Голографическое запоминающее устройство

 

ГОЛОГРАФИЧЕСКОЕ ЗАПОМИНАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, содержащее последовательно расположенные и оптически связанные лазер, блок адресации пучка, блок формирования пучка, рэндомизирующую маску, первый управляемый транспарант, блок фокусировки пучка и невзаимный оптический вентиль, первый выход которого связан с оптическим входом блока управляемых мультипликаторов изображения, блоки обращения, состоящие из последовательно расположенных и оптически связанных коллимирующего узла и управляемого расщепителя пучка, выходы первой группы которого через первый узел фокусировки связаны с носителем информации, выходы второй группы управляемого расщепителя пучка через второй узел фокусировки пучка связаны с соответствующими опорными голограммами матрицы опорных голограмм, причем каждый выход блока управляемых мультипликаторов изображения связан с соответствующим коллимирующим узлом, второй выход невзаимного оптического вентиля связан с корректирующим блоком, фотоприемный блок и блок управления, выходы которого с первого по седьмой подключены к входам соответственно лазера, блока адресации пучка, первого управляемого транспаранта, блока управляемых мультипликаторов изображения, управляемого расщепителя пучка и носителя информации, вход блока управления соединен с выходом фотоприемного блока, отличающееся тем, что, с целью увеличения надежности и расширения функциональных возможностей за счет обеспечения ассоциативной выборки информации, в него введены блок возврата пучков, второй управляемый транспарант, узлы формирования пучка, причем каждая матрица опорных голограмм оптически связана через соответствующий узел формирования пучка с носителем информации, который оптически связан с блоком возврата пучков, корректирующий блок оптически связан с вторым управляемым транспарантом, который оптически связан с фотоприемным блоком, восьмой выход блока управления подключен к входу второго управляемого транспаранта.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок возврата пучков содержит растр переключателей поляризации, коллективный объектив, оптический вентиль, отражатели с первого по пятый, узел фокусировки пучков и переключатель поляризации, причем растр переключателей оптически связан с коллективным объективом, который оптически связан с первым входом оптического вентиля, выход которого через последовательно расположенные первый и второй отражатели, узел фокусировки, пучков, третий, четвертый и пятый отражатели и переключатель поляризации оптически связан с вторым входом оптического вентиля.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок возврата пучков содержит коллимирующий узел, узел смещения пучков, невзаимный оптический элемент и отражатель, причем коллимирующий узел через последовательно расположенные узел смещения пучков и невзаимный оптический элемент оптически связан с отражателем. Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано в качестве запоминающего устройства при обработке больших массивов информации. Известно оптическое запоминающее устройство, построенное на основе управляемых мультипликаторов изображений и носителей информации, работающих на отражение. Основным недостатком этого устройства является относительно невысокая надежность из-за "точечного" представления информации на носителях. Наиболее близким техническим решением является голографическое запоминающее устройство, содержащее источник когерентного излучения, блок адресации пучка, блоки формирования пучка, рэндомизирующую маску, управляемый транспарант, блоки управляемых мультипликаторов изображения, жгуты волоконных световодов, блок обращения, фотоприемный блок и блок управления. Основные недостатки этого устройства относительно низкая его надежность из-за использования при считывании жгутов волоконных световодов и дополнительного блока управляемых мультипликаторов изображения, а также невозможность ассоциативной выборки информации. Цель изобретения повышение надежности устройства и расширение его функциональных возможностей за счет ассоциативной выборки информации. Указанная цель достигается тем, что в голографическое запоминающее устройство, содержащее последовательно расположенные и оптически связанные лазер, блок адресации пучка, блок формирования пучка, рэндомизирующую маску, первый управляемый транспарант, блок фокусировки пучка, невзаимный оптический вентиль, первый выход которого связан с оптическим входом блока управляемых мультипликаторов изображения, блоки обращения, состоящие из последовательно расположенных и оптически связанных коллимирующего узла и управляемого расщепителя пучка, выходы первой группы которого через первый узел фокусировки пучка связаны с носителем информации, выходы второй группы управляемого расщепителя пучка через второй