Пространственный функциональный преобразователь

 

Изобретение относится к специализированной вычислительной технике и может быть использовано в когерентных оптических вычислительных машинах при вычислении функции арктангенса отношения двух вещественных функций . Цель изобретения - повышение точности при определении функции арктангенса отношения двух вещественных функций. Поставленная цель достигается за счет введения в преобразователь второго источника когерентного монохроматического излучения, элемента НЕ, дефлектора, оптического дифференциатора и последовательно расположенных на оптической оси оптического интегратора и оптического фазового фильтра, что позволяет осуществлять определение фазы комплексного аналитического сигнала по его действительной и мнимой составляю- « щим, т.е. вычислять функцию арктанген са отношения двух вещественных функций . 1 ил. (Л

СООЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) А1 щ) (; 06 F 3/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОЧХРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

{21) 4600427/24 (22) 01,11.88 (46) 30.11.91. Бюл. ) 44 (72) С.В.Соколов .(53) 681.3(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Л" 515127, кл, Г 06 Е, 3/00, 1976.

Авторское свидетельтсво СССР

М 739564, кл. (: 06 Е 3/00, 1978.

1 (54) ПРОСТРАНСТВЕННЫИ 4УНЩИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЯОВАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к специализированной вычислительной технике и может быть использовано в когерентных оптических вычислительных машинах при вычислении функции арктангенса отношения двух вещественных функИзобретение относится к специализированной вычислительной технике и может быть использовано в когерентных оптических вычислительных машинах при вычислении функции арктангенса отношения двух вещественных функций.

Известны устройства, позволяющие осуществлять Функциональные преобразования аналитических функций путем пространственно -частотной фильтрации когерентного светового потока.

Наиболее близким по техническому исполнению к предложенному устройству является пространственный функциональный преобразователь, содержащий три амплитудных модулятора светового потока и источник когерентного монохроматического излучения, оптически

2 ций. Цель изобретения — повышение точности при определении функции арктангенса отношения двух вещественных функций. Поставленная цель достигается за счет введения в преобразователь второго источника когерентного монохроматическогo излучения, элемента НЕ, дефлектора, оптического дифференциатора и последовательно расположенных на оптической оси оптического интегратора и оптического фазового фильтра, что позволяет осуществлять определение фазы комплексного аналитического сигнала по его действительной и мнимой составляющим, т.е. вычислять функцию арктанген а са отношения двух вещественных функций, 1 ил. связанный с первым и вторым амплитудными модуляторами светового потока.

Недостатком данных Функциональных преобразователей является низкая точность при определении функции арктангенса отношения двух вещественных функций.

Цель изобретения — повышение точ1 ности устройства при определении функции арктангенса отношения двух вещественных Функций.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство дополнительно введены второй источник когерентного монохроматического излучения, элемент НЕ, дефлектор, оптический дифференциатор и последовательно рас169528 положенные на оптической оси оптический интегратор и оптический фазовый фильтр, выход которого является выходом преобразователя, входы запуска первого и второго источников

5 когерентного монохроматического излучения подключены к входу преобразователя соответственно непосредственно и через элемент HF, выход второго источника когерентного монохроматического излучения оптически связан с входами первого и второго амплитудных модуляторов светового потока, выходы которых оптически связаны с информационным входом дефлектора, оптически сопряженного выходом непосредственно и через оптический дифференциа ор с входом третьего амплитудного модулятора, оптически сопряженного выходом 20 с входом оптического интегратора, вход преобразователя подключен к управляющему входу дефлектора.

В основу работы устройства положены следующие теоретические соображе- 25 ния.

Известно, что для произвольной комплексной аналитической Функции

Ц>(Я) = Н< (CD) + 1Н (Я), 30 где

Н <(CD} = 1»eq(CD), Н (Я) = rÄq(CD) > справедливы следующие представления:

Н (CD) = A(CD) cos @(CD)

H<(CD) = A(CD) ° З1п Ф (Я), 35 где

Р (Сд) = arctic -- — — р

Hq(Cg) й, (Й) (2) 45 где под значением функции арктангенса здесь и далее понимают главное значение функции, В связи с симметриеи функции аpк тангенса, позволяющей легко учесть возможные области неположительно определенных значений функции до начала работы устройства, полагают при последующем описании работы устройства

55 функции Н», Н положительно определенными, 1ак как s этом случае функ ция Я(Я) не имеет нулей в правой полуплоскости, то функции Р(Я) и

4 4

P (CD) связаны аналитическим соотношением (1, с.29, 35):

1 1nA (s)

Р((i)) = - - — — — — - as

Ф О вЂ” которое позволяет, используя равенство (1), представить искомую функцию (2) следующим образом:

arctg -- — — = -2 С 1п .H + Н

Н2(Ю) Ä l 2

Н (О) (3) где G — оператор преобразования Гильберта.

Следует отметить, что правая часть равенства (3) реализуется в данном устройстве по модулю, так как при необходимости знак "-" легко учитывается как ло начала работы устройства, так и при и следующей обработке полученных значений искомой функции.

На чертеже представлена функциональная схема предложенного устройства .

Устройство содержит элемент НЕ 1, два источника когерентного монохроматического излучения 2», 2, светопровод (оптический разветвитель), состо" ящий из трех отдельных разветвляющихся участков 3», 3» 3>, два амплитудных модулятора светового потока, (два вычислительных транспаранта) 4»,4g с неизменной оптической плотностью, изготовленные из фотопластины или оптического стеклэ(толщина пластины одногo из транспараHToB выбирается при этом таким образом, чтобы обеспечить разность пространственных фаз выходных потоков данных транспарантов, 6 равную -) дефлектор 5, оптический дифференциатор б, третий амплитудный модулятор 7 светового потока (вычислительный транспарант), оптический интегратор 8, линзу 9, фазовый фильтр 10, линзу 11.

