Оптический генератор хаотических последовательностей

 

Изобретение относится к специализированной вычислительной технике и может быть использовано при статистическом моделировании, создании оптических средств обработки информации и т.д. Сущность изобретения состоит в том, что в оптический генератор хаотических последовательностей, содержащий источник излучения калиброванной интенсивности, оптический разветвитель, электрооптический амплитудный модулятор, оптический фазовый модулятор, введены оптический ответвитель, содержащий два входных и три выходных оптических ответвления, обеспечивающих ответвление половины выходного оптического потока в третье выходное оптическое ответвление и последующее равное его разветвление на два в первом и втором выходных оптических ответвлениях, усилитель, оптический объединитель, оптический элемент задержки и вычислительный транспарант, выход источника излучения калиброванной интенсивности подключен ко входу оптического разветвителя, выход второго оптического разветвления которого, обеспечивающего ответвление половины выходного оптического потока, подключен ко входу второго входного оптического ответвления оптического ответвителя, а выход первого оптического разветвления - к информационному входу электрооптического амплитудного модулятора, управляющий вход которого через последовательно соединенные усилитель, вход которого объединен со входом устройства, и фотоприемник соединен с выходом первого выходного оптического ответвления, а выход подключен ко входу первого оптического ответвления оптического объединителя, вход второго оптического ответвления которого через последовательно соединенные вычислительный транспарант и оптический элемент задержки соединен с выходом второго выходного оптического ответвления оптического ответвителя, а выход оптического объединителя через оптический фазовый модулятор подключен ко входу первого входного оптического ответвления оптического ответвителя, выход третьего выходного оптического ответвления которого является выходом устройства. Техническим результатом является формирование хаотического процесса с заданной степенью "случайности" и законом распределения, аппроксимирующим равномерный с регулируемой точностью. 1 ил.

Изобретение относится к специализированной вычислительной технике и может быть использовано при статистическом моделировании, создании оптических средств обработки информации и т.д.

Известны генераторы случайного процесса, обеспечивающие при формировании случайных величин заданный закон распределения с различной степенью приближения [А.С. 1170454, кл. G 06 F 7/58, СССР; А.С. 1317435, кл. G 06 F 7/58, СССР; А. С. 1509884, кл. G 06 F 7/58, СССР; А.С. 1362321, кл. G 06 G 9/00, СССР].

Наиболее близким по техническому исполнению к предложенному устройству является оптический генератор равномерно распределенных хаотических последовательностей [патент 2150140, кл. 7 G 06 F 3/00, РФ], содержащий источник излучения заданной (калиброванной) интенсивности, оптический разветвитель, электрооптический амплитудный модулятор, оптический фазовый модулятор.

Недостатком данных устройств является отсутствие возможности регулирования степени случайности (хаотичности) амплитуд генерируемого процесса и обеспечения заданной точности приближения закона распределения выходной последовательности к равномерному.

Заявленное изобретение направлено на решение задачи формирования хаотического процесса с заданной степенью "случайности" (управляемого параметром хаотизации) и законом распределения, аппроксимирующим равномерный с регулируемой точностью.

Поставленная задача возникает при моделировании сложных систем, анализе выходных сигналов систем большой размерности, разработке перспективных средств обработки информации и т.д.

Сущность изобретения состоит в том, что в него введены оптический ответвитель, содержащий два входных и три выходных оптических ответвления, обеспечивающих ответвление половины выходного оптического потока в третье выходное оптическое ответвление и последующее равное его разветвление на два в первом и втором выходных оптических ответвлениях, усилитель, оптический объединитель, оптический элемент задержки и вычислительный транспарант, выход источника излучения калиброванной интенсивности подключен ко входу оптического разветвителя, выход второго оптического разветвления которого, обеспечивающего ответвление половины выходного оптического потока, подключен ко входу второго входного оптического ответвления оптического ответвителя, а выход первого оптического разветвления - к информационному входу электрооптического амплитудного модулятора, управляющий вход которого через последовательно соединенные усилитель, вход которого объединен со входом устройства, и фотоприемник соединен с выходом первого выходного оптического ответвления оптического ответвителя, а выход подключен ко входу первого оптического ответвления оптического объединителя, вход второго оптического ответвления которого через последовательно соединенные вычислительный транспарант и оптический элемент задержки соединен с выходом второго выходного оптического ответвления оптического объединителя, а выход последнего через оптический фазовый модулятор подключен ко входу первого входного оптического ответвления оптического ответвителя, выход третьего выходного оптического ответвления которого является выходом устройства.

