Оптоэлектронный вычислитель



Оптоэлектронный вычислитель
Оптоэлектронный вычислитель

Владельцы патента RU 2689810:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ростовский государственный экономический университет (РИНХ)" (RU)

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в оптических устройствах обработки информации при выполнении вычислений в системе остаточных классов. Техническим результатом является создание устройства, выполняющего в режиме реального времени вычисления в системе остаточных классов. Оптоэлектронный вычислитель содержит линейный источник когерентного излучения, оптический амплитудный модулятор, оптический n-входной объединитель, оптический фазовый модулятор, оптический Y-объединитель, оптический бистабильный элемент. 1 ил.

 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в оптических устройствах обработки информации при выполнении вычислений в системе остаточных классов.

Известно оптическое вычислительное устройство, предназначенное для умножения оптических сигналов, содержащее оптический RS-триггер, оптический Y-разветвитель, три оптических бистабильных элемента, оптические волноводы с кольцевыми ответвлениями, оптические усилители, оптический компаратор, частотный фильтр, оптический транспарант [Пат. RU 2022328 С1, 1994. Оптический умножитель / С.В. Соколов].

Существенным признаком аналога, общим с заявляемым устройством, является оптический бистабильный элемент.

Недостатками вышеописанного аналога являются высокая сложность и невозможность выполнения вычислений в системе остаточных классов.

Известно оптическое вычислительное устройство - Оптический дизъюнктор непрерывных множеств [пат. RU 2419127 С2 2009, Оптический дизъюнктор непрерывных множеств / В.М. Курейчик, С.М. Ковалев, С.В. Соколов, В.В. Курейчик, М.А. Аллее], принятый за прототип и содержащий оптический транспарант, оптический разветвитель, оптический бистабильный элемент, источник излучения, оптический Y-разветвитель, к групп по n оптических Y-объединителей, k групп оптических n-входных объединителей.

Существенные признаки прототипа, общие с заявляемым устройством, следующие: оптический бистабильный элемент, оптический Y-объединитель.

Недостатками вышеописанного прототипа являются высокая сложность и невозможность выполнения вычислений в системе остаточных классов.

Заявленное устройство направлено на решение задачи выполнения вычислений в системе остаточных классов с высоким быстродействием.

Сущность изобретения состоит в том, что в оптоэлектронный вычислитель, содержащий оптический бистабильный элемент и оптический Y-объединитель, введены линейный источник когерентного излучения, оптический амплитудный модулятор, оптический фазовый модулятор и оптический n-входной объединитель, вход устройства соединен с управляющим входом оптического амплитудного модулятора и входом линейного источника когерентного излучения, n выходов которого подключены ко входам оптического n-входного объединителя, разность длин входных оптических волокон которого обеспечивает временную задержку, равную времени срабатывания оптического бистабильного элемента, между оптическими сигналами, поступающими на соседние входы оптического n-входного объединителя, (n+1)-й выход линейного источника когерентного излучения подключен ко входу оптического фазового модулятора, выход которого подключен к информационному входу оптического амплитудного модулятора, выход которого подключен ко второму входу оптического Y-объединителя, первый вход которого связан с выходом оптического n-входного объединителя, причем, оптическое волокно первого входа оптического Y-объединителя длиннее оптического волокна его второго входа на величину, обеспечивающую задержку оптического сигнала на первом входе по отношению ко второму на время срабатывания оптического бистабильного элемента, а выход оптического Y-объединителя подключен ко входу оптического бистабильного элемента, прямой выход которого является поглощающим, а инверсный выход является выходом устройства.

Оптоэлектронный вычислитель предназначен для выполнения в режиме реального времени вычисления остатка r от деления числа А на число В:

А=k⋅В+r,

где А, В, k и r целые числа, 0≤r<|В|, т.е. выполнения операции

Функциональная схема оптоэлектронного вычислителя представлена на фиг. 1.

Оптоэлектронный вычислитель содержит:

1 - линейный источник когерентного излучения (ИКИ);

2 - оптический амплитудный модулятор (ОАМ);

3 - оптический n-входной объединитель;

4 - оптический фазовый модулятор (ОФМ);

5 - оптический Y-объединитель;

6 - оптический бистабильный элемент (ОБЭ), который может быть выполнен, например, в виде трансфазора или в виде оптически связанных волноводов [Акаев А.А. Оптические методы обработки информации / А.А. Акаев, С.А. Майоров. - М.: Высшая школа, 1988. - 236 с].

