Оптический сумматор

Союз СоветскихСоциалистическихРеспубпик АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ опол ьное к авт, св У81378/18-24"(22) Заявлено 25.04.77 (21) 2с присоединением заявки М М. Кл,6 06 6 9/ОО6 02 Р 3/00 Гесударстввииый кемитет СССР ло делан изебретеиий) Автор изобрете ернетики АН Грузинск итель Институт СКИЙ СУММАТО ой в плоскости изображения, причем на нутиервого пучка между коллиматором и приемиком результирующей картины размещенадна из картин с исходной:информацией, аа пути второго пучка - полуволновая пластиа, другая картина с исходнои информациейзеркальная система 121 .Наиболее близким техническим решением кизобретению является оптический сумматор,одержащий расщепители светового пучка,элементы ИЛИ, сумматоры по модулю два нтражающие элементы 131,К недостаткам известных оптических сумматоров относятся низкая надежность, обусловлен.ая их сложйостью, и наличие существенныхоптических потерь из-за протяженных оптичес.их связей,Цель изобретения - уменьшение оптическихпотерь и увеличение надежности сумматора.Поставленная цель достигается тем, что оп.тический сумматор дополнительно содержитфаэосдвкгающие пластины, совмещающие элементытпросветляющие фильтры и пару оптических клиньев, каждый из которых установ. Изобретение относится к вычислительной н технике и предназначено для применения воп п тических вычислительных устройствах. нИзвестны сумматоры оптических сигналов. о Один из известных сумматоров содержит опти- н ческий интерферометр, на входе которого. н расположена расширяющая система для преоб. и разования световых картин в квадратную матри цу в виде, например, цилитщрического объектива, после которого по каналам, соответствую с1 О щим слагаемым, расположены система ромби ческих призм с последовательно уменьшающей- о ся высотой, число которых на едйницу меньше модуля суммирования, и призма Довз, причем выходы каналов слагаемых связаны с входа. н15 , ми интерференционного смесителя, за которым размещена сужающая система 11 кДругое известное устройство содержит амплитудный разделитель пучка, на пути одной час.ти которого установлены элемент задержкии коллиматор, а на пути второй части пучка - отражающий элемент и коллиматор, а также полуволновую пластину, зеркальную систему и.приемник реэервирующей картины, установлен-О П И С А Н И Е767790ИЗОБРЕТЕНИЯвыход сумматора младшего и сгаршего разря.да соответственно,На входы,Х 1, Х,Ч,Чг 27, 28 поступаюткогерентные параллсльныс световые импульсыс одинаковой длительностью. Информационныесигналы Х, Хя, 1, У 2 представляют собойкомбинации светлых и темных полей, Светлыеполя соответствуют наличию света (сигнал"1"), темные - его отсутствию (сигнал "0").1 О Каждый сигнал Х, Х 2,Ч.1,92 независимодруг от друга представляет самостоятельный%канал информации. Интенсивностькаждого информационного светового сигнала равнаединице, а интенсивность световых импульсов,постоянно поступающих на входы 27 и 28,равна величине 0,073 125.Первый расщепитель 3 светового пучкаимеет энергетический коэффициент отражения2/3, а прозрачность - 1/3, второй расщепитель4 светового пучка - энергетический коэффициент отражения 1/3 и прозрачность 2/3,Светодельные слои остальных элементов оди.иаковы и каждый из них делит световой пучок на равные по интенсивности пучки.Работа оптического сумматора основана наизвестном эффекте насыщения,. состоящем вуменьшении интенсивности спектральной линии(поглощения или вынужденного излучения)при увеличении мощности падающего на вещество внешнего резонансного электромагнитногоизлучения.Просветляющие фильтры 22 - 25 с пороговыми мощностямиР=0,5, Р 2. =1,359375 ,Р э 4 = Р 2 - 0,046875подбйраются,Сдвиги фаз светового импульса обозначим:. после отражения от светоделительного слоя,делящего световой пучок на равные по интенсивности пучки,- и после прохождения через него - Я , после отражения от светоде 4 лительиого слоя расщепительной призмы 3 -и после прохождения через него - Ъ,после отражения от светоделительного слоярасщепительной призмы 4 - А 1, а после про.