Пространственный функциональный преобразователь

 

Изобретение относится к специализированной вычислительной технике и может быть использовано в конкретных оптических вычислительный машинах при вычислении функции арктангенса отношения двух вещественных функций. Сущность изобретения заключается в том, что в устройство введены два линейных амплитудных модулятора света, третий и четвертый вычислительные транспаранты, две линзы, линейный блок вычитания, два фазовых фильтра и когерентная оптическая система с обратной связью, состоящая из последовательно оптически соединенных первого полупрозрачного зеркала, первой и второй линз и второго полупрозрачного зеркала . Выходы линейного фотоприемника подключены к управляющим входам первого линейного амплитудного модулятора, информационные входы которого оптически связаны с выходом источника излучения, и входам вычитаемого линейного блока вычитания , входы уменьшаемого которого соединены с шиной задания единичного потенциала. Выходы линейного блока вычитания подключены к управляющим входам линейного амплитудного модулятора, включенного в тракт обратной связи когерентной оптической системы с обратной связью, вход которой через последовательно соединенные третий вычислительный транспарант и первую линзу оптически связан с выходом первого линейного амплитудного модулятора, а выход через последовательно соединенные четвертый вычислительный транспарант, первый фазовый фильтр, вторую линзу и второй фазовый фильтра оптически связан с выходом устройства. 1 ил. СП с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (s»s G 06 Е 3/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

Q0 ! кз !

О где А (S) = Н1 (S) - H2 (S), К АВТОРСКОМУ СВИ4ЕТЕЛЬСТВУ (2 1) 4881 601 /24 (22) 17.09.90 (46) 23,07.93. Бюл. ¹ 27 (72) С,В.Соколов (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 739564, кл, G 06 Е 3/00, 1978, Авторское свидетельство СССР № 805361, кл. 6 06 Е 3/00, 1981 (54) ПРОСТРАНСТВЕННЫЙ ФУН КЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к специализированной вычислительной технике и может быть использовано в конкретных оптических вычислительный машинах при вычислении функции арктангенса отношения двух вещественных функций. Сущность изобретения заключается в том, что в устройство введены два линейных амплитудных модулятора света, третий и четвертый вычислительные транспаранты, две линзы, линейный блок вычитания, два фазовых фильтра и когерентная оптическая система с обратной связью, состоящая из последовательно оптически соединенных

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 — упрощение устройства и повышение точности функционального преобразования.

В предложенном устройстве определяется функция

„, Ы„„1829027 А1 первого полупрозрачного зеркала, первой и второй линз и второго полупрозрачного зеркала. Выходы линейного фотоприемника подключены к управляющим входам первого линейного амплитудного модулятора, информационные входы которого оптически связаны с выходом источника излучения, и входам вычитаемого линейного блока вычитания, входы уменьшаемого которого соединены с шиной задания единичного потенциала, Выходы линейного блока вычитания подключены к управляющим входам линейного амплитудного модулятора, включенного в тракт обратной связи когерентной оптической системы с обратной связью, вход которой через последовательно соединенные третий вычислительный транспарант и первую линзу оптически связан с выходом первого линейного амплитудного модулятора, а выход через последовательно соединенные четвертый вычислительный транспарант, первый фазовый фильтр, вторую линзу и второй фазовый фильтра оптически связан с выходом устройства. 1 ил.

Ф(ш) =агссд

Н а)

Нт(м, где Н1, Hz — положителено определенные функции дпя )ии всех си. Выражение функцииФ(й)), исход- л ное для синтеза предложенного устройства, запишем в виде;

<р 1 - пА S „ .ур щ — S

1829027

На чертеже представлена функциональная схема предложенного устройства.

Устройство содержит источник когерентного излучения 1, входной оптический разветвитель 2, состоящий из ответвлений

21,2г,2з; вычислительные транспаранты 31, Зг; оптический разветвитель 4. состоящий из объединенных оптических ответвлений

41, 4г; линейный фотоприемник 5; линейныи блок вычитания 6; линейный амплитудный модулятор света 7, первую линзу 8, вычислительный транспарант 9, когерентную оптическую систему с обратной связью (КОСОС)10, состоящую из двух полупрозрачных зеркал 101, 10, двух линз 10г, 104 и линейного амплитудного модулятора 10з; вычислительный транспарант 11, первый фазовый фильтр 12, вторую линзу 13, второй фазовый фильтр 14. Вычислительные транспаранты 31, Зг выполняются в виде диффузных оптических транспарантов, трансформирующих когерентный поток в некогерентный, функции пропускания которых пропорциональны исходным вещественным функциям H<(co) и Нг(и)), Линейный фотоприемник 5 (ЛФП) представляет собой группу из N фотоприемников, где число N соответствует числу интервалов дискретизации функций Н1, Нг при записи их на транспаранты 31, Зг и выбирается, исходя из требуемой точности функционального преобразования.