В основу работы генератора положено свойство функционального отображения вида χ_n+1 = 1-aχ²_n-bχ_n-1, где а, b - параметры хаотизации, а>0, 0≤b≤1; χ_n∈[0,1],n - номер шага отображения, порождать при итегрировании хаотическую последовательность случайных величин [Шустер Г. Детерминированный хаос. - М.: Мир, 1988 г.].

При этом величины a, b позволяют гибко управлять характером плотности распределения последовательности χ_n и определяют требуемую степень приближения закона распределения к равномерному [там же, стр.52], что принципиально недостижимо в устройстве-прототипе.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлена функциональная схема устройства.

Устройство содержит источник когерентного излучения калиброванной интенсивности 1, оптический разветвитель 2 с оптическими разветвлениями 2₁, 2₂, обеспечивающими разветвление его выходного оптического потока на два равной интенсивности, фотоприемник 3, усилитель 4, электрооптический амплитудный модулятор (ЭАМ) 5, оптический фазовый модулятор 7, оптический ответвитель 8 с двумя входными и тремя выходными оптическими ответвлениями, обеспечивающими равное разветвление выходного оптического потока в оптических ответвлениях 8₁, 8₂ и последующее его равное разветвление на два на выходах двух оптических ответвлений оптического ответвления 8₁, оптический элемент задержки 9, вычислительный транспарант 10.

Оптический фазовый модулятор 7 обеспечивает постоянный сдвиг фазы оптического потока на π и может быть выполнен в виде оптически прозрачной пластины постоянной толщины.

Оптический элемент задержки 9 может быть выполнен в виде оптического волновода длины L, где L=с•τ, с - скорость света, τ- время задержки.

Выход источника излучения 1 подключен ко входу оптического разветвителя 2, выход второго оптического разветвления 2₂ которого подключен ко входу второго входного оптического ответвления оптического ответвителя 8, а выход первого оптического разветвления 2₁ - к информационному входу ЭАМ 5. Выход ЭАМ 5 подключен ко входу первого оптического ответвления 6₁ оптического объединителя 6, выход которого через оптический фазовый модулятор 7 подключен ко входу первого входного оптического ответвления оптического ответвителя 8, выход третьего выходного оптического ответвления 8₂ которого является выходом устройства, выход второго выходного оптического ответвления подключен через последовательно соединенные оптический элемент задержки 9 и вычислительный транспарант 10 ко входу второго оптического ответвления 6₂ оптического объединителя 6, а выход первого выходного оптического ответвления - ко входу фотоприемника 3. Выход фотоприемника 3 подключен ко входу усилителя 4, объединенному со входом устройства, а выход усилителя 4 подключен к управляющему входу ЭАМ 5.

Устройство работает следующим образом.

В начальный момент времени работы устройства на вход усилителя 4 с коэффициентом усиления а подается сигнал, пропорциональный где - заданная константа, выбираемая исходя из требуемого начального значения х₀ хаотического процесса (выражение для приведено далее). С выхода усилителя 4 сигнал поступает на управляющий вход электрооптического амплитудного модулятора (ЭАМ) 5, обеспечивающего соответствующую модуляцию амплитуды когерентного оптического сигнала интенсивности 4 усл.ед. (амплитуды 2 усл.ед. ), поступающего на информационный вход ЭАМ 5 с выхода источника излучения 1 (интенсивности 8 усл.ед.) через первое оптическое разветвление 2₁ оптического разветвителя 2.