хождения через него - 4, после прохождения4 через просветляющие фильтры 22 - 251, 4, ф 2, после прохождения через фаэосдвигающие пластины 19 и 20 - 94 ч, 92 о,Первая пластина 16 сдвигает фазу на 946 ==9 гг+ - + с., - с.2 3 767 лен между соответствующими информационны. ми входами сумматора и входами соответствующего расшепителя светового пучка, первый выход первого из которых через первый от- ражающий элемент и первую фазосдвигающую пластину связан с первым входом первого элемента ИЛИ. Первый выход второго расще. пителя светового пучка через второй отражающий элемент и вторую фазосдвигающую пластину связан с первым входом второго элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с вторым выходом первого расщепителя светового пучка, а второй выход второго расщепителя светового пучка - с вторым входом первоФго элемента ИЛИ, выход которого через третью фазосдвигающую пластину соединен с первым входом первого сумматора по модулю два, связанного вторым входом через первый просветляющий,фильтр с выходом второго элемен. та ИЛИ. Первый выход первого сумматора по моду лю два через последовательно установленные второй просветляющий фильтр, четвертую фазоедвигающую пластину и третий отражающий элемент подключен к первому входу третьего элемента ИЛИ, выход которого через четвертый . и пятый отражающие элементы связан с одним входом совмещающего элемента, другой вход которого через пятую фазосдвигающую пластину соединен с тактовым входом сумматора. Выход совмещающего элемента через третий. просветляющий фильтр связан с первым входом второго сумматора по модулю два, который вторым входом соединен е вторым выходом первого сумматора по модулю два, первым выходом через четвертый просветляющий фильтр и шестую фазосдвигающую пластину с вторым входом третьего элемента ИЛИ, а . вторым выходом - с выходом сумматора.Особенностью сумматора является то, что в нем совмещающий элемент, расшепители светового лучка, элементы ИЛИ и сумматор по модулю два выполнены каждый в виде соеди. ненных между собой двух трехгранных оптических призм, между которыми расположен светоделительйый слой.На чертеже представлена принципиальнаясхема оптического сумматора.Она содержит оптические клинья 1, 2, первь 1 й и второй расщепители светового пучка - расщепительные призмы 3 и 4 совмещающий элемент 5, первый и второй сумматоры по модулю два - суммирующие призмы 6 и 7, первый 8, второй 9 и третий 10 элементы ИЛИ, отражающие элементы - призмы 11 - 15, фазо.сдвигаюшие пластины 16 - 21, просветляющие55фильтры 22-25, светопоглощающий экран 26.Позициями 27 и 28 на чертеже обозначены тактовый вход сумматора младшего и старшего разряда соответственно, позициями 29 и 30 -790 4 Сумма сдвигов фаз ф 2+ 79 равна суммесдвигов фаз 924Ц 20.Так как при симметричном обрамлении светоделительного слоя разность фаз си-между прошедшими и отраженными пучкамисвета равна величине + Жто положим,Гчто ои-в . - , где у - любое натуральИ гнде число.В оптических клиньях 1, 2 каждый информа пионный световой импульс старшего разряда сдвигается по фазе относительно младшего разряда на величину 1 Е, где Ч - абсолютный сдвиг фазы на ломаной линииаЪСДЕОУстройство работает следующим образом.ОПри отсутствии световых сигналов М.11 Х 1 311 ча постоянно поступающие световые импульсы проходят через совмещающий элемент 5 и. поглощаются третьим просветляющим фильт ром 24. На выходах 29 и 30.сумматора будут отсутствовать световые сигналы, При наличии только светового сигнала х,1 пучок света, пройдя через первый оптический клин 1, де.лится расшепительной призмой 3 на два пучка. 20 Часть пучка проходит через элемент ИЛИ 9 и поглощается первым просветляющим фильтром 22, а часть пучка проходит через первую отра жательную призму 11, первую пластину 16, первый элемент ИЛИ 8, третью пластину 18 25 и делится первой суммирующей призмой 6 на два пучка. Часть пучка поглощается вторым просветляющим фильтрам 23; а часть, пройдя вторую суммирующую призму 7, распространя ется с фазой ф 4+2+А+ 1, +ф 1 щ 3 О.При наличии только светового сигналапучок света, пройдя через второй оптический клин.2, делится второй расщепительной призмой 4 на два пучка, Часть пучка проходит через вторую отражающую призму 12, втору 1 о пластину 17, второй элемент ИЛИ 9 и поглощается первым просветляющим фильтром 22, а часть проходит через первый элемент ИЛИ 8, пластину 18, суммирующие призмы б и 7 и распространяется в направлении выхода 29, щ 30 сумматора с фазойК,+Ы ,+= ."фПри наличии только световых сигналов 1,1,отраженные от светоделительного слоя первой расщепительной призмы 3 и прошедшиечерез светоделительный слой призмы 4 пучкисвета совмещаются в элементе ИЛИ 9 и скла-дываются в направлении выхода 29, 30 сумма-тора, в соответствии с формулой 50+Э +2 3 3 со 5855где 1 72 - интенсивности совмещенных свето 1вых сигналов;К- разность фаз между световымйсигналами. Если подставить числовые величины в этуформулу, то получим результирующую интен-.сивность, превышающую единицу, т.е,Так как мощность результирующего свето.вого сигнала выше пороговой мощности первого просветляющего фильтра 22, то, пройдячерез него, пучок света входит в первую суммирующую призму 6 с интенсивностью 0,757;Прошедшие через светоделительный слой приз.мы 3 и отражейные от светоделительного слоя призмы 4 пучки света совмещаются в элементе ИЛИ 8, складываются в направлении суммирующей призмы 6 и, пройдя через третью пластину 18, с Результирующей интенсивностью3 = 0,75 пучок входит в первую суммирую. щую призму 6, где результирующие световые пучки совмещаются, Совмещенные в направлении выхода 29, 30 сумматора пучки гасятся, т.