узел фокусировки пучка связаны с соответствующими опорными голограммами матрицы опорных голограмм, причем каждый выход блока управляемых мультипликаторов изображения связан с соответствующим коллимирующим узлом, второй выход невзаимного оптического вентиля связан с корректирующим блоком, фотоприемный блок и блок управления, выходы которого с первого по седьмой подключены к входам соответственно лазера, блока адресации пучка, первого управляемого транспаранта, блока управляемых мультипликаторов изображения, управляемого расщепителя пучков и носителя информации, вход блока управления соединен с выходом фотоприемного блока, введены блок возврата пучков, второй управляемый транспарант, узел формирования пучка, причем каждая матрица опорных голограмм оптически связана через соответствующий узел формирования пучка с носителем информации, который оптически связан с блоком возврата пучков, корректирующий блок оптически связан с вторым управляемым транспарантом, который оптически связан с фотоприемным блоком, восьмой выход блока управления подключен к входу второго управляемого транспаранта, а также тем, что блок возврата пучков содержит растр переключателей поляризации, коллективный объектив, оптический вентиль, первый, второй, третий, четвертый, пятый отражатели, узел фокусировки пучков, переключатель поляризации, причем растр переключателей поляризации оптически связан с коллективным объективом, который оптически связан с первым входом оптического вентиля, выход которого через последовательно расположенные первый и второй отражатели, узел фокусировки пучков, третий, четвертый и пятый отражатели и переключатель поляризации связан с вторым входом оптического вентиля, а также тем, что блок возврата пучков содержит коллимирующий узел, узел смещения пучков, невзаимный оптический элемент и отражатель, причем коллимирующий узел через последовательно расположенные узел смещения пучков и невзаимный оптический элемент связан с отражателем. На фиг.1 представлена блок-схема голографического запоминающего устройства; на фиг. 2 оптическая схема блока обращения; на фиг.3 и 4 оптические схемы блока возврата пучков. Голографическое запоминающее устройство (ГЗУ) содержит лазер 1, блок адресации пучка 2, блок формирования пучка 3, рэндомизирующую маску 4, первый (информационный) управляемый транспарант 5, блок фокусировки пучка 6, невзаимный оптический вентиль 7, блок управляемых мультипликаторов изображения 8, блок обращения 9, блок возврата пучков 10, корректирующий блок 11, второй (ассоциативный) управляемый транспарант 12, фотоприемный блок 13 и блок управления 14. В качестве блока адресации пучка 2 может быть использован, например, электрооптический, акустооптический или жидкокристаллический дефлектор. Блок формирования пучка 3 может состоять, например, из объектива, находящегося в задней фокальной плоскости линзового растра, который, в свою очередь, находится в передней фокальной плоскости второго объектива. Рэндомизирующая маска 4 обеспечивает равномерное распределение света в плоскости записи Фурье-голограмм на носителе информации и в плоскости "опорной" голограммы. Маска 4 может быть выполнена на отбеленных фотослоях. Управляемый транспарант 5 предназначен для амплитудной модуляции проходящих через него световых пучков и может быть выполнен, например, на основе жидких кристаллов с матричной или индивидуальной адресацией. Информация на транспаранте 5 отображается, например, в парафазном коде. Блок фокусировки пучка 6 может быть выполнен, например, в виде объектива. Невзаимный оптический вентиль 7 обеспечивает считывание информации в памяти и может состоять, например, из поляризационного светоделителя, на выходе которого расположен невзаимный элемент, или светоделителя. Поляризационный светоделитель может быть выполнен, например, в виде поляризационного светоделительного куба, пропускающего или отражающего световые пучки в зависимости от ориентации плоскости поляризации света. Невзаимный элемент поворачивает плоскость поляризации пучков, прошедших через него в прямом и обратном направлениях на 90^о и может быть выполнен, например, на основе эффекта Фарадея. Светоделитель может быть выполнен, например, из светоделительного куба. Блок управляемых мультипликаторов изображения 8 состоит, например, из управляемых поликубических мультипликаторов изображения, соединенных каскадно с помощью блоков оптического согласования. При этом управляемые поликубические мультипликаторы изображения могут состоять, например, из светоделительных поляризационных кубов, пропускающих или отражающих световые пучки в зависимости от ориентации их плоскости поляризации и переключателей поляризации света, которые, например, при подаче напряжения поворачивают плоскость поляризации проходящих пучков на 90^о. Корректирующий блок 11 выполнен, например, в