Оптический логический элемент

ОП ИСАНИЕЙЗОВРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 117143371 Союз СоветскикСоциалистическихРеспублик ительное к авт. свид-ву(088,8) вв двлаи нэйретений и открытий. Д. Андре намени институтН Украинской СС ена Трудового Красного диофизики и электроники 1) Заявитель(54) ОПТИЧЕСКИЙ ЛОГИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ Изобретение относится к области вычислительной техники, в частности, коптическим логическим элементам, и может найти широкое применение при создании и конструировании оптических вычислительных машин .Известны логические элементы, выполняюшие различные функции булевой алгебры н использующие разнообразныессхемные решения,Известен оптический логический элемент, в схеме которого использовано явление изменения плоскости поляризациисветового луча при прохождении черезэлектрически управляемый кристалл 1 Ц,Известен также элемент НЕ-ИЛИ, вкотором обработка информации в видеоптических картин осуществляется придомоци электрооптического преобразователя и оптической системы для проецирования транспарантов 23,Логические элементы, основанные напрохождении световых пучков через кристаллы и оптические системы для проеци 1).2544672/18-25 (51) Щ, 1 л.Я 02 С 3/О рования картин, не могут быть реализованы в виде планарных интегральныхсхем:оптического дИапазона, Такие схемы представляют собой сугубо обьемные конструкции, обладают большими габаритами, низкой устойчивостью относительно внешних механических воздействий, высоким . уровнем внешних помех и, следовательно, низкой надежностью. Быстродействие элемента, использующего явление изменения плоскости поляризации проходящего через кристалл светового пучка, ограничено временем перекдючения управляющих потенциалов, Элементы логики с использованием оптронов позволяют выполнять эти узлы в виде интегральных схем. Однако, такие схемы осуществляют обработку информации, передаваемой на частотах не оптического диапазона, Кроме того, надежность таких схем не может быть высокой, поскольку в них применяются элементы с малой надежностью,Известен также оптический догический элемент, основанный на явлении взаимо-.4337 4ферометр, в одном из плеч котороговключен управляемый элемент.Недостатком йзвестного логическогоэлемента является сравнительно низкоебыстродействие, ограничиваемое временем срабатыванияуправляющей пластины для изменения фазы,Кроме того, функциональные воэможности этого элемента ограничиваются1 О выполнением всего лишь трех логических операций: ИЛИ, НЕ и Сложение повод 2, что также является его недостатком,Цель предлагаемого изобретения35 повышение быстродействия и расширениефункциональных возможностей.Для этого в оптическом логическомэлементе, содержащем источник монохроматического света, устройства формирования световых пучков и устройстводля анализа результата вэаимодейстия сформированных когерентных световых пучков,последнее выполнено в виде дифракционной решетки и связанного с ней подифракционному полю световода, а устройства формирования световых пучковориентированы таким образом, что углыпадения пучков на решетку удовлетворяют соотношению:П - сЮ 81 О оЯС ф 18= -Фнерио решетки;,олны;дения светового пучка; гармоники;од которым гармоника сомО покидает решетдлй а го оме с инде кутры сви попереовия овода (показатель пречные размеры) выбраПарам ломления ны из усл расводеем пре товоио На гаемо лено разли ажена схема предлафиг. 2 представя на выходе 7 приачений Х и Х,3 71действия двух когерентных световых пучков, содержащий источник монохроматического света, коллиматор, устройстваформирования световых пучков и устройство для анализа результата взаимодействия сформированных когерентных световых пучков. Элемент содержит однополупрозрачное зеркало, после которогоустановлены одна пластина с изображением исходной информации и отражающеезеркало и другая пластина с изображением информации, отражающее и полупрозрачное эаркала и приемник результирующего изображения информации. Между коллиматором и одним полупрозрачным зеркалом установлей линейный поляризатор, а между другим отражающимзеркалом и пластиной с изображениемисходной информации установлена управляемая плоскопараллельная пластина. Исходный пучок квазимонохроматическогосвета после коллиматора и поляризаторапри помощи полупрозрачного зеркала расщепляется на два световых пучка, Пластина с иаходной информацией располагается в одном из пучков, В другомпучир помещены плоскопараллельная пластина, осуществляющая управление поляризацией, и пластина с изображением информации Г 33.