е. 3 = О, а в сторону второго просветляющего фильтра 23 - складываются, т,е. 31,5Результирующий световой сигнал проходит через второй просветляющий фильтр 23, пластину 19, отражающую призму 13, элемент ИЛИ 10, призмы 14 и 15, ослабляясь по интенсивности в совмещающем элементе 5 скла. дывается с постоянно лоступаощим на вход 27; 28 световым импульсом (нулевая разность фаз между взаимодействующими импульсами достигается пятой пластиной. 20), проходит через третий просветляющий фильтр 24 и делится на два пучка светоделительным слоем вто- рой суммирующей призмы 7. Отраженныйсветовой пучок от светоделительного слоя суммирующей призмы 7 распространяется в направлении вьгхода 29, 30 сумматора с фазой 54 ф М, Ф 2Ф М + Ч + АПри наличии только световых сигналов 1,(световой импульс Хя, пройдя через оптический клин 1, делится призмой 3 на два пучка. Отраженный от светоделительного слоя призмы 3 пучок проходит элемент ИЛИ 9 и поглощается просветляющйм фильтром 22, а прошедший через светоделительный слой пучок проходит через отражающую призму 11, пластину 16, элемент ИЛИ 8 пластину 18 и делится на два .пучка светоделительным слоем суммирующей призмы б. Прошедший через светоделительный слой пучок поглощается вторым фильтром 23, а отраженный от светоделительного слоя суммирующей призмы 6 пучок делится на два пучка светоделительным слоем второй суммирующей призмы 7. Прошед. ший через светоделительный слой пучок света с фазой Ч 11 ь+ ф,1 +, + 2.Ь+ф+4. в направлении выхода 29 30 сумматора взаимодействуя с отраженным от этого слоя ре.зультируюшим пучком света информационныхсигналов Х,У 4 гасится, т,е, 3 = О, а в на.правлении третьего просветляющего фильтра24 пучки усиливаются, так что 3=0,18753и, распространяясь по ломаной линии О Ь СД Е О,пучки готовы взаимодействовать со сле.дующим разрядом, Исходя из этого оптическийсумматор осуществляет операциюХоо 01 00 0100 00 01 01 01ъ 4Е 00 01 01 16 00представляющую собой логическую функцию"сумма",Формула изобретенияОптический сумматор, содержащий расщепители светового пучка, элементы ИЛИ, сумматоры по модулю два и отражающие элементы, , о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью уменьшения оптических потерь и увеличейия надежности сумматора, он дополнительно содержит фазосдвигающие пластины,.совмещающие элементы, просветляющие фильтры и пару оптическйх клиньев, каждый из которых устаповлен между соответствующими информационны ми.входами сумматора и входами соответствующегорасщепителя светового пучка, первый выход первого из которых через первый от. . ражающий элемент и первую, фазосдвигающую пластину связай спервым входом первого элемента ИЛИ, первыи выход второго расщепи. теля светового пучка через второй отражающий, элемент и вторую фазосдвигающую пластину связан с первым входом второго элемента ИЛИ, второй вход которогосвязан с вторым выходом первого расшепителя светового пучка, а второй выход второго расшепителя светового пучка связан с вторым входом первого элемента ИЛИ, выход которого через третью фазосдвигаюшую пластину связан с первым входом первого сумматора по модулю два, связанного вторым входом через первый 10 просветляющий фильтр с выходом второгоэлемента ИЛИ, первый выход первого сумма.тора по модулю два через последовательно установленные второй просветляющий фильтр, четвертую фазосдвигаюшую пластину и третий отражающий элемент связан с первым входом третьего элемента ИЛИ, выход которого через четвертый и пятый отражающие элементы свя.эан с одним входом совмещающего элемента, другой вход которого через пятую фазосдвигающую пластину связан с тактовым входом сумматора, причем выход совмещающего эле.мента через третий просветляющий фильтр связан с первым входом второго сумматора по модулю два, который вторым входом связан со вторым выходом первого сумматора по модулю два, первым выходом - через четвертый просветляющий фильтр и шестую фазосдвигйощую пластину с вторым входом третьего элемента ИЛИ, авторым выходом - с выходом сумматора.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе351, Авторское свидетельство СССР Яф 269606,кл, 6 ОВ Г 7/50, 1969.2. Авторское свидетельство СССР У 334537,кл. 6 02 Г 3/00, 1970,3. Авторское свидетельство СССР Ио 427645,40кл. 6 06 6 9/00, 6 02 Е 3/00, 1972 (прототют).767790 ц Ю Составитель Ю, КозловИ. Грузова Техред А. Ач Корректор М Демчик едак каз 7 Подни 7 46 лиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4 ТирВНИИПИ Государпо делам изоб113035, Москва,аж 751ственного коМитеретений. и открыЖ - 35, Раушская а СССРтий аб д. 4/5