Оптический разветвитель 3 может быть выполнен как совокупность оптических волокон, представляющих собой неуправляемые направленные ответвители, число которых определяется числом интервалов дискретизации при записи Функций К»(Я), Н (Я) на транспаранты 4», 4 .

Длины волн излучений записи и считывания информации для фотохромного материала транспаранта 7 обозначают

1695284

20

55 через Ъ и Я, соответственно. фазовый Фильтр 10, выполненный, например, в виде прозрачной пластины заданной толщины, обеспечивает сдвиг фазы в отрицательной полуплоскости пространственного спектра входного сигнала линзы 9 на )1, Вход устройства объединен с вхо1 ,дом элемента НЕ 1, с управляющими

,входами источника излучения 2 с длиной волны излучения ф „ и дефлектора 5. Выход элемента НЕ 1 подключен к управляющему входу источника излучения 2 с длиной волны излучения

Выходы источников излучения 2„, 2 через соответствующие ответвления первого участка световода 3, объединенные в световод, разветвляющийся далее на два, оптически связаны с транспарантами 4, 4 . Выходы транспарантов 4 q, 4g иерея объединенные далее ответвления второго участка световода 3 оптически связаны с информационным входом дефлектора 5.

Выход дефлектора 5 оптически связан через ответвления световода 3 с оптическим дифференциатором 6 и транспарантом 7. Выход дифференциатора

6 через ответвление 3 также оптически связан с -транспарантом 7. Выход транспаранта 7 через последовательно оптически соединенные оптический интегратор 8, линзу 9, Фазовый фильтр 10, линзу 11 оптически связан с выходом устройства.

Устройство работает следующим образом.

Управляющий сигнал с входа устройства в виде импульса заданной длительности поступает на управляющие входы источника излучения 2< и дефлектора 5, обеспечивая прохождение светового когерентного потока с длиной волны Я „ от источника 2 < через оптическое ответвление 3, транспаранты 4 <, 4, ответвление 3, дефлектор 5 и ответвление 3> на транспарант 7 (дефлектор 5 в рассматриваемом устройстве Функционирует в двух состояниях: при подаче управляющего сигнала обеспечивает передачу светового потока через ответвление 3g на транспарант 7, при отсутствии управления — на дифференциатор 6) .

Так как функции пропускания транспарантов 4 . 4g вдоль условной оси

50 (3 ((фиг.1) равны, соответственно, Н <((д) и Н (Я), а их выходные потоки сдвинуты по Фазе на - то распре2 деление амплитуды светового потока на входе дефлектора 5 вдоль оси (p будет определяться выражением !

А (Ы)

Выбор коэффициента контрастности транспаранта 7 равным 1 обеспечивает для него запись функции пропускания, пропорциональной А (Я). На этом пер,вый этап работы устройства завершает ся. Второй этап начинается по окон1чании импульса на входе устройства, что приводит к появлению управляющего сигнала на выходе элемента НЕ 1 входе источника излучения 2 . Световой когерентный поток с длиной волны

A с с выхода источника излучения

?2 через ответвление 3, транспаранты 4 <, 4, ответвление 3 и дефлектор 5, на управляющем входе которого отсутствует сигнал управления, поступает на вход дифференциатора 6, где вдоль оси Я осуществляется пространственное дифференцирование сигнала с распределением амплитуды, равным A(Q) . С выхода дифференциатора 6 световой поток, проходя через транспарант 7 с Функцией пропускания

А (G3), поступает на вход оптического интегратора 8, где осуществляется пространственное интегрирование амплитуды результирующего потока, А (Я) равной - Д вЂ”, Таким образом, на выходе оптического интегратора 8 распределение амплитуды светового потока вдоль оси Q будет пропорционально 1пА(Я). Выходной поток интегратора 8 поступает в систему линза

9 - фазовый фильтр 10 — линза 11, которая осуществляет одномерное преобразование Гильберта амплитуды входного потока. В результате распределение амплитуды светового потока вдоль оси Ц на Фокусном расстоянии линзы 11 от нее будет определяться выражением (3) с точностью до коэффициента 2 (удвоение выходного потока легко обеспечивается соответствующим выбором мощности источника излучения

2 ). Таким образом, на выходе устройства формируется световой поток, распределение амплитуды которого вдоль

16 5284 условной оси Я искомой функции пропорционально

Н,(Я)

arctic н,(ы) Составитель В. Таранова

Техред М.Моргентал Корректор Л. Пилипенко

Редактор Н.Товтин

Заказ 4617 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета,по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Н-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина,101

Формула изобретения

Пространственный функциональный . преобразователь, содержащий три амплитудных модулятора светового потока и ис-10 точни к когере нт ного монохрома ти чес кого излучения, оптически связанный с первым и вторым амплитудными модуляторами светового потока, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности при определении функции арктангенса отношения двух вещественных функций, в него введены второй источник когерентного монохроматического излучения, элемент

НЕ, дефлектор, оптический дифференциатор и последовательно расположенные на оптической оси оптический интегратор и оптический фазовый фильтр, выход которого является выходом преобразователя, входы запуска первого и второго источников когерентного монохроматического излучения подключены к входу преобразователя соответственно непосредственно и через элемент НЕ, выход второго источника когерентного монохроматического излучения оптически связан с входами первого и второго амплитудных модуляторов светового потока, выходы которых оптически связаны с информационным входом дефлектора, оптически сопряженного выходом непосредственно и через оптический дифференциатор с входом третьего амплитудного модулятора, оптически сопряженного выходом с входом оптического интегратора, вход преобразователя i одключен к управляющему входу дефлектора.