оптическое вычислительное устройство

Формула изобретения

ОПТИЧЕСКОЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее источник излучения, два вычислительных транспаранта, оптические разветвители и оптические усилители, причем выходы оптических усилителей соединены с входами соответствующих оптических разветвителей первой группы, отличающееся тем, что выходы оптических разветвителей первой группы соединены с входами соответствующих столбцов первого вычислительного транспаранта, выходы строк которого соединены с входами соответствующих оптических разветвителей второй группы, соединенных с соответствующими выходами устройства и с входами соответствующих строк второго вычислительного транспаранта, выходы столбцов которого соединены с входами соответствующих оптических разветвителей третьей группы, выходы которых соединены с входами соответствующих оптических усилителей, выход источника излучения подключен к входу первого оптического разветвителя первой группы, при этом второй вычислительный транспарант выполнен управляемым.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к специализированной вычислительной технике и может быть использовано в оптических вычислительных машинах при решении интегродифференциальных уравнений в частных производных (ИДУЧП).

Известны оптические вычислительные устройства, позволяющие сформировать решение дифференциального параболического уравнения не только в замедленном [1], но и в реальном масштабе времени [2]. Недостатком данных устройств является отсутствие возможности формирования решения уравнений в частных производных более общего вида, в частности интегродифференциальных уравнений типа Колмагорова-Феллера.

Наиболее близким по техническому исполнению к предложенному устройству является оптическое вычислительное устройство [2], содержащее два вычислительных транспаранта, группу оптических усилителей, оптические усилители и оптические разветвители. Недостатком данного устройства является отсутствие возможности решения ИДУЧП.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства за счет решения ИДУЧП типа Колмагорова-Феллера.

Цель достигается тем, что выход источника излучения подключен к входу входного оптического разветвителя, объединенного по выходу с N разветвлениями первого ответвления группы оптических ответвителей, входы которых оптически связаны с выходами группы оптических усилителей, а выходы разветвляются на N ответвлений, выходы которых подключены к столбцам входного неуправляемого транспаранта, выходы каждой строки которого подключены к входам N объединенных ответвлений группы оптических ответвителей, выходы которых за счет разветвителей подключены к строкам управляемого транспаранта, а ответвления от данной группы ответвителей образуют выход устройства. Решение уравнения вида

= - [a(,t)p(,t)]+ [b(,t)p(,t)]+

+p(S, t)U(S,,t)dS-q(,t)p(,t); p( , t_o) = p_o

для любого заданного момента времени t может быть получено путем итеративной процедуры

p_i(,t)=(-x)(y,x,t)p_i-1(y,t)dydx;

(1)

p_o(y,t) = p_o, где p_i( ,t)=p( _i ,t);

c(y,x,t) - известная функция.

На чертеже представлена функциональная схема устройства.

Устройство содержит источник 1 излучения, три группы оптических разветвителей 2₁, 2₂, 2₃, неуправляемый матричный вычислительный транспарант 3, матричный управляемый вычислительный транспарант 4, группу оптических усилителей (ОУ)5.

Для удобства последующего описания на чертеже введена условная система координат OXZY( ).

Выход источника 1 излучения подключен к входу первого оптического разветвителя 2₁, N выходов которого подключены к входам первого столбца транспаранта 3, двумерная функция пропускания которого пропорциональна р_о( -х). Количество строк и столбцов (N) транспаранта 3 определяется числом интервалов дискретизации аргументов х, , т.е. требуемой точностью представления функции р_о( -х). Выходы каждой строки транспаранта 3 подключены к входам N объединенных разветвлений соответствующего световода 2₂, имеющего ответвление, соединенное с выходом устройства, и N разветвляющих выходов, которые подключены к входам аналогичной строки транспаранта 4. Двумерная функция пропускания управляемого транспаранта 4 пропорциональна с(х,у, t), где t - значение момента времени, для которого определяется р( ,t). Так как данная функция пропускания в течение всего итеративного процесса решения (от момента запуска источника 1 излучения до формирования искомого решения) остается неизменной, то вместо управляемого транспаранта 4 может быть использован набор заменяемых неуправляемых транспарантов - каждый со своей функцией пропускания с(х,у,t), заданной для конкретного момента t. Выходы каждого столбца транспаранта 4 оптически связаны с входами N разветвлений, объединенных далее в соответствующий разветвитель 2₃, выход которого подключен к входу соответствующего ОУ 5. Выходы группы ОУ 5 подключены к входам соответствующих разветвителей 2₁, выходы которых подключены к входам соответствующего столбца транспаранта 3.

Устройство работает следующим образом.

По включении источника 1 излучения на его выходе формируется импульсный световой поток интенсивности 2N²усл. единиц, который поступает далее на вход первого разветвителя 2₁. Разветвляясь на выходе на N потоков, оптический сигнал поступает на входы первого столбца транспаранта 3, формируя на его выходе световой поток с интенсивностью, пропорциональной 2Nр_о( ) (по оси 0 ). Данный световой поток по разветвителям 2₂ поступает на выход устройства и на входы транспаранта 4, разветвляясь по оси ОХ на N потоков. На выходе транспаранта 4 формируется световой поток с интенсивностью, пропорциональной р_о(у) с(х,у,t), где t - конкретный момент времени, для которого организована процедура (1). В волокнах разветвителей 2₃ осуществляется интегрирование интенсивности данного потока и световой поток с интенсивностью по оси OX,

p_o(y)C(x, y, t)dy, через ОУ 5 поступает на входы транспаранта 3, разветвляясь при этом на N потоков по оси ОУ. Для компенсации потерь светового потока в раз и уменьшении его в N² раз при разветвлении на входах транспарантов 3, 4 коэффициенты усиления ОУ выбираются пропорциональными 2N³ . На выходе транспаранта 3 формируется световой поток с интенсивностью

2Np_o(-x)p_o(y)C(x, y, t)dy, который интегрируется по оси ОХ за счет объединения волокон группы разветвителей 2₂, образуя тем самым световой поток с интенсивностью по оси ОУ ( ), пропорциональной 2Np₁( ,t) - первой итерации процедуры (1). Данный световой поток поступает через ответвления группы разветвителей 22, разделяясь на два, на выход устройства, и, разделяясь на N, на вход транспаранта 4, начиная тем самым формирование второй итерации р₂( ,t). Процесс формирования р₂( ,t) при этом полностью аналогичен вышеизложенному процессу формирования р₁( ,t). По окончании итеративной процедуры на выходе устройства формируется решение искомого уравнения для заданного момента времени - р( ,t).