Оптический jk-триггер


 


Владельцы патента RU 2458377:

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

Предполагаемое 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. Устройство содержит четыре оптических бистабильных элемента, два оптических Y-объединителя, источник излучения, два оптических трехвходных объединителя, три оптических Y-разветвителя. Технический результат - выполнение логических функций JK-триггера для когерентных и некогерентных входных оптических сигналов. 1 ил.

 

Предполагаемое 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 заявленному устройству является оптический RS-триггер, состоящий из оптических волноводов и оптических бистабильных элементов [Патент №2020528, Россия, 1994. Оптический триггер / Соколов С.В.].

Недостатком данного устройства является невозможность реализации логических функций JK-триггера.

Существенные признаки прототипа, общие с заявляемым устройством, - оптические бистабильные элементы.

Задача изобретения - создание оптического устройства, выполняющего логические функции JK-триггера как для когерентных, так и некогерентных, входных оптических сигналов.

Техническим результатом является расширение возможностей устройства за счет выполнения логических функций JK-триггера.

Сущность изобретения состоит в том, что в оптический JK-триггер, содержащий два оптических бистабильных элемента, введены два оптических Y-объединителя, источник излучения, два оптических бистабильных элемента, два оптических трехвходных объединителя, три оптических Y-разветвителя, информационными входами «J» и «K» являются первые входы соответственно первого и второго оптических Y-объединителей, выходы которых подключены ко входам первого и второго оптических бистабильных элементов соответственно, инверсные выходы первого и второго оптических бистабильных элементов являются поглощающими, прямые выходы первого и второго оптических бистабильных элементов подключены к первым входам первого и второго оптических трехвходных объединителей соответственно, выход источника излучения подключен ко входу первого оптического Y-разветвителя, первый выход которого подключен ко второму входу первого оптического трехвходного объединителя, второй выход первого оптического Y-разветвителя подключен ко второму входу второго оптического трехвходного объединителя, выходы первого и второго оптических трехвходных объединителей подключены ко входу третьего и четвертого оптических бистабильных элементов соответственно, инверсные выходы которых подключены к третьему входу второго и первого оптических трехвходных объединителей соответственно, прямой выход третьего и четвертого оптических бистабильных элемента подключены ко входу второго и третьего оптических Y-разветвителей соответственно, второй выход второго оптического Y-разветвителя подключен ко второму входу второго оптического Y-объединителя, второй выход третьего оптического Y-разветвителя подключен ко второму входу первого оптического Y-объединителя, первый выход второго оптического Y-разветвителя является первым выходом устройства, первый выход третьего оптического Y-разветвителя является вторым выходом устройства.

Функциональная схема оптического JK-триггера показана на фигуре 1.

Оптический JK-триггер содержит:

- 11, 12 - первый и второй оптические Y-объединители;

- 21, 22, 23, 24 - первый, второй, третий и четвертый оптические бистабильные элементы (ОБЭ), которые могут быть выполнены в виде трансфазора или пары оптически связанных волноводов [Акаев А.А. Оптические методы обработки информации / А.А.Акаев, С.А.Майоров. - М.: Высшая школа, 1988. - 236 с.]; порог переключения оптического потока во всех ОБЭ 21, 22, 23, 22 составляет 2 усл(овных) ед(иницы);

- 3 - источник излучения (ИИ) с интенсивностью 2 усл. ед.;

- 41, 42, 43 - первый, второй и третий оптические Y-разветвители;

- 5 - первый оптический трехвходной объединитель со входами 51, 52, 53;

- 6 - второй оптический трехвходной объединитель со входами 61, 62, 63

Информационными входами «J» и «K» являются входы соответственно первого и второго оптических Y-объединителей 11, 12, выходы которых подключены ко входам первого и второго ОБЭ 21, 22, соответственно.

Прямые выходы первого и второго ОБЭ 22, 22 подключены к первым входам 51 и 61 первого и второго оптических трехвходных объединителей 5 и 6, соответственно.

Инверсные выходы первого и второго ОБЭ 21, 22 являются поглощающими.

