Оптоэлектронный компромиссный сумматор
Владельцы патента RU 2689811:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ростовский государственный экономический университет (РИНХ)" (RU)
Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в оптических устройствах обработки информации, построенных на основе непрерывной (нечеткой) логики. Техническим результатом является создание устройства, вычисляющего операцию компромиссности непрерывной (нечеткой) логики в реальном масштабе времени. Устройство содержит источник когерентного излучения, оптический трехвыходной разветвитель, оптический амплитудный модулятор, два оптических фазовых модулятора, оптический Y-объединитель, группу оптических Y-разветвителей, управляемый оптический транспарант, оптический трехвходной объединитель, 1 ил.
Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в оптических устройствах обработки информации, построенных на основе непрерывной (нечеткой) логики.
Известно оптическое устройство - оптический дизъюнктор непрерывных множеств [Пат.RU 2419127 С2 2011, Оптический дизъюнктор непрерывных множеств / В.М. Курейчик, В.В. Курейчик, М.А. Аллес, С.М. Ковалев, С.В. Соколов], содержащий источник излучения, оптический Y-разветвитель, два оптических k×n выходных разветвителя, два матричных оптических транспаранта, k групп по n оптических Y-объединителей, k групп по n блоков нормирования интенсивностей, k оптических n-входных объединителей.
Существенные признаки аналога, общие с заявляемым устройством, следующие: источник излучения, оптический Y-разветвитель, оптический транспарант, оптический Y-объединитель.
Известно оптическое устройство - оптический дизъюнктор непрерывных (нечетких) множеств [Пат.RU 2432600 С1 2011, Оптический дизъюнктор непрерывных (нечетких) множеств / М.А. Аллес, С.В. Соколов, С.М. Ковалев], содержащий m групп по k блоков пространственного распределения оптического потока, каждый из которых состоит из фотоприемника, источника излучения, электрооптического дефлектора, группы из n оптических волноводов, линейного оптического транспаранта, группы из n оптических j-выходных разветвителей и группы из n оптических (n-j+1)-входных объединителей, k групп по n оптических m-входных объединителей, k групп по n блоков нормирования интенсивности, каждый из которых состоит из (m-1) пар оптически связанных волноводов, (m-1) оптических транспарантов и оптического m-входного объединителя, k оптических n-входных объединителей.
Существенные признаки аналога, общие с заявляемым устройством, следующие: источник излучения, оптический транспарант, оптический разветвитель, оптический объединитель.
Недостатком вышеописанных аналогов является невозможность выполнения операции компромиссности.
Известно оптическое устройство - оптический дизъюнктор нечетких множеств [Пат. RU 2422876 С1 2011, Оптический дизъюнктор нечетких множеств / М.А. Аллес, С.М. Ковалев, С.В. Соколов], принятый за прототип и содержащий m групп по k фотоприемников, m источников когерентного излучения, m оптических 2k-выходных разветвителей, m групп по k оптических амплитудных модуляторов, m групп по k оптических фазовых модуляторов, m групп по k оптических Y-объединителей, k селекторов минимального сигнала, k блоков извлечения квадратного корня, k блоков вычитания.
Существенные признаки прототипа, общие с заявляемым устройством, следующие: источник когерентного излучения, оптический разветвитель, оптический амплитудный модулятор, оптический фазовый модулятор, оптический Y-объединитель.
Недостатком вышеописанного прототипа является невозможность выполнения операции компромиссности.
Изобретение направлено на решение задачи быстродействующей оптической реализации операции компромиссности над действительным числом x (x∈[0,1]). Подобная задача возникает при создании эластичных нейро-нечетких систем, когда присутствует необходимость изменения структуры системы в процессе обучения в реальном масштабе времени [Рутковский Л. Методы и технологии искусственного интеллекта / Пер. с польск. И.Д. Рудинского. - М.: Горячая линия-Телеком, 2010. - 520 с.]. Для достижения этой цели применяют так называемые Н-функции, основанные на использовании оператора компромиссности, реализуемого в предлагаемом устройстве.
