Оптический функциональный преобразователь

 

Изобретение относится к специализированной вычислительной технике и может быть использовано при создании оптических вычислительных машин. Изобретение направлено на решение задачи синтеза оптического функционального преобразователя, содержащего минимальное число функциональных типовых элементов. Технический результат заключается в обеспечении простоты схемы и ее высокой технологичности. Сущность изобретения состоит в том, что в устройство, содержащее входной оптический разветвитель, дефлектор, оптический сумматор, оптический модулятор, источник излучения, введены кольцевой разветвитель, группа оптических транспарантов, оптический модулятор выполнен линейным, оптический сумматор выполнен в виде выходного разветвителя. 1 ил.

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

Известны оптические функциональные преобразователи, осуществляющие произвольные нелинейные функциональные преобразования оптических сигналов, например, полиномиальные конвейерные процессы (Семенов А.С. и др. Интегральная оптика для систем передачи и обработки информации. - М.: Радио и связь, 1990. - Рис. 7.18, стр. 198). Наиболее близким по техническому исполнению к предложенному устройству является оптический функциональный преобразователь (а.с. N 1644181, кл. G 06 E 3/00, 1987), содержащий оптический разветвитель, оптический сумматор, источник излучения и дефлектор.

Недостатком данных устройств является их функциональная сложность. Заявленное изобретение направлено на решение задачи синтеза оптического функционального преобразователя, содержащего минимальное число функциональных типовых элементов, что обеспечивает простоту схемы устройства и ее высокую технологичность.

Подобная задача возникает при создании оптических систем обработки информации, а также оптических вычислительных машин.

Сущность изобретения состоит в том, что в устройство введены два оптических разветвителя, линейный оптический модулятор и группа оптических транспарантов, выход источника излучения подключен к входу входного оптического разветвителя, первый выход которого через первый транспарант оптически связан с входом первого разветвления выходного разветвителя, а второй выход подключен к входу линейного модулятора, выходы которого через дефлектор (дисперсионную призму) оптически связаны с входами остальных транспарантов группы, разветвлений выходного разветвителя и кольцевого разветвителя, выходы разветвлений которого оптически связаны с входами модулятора, причем, выходы всех транспарантов группы, начиная с третьего, оптически связаны с входами разветвлений кольцевого разветвителя, а выход второго - с входом второго разветвления выходного разветвителя, все разветвления которого объединены по выходу и образуют выход устройства.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлена функциональная схема оптического функционального преобразователя.

Устройство содержит источник постоянного некогерентного полихроматического излучения 1, три оптических разветвителя: входной 2, кольцевой 3, выходной 4, оптический линейный модулятор 5 (т.е. обеспечивающий модуляцию плоского светового потока), дисперсионную призму 6, N оптических транспарантов 7₀,...,7_N-1.

Оптический модулятор 5 может быть выполнен аналогично предложенному в (Семенов А.С., Смирнов В.Л., Шмалько А.В. Интегральная оптика для систем передачи и обработки информации. - М.: Радио и связь, 1990. - стр. 137-140). При интегральном исполнении устройства вместо призмы 6 могут быть использованы различные дифракционные структуры /там же, стр. 38-48/.

Устройство обеспечивает при поступлении на его вход сигнала X вычисление значения произвольной заданной функции f(x), аппроксимируемой конечным степенным рядом Выход источника излучения 1 подключен к входу входного оптического разветвителя 2, выход первого разветвления которого через транспарант 7 подключен к входу первого разветвления выходного разветвителя 4, выход второго - к входу линейного модулятора 5, управляющий вход которого является входом устройства. Выходы линейного модулятора 5 подключены через дисперсионную призму 6 к входам оптических транспарантов 7_i (с функциями пропускания, обеспечивающими умножение интенсивности входного сигнала на a_i), к входам оптических разветвлений выходного разветвителя 4 и к входам разветвлений кольцевого разветвителя 3. Выход транспаранта 7₁ подключен к входу второго разветвления разветвителя 4, выходы 7₂,...,7_N-1 к входам разветвителя 3. Выходы всех разветвлений разветвителя 3 подключены к входам модулятора 5. Пространственное расположение входов и выходов кольцевых разветвлений обеспечивает последовательное прохождение оптического сигнала с длиной волны λ_i с выхода транспаранта 7_i(i-1) раз по разветвителю 3 через модулятор 5 с последующим поступлением на вход разветвителя 4. Объединенные по выходу разветвления разветвителя 4 образуют выход устройства.