Линейный блок вычитания 6(ЛБВ) представляет собой группу из N блоков вычитания, íà Вход уменьшаемого которых в течение всего времени работы подан постоянный единичный сигнал (1) с шины задания единичного потенциала, Линейные амплитудные модуляторы света 7, 10з (flAM) представляют собой группы из N электрооптических модуляторов света, Функция пропускания транспаранта 9— линейная, транспаранта 11 — обратная линейной. Фазовые фильтры 12, 14 могут быть выполнены в виде оптически прозрачных пластин соответствующей толщины, обеспечивающих пространственный фазовый сдвиг потока в фильтре 12 на тг (только в нижней полуплоскости аргумента), в фильтре 14 — на — л.

2

Выход источника излучения 1 с помощью оптического разветвления 21 оптически подключен к информационным входам ЛАМ 7, а с помощью разветвлений

2г и 2з, соответственно, ко входам транспарантов 31, Зг, Выходы транспарантов 31, Зг подключены ко входам оптических разветвлений 41, 4г, объединенных в разветвление

4, выход которого оптически подключен ко (ГРР(ж) ).x) = F(-Г" Аг (т.к. умножение оригинала на (, ) соответ1

) ствует интегрированию изображения). Далее функция С1(х) умножается на функцию

Sign х (т.е. фазовым фильтром 12 осуществляется в нижней полуплоскости пространственный сдвиг фазы на л), Фурье-изоб1 ражение которой равно, . Т.к, по теоре55 )ЛЮ ме о свертке Фурье-изображение произведения С1(х) Sign x равно Ф(й)) . —, то на

j выходе линзы 13 получаем функцию, совпадающую по амплитуде с искомой, но сдви10

45 входам ЛФП 5. Выходы ЛФП 5 подключены к cooTBGTcTBóþùèì управляющим входам

flAM 7 и входам вычитаемого ЛБВ 6, Выходы ЛАМ 7 через последовательно соединенные первую линзу 8 и транспарант 9 оптически подключены ко входу KQC0C l0.

Выходы ЛБВ 6 подключены к управляющим входам flAM 10з, Выход КОСОС 10 через последовательно соединенные транспарант 11, фазовый фильтр 12, вторую линзу

13 и второй фильтр 14 оптически подключен к выходу устройства.

В процессе работы устройства осуществляется ряд следующих функциональных и линейных интегральных преобразований.

На выходах ЛФП 5 формируются значения функции А (го) = Н (m) + Нг (а), на выходах линейки блоков вычитания 6 — значения функции (1-А (в )), на входе контура 10—

Фурье-преобразование функции А (ю) = г

F(A в), умноженное на линейную функг цию х. Фурье-изображение такого произведения функции на входе контура 10, s câoþ очередь, (-м)) xj) —. = —. (А (в)), 1 1 б г т.е. Р(Г (А (— в))) = A (n) по интегральной теореме Фурье, а умножение на (-jx) в области оригинала обеспечивает дифференцирование в области изображения, На выходе контура 10 формируется распределение амплитуды С(х), Фурье-изображение которого равно, (А (в)) А -. м)

Функция С(х) на выходе транспаранта 11 умножается на обратную линейную функцию х — Фурье-изображение такого произведения С1(х) равно —,/ (А (в) А < u)) 4 о — --МА(g))

1829027

3 1 нутую по фазе относительно нее на — т(—.=

3

- j = exp (j(2n+ — ) л), и = О, 1 „.,), а на выходе фазового фильтра 14 — искомую функцию

Ф(в), Работа устройства организована следующим образом.

Когерентный поток интенсивности 3 усл. ед. поступает на вход оптического разs8TBMT8RA 2, где разветвляется на три потока единичной интенсивности, поступающих по ответвлении 2, 2z, 2з, соответственно, на входы ЛАМ 7транспарантов 31, 32, На выходе диффузионных транспарантов 3>, 3 . функции пропускания которых равны

Н (в) и Hz(m), формируются некогерентные световые потоки с функциями распределения интенсивностей H> (N) и Hz (в) (т,к. на функцию пропускания умножается амплитуда потока, а не интенсивность), Данные потоки через ответвления 4>, 4z, обьединяясь в ответвлении 4, поступают на входы

ЛФП 5, на выходах которого формируются сигналы, пропорциональные значениям функции А (в) = Н1 (ж)+ Hz (cu).

Данные сигналы поступают на управляющие входы ЛАМ 7, обеспечивая распределение амплитуды светового потока на выходе ЛАМ 7, пропорциональное А (ю), а также — на входы вычитаемого ЛБВ 6, обеспечивая на выходах ЛБВ значения сигналов, пропорциональные 1-А (а), Сигналы с г выходов ЛБВ 6 поступают на управляющие входы ЛАМ 10з, формируя тем самым его функцию пропускания (передаточную функцию) пропорциональной 1-А (cu).

Световой поток с распределением амплитуды А (cu) с выходов ЛАМ 7 поступает на линзу 8, которая формирует в частотной плоскости, расположенной от нее на фокусном расстоянии f, его Фурье-изображение

F(A (й))), умножаемое на линейную функцию г х после прохождения через транспарант 9.

Т,о. на вход КОСОС 10 поступает световой поток, Фурье-изображение амплитуды ко1 тсрого равно, как показано выше —.

j ош (А (в)). Т.к. передаточная функция тракта обратной связи KOCOC 10 (т.е. ЛАМ 10з) про2 порциональная 1-А (и), а тракта прямого прохождения сигнала -"1", то общая передаточная функция КОСОС 10 будет пропорциональна А (ш). Следовательно, на выходе

КОСОС 10 формируется световой поток, Фурье-изображение амплитуды С{х) которого равно —.—.(А (го)) А (cu). Амплитуда C(x)

1 о 2 -2

j de после прохождения светового потока через

55 транспарант 11 умножается на обратную линейную функцию (Фурье-изображение такой амплитуды равно -InA (м)), а после

2 прохождения фазового фильтра 12, осуществляемого в нижней полуплоскости аргумента пространственный сдвиг фаз на л;— на slgBx. Фурье-изображение амплитуды потока на входе линзы 13 становится, т.о., 1 равным Ф(ю ) - . Линза 13 осуществляет !

3 формирование данного изображения, а фазовый фильтр 14, расположенный на фокусном расстоянии от нее и осуществляю3 щий сдвиг фаз на — R, позволяет получить

2 на выходе устройства искомое распределение амплитуды светового потока Ф{а).

В заключение следует отметить, что предложенное устройство при соответствующей замене линейных блоков 5,6,7,10з и транспарантов на матричные позволяетосуществлять вычисление двумерной функции ф ((д у)

Формула изобретения

Пространственный функциональный преобразователь, содержащий источник излучения, оптически связанный через первый и второй вычислительные транспаранты с входом линейного фотоприемника, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет определения арктачгенса отношения двух вещественных функций, в него введены два линейных амплитудных модулятора света, третий и четвертый вычислительные транспаранты, две линзы, линейный блок вычитания, два фазовых фильтра и когерентная оптическая система с обратной связью, состоящая из последовательно оптически соединенных первого полупрозрачного зеркала, первой и второй линз и втaporo полупрозрачного зеркала, выходы линейного фотоприемника .;дключены к управляющим входам первоголинейного амплитудного модулятора, информационные входы которого оптически связаны с выходом источника излучения и входом вычитаемого линейного блока вычитания, входы уменьшаемого которого сое д и н е "i bl c LU è H о и задания единичного потенциала, "o :û».õîäû линейного блока вычитания подкл о"ены к управляющим входам второго линейного амплитудного модулятора, включенного в тракт обратной связи когерентной оптической системы с обратной связью, вход которой через последовательно соединенные третий вычислительный транспарант и первую линзу оптически связан с выходом первого линейного амплитуд1829027

35

45

Составитель С.Соколов

Техред M. М;>ргентал Корректор Т,Вашкович

Редактор T.Èâàíoâà

Заказ 2475 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 ного модулятора, а выход через последова- фильтр, вторую линзу и второй фазовый тельно соединенные четвертый вычисли- фильтр оптически связаны с выходом устройтельный транспарант, первый фазовый ства.