Сущность изобретения состоит в том, что в оптоэлектронный компромиссный сумматор, содержащий источник когерентного излучения, оптический Y-разветвитель, оптический амплитудный модулятор, оптический фазовый модулятор, оптический Y-объединитель, введены оптический трехвыходной разветвитель, оптический фазовый модулятор, два оптических Y-разветвителя, оптический трехвходной объединитель, входами устройства являются управляющие входы оптического амплитудного модулятора - для преобразуемого числа, и управляемого оптического транспаранта - для параметра операции компромиссности, выход источника когерентного излучения подключен ко входу оптического трехвыходного разветвителя, первый выход которого подключен ко входу первого оптического фазового модулятора, второй выход является поглощающим, третий выход подключен к информационному входу оптического амплитудного модулятора, выход первого оптического фазового модулятора подключен к первому входу оптического Y-объединителя, ко второму входу которого подключен первый выход первого оптического Y-разветвителя, выход оптического Y-объединителя подключен ко входу второго оптического Y-разветвителя, первый выход которого подключен ко входу второго оптического фазового модулятора, а второй выход подключен через управляемый оптический транспарант ко второму входу оптического трехвходного объединителя, выход оптического амплитудного модулятора подключен ко входу первого оптического Y-разветвителя, второй выход которого подключен через управляемый оптический транспарант ко входу третьего оптического Y-разветвителя, первый выход третьего оптического Y-разветвителя подключен к третьему входу оптического трехвходного объединителя, второй выход является поглощающим, первый вход оптического трехвходного объединителя оптически связан с выходом второго оптического фазового модулятора, а выход оптического трехвходного объединителя является выходом устройства.
Оптоэлектронный компромиссный сумматор предназначен для выполнения в режиме реального времени оператора компромиссности над действительным числом x (x∈[0,1]):
или
где ν∈[0,1] - заданный параметр операции компромиссности. Функциональная схема оптоэлектронного компромиссного сумматора показана на фигуре 1.
Оптоэлектронный компромиссный сумматор содержит:
• 1 - источник когерентного излучения (ИКИ);
• 2 - оптический трехвыходной разветвитель;
• 31, 32 - два оптических фазовых модулятора, обеспечивающих постоянный сдвиг фазы оптического когерентного потока на π (ОФМ);
• 4 - оптический амплитудный модулятор (ОАМ);
• 5 - оптический Y-объединитель;
• 61, 62, 63 - группу оптических Y-разветвителей;
• 7 - управляемый оптический транспарант (УОТ);
• 8 - оптический трехвходной объединитель.
Входами оптоэлектронного компромиссного сумматора являются управляющие входы ОАМ 4 - для преобразуемого числа x, и УОТ 7 - для параметра операции компромиссности ν.
Выход ИКИ 1 подключен ко входу оптического трехвыходного разветвителя 2. Первый выход оптического трехвыходного разветвителя 2 подключен ко входу ОФМ 31 второй выход является поглощающим, третий выход подключен к информационному входу ОАМ 4. Выход ОФМ 31 подключен к первому входу оптического Y-объединителя 5, ко второму входу которого подключен первый выход оптического Y-разветвителя 61. Выход оптического Y-объединителя 5 подключен ко входу оптического Y-разветвителя 62, первый выход которого подключен ко входу ОФМ 32, а второй выход подключен через УОТ 7 ко второму входу оптического трехвходного объединителя 8.
Выход ОАМ 4 подключен ко входу оптического Y-разветвителя 61, второй выход которого подключен через УОТ 7 ко входу оптического Y-разветвителя 63. Первый выход оптического Y-разветвителя 63 подключен к третьему входу оптического трехвходного объединителя 8, а второй выход является поглощающим. Первый вход оптического трехвходного объединителя 8 оптически связан с выходом ОФМ 32, а выход оптического трехвходного объединителя 8 является выходом устройства.
Работа оптоэлектронного компромиссного сумматора происходит следующим образом.
