Оптическое логическое устройство на основе интерферометра майкельсона

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советски к

Социалистических

Республик (11) 49794 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 113774 (21) 2043962/26-25 (51) М. Кл. (3 02 Р 3/00

G 06 G 9/00

Н 03 К 19/14 с присоединением заявки М (23) Приоритет (43) Онубликовано050678. Бюллетень ЭЙ 21

Гевударвтеааамй теаатат

Csssss ilmayes CC6t ее аюаа мт!рюии! и етиркти6 (б3) УДК 535.8 (088.8) (45) Дата опубликования описания 120578 (72),Авторы изобретения

И.A. Рокос и Л.A. Рокосова

Всесоюзный научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений (71) Заявитель (54) ОПТИЧЕСКОЕ ЛОГИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО

HA ОСНОВЕ ИНТЕРФЕРОМЕТРА МАЙКЕЛЬСОНА

Предлагаемое изобретение относится к оптике и вычислительной технике и предназначено для применения в оптических корреляторах, в частности, для выделения полезного сигнала из спектра шумов, а также для реализации логических операций И, ИЛИ, комбинационных операций (ИЛИ-НЕ, ИЛИ-И-ИЛИ и т.д.) и других схем, требующих перемножения двух функций, представленных в виде 10 электрических сигналов.

Известен ряд модификаций интерферометра Майкельсона, которые позволяют решать различные задачи в таких областях науки и техники, как оптика, физика плазмы, аэродинамика и др., например амплитудные модуляторы на основе интерферометра Майкельсона.

Прототипом данного изобретения выбран интерферометр Майкельсона для из- я0 мерения плотности электронов, содержащий оптический квантовый генератор, два глухих и одно полупрозрачное зерkaJIoJ в одно плечо интерферометра введен электрооптический кристалл, g5 обладающий эффектом Поккельса и выполняющий роль модулятора, оптическая

Ьсь которого параллельна направлению колебаний электрического вектора луча ОКГ; на выходе интерферометра 30 установлены фотоприемник, усилитель переменного сигнала и регистрирующее устройство

В различных областях техники (в оптике,.аэродинамике, гидродинамике, радиоастрономии и т.д.). существенную роль играет статистический подход к исследуемым явлениям, причем к числу самых распространенных задач относятся методы выделения полезного сигнала из спектра шумов, в связи с этим большое распространение получили различные способы определения функции корреляции. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей интерферометра Майкельсона, а именно, модификация его для применения в вычислительной технике и при корреляционном анализе функций.

Для достижения этого в одно плечо интерферометра Майкельсона помещена четвертьволновая фазовая пластинка, оптическая ось которой параллель на направлению колебаний электрического вектора луча лазера (направлению поляризации); во втором плече интерферометра установлена вторая такая же пластинка, оптическая ось которой повернута на 45 по отношению к направлению поляризации луча, и

497942 на:

45 перед интерферометром помещен второй электрооптический кристалл, обладающий эффектом Поккельса, оптическая ось которого параллельна оптической оси кристалла, установленного в плече интерферОметра; оптические оси обоих кристаллов повернуты на 45 по отношению к направлению поляризации луча лазера. Совокупность указанных оптических элементов и выбранная ориентация их оптических осей по отношению к направлению поляризации луча позволяет создать устройство для получения произведения двух функций, которое дает возможность повысить чувствительность и расширить частотный диапазон имеющихся устройств до

100 мГц.

На фиг. 1 изображен интерферометр типа Майкельсона; на фиг. 2 — направления колебаний электрического векто- 20 ра луча лазера и оптические оси кристаллов и фазовых пластинок.

Интерферометр содержит в качестве источника света лазер 1, полупрозрач-. ное зеркало 2, глухие зеркала 3 и 4, электрооптические кристаллы 5 и б, фазовые пластинки †„ 7 и 8, фотоприд емник 9, усилитель 10 переменного сигнала и регистрирующее устройство 11.

Принцип работы предлагаемого уст- 30 ройства заключается в следующем. При отсутствии электрического напряжения на кристаллах 5 и б на фотоумножитель попадают, благодаря четвертьволновой пластинке 7, два ортогонально поляри-, зованных луча, которые не интерферируют, поэтому переменная составляющая фототока равна О. При наличии электрического напряжения Е на кристалле 5, которое вызывает фазовое смещение одной составляющей луча -У1,луч стано40 вится эллиптически поляризованным и его волновая функция описывается уравнением:

<1о - А /szp (t, + 8 1 ) + 1- tet /

На фотоприемник попадают два эллиптически поляризованных ортогональных луча, поэтому освещенность фотоумножителя не зависит от напряжения 50 на одном кристалле. Напряжение Е на кристалле б, которое, благодаря фаэовой пластинке 8, вызывает фазовое смещение 8 обоих составляющих луча, также не нарушает ортогональности, и освещенность фотоумножителя остается постоянной.

