Оптический функциональный преобразователь

 

Изобретение относится к специализированной вычислительной технике и может быть использовано в оптических вычислительных машинах для решения трансцедентных уравнений. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства за счет решения трансцедентных уравнений. Поставленная цель достигается реализацией итеративной процедуры решения с автоматическим определением момента времени формирования решения с требуемой точностью за счет введения в устройство оптического разветвителя, содержащего контур обратной связи, двух источников когерентного и некогерентного излучений, двух элементов задержки, R S- триггера, элемента И, двух фотоприемников , вычислительного транспаранта, амплитудного модулятора, а также одного неуправляемого и группы управляемых фазовых модуляторов, оптически связанных с помощью оптического разветвителя. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ социАлистических

РЕСПУБЛИК (я)5 G 06 Е 3(00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

4 фь (ь) ! 3 ! () » (Ы (61) 1705814 (21) 4685494/24 (22) 03,05,89 (46) 07,11.92. Бюл, ¹ 41 (72) С,В,Соколов (56) Титце У., Шенк К, Полупроводниковая схемотехника, M.: Мир, 1982, с, 512.

Справочник по нелинейным схемам.. /

Под ред. Д.Шейнголда, М,; Мир, 1977, с. 528.

Авторское свидетельство СССР

¹1705814,,кл. G 06 Е 3/00, 31.10.88, (54) ОПТИЧЕСКИЙ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ, ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

{57) Изобретение относится к специализированной вычислительной технике и может быть использовано в оптических вычислительных машинах для решения трансцеденИзобретение относится к специализированной вычислительной технике и может быть использовано в оптических вычислительных машинах для решения трансцедентных уравнений.

Известны аналоговые и цифровые функциональные преобразователи, позволяющие решать заданное нелинейное уравнение, Недостатки данных устройств — сложность схемной организации определения момента времени формирования стационарной точки решения и низкое быстродействие.

Наиболее близким по техническому исполнению к предложенному устройству является оптический функциональный преобразователь, содержащий источник некогерентного света, вычислительные транспаранты и оптические разветвители.

„„. Ы„„1774323 А2 тных уравнений. Цель изобретения — расширение функциональных возможностей устройства за счет решения трансцедентных уравнений, Поставленная цель достигается реализацией итеративной процедуры решения с автоматическим определением момента времени формирования решения с требуемой точностью за счет введения в устройство оптического разветвителя, содержащего контур обратной связи, двух источников когерентного и некогерентного излучений, двух элементов задержки, R S—. триггера, элемента И, двух фотоприемников, вычислительного транспаранта, амплитудного модулятора, а также одного неуправляемого и группы управляемых фазовых модуляторов, оптически связанных с помощью оптического разветвителя. 1 ил.

Недостатком данного устройства является отсутствие возможности решения заданного трансцедентного уравнения, Цель изобретения — расширение функциональных возможностей устройства эа счет решения трансцедентных уравнений.

Поставленная цель достигается введением в устройство оптического разветвителя, содержащего контур оптической обратной связи, двух источников когерентного и некогерентного излучений, двух элементов задержки, R S — триггера, элемента И, двух фотоприемников, вычислительного транспаранта, неуправляемого фазового модулятора, группы управляемых фазовых модуляторов, амплитудного модулятора,что по- зволяет осуществлять и ге рлт ивн" 10 процедуру» ;

I решения заданного трэнецег »IIaIa уравнения

1774323

30 с автоматическим определением момента времени формирования решения и выдачей найденного решения на выход устройства.

П редл ожен ное устройство решает уравнения вида

Х = f(X), где f(X) — заданная аналитическая функция, существующая на конечном интервале (-X, Х) и удовлетворяющая принципу. сжатых отображений.

Так как в силу конструктивных особенностей используемого в устройстве блока функционального преобразования им реализуется смещенная функция f(X)+ С, где С) 0 — известная константа, то вместо уравнения (i) в предложенном устройстве решается методом сжатых отображений эквивалентное ему уравнение

Y= f(Y — С)+ С, (2) вытекающее из (1) в результате замены переменных X = Y - С.

В блоке функционального преобразования при этом реализуется левая часть равенства (2). По окончании формирования решения Y = X+ С смещение учитывается на выходе устройства.

На чертеже представлена функциональная схема предложенного устройства;

Устройство содержит вход 1, элементы

21, 2g задержки, источник 3 некогерентного излучения, вычислительный оптический транспарант 4, блок функционального преобразования (БПФ) 5, RS-триггер 6, источник 7 когерентного излучения, неуправляемый фазовый модулятор(ФМ) 8, гдуппу из 2N управляемых ФМ 9и, 9i2, 1 =

1,N;" оптический разветвитель 10, состоящий из ответвлений 101, 102, 10з, 10 (, i =1 N; разветвители 11, 12, амплитудный модулятор (AM) 13, элемент И 14, первый 15 и второй 16 фотоприемники, блок 17 вычитания константы.

