Оптический преобразователь кодов

 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в оптических вычислительных машинах. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей за счет преобразования отраженного двоичного кода Грея. Преобразователь содержит оптический разветвитель с оптическими разветвлениями различной длины, оптический объединитель, оптический волновод, входной, управляющий и группу оптических бистабильных элементов, оптический Т-триггер, оптический элемент задержки и второй оптический разветвитель с равными оптическими разветвлениями. 2 ил.

Изобретение относится к специализированной вычислительной технике и может быть использовано при разработке и создании оптических вычислительных машин, а также в преобразующих устройствах систем автоматического управления, контроля и систем связи.

Известны различные преобразователи кодов, построенные по комбинационному и накапливающему принципам [Гитис Э.И., Пискулов Е.А. Аналого-цифровые преобразователи. - М.: Энергоиздат, 1981; Орнатский П.П. Автоматические измерения и приборы. - Киев: Вища школа, 1980; А. С. СССР N 1259494, H 03 М 7/16].

Недостатком данных устройств является сложность - при использовании комбинационных схем необходимо наличие элементов памяти, не входящих в схему преобразователя; при использовании накапливающих схем - наличие источника синхроимпульсов, также не входящего в схему преобразователя. Общим недостатком данных устройств является низкое быстродействие.

Наиболее близким по техническому исполнению к предложенному устройству является оптический функциональный преобразователь, содержащий оптический разветвитель с оптическими разветвлениями различной длины, оптический объединитель и оптический волновод [патент N 2134900, РФ, G 06 E 3/00, 1999 г.]. Недостатком данного устройства является отсутствие возможности преобразования отраженного двоичного кода Грея в позиционный двоичный код.

Заявленное изобретение направлено на решение задачи преобразования отраженного двоичного кода Грея в позиционный двоичный код с быстродействием, потенциально возможным для оптических переключательных схем. Подобная задача возникает при разработке и создании чисто оптических ЦВМ, обладающих быстродействием, потенциально возможным для оптических устройств.

Сущность изобретения состоит в том, что в устройство введены входной, управляющий и группа оптических бистабильных элементов, оптический Т-триггер, оптический элемент задержки и второй оптический разветвитель с равными оптическими разветвлениями, вход устройства объединен со входом входного оптического бистабильного элемента, инверсный выход которого через оптический волновод подключен ко входу оптического Т-триггера, а прямой выход подключен ко входу первого оптического ответвления оптического объединителя, вход второго оптического ответвления которого объединен со входом питания, а выход подключен ко входу управляющего оптического бистабильного элемента, прямой выход которого через оптическую линию задержки подключен ко входу второго оптического разветвителя, а инверсный - ко входу питания оптического Т-триггера, входом которого является вход оптического волновода оптического Т-триггера, выход которого подключен ко входу оптического бистабильного элемента оптического Т-триггера, прямой выход которого является поглощающим, а инверсный подключен ко входу оптического усилителя оптического Т-триггера, выход которого подключен ко входу оптического Y-разветвителя оптического Т-триггера, выход первого оптического разветвления которого объединен с выходом оптического волновода оптического Т-триггера, а выход второго оптического разветвления подключен ко входу первого оптического разветвителя устройства, выходы оптических разветвлений которого, имеющих различную длину, объединены с выходами оптических разветвлений второго оптического разветвителя и подключены к соответствующим входам группы оптических бистабильных элементов, прямые выходы которых являются выходами устройства.

Сущность изобретения поясняется фиг.1, где представлена функциональная схема оптического преобразователя кодов (ОПК), и фиг. 2, где представлена функциональная схема оптического Т-триггера 5.

Устройство содержит входной и управляющий оптические бистабильные элементы (ОБЭ) 1₁, 1₂ оптический волновод 2, оптический объединитель 3 с оптическими ответвлениями 3₁, 3₂, вход питания 4, оптический Т-триггер 5, первый 6₁ и второй 6₂ оптические разветвители с N оптическими разветвлениями каждый, оптический элемент задержки (ОЭЗ) 7, группу из N ОБЭ 8₁,...,8_N.

Далее под ОБЭ понимается оптическая схема, имеющая пороговую статическую характеристику, оптический вход и два оптических выхода - для прямого и "отраженного" световых потоков (т.н. инверсный выход - при интенсивности оптического сигнала меньше пороговой). Схема организации таких выходов зависит от типа ОБЭ - если это трансфазор, то инверсный выход формируется за счет выбора соответствующего угла падения входного потока к поверхности трансфазора [Акаев А.А., Майоров С.А. Оптические методы обработки информации. - М. : ВШ, 1988 г. , с.176,181]; если это гибридное бистабильное устройство безрезонаторного типа[Семенов А. С. и др. Интегральная оптика для систем передачи и обработки информации. - М.: Радио и связь, 1990 г., с.189, рисунок 7.14] , то организация инверсного выхода осуществляется путем отвода большей части входного потока фотодетектора на инверсный выход и т. д. ОЭЗ 7 может быть выполнен в виде оптического волновода соответствующей длины.