Прн наличии напряжения на обоих кристаллах на выходе.интерферометра имеются два эллиптически поляризованных луча с одинаковой эллиптичностью, которая определяется фазовым смещением между составляющими -Р1 при чем большие оси эллипсов взаимно перпендикулярны .и сдвинуты по фазе на 65 угол Р> Волновые функции лучей описываются уравнениямиг

О1 з ((ц ) g spy((щ1 У } / .А

/ s1?l (Ш1 Ф 8 g ) + 5Щ ((A) $ 1- ф . f ) р

Освещеиность фотоумножителя равПоскольку при небольших напряжЕ- ноях цожно в первом приближении приз1п 3,= В, и 5g = 8@ переменный сигнал, который усиливается усилителем 10 и регистрируется уст-, ройством 11, пропорционален произведе-. нию напряжений Е и Е .

В импульсной и вычислительной технике предлагаемое устройство можно использовать для реализации логической операции И, так как сигнал на выходе усилителя имеет место только при одновременном наличии сигналов на обоих кристаллах. Кроме того, устройство реализует дополнение функции ИЛИ для дополнений сигналов на кристаллах.

Операцию ИЛИ можно также осуществить, подавая на кристалл 6 постоянное напряжение, которое вызывает фазовый сдвиг между лучами, а на входе интерферометра устанавливая вместо кристалла 5 несколько приемных кристаллов. Сигнал на выходе усилителя имеет место при наличии сигнала хотя бы на одном приемном кристалле. Кристалл б можно в этом случае заменить двоякопреломляющим веществом, например кварцевой пластинкой со срезом, параллельным оптической оси. Используя полярность сигнала на выходе усилителя, можно осуществить операцию ИЛИ вЂ” НЕ, в этом случае на выходе усилителя сигнал имеет место, если ни на одном из приемных кристаллов, установленных на входе интерферометра, нет сигнала. Если заменить кристаллы 5 и б двумя группами кристаллов, то схема позволяет осуществить логическое умножение двух параллельных операций типа ИЛИ.

В этом случае сигнал на выходе усилителя имеет место при наличии сигналов хотя бы на одном из кристаллов в каждой группе. Сигнал .на выходе усилителя может принимать значения 1, О, -1, поэтому устройство можно использовать в системах автоматического регулирования в качестве трехпозиционного переключателя. Полярность выход,ного сигнала также позволяет осуществить инверсию к любой логической операции. Группированием приемных крис таллов при добавлении дополнительных плеч интерферометра.можно на базе предлагаемого устройства осуществить

497942

15

Составитель Н. Решетников

Техред Н.Бабурка . КорректорА. Власенко

Редактор П. Горькова

Заказ 2863/3 Тираж 621 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР

° по делам изобретений и открытий

113035m Москва, Ж-35 Раушская наб. д. 4 5

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 произвольную комбинационную логическую операцию. Устройство может быть также применено для моделирования процессов, представленных в виде алгебраических выражений, для автоматизации решения уравнений степени и, где и — любое

5 целое положительное число, причем показатель определяет количество плеч интерферометра.

Устройство позволяет выделять очень слабые сигналы из спектра шумов без предварительного усиления с помощью корреляционного анализа. Применение кристаллов типа барий-стронцие вого ниобата, полуволновое напряжение которых составляет менее 50 В, позволяет исследовать сигналы с амплитудой

50 мВ. Когда известна частота сигнала, что дает возможность использовать узкополосный усилитель, то с помощью предлагаемого устройства можно иссле довать сигналы с амплитудой 50 мкВ

В случае применения данного устройства в качестве оптического коррелятора регистрирующим устройством является интегратор.

Формула изобретения

Оптическое логическое устройство на основе интерферометра Майкельсона, содержащее лазер, два глухих и одно полупрозрачное зеркало, электрооптический кристалл, обладающий эффектом

Поккельса, установленный в одном из плеч интерферометра, фотоприемник, усилитель и регистрирующее устройство, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью осуществления различных логи ческих операций, а также корреляционного анализа, в плечо интерферометра, в котором находится электрооптический кристалл, помещена четвертьволновая фазовая пластинка, оптическая ось которой параллельна направлейию поля ризации луча лазера, во втором плече интерферометра установлена вторая че;.— вертьволновая фазовая пластинка, оптическая ось которой повернута на 45 по отношению к направлЕнию поляризации луча лазера, а перед интерферометром помещен второй электрооптический кристалл, также обладающий эффектом Поккельса, причем оптические оси обоих кристаллов повернуты на 45 по отношению к направлению поляризации луча лазера.