Оптико-электронный коммутатор

(9)СОКИ СОВЕТСНИХС 94 ЮашаиснииРЕСПУБЛИК зцС 02 РЗ ГОСУДЮ АМТВ:ННМй КОМИТЕТ СССРГЮ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОБРЕТЕН ОПИСАНИ К АВТОРСКОЙ свидетельство СССРС 02 Р 3/00, 1982 РОННЫЙ КОИИУТ едовательн поляризов оптический нт емкост. ных перес сформир54)(57) ОПТИКО-ЭЛЕКТ ОР, содержащий посл сложенные источники о излучения, магнит нравляемый транспар ап ячеек, образова кием строк и столбцо(прототнп). ных токовыми петлями, анализатор иприемники излучения, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью упрощения коммутатора, увеличения оптического КПД и повышения быстродейстнсти- вия, приемники излучения выполненыв виде матрицы п и запоминающихфотодиодов, строки и столбцы кото"рой пространственно совмещены со,:строками и столбцами магнитооптичес. кого управляемого транспаранта, причемвходы всех фотодиодов 1-ой строкиматрицы подключены к соответствующему 1-му информационному входукоммутатора,1,2,;и), выходыА- . всех фотодиодов -го столбца матрас- рицы подключены к соответствующему анно-: 1-му информационному выходу комму,татора (у 1,2,3п), а управляюю :щие входы всех фотодиодов матрицы че- , подключены к управляищему входу ван- :коммутатора.1 11660Изобретение относится к оптико- электронной цифровой вычислительной технике и может быть использована в составе однородной вычислительной структуры для реализации полнодос-5, тупной системы связей между элементарными процессорами.Известно электрооптическое устройство, содержащее корпус, систему источникон излучения, каждый из ко торых воспринимает входную двоичную информацию и вырабатывает системусветовых лучей, управляемую маску и приемники излучения, которые вырабатывают выходной сигнал, характери зующий состояние освещения. В плоскости управляемой маски формируется светоконтрастная картина из прозрачных и непрозрачных участков, которая реализует полнодоступную систему 2 О оптических связей между источниками и приемниками излучения.Устройство является многосвязной системой, в которой световой поток от одного источника излучения через д 5 соответствующие прозрачные ячейки маски поступает на несколько прием" ников излучения. Аналогично один приемник излучения воспринимает световые потоки от нескольких источниО ков излучения 1 1.Регулирование положения любого источника излучения с целью повыше ния точности попадания светового потока на определенный приемник излучения через соответствующую прозрач"35 ную ячейку маски в такой многосвязной системе приводит к полному или частичному, уходу светового потока с других приемников излучения (т,е, к уменьшению точности),. поскольку конфигурация прозрачных ячеек маски для определенной схемы оптических связей между приемниками и источни" ками излучения остается неизменной, а угол падения светового потока от регулируемого источника излучения на прозрачные ячейки маски отклоняется от номинального (расчетйого) значения. Аналогичные трудности воз-, никают и при регулировании положения любого из приемников излучения. Таким образом, регулирование точности попадания световых потоков на приемники иэл 3 чения путем неэависи мого регулирования положения источни" ков и приемниковизлучения, невозмож" но, поэтому неточное (т.е. неполное) 44 2попадание светового потока на какойлибо приемник излучения после сборкиустройства является неустранимым. Этоприводит к тому, что при больших количествах оптических связей междуприемниками н источниками излучениясветовой поток, частично попадающийна крайние приемники излучения иимеющий интенсивность, значительноменьшую, чем интенсивность световогопотока, попадающего на центральныеприемники излучения, не имеет различимых значений на уровне фоновогозасвета,Следовательно, надежность функционирования устройства является низкой,так как нозможны потери передаваемойдвоичной информации. Кроме того, рассматриваемое устройство имеет большоеколичество источников излучения и.