Оптический вычислитель функции по модулю числа



Оптический вычислитель функции по модулю числа
Оптический вычислитель функции по модулю числа
Оптический вычислитель функции по модулю числа
Оптический вычислитель функции по модулю числа
Оптический вычислитель функции по модулю числа
Оптический вычислитель функции по модулю числа
Оптический вычислитель функции по модулю числа

 


Владельцы патента RU 2432597:

Аллес Михаил Александрович (RU)
Соколов Сергей Викторович (RU)
Ковалев Сергей Михайлович (RU)

Изобретение относится к вычислительной технике. Технический результат заключается в повышении производительности вычислителя. Такой результат достигается за счет того, что в оптический вычислитель функции по модулю числа, содержащий импульсный источник излучения, оптический k×n - выходной разветвитель, матричный оптический транспарант размерностью k×n, оптический m-входной объединитель (m пропорционально показателю модуля числа), пару оптически связанных волноводов, введены k групп по m оптических параллельно-последовательных преобразователей волокон, (k-1) оптических m-входных объединителей, (k-1) пар оптически связанных волноводов, k фотоприемников. 3 ил.

 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в оптических устройствах обработки информации в системе остаточных классов, устройствах криптографии, непрерывнологических устройствах.

Известно оптическое вычислительное устройство - оптический дифференциатор [пат.RU 2159461, 2000 г., Оптический дифференциатор / С.В. Соколов и др.], содержащий оптический разветвитель, оптическую линию задержки, оптический фазовый модулятор, оптический объединитель, приемный транспарант.

Существенные признаки аналога, общие с заявляемым устройством, следующие: оптический разветвитель, оптический объединитель.

Недостатком вышеописанного аналога является невозможность выполнения операции вычисления функции по модулю числа.

Известно оптическое вычислительное устройство, предназначенное для вычитания оптических сигналов [пат. RU 2103721 С1 1998, Устройство для вычитания оптических сигналов / С.В. Соколов, А.А. Баранник], содержащее оптические усилители, входной оптический разветвитель, две группы оптических транспарантов, оптические разветвления, кольцевое ответвление, оптический компаратор, оптическое ответвление, пару связанных оптических волноводов и оптический бистабильный элемент.

Существенные признаки аналога, общие с заявляемым устройством, следующие: оптический транспарант, оптический разветвитель, пара оптически связанных волноводов.

Недостатками вышеописанного аналога являются высокая сложность и невозможность выполнения операции вычисления функции по модулю числа.

Известно оптическое вычислительное устройство - нелинейный степенной преобразователь [пат. RU 2020550 С1 1994, Оптический функциональный преобразователь / С.В. Соколов], принятый за прототип и содержащий источник когерентного излучения, дифференциатор, оптический разветвитель, оптический транспарант, оптический объединитель, оптически связанные волноводы, оптический модулятор.

Существенные признаки прототипа, общие с заявляемым устройством, следующие: источник излучения, оптический транспарант, оптический разветвитель, оптический объединитель, оптически связанные волноводы.

Недостатками вышеописанного прототипа являются высокая сложность и невозможность выполнения операции вычисления функции по модулю числа.

Задачей изобретения является создание оптического устройства, позволяющего выполнять операцию вычисления функции по модулю числа при одновременном упрощении конструкции и увеличении вычислительной производительности до 105-106 операций в секунду.

Технический результат выражается в расширении возможностей устройства - создание устройства, выполняющего операцию вычисления функции по модулю числа при одновременном увеличении вычислительной производительности.