Транспарант 4 может быть выполнен в виде фотопластины или фотопленки с постоянной функцией пропускания, пропорциональной начальному приближению решения уравнения (2).

Схема БФП 5 идентична схеме оптического функционального преобразователя.

Ф М 8 может быть выполнен в виде оптически прозрачной пластины заданной толщины, обеспечивающей сдвиг пространственной фазы сигнала на л;

В предложенном устройстве АМ 13 работает в двух режимах — полного пропускания и полного поглощения светового потока.

Вход устройства 1 объединен с входом элемента 2> задержки и S-входам RS-триггера 6.

Выход элемента 21 задержки подключен к управляющему входу источника 3 излучения, выход которого оптически связан с входом БФП 5 через транспарант 4 и первое ответвление 10> разветвителя 10.

Единичный выход RS-триггера 6 подключен к входу включения БФП 5 через элемент 22 задерхски — к входу элемента И 14 и непосредственно к управляющему входу источника 7 излучения.

Выход источника 7 излучения оптически связан: — через ответвление 111 разветвителя

11, разветвляющееся на N волокон, с информационными входами соответствующих управляемых ФМ 9п, i = 1,N; — через разветвитель 11,ФМ 8, ответвление 11 разветвителя 11, разветвляющееся на N волокон, с информационными входами соответствующих управляемых

ФМ9ц, 1=1,N, Входы управления всех ФМ 9и, i = 1 N, j

= 1,2 соединены оптически с выходами соотЛч) ветствующих ответвлений 1@, которые объединены с ответвлением 10з, выход которого оптически связан с информационным входом АМ 13, и ответвлением 10ъ вход которого оптически связан с выходом БФП

5, а выход объединен с ответвлейием 10 и оптически связан с информационным входом БФП 5. Выходы управляемых ФМ 9п, 9ц оптически связаны с входами соответствующих волокон, объединенных в ответвление

12, = 1 N. Ответвления 121-12 обьединены в разветвитель 12, выход которого оптически связан с входом фотоприемника 15, выход которого подключен к инверсному входу элемента И 14.

Выход элемента И 14 подключен к Rвходу RS-триггера 6 и управляющему входу

AM 13, выход которого подключен к входу фотоприемника 16, выход которого подключен к входу блока 17 вычитания константы, выход которого я вля ется выходом устройства.

Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии триггер 6 находится в нулевом состоянии — источник 7 излучения и группа источников когерентного излучения в БФП 5 выключены. Управляющий импульс, определяющий начало работы устройства, поступает с входа 1 устройства на Я вЂ” вход триггера б, переводя его в единичное состояние, и через элемент 21 задержки — на управляющий вход источника

3 излучения. Время задержки r в элементе

21 выбрано из расчета включения по сигналу с единичного выхода триггера 6 источников излучения БФП 5 (готовности БФП 5 к работе) да момента включения источника 3 излу1774323 чения (z >+ времени срабатывания триггера

6).

Световой импульс с выхода источника 3 излучения, проходя через транспарант 4 и, ответвление 10,,формирует на входе БФП 5 5 световой импульс с интенсивностью, пропорциональной начальному приближению к решению уравнения (2), Так как выходной поток БФП 5 разветвляется далее в оптическом разветвителе 10 на 2N +2 потоков, то 10 для нормального функционирования устройства мощности источников излучения, пропорциональные соответствующим коэффициентам ряда Фурье функции f(X), увеличены в 2N+ 2 раз, На выходе БФП 5 — входе 15 ответвления 10г, формируется световой поток с интенсивностью, пропорциональной значению (2N + 2) (f(vo — С) + С), который далее разветвляется на 2 N + 2 потоков интенсивности (f(YO — О+ С} и поступает в 20 ответвления 10г-10щ . Световой поток, (1) проходящий через ответвление 10г, обьединенное с ответвлением 101, формирует на входе БФП 5 значение следующего приближения к решению уравнения (2); 25

v1 = f(vo — с) + с.

Световой поток с выхода ответвления

10з поступает на вход AM 13.

AM 13 управляется выходным сигналом элемента И 14, который, в свою очередь,, 30 определяется сигналами с единичного выхода триггера 6 (через элемент 2г задержки) и с выхода фотоприемника 15 (поступающего на инверсный вход элемента И 14).

