Оптический сумматор

 

ОП ИКАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНMR

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

767?90

Союз Советских

Социалистических

Респубпик (6l ) Дополнительное к авт. сеид-ву (5l)M. Кл.

G 06 G 9/00, G 02 F 3/00 (22) Заявлено 25.04.77 (213 2481378/18 — 24 с присоединением заявки ¹

Гвсударстввииый квмитет

СССР во делам извврвтеиий и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 30.09.80, Бюллетень ¹ 36

Дата опубликования описания 30..09.80. (53) УД К681.3255 (088.8) Институт кибернетики АН Грузинской ССР

В. А. Рухадзе, В. В. Чавчанидзе, М. Н. Габуния и Г. М. Менагаришвили (72) Авторы изобретения (7l) Заявитель (54) ОПТИЧЕСКИЙ СУММАТОР

Изобретение относится к вычислительной технике и предназначено для применения в оптических вычислительных устройствах.

Известны сумматоры оптических сигналов.

Один из известных сумматоров содержит оптический интерферометр, на входе которого расположена расширяющая система для преобразования световых картин в квадратную матрицу в виде, например, цилиндрического объектива, после которого по каналам, соответствую10 щим слагаемым, расположены система ромбических призм с последовательно уменьшающейся высотой, число которых на едйницу меньше модуля суммирования, и призма Довэ, причем выходы каналов слагаемых связаны с входа15, ми интерференционного смесителя, за которым размещена сужающая система )1).

Другое известное устройство содержит амплитудный разделитель пучка, на пути одной части которого установлены элемент задержки и коллиматор, а на пути второй части пучка— отражающий элемент и коллиматор, а также лолуволновую пластину, зеркальную систему и. приемник реэервнрующей картины, установлен-

2 ной в плоскости изображения, причем на лути первого пучка между коллиматором и приемником результирующей картины размещена одна из картин с исходной:информацией, а на пути второго пучка — полуволновая пластина, другая картйна с нсходнон информацией и зеркальная система (2).

Наиболее близким техническим решением к изобретению является оптический сумматор, содержащий расщепители светового пучка, элементы ИЛИ, сумматоры по модулю два и отражающие элементы )3), К недостаткам известных оптических сумматоров относятся .низкая надежность, обусловленная их сложностью, и наличие существенных оптических потерь из-за протяженных оптических связей, 11ель изобретения — уменьшение оптических потерь и увеличение надежности сумматора.

Поставленная цель достигается тем, что оптический сумматор дополнительно содержит фазосдвигающие пластины, совмещающие элементы просветляющие фильтры и пару оптических клиньев, каждый из которых установ выход сумматора младшего и старшего разряда соответственно.

На входы Х1, Х,Ч„,>г 27, 28 поступают когерентные параллсльныс световые импульсы с одинаковой длительностью. Информационные сигналы Х1, Х g<, Уг представляют собой комбинации светлых и темных полей. Светлые поля соответствуют наличию света (сигнал

"1"), темные — его отсутствию (сигнал "0") .

1О Каждый сигнал Х, Х,Ч.1, g независимо друг от друга представляет самостоятельный I канал информации. Интенсивность 4 каждого информационного светового сигнала равна единице, а интенсивность световых импульсов, постоянно поступающих на входы 27 и 28, равна величине 0,073125.

Первый расщепитель 3 светового пучка имеет энергетический коэффициент отражения

2/3, а прозрачность — 1/3, второй расщепитель

4 светового пучка — энергетический коэффициент отражения 1/3 и прозрачность 2/3.

-Светодельные слои остальных элементов одинаковы и каждый из них делит световой пучок на равные по интенсивности пучки.

Работа оптического сумматора основана на известном эффекте насыщения, состоящем в уменьшении интенсивности спектральной линии (поглощения или вынужденного излучения) при увеличении мощности падающего на вещестЗр во внешнего резонансного электромагнитного излучения.

Просветляющие фильтры 22 — 25 с пороговыми мощностями Pgg=0,51, Р .ь=1,359375 ),, Р 4=Рг 0,0468753 подбйраются.

Сдвиги фаз светового импульса обозначим: . после отражения от светоделительного слоя, делящего световой пучок на равные по интенсивности пучки, -* и после прохождения через него — P, после отражения от светоде4 лительиого слоя расщепительной призмы 3— и после прохождения через него — )Ъ, после отражения от светоделительного слоя расщепительной призмы 4 — а 1, а после прохождения через него — 4, после прохождения

4 через просветляющие фильтры 22 — 25

1, г4, фг, после прохождения через фаэосдвигающие пластины 19 и 20 — 94,, Первая пластина 16 сдвигает фазу на

= -р + вЂ, вторая пластина 17 — на

7С

4 2

4 2 ,(р, + К, а третья пластина 18 — на („

= гг+ — +А., — d. .

3 767 лен между соответствующими информационными входами сумматора и входами соответствующего расщепителя светового пучка, первый выход первого из которых через первый от- ражающий элемент и первую фазосдвигающую пластину связан с первым входом первого элемента ИЛИ. Первый выход второго расщепителя светового пучка через второй отражающий элемент и вторую фазосдвигающую пластину связан с первым входом второго элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с вторым выходом первого расщепителя светового пучка, а второй выход второго расщепителя светового пучка — с вторым входом перво.