Выход ИИ 3 подключен ко входу первого оптического Y-разветвителя 41, первый выход которого подключен ко второму входу 52 первого оптического трехвходного объединителя 5, а второй выход - ко второму входу 62 второго оптического трехвходного объединителя 6.

Выходы первого и второго оптических трехвходных объединителей 5 и 6 подключены ко входу третьего и четвертого ОБЭ 23 и 22 соответственно, инверсные выходы которых подключены к третьим входам 6з и 5з второго и первого оптических трехвходных объединителей 6 и 5 соответственно.

Прямые выходы третьего и четвертого ОБЭ 23 и 24 подключены ко входам второго и третьего оптических Y-разветвителей 42 и 43 соответственно. Второй выход второго оптического Y-разветвителя 42 подключен ко второму входу второго оптического Y-объединителя 12, а второй выход третьего оптического Y-разветвителя 43 подключен ко второму входу первого оптического Y-объединителя 11.

Первый выход второго оптического Y-разветвителя 42 является первым (единичным) выходом устройства (Q1), а первый выход третьего оптического Y-разветвителя 43 является вторым (нулевым) выходом устройства (Q2).

Работа устройства протекает следующим образом.

В начальный момент времени в отсутствие оптических сигналов на входах «J» и «K» с выхода ИИ 3 оптический поток с интенсивностью 2 усл. ед. поступает на вход первого оптического Y-разветвителя 41, с первого и второго выходов которого оптические потоки с интенсивностями 1 усл. ед. каждый поступают на вторые входы 52 и 62 оптических трехвходных объединителей 5 и 6 соответственно. Оптические потоки с выходов оптических трехвходных объединителей 5 и 6 поступают далее на входы третьего и четвертого ОБЭ 23, и 24 соответственно. Так как интенсивности потоков, поступающих на входы третьего и четвертого ОБЭ 23 и 24, меньше порога срабатывания третьего и четвертого ОБЭ 23 и 24, то оптические потоки с интенсивностями 1 усл. ед. каждый проходят на инверсные выходы третьего и четвертого ОБЭ 23 и 24, поступая далее на третьи входы 63 и 53 второго и первого оптических трехвходных объединителей 6 и 5, соответственно. Каждый из этих потоков суммируется с оптическим потоком интенсивности 1 усл. ед., поступающим на второй вход 5з или 6з оптического трехвходного объединителя 5 или 6. Вследствие неодинаковой длины ответвлений, различия коэффициентов затуханий в них и т.д. первым срабатывает только один ОБЭ из двух - ОБЭ 23 или 24. Допустим, сработал четвертый ОБЭ 24. Следовательно, на его инверсном выходе оптический поток с интенсивностью 1 усл. ед. исчезнет, а на прямом выходе будет сформирован оптический поток с интенсивностью 2 усл. ед. Этот поток, поступая на вход третьего оптического Y-разветвителя 43, делится на две равные части. Первая часть этого потока поступает на первый выход третьего оптического Y-разветвителя 43, формируя на выходе «Q2» сигнал в виде оптического потока с интенсивностью 1 усл. ед., - триггер перешел в состояние логического нуля. Вторая часть оптического потока с интенсивностью 1 усл. ед. со второго выхода третьего оптического Y-разветвителя 43 поступает на второй вход первого оптического Y-объединителя 11 и далее - на вход первого ОБЭ 21, на инверсном выходе которого он поглощается. Для повышения стабильности и априорной уверенности начальной установки триггера в заданное состояние могут быть приняты дополнительные конструктивные меры, например для установки триггера в начальный момент в состояние логического нуля (срабатывания ОБЭ 24) достаточно обеспечить равенство длины второго ответвления первого оптического Y-резветвителя 41 сумме длин первого ответвления первого оптического Y-резветвителя 41 и третьего входа 6з второго оптического трехвходного объединителя 6 при идентичности параметров всех остальных элементов схемы.

