивает работу логического блока и может состоять, например, из канала ввода-вывода и формирователей управляющих сигналов. Оптический логический блок может выполнять любую логическую операцию из шестнадцати, приведенных в таблице. Рассмотрим работу оптического логического блока на примерах выполнения логических операций "стрелка Пирса" (F₈= ) "штрих Шеффера" (F₁₄= ). 1. В режиме выполнения логической операции "стрелка Пирса" блок работает следующим образом. По команде выполнения операции "стрелка Пирса", поступающей в канал ввода-вывода узла 22 управления, его формирователи управляющих сигналов подают, например, напряжения на узлы 1, 2, 9, 12, 16, 17. Световые пучки, несущие первую страницу операндов ("А"), с выхода первого оптоэлектронного запоминающего устройства поступают на вход регистра 1, и на его оптически управляемом транспаранте отображается первая страница операндов. Световой пучок от лазера регистра 1 освещает транспарант и модулируется им. Этот световой пучок параллелен оптической оси блока, усилен по мощности, по сравнению с входным пучком, и через формирователь пучков и управляемый светоделитель (на него управляющее напряжение, например, не подается) поступает на вход оптически управляемого многоканального светопереключателя 2. Световые пучки, несущие вторую страницу операндов, с выхода второго оптоэлектронного запоминающего устройства поступают на вход регистра 9. С выхода регистра 9 световые пучки проходят через узлы 7, 6, 4, 3, поступают на управляемый вход светопереключателя 2 и отображают на его оптически управляемом поляризационным транспаранте только нулевые парафазные знаки второй страницы операндов ("В"). Те ячейки транспаранта светопереключателя 2, в которых отображенные двоичные нули второй страницы операндов ("В") совпадают с парафазными двоичными нулями первой страницы операндов ("А"), отображаемой световыми пучками на выходе регистра 1, переключают плоскость поляризации проходящих световых пучков на 90^о. Поэтому эти световые пучки в узле смещения пучков светопереключателя 2 смещаются в положение, в котором они отображают парафазные единицы. Остальные световые пучки от регистра 1 проходят через светопереключатель 2 без смещения (т.е. отображаемая ими информация не инвертируется). Далее световые пучки проходят через ориентатор 11 поляризации и поступают на вход светопереключателя 12. Световой пучок от излучательного узла 16 проходит через светообъединитель 17 и модулируется маской операционного узла 14. С узла 14 оптические сигналы, отображающие страницу парафазных "1", через светообъединитель 13 поступают на управляемый вход светопереключателя 12 и отображаются на его оптически управляемом транспаранте. Информационные световые пучки поступают на транспарант светопереключателя 12, ячейки которого поворачивают плоскость поляризации проходящих световых пучков, отображающих парафазные единицы, на 90^о. Поэтому световые пучки, отображающие парафазные двоичные единицы первой страницы операндов "А", смещаются узлом смещения пучков светопереключателя 12 в положения, в которых они отображают парафазные "0". Остальные световые пучки проходят через светопереключатель 12 без смещения, т.е. отображаемая ими информация не инвертируется. Далее световые пучки проходят через ориентатор 21 поляризации, приобретают одинаковую ориентацию плоскости поляризации и поступают на выход логического блока. 2. В режиме выполнения логической операции "штрих Шеффера" (F₁₄= ) блок работает следующим образом. По команде выполнения операции "штрих Шеффера" (F₁₄), поступающей в канал ввода-вывода узла 22 управления, его формирователи управляющих сигналов подают, например, напряжения на узлы 1, 6-9, 12, 20. Световые пучки, отображающие первую страницу операндов ("А"), расщепляются управляемым светоделителем регистра 1 (на него, например, подается напряжение) и поступают с первого его выхода на вход светопереключателя 2, а с второго через узел 19, светообъединитель 18 на операционный узел 15. С узла 15 оптические сигналы, отображающие инвертированные парафазные знаки двоичных нулей () первой страницы операндов, через светообъединитель 13 поступают на управляемый вход светопереключателя 12 и отображаются на его оптически управляемом транспаранте. Световые пучки, несущие вторую страницу операндов ("В"), с выхода второго оптоэлектронного запоминающего устройства поступают на вход регистра 9. С выхода регистра 9, на управляемый светоделитель которого подается, например, напряжение, световые пучки проходят узлы 10, 20, 17, 14, 13 и поступают на управляемый вход светопереключателя 12. Поэтому на оптически управляемом транспаранте светопереключателя 12 также отображаются парафазные "1" второй страницы операндов ("В"). Световой пучок от излучательного узла 8 проходит через светообъединитель 7, управляемый светопереключатель 6 и модулируется маской операционного узла 5. С узла 5 оптические сигналы, отображающие страницу парафазных "0", через светообъединитель 3 поступают на управляемый вход светопереключателя 2 и отображаются на его оптически управляемом транспаранте. Информационные световые пучки поступают на транспарант светопереключателя 2, ячейки которого поворачивают плоскость поляризации проходящих световых пучков, отображающих парафазные нули, на 90^о. Поэтому световые пучки, отображающие парафазные двоичные "0" первой страницы операндов "А", смещаются узлом смещения пучков светопереключателя 2 в положения, в которых они отображают парафазные "1". Остальные световые пучки проходят через светопереключатель 2 без смещения, т.