Оптический компаратор

Изобретение относится к средствам вычислительной техники. Технический результат - возможность сравнения интенсивности двух некогерентных оптических сигналов с быстродействием, потенциально возможным для оптических переключательных схем. Сущность устройства заключается в формировании по двум входным оптическим сигналам Ia и Ib выходного оптического сигнала Ia>Ib или Ia<Ib. Оптический компаратор содержит две одинаковые группы элементов, каждая из которых состоит из оптических Y-разветвителей, оптических объединителей, оптически связанных волноводов и оптических усилителей. 1 ил.

 

Изобретение относится к средствам вычислительной техники и может быть использовано в оптических устройствах обработки информации при разработке и создании оптических вычислительных машин и приемопередающих устройств.

Наиболее близким по техническому исполнению к предложенному устройству является оптический компаратор, содержащий первый и второй входные информационные разветвители и первый и второй управляющие разветвители, а также N оптически связанных между собой волноводных разветвителей [патент №2106064, Россия, 1994. Оптический компаратор / Соколов С.В., Баранник А.А].

Недостатком данного устройства является сложность устройства, так как для достижения высокой точности требуется большое количество оптически связанных между собой волноводных разветвителей.

Заявленное устройство направлено на упрощение решения задачи сравнения двух оптических некогерентных сигналов с быстродействием, потенциально возможным для оптических переключательных схем.

Поставленная задача возникает при разработке и создании чисто оптических вычислительных машин или приемо-передающих устройств, обеспечивающих обработку информации в гигагерцовом диапазоне, и решается следующим образом.

Сущность устройства заключается в формировании по двум входным оптическим сигналам Ia и Ib выходных оптических сигналов Ia>Ib, Ia<Ib.

Предлагаемое устройство строится на основе оптических объединителей, оптических усилителей, оптических Y-разветвителей, оптически связанных волноводов и поясняется графически (первые входы оптических объединителей, первые выходы оптических Y-разветвителей, первые входы и первые выходы оптически связанных волноводов обозначены точками).

Устройство (см. чертеж) состоит из 4 оптических объединителей 1_i, _i...4, 6 оптических усилителей 2_i, _i=1...6, 6 оптических Y-разветвителей 3_i, _i=1...6 и 4 оптически связанных волноводов 4_i, _i=1...4. Все элементы устройства можно разделить на две одинаковые группы от входа "Ia" до выхода "Ia>Ib" и от входа "Ib" до выхода "Ia<Ib".

Под оптически связанными волноводами (ОСВ) понимаются два оптических волновода, имеющих общую зону связи [Акаев А.А., Майоров С.А. Оптические методы обработки информации. - М.: ВШ, 1988 г., с. 176, 181]. Коэффициент связи между оптическими волноводами имеет пороговую статическую характеристику и определяется интенсивностью оптического сигнала в первом оптическом волноводе. Если интенсивность оптического сигнала на входе первого оптического волновода больше порового значения, то сигнал с входа первого оптического волновода ответвляется во второй оптический волновод и передается на его выход.

Информационными входами устройства являются входы "Ia" и "Ib". Выходами устройства являются выходы "Ia>Ib" и "Ia<Ib". Информационные сигналы Ia и Ib поступают на первые входы оптических объединителей 1₁, 1₃, выходы которых соединены с входами оптических усилителей 2₁, 2₄. Выходы оптических усилителей 2₁, 2₄ соединены с входами Y-разветвителей 3₁, 3₄. Первые выходы оптических Y-разветвителей 3₁, 3₄ подключены к первым входам оптически связанных волноводов 4₁, 4₃. Вторые выходы Y-разветвителей соединены с вторыми входами оптических объединителей 1₁, 1₃. Вторые выходы и первые входы ОСВ 4₁, 4₂, 4₃, 4₄, а также вторые выходы оптических Y-разветителей 3₂, 3₅ являются поглощающими. Вторые выходы ОСВ 4₁, 4₃ подключены к входам оптических Y-разветвителей 3₂, 3₅. Первые выходы оптических Y-разветвителей 3₂, 3₅ подключены к первым входам оптических объединителей 1₂, 1₄. Выходы оптических объединителей 1₂, 1₄ подключены к первым входам ОСВ 4₂, 4₄. Первые выходы ОСВ 4₂, 4₄ подключены к оптическим усилителям 2₂, 2₅. Выходы оптических усилителей 2₂, 2₅ подключены к входам оптических Y-разветвителей 3₃, 3₆. Первые выходы оптических Y-разветвителей 3₃, 3₆ являются выходами устройства "Ia>Ib" и "Ia<Ib". Вторые выходы оптических Y-разветвителей 3₃, 3₆ подключены к входам оптических усилителей 2₃, 2₆. Выходы оптических усилителей 2₃, 2₆ подключены ко вторым входам оптических объединителей 1₂, 1₄.