Вход оптоэлектронного вычислителя соединен со входом ИКИ и управляющим входом ОАМ 2.

n выходов ИКИ 1 подключены ко входам оптического n-входного объединителя 3, разность длин входных оптических волокон которого обеспечивает временную задержку Δτ, равную времени срабатывания ОБЭ 6, между оптическими сигналами, поступающими на соседние входы оптического n-входного объединителя 3:

,

где с - скорость света в оптическом волокне.

(n+1)-й выход ИКИ 1 подключен ко входу ОФМ 4, обеспечивающему сдвиг фазы оптического сигнала на π.

Выход ОФМ 4 подключен к информационному входу ОАМ 2, выход которого подключен ко второму входу оптического Y-объединителя 5, первый вход которого связан с выходом оптического n-входного объединителя 3. Оптическое волокно первого входа оптического Y-объединителя 5 длиннее оптического волокна его второго входа на величину , обеспечивающую задержку оптического сигнала на первом входе по отношению ко второму на время Δτ.

Выход оптического Y-объединителя 5 подключен ко входу ОБЭ 6 с порогом срабатывания равным В, прямой выход которого является поглощающим, а инверсный (отражающий) выход является выходом устройства.

Работа оптоэлектронного вычислителя происходит следующим образом.

На вход устройства поступает электрический сигнал с амплитудой, пропорциональной А/В, который далее поступает на вход ИКИ 1 и управляющий вход ОАМ 2. При поступлении сигнала на вход ИКИ 1 на его выходах формируются n+1 оптических когерентных потоков с амплитудой В усл. ед., n из которых поступают на входы оптического n-входного объединителя 3, а (n+1)-й через ОФМ 4 и ОАМ 2 поступает на второй вход оптического Y-объединителя 5, формируя на нем оптический сигнал с амплитудой А (и сдвинутой на π фазой). В начальный момент работы устройства за счет разной длины входных оптических волокон оптического Y-объединителя 5 на его выход проходит только оптический сигнал с выхода ОАМ 2 с амплитудой А (опережающий сигнал с его первого входа), поступающий далее на вход ОБЭ 6. Если А<В, то A=r и результат -оптический сигнал с амплитудой А, снимается с инверсного выхода ОБЭ 6. Если нет, то оптический сигнал с амплитудой А проходит на прямой выход ОБЭ 6, где поглощается.

Далее на выходе оптического n-входного объединителя 3 в связи с разной длиной его входных оптических волокон формируется нарастающий по амплитуде оптический сигнал, амплитуда которого изменяется от В до n×B. Данный оптический сигнал поступает на первый вход оптического Y-объединителя 5, и далее - на вход ОБЭ6, где интерферирует с оптическим сигналом с амплитудой А. Если результирующая амплитуда входного сигнала ОБЭ 6 |А-k⋅В| (k=1, 2, …, n) больше порога срабатывания В, то входной сигнал проходит на прямой выход ОБЭ 6, где поглощается.

При величине амплитуды входного сигнала ОБЭ 6 |А-k⋅В|, меньшей В (т.е. порога срабатывания ОБЭ 6: |А-k⋅В|<В), входной сигнал проходит на инверсный выход ОБЭ 6. На выходе устройства формируется сигнал с амплитудой |А-k⋅В|=r, что соответствует выполнению операции (1). В общем случае после искомого сигнала на выходе устройства будет сформирован еще сигнал переходного процесса, обусловленный тем, что после формирования оптического сигнала с амплитудой |А-k⋅В|<В на следующем шаге работы устройства на входе ОБЭ6 будет сформирован оптический сигнал с амплитудой |А-(k+1)⋅В|, также меньшей В, который тоже проходит на инверсный выход ОБЭ6 (но при анализе результата не учитывается. В дальнейшем сигнал на инверсном выходе ОБЭ6 - т.е. выходе устройства, будет нулевым).

Таким образом, на выходе устройства формируется сигнал с амплитудой, пропорциональной величине входного сигнала устройства в системе остаточных классов, определяемой выражением (1).

Быстродействие оптоэлектронного вычислителя определяется, в основном, динамическими характеристиками оптического амплитудного модулятора (время срабатывания которого 10-6 - 10-9 с), что позволяет обеспечить функционирование предложенного устройства практически в реальном масштабе времени.

