Оптический сумматор

 

1ц656076

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 12.08.75 (21) 2163847/18-24 (51) 1. K.

G 06F 7/56 с присоединением заявки №

Государственный комитет (23) Приоритет (43) Опубликовано 28.02,79. Бюллетень № 8 (53) УДК 681.325.5 (088.8) по делам изобретений н открытий (45) Дата опубликования описания 28.02.79 (72) Авторы изобретения

В. H. Иванов, Н. А. Яковенко и А. Э. Розенсон

Кубанский государственный университет (71) Заявитель (54) ОПТИЧЕСКИЙ СУММАТОР

Изобретение относится к области вычислительной оптики и оптоэлектронике и может быть использовано в качестве арифметического устройства оптической вычислительной машины, изготовленной на основе оптических интегральных схем.

Известен оптический сумматор, содержащий когерентный источник излучения, за которым установлен амплитудный делитель для разделения излучения на два световых пучка равной интенсивности, на пути одного пучка расположены устройство задержки и коллиматор, на пути другого— отражающее зеркало и коллиматор, атакже полуволновую пластину, зеркальную систему и фотоприемник, установленный в плоскости изображения (1).

Известен также оптический сумматор, содержащий десятичные матрицы сложения, две группы схем ИЛИ, схему управления, две комбинационные схемы, группу схем И, с которой выдается результат сложения (2).

Наиболее близким техническим решением к изобретению является оптический сумматор, содержащий оптические элементы ИЛИ, «Сложение по модулю два» и светоделители (3).

Недостатком известных оптических сумматоров является ограниченное быстродсйствие, обусловленнос задержкой сигналов при прохождении больших оптических путей.

Цель изобретения — увеличение быстродействия сумматора за счет уменьшения оптических путей.

Поставленная цель достигается тем, что в оптическом сумматоре входы первого, второго и третьего светоделителей являют1р ся соответственно первым, вторым и третьим входами сумматора, причем первый и второй выходы первого светоделителя оптически связаны соответственно с первым входом первого оптического элемента «Сло15 жение по модулю два» и с первым входом первого оптического элемента ИЛИ, выход которого связан с первым входом второго оптического элемента «Сложение по модулю два», первый и второй выходы второго светоделителя соответственно связаны с выходами четвертого и пятого светоделителей, а первый и второй выходы третьего светоделителя соответственно связаны с первым входом третьего оптического эле25 мента «Сложение по модулю два»и первым входом второго оптического элемента ИЛИ.

Первый и второй выходы четвертого светоделителя связаны соответственно с вторым входом первого оптического элемента зо ИЛИ и вторым входом второго оптпческо650076 го элемента «Сложение по модулю два».

Первый и второй выходы пятого светоделителя связаны соответственно с первым входом четвертого оптического элемснта

«Сложение по модулю два» и с вторым входом первого оптического элемента «Сложение по модулю два», выход которого оптически связан с входом шестого светоделителя, связанного первым и вторым выходами соответственно с вторыми входами третьего и четвертого оптических элементов «Сложение по модулю два», причем выход третьего оптического элемента «Сложение по модулю два» связан с входом седьмого светоделителя, первый выход которого является первым выходом сумматора, а второй выход связан с входом восьмого светоделителя, связанного первым выходом с вторым входом второго оптического элемента ИЛИ, выход которого связан с первым входом пятого оптического элемента «Сложение по модулю два», второй вход которого связан с вторым выхоIoM восьмого светоделителя, а выход — с

i ервым входом третьего оптического элемента ИЛИ, выход четвертого оптического элемента «Сложение по модулю два» связан с первым входом четвертого оптического элемента ИЛИ, второй вход которого является четвертым входом сумматора, а выход которого связан с одним входом шестого оптического элемента «Сложение по модулю два», связанного другим входом с выходом второго оптического элемента

«Сложение по модулю два», а выходом-с вт:;.:ил -;.;одом третьего < .": гпчсского:.лсмсцта ИЛИ, выход которого является вiuрым выходом сумматора.

На чертеже показана принципиальная схема предлагаемого оптпческого сумматор а

Схема содержит входы 1 — 4, светоделптели 5 — 12, оптические элементы ИЛИ

13---16, оптические элементы «Сложение по модулю два» 17 — 22, оптические каналы (волноводы) 23 — 46, связи между функциональными узлами сумматора, выход 47 суммы данного разряда и выход 48 переноса в следующий разряд.

Сумматор работает следующим образом.