Функциональный преобразователь работает следующим образом.

В течение всего времени работы устройства с выхода источника излучения 1 снимается полихроматический световой поток постоянной интенсивности, поступающий далее через входной оптический разветвитель 2 на вход транспаранта 7₀ (на выходе которого формируется, тем самым, постоянный оптический сигнал с интенсивностью ≈a₀) и на информационный вход линейного модулятора 5. На управляющий вход модулятора 5 поступает входной сигнал X, обеспечивая, тем самым, выполнение операции умножения на X входного оптического сигнала модулятора 5. Таким образом, на соответствующем участке выхода линейного модулятора 5 (на фиг. 1 - верхний) формируется полихроматический сигнал с интенсивностью, пропорциональной X. Данный сигнал, поступая через призму 6 и диспергируя по пространственным частотам, образует на соответствующих участках ее выхода оптические сигналы с различными длинами волн λ_i,...,λ_N-1 и интенсивностью, пропорциональной X. Параметры призмы 6 подбираются при этом таким образом, чтобы сигнал с длиной волны λ_i поступал далее на вход транспаранта 7_i, формируя на его выходе сигнал с интенсивностью, пропорциональной a_ix. Выходные сигналы транспарантов 7₀, 7₁ поступают непосредственно на входы разветвлений выходного разветвителя 4, а сигналы с выходов транспарантов 7₂, . . . 7_N-1 - на входы соответствующих разветвлений кольцевого разветвителя 3. Далее сигнал с длиной волны λ_i, i=2, N-1, по кольцевому разветвлению поступает на вход линейного модулятора 5, где происходит его умножение на X, т.е. формирование сигнала ≈a_ix², который, в свою очередь, проходя через призму 6, смещается параллельно тракту своего предыдущего прохождения в призме 6 и поступает на вход следующего кольцевого разветвления, не содержащего уже оптического транспаранта. Процесс прохождения сигнала с длиной волны λ_i, все время смещающегося по кольцевым разветвлениям 3, через модулятор 5 и призму 6 повторяется (i-1) раз - до момента формирования сигнала ≈a_ixⁱ, который, сместившись, поступает уже на вход соответствующего разветвления выходного разветвителя 4 и далее - на выход устройства. На выходе разветвителя 4 (выходе устройства) за счет объединения разветвлений происходит суммирование всех оптических сигналов, т.е. формирование искомого выходного сигнала с интенсивностью Максимальное время формирования сигнала с интенсивностью ≈f(x) в данном преобразователе определяется, по существу, временем (N-1) - кратного прохождения светового потока по тракту "выход-вход модулятора 5" и оказывается весьма малым - ≈ 10^-11-10^-12 с, что позволяет говорить о быстродействии данного устройства как о потенциально возможном для оптических вычислителей. Минимальное же число функционально различных элементов, определяющих состав данного преобразователя (модулятор, призма, транспаранты и волноводы), делает его схемное исполнение простым и технологичным.

Формула изобретения

Оптический функциональный преобразователь, содержащий входной оптический разветвитель, дефлектор, оптический сумматор, оптический модулятор, источник излучения, выход которого подключен к входу входного оптического разветвителя, отличающийся тем, что в него введены кольцевой разветвитель и группа оптических транспарантов, оптический модулятор выполнен линейным, оптический сумматор выполнен в виде выходного разветвителя, первый выход источника излучения через первый транспарант оптически связан с входом первого разветвления выходного разветвителя, второй выход входного оптического разветвителя подключен к входу оптического линейного модулятора, выходы которого через дефлектор оптически связаны с входами остальных оптических транспарантов группы, с входами остальных разветвлений выходного и кольцевого разветвителей, выходы разветвлений последнего из которых оптически связаны с входами оптического линейного модулятора, выходы всех транспарантов группы, начиная с третьего, оптически связаны с входами разветвлений кольцевого разветвителя, выход второго транспаранта группы соединен с входом второго разветвления выходного разветвителя, все разветвления которого объединены по выходу и образуют выход устройства.

РИСУНКИ

Рисунок 1