Сущность изобретения состоит в том, что в оптический вычислитель функции по модулю числа, содержащий импульсный источник излучения, оптический k×n - выходной разветвитель, матричный оптический транспарант размерностью k×n, оптический m-входной объединитель (m пропорционально показателю модуля числа), пару оптически связанных волноводов, введены k групп по m оптических параллельно-последовательных преобразователей волокон, (k-1) оптических m-входных объединителей, (k-1) пар оптически связанных волноводов, k фотоприемников, выход источника излучения подключен ко входу оптического k×n-выходного разветвителя, ij-ый выход (i=1, 2,..k; j=1, 2, … n) оптического k×n-выходного разветвителя подключен к ij-ому входу матричного оптического транспаранта размерностью k×n, каждый (d·m+j)-й выход в i-м столбце матричного оптического транспаранта размерностью k×n подключен ко (d+1)-му входу j-го оптического параллельно-последовательного преобразователя в i-й группе (i=1, 2, … k; j=1, 2, … m, d=0, 1, 2, … m, …, n/m), выход каждого j-го оптического параллельно-последовательного преобразователя в i-й группе подключен к соответствующему j-му входу i-го m-входного объединителя (i=1, 2, … k; j=1, 2, … n), выход каждого i-го m-входного объединителя (i=1, 2, … k) подключен ко входному оптическому волноводу соответствующей i-ой пары оптически связанных волноводов, первый выход которой является поглощающим, а второй выход i-ой пары оптически связанных волноводов подключен ко входу соответствующего i-ого фотоприемника, выходы которых являются выходами устройства.

Оптический вычислитель функции по модулю числа - устройство, предназначенное для вычисления функции у(х) по модулю числа р в режиме реального времени и получения новой функции Y(x):

где р - показатель модуля;

Y(xi) - i-oe значение функции Y(x);

y(xi) - i-oe значение функции у(х).

Функциональная схема оптического вычислителя функции по модулю числа показана на фигуре 1.

Оптический вычислитель функции по модулю числа содержит:

- 1 - импульсный источник излучения (ИИИ) с интенсивностью k×n усл(овных) ед(иниц), работающий в пико-фемтосекундном диапазоне;

- 2 - оптический k×n-выходной разветвитель;

- 3 - матричный оптический транспарант (МОТ) размерности k×n с записью изображения графика функции у(х) в координатах у(х), х;

- 4(1; 1), 4(1; 2), … 4(1;m), 4(2; 1), 4(2; 2), … 4(2; m), 4(k; 1), 4(k; 2), … 4(k; m), - k групп no m оптических параллельно-последовательных преобразователей (ОППП), которые могут быть реализованы в виде [8. Соколов С.В., Бугаян И.Р. Схемотехника оптических компьютеров: монография. - Ростов н/Д: Ростовский государственный экономический университет, 2007. - 218 с., стр.49, рисунок 11, поз.4];

- 5(1), 5(2), … 5(k) - k оптических m-входных объединителей;

- 6(1), 6(2), … 6(k) - k пар оптически связанных волноводов (ОСВ) с порогом переключения оптического потока m усл. ед. [Акаев А.А. Оптические методы обработки информации / А.А. Акаев, С.А. Майоров. - M.: Высшая школа, 1988. - 236 с., страница 148, рисунок 5.2].

- 7(1), 7(2), … 7(k) - k фотоприемников (ФП).

Выход ИИ 1 подключен ко входу оптического k×n-выходного разветвителя 2.

Каждый ij-ый выход оптического k×n-выходного разветвителя 2 подключен к ij-му входу МОТ 3 (i=1, 2, …, k; j=1, 2, …, n).

Каждый (d·m+j)-й выход в i-м столбце МОТ 3 подключен ко (d+1)-му входу ОППП 4(i; j) (i=1, 2, … k; j=1, 2, … m, d=0, 1, 2, … m, …, n/m; m пропорционально показателю модуля числа р).

Выход каждого ij-го ОППП 4(i; j) подключен к соответствующему j-му входу i-го m-входного объединителя 5(i) (i=1, 2, … k; j=1, 2, … m).

Выход каждого i-го m-входного объединителя 5(i) подключен ко входному оптическому волноводу соответствующей i-ой пары ОСВ 6(i), первый выход которой является поглощающим, а второй выход i-ой пары ОСВ 6(i) подключен ко входу соответствующего i-ого ФП 7(i), выходы которых являются выходами устройства.