Входные устройства ввода оптического излучения представляют собой призменные устройства и допускается применение устройств других типов. Светоделители 5 -12 представляют собой ветвящиеся волповоды. Элементы, реализующие «Сложение по модулю дв໠— стыкующиеся волноводы, длины плеч которых изготовлены с точностью до Х/2 (Х вЂ” длина волны) и обеспечивают необходим;ю для этой оп рации интерференцию мод, распространяющихся в волноводах в противофазе.

На входы 1 — 4 поступают слагаемые в виде импульсов когерентного монохроматпческого света (наличие импульса света есть единица, а cio отсутствие - — нуль), причем на входы 2 и 4 подается один и тот жс сигнал. Сигналом здесь и далее назы5 вается импульс монохроматического когерентного света. На вход 4 сигнал подается с некоторым опозданием, необходимым на прохождение светом волноводов и элементов по цепи элементов: 6, 31, 9, 33, 20, 36 и

10 6, 31, 9, 32, 17, 34, 10, 20, Зб. На вход 3 поступает перенос с предыдущего разряда.

С первого светоделителя 5 сигнал по волноводам 23 и 24 поступает на первый эле15 мент ИЛИ, первый элемент «Сложение по модулю два» 17. Сигнал с второго светоделителя б по волноводам 25 и 31 подается на четвертый и пятый светоделители 8 и 9.

Со светоделителя 8 сигнал по волноводам

20 26 и 28 проходит на первый элемент ИЛИ и второй элемент «Сложение по модулю два» 18. В элементе 13 реализуется операция ИЛИ. Получившийся сигнал по волноводу 27 направляется на элемент 18, где

26 путем интерференции с поступившим сюда в противофазе сигналом с волновода 28 реализуется операция «Сложение по модулю два».

Результирующий сигнал по волноводу 29 зо поступает на элемент 22. В это время в светоделителе 9 сигналы по волноводам 32 и 33 поступают на элементы «Сложение по модулю два» 17 и 20. В первом элементе

i7 реализуется операция «Суммы по моду3g лю два» (с сигналом, распространяющимся

1Io волповоду 24), и результат по во IHOBO,i, 34 поступает па шестой светоделитель

10, откуда по волповодам 35 и 38 он попадает на элементы 19 и 20. В элементе 20

-N реализуется операция «Сумма по модулю два». Результат сложения поступает па четвертый элемент ИЛИ 16.

Результирующий сигнал по волноводу 37 поступает на шестой элемент 22, где реали15 зуется операция «С.. ожение по модулю два» с сигиалом, поступающим по волноводу 29. Резульгат сложения Iio волноводу 30 поступает на третий элемент ИЛИ 15. В это время сигнал переноса с предыдущего

50 разряда через третий светоделитель 7 поступает в волноводы 39, 40, по которым попадает в элементы 19 и 14. В элементе 18 происходит сложение по модулю два с сигналом, поступившим по волноводу 38.

Результат этой операции по волноводу 41 поступает па седьмой светоделитель 11, с которого сигнал по волноводам 42 и 47 поступает соответственно на светоделитель

12 и выход суммы данного разряда, свяГ) заппый со считывающим устройством.

Светоделитель 12 связан волноводами43 и 44 с элементами 14 и 21, В элементе 14 реализуется операция ИЛИ с сигналом, пришедшим к элементу по волноводу 40.

65 1 езультат этой операции по волноводу 45

650076

Через волноводы 33, 36 tta элемент 16 поступает свет. Б элементе 16 реализ ется операция ИЛИ и получившийся сигнал по волноводу 37 поступает в элемент 22, прой5 дя через который свет по волноводу 30 поступает в элемент 15. В результате обработки в элементе 15 на втором выходе 48 появляется свет. В это время через светоделитель 7 по волноводам 39 н 40 свет по10 ступает в элементы !9 и 14. Та?с как но волнозоду 38 к элсменту 19 никаких сигналов не поступило, то исходный сигнал проходит к седьмому светоделнтелю 11, а с него поступает на первый выход 47 сум15 мы да?шого разряда и ?10 голповоду 42 ца светоделнтель 12, откуда по вол??оводам 44 и 43 подается в элементы 14 и 21. В элементе 14 реализуется операция ИЛИ, н свет по волноводу 45 подается в элемент

20 21, где сигналы «гасят» друг друга, н в элемент 15 никаких сигналов не поступает.

Так как по волноводу 30 к элементу 15 подается сигнал свет, то на вы. оде получается сигнал «свет», соответствующий еди25 нице. Возможные 7 ситуаций реализуются аналогично (см. таблицу) .

