Одноразрядный оптоэлектронный сумматор

(22) Заявлено 26.12,80 (23) 3225816/18-24 31 М. КП.З с присоединением заявки М 9 С 06 Р, 7/56 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(23) Приоритет Опубликовано. 300982, Бюллетень Мо 36 Дата опубликования описания 30.09.82 153) УДК 681.325., (7) Заявитель Кубанский государственный университет(54) ОДНОРАЗРЯДНЫЙ ОПТОЭЛЕКТРОННЫЙСУММАТОР Изобретение относится к оптоэлектронике и может быть использовано в автоматике и вычислительной технике бортовых систем.Известен оптический параллельный .сумматор, содержащий источники излучения, световоды и электрооптические дефлекторные ячейки, причем каждый и-й и нечетный, выходы дефлекторной ячейки младшего разряда соединены с световодами с соответствующим и/2-м выходом дефлекторной ячейки старшего разряда, а четные (нечетные ) выходы каждой дефлекторной ячейки связаны дополнительными световодами, соединенными выходными торцами с соответствующим выходом сумматора 1 3.Недостатком этого сумматора является наличие электрических входов для суммируемых чисел, что не позво. ляет использовать устройство в бортовых системах, выполненных на основе оптических коммуникаций.Наиболее близким к предлагаемому является одноразрядный оптоэлектронный сумматор, содержащий источник излучения, одномодовые оптические волноводы; волноводный ключ, два модулятора излучения, направленный ответвитель и фотоприемник 23. Этот сумматор имеет оптическийвход для промежуточного числа (сигнала переноса), вычисляемого в ана-логичной ячейке младшего разряда,и оптический выход для промежуточного числа, вычисляемого в рассматриваемой ячейке, для передачи ваналогичную ячейку старшего разряда.Оптические входы модуляторов связаныс источником излучения, выход перво"го модулятора оптически связан содним из оптических входов волновод"ного ключа, Другой оптический входключа связан с входом промежуточногочисла. Выход ключа представляетсобой выход промежуточного числа.фотоприемник оптически связан с входом промежуточного числа и электрически со вторым модулятором, выходкоторого является выходом суммы.Входами слагаемых являются электродымодуляторов и ключа. Поэтому ячейку нельзя применять для сложениядвоичных чисел, формируемых в видеоптических кодов,Укаэанное обстоятельство не позволяет использовать этот сумматорв бортовых системах, представленныхоптическими кабельными сетями дляпередачи данных.Цель изобретения - расширение области применения сумматора.Поставленная цель достигаетсятем, что одноразрядный оптоэлектронный сумматор, содержащий источникиизлучения, первый волноводный ключ 5и первый фотоприемник, оптически соединенный с входом переноса сумматора, который также оптически соединенс входом первого волноводного ключа,выход которого оптически соединен свыходом переноса сумматора, содержитвторой и третий волноводные ключи,второй, третий и четвертый Фотоприемники, причем входы второго и третьего.нолноводных ключей оптически соедииены с первым ивторым источникамиизлучения соответственно, второйФотоприемник оптически соединен свходами первого и второго операндовсумматора, третий и четвертый Фотоприемники оптически соединены с входами первого и второго операндов сумматора соответственно, положительныеэлектроды первого и второго фотоприемников электрически соединены с первыми электродами второго и третьеговолноводных ключей соответственно,отрицательные электроды первого,второго и третьего фотоприемников,положительный электрод четвертогофотоприемника и первый электрод первоз 0го нолноводного ключа электрическисоединены с шиной нулевого потенциала сумматора, положительный электродтретьего фотоприемника электрическисоединен с отрицательным электродом З 5.второго фотоприемника и с вторымиэлектродами первого, второго и третьего волнонодных ключей, выход второго нолноводного ключа оптически соединен с выходом суммы сумматора,40выход третьего волноводного ключаоптически соединен с выходом переноса сумматора.На фиг. 1 приведена схема одноразрядного оптоэлектронного сумматора, на фиг, 2 - схема волноводногоключа,Сумматор содержит источники 1 и 2излучения, фотоприемники З-б, волноводные ключи 7-9 и направленныеответвители 10 и 11 Все волноводныеключи идентичны и содержат по дваоптических волновода 12 и 13, расположенных на близком расстоянии относительно друг друга. В месте сближения волноводов образовайы электроды14 и 15". Волноводный ключ имеет вход16 и выход 17,Вход и выход нолноводного ключа9 образуют соответственно вход 18 ивыход 19 переноса, Фотоприемник 3 с 60помощью оптического волновода 20и отнетвителя 10 связан с входом переноса числа. Фотоприемник 5 электрически связан с электродами волно.водных ключей 7-9 полюсом положитель ной полярности. С этими же электродами связан фотоприемник б полюсомотрицательной полярности. Другиеэлектроды ключей 7 и 9 электричеснисвязаны с Фотоприемниками 3 и 4 соответственно. Входы ключей 7 и 9 оптически связаны с источниками 1 и 2 излучения, а выход ключа 9 нолноводом21 и ответвителем 11 - с выходом переноса. Выход ключа 7 предстанляетсобой выход суммы, Входами операндовслужат фотоприемники 5 и б. Источники 1 и 2 излучения могут быть объеди-.