Пример изображения графика функции у(х) в координатах у(х), х показан на фигуре 2.

Схема i-ой пары ОСВ 6ij показана на фигуре 3.

Работа оптического вычислителя функции по модулю числа происходит следующим образом. С выхода ИИИ 1 импульсный оптический поток с длительностью ΔT и интенсивностью k×n усл. ед. поступает на вход оптического k×n-выходного разветвителя 2.

На всех выходах оптического k×n-выходного разветвителя 2 формируются оптические потоки единичной интенсивности, поступающие далее на вход МОТ 3. На МОТ 3 записано изображение графика функции у(х) в координатах у(х), х (фигура 2 - заштрихованная область), имеющее единичную функцию пропускания (остальная часть транспаранта является поглощающей). Следовательно, на выходе МОТ 3 будет сформировано изображение графика функции у(х) в координатах у(х), х в виде пространственно распределенного оптического потока (состоящего из совокупности единичных потоков).

Каждый (d·m+j)-й единичный поток в i-м столбце МОТ 3 поступает на (d+1)-й вход ОППП 4(i; j) (i=1, 2, … k; j=1, 2,..m, d=0, 1, 2, … m, …, n/m).

После формирования изображений графика функции у(х)на МОТ 3 и окончания импульса излучения ИИИ1 работа k групп по m ОППП 4(1; 1), 4(1; 2), … 4(1; m), 4(2; 1), 4(2; 2), … 4(2; m), 4(k; 1), 4(k; 2), … 4(k; m) происходит следующим образом.

В первый момент времени после прекращения импульса излучения ИИИ1 в каждой i-й группе (i-й столбец МОТ) совокупность оптических потоков до уровня р (фигура 2) проходит с первых входов ОППП 4(i; 1), 4(i; 2), … 4(i; m) на входы i-го m-входного объединителя 5(i) (первый шаг). Далее объединенный поток с выхода i-го m-входного объединителя 5(i) поступает на вход пары i-й ОСВ 6(i). Если на вход пары ОСВ 6(i) поступает оптический поток с интенсивностью менее m усл. ед., то он проходит через входной оптический волновод на второй выход пары ОСВ 6(i), переключения оптического потока не происходит. Если на вход пары ОСВ 6(i) поступает оптический поток с интенсивностью m и более усл. ед., то происходит переключение оптического потока из входного оптического волновода в выходной, оптически связанный со входным, - т.е. на первый выход пары ОСВ 6(i), где этот поток поглощается. (При этом на втором выходе пары ОСВ 6(i) оптический поток отсутствует).

Спустя время задержки между входами ОППП 4(i; j) совокупность оптических потоков от уровня р до уровня 2р (фигура 2) проходит со вторых входов ОППП 4(i; 1), 4(i; 2), … 4(i; m) на входы i-го m-входного объединителя 5(i) (второй шаг) и на выходе пары ОСВ 6(i) будет сформирован соответствующий оптический поток, аналогично как в первом шаге и т.д.

Таким образом, в конце каждого шага значение плоского оптического потока i-го столбца МОТ3 уменьшается на m усл. ед. Количество таких шагов определяется отношением n/m. Суммарное время задержек между входами ОППП 4(i; j) не должно превышать величину ΔT. Так как значение плоского оптического потока в i-м столбце МОТ3 соответствует значению функции у(хi), а m пропорционально показателю модуля числа р, то следовательно через n/m шагов на выходе пары ОСВ 6(i) будет сформирован оптический поток интенсивностью, пропорциональной значению функции Y(хi).

Следовательно, на выходах пар ОСВ 6(1), 6(2), … 6(k) спустя n/m шагов будет сформирован оптический поток интенсивностью, описываемой формулой (1).