Время задержки элемента 2г выбрано 35 из расчета срабатывания фотоприемника 15 по выходным сигналам ФМ 9»-9(чг до прихода сигнала с единичного выхода триггера

6 в момент включения устройства, когда выходные сигналы ФМ 9» — 9ы — нулевые (во 40 избежание прохождения через AM 13 на выход устройства первого приближения к решению).

Время задержки элемента 2г выбирают

>z,0áùåro времени срабатывания БФП 5, 45

ФМ 9 и фотоприемника 15, Таким образом, с начала работы устройства до момента формирования нулевого сигнала на выходе фотоприемника 15 сигнал на выходе элемента И 14 является нулевым, и световой 50 информационный поток через AM 13 не проходит.

Каждое очередное приближение к ре-. шению уравнения (2) (световой поток, формируемый на выходе БФП 5) поступает 55 также через ответвления 1011()-10ыг на (41 входы управления соответствующих ФМ

9»-9(1г.

За счет различной длины оптических волокон каждого ответвления 10; на входы

l управления ФУв текущий момент времени поступают световые потоки с ин.генсианостями, пропорциональными различным приближениям Yj: ог текущего У< (на 9») до

У -ги+1 (на 9 лЬ Н". -.нформаци< - ные входы

ФМ 9» — 91чг поступает коварен-.ный монохроматический поток от источника 7 излучения (включенного входным сигналом триггера 6) через оптический разветвитель

11: на входы ФМ 9» — через ответвление

111, на входы ФМ 9а — через ФМ 8 и ответвление 11г. ФМ 8 сдвигает пространст енную фазу потока источника 7 на л.Поэтому при равенстве управляющих сигналов на входах управления ФМ 9» и 9;г (т. е, при равных сдвигах фаз, вызванных данными управляющими сигналами), интенгивность суммы выходных потоков ФМ 9 1 и 91г на выходе ответвления 12 равна О, Таким образом, интенсив:ac.òb потока на выходе разветвителя 12 равна О, когда

% = Yi-1 = ... =- %-г1ч+1, т. е. когда Yi является решением Y* уравнения (2), Число 2N ФМ определяется требуемой точностью формирования момента отыскания решения уравнения (2). При появлении нулевого сигнала на выходе фотоприемника 15, поступающего далее на инверсный вход элемента И 14, на выходе элемента И 14 формируется единичный сигнал, поступающий на управляющий вход АМ 13 и R- вход RS- триггера 6.

AM. 13 переводится в режим полного пропускания света — с выхода отьетвления

10з на .вход фотоприемника 16 поступает световой поток с интенсивностью, пропорциональной решению Y* уравнения (2), триггер 6 переводится в нулевое состояние — схема устройства приходит в исходное состояние.

В блоке 17 вычитания константы вычитается известная константа С, из зна <="Hèÿ

Y* т. е, формируется окончательное решение Х* уравнения (1), Формула изоб ретения

Оптический функциональный преобразователь по авт. св. М. 170581 1, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет решения трансцедентных уравнений, в него введены два элемента задер>кки электрического сигнала, источник некогерентного излучения, вычислительный оптический транспарант, RS — триггер, источник когерентного излучения, неуправляемый фазовый модулятор. две группы по N управляемых модуляторов. четыре оптических разветвителя, амплитудный модулятор, элемент И и фотоприемник, ьход преобразователя подключен к S-входу RS— триггера и 1åðå3 первый элемент задержки

1774323

<6 !7

Составитель С.Соколов

Техред М,Моргентал Корректор Н.Тупица

Редактор В.Бугренкова

Заказ 3927 Тираж .Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 электрического сигнала — к входу источника некогерентного излучения, выход которого через вычислительный оптический транспарант оптически связан с входом входного оптического разветвителя, управляющие входы источников излучения которого объединены с управляющим входом источника когерентного излучения и второго элемента задержки электрического сигнала и соединены с единичным выходом RS-триггера, а выход оптического сумматора через первый оптический разветвитель оптически соединен с управляющими входами управляемых фазовых модуляторов первой и второй групп и входом оптического сумматора, источник когерентного излучения через второй оптический разветвитель соединен с информационными входами управляемых фазовых модуляторов первой группы, а также через неуправляемый фазовый модулятор и третий оптический разветвитель — с информационными входами управляемых

5 фазовых модуляторов второй группы,.выходы всех управляемых фазовых модуляторов первой и второй групп через четвертый оптический разветвитель подключены к входу фотоприемника, выход которого соединен с

10 первым входом элемента И, соединенного вторым входом с выходом второго элемента задержки электрического сигнала и подключенного выходом к R — входу RS — триггера и управляющему входу амплитудного модуля15 тора, расположенного между выходом оптического сумматора и входом блока вычитания константы.