Оптическое логическое устройство на основе интерферометра майкельсона

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советски к Социалистических Республик(11) 49794 61) Дополнительное к авт 22) Заявлено 1107.74 (21) 2 51) М. Кл.С 02 Р 3/О (3 Об Ь 9/О н 03 К 19/ 3962/26 присоединением заявки Я3) Приоритет ЩйфВТВЭИВИ 1 ВОВИТЭТСтТВ МтИ(тттат 6 ВВф Зеив Взе 49 изиЮИа этамтай(54) ОПТИЧЕСКОЕ ЛОГИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВ НА 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 спекта шумов, а также для реализации логиеских операций И, ИЛИ, комбинационных пераций (ИЛИ-НЕ, ИЛИ-Й-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, 1 я физика плазмы, аэродинамика и др., например амплитудные модуляторы на основе интерферометра Майкельсона.Прототипом данного изобретения выбран интерферометр Майкельсона для из- я 0 мерения плотности электронов, содержащий оптический квантовый генератор, два глухих и одно полупрозрачное зеркало; в одно плечо интерферометра введен электрооптический кристалл, д 1 обладающий эффектом Поккельса и выполняющий роль модулятора, оптическая Ьсь которого параллельна направлению колебаний электрического векторалуча ОКГ; на выходе интерферометра 30 оприемник, усили нала и регистрир установлены фот тель переменного сиг ующее устройство.В различных областях техники (воптике,.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 фпо отношению к направлению поляризации луча, и Р ч о Всесоюзный научно-исследовательский институтфизико-технических и радиотехнических измеренна: А +,йь 3 / 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 ф по отношению к направлению поляризации луча лазера. Совокупность указанных оптических элементов и выбранная ориентация их оптических осей 10 по отношению к направлению поляриза-. ции 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 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, 25 электрооптические кристаллы 5 и б, Фазовые пластинки в7 и 8, фотопридемник 9, усилитель 10 переменного сигнала и регистрирующее устройство 11.Принцип работы предлагаемого уст- З 0 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 -У 1,луч стано 40 вится эллиптически поляризованным и его волновая функция описывается уравнением:(5 тг (М 1+ 11 + дф 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 У 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 -Р 1 при чем большие оси эллипсов взаимно пер. пендикулярны .и сдвинуты по фазе на 65 угол Р Волновые функции лучей описываются уравнениями:Ьа,= - /М, С С+Р,1+сйп(цС У.,.А2 /ью(ш+У)+им со 1+ ц + )р,Освещеиность фотоумножителя равПоскольку при небольших напряжЕ" ноях Можно в первом приближении при" нять ьп 3, - В, и ы В 2 = В ) переменный сигнал, который усиливается усилителем 10 и регистрируется уст-, ройством 11, пропорционален произведе-. нию напряжений Еи 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 б постоянное напряжение, которое вызывает фазовый сдвиг между лучами, а на входе интерферометра устанавливая вместо кристалла 5несколько приемных кристаллов. Сигнална выходе усилителя имеет место приналичии сигнала хотя бы на одном приемном кристалле. Кристалл б можно вэтом случае заменить двоякопреломляющим веществом, например кварцевойпластинкой со срезом, параллельнымоптическойоси. Используя полярностьсигнала на выходе усилителя, можноосуществить операцию ИЛИ - НЕ, в этомслучае на выходе усилителя сигналимеет место, если ни на одном из прием"ных кристаллов, установленных на входе интерферометра, нет сигнала. Еслизаменить кристаллы 5 и б двумя груп"пами кристаллов, то схема позволяетосуществить логическое умножениедвух параллельных операций типа ИЛИ.В этом случае сигнал на выходе усилителя имеет место при наличии сигналовхотя бы на одном из кристаллов вкаждой 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 осуще"ствить инверсию к любой логическойоперации. Группированием приемных кристаллов при добавлении дополнительныхплеч интерферометра.можно на базепредлагаемого устройства осуществить497942 Формула изобретенияОптическое 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 четвертьволновая 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. произвольную комбинационную логическуюоперацию. Устройство может быть такжеприменено для моделирования процессов,представленных в виде алгебраическихвыражений, для автоматизации решенияуравнений степени и, где и - любое5целое положительное число, причемпоказатель и определяет количествоплеч интерферометра. 10 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 15 20 В случае применения данного устройства в качестве оптического коррелятора регистрирующим устройством является интегратор. фиг. 1 Решетниковка . КорректорА. Власенко Составител Техред Н.Б Редактор ков каз 2863/3ЦНИИПИ Государственногпо делам113035 Москва, ЖТираж 621 о комитета изобретени 5 Раушска Подписноеовета Министров СССР и открытийнаб. д, 45 лиал ППП Патент, г. Ужгород, ул, Проектная