На входы устройства - управляющие входы ОАМ 4 и УОТ 7 поступают электрические сигналы управления x и ν, соответственно. Одновременно с выхода ИКИ 1 оптический когерентный поток с амплитудой 8 усл(овных) ед(иниц) поступает на вход оптического трехвыходного разветвителя 2. После разветвления оптического когерентного потока в оптическом трехвыходном разветвителе 2 сначала на 2, и далее - во втором разветвлении, еще раз на 2, на его выходах формируются потоки, соответственно, с амплитудами 4 усл. ед., 2 усл. ед. и 2 усл. ед., первый из которых поступает на информационный вход ОАМ 4, второй поглощается, а третий поступает на вход ОФМ 31. С выхода ОФМ 31 оптический поток с амплитудой 2 усл. ед. и сдвинутой на π (инвертированной) фазой поступает на первый вход оптического Y-объединителя 5.
С выхода ОАМ 4 оптический поток с амплитудой 4х усл. ед. поступает на вход оптического разветвителя 61 и, разветвляясь на два, поступает на второй вход оптического Y-объединителя 5 и через УОТ 7 - на вход оптического Y-разветвителя 63.
Суммарный оптический поток на выходе оптического Y-объединителя 5 с амплитудой 2-2x=2(1-x) усл. ед. поступает на вход оптического Y-разветвителя 62. С выходов оптического Y-разветвителя 62 оптические потоки с амплитудами (1-х) усл. ед. поступают через ОФМ 32 на первый вход и через УОТ 7 - на второй вход оптического трехвходного объединителя 8. При этом на первом входе оптического трехвходного объединителя 8 формируется оптический поток с амплитудой (1-х) усл. ед. и сдвинутой на π фазой, а на втором входе - оптический поток с амплитудой ν(l-x) усл. ед.
С первого выхода оптического Y-разветвителя 63 оптический поток с амплитудой vx поступает на третий вход оптического трехвходного объединителя 8 (со второго выхода оптического Y-разветвителя 63 оптический поток с амплитудой νx поглощается).
Указанные оптические потоки, суммируясь, формируют на выходе оптического трехвходного объединителя 8 - выходе устройства, оптический поток с амплитудой, равной искомому значению функции (2), а, следовательно, и значению функции (1).
Быстродействие оптоэлектронного компромиссного сумматора определяется динамическими характеристиками электрооптического амплитудного модулятора и управляемого оптического транспаранта. На сегодняшний день быстродействие оптического амплитудного модулятора достигает 10-12 с, а управляемого оптического транспаранта - 10-8 с, что позволяет обеспечить функционирование устройства практически в реальном масштабе времени.
Оптоэлектронный компромиссный сумматор, содержащий источник когерентного излучения, оптический Y-разветвитель, оптический амплитудный модулятор, оптический фазовый модулятор, оптический Y-объединитель, отличающийся тем, что в него введены оптический трехвыходной разветвитель, оптический фазовый модулятор, два оптических Y-разветвителя, оптический трехвходной объединитель, входами устройства являются управляющие входы оптического амплитудного модулятора - для преобразуемого числа и управляемого оптического транспаранта - для параметра операции компромиссности, выход источника когерентного излучения подключен ко входу оптического трехвыходного разветвителя, первый выход которого подключен ко входу первого оптического фазового модулятора, второй выход является поглощающим, третий выход подключен к информационному входу оптического амплитудного модулятора, выход первого оптического фазового модулятора подключен к первому входу оптического Y-объединителя, ко второму входу которого подключен первый выход первого оптического Y-разветвителя, выход оптического Y-объединителя подключен ко входу второго оптического Y-разветвителя, первый выход которого подключен ко входу второго оптического фазового модулятора, а второй выход подключен через управляемый оптический транспарант ко второму входу оптического трехвходного объединителя, выход оптического амплитудного модулятора подключен ко входу первого оптического Y-разветвителя, второй выход которого подключен через управляемый оптический транспарант ко входу третьего оптического Y-разветвителя, первый выход третьего оптического Y-разветвителя подключен к третьему входу оптического трехвходного объединителя, второй выход является поглощающим, первый вход оптического трехвходного объединителя оптически связан с выходом второго оптического фазового модулятора, а выход оптического трехвходного объединителя является выходом устройства.