О го элемента ИЛИ, выход которого через третью фазосдвигающую пластину соединен с первым входом первого сумматора по модулю два, связанного вторым входом через первый просветляющий,фильтр с выходом второго элемента ИЛИ. Первый выход первого сумматора по моду лю два через последовательно установленные второй просветляющий фильтр, четвертую фазоедвигающую пластину и третий отражающий элемент подключен к первому входу третьего элемента ИЛИ, выход которого через четвертый . и пятый отражающие элементы связан с одним входом совмещающего элемента, другой вход которого через пятую фазосдвигающую пластину соединен с тактовым входом сумматора.

Выход совмещающего элемента через третий. просветляющий фильтр связан с первым Входом второго сумматора по модулю два, который вторым входом соединен с вторым выходом первого сумматора по модулю два, первым выходом через четвертый просветляющий фильтр и шестую фазосдвигающую пластину с вторым входом третьего элемента ИЛИ, а . вторым выходом — с выходом сумматора.

Особенностью сумматора является то, что в нем совмещающий элемент, расщепители светового лучка, элементы ИЛИ и сумматор по модулю два выполнены каждый в виде соединенных между собой двух трехгранных оптических призм, между которыми расположен светоделительйый слой.

На чертеже представлена принципиальная схема оптического сумматора.

Она содержит оптические клинья 1, 2, первь1й и второй расщепители светового пучка— расщепительные призмы 3 и 4> совмещающий элемент 5, первый и второй сумматоры по модулю два — суммирующие призмы 6 и 7, первый 8, второй 9 и третий 10 элементы ИЛИ, отражающие элементы — призмы 11 — 15, фазосдвигающие пластины 16 — 21, просветляющие

55 фильтры 22-25, светопоглощающий экран 26.

Позициями 27 и 28 на чертеже обозначены тактовый вход сумматора младшего и старше го разряда соответственно, позициями 29 и 30—

790 4

Сумма сдвигов фаз фг + 7„9 равна сумме сдвигов фаз ; .4 + Ч 2оТак как при симметричном обрамлении свето. делительного слоя разность фаз с(.и- „ между прошедшими и отраженными пучками

767790 света равна величине + Ж., то положим, и )С что д,»,- }?> .—, где у — любое натураль2 ное число.

В оптических клиньях 1, 2 каждый информа- 5 ционный световой импульс старшего разряда сдвигается по фазе относительно младшего разряда на величину + Е, где Ч вЂ” абсолютный сдвиг фазы на ломаной линни<®С(3@О

Устройство работает следующим образом. 10

При отсутствии световых сигналов Y Xy. постоянно поступающие световые импульсы проходят через совмещающий элемент 5 и. поглощаются третьим просветляющим фильт- 15 ром 24. На выходах 29 и 30.сумматора будут отсутствовать световые сигналы. При наличии только светового сигнала 1(,1 пу1ок света, пройдя через первый оптический клин 1, делится расшепительной призмой 3 на два пучка. 20

Часть пучка проходит через элемент ИЛИ 9 и поглощается первым просветляющим фильтром

22, а часть пучка проходит через первую отражательную призму 11, первую пластину 16, первый элемент ИЛИ 8, третью пластину 18 25 и делится первой суммирующей призмой 6 на два пучка. Часть пучка поглощается вторым просветляющим» фильтрам 23; а часть, пройдя вторую суммирующую призму 7, распространя- ется с фазой $4+2/+3.+Q«+$1Q . 30

При наличии только светового сигнала пучок света, пройдя через второй оптический клин .2, делится второй расщепительной призмой 4 на два пучка, Часть пучка проходит через вторую отражающую призму 12, вторую пластину 17, второй элемент ИЛИ 9 и поглощается первым просветляющим фильтром 22, а часть проходит через первый элемент ИЛИ 8, пластину 18, суммирующие призмы 6 и 7 и распространяется в направлении выхода 29, 40.

30 сумматора с фазой ,+ г . „,+ =,+ч" + „,"„,.

При наличии только световых сигналов )(.1, отраженные от светоделительного слоя пер- 45 вой расщепительной призмы 3 и прошедшие через светоделительный слой призмы 4 пучки света совмещаются в элементе ИЛИ 9 и складываются в направлении выхода 29, 30 сумма- тора, в соответствии с формулой 50

+ J -2 J J сО58!

2 1 .Х

55 где "J 72 — интенсивности совмещенных свето1 вых сигналов;

К вЂ” разность фаз между световымй сигналами.

Если подставить числовые величины в эту формулу, то получим результирующую интен-. сивность, превышающую единицу, т.е.