Для установки оптического JK-триггера в состояние логической единицы на вход «J» подается оптический сигнал с интенсивностью 1 усл. ед. Он поступает через первый вход первого оптического Y-объединителя 11 на вход первого ОБЭ 21, где формируется оптический поток уже с интенсивностью 2 усл. ед. - за счет суммирования двух оптических потоков: с интенсивностью 1 усл. ед. на первом входе и с интенсивностью 1 усл. ед. на втором входе первого оптического Y-объединителя 11. Этот оптический поток с интенсивностью 2 усл. ед. поступает на вход первого ОБЭ 21, приводя к его срабатыванию. На прямом выходе первого ОБЭ 21 возникает оптический поток с интенсивностью 2 усл. ед., который поступает на первый вход 51 первого оптического трехвходного объединителя 5. За счет сложения в оптическом трехвходном объединителе 5 двух оптических потоков - с интенсивностью 2 усл. ед. с первого входа 51 и с интенсивностью 1 усл. ед. со второго входа 52, на вход третьего ОБЭ 23, поступает оптический поток с интенсивностью 3 усл. ед., приводящий к срабатыванию третьего ОБЭ 23 - оптический поток на его инверсном выходе исчезает, на прямом - появляется.

Далее с прямого выхода третьего ОБЭ 23 оптический поток с интенсивностью 3 усл. ед. поступает на вход второго оптического Y-разветвителя 42, где делится на две части. Первая часть этого потока поступает на первый выход второго оптического Y-разветвителя 42, формируя на выходе «Q1» оптический сигнал с интенсивностью 1,5 усл. ед. - состояние перехода триггера из состояния логического нуля в состояние логической единицы. Вторая часть оптического потока с интенсивностью 1,5 усл. ед. со второго выхода второго оптического Y-разветвителя 42 поступает на второй вход второго оптического Y-объединителя 12 и далее на вход второго ОБЭ 22.

Так как на инверсном выходе третьего ОБЭ 23, оптический поток с интенсивностью 1 усл. ед. исчезает, то на выходе второго оптического трехвходного объединителя 6 оптический поток изменит величину интенсивности с 2-х усл. ед. на 1 усл. ед. При поступлении оптического потока с выхода второго оптического трехвходного объединителя 6 на вход четвертого ОБЭ 24 оптического потока с интенсивностью 1 усл. ед. четвертый ОБЭ 24, перенаправляет входной оптический поток с прямого выхода на инверсный выход. Далее этот оптический поток с инверсного выхода четвертого ОБЭ 24, поступает на третий вход 53 первого оптического трехвходного объединителя 5.

Кроме того, исчезновение оптического потока на прямом выходе четвертого ОБЭ 24 приводит к отсутствию оптического потока на первом и втором выходах третьего оптического Y-разветвителя 43, что влечет за собой отсутствие оптического потока на втором входе первого оптического Y-объединителя 11, а также отсутствие оптического потока на выходе «Q2». Следовательно, на вход первого ОБЭ 21 будет поступать оптический поток с интенсивностью 1 усл. ед. при наличии управляющего сигнала на входе «J» в виде оптического потока с интенсивностью 1 усл. ед., вследствие чего на прямом выходе первого ОБЭ 21 оптический поток формироваться не будет, и на вход третьего ОБЭ 23 поступает теперь оптический поток с интенсивностью 2 усл. ед. Третий ОБЭ 23 своего состояния не изменит и с прямого выхода последнего оптический поток с интенсивностью 2 усл. ед. поступает на вход второго оптического Y-разветвителя 42, где он делится пополам. Первая часть этого потока поступает на первый выход второго оптического Y-разветвителя 42, формируя на выходе «Q1» устройства сигнал в виде оптического потока с интенсивностью 1 усл. ед. - триггер полностью перешел в состояние логической единицы. Вторая часть оптического потока с интенсивностью 1 усл. ед. со второго выхода второго оптического Y-разветвителя 42 поступает на второй вход второго оптического Y-объединителя 12 и далее на вход второго ОБЭ 22.