Перенос с предыдущего разряда

Перенос в следующий разряд

Сумма

Слагаемые

О

О

1

О

О

О

О

0

0

О

О

О

1

Время срабатывания сумматора опредсляется длиной L диэлектрических волноводов 30 т:

L (1)

С где С вЂ” скорость света в материале волноводов. 35

Согласно выражению (1) уменьшение времени срабатывания связано с уменьшением L, что само по себе является благоприятным обстоятельством.

Сумматор обладает хорошими временны- 40 ми характеристиками, так как может быть изготовлен методом интегральной опт???:??.

Формула изобретения

Оптический сумматор, содержащий опти- 45 ческие элементы ИЛИ, «Сложение по модулю два» и светоделители, о т л и ч апоступает в пятый элемент 21, снгн";.ë сложения в котором по волноводу 46 r1.анспортируется к третьему элементу ИЛИ 15.

Результат операции в этом элементе поступает в волновод 48 переноса, который является одновременно волноводом переноса с предыдущего разряда для следующего одноразрядного сумматора.

Рассмотрим ситуацию, когда на вход 1 подается единица, на входы 2, 3, 4 так>ке подается оптический сигнал. Сигнал «1» в светоделнтеле 5 разветвляется по волноводам 23 и 24 и поступает в элементы 13 и

17. К этим же элементам по волново.ta t

25, 26, 31 и 32 через светодслители 6, 8, 9 поступает сигнал с входа 2. В эл:-..менте 13 реализуется операция ИЛИ, и сигнал (единица) по световоду 27,поступает в элемент

18. В этот же элемент по волноводу 28 приходит единица, в результате операции во втором элементе «Сумма по модулю два»

18 сигналы «гасят» друг друга, т. е. на выходе сигнал отсутствует. В элементе 17 пришедшие сигналы «гасят» друг друга и по волноводам 34, 35 и 38 никаких сигналов не распространяется. ю шийся тем, что, с целью увеличения быстродействия сумматора за счет уменьшения оптических путей, в нем входы первого, второго и третьего светоделителей являются соответственно первым, вторым и третьим входами сумматора, причем первый и второй выходы первого светоделителя оптически связаны соответственно с первым входом первого оптического элемента

«Сложение по модулю два» и с первым входом первого оптического элемента ИЛИ, Bt têoä которого связан с первым входом второго оптического элемента «Сложение по модулю два», первый и второй выходы второго светоделителя соответственно связаны с выходами четвертого и пятого светоделителей, а первый и второй выходы третьего светоделителя соответственно связаны с первым входом третьего оптического элемента «Сложение по модулю два» и

650076

Редактор E. Караулова Техред А. Камышникова Корректоры: И. Позняковская и 3 Тарасова

Подписное

Тираж 779

Изд. № 171

Заказ 2710/9

Типография, пр. Сапунова, 2 первым входом второго оптического элемента ИЛИ, первый и второй выходы четвертого светоделителя связаны соответственно с вторым входом первого оптического элемента ИЛИ и с вторым входом второго оптического элемента «Сложение по модулю два», первый и второй выходы пятого светоделителя связаны соответственно с первым входом четвертого оптического элемента «Сложение по модулю два» и с 1р вторым входом первого оптического элемента «Сложение по модулю два», выход которого оптически связан с входом шестого светоделителя, связанного, первым и вторым выходами соответственно с вторыми 15 входами третьего и четвертого оптических элементов «Сложение по модулю два», причем выход третьего оптического элемента

«Сложение по модулю два» связан с входом седьмого светоделителя, первый выход которого является первым выходом сумматора, а второй выход связан с входом восьмого светоделителя, связанного первым выходом с вторым входом второго оптического элемента ИЛИ, выход которого связан с первым входом пятого оптического элемента «Сложение по модулю два», второй вход которого связан с вторым выходом восьмого светоделителя, а выход — с первым входом третьего оптического элемента ИЛИ, выход четвертого оптического элемента «Сложение по модулю два» связан с первым входом четвертого оптического элемента ИЛИ, второй вход которого является четвертым входом сумматора, а выход которого связан с одним входом шестого оптического элемента «Сложение по модулю два», связанного другим входом с выходом второго оптического элемента «Сложение по модулю два», а выходом — с вторым входом третьего оптического элемента

ИЛИ, выход которого является вторым выходом сумматора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 334537, кл. G 02 F 3/00, 1970.

2. Авторское свидетельство СССР

¹ 454550, кл. G 06 F 7/385, 1972.

3. Авторское свидетельство СССР № 427345, кл. G 06G 9/00, 1972.