Оптический Т-триггер 5 (фиг. 2) содержит оптический волновод 9, оптический бистабильный элемент 10 со входом питания 10₁, оптический усилитель 11, оптический Y - разветвитель 12 с оптическими разветвлениями 12₁, 12₂.

Вход устройства объединен со входом входного ОБЭ 1₁, инверсный выход которого через оптический волновод 2 подключен ко входу оптического Т-триггера 5, а прямой - ко входу первого оптического ответвления 3₁ оптического объединителя 3, вход второго оптического ответвления 3₂ которого объединен со входом питания 4, а выход подключен ко входу управляющего ОБЭ 1₂. Прямой выход управляющего ОБЭ 1₂ подключен через ОЭЗ 7 ко входу второго оптического разветвителя 6₂, а инверсный - ко входу питания 10₁ оптического Т-триггера 5. Выход оптического Т-триггера 5 подключен ко входу первого оптического разветвителя 6₁, выходы всех оптических разветвлений которого, имеющих различную длину, объединены по выходу с соответствующими оптическими разветвлениями второго оптического разветвителя ₂ и подключены ко входам группы ОБЭ 8₁, . . . ,8_N, прямые выходы которых являются выходами устройства (инверсные выходы являются поглощающими). Вход оптического Т-триггера 5 (фиг. 2) объединен со входом оптического волновода 9, выход которого подключен ко входу ОБЭ 10, прямой выход которого является поглощающим, а вход питания 10₁ (обеспечивающего рабочее пороговое состояние ОБЭ) соединен с инверсным выходом управляющего ОБЭ 1₂. Инверсный выход ОБЭ 10 подключен через оптический усилитель 11 ко входу оптического Y - разветвителя 12, выход первого оптического разветвления 12₁ которого объединен с выходом оптического волновода 9, а выход второго оптического разветвления 12₂ является выходом оптического Т-триггера 5.

Данный ОПК осуществляет преобразование N-разрядного последовательного отраженного кода Грея в параллельный N-разрядный позиционный двоичный код за счет применения функционального преобразования, осуществляемого Т-триггером, к входному коду Грея.

Устройство работает следующим образом. Первым в кодовой посылке оптических импульсов, представляющей собой последовательный код Грея, на вход устройства, обьединенный со входом входного ОБЭ 1₁, поступает импульс-маркер, отличительным признаком которого является удвоенная интенсивность оптического сигнала (по сравнению с остальными импульсами посылки). ОБЭ ₁, порог срабатывания которого равен 2 усл. ед., срабатывает, формируя на прямом выходе ОБЭ 1₁ сигнал, поступающий по первому оптическому ответвлению 3₁ оптического объединителя 3 на вход управляющего ОБЭ 1₂. По второму оптическому ответвлению 3₂ оптического объединителя 3 на вход ОБЭ 1₂, порог срабатывания которого также равен 2 усл. ед., поступает сигнал питания оптического Т-триггера 5 интенсивности 0,1 усл. ед. со входа питания устройства 4. Таким образом, при поступлении импульса-маркера на входе ОБЭ 1₂ за счет суммирования оптических сигналов в оптическом обьединителе 3 формируется сигнал интенсивности 2,1 усл. ед., превышающей порог срабатывания ОБЭ 1₂ - ОБЭ 1₂ срабатывает: исчезает сигнал на его инверсном выходе (пропадает сигнал питания оптического Т-триггера 5) и появляется на прямом. При пропадании сигнала питания оптический Т-триггер 5 устанавливается в исходное - нулевое состояние; импульс-маркер с прямого выхода ОБЭ 1₂ поступает на вход ОЭЗ 7. Поступающие на вход ОБЭ 1₁ вслед за маркерным импульсом импульсы кодовой посылки интенсивности 1 усл. ед. проходят на его инверсный выход и далее через оптический волновод 2 - на вход оптического Т-триггера 5. Оптический Т-триггер 5 реализует логическую функцию - смену текущего состояния только при поступлении на его вход единичного входного импульса и работает следующим образом.