Наличие фотоприемников ФП необходимо для задержки появления сигнала на выходе устройства до того, как пройдут все n/m шагов уменьшения оптического потока на m. Для этого ФП могут быть выполнены на основе фотодиодов. На выходе i-ого ФП 7(i) будет присутствовать электрический сигнал, пропорциональный значению функции Y(xi), следовательно, на выходах ФП 7(1), 7(2), … 7(k) будет сформирован электрический сигнал, величиной (ток или напряжение), пропорциональной функции Y(x) в соответствии с равенством, описываемого формулой (1).

Быстродействие оптического вычислителя функции по модулю числа определяется суммарным временем задержки распространения сигнала в i-й группе ОППП 4(i; 1), 4(i; 2), … 4(i;m), быстродействием пар ОСВ 6(1), 6(2), … 6(k) и фотоприемников. Время задержки пары оптически связанных волокон составляет порядка 10-12 с, а фотоприемники, выполняемые в традиционном варианте на основе фотодиодов, имеют частоту среза порядка 109 Гц. Для существующих систем обработки информации подобное быстродействие обеспечивает их функционирование практически в реальном масштабе времени.

Оптический вычислитель функции по модулю числа, содержащий импульсный источник излучения, оптический k×n - выходной разветвитель, матричный оптический транспарант размерностью k×n, оптический m-входной объединитель (m пропорционально показателю модуля числа), пара оптически связанных волноводов, отличающийся тем, что в него введены k групп по m оптических параллельно-последовательных преобразователей волокон, (k-1) оптических m-входных объединителей, (k-1) пар оптически связанных волноводов, k фотоприемников, выход источника излучения подключен ко входу оптического k×n - выходного разветвителя, ij-й выход (i=1, 2, … k; j=1, 2, … n) оптического k×n - выходного разветвителя подключен к ij-му входу матричного оптического транспаранта размерностью k×n, каждый (d·m+j)-й выход в i-м столбце матричного оптического транспаранта размерностью k×n подключен ко (d+1)-мy входу j-го оптического параллельно-последовательного преобразователя в i-й группе (i=1, 2, … k; j=1, 2, …m, d=0, 1, 2, … m, …, n/m), выход каждого j-гo оптического параллельно-последовательного преобразователя в i-й группе подключен к соответствующему j-му входу i-го m-входного объединителя (i=1, 2, … k; j=1, 2, … n), выход каждого i-го m-входного объединителя (i=1, 2, … k) подключен ко входному оптическому волноводу соответствующей i-й пары оптически связанных волноводов, первый выход которой является поглощающим, а второй выход i-й пары оптически связанных волноводов подключен ко входу соответствующего i-го фотоприемника, выходы которых являются выходами устройства.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к вычислительной технике. .

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.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в оптических устройствах обработки информации, построенных на основе нечеткой логики. .

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.

Изобретение относится к средствам вычислительной техники и может быть использовано в оптических устройствах обработки информации, обеспечивающих обработку информации в тера- и гигагерцовом диапазонах.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в оптических устройствах обработки информации, построенных на основе непрерывной (нечеткой) логики.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в оптических устройствах обработки информации, построенных на основе непрерывной (нечеткой) логики.

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

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в оптических устройствах обработки информации, построенных на основе непрерывной (нечеткой) логики.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в оптических устройствах обработки информации при решении нелинейных уравнений, определении точек экстремума функций и т.д.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в оптических устройствах обработки информации, построенных на основе непрерывной (нечеткой) логики

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в оптических устройствах обработки информации, построенных на основе непрерывной (нечеткой) логики

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в оптических устройствах обработки информации, построенных на основе непрерывной (нечеткой) логики

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в оптических устройствах обработки информации при выполнении операции алгебраической разности двух функций

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в оптических устройствах обработки информации при выполнении операции разности двух непрерывных множеств

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в оптических устройствах обработки информации, построенных на основе нечеткой логики

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в оптических устройствах обработки информации, построенных на основе нечеткой логики

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в оптических устройствах обработки информации, построенных на основе непрерывной (нечеткой) логики

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в оптических устройствах обработки информации, построенных на основе непрерывной (нечеткой) логики
Наверх