Оптическое вычислительное устройство

 

Изобретение относится к специализированной вычислительной технике и может быть использовано в оптических вычислительных машинах при решении интегральных уравнений. Цель изобретения повышение точности и быстродействия работы устройства, а также расширение его функциональных возможностей за счет решения линейного интегрального уравнения. Поставленная цель достигается введением специального разветвления волоконно-оптической схемы, содержащий две группы контуров оптической обратной связи и обеспечивающей оптическую связь транспарантов , позволяющую последовательно реализовать члены ряда Неймана, что, в свою очередь, обеспечивает возможность формирования решения интегрального уравнения на выходе устройства путем их сложения. 1 ил,

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (s>)s G 06 Е 3/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4695882/24 (22) 14.04,89 (46) 07.11.92, Бюл. N. 41 (72) С,В.Соколов и И,Н.Мариненко (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 643809, кл, G 06 E 3/00, 1976.

Авторское свидетельство СССР

N 1705814, кл. G 06 Е 3/00, 1988, (54) ОПТИЧЕСКОЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЕ

УСТРОЙСТВО (57) Изобретение относится к специализированной вычислительной технике и может быть использовано в оптических вычислительных машинах при решении интегральных уравнений, Цель изобретения—

Изобретение относится к специализи.рованной вычислительной технике и может быть использовано в оптических вычислительных машинах при решении интегральных уравнений.

Известны вычислительные оптические устройства, позволяющие решать линейные интегральные уравнения на основе использования интегральной пары — преобразования (Фурье, Меллина и пр.).

Недостаток данных устройств — низкая точность решения как за счет неизбежных фазовых искажений светового потока, так и за счет реализации дробно — полиномиальных изображений ядер уравнений (особенно для вырожденных в начале координат частотной плоскости или в области больших значенйй аргумента (стремящихся к бесконечностити)).... Ы „„1774324 А1 повышение точности и быстродействия работы устройства, а также расширение его функциональных возможностей эа счет решения линейного интегрального уравнения.

Поставленная цель достигается введением специального разветвления волоконно-оптической схемы, содержащий две группы контуров оптической обратной связи и обеспечивающей оптическую связь транспарантов, позволяющую последовательно реализовать члены ряда Неймана, что, в свою очередь, обеспечивает возможность формирования решения интегрального уравнения на выходе устройства путем их сложения. 1 ил, Наиболее близко к предложенному оптическое вычислительное устройство, содержащее источник излучения, вход которого является входом устройства, а выходы оптически связаны с входами вычисли тельного транспаранта, выходы N оптических разветвителей первой группы оптически связаны с входами соответствующих столбцов матричного оптического преобразователя, выходы строк которого обьединены через N оптических разветвителей второй группы, N оптических интеграторов, выход которых являются выходами устройства, а первые выводы N оптических волокон первой группы соединены с соответствующими выходами вычислительного транспаранта (2).

Недостатки данного устройства — невысокие точность и быстродействие, а также отсутствие возможности решения линей- входы которых объединены с выходом эленых интегральных уравнений. мента 30 задержки, вход которого объедиЦель изобретения — повышение точно- нен с входом устройства; каждое из сти и быстродействия устройства, а также ответвлений 41 — 4и имеет N Разветвлений, расширение его функциональных возмож- 5 выход каждого которых оптически связан с ностей за счет решения линейного интег- линейным участком (столбцом) транспаранрального уравнения. та 5 по оси OS,Выходы транспаранта 5 на

Поставленная цель достигается тем, что линейном участке по оси О Х (строке) оптив устройство введены N амплитудных моду- чески подключены к входам N оптических ляторов света, элемент задержки электри- 10 разветвлений, обьединенных в соответствуч еского сигнала, N оптических ющие ответвления 411 4N1, выходы которых разветвителей группы и N оптических усили- оптически связаны со входами оптических телей, входы которых оптически связаны с усилителей 61 — ба. Выходыусилителей61 — ба выходами соответствующих Nоптических,оптически связаны с входами оптических разветвителей второй группы, а выходы че- 15 ответвлений 412 — 4щ и входом транспаранта рез соответствующие N оптических раз- 5, а также с входом ответвлений 41з-4щ, ветвителей третьей группы соединены с выходы которых подключены к входам оптисоответствующими входами N оптических ческих усилителей 71-7ы второй группы. Выинтеграторов и N оптических разветвите- ходы усилителей 71 — 7м оптически связаны с лей первой группы, N амплитудных модуля- 20 входами оптических разветвителей 81-Яg„ торов света расположены между выходами первые ответвления которых 811-Ящ объевычислительного транспаранта и входами N динены по выходу с ответвлениями 41з — 4из, оптических волокон первой группы,а вторые входы вторых ответвлений 812 — Ящ объедивыводы N оптических волокон первой группы нены с входами ответвлений 41 — 4и и оптисоединены с соответствующими выходами 25 чески связаны с выходом транспаранта 3, а устройства,входкоторогочерезэлементза- выходы ответвлений 81 — 8м являются соотдержки электрического сигнала соединен с ветству1ощими выходами устройства. управляющими входами N амплитудных мо- Функции пропускания транспарантов дуляторов света, выбирают следующим образом (с учетом умноУстройство обеспечивает решение ли- 30 жения на функцию пропускания амплитуды А нейного интегрального уравнения вида светового потока, а не его интенсивности! = зи А):

p<= il f k(x, S) p(S) d S+f(x)= — функция пропускания участка трансБо паранта 3, оптически связанного с входом

= 1Ар+1, 35 ответвления 4, пропорциональна значению где k (х,S) — известное ядро уравнения, ая,) *„„I

А — соответствующий линейный опера- где дх = Л- шаг дискретизации заданного тор, интервала существования аргумента fxo, хм= которое может быть представлено т, н. Ря- 40 = xo +(N — 1) Ах), выбранный из условия дом Неймана: з з и ребУемой точности РешениЯ; — функция пропускания участка транспаранта 5, оптически связанного с входом где А" — и-кРа гное пРименение опеРатоРа 1- того (при совпадении направления счета

А, 45 с направлением оси О X) волоконного ответНа чертеже представлена функциональ- влениÄ 4 1, пропорциональна ная схема предложенного устройства, Для уаобстеа посяеауюгаего описания устооист- „а„„„, gp гп )) Ля. „{k )) д я „отя ва на нем изобРажена yclloaHaq cMGTeMa ко где учтено, что интервал определения аргуординат D x S. 50 ментов S и х, исходя из вида уравнения (1), УстРойство соДеРжит некогеРентный ин и „ k, t, = 1 б1 источник 1 излучения, управляющий вход которого объединен с входом устройства, а

Коэффициенты усиления интенсивновыход подключен чеРез оптический Развет стей световых потоков в усилителях выбравитель 2, имеющий N ответвлений, к входУ 55 ны с учетом разветвления их выходных

Оптического вычислительного ТРанспаРан- потоков и их Ослабления в Ответвлениях 412 та 3. Выход транспаРанта 3 оптически свя- в Я Д в Я в Я раз зан . с входами ответвлений 41 — й, ля 6 — 2N 8, д 7 — 2 l = 1. содержащих в световодных каналах амплитудные модуляторы 31 3N, управляющие

1774324 обеспечиваться ослабление интенсивности.

50

При этом для обеспечения формирования истинного решения на выходе устройства в ответвлениях 4ig должно светового потока в N f раз (что легко достижимо конструктивным путем), Устройство работает следующим образом, Управляющий импульс с входа устройства поступает на управляющии вход источника 1 излучения, включая его в работу, и через элемент 30 задержки — на управляющие входы амплитудных модуляторов

З вЂ” Зы, которые работают в двух режимах— полного пропускания света и полного поглощения — и в исходном состоянии поглощают входной световой поток. Время задержки в элементе 30 выбрано иэ расчета включения источника 1 до момента срабатывания амплитудных модуляторов 31 — Зм.

Световой поток интенсивностью 2N усл. ед. с выхода источника 1, разветвляясь на N потоков в оптическом разветвителе 2, формирует на выходе транспаранта 3 световой поток с распределением интенсивности вдоль оси ОХ, пропорциональным значениям функции 1(х) 2 N. Выходной поток транспаранта 3 разветвляется в разветвлениях 4I и BIz на два потока, поступающих соответственно через амплитудные модуляторы З (пропускающие световой поток в момент действия импульса с входа устройства) и ответвления оптических разветвителей на вход транспаранта 5, а также через ответвления 82, 8I — на соответствующий выход устройства, Так как на входах ответвлений 8ц интенсивность потока пропорциональна N.f (х), то для последующего формирования правильного решения на выходе устройства должно быть обеспечено затухание интенсивности светового потока в волокнах 8ц в

N раз (легко достигается конструктивным путем: выбором длины волокна, материала идр,), 1=1, N.

Световые потоки с выходов ответвлений 4! с интенсивностями, пропорциональными значениям f ((! — 1) Л+ xo), поступают на вход транспаранта 5, формируя на его выходе световые потоки с распределением интенсивности в плоскости О х S,пропорциональным функции Л k (х, S) f (x) h.. На выходах волокон 4и (входах усилителей 6 ) происходит сложение всех потоков по оси

ОХ вЂ” формируется световой поток с распределением интенсивности по оси 0 $, пропорциональным функции

Р1 = k(x,S) f(x) Л iL х

Усиленный на выходах усилителей 6 —

6g в 2NF. раз световой поток, разветвляясь

35 в ответвлениях (412 413) (4ы, 4N3) на два, и далее, на выходах ответвлений 4I — 4н, на N потоков, вновь поступает на вход транспаранта 5, формируя после его прохождения на выходах ответвлений 4 †4h функцию интенсивности светового потока, пропорционал ьную а (s) =, >, Л k (х, s) cpI (х) Л и т, д, В оптических кольцевых контурах, образованных ответвлениями 4д, 8I, 8; последовательно складываются (по мере поступления) интенсивности световых потоков с выходов ответвлений 4ц, т. е. на выходах усилителей 7I формируется световой поток с распределением интенсивности вдоль оси О S, пропорциональным сумме pi«

«{S) + pz ($)+ ..., которая отличается от ряда (2) лишь отсутствием функции f (S), Окончательное формирование решения уравнения (1) происходит путем сложения выходных потоков ответвлений OI u BI2 на выходе устройства, Распределение светового потока по оси О S на выходах устройства (ответвлений 8, ) = 1, К) после окончания переходного процесса в устройстве пропорционально искомому решению p(S) уравнения (1).

ФормуИа изобретения

Оптическое вычислительное устройство, содержащее источник излучения, вход которого является входом устройства, а выходы оптически связаны с входами вычислительного транспаранта, выходы и оптических разветвителей первой группы оптически связаны с входами соответствующих столбцов матричного оптического преобразователя, выходы строк которого объединены через п оптических разветвителей второй группы, и оптических интеграторов, выходы которых являются выходами устройства, а первые выводы и оптических волокон первой группы соединены с соответствующими выходами вычислительного транспаранта, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и быстродействия устоойства, а также расширения его функциональных воэь ожностей за счет решения линейного интегрального уравнения, в него введены и амплитудных модуляторов света, элемент задержки электрического сигнала, Il оптических рзэ ветвителей третьей группы и и оптических усилителей, входы которых оптически связаны с выходами соответствующих и оптических разветвителейй второй группы, а выходы через соответствующие и оптических разветвителей третьей группы соединены с соответствующими входами fl оптических интеграторов и и оптических разветвителей первей группы, 1774324

Составитель G.Ñîêoëoâ

Редактор В.бугренкова Техред М.Моргентал Корректор И.Шмакова

Заказ 3927 Тираж Подписное

ВНИИПИ 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 и амплитудных модуляторов света расположены между выходами вычислительного транспаранта и входами и оптических разветвителей первой группы, а вторые выводы и оптических волокон первой группы соединены с соответствующими выходами устройства, вход которого через элемент задержки электрического сигнала соединен с управляющими входами и амплитудных мо5 дуляторов света,