При помощи системы зеркал - отражающих и полупрозрачных - световыепучки складываются в один, на выходе- которого и установлен .приемник результирующего изображения информации картинного типа, В тех точках результирующего пучка, где происходит взаимодействие двух линейно-ноляризованныу пучков с разностью фаз, равной 180имеет Место нулевая интенсивность40(фО" - на результирующей картине), Втех точках, где на исходной картине былзаписан "Оф, такого взаимодействия непроисходит и на приемник результирующего изображения информации попадает4вспомогательный элементарный пучоксвета (ф 1 - на результиру 1 ощей картине). При другой разности фаэ, котораяопоеделяется управляемой плоскопараллельной пластиной в одном из лучей, навыходе результирующего луча будетиная картина распределения интенсивности.Это обстоятельство обуславливает выполнение нескольких логических опера 5ций данным логическим элементом(ИЛИ, НЕ, Сложение по пеВ 2 ),В схемном плане известный логический элемент представляет собой интер 0- ЗЕ 9 ЮсА- фазовая скорость волныЦ 3:пространяющейся в свет(определяется показателомления, длиной волныперечными размерами сда по известным диспеным зависимостям);С - скорость света,фиг, 1 изобрго элемента; наовеаение уровнных наборах эн- уголчка етр ешет лны; 35 9 - фазова светов- скорос Источник принятые во вни 1. Авторскоея скорость волны воде;ть света.и информации,мание при экспертизесвидетельство СССР02 Р 1/00, 1968свидетельство СССР02 В 3/00, 1968свидетельство СССРН 03 К 19/14, 1971 где 5логический жность выальйой схемы этом габанимальны ивость от длагаемый оптически нт обеспечивает воз я его в виде интегр кого диапазона. Йр мента становятся личивается его устполне ниоптичеритыэлемиф ув 7Поведение нулей и единиц на выходе логического элемента, выполняющего данную функцию, определяется следующей таблицей,Обратимся к рассмотренной схеме.что разность фаз каналов Х и Хобуславливает синфазное сложзние мощностей на выходе элемента У, На вхо 15дах Х , Х и выходепримем за 0 и "1 любые два уровня сигналов, которыеуверенно могут быть различимы регистрирующим устройством.. На фиг. 2 йредставлено поведениеуровня на выходе У рассмотренной схемы при различных наборах значений Хи Х,Сравнение поведения уровней на, .:выходе У, представленных на фиг, 2и в таблице, свидетельствует о их тож-:дественности. Это"доказывает, что рассмотренная электродинамическая система (дифравпионная решетка 6 и связанный с нею световод 7) реализует фущ".,цию,логического сложения 1 ИЛИ),Эта же схема без изменения ее структурь 1 можест реайизовать логическую операцйю фйсключенное илиф, если разностьфаз по каналам Х и Х обуслсавливаетвычитанйе "сигналов фповторениеф;ч=х,.;,: ) атакже операцию "константаф (ноль) - о, о, нэ резонансные.Предлагаемый логическийэлемент обладает высоким быстродействием ( внемотсутствуют инерцйонные элементы) и оолее широкими функциональными возможностями, так как может реализовать пять логических операций (дизъюнкция ИЛИ, фисключенное ИЛИф, фповторение - У = Х 9 = Х , фконстанта"ф 2ноль).П й носительно внешних механических воздействий и помех оптического диапазона. Элемент прост ло конструкции и имеетвысокую надежность. Оптический логический элемент, содержащий источник монохроматического света, устройства формирования световых пучков и устройство для анализа результата взаимодействия сформированных когерентных световых пучков, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения быстродействия и расширения функциональных воэможностей, устройство, анализа результата взаимодействия сформированных когерентных световых пучков выполнено в виде дифракционной решетки и связанного с ней по дифракционному полю световода, а устройства формирования световых пучков ориентированы таким образом, что углы падения пучков на решетку удовлетворяю соотношениюО-Жб 0 стяф ос оС падения световогопу ео - комер гармоники;,с - угол, под которым гармоиника с индексом м покидает решетку,параметры световода (показатель премления и поперечные размеры)выбны из условия:ю .с-. - .-ЗсР д-ЗебрОса.714 337 иг 2 Составитель В, Масленниковлов Текред 3. Фанта Корректор Е, Пвпп з 92 нту Ге Ужгороду тна Филиал ППП 43 Тираж 869ЦНИИПИ суд рс йнпо делам иеобрете13038, Москва, Ж 35 Подписноекомитета СССРн открытииаушская наб., д. 4 Л