Так как мощность результирующего светового сигнала выше пороговой мощности первого просветляющего фильтра 22, то, пройдя через него, пучок света входит в первую суммирующую призму 6 с интенсивностью 0,75 ;

Прошедшие через светоделительный слой призмы 3 и отражейные от светоделнтельного слоя призмы 4 пучки света совмещаются в элементе ИЛИ 8, складываются в направлении. суммирующей призмы 6 и, пройдя через третью пластину 18, с результирующей интенсивностью

3= О,IS) пучок входит в первую суммирующую призму 6, где результирующие световые пучки совмещаются. Совмещенные в направлении выхода 29, 30 сумматора пучки f àñÿòñÿ, т.е. 3 = О, а в сторону второго просветляющего фильтра 23 — складываются, т.e. 3 1,5 °

Результирующий световой сигнал проходит через второй просветляющий фильтр 23, пластину 19, отражающую призму 13, элемент

ИЛИ 10, призмы 14 и 15, ослабляясь по интенсивности в совмещающем элементе 5 складывается с постоянно лоступа ощим на вход

27; 28 световым импульсом (нулевая разность фаэ между взаимодействующими импульсами достигается пятой пластиной 20), проходит через третий просветляющий фильтр 24 и делится на два пучка светоделительным слоем вто- рой суммирующей призмы 7. Отраженный световой пучок от светоделительного слоя суммирующей призмы 7 распространяется в направлении вьгхода 29, 30 сумматора с фазой 54 + 6 .2Р . + +++

При наличии только световых сигналов

Wq,X2ô,ñâåò0âîé импУльс Хя, пРойдЯ чеРез оптйческий клин 1, делится призмой 3 на два пучка. Отраженный от светоделительного слоя призмы 3 пучок проходит элемент ИЛИ 9 и поглощается просветляющйм фильтром 22, а прошедший через светоделительный слой пучок проходит через отражающую призму 11, пластину 16, элемент ИЛИ 8 пластину 18 и делится на два .пучка светоделительным слоем суммирующей призмы 6. Прошедший через светоделительный слой пучок поглощается вторым фильтром 23, а отраженный от светоделительного слоя суммирующей призмы 6 пучок делится на два пучка светоделительным слоем второй суммирующей призмы 7. Прошедший через светоделительный слой пучок света с фазой Ч 1» E+ $4 + 9q6 + 2. jb+ф 0+ в направлении выхода 29, 30 сумматора, взаи767790 . модействуя с отраженным от этого слоя результирующим пучком света информационных сигналов X,g< гасится, т.е. 3 = О, а в направлении третьего просветляющего фильтра

24 пучки усиливаются, так что 3=0,18753 и, распространяясь по ломаной линии Q Ь С °

° Д Е Онучки готовы взаимодействовать со следующим разрядом, Исходя из этого оптический сумматор осуществляет операцию

< Х„оо Ol 00 01

00 00 01 Ol Ol

2, Е 00 01 01 10 00 представляющую собой логическую функцию

"сумма".

Формула изобретения

Оптический сумматор, содержащий расщепители светового пучка, элементы ИЛИ, сумматоры по модулю два и отражающие элементы, . отличающийся тем,что,сцелью уменьшения оптических потерь и увеличейия надежности сумматора, он дополнительно содержит фазосдвигающие пластины,. совмещающие элементы, просветляющие фильтры и пару оптическйх клиньев, каждый из которых устаповлен между соответствующими информационными.входами сумматора и входами соответствующего расшепителя светового пучка, первый выход первого из которых через первый от. ражающий элемент и первую. фазосдвигающую пластину связай c первым входом первого элемента ИЛИ, первыи выход второго расщепителя светового пучка через второй отражающий.

Элемент и вторую фазосдвигающую пластину связан с первым входом второго элемента

ИЛИ, второй вход которого связан с вторым выходом первого расшепителя светового пучка, а второй выход второго расщепителя светового пучка связан с вторым входом первого элемента ИЛИ, выход которого через третью фазосдвигающую пластину связан с первым входом первого сумматора по модулю два, связанного вторым входом через первый

10 просветляющий фильтр с выходом второго элемента ИЛИ, первый выход первого сумматора по модулю два через последовательно установленные второй просветляющий фильтр, четвертую фазосдвигаюшую пластину и третий отражающий элемент связан с первым входом третьего элемента ИЛИ, выход которого через четвертый и пятый отражающие элементы свя зан с одним входом совмещающего элемента, другой вход которого через пятую фазосдвигающую пластину связан с тактовым входом сумматора, причем выход совмещающего элемента через третий просветляющий фильтр связан с первым входом второго сумматора по модулю два, который вторым входом связан со вторым выходом первого сумматора по модулю два, первым выходом — через четвертый просветляющий фильтр и шестую фазосдвигающую пластину с вторым входом третьего элемента ИЛИ, а вторым выходом— с выходом сумматора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Авторское свидетельство СССР Р 269606, кл, G 06 F 7/50, 1969.

2. Авторское свидетельство СССР N 334537, кл. G 02 F 3/00, 1970.

3. Авторское свидетельство СССР И 427645, 40 кл. 6 06 G 9/00, G 02 F 3/00, 1972 (прототьщ).

767790 кт д N

Составитель Ю, Козлов

Техред А. Ач

Корректор М. Демчик

Редактор И.. Грузова

Заказ 7197/46

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Тираж 751 Подписное

ВНИИПИ Государственного коМитета СССР по делам изобретений.и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5"