оптическое устройство для определения максимального сигнала

Формула изобретения

Оптическое устройство для определения максимального сигнала, содержащее два оптических Y-разветвителя и оптический волновод, отличающееся тем, что в него введены источник когерентного излучения, входной оптический разветвитель с тремя оптическими разветвлениями, три оптических модулятора, три фотоприемника, третий оптический Y-разветвитель и фазовый модулятор, выход источника когерентного излучения подключен к входу входного оптического разветвителя, выходы оптических разветвлений которого подключены к информационным входам оптических модуляторов, управляющий вход первого оптического модулятора соединен с выходом первого фотоприемника, вход которого является входом устройства, управляющий вход второго оптического модулятора соединен с выходом второго фотоприемника, а выходы первого и второго оптических модуляторов подключены к входам первого и второго оптических Y-разветвителей соответственно, выходы вторых оптических разветвлений которых подключены непосредственно у первого оптического Y-разветвителя и через фазовый модулятор у второго оптического Y-разветвителя - к входу третьего фотоприемника, выход которого подключен к управляющему входу третьего оптического модулятора, выход которого подключен к входу оптического волновода, объединенного по выходу с первыми оптическими разветвлениями первого и второго оптических Y-разветвителей и подключенного по выходу к входу третьего оптического Y-разветвителя, выход второго оптического разветвления которого подключен к входу второго фотоприемника, а выход первого является выходом устройства.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к оптической вычислительной технике и может быть использовано в оптических вычислительных машинах и нейросетях при определении оптического сигнала с максимальной амплитудой в последовательности оптических импульсов.

Известны электронные устройства, позволяющие осуществлять выбор максимального сигнала из импульсной последовательности путем перебора [авт. св. N 1196897, СССР, 1985, авт. св. N 1290295, СССР, 1987]. Недостатками данных устройств являются низкое быстродействие, большая сложность, а также отсутствие возможности выбора максимального сигнала из последовательности оптических импульсов. Наиболее близким по техническому решению к предложенному устройству является оптический компаратор [Патент N 2020551, РФ, 1994], содержащий два оптических Y-разветвителя и оптический волновод. Недостатком данного устройства является отсутствие возможности выбора максимального оптического сигнала из двух сравниваемых при сравнении оптических сигналов, образующих импульсную последовательность.

Заявленное изобретение направлено на решение задачи определения оптического сигнала с максимальной амплитудой в последовательности оптических импульсов.

Поставленная задача возникает при разработке и создании специализированных оптических процессорных схем, оптических нейрокомпьютеров и т.д.

Сущность изобретения состоит в том, что в него введены источник когерентного излучения, входной оптический разветвитель с тремя оптическими разветвлениями, три оптических модулятора, три фотоприемника, оптический Y-разветвитель и фазовый модулятор, выход источника когерентного излучения подключен ко входу входного оптического разветвителя, выходы оптических разветвлений которого подключены к информационным входам оптических модуляторов, управляющий вход первого оптического модулятора соединен с выходом первого фотоприемника, вход которого является входом устройства, управляющий вход второго оптического модулятора соединен с выходом второго фотоприемника, а выходы первого и второго оптических модуляторов подключены ко входам первого и второго оптических Y-разветвителей, соответственно, выходы вторых оптических разветвлений которых подключены непосредственно у первого оптического Y-разветвителя, и через фазовый модулятор у второго оптического Y-разветвителя, ко входу третьего фотоприемника, выход которого подключен к управляющему входу третьего оптического модулятора, выход которого подключен ко входу оптического волновода, объединенного по выходу с первыми оптическими разветвлениями первого и второго оптических Y-разветвителей и подключенного по выходу ко входу третьего оптического Y-разветвителя, выход второго оптического разветвления которого подключен ко входу второго фотоприемника, а выход первого является выходом устройства.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображена функциональная схема оптического устройства для определения максимального сигнала.

Устройство содержит источник когерентного излучения 1, входной оптический разветвитель 2, содержащий три оптических разветвления 2₁ - 2₃; три оптических модулятора 3₁ - 3₃, три фотоприемника 4₁ - 4₃, три оптических Y-разветвителя 5₁ - 5₃, фазовый модулятор 6, оптический волновод 7.

