Оптическое вычислительное устройство

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУЬЛИК (я>з G 06 Е 3/00

Е ИЗОБРЕТЕНИЯ

ОСУДЛРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ЕДОМСТВО СССР

ОСПАТЕНТ СССР) АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ ЬСТВУ

1) 4689829/24

2) 22,03.89

6) 30.08.93. Бюл, ¹ 32

2) С.В.Соколов

6) Акаев А,А., Майоров С.А.. Оптические етоды обработки информации. M.: В ысшая кола, 1988, с.152, рис.6.2.

Авторское свидетельство СССР . 643809, кл. 6 06 Е 3/00, 1976.

4) ОПТИЧЕСКОЕ ВЪ|ЧИСЛИТЕЛЬ НОЕ

СТРОЙСТВО

7) Изобретение относится к специализиванной вычислительной технике и может

ыть использовано в оптических вычислильных машинах для решения систем лиейных дифференциальных уравнений, ель изобретения — повышение точности тройства и расширение его функциональИзобретение относится к специализиванной вычислительной технике и может ть использовано в оптических вычислильных машинах для решения систем лийных дифференциальных уравнений.

Цель изобретения — повышение точнои работы устройства за счет отказа от едств пространственно-частотной фильтции, а также расширение его функциоальных воэможностей эа счет ормирования решения в реальном масшбе времени.

Поставленная цель достигается за счет едения кольцевой схемы оптического развителя, содержащей управляемый м неравляемый оптические транспаранты и зволяющей осуществлять решение систе„„50ÄÄ 1837331 А) ных воэможностей за счет формирования решения в реальном масштабе времени. Поставленная цель достигается эа счет введения источника некогерентного излучения, двух вычислительных транспарантов и разветвленной кольцевой волоконно-оптиче.ской структуры, что позволяет при формировании решения отказаться от средств пространственно-частотной фильтрации, повысив тем самым точность решения за счет исключения влияния фазовых искажений светового потока и погрешностей пространственно-частотной реализации передаточной функции системы, а также реализовать решение системы в реальном масштабе времени, расширив, таким образом, функциональные возможности устройства. 1 ил. мы линейных дифференциальных уравнений в реальном масштабе времени путем итеративной мультипликации инфинитезимальной переходной матрицы системы. B основу работы устройства положена воэможность представления решения гинейной системы

Х =А Xt i ft, X(0)=-Xî, (1) где f< — известная вектор-функция, At — известная матрица коэффициентов системы, Xt — вектор переменных состояния, с требуемой точностью следующим рекуррентным соотношением:

Xi=(E+A((i — 1)Ь t) At) Xi-t+ f-t Лт, (2) где i — номер очередного временного шага решения, 1837331

10

Л t — интервал дискретизации решения во времени, выбираемый из условия обеспечения требуемой точности решения, Š— единичная матрица заданной размерности, При, последующем анализе принципа действия и структуры устройства вместо (2) используется эквивалентное ему представление решения системы (1);

Х3 =Х -3 (Е+А ((1-1)Л tj Лt)+ f> 1 63, X (О)= Xo .

На чертеже представлена функциональная схема вычислительного устройства.

Для удобства последующего описания принципа работы устройства на чертеже введена условная система координат OXYZ.

Устройство содержит источник некогерентного излучения 1, оптический разветвитель 2, состоящий из шести разветвляющихся световодных участков (именуемых. далее ответвлениями) 21 — 2в, неуправляемый оптический транспарант 3, управляемый оптический транспарант 4, группу оптических усилителей 5.

Оптический разветвитель 2 может быть выполнен в виде набора разветвляющихся оптических волокон (неуправляемых направленных атветвителей), схема разветвления которых приведена на фиг.1, Транспарант 3 может быть выполнен в виде фотопластины или фотопленки с известной функцией прапускания, неизменной в течение работы устройства, Управляемый транспарант 4 представляет собой пространственный модулятор матричного типа, управляемый электрическими сигналами и выполненный по схеме, описанной в. Если система (1) является стационарной, то транспарант 4 выполняется неуправляемым аналогично транспаранту

3, Оптические усилители группы 5, число которых равно числу волокон, образующих разветвитель 2, могут быть выполнены в виде инжекционных или волоконных квантовых усилителей согласно, а также в виде трансфазора, используемого на линейном участке вь3ходной характеристики, или в виде аптрона, работающего в режиме усилителя света. Вход источника излучения является входом устройства, а выход через первый участок 21 оптического разветвителя (волокно, разветвляющееся íà N волокон, где N — размерность вектора решения системы (1) оптически связан со входом транспаранта 3.

Функция прапускания транспаранта 3, изменяющаяся па оси ОУ, представляет собой N у3асткав с различной оптической

55 плотностью, пропорциональной соответствующим компонентам Хь вектора начальных условий Х, (точнее, ч@, т,к. при прохождении светового потока через транспарант на функцию пропускания умножается амплитуда потока, а не интенсивность).

Выход транспаранта 3 через ответвление 2z, каждое из волокон которого разветвляется вдоль аси ОХ íà Nволокон,,оптически связан со входом транспаранта 4, Выходы транспаранта 4 по оси OY (соответствующего столбца матрицы, записанной на транспарант 4) оптически связаны со входами N волокон, обьединенных далее в соответствующее волокно из N волокон, входящих в ответвление 2з разветвителя 2. Выходы волокон ответвления 2з подключены ко входам соответствующих оптических усилителей группы 5, выходы которых с помощью оптических волокон обьединены с соответствующими волокнами ответвления

24 в волокна ответвления 2 . Волокна ответвления 2 обьединены с соответствующими волокнами ответвления 22 и с помощью волокон ответвления 2л оптически связаны с выходом устройства.

Устройство работает следующим образом, На вход источника излучения 1 поступает управляющий импульс включения "Вкл.", что приводит к появлению на входе ответвления 2> светового импульса интенсивностью N усл.ед. Данный световой поток. разветвляясь на N потоков и проходя через транспарант 3, создает на его выходе световой поток с интенсивностью вдоль оси ОУ, пропорциональной N. Xo. Сформированный таким образом световой поток по волокнам ответвления 2z поступает на вход транспаранта 4, где разветвляется на выходе ка>кдого волокна ответвления 22 на N потоков по соответствующей строке матрицы-транспаранта 4 (по оси ОХ). На входы управления транспаранта 4 пода3атся а текущий момент времени ti-3=(1 — 1)h, с соответствующие сигналы управления, обеспечивающие для момента t3-1 функцию прапускания каждого элемента матрицы-транспаранта 4 пропорциональной корню квадратному из значения аналогичного элемента матрицы (Е+ A(t3-3) Лт)т.

В случае решения системы стационарных линейных уравнений транспарант 4 может быть выполнен неуправляемым, ввиду неизменности матрицы (ЕЗА Л t) в течение всего времени работы устройства. После прохождения светового потока через транспарант 4 с последующим су3лл1ирав 1ЯЗ 7331 нием потоков в обьединенных волокнах ответвления 2з нэ входах группы оптических ! усилителей 5 формируется световой поток с ! . интенсивностью вдоль оси ОХ, пропорцио; нальной значениям компонентов вектора (т

: Xg (E+Ao .Л t) (нумерация компонентов т !, возрастает в направлении оси OX). T.ê. вы-! ходной поток усилителей в дальнейшем раз Iветвляется на два — в ответвлениях 2, 26, и

I далее (в ответвлении 22) — на И потоков, а !

: ;также с учетом затухания интенсивности

-; светового потока в цепи "выход оптического усилителя — вход транспаранта 4" в Е раз,, коэффициенты усиления усилителей группы, 5 выбираются равными 2NE. Выходной поток группы усилителей 5 суммируется со, световыМ потоком заданной интенсивности 2NE At f (u-1). поступающим в момент t>-i ! ,; со входов ответвления 24, и через ответвле, ния 25 и 26 поступает, соответственно, на ! вход транспаранта 4 и на выход устройства.

На выходе устройства формируется свето вой поток с распределением интенсивно;: сти, пропорциональным значениям ,- компонентов вектора 2NE Х1 (известный ,: коэффициент 2NE легко учитывается при, последующей регистрации светового потоl ка, например, выбором соответствующего, коэффициента затухания волокон ответвле, ния 26), нэ входах транспаранта 4 — с распределением интенсивности вдоль оси ОУ, ; пропорциональным значениям компонен: тов вектора Хь Далее работа устройства

; повторяется аналоги <но вышеизложенному — на выходе устройства в реальном масшта : бе времени формируется световой поток с интенсивностью, пропорциональной зна «ениям компонентов вектора ре all% г мы (1) Х;.

Формула изобретенич

Оптическое вычислительное ус ройст5 во, содержащее источник излучени«, вход управления которого является входом устройства, а выходы через N оптических разветвителей первой группы оптически связаны с входами соответствующих сголб10 цов матричного оптического преобразователя, выходы строк которого объединены через N оптических разветвителей второй группы, о т л ич а ю щ ее с я тем, чго, с целью повышения точности и расширения функци15 онэльных возможностей за счет формирования решения в реальном масштабе времени, в него введены вычислительный транспарант, N оптических усилителей и М оптических разветвителей третьей группы, 20 управляющие входы матричного оптического преобразователя соединены с входами задания первой группы значений компонентов вектора устройства, выходы N оптических разветвителей второй группы через N

25 оптических усилителей соединены с первыми входами N оптических разветвителей третьей группы, вторые входы которых являются входами задания второй группы значений компонентов вектора устройства.

30 первые выходы N оптических разветвителей третьей группы являются выходами устройства, а вторые выходы соединены с соответствующими входами N оптических разветвителей первой группы, между входа35 ми которых и выходами источника излучения расположен вычислительный транспарант, 1837331

Редактор С. Кулакова

Заказ 2868 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 1

Ъ

Составитель С. Соколов

Техред M.Ìoðråíòàë Корректор С. Пекарь