большие габаритные размеры, посколькууправляемая маска осуществляет пространственное разделение и объединение оптических информационных каналови для обеспечения нормального, функционирования устройства необходимопространственно расположить источники излучения, управляемую маскуи приемники излучения таким образом,чтобы световой поток от любого источника излучения через прозрачныеучастки маски мог попасть на всеприемники излучения и, наборот,чтобы любой приемник изнучения могвоспринимать световые потоки от всехисточников излучения./Наибапее близким техническим решением к предлагаемому является оптический коммутатор, содержащий последовательно расположенные источникполяризованного излучения, магнитооптический управляющий транспарантемкостью и и ячеек, анализатор иприемники излучения, выполненные ввиде полосовых светочувствительныхэлементов и расположенные перленди=кулярно полосовым ячейкам магнитоодноосной пластины, располагаемоймежду магнитооптическим транспарантом и источником,. причем ячейки магнитооптического управляемого транспаранта расположены в местах пересечения проекций на его плоскость приемников излучения и полосовых ячеекмагнитоодноосной пластины 2. Однако в известном коммутаторе,реализующем полнодоступную системусвязей, на пути светового потока55 з 1166 расположено довольно большое количество оптических элементов, что приводит к существенным потерям его мощности в связи с поглощением в магнитоодноосной пластине имагнитооптическом управляющем транспаранте и в связи с потерями, определяемыми законом Малюса при выцелении.анализатором и поляризатором излучения, прошедшего только через прямые доме О ны.Кроме того, входные информационные сигналы переключают состояние намагниченности полосовых ячеек магнитоодноосной пластины, формируя пря мые или обратные полосовые домены. Процесс переключения полосовых ячеек, в первую очередь определяющий быстродействие коммутатора, является довольно инерционным, что обуславли вает относительно невысокое быстродействие коммутатора.Цель изобретения - упрощение ком.мутатора, увеличение оптического КПД за счет уменьшения количества опти ческих элементов и повышение быстро- действия.Для достижения поставленной цели в оптико-электронном коммутаторе, содержащем последовательно располо- З 0 женные источник поляризованного излучения, магнитооптический управляемый транспарант емкостью и и ячеек, образованных пересечением строк и столбцов, сформированньм токовыми петлями, анализатор и приемники излучения, последние выполнены в виде матрицы и и запоминающих фотодиодов, строки и столбцы которой пространственно совмещены со.40 строками и столбцами магнитооптичес-. кого управляемого транспаранта, при" чем входы всех фотодиодов -ой строки матрицы подключены к соответствующему 1-му информационному входу коммутатора (1 =1,2п), выходы всех фотодиодов 1-го столбца матрицы подключены к соответствующему -му информационному выходу коммутатора (3 = 1,2,3 и), а управляющие входы всех фотодиодов матрицы подключенык управляющему входу коммутатора. В ячейках магнитооптического управляемого транспаранта формируется неизменяемая для некоторой заданной структуры связей между информациенными входами и выходами картина из 044 4 прямьм и обратньм доменов,.а информа" ционные входы подключены непосредственно к входам запоминающих фотодиодов матрицы. Под воздействием входных двоичных сигналов происходит опрос запоминающих фотодиодов матрицы, входы которых подключены к информационным выходам коммутатора, и двоичный сигнал появляется только на выходах незасвеченньм фотодиодов. Таким образом, матрица запоминающих фотодиодов является активным элемен" тон и обеспечивает передачу двоичных сигналов из информационных входов коммутатора в его информационные выходы в соответствии с заданной структурой связей, записанной в виде пря" мых и обратных доменов в ячейках магнитооптического управляемого транспа-. ранта.Время считывания информации иэ за-:. поминающих фотодиодов матрицы составляет десятые доли микросекунды, в то время как длительность процесса переключения состояния намагниченности полосовой ячейки магнитоодноосной пластины в известном коммутаторе составляет единицы микросекунд для лучших образцов В;-содержащих гранатовых пленок. Следовательно, в предлагаемом коммутаторе быстродействие может быть повышено почти на порядок.