Для перевода триггера в состояние логического нуля необходимо на вход «K» подать оптический сигнал с интенсивностью 1 усл. ед. В этом случае на входе второго ОБЭ 22 формируется оптический поток с интенсивностью 2 усл. ед. за счет суммирования двух оптических потоков - с интенсивностью 1 усл. ед. на первом входе и с интенсивностью 1 усл. ед. на втором входе второго оптического Y-объединителя 12. Этот оптический поток с интенсивностью 2 усл. ед., поступая на вход второго ОБЭ 22, приводит к его срабатыванию. Поэтому на прямом выходе второго ОБЭ 22 возникает оптический поток с интенсивностью 2 усл. ед., который поступает на первый вход 61 второго оптического трехвходного объединителя 6. За счет сложения в оптическом трехвходном объединителе 6 двух оптических потоков - с интенсивностью 2 усл. ед. на входе 61 и с интенсивностью 1 усл. ед. на входе 62, на вход четвертого ОБЭ 24 поступает оптический поток с интенсивностью 3 усл. ед. - оптический поток в четвертом ОБЭ 24 переключается с инверсного выхода на прямой выход.

Далее с прямого выхода четвертого ОБЭ 24 оптический поток с интенсивностью 3 усл. ед. поступает на вход третьего оптического Y-разветвителя 43, где он делится на две части. Первая часть этого потока поступает на первый выход третьего оптического Y-разветвителя 43, формируя на выходе «Q2» оптический сигнал с интенсивностью 1,5 усл. ед. - состояние перехода триггера из состояния логической единицы в состояние логического нуля. Вторая часть оптического потока с интенсивностью 1,5 усл. ед. со второго выхода третьего оптического Y-разветвителя 43 поступает на второй вход первого оптического Y-объединителя 11 и далее на вход первого ОБЭ 21.

Так как на инверсном выходе четвертого ОБЭ 24 оптический поток с интенсивностью 1 усл. ед. исчезает, то на выходе оптического трехвходного объединителя 5 оптический поток изменит величину интенсивности с 2-х усл. ед. на 1 усл. ед. При поступлении оптического потока с выхода второго оптического трехвходного объединителя 5 на вход третьего ОБЭ 23, третий ОБЭ 23 перенаправляет оптический поток с прямого выхода на инверсный. Далее оптический поток с инверсного выхода третьего ОБЭ 23 поступает на третий вход 63 второго оптического трехвходного объединителя 6.

Кроме того, исчезновение оптического потока на прямом выходе третьего ОБЭ 23 приводит к отсутствию оптического потока на первом и втором выходах второго оптического Y-разветвителя 42, что влечет за собой отсутствие оптического потока на втором входе второго оптического Y-объединителя 12, а также отсутствие оптического потока на выходе «Q1» устройства. Следовательно, на вход второго ОБЭ 22 будет поступать оптический поток с интенсивностью 1 усл. ед. при наличии сигнала на входе «K» с интенсивностью 1 усл. ед., вследствие чего на прямом выходе второго ОБЭ 22 оптический поток формироваться не будет, и на вход четвертого ОБЭ 24 поступит оптический поток с интенсивностью 2 усл. ед. Четвертый ОБЭ 24 своего состояния не изменит, и с прямого выхода последнего оптический поток с интенсивностью 2 усл. ед. поступает на вход третьего оптического Y-разветвителя 43, где он делится пополам. Первая часть этого потока поступает на первый выход третьего оптического Y-разветвителя 43, формируя на выходе «Q2» сигнал с интенсивностью 1 усл. ед. - триггер полностью перешел в состояние логического нуля. Вторая часть оптического потока с интенсивностью 1 усл. ед. со второго выхода третьего оптического Y-разветвителя 4з поступает на второй вход первого оптического Y-объединителя 11 и далее - на вход первого ОБЭ 21.