виде объектива. Управляемый транспарант 12 предназначен для модуляции проходящих через него световых пучков и может быть выполнен, например, на основе жидких кристаллов с матричной или индивидуальной адресацией. Информация на транспаранте 12 отображается, например, в парафазном коде. Фотоприемный блок 13 предназначен для считывания и ассоциативной выборки информации и преобразует оптические сигналы в электрические. Он может быть выполнен, например, в виде наборных или интегральных фотоприемных матриц. Блок управления 14 обеспечивает работу ГЗУ в различных режимах. Блок 14 может состоять, например, из генератора синхроимпульсов 15, формирователя управляющих сигналов 16, канала ввода-вывода 17, адресного буферного накопителя 18, формирователя управляющих сигналов 19, информационного буферного накопителя 20, формирователя управляющих сигналов 21, ассоциативного буферного накопителя 22, формирователей управляющих сигналов 23, 24, выходного буферного накопителя 25, буферного накопителя 26, формирователей управляющих сигналов 27, 28, 29. Блок обращения 9 обеспечивает голографический принцип записи и считывания информации в памяти. Блок 9 содержит (см. фиг.2) коллимирующий узел 30, управляемый расщепитель пучка 31, узел фокусировки вспомогательного пучка 32, узел фокусировки сигнального пучка 33, матрицу "опорных" голограмм 34, узел формирования опорного пучка 35, носитель информации 36. Коллимирующий узел 30 может быть выполнен, например, в виде линзового растра, в передней фокальной плоскости которого расположен коллективный объектив. Управляемый расщепитель пучка 31 обеспечивает либо разделение входного пучка на сигнальный и вспомогательный (соответственно каналы I и II на фиг.2), либо направление всего входного пучка только во вспомогательный канал (канал II). В качестве управляемого расщепителя может использоваться, например, один каскад электрооптического дефлектора, на выходе которого установлен переключатель поляризации света, обеспечивающий одинаковую поляризацию выходных пучков, или управляемая поликубическая система. Узлы фокусировки вспомогательного 32 и сигнального 83 пучков могут быть выполнены, например, в виде линзовых растров. Матрица "опорных" голограмм служит для создания в схеме блока опорных или считывающих пучков и может быть выполнена, например, на отбеленных фотослоях. Каждая "опорная" голограмма этой матрицы представляет собой интерференционную картину, образованную, например, Фурье-образом изображения транспаранта 5, все ячейки которого работают на пропускание, и параллельным пучков. Узел формирования опорного пучка 35 предназначен для коллимирования или фокусировки опорного пучка и может быть выполнен, например, в виде линзового растра. Носитель информации 36 осуществляется реверсивное хранение информации в виде отдельных микроголограмм-микространиц информации, например, на основе магнитооптических материалов или на любой подходящей среде, допускающей запись, считывание и стирание информации в виде микроголограмм, и представляет собой двумерную светочувствительную пластину с растром прямоугольных прозрачных участков (например, отверстий). Блок возврата пучков 10 возвращает пучки, восставленные с микроголограмм носителя 36, на его прозрачные участки и обеспечивает прохождение ими оптической схемы ГЗУ в обратном направлении до фотоприемного блока 13. Блок 10 содержит, например (фиг.3), растр переключателей поляризации 37, коллективный объектив 38, оптический вентиль 39, отражатели 40, 41, узел фокусировки пучков 42, отражатели 43-45, переключатель поляризации 46 или (фиг.4): выходной коллимирующий узел 47, узел смещения пучков 48, невзаимный оптический элемент 49, узел отражения пучков 50. Растр переключателей поляризации 37 и переключатель поляризации 46 могут быть выполнены на основе жидких кристаллов. Коллективный объектив 38 может быть выполнен в виде линзового объектива. Оптический вентиль 39 может быть выполнен в виде поляризационного светоделительного куба. Отражатели 40, 41, 43-45 могут быть выполнены в виде поворотных призм. Узел фокусировки пучков 42 может быть выполнен в виде двух объективов, имеющих общую главную плоскость. Выходной коллимирующий узел 47 может быть выполнен, например, в виде линзового растра. Узел смещения пучков 48 может быть выполнен, например в виде пластины двулучепреломляющего кристалла (например, исландского шпата), перед входной плоскостью которой установлен растр переключателей поляризации, выполненный, например, на основе жидких кристаллов. Узел отражения пучков 50 может быть выполнен в виде отражающего зеркала. ГЗУ работает следующим образом. В режиме записи информации по команде генератора 15 на лазер 1 подается напряжение и световой пучок от него поступает на блок адресации пучка 2. Адрес участка носителя, на который необходимо записать микроголограмму, по