Таким образом, достигается упрощение коммутатора, увеличивается оптический КПД эа счет уменьшения количества оптических элементов и повы. шается быстродействие.На фиг. 1 представлена схема оптико-электронного коммутатора; на фиг. 2- положение оси пропускания анализатора относительно векторов поляризации излучения,Оптико-электронный коммутатор содержит источник 1 поляризованного излучениямагнитооптический управляемый транспарант 2 с формирующей токовой системой 3, анализатор 4 и приемники излучения в виде матрицы 5 заноминающих фотодиодов би. В матрице 5 входы 7 запоминающих фотодиодов 6, -6 , расположенных в одной строке, йодключены к соответствующему информационному входу 9 9 коммутатора(например, входы фото- диодов 6, 61 6, подключены к информационному входу 9). Вьмоды 8 запоминающих фотодиодов 6-6, рас"положенных в одном столбце матрицы 5,подключены к соответствующему информационному выходу 1 О -10 коммутатора (например, выходы фотодиодов 6,61., б,подключены к информационномувыходу 10). Управляющие входы 11всех фотодиодов 6 -6, матрицы 5подключены к управляющему входу 12коммутатора.Магнитооптический управляемыйтранспарант 2 представляет собойпластину монокристалла ортоферритаили В; -содержащую гранатовую пленкус повышенной коэрцитивностью, скоторой сопряжена формирующая схема3, состоящая из двух систем параллельньм токовых проводников, разделенных слоем прозрачного диэлектрика. Формирущая схема 3 позволяетсоздавать в ячейках магнитооптического управляемого транспаранта 2прямые и обратные домечы, обладающиепротивоположно направленными вектора.ми намагниченности в зависимости отнаправления тока в проводниках. Дляполучения обратного домена в ячейкеЗь, например, необходимо податьв петли 3 и 3 согласованные по направлению токовые импульсы такой величины, чтобы величина магнитногополя была киже порогового поля переключения во всех участках петель,кроме 3 3 , где произойдет переключение состояния намагниченности.Для получения прямого домена нужноизменить направление тбка в проводниках на обратное. Сформированные, прямые и обратные домены устойчивосохраняются после окончания воздействия токовых импульсов. Прямые домены благодаря эффекту Фарадей,поворачивают плоскост; 13 поляризации (фиг. 2) проходящего поляризованного излучения на угол + 9 д (вектор поляризации "1" на фиг. 2), аобратные домены - на угол - О Й (вектор поляризации "0" на фиг. 2) ( О ид - соответственно удельное фарадеевское вращение магнитоодноосногоматериала)Анализатор 4 с. осью 14(фиг. 2) установлен таким образом,чтобь 1 полностью гасить. излучение,прошедшее через обратный домен, ипропускать излучение, прошедшеечерез прямой домен,Таким образом, с помощью соответствующей комбинации управляющцх токо вых импульсов иа транспаранте 2 фор Таким образом, на выходах. 8 фотодиодов 6 -6 матрицы 5 амплитуда 50считываемого сигнала определяетсяналичием прямых и обратных доменовв ячейках магнитооптического управляемого транспаранта.Оптико-электронный коммутаторработает следующим образом.55Пусть необходимо передать двоичные сигналы ф 1", ноступаецие на информационные входы 9 и 9 коммутатора в виде импульса напряжения соответственно в информационные выходы 5 О 15203035 40 45 мируются устойчиво сохраняющиесяпосле окончания воздействия токовыхимпульсов доменные конфигурации,которые, благодаря эффекту Фарадея,создают в поляризованном излучениисвстоконтрастную, картину, определяющую структуру связей между информационнымн входами и выходамн коммутатора,В исходном состоянии при отсутствии на входе матрицы 5 светового потока емкость всех ее фотодиодов 66 заряжена до номинального значения за счет подачи импульса напряжения на управляющий вход 12 коммутатора, подключенныйк управляющим входам 11 фотодиодов.