Выход источника излучения 1 подключен ко входу входного оптического разветвителя 2, выход первого оптического разветвления 2₁ которого подключен к информационному входу первого оптического модулятора 3₁, управляющий вход которого соединен с выходом первого фотоприемника 4₁, вход которого является входом устройства. Выход второго оптического разветвления 2₂ подключен к информационному входу второго оптического модулятора 3₂, выход третьего оптического разветвления 2₃ к информационному входу третьего оптического модулятора 3₃. Выходы оптических модуляторов 3₁, 3₂ подключены ко входам первого и второго оптических Y-разветвителей 5₁, 5₂, соответственно, выход оптического модулятора 3₃ - ко входу оптического волновода 7. Первые оптические разветвления оптических Y-разветвителей 5₁, 5₂ и оптический волновод 7 объединены по выходу и подключены ко входу третьего оптического Y-разветвителя 5₃. Выход второго оптического разветвления первого оптического Y-разветвителя 51 оптически связан со входом третьего фотоприемника 4₃. Выход второго оптического разветвления второго оптического Y-разветвителя 5₂ подключен ко входу фазового модулятора 6, выход которого оптически связан со входом третьего фотоприемника 4₃, выход которого подключен к управляющему входу третьего оптического модулятора 3₃. Выход второго оптического разветвления третьего оптического Y-разветвителя 5₃ оптически связан со входом второго фотоприемника 4₂, выход которого подключен к управляющему входу второго оптического модулятора 3₂, а выход первого оптического разветвления оптического Y-разветвителя 5₃ является выходом устройства.

Устройство работает следующим образом. Когерентный оптический поток с выхода источника излучения 1 поступает на вход входного оптического разветвителя 2, где за счет конструктивного исполнения оптических разветвлений 2₁ - 2₃ разветвляется на оптические потоки с равными единичными интенсивностями, поступающие соответственно на информационные входы оптических модуляторов 3₁, 3₂ и 3₃. В начальный момент работы устройства сигналы на управляющих входах оптических модуляторов 3₁ - 3₃ отсутствуют, поэтому интенсивности оптических потоков на входах оптических Y-разветвителей 5₁, 5₂ и оптического волновода 7 равны 0. Входной оптический сигнал устройства с амплитудой x (интенсивностью x²), поступающий на вход фотоприемника 4₁ (выходной сигнал которого поступает далее на управляющий вход оптического модулятора 3₁), обеспечивает формирование оптического потока с интенсивностью x² на входе оптического Y-разветвителя 5₁. Данный оптический поток, разветвляясь в оптическом Y-разветвителе 5₁ на два потока с равной интенсивностью 1/2x² поступает на вход оптического Y-разветвителя 5₃ и на вход фотоприемника 4₃. На вход фотоприемника 43 поступает также оптический сигнал с выхода фазового модулятора 6 (фазовый модулятор 6 обеспечивает постоянный сдвиг фазы оптического когерентного сигнала на и может быть выполнен, например, в виде оптически прозрачной пластины заданной толщины). Так как фазы когерентных оптических сигналов на входе фотоприемника 4₃ сдвинуты на , то в результате интерференции на выходе фотоприемника 4₃ формируется сигнал, пропорциональный интенсивности разностного оптического сигнала с амплитудой , где Y-амплитуда оптического сигнала на выходе оптического модулятора 3₂. Данный сигнал, поступая на управляющий вход оптического модулятора 3₃, формирует на его выходе оптический сигнал с интенсивностью 1/2(x-y)² (амплитудой , поступающий по оптическому волноводу 7 на вход оптического Y-разветвителя 5₃. Одновременно на вход оптического Y-разветвителя поступают оптические сигналы с выходов первых оптических разветвлений оптических Y-разветвителей - 5₁ (с амплитудой и 5₂ (с амплитудой )(синхронность поступления регулируется оптической длиной оптических разветвлений).

За счет объединения указанных оптических когерентных потоков в оптическом Y-разветвителе 5₃ формируется оптический сигнал с амплитудой , который разветвляется далее на два оптических потока равной интенсивности , поступающие на вход фотоприемника 4₂ и выход устройства - на выходе устройства формируется оптический сигнал с амплитудой [Волгин Л.И., Левин В.И. Непрерывная логика. Теория и применения. Таллинн: АН Эстонии, 1990б 210 с.]. Таким образом, на выходе устройства формируется сигнал с искомой амплитудой, равной максимальной из сравниваемых.

Продолжение процесса выбора максимального сигнала (амплитуды оптического сигнала) из последовательности оптических сигналов, поступающих с периодом T (равным времени прохождения сигнала по тракту "" вход устройства (фотоприемника 4₁)-вход фотоприемника 4""₂), происходит в результате поступления оптического сигнала с интенсивностью 1/2X^*2 по второму оптическому разветвлению оптического Y-разветвителя 5₃ на вход фотоприемника 4₂. Сигнал с выхода фотоприемника 4₂, пропорциональный 1/2X^*2, поступает на управляющий вход оптического модулятора 3₂, формируя на его выходе оптический сигнал с новой интенсивностью Y² : Y² = 1/2X^*2 (Так как на первом шаге работы устройства Y = 0, то в результате первого сравнения Y = X, X - амплитуда первого оптического импульса). Далее данный оптический сигнал сравнивается по амплитуде с очередным оптическим сигналом, поступившим на вход устройства, аналогично вышеизложенному. Таким образом, по окончании поступления последовательности оптических импульсов на вход устройства на его выходе формируется оптический сигнал с максимальной амплитудой в данной последовательности.