При подаче на входы «J» и «K» управляющих сигналов одновременно реализуется одна из следующих ситуаций:

- при нахождении JK-триггера в состоянии логической единицы оптический поток с интенсивностью 1 усл. ед., поступая на первый вход первого оптического Y-объединителя 11 (вход «J»), попадает на вход первого ОБЭ 21, который не пропускает этот оптический поток на свой прямой выход, так как порог переключения в первом ОБЭ 21 равен 2 усл. ед.; при этом оптический поток с интенсивностью 1 усл. ед., поступая на первый вход второго оптического Y-объединителя 12 (вход «K») и суммируясь с единичным оптическим потоком, поступающим на второй вход второго оптического Y-объединителя 12, попадает на вход второго ОБЭ 22, что приводит к переключению триггера в состояние логического нуля по вышеприведенному алгоритму;

- при нахождении JK-триггера в состоянии логического нуля оптический поток с интенсивностью 1 усл. ед., поступая на первый вход второго оптического Y-объединителя 12 (вход «K») попадает на вход второго ОБЭ 22, который не пропускает этот оптический поток на свой прямой выход, так как порог переключения во втором ОБЭ 22 равен 2 усл. ед.; при этом оптический поток с интенсивностью 1 усл. ед., поступая на первый вход первого оптического Y-объединителя 11 (вход «J») и суммируясь с единичным оптическим потоком, поступающим на второй вход первого оптического Y-объединителя 11, попадает на вход первого ОБЭ 21, что приводит к переключению триггера в состояние логической единицы по вышеприведенному алгоритму.

Таким образом, осуществляется реализация логических функций JK-триггера и запоминание информации.

Быстродействие оптического JK-триггера определяется динамическими характеристиками оптических бистабильных элементов, быстродействие которых составляет ≈10-12 с. Для существующих оптических средств обработки информации подобное быстродействие обеспечивает их функционирование практически в реальном масштабе времени.

Оптический JK-триггер, содержащий два оптических бистабильных элемента, отличающийся тем, что в него введены два оптических Y-объединителя, источник излучения, два оптических бистабильных элемента, два оптических трехвходных объединителя, три оптических Y-разветвителя, информационными входами «J» и «K» являются первые входы соответственно первого и второго оптических Y-объединителей, выходы которых подключены ко входам первого и второго оптических бистабильных элементов соответственно, инверсные выходы первого и второго оптических бистабильных элементов являются поглощающими, прямые выходы первого и второго оптических бистабильных элементов подключены к первым входам первого и второго оптических трехвходных объединителей соответственно, выход источника излучения подключен ко входу первого оптического Y-разветвителя, первый выход которого подключен ко второму входу первого оптического трехвходного объединителя, второй выход первого оптического Y-разветвителя подключен ко второму входу второго оптического трехвходного объединителя, выходы первого и второго оптических трехвходных объединителей подключены ко входу третьего и четвертого оптических бистабильных элементов соответственно, инверсные выходы которых подключены к третьим входам второго и первого оптических трехвходных объединителей соответственно, прямые выходы третьего и четвертого оптических бистабильных элементов подключены ко входам второго и третьего оптических Y-разветвителей соответственно, второй выход второго оптического Y-разветвителя подключен ко второму входу второго оптического Y-объединителя, второй выход третьего оптического Y-разветвителя подключен ко второму входу первого оптического Y-объединителя, первый выход второго оптического Y-разветвителя является первым выходом устройства, первый выход третьего оптического Y-разветвителя является вторым выходом устройства.



 

Похожие патенты:

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 области нелинейной волоконной и интегральной оптики, а точнее к области полностью оптических переключателей и оптических транзисторов, и может быть использовано в волоконно-оптических линиях связи, в интегральных оптических схемах и т.п.

Изобретение относится к области волоконной оптики и может быть использовано в качестве переключателей и логических элементов, преимущественно в волоконно-оптических линиях связи.

Изобретение относится к области обработки информации, представленной оптическими сигналами, в частности к устройствам оптической логики, усиления, коммутации, обработки оптических сигналов.

Изобретение относится к оптической цифровой технике и может быть использовано при построении оптических вычислительных машин. .

Изобретение относится к оптической цифровой технике и может быть использовано при синтезе оптических ЦВМ. .

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 при разработке и создании оптических вычислительных машин и приемопередающих устройств

Изобретение относится к средствам оптической импульсной техники и может быть использовано в оптических устройствах обработки информации и оптических вычислительных машинах в качестве источника тактовых импульсов
Наверх