командам генератора 15 поступает из канала ввода-вывода 17 на накопитель 18, который через формирователь 19 подает управляющие напряжения на блок 2. Согласно поданному коду, блок 2 устанавливает световой пучок в положение, соответствующее записи микроголограммы. Световой пучок проходит блок формирования луча 3 и под углом, соответствующим адресу записи микроголограммы на носитель 36, освещает через рэндомизирующую маску 4 транспарант 5. По командам генератора 15 информация, подлежащая записи на микроголограмму, поступает из канала ввода-вывода 17 в накопитель 20, а затем на формирователь 21, который подает управляющие напряжения на транспарант 5. Согласно поданному коду транспарант 5 модулирует проходящий световой пучок, и он через блоки 6, 7 направляется на вход блока 8. Адрес носителя, на который необходимо записать микроголограмму, по командам генератора 15 поступает из канала ввода-вывода 17 на накопитель 26, который через формирователь 27 подает управляющие напряжения на блок 8. Согласно поданному коду световой пучок направляется блоком 8 на определенный блок обращения 9. Таким образом, на выходе блока 8, на котором должна записываться информация, появляется сфокусированное изображение кода, отображенного на транспаранте 5. Пучок, переносящий это изображение, коллимируется коллимирующим узлом 30 и поступает на вход расщепителя 31. Генератор 15 выдает сигнал на формирователь 28, который вырабатывает управляющие напряжения для расщепителя 31. Согласно поданному сигналу с блока 14 расщепитель 31 разделяет входной пучок на сигнальный I и вспомогательный II. Сигнальный пучок фокусируется узлом 33, и на участке носителя 36 формируется Фурье-образ изображения транспаранта 5. Вспомогательный пучок фокусируется узлом 32 на "опорную" голограмму матрицы "опорных" голограмм 34. При записи любой парафазно-кодированной информации в транспаранте 5 будет работать на пропускание всегда половина рабочих ячеек. Поэтому интенсивность вспомогательного пучка при записи любой информации будет одинаковой. С другой стороны, независимо от комбинации ячеек в транспаранте 5, вспомогательный пучок будет восстанавливать с "опорной" голограммы матрицы 34 одинаковые опорные пучки, т.к. на ней записаны все ячейки транспаранта 5. То есть, опорные пучки восстанавливаются с "опорной" голограммы при падении на нее вспомогательного пучка, являющегося частью пучка, при котором была сформирована "опорная" голограмма. Матрица 34 формирует и направляет под определенным углом расходящийся гомоцентрический опорный пучок через узел 35, который коллимирует или фокусирует его на носитель 36. На участке носителя 36 образуется интерференционная картина между соответствующим сигнальным и опорным пучками. По сигналу с генератора 15 формирователь 29, например, подает напряжение на носитель 36. По окончании записи микроголограммы напряжение с носителя 36 по команде блока 14 снимается. В режиме считывания информации все рабочие ячейки транспаранта 5 переводятся в режим пропускания света. Освещение микроголограммы носителя 36 осуществляется той же оптоэлектронной системой, что и при ее записи. Однако при считывании по команде блока 14 расщепитель 31 направляет весь световой пучок только в канал II. Поэтому выбранная микроголограмма носителя 36 освещается только считывающим (опорным) пучком, и с нее восстанавливается искомое изображение. Восстановленный с микроголограммы носителя 36 пучок поступает в блок 10 и, пройдя узлы 38-46, 39-37 (фиг.3) или узлы 47-50 (фиг.4), смещается (на фиг. 3 за счет установки узла 45) на полшага расположения микроголограмм на носителе 36 и возвращается в блок 9 на прозрачные участки носителя 36. Этот пучок проходит блоки 9 и 10 в обратном направлении и вентилем 7 направляется через блоки 11, 12 (все ячейки транспаранта 12 работают на пропускание) на фотоприемный блок 13. По команде генератора 15 формирователь 24 подает управляющие напряжения на фотоприемный блок 13, он считывает информацию и по сигналам генератора 15 направляет ее через накопитель 25 в канал ввода-вывода 17. Ассоциативная выборка информации в устройстве осуществляется многоэтапным способом опроса одиночных микроголограмм. Это позволяет значительно сократить необходимую для ассоциативной выборки световую мощность. При таком способе ассоциативной выборки все информационные микроголограммы на носителе 36 разбиваются на группы, каждая из которых имеет свой ассоциативный признак. Ассоциативные признаки всех групп хранятся на отдельной (групповой) голограмме носителя 36, а ассоциативные признаки всех информационных микроголограмм, входящих в состав отдельной группы, хранятся также на отдельной микроголограмме (признаковой). Каждое слово признака на групповой и признаковой микроголограммах состоит из двух частей: в одной содержится, соответственно, ассоциативный