е. отображаемая ими информация не инвертируется. Далее световые пучки проходят через ориентатор 11 поляризации и поступают на вход светопереключателя 12. Те ячейки транспаранта светопереключателя 12, в которых отображенные двоичные "1" второй страницы операндов ("В") совпадают с парафазными двоичными "1" первой страницы операндов ("А"), отображаемой световыми пучками на выходе регистра 1, переключают плоскость поляризации проходящих световых пучков на 90^о. Поэтому эти световые пучки в узле смещения пучков светопереключателя 12 смещаются в положения, в которых они отображают парафазные "0". Остальные световые пучки проходят через светопереключатель 12 без смещения (т.е. отображаемая ими информация не инвертируется). Далее световые пучки проходят через ориентатор 21 поляризации, приобретают одинаковую ориентацию плоскости поляризации и поступают на выход логического блока. Этот же оптический логический блок, изображенный на фиг. 1, может вычислять все шестнадцать логических булевых функций, представленных в таблице. Для этого на его узлах 1, 2, 12 в зависимости от вычисляемой функции отображается информация согласно фиг. 2.

Формула изобретения

ОПТИЧЕСКИЙ ЛОГИЧЕСКИЙ БЛОК, содержащий первый и второй оптические регистры, входы которых являются соответственно первым и вторым оптическими входами оптического логического блока, и узел управления, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первому и второму оптическим регистрам, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности в работе и расширения функциональных возможностей за счет вычисления всех шестнадцати основных логических булевых функций, в него введены первый и второй оптически управляемые многоканальные светопереключатели, первый и второй ориентаторы поляризации, светообъединители с первого по пятый, первый и второй управляемые светопереключатели, первый и второй излучательные узлы, операционные узлы с первого по четвертый первый и второй узлы оптической связи, причем первый выход первого оптического регистра оптически связан с входом первого оптически управляемого многоканального светопереключателя, управляемый вход которого оптически связан с выходом первого светообъединителя, первый и второй входы которого через соответствующие первый и второй операционные узлы оптически связаны соответственно с первым и вторым выходами первого управляемого светопереключателя, вход которого оптически связан с выходом второго светообъединителя, первый вход которого оптически связан с первым излучательным узлом, второй вход второго светообъединителя оптически связан с первым выходом второго оптического регистра, второй выход которого через первый узел оптической связи оптически связан с входом второго управляемого светопереключателя, первый выход которого оптически связан с первым входом третьего светообъединителя, второй вход которого оптически связан с вторым излучательным узлом, выход третьего светообъединителя через третий операционный узел оптически связан с первым входом четвертого светообъединителя, второй вход которого через четвертый операционный узел оптически связан с выходом пятого светообъединителя, первый вход которого оптически связан с вторым выходом второго светопереключателя, второй вход пятого светообъединителя через второй узел оптической связи оптически связан с вторым выходом первого оптического регистра, выход четвертого светообъединителя оптически связан с управляемым входом второго оптически управляемого многоканального светопереключателя, вход которого через первый ориентатор поляризации оптически связан с выходом первого оптически управляемого многоканального светопереключателя, выход второго оптически управляемого многоканального светопереключателя оптически связан с входом второго ориентатора поляризации, выход которого является выходом оптического логического блока, выходы узла управления с третьего по одиннадцатый подключены к управляющим входам соответственно светообъединителей с первого по третий, первого и второго оптически управляемых многоканальных светопереключателей, первого и второго управляемых светопереключателей, первого и второго излучательных узлов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3