нены. В качестве фотоприемников 3-6использованы Фотогальванические элементы (в частном случае могут бытьприменены солнечные элементы или батареи элементов),Устройство работает следующим образом,На вход 18 и входы фотоприемников5 и б поступают соответственно перенос К;и операнды Х, У, в видедвоичных оптических сигналов. Одновременно оптические сигналы Х;, Х;подаются на фотоприемник 4. В сумматоре вычисляется сумма С; и переносК также в виде оптических двоичныхсигналов. Если потенциалы на электродах 14 и 15 ключей 7-9 равны помодулю (независимо от полярности ,то происходит полная передача энергии из волновода 12 н волновод 13,вследствие чего излучение с выхода17 отсутствует, Если абсолютноезначение потенциалов на электродах14 и 15 различно, происходит нарушение фазового синхронизма, в результате чего прекращается обмен энергией между волноводами 12 и 13, чтоприводит кизлучению с выхода 17.Таким образом, ключи 7-9 Функционируют как модуляторы излучения. Потенциалы на электродах ключей Формируются с.помощью фотоприемников 3-6,на зажимах которых появляется разность потенциалов под действием излучения. Если К = О, возможны четыре случая значейия слагаемых Х,У; Х = У = О. Разности потенциалов отсутствуют на замках всех фотоприемников, поэтому на электродахвсех ключей потенциалы равны (равны нулю). Происходит передача энергии из нолнонода 12 в волновод 13,в результате чего на.ныходах ключей 7 и 9 излучение отсутствует.Это соответствует значениям СК = 01Х = 1, У = О. Имеется разностьпотенциалов йа зажимах фотоприемников 4 и 5. Электрод 14 ключа 7 имеет потенциал низкий, а ключа 9 высокий. На электродах 15 этих ключейформируются высокие потенциалы. Таккак потенциалы электродов ключа 7не равны излучение источника 1 регистрируетсяг на выходе ключа, чтосоответствует значению суммы С = 1.Потенциалы на электродах ключа 9 равны по абсолютной величине, поэтомуизлучение на выходе ключа 9 отсутствует, что соответствует К = О,Х = О, У;. = 1, что соответствуетаналогичному результату: С; = 1,К, = О.Х = У = 1. Потенциалы на электродах 15 всех кличей равны нули, таккак ввиду встречного включения фотоприемников 5 и б их ЭДС взаимно компенсируются. Разность потенциаловформируется только на электродахключа 9, На выходе ключа 7 излучениеотсутствует, а излучение источника 52 достигает выхода ключа 9 и выхода19 переноса. Это соответствует значениям С = О, К; = 1.Если йа входе 18 переноса значение К.= 1, то во всех рассмотренных случаях значение суммы С инвертируется. Это объясняется тем,что излучение, передаваемое черезволновод 20, возбуждает фотоприемник 3, который формирует на электроде 14 ключа 7 высокий потенциал.Кроме того, ключ 8 передает излучение со входа 18 переноса на выход19 переноса во втором и третьем случаях.30, Таким образОм, формируются следующие результаты в комбинациях. значений слагаемых, рассмотренных выше.- 0 С= 1,С= О,С = О,С= 1,К К- 1 1- 135 40 Основным достоинством предлагаемого сумматора является возможностьФункционирования его совместно соптическим внешним оборудованием.Это позволяет, в частности, использовать ячейку сумматора в сетях,не содержащих или содержащих минимальное количество металлических проводников, которые заменены оптическимиволокнами. Такие сети позволяют получить большие скорости передачи информации, уменьшение объема и веса,низкую стоимость, ничтожную перекрестную модуляцию, хорошую защищенность от электромагнитных помех,отсутствие опасности искрения и наводок через общую массу, особенно массу, содержащую композиционныематериалы.Формула изобретенияОдноразрядный оптоэлектронныйсумматор, содержащий источники излучения, первый волноводный ключ ипервый фотоприемник, оптически соединенный с входом переноса сумматора,который также оптически соединен свходом первого волноводного ключа,выход которого оптически соединен свыходом переноса сумматора, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюрасширения области применения, онсодержит второй и третий волноводныеклянчи, второй, третий и четвертыйФотоприемники, причем входы второгои третьего волноводных ключей оптически соединены с первым и вторымисточниками излучения соответственно,второй Фотоприемник оптически соединен с входами первого и второго операндов сумматора, третий и четвертый фотоприемники оптически соединены с входами первого и второго.операндов сумматора соответственно, положительные электроды первого и второго фотоприемников электрическисоединены с первыми электродами второго и третьего волноводных ключейсоответственно; отрицательные электроды первого, второй и третьего фотоприемников, положительный электродчетвертого Фотоприемника и первыйэлектрорРпервого волноводногр ключаэлектрически соединены с шиной нулевого потенциала сумматора, положительный электрод третьего фотоприемника электрически соединен с отрицательным электродом второго фотоприемника и с вторыми электродамипервого, второго и третьего волноводных ключей, выход второго волноводного ключа оптически соединен с выходом суммы сумматора, выход третье"го волноводного ключа оптически соединен с выходом переноса сумматора.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР9433508, кл, С Об С 9/00, 1973.2. Тау 1 ог Н.Р. Сц 1 йей чаче е 1 есСгоорг;1 с йеу 1 сез Еог 1 од 1 с апй соврцйаг.1 оп. Ърр 11 ей Орй 1 ез", 1978,Мау 15, Р 10, рр. 1493-1498, Е 1 д. 5I еда орты 68 аз ое Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул ктн Тираж 7твенногретений5, Раушс ИИПИ ГосудаРпо делам изо Москва, ЖПодкомитета СССРоткрытийая наб., д. 4/