Входной оптический импульс иитенсивности 1 усл. ед. с его входа по оптическому волноводу 9 поступает на вход ОБЭ 10, порог срабатывания которого равен 2 усл. ед. Так как интенсивность импульса оказывается меньше порога срабатывания, то он проходит на инверсный выход ОБЭ 10, поступая далее на вход оптического усилителя 11, обеспечивающего усиление интенсивности оптического потока в 2 ε раз (где ε - коэффициент затухания оптического потока в тракте "выход оптического усилителя 11 - вход ОБЭ 10"). С выхода оптического усилителя 11 оптический сигнал интенсивности 2 ε усл. ед. поступает на вход оптического Y-разветвителя 12, где разветвляется на два потока равной интенсивности - первый поступает по оптическому разветвлению 12₁ вновь на вход ОБЭ 10, второй по оптическому разветвлению 12₂ - на выход оптического Т-триггера 5. При отсутствии последующих входных импульсов на входе ОБЭ 10 за счет оптического потока, существующего в тракте "выход оптического усилителя 11 - вход ОБЭ 10", оказывается постоянно сформированным оптический сигнал интенсивности 1 усл. ед., дальнейший путь прохождения которого аналогичен вышеизложенному (длительность входного импульса при этом должна быть равной времени прохождения оптическим сигналом кольцевого тракта со входа на вход ОБЭ 10). Таким образом, в результате на выходе оптического Т-триггера 5 сформирован единичный сигнал ("1"). При поступлении очередного входного импульса на входе ОБЭ 10 формируется суммарный оптический сигнал (за счет объединения оптических потоков вз оптического разветвления 12₁ и оптического волновода 9) интенсивности 2 усл. ед., в результате чего ОБЭ 10 срабатывает. При этом появляется сигнал на его прямом выходе (где далее поглощается), а на инверсном выходе и в оптическом разветвителе 12 оптический сигнал пропадает. Таким образом, нулевой сигнал формируется как на выходе оптического Т-триггера 5 (смена состояния на нулевое - "0"), так и на входе ОБЭ 10, что обеспечивает в последующем удержание данного состояния. Дальнейшая работа оптического Т-триггера 5 при поступлении очередного входного импульса аналогична вышеизложенному, в результате на его выходе формируется посылка оптических импульсов, представляющая собой последовательный двоичный код. Данная последовательность оптических импульсов поступает на вход первого оптического разветвителя 6₁, длины соседних оптических разветвлений которого отличаются на величину Δ L= c•t, где с - скорость света, t - период входной импульсной последовательности. Таким образом, каждый импульс последовательности поступает одновременно во все оптические разветвления, но за счет разных времен их прохождения вся импульсная последовательность одновременно сформируется на выходах оптических разветвлений оптического разветвителя 6₁ только по приходу последнего импульса, появившегося на выходе последнего - самого короткого, оптического разветвления.

Сформированный на выходах оптического разветвителя 6₁ параллельный оптический код поступает на входы группы ОБЭ 8₁ - 8_N, порог срабатывания которых равен 3/N усл. ед. Так как интенсивность оптических импульсов на выходах оптического разветвителя 6₁, за счет разветвления в нем оптического потока, равна 1/N усл. ед., то до появления выходных импульсов оптического разветвителя 6₂ (порожденных импульсом-маркером и имеющих интенсивность, соответственно, 2/N усл.ед.) сигналы на прямых выходах ОБЭ ₁,...,8_N отсутствуют. Через время, равное времени τ формирования параллельного кода на выходах оптического разветвителя 6₁ - по приходу последнего импульса последовательности, импульс-маркер, задержанный в ОЭЗ 7 на τ, формирует на всех выходах оптического разветвителя 6₂ импульсы интенсивности 2/N усл. ед. Суммарная интенсивность входного импульса ОБЭ 8_i оказывается равной 3/N усл. ед. (при наличии "1" в i-м разряде преобразованного кода) - ОБЭ 8_i срабатывает, на выходах ОБЭ 8₁-8_N, являющихся выходами устройства, формируется искомый параллельный двоичный код (с быстродействием, практически потенциально возможным для оптических преобразователей). Дополнительным преимуществом предложенного устройства является простота, позволяющая обеспечить его интегральное исполнение.

Формула изобретения

Оптический преобразователь кодов, содержащий первый оптический разветвитель с оптическими разветвлениями различной длины, оптический объединитель и оптический волновод, отличающийся тем, что в него введены входной, управляющий и группа оптических бистабильных элементов, оптический Т-триггер, оптический элемент задержки и второй оптический разветвитель с равными оптическими разветвлениями, вход оптического преобразователя кодов объединен со входом входного оптического бистабильного элемента, инверсный выход которого через оптический волновод подключен ко входу оптического Т-триггера, а прямой выход подключен ко входу первого оптического ответвления оптического объединителя, вход второго оптического ответвления которого объединен со входом питания, а выход подключен ко входу управляющего бистабильного элемента, прямой выход которого через оптический элемент задержки подключен ко входу второго оптического разветвителя, а инверсный - ко входу питания оптического Т-триггера, входом которого является вход оптического волновода оптического Т-триггера, выход которого подключен ко входу оптического бистабильного элемента оптического Т-триггера, прямой выход которого является поглощающим, а инверсный подключен ко входу оптического усилителя оптического Т-триггера, выход которого подключен ко входу оптического Y-разветвителя оптического Т-триггера, выход первого оптического разветвления которого объединен с выходом оптического волновода оптического Т-триггера, а выход второго оптического разветвления оптического Y-разветвителя оптического Т-триггера подключен ко входу первого оптического разветвителя с оптическими разветвлениями различной длины, выходы оптических разветвлений которого объединены с выходами оптических разветвлений второго оптического разветвителя и подключены к соответствующим входам группы оптических бистабильных элементов, прямые выходы которых являются выходами оптического преобразователя кодов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2