С выхода ЭАМ 5 оптический сигнал с амплитудой по первому оптическому ответвлению 6₁ оптического объединителя 6 через оптический фазовый модулятор 7, где осуществляется сдвиг фазы оптического потока на π, поступает на вход первого входного оптического ответвления оптического ответвителя 8, где интерферирует с когерентным оптическим сигналом амплитуды 2 усл.ед., поступающим с выхода источника излучения 1 через второе оптическое разветвление 2₂ оптического разветвителя 2. Результирующие оптические сигналы с амплитудами поступают по третьему выходному оптическому ответвлению 8₂ на выход устройства, по первому и второму выходным оптическим ответвлениям оптического ответвителя 8 на вход фотоприемника 3 и оптического элемента задержки 9, где за счет деления оптического потока на два равной интенсивности формируются оптические сигналы с амплитудами (т.е. ).

Оптический сигнал х₀, поступивший на вход оптического элемента задержки 9, задерживается на такт работы устройства (равный времени прохождения сигнала по тракту "фотоприемник 3 -...- оптический разветвитель 8 - фотоприемник 3 - усилитель 4 - ЭАМ 5"), сигнал с выхода фотоприемника 3 (пропорциональный интенсивности оптического сигнала χ²₀) поступает на вход усилителя 4. Выходной сигнал усилителя aχ²₀ обеспечивает формирование на выходе ЭАМ 5 оптического сигнала с амплитудой 2aχ²₀, поступающего далее через оптический объединитель 6 и оптический фазовый модулятор 7 на вход первого входного оптического ответвления оптического ответвителя 8, где происходит его вычитание из оптического сигнала с амплитудой 2 усл.ед., поступающего с выхода источника излучения 1.

Далее результирующие сигналы с равными интенсивностями 2(1-aχ²₀) поступают на выход устройства и через оптическое ответвление 8₁ оптического ответвителя 8, разделяясь на два, - на входы фотоприемника 3 и оптической линии задержки 9, где формируются сигналы с амплитудой χ₁ = 1-aχ²₀. Последующий процесс прохождения и формирования сигналов аналогичен вышеизложенному, но, начиная со второго такта, в оптическом объединителе 6 происходит суммирование оптических сигналов - с выхода ЭАМ 5 с амплитудой aχ²₁ (и далее aχ²_n) и с выхода вычислительного транспаранта 10 (имеющего масштабный коэффициент пропускания b≤1) с амплитудой (и далее bχ_n-1). Таким образом, на выходе устройства во 2-м такте работы формируются оптические сигналы с амплитудами , а в (n+1)-м такте - соответственно представляющие собой промасштабированный (с коэффициентом ) описанный выше хаотический процесс.

Формула изобретения

Оптический генератор хаотических последовательностей, содержащий источник излучения калиброванной интенсивности, оптический разветвитель, электрооптический амплитудный модулятор, оптический фазовый модулятор, отличающийся тем, что в него введены оптический ответвитель, содержащий два входных и три выходных оптических ответвления, обеспечивающих ответвление половины выходного оптического потока в третье выходное оптическое ответвление и последующее равное его разветвление на два в первом и втором выходных оптических ответвлениях, усилитель, оптический объединитель, оптический элемент задержки и вычислительный транспарант, выход источника излучения калиброванной интенсивности подключен ко входу оптического разветвителя, выход второго оптического разветвления которого, обеспечивающего ответвление половины выходного оптического потока, подключен ко входу второго входного оптического ответвления оптического ответвителя, а выход первого оптического разветвления - к информационному входу электрооптического амплитудного модулятора, управляющий вход которого через последовательно соединенные усилитель, вход которого объединен со входом устройства, и фотоприемник соединен с выходом первого выходного оптического ответвления оптического ответвителя, а выход электрооптического амплитудного модулятора подключен ко входу первого оптического ответвления оптического объединителя, вход второго оптического ответвления которого через последовательно соединенные вычислительный транспарант и оптический элемент задержки соединен с выходом второго выходного оптического ответвления оптического ответвителя, а выход оптического объединителя через оптический фазовый модулятор подключен ко входу первого входного оптического ответвления оптического ответвителя, выход третьего выходного оптического ответвления которого является выходом устройства.

РИСУНКИ

Рисунок 1