Оптический сумматор

Союз Советских Социалистических Республик(51) Ц исоединснием заявкисударственный комитет СССР(088.8) по делам нзобретени н открытийлетень5) Дат публикования описания 28.02.79 2) Авторы изобретени(54) ОПТИЧЕСК МАТО кои сигналов тических пучение быстро- меньшения 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 све товых пучка равной интенсивности, на пути одного пучка расположены устройство задержки и коллиматор, на пути другого - отражающее зеркало и коллиматор, атакже полуволновую пластину, зеркальную 15 систему и фотоприемник, установленный в плоскости изображения 11.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 быстродей- зп ковенко и А. Э. Розенсонрственный университет ствие, обусловленнос задертри прохождении большихтей.Цель изобретения - увеействия с ммато а за сче лид У Р т уоптических путей.Поставленная цель достигается тем, что в оптическом сумматоре 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, 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 элемента Сложение по модулю дваи первым входом второго оптического элемента ИЛИ. Первый и второй выходы четвертого светоделителя связаны соответственно с вторым входом первого оптического элемента ИЛИ и вторым входом второго оптпческого 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 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 в; 1 п:,.л .-одом третьего о.",пиеского:,лсмснта ИЛИ, выход которого является вгорым выходом сумматора.На чертеже показана принципиальная схема предлагаемого оптпческого сумматор аСхема содержит входы 1 - 4, светоделцтели 5 - 12, оптические элементы ИЛИ 1316, 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 два - стыкующиеся волноводы, длины плеч которых изготовлены с точностью до Х,2 (Х - длина волны) и обеспечиваот необходим;ю для этой операции интерференцию мод, распространяющихся в волноводах в противофазе.На входы 1 - 4 поступают слагаемые в виде импульсов когерентного монохроматпческого света (наличие импульса светаесть единица, а сго отсутствие . - нуль),причем на входы 2 и 4 подается один и тотжс сигнал. Сигналом здесь и далее назы 5 вается импульс монохром атического когерентного света. На вход 4 сигнал подаетсяс некоторым опозданием, необходимым напрохождение светом волноводов и элементов по цепи элементов: 6, 31, 9, 33, 20, 36 и10 6,31,9,32, 17,34,10,20,36, НавходЗпоступает перенос с предыдущего разряда.С первого светоделителя 5 сигнал по волноводам 23 и 24 поступает на первый эле 15 мент ИЛИ, первый элемент Сложение помодулю два 17. Сигнал с второго светоделителя 6 по волноводам 25 и 31 подаетсяна четвертый и пятый светоделители 8 и 9.Со светоделителя 8 сигнал по волноводам20 26 и 28 проходит на первый элемент ИЛИи второй элемент Сложение по модулюдва 18. В элементе 13 реализуется операция ИЛИ. Получившийся сигнал по волноводу 27 направляется на элемент 18, где25 путем интерференции с поступившим сюдав противофазе сигналом с волновода 28реализуется операция Сложение по модулю два.Результирующий сигнал по волноводу 29З 0 поступает на элемент 22, В это время всветоделителе 9 сигналы по волноводам 32и 33 поступают на элементы Сложение помодулю два 17 и 20, В первом элементе17 реализуется операция Суммы по модуЗ 5 лю два (с сигналом, распространяющимсяпо волповоду 24), и результат по волново 34 поступает па шестой светоделитель10, откуда по волповодам 35 и 38 он попадает на элементы 19 и 20. В элементе 2040 реализуется операция Сумма по модулюдва. Результат сложения поступает пачетвертый элемент ИЛИ 16,1 езультпрующий сигнал по волноводу 37поступает на шестой элемент 22, где реали 15 зуется операция Сложение по модулюдва с сигналом, поступающим по волноводу 29. Резульгат сложения по волноводу 30поступает на третий элемент ИЛИ 15. Вэто время сигнал переноса с предыдущего50 разряда через третий светоделитель 7 поступает в волноводы 39, 40, по которым попадает в элементы 19 и 14. В элементе 18происходит сложение по модулю два ссигналом, поступившим по волноводу 38.55 Результат этой операции по волноводу 41поступает па седьмой светоделитель 11, скоторого сигнал по волноводам 42 и 47 поступает соответственно на светоделитель12 и выход суммы данного разряда, свя 00 заппый со считывающим устройство.,ьСветоделитель 12 связан волноводами 43и 44 с элементами 14 и 21, В элементе 14реализуется операция ИЛИ с сигналом,пришедпим к элементу по волноводу 40.65 1 езультат этой операции по волноводу 45650076 6Через волноводы 33, 36 на элемент 16поступает свет. Б элементе 16 реализуется операция ИЛИ и получившийся сигнал по волноводу 37 поступает в элемент 22, прой дя через который свет по волноводу 30 поступает в элемент 15. В результате обработки з элементе 15 на втором выходе 48 появляется свет. В это время через свето- делитель 7 по волноводам 39 и 40 свет по ступает в элементы 9 и 14. Так как новолнозоду 38 к элементу 19 никаких сигналов не поступило, то исходный сигнал проходит к седьмому сзетоделнтелю 11, а с него поступает на первый выход 47 сум .;ы да.шого разряда и по волповоду 42 насветоделнтель 12, откуда по волнозодам 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 выходе получается сигнал свет, соответствующий еди нице, Возможные 7 ситуаций реализуютсяаналогично (см, таблицу). Перенос с предыдущего разрядаСумма Слагаемые 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 О 0 1 0 1 1 1 Время срабатывания сумматора опредсляется длиной Е диэлектрических волноводов 30(1)С где С - скорость света в материале волноводов. 35 Согласно выражению (1) уменьшение времени срабатывания связано с уменьшением 1., что само по себе является благоприятным обстоятельством.Сумматор обладает хорошими временны ми характеристиками, так как может быть изготовлен методом ннтегральпой оптики. Формул а изобретен и яОптический сумматор, содержащий опти ческие элементы ИЛИ, Сложение по модулю два и светоделители, о т л и ч апоступает в пятый элемент 21, сигнал сложения в котором по волноводу 4 о транспортируется 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 также 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 волноводам 25, 26, 31 и 32 через светодслители 6, 8, 9 поступает сигнал с входа 2. В элементе 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 щ и й с я 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, 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 элемента Сложение по модулю два и650076 Редактор Е. Караулова Техред А, Камышникова Корректоры: И. Позняковскаяи 3, Тарасова Подписное Тираж 779 Изд.171 Заказ 2710/9 Типографии, 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 вто рого 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 вторым входом первого оптического элемента Сложение по модулю два, выход которого оптическими 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 СССР334537, кл. Ст 02 Р 3/00, 1970.2. Авторское свидетельство СССР454550, кл, 6 06 г 7/385, 1972.3. Авторское свидетельство СССР427345, кл. Ст 066 9/00, 1972.