Оптоэлектронный вычислитель, содержащий оптический бистабильный элемент и оптический Y-объединитель, отличающийся тем, что в него введены линейный источник когерентного излучения, оптический амплитудный модулятор, оптический фазовый модулятор и оптический n-входной объединитель, вход устройства соединен с управляющим входом оптического амплитудного модулятора и входом линейного источника когерентного излучения, n выходов которого подключены ко входам оптического n-входного объединителя, разность длин входных оптических волокон которого обеспечивает временную задержку, равную времени срабатывания оптического бистабильного элемента, между оптическими сигналами, поступающими на соседние входы оптического n-входного объединителя, (n+1)-й выход линейного источника когерентного излучения подключен ко входу оптического фазового модулятора, выход которого подключен к информационному входу оптического амплитудного модулятора, выход которого подключен ко второму входу оптического Y-объединителя, первый вход которого связан с выходом оптического n-входного объединителя, причем оптическое волокно первого входа оптического Y-объединителя длиннее оптического волокна его второго входа на величину, обеспечивающую задержку оптического сигнала на первом входе по отношению ко второму на время срабатывания оптического бистабильного элемента, а выход оптического Y-объединителя подключен ко входу оптического бистабильного элемента, прямой выход которого является поглощающим, а инверсный выход является выходом устройства.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в сложных автоматических системах управления, радиотехнических комплексах. Техническим результатом является повышение надежности дублированных систем.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в оптических устройствах обработки информации, построенных на основе непрерывной (нечеткой) логики.

Изобретение относится к области электросвязи и может быть использовано для поиска и оперативной идентификации информации в сетях передачи данных с коммутацией пакетов и в информационно-справочных (поисковых) системах.

Группа изобретений относится к автоматике и аналоговой вычислительной технике и предназначена для обработки в реальном масштабе времени быстро меняющихся аналоговых сигналов датчиков в авиационных и ракетно-космических системах автоматического управления.

Изобретение относится к области управления в реальном масштабе времени сложными объектами и быстротекущими процессами с многопараметрической зависимостью функции управления, которые не удается представить математической моделью в виде дифференциальных уравнений.

Изобретение относится к автоматике и аналоговой вычислительной технике и может быть использовано для построения функциональных узлов аналоговых вычислительных машин, средств автоматического регулирования и управления, аналоговых процессоров.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в оптических устройствах обработки информации, построенных на основе непрерывной (нечеткой) логики.

Изобретение относится к методам обнаружения неисправностей в сложных системах. Система обработки данных для контроля сложной системы получает элементы информации состояния и объединения в единую информацию о неисправности.

Изобретение относится к области автоматизированных систем и систем с автоматическим управлением. Технический результат заключается в повышении точности при выборе решения в нечеткой ситуации, отражающей возможное состояние системы.

Группа изобретений относится к области вычислительной техники и может быть использована в сложных радиотехнических комплексах, автоматизированных системах управления.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в оптических устройствах обработки информации, построенных на основе непрерывной (нечеткой) логики.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в оптических устройствах обработки информации, построенных на основе непрерывной (нечеткой) логики.

Изобретение относится к вычислительной технике. Технический результат заключается в расширении арсенала средств того же назначения.

Изобретение относится к средствам вычислительной техники. Оптический нанорегистр состоит из источника постоянного оптического сигнала, двух N-выходных нановолоконных оптических разветвителей, N телескопических нанотрубок, N нановолоконных оптических Y-разветвителей, N нановолоконных оптических объединителей.

Группа изобретений относится к области аналого-цифрового преобразования и может быть использована в системе контроля энергонасыщенных объектов. Техническим результатом является упрощение конструкции и уменьшение габаритов преобразователя.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в оптических устройствах обработки информации, построенных на основе непрерывной (нечеткой) логики.
Изобретение относится к медицине, хирургии. Хирургическое лечение ожогов выполняют в первые часы после получения ожога.

Изобретение относится к средствам вычислительной техники и может быть использовано в оптических устройствах обработки информации при разработке и создании оптических вычислительных машин и приемопередающих устройств.

Изобретение относится к средствам вычислительной техники и может быть использовано в оптических устройствах обработки информации при разработке и создании оптических вычислительных машин и приемопередающих устройств.

Изобретение относится к компьютерным системам, в частности к квантовым компьютерам и оптическим логическим элементам, и может быть использовано для полного определения состояния кубита.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в оптических устройствах обработки информации, построенных на основе непрерывной (нечеткой) логики.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в оптических устройствах обработки информации при выполнении вычислений в системе остаточных классов. Техническим результатом является создание устройства, выполняющего в режиме реального времени вычисления в системе остаточных классов. Оптоэлектронный вычислитель содержит линейный источник когерентного излучения, оптический амплитудный модулятор, оптический n-входной объединитель, оптический фазовый модулятор, оптический Y-объединитель, оптический бистабильный элемент. 1 ил.

Наверх