Оптический логический элемент "не"

Полезная модель относится к области оптических логических элементов.

В качестве ближайшего аналога выбран оптический Y-образный разветвитель (Патент Украины 39967 МПК (2009) G02B6/00), содержащий два одномодовых оптических волокна, биконический переход.

Недостатком аналога является невозможность его использования в качестве логического элемента.

В основу полезной модели поставлена задача создания оптического логического элемента «НЕ» для реализации двухуровневых логических схем, в которых логическому нулю соответствует сигнал с низшей частотой, логической единице соответствует сигнал с высшей частотой.

Поставленная задача решается тем, что оптический логический элемент «НЕ», включающий разветвитель из двух одномодовых оптических волокон, согласно полезной модели, дополнительно содержит усеченную треугольную оптическую призму, расположенную по ходу оптического пучка, плоские диэлектрические волноводы, расположенные под углами преломления (3 \ и /? г для оптических сигналов с частотами со 1 и со 2, нелинейные оптические резонаторы, расположенные по ходу пучков с частотами щ и со ₂, а разветвитель расположенный по ходу излучения после нелинейных

оптических резонаторов. Устройство обеспечивает трансформацию сигнала, соответствующего логической единице, в оптическом логическом элементе «НЕ» в сигнал, соответствующий логическому нулю, и наоборот.

На чертеже приведена схема оптического логического элемента «НЕ»: плоский диэлектрический волновод для ввода сигнала (1) А, усеченная треугольная оптическая призма (2), расположенная по ходу оптического пучка, плоские диэлектрические волноводы (3, 4), расположенные под углами преломления /?i и fii для оптических сигналов с частотами со \л со 2, нелинейные оптические резонаторы (5, 6), расположенные по ходу пучков с частотами со_х и со_г, Y-образный разветвитель (7) для вывода оптического сигнала, расположенный после нелинейных оптических резонаторов.

Принцип действия предлагаемого оптического логического элемента «НЕ» основан на нелинейном взаимодействии четырех оптических волн в нелинейном оптическом

резонаторе. Частота сигнала со_х, представляющего логическую единицу, выше частоты сигнала а>₂, представляющего логический ноль, со_х > а> ₂.

Оптический логический элемент работает следующим образом.

Входной сигнал А поступает во входной волновод 1, который прикреплен, например, оптическим клеем к входной грани призмы 2. В призме 2, если частота сигнала равна со_х, оптический пучок отклоняется на больший угол Д, и проходит через волновод 4; если частота сигнала равна а>₂, оптический пучок отклоняется на меньший угол /3₂ и проходит через волновод 3. Сигнал с частотой со_х попадает в нелинейный резонатор 6, сигнал с частотой со₂ попадает в нелинейный резонатор 5. В нелинейных резонаторах 5 и 6 в результате четырехволнового смешения двух волн накачки с суммарной частотой 2со_р и волны сигнала с частотой щ или со₂ при выполнении условий фазового синхронизма 2со_Р = со_х + со ₂, 2к_Р = к_х+к ₂ генерируется резонансная волна со₂ или со_х, соответственно. К нелинейным резонаторам 5 и 6, например оптическим клеем прикреплены входные волноводы Y-образного разветвителя, через выходной волновод которого выводится соответствующий оптический сигнал Z.

Физический механизм взаимодействия четырех электромагнитных волн в нелинейном резонаторе состоит в следующем. Диэлектрический плоский волновод с полупрозрачными отражающими торцами представляет собой одномерный диэлектрический резонатор типа Фабри-Перо (фиг. 1). Через одно из зеркал резонатора оптические потоки вводятся, а через другое зеркало поток выводится.

На входное зеркало резонатора подается волна сигнала с частотой со₂ или со_х, и две волны накачки с частотой со _р. Диэлектрическая проницаемость среды резонатора может быть представлена в виде s = 1 + Ап%_х (со) + 4л%₃1, где %i (<в) - линейная восприимчивость

среды, Хз " кубичная восприимчивость среды, I ~ E - интенсивность электромагнитного

поля. Полагаем, что в резонаторе возбуждено электромагнитное поле вида Ej = e_j(t)exp(-ico _jt + ikjZ), где j = 1,2,Р - индекс волны распространяющейся вдоль оси z

резонатора. Укороченные уравнения для медленно меняющихся амплитуд e _l2(t) волн имеют вид

где Y\ 2 = const - коэффициенты, зависящие от параметров среды и волн, е _Р - амплитуда волны накачки. После прохождения нелинейного резонатора 5 сигнал с частотой со_х

трансформируется в сигнал с частотой со₂, а сигнал с частотой со₂ после прохождения нелинейного резонатора 6 трансформируется в сигнал с частотой со _х.

Амплитуды сигналов после прохода через резонаторы пропорциональны интенсивности волн накачки е₁₂-ехруе^у^). Таким образом, сигнал,

соответствующий логической единице, в полностью оптическом логическом элементе «НЕ» трансформируется в сигнал, соответствующий логическому нулю, и наоборот (Таблица 1).

Оптический логический элемент «НЕ» может быть реализован с помощью волноводов из плавленого кварца SiO₂, оптической призмы из кристаллического кварца, нелинейных оптических резонаторов из органического материала полиацетилен паратолуол сульфоната для оптических сигналов с длинами волн \ = 0.6 мкм и Л₂ = 1.4

мкм. Тогда частоты волн для сигналов будут равны со_х = 3.14-10¹⁵с"¹ ,а>₂ = 1.34-10¹⁵с"¹ , а суммарная частота волн накачки выбрана в видимом диапазоне 2со_р =4.48-10¹⁵ с^¹. Плоские диэлектрические волноводы расположены под углами преломления J3 \ и (5 г для оптических сигналов с частотами со \ и со г.

Углы Д =4Г и /?, =40' для оптических сигналов с частотами со_х =3.14-10 ¹⁵с~' и со₂ =1.34-10¹⁵ с-'.

Устройство обеспечивает трансформацию сигнала, соответствующего логической единице, в оптическом логическом элементе «НЕ» в сигнал, соответствующий логическому нулю, и наоборот.

Оптический логический элемент «НЕ»

Оптический логический элемент, включающий разветвитель из двух одномодовых оптических волокон, отличающийся тем, что дополнительно содержит усеченную треугольную оптическую призму, расположенную по ходу оптического пучка, плоские диэлектрические волноводы, расположенные под углами преломления и для оптических сигналов с частотами и нелинейные оптические резонаторы, расположенные по ходу пучков с частотами и а разветвитель расположен по ходу излучения после нелинейных оптических резонаторов.

РИСУНКИ