При включении источника 1 поляризованного излучения световой поток,присутствующий на выходе анализатора 4 только в тех местах, где в ячейках магнитооптического управляемого транспаранта 2 сформированы прямые домены,попадает на совмещенные с такимиячейками фотодиоды матрицы 5. Этоприводит к тому, что емкость засвеченных фотодиодов разряжается за счет фототока на величину, пропорциональную интенсивности падающего излучения, после чего остается постоянной. Емкость незасвеченных фотодиодов матрицы 5 не изменяется. Считывание записанной таким образом информации из фотодиодов матрицы 5 осущест. вляется путем подачи на их входы 7 импульса напряжения, причем одновременная подача импульса считывания на входы 7 фотодиодов одной строки приводит к одновременному появлению на их выходах 8 импульса напряжения, амплитуда которого пропорциональна интенсивности падающего излучения таким образом, что большей амплитуде соответствует меньший уровень интенсивности.6044 7 116 . 10 и 10 и информационный выход 10 . Для этого с помощью формирующей схемы 3 путем пропускання токо-вых импульсов через петли 3 331 ф 3 е 3 и 3 создаются обратные домены в % ячейках 3 -3, 3-3, 3,-3 магнитооптического управляемого транспаранта 2, во всех ячейках которого первоначальнр сформированы прямые домены. Анализатор 4 полностью гасит поля О ризованное излучение, прошедшее через обратные домены в ячейках 3, -3,.3 -3", 3, -3 транспаранта 2,.и пропускает излучение, прошедшее через прямые домены в остальных ячейках . 15 транспаранта 2, Следовательно, незасвеченными оказываются только фотодиоды 6 , 6,. и 6; матрицы 5, совмещеннйе с ячейками 3-3, 3 -3", 3 -ЗЗ .транспаранта 2, и емкость этих 20 фотодиодов не разряжается иэ-за отсутствия фототока. Все остальные фотодиоды матрицы 5 засвечены и.их .емкость разряжается за счет возникающего фототока, Поступление двоично-. 25 го сигнала "1" на входы 7 фотодиодов 6, б ; и 6 первойстроки матрицы 5, нодключеиные к информационному входу 9., коммутатора, приводит к считыванию записанной в этих фотодиодах О информации, и на информациониык выходах 10 и 10 коммутатора амплитуда сигнала становится значительно бопьше, чем на информационном выходе 16 . поскольку фотодиоды 6 и 61 неза 35 свечены, а фотодиод 6 засвечен. СледЬвательно, входной двоичный сигнал "1", поступающий на информационный вход 9, коммутатора, передается только в информационные выходы 10 и 10; Входной двоичный сигнал ."0" может быть представлен или в виде импульса напряжения, амплитуда которого значительно меньше амплитуды импульса напряжения, определяющего входной двоичный сигнал "1", или импульс напряжения может отсутствовать, В обоих случаях поступление входного двоичного сигнала "0" на информационные входы 91-9 коммутатрра не приводит к считыванию ищ 1 юрмации из фотодиодов 6, б;и 6, и на ин" формационных выходах 10 и 10; сигнал отсутствует, что соответствует передаче входного двоичного сигнала "0"из информационных входов .91 и 9; коммутатора в информационные выходы 10 и 10Таким образом, оптико-электронный коммутатор может передавать входной двоичный сигнал из одного информацИ- онного входа коммутатора на несколь-, ко информационных выходов (например, из входа 9., на выходы О и 101) и из нескольких информациойных входов на один информационный выход (например, из входов 9 и 9; на вход 101), что позволяет реализовать полнодоступную систему связей между информационными входами и выходами коммута тора. Структура связей при этом задается путем форьырования прямых и обратных доменов в ячейках магнитооптического управляемого транспаранта 2. Оптико-электронный коммутатор эа ,счет сокращения количества оптических элементов содержит только магнитооптическчй управляемый транспарант и анализатор. Кроме того, сокращение количества оптических элементов поз Аналогичным образом входной дво,ичньй сигнал 11 ф, поступающий на информационный вход 9; коммутатора: 43 передается только в информационный выход 10, поскольку из фотодиодов б и, б; и 6; только фотодиод 6 является незасвеченные. воляет уменьшить потери мощности светового потока, которые в коммутаторескладьааются из потерь на поглощениев магнитооптическом унравляемомтранспаранте и из потерь в анализаторе при выделении излучения, прошедшего только через прямые домены.1166044 с Составитель А,ГубареваРедактор Т.Кугрыаева Техред С,йоввий КорректорС.Че Заказ 4307 4 сно но д113035 Филиал ППП "Патент",Уаг ул.Проектная,4 Тираа Государстве елам изобрет Москва, Ж-З526 ного комнт ний и откр , Рауюская Пота СССРытийнаб д.4/