Рассмотрим работу оптического компаратора. Пусть на вход "Ia" подан сигнал интенсивностью 1 у.е., а на вход "Ib" подан сигнал интенсивностью 0,5 у.е.

С входов "Ia" и "Ib" оптические сигналы через оптические объединители 1₁, 1₃, оптические усилители 2₁, 2₄ и Y-разветвители 3₁, 3₄ поступают на первые входы ОСВ 4₁, 4₃. Пока сигнал на первом входе ОСВ 4₁, 4₃ не превысит 2 у.е., интенсивность сигнала на его втором выходе будет равна 0. Сигнал на входе ОСВ 4₁, 4₃ будет увеличиваться на величину входного сигнала (в усилителе, охваченном положительной обратной связью, происходит интегрирование входного сигнала по времени). Скорость возрастания интенсивности сигнала определяется задержкой dt, которая определяется длиной волновода между выходом Y-разветвителя 3₁, 3₄ и входом оптического объединителя 1₁, 1₃.

Через интервал времени, равный dt, интенсивность сигнала увеличится и будет составлять на первом выходе Y-разветвителя 3₁ 2 у.е., а на выходе Y-разветвителя 3₄ 1 у.е. В результате со второго выхода ОСВ 4₁ сигнал интенсивностью 2 у.е., пройдя через Y-разветвитель 3₂ и объединитель 1₂, поступит на первый вход ОСВ 4₂ с интенсивностью 1 у.е. Так как интенсивность сигнала меньше порогового значения, то с первого выхода ОСВ 4₂ сигнал пройдет усилитель 2₂, Y-разветвитель 3₃ и поступит на выход "Ia>Ib" интенсивностью 1 у.е.

Со второго выхода Y-разветвителя 3₃ сигнал, пройдя оптический усилитель 2₃, поступит на второй вход оптического объединителя 1₄ с интенсивностью 2 у.е. В результате интенсивность сигнала на входе ОСВ 4₄ превысит пороговое значение, а интенсивность сигнала на первом выходе ОСВ 4₄ будет равна 0 у.е. Пройдя через усилитель, сигнал интенсивностью 0 у.е. поступит на выход "Ia<Ib".

Оптический компаратор, содержащий оптические объединители, оптические Y-разветвители, множество оптически связанных волноводов и отличающийся тем, что он содержит 4 оптических объединителя, 6 оптических усилителей, 6 оптических Y-разветвителей и 4 оптически связанных волновода, при этом информационными входами устройства являются входы Ia и Ib, которые подключены к входам оптических объединителей, выходы которых соединены с входами оптических усилителей, выходы оптических усилителей соединены с входами Y-разветвителей, первые выходы оптических Y-разветвителей подключены к первым входам оптически связанных волноводов, вторые выходы Y-разветвителей соединены с вторыми входами оптических объединителей, первые входы ОСВ являются поглощающими, вторые выходы ОСВ подключены к входам оптических Y-разветвителей, первые выходы оптических Y-разветвителей подключены к первым входам оптических объединителей, вторые выходы Y-разветвителей являются поглощающими, выходы оптических объединителей подключены к первым входам оптически связанных волноводов, первые выходы ОСВ подключены к оптическим усилителям, выходы оптических усилителей подключены к входам оптических Y-разветвителей, первые выходы оптических Y-разветвителей являются выходами устройства Ia>Ib и Ia<Ib, вторые выходы оптических Y-разветвителей подключены к входам оптических усилителей, выходы оптических усилителей подключены ко вторым входам оптических объединителей.