признак признаковой или информационной голограммы, в другой ее адрес на носителе 36. Ассоциативная выборка информации с носителя 36 при такой организации хранения информации и ее ассоциативных признаков осуществляется в три этапа путем последовательного опроса трех голограмм: групповой признаковой информационной. На каждом этапе устройство работает в режиме адресного считывания соответствующей микроголограммы. При этом в каждой группе ячеек транспаранта 12, соответствующей в восстановленном изображении ассоциативному признаку, по команде генератора 15 накопитель 22 через формирователь 23 отображает, например, обратный код признака опроса. Производится оптическое умножение признака опроса на все ассоциативные признаки, содержащиеся в микроголограмме. Если хотя бы один ассоциативный признак микроголограммы совпал с признаком опроса, суммарный сигнал, полученный с соответствующей группы фотоприемников блока 13, будет равен нулю. Этот же блок 13 производит считывание адреса или информационного слова (на третьем этапе), соответствующего найденному ассоциативному признаку. При записи новой информации в голографическое запоминающее устройство содержание групповой и признаковых микроголограмм может переноситься в блок 14, корректироваться и возвращаться обратно на носитель 36. Ассоциативная выборка носителя 36 в ГЗУ производится аналогичным многоэтапным способом; при этом ассоциативные признаки всех носителей 36 располагаются на отдельном носителе 36. При стирании информации оптоэлектронная система ГЗУ до носителя 36 работает так же, как и в режиме считывания информации, а на носитель 36 по команде блока 14 подается сигнал, разрешающий стирание. Использование данного голографического запоминающего устройства в составе вычислительных систем позволит более чем в 2 раза увеличить надежность обработки информации за счет сокращения оборудования (дополнительного блока управляемых мультипликаторов изображения и жгутов световодов, используемых при считывании информации в прототипе), а также позволит расширить по сравнению с прототипом его функциональные возможности за счет ассоциативной выборки информации.

Формула изобретения

1. ГОЛОГРАФИЧЕСКОЕ ЗАПОМИНАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, содержащее последовательно расположенные и оптически связанные лазер, блок адресации пучка, блок формирования пучка, рэндомизирующую маску, первый управляемый транспарант, блок фокусировки пучка и невзаимный оптический вентиль, первый выход которого связан с оптическим входом блока управляемых мультипликаторов изображения, блоки обращения, состоящие из последовательно расположенных и оптически связанных коллимирующего узла и управляемого расщепителя пучка, выходы первой группы которого через первый узел фокусировки связаны с носителем информации, выходы второй группы управляемого расщепителя пучка через второй узел фокусировки пучка связаны с соответствующими опорными голограммами матрицы опорных голограмм, причем каждый выход блока управляемых мультипликаторов изображения связан с соответствующим коллимирующим узлом, второй выход невзаимного оптического вентиля связан с корректирующим блоком, фотоприемный блок и блок управления, выходы которого с первого по седьмой подключены к входам соответственно лазера, блока адресации пучка, первого управляемого транспаранта, блока управляемых мультипликаторов изображения, управляемого расщепителя пучка и носителя информации, вход блока управления соединен с выходом фотоприемного блока, отличающееся тем, что, с целью увеличения надежности и расширения функциональных возможностей за счет обеспечения ассоциативной выборки информации, в него введены блок возврата пучков, второй управляемый транспарант, узлы формирования пучка, причем каждая матрица опорных голограмм оптически связана через соответствующий узел формирования пучка с носителем информации, который оптически связан с блоком возврата пучков, корректирующий блок оптически связан с вторым управляемым транспарантом, который оптически связан с фотоприемным блоком, восьмой выход блока управления подключен к входу второго управляемого транспаранта. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок возврата пучков содержит растр переключателей поляризации, коллективный объектив, оптический вентиль, отражатели с первого по пятый, узел фокусировки пучков и переключатель поляризации, причем растр переключателей оптически связан с коллективным объективом, который оптически связан с первым входом оптического вентиля, выход которого через последовательно расположенные первый и второй отражатели, узел фокусировки, пучков, третий, четвертый и пятый отражатели и переключатель поляризации оптически связан с вторым входом оптического вентиля. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок возврата пучков содержит коