Оптический компаратор

 

Изобретение относится к специализированной вычислительной технике и может быть использовано при создании оптических вычислительных машин. Сущность изобретения: в устройство введены второй дефлектор, коллимирующая линза, прямоугольная призма и три выходных разветвителя, управляющие входы обоих дефлекторов являются входами компаратора, информационный вход первого дефлектора соединен с источником постоянного коллимированного одномерного светового потока, а выход оптически связан через нижнюю полуплоскость линзы и отражающую грань призмы с верхней полуплоскостью информационного входа второго дефлектора, оптический центр выхода которого оптически связан со входом второго выходного разветвителя, обе полуплоскости выхода - со входами первого и третьего, а выходы выходных разветвителей являются выходами устройства. 1 ил.

Изобретение относится к специализированной вычислительной технике и может быть использовано при создании оптических вычислительных машин.

Известны различные компараторы, предназначенные для сравнения аналоговых входных сигналов и формирования признака их равенства в виде выходного сигнала заданного уровня (Титце У. Шенк К. Полупроводниковая схемотехника. -М. Мир, 1983). Недостатком таких компараторов является низкое быстродействие, обусловленное их электронным исполнением, ограничивающим, в свою очередь, скорость обработки входной информации временем неизбежных переходных процессов. Наиболее близким по техническому исполнению к предложенному устройству является обычный дефлектор света (нелинейно-, акусто-, электрооптический и т.д.) (Семенов А.С. и др. Интегральная оптика для систем передачи и обработки информации. М. Радио и связь, 1990. с. 194; Ванюрихин А.И. Герчановская В. П. Оптикоэлектронные поляризационные устройства. -Киев, Техника, 1984. -рис. 36, с. 76), позволяющий осуществлять амплитудное сравнение аналогового сигнала с известной величиной (соответствующей заданному положению луча на выходе дефлектора). Недостатком такого устройства является невозможность осуществления процесса сравнения при неизвестных переменных значениях обоих сравниваемых сигналов.

Заявленное изобретение направлено на решение задачи сравнения по амплитуде аналоговых как электрических сигналов, так и оптических. Подобная задача возникает при создании оптических систем обработки информации и связи, а также полностью оптических вычислительных машин, все операции которых осуществляются только световыми сигналами при оптическом управлении.

Сущность изобретения состоит в том, что в устройство введены второй дефлектор, коллимирующая линза, прямоугольная призма и три выходных разветвителя, управляющие входы обоих дефлекторов являются входами компаратора, информационный вход первого дефлектора соединен с источником постоянного коллимированного одномерного светового потока, а выход оптически связан через нижнюю полуплоскость линзы и отражающую грань призмы с верхней полуплоскостью информационного входа второго дефлектора, оптический центр выхода которого оптически связан со входом второго выходного разветвителя, обе полуплоскости выхода со входами первого и третьего, а выходы выходных разветвителей являются выходами устройства.

На чертеже приведена функциональная схема оптического компаратора (ОК).

ОК содержит первый дефлектор 1, коллимирующую линзу 2, прямоугольную призму 3, второй дефлектор 4, три выходных разветвителя 5₁ 5₃, выходы которых являются выходами устройства.

Дефлекторы могут быть выполнены на основе нелинейно-оптических кристаллов ( в этом случае сравниваемые сигналы U₁, U₂ являются оптическими), использования акусто- или электрооптических эффектов и т.д. На чертеже в качестве варианта исполнения дефлекторов приведена реализация дефлекторов 1, 4 в виде отражающих дефлекторов, управляемых электрическими сигналами (А.И. Ванюрихин, В.П. Герчановская. Оптико-электронные поляризационные устройства. Киев: Техника, 1984. рис. 36, с. 76).

Управляющие входы дефлекторов 1, 4 являются входами ОК для сравниваемых сигналов U₁, U₂. Информационный вход дефлектора 1 соединен с источником коллимированного одномерного (точечного) светового потока 1, а выход через нижнюю полуплоскость коллимирующей линзы 2 и оптически связанную с ней отражающую грань прямоугольной призмы 2 связан с верхней полуплоскостью информационного входа дефлектора 4. Верхняя полуплоскость выхода дефлектора 4 оптически связана с первым выходным разветвителем 5₁, центральная часть выхода со вторым 5₂, нижняя полуплоскость выхода с третьим 5₃.

Устройство работает следующим образом. Сравниваемые по амплитуде сигналы U₁, U₂ поступают на управляющие входы дефлекторов 1, 4. Коллимированный световой поток 1, поступающий на информационный вход дефлектора 1, отклоняется на его выходе на угол, пропорциональный величине U₁, и поступает далее в нижнюю полуплоскость линзы 2. Расстояние светового потока на выходе линзы 2 от ее фокусной оси оказывается в этом случае пропорциональным углу отклонения потока на входе линзы 2 и, следовательно, U₁. Выходной поток линзы 2, параллельный ее фокусной оси, поступает на отражающую грань призмы 3 и далее на информационный вход дефлектора 4. Ориентация призмы 3 относительно входа дефлектора 4 обеспечивает поступление светового потока с нижней точки линзы 2 (т. е. при максимально возможном значении U₁) на верхнюю точку плоскости информационного входа дефлектора 4, с центра линзы 2 (при U₁ 0) на среднюю точку входа дефлектора 4. При идентичности характеристик дефлекторов 1 и 4 (на чертеже они условно показаны в разном масштабе для наглядности принципа действия устройства) поступление выходных сигналов дефлектора 1 в верхнюю полуплоскость входа дефлектора 4 определяет следующие положения световых потоков на выходе дефлектора 4: при U₁ > U₂ в нижней полуплоскости выхода (отклонение луча за счет сигнала U₂ оказывается меньше отклонения за счет U₁, при U₁ U₂ в центре выхода (отклонение скомпенсировано), при U₂ > U₁ в верхней полуплоскости выхода. Оптические сигналы с выхода дефлектора 4 поступают на вход разветвлений следующих выходных разветвителей: с верхней полуплоскости выхода на входы разветвителя 5₁, с центра на вход 5₂, с нижней полуплоскости на входы 5₃. Таким образом, оптические сигналы признаки сравнения, снимаются: при U₂ > U₁ с выхода разветвителя 5₁; при U₂ U₁ c выхода 5₂; при U₂ <U с выхода 5₃.

Быстродействие данного ОК определяется, по существу, быстродействием одного дефлектора и при использовании, например, в качестве дефлекторов нелинейно-оптических кристаллов может достигать 10^-12 с.

Формула изобретения

Оптический компаратор, содержащий первый дефлектор света, отличающийся тем, что в устройство введены второй дефлектор света, коллимирующая линза, прямоугольная призма и три выходных оптических разветвителя, управляющие входы обоих дефлекторов света являются входами оптического компаратора, информационный вход первого дефлектора света оптически соединен с источником постоянного коллимированного одномерного светового потока, а выход оптически подключен к нижней полуплоскости коллимирующей линзы, выход которой оптически подключен к отражающей грани прямоугольной призмы, оптически связанной с информационным входом второго дефлектора света, оптический центр выхода которого оптически связан с входом второго выходного оптического разветвителя, верхняя и нижняя оптические полуплоскости выхода второго дефлектора света соединены с входами первого и третьего выходных оптических разветвителей, а выходы выходных оптических разветвителей являются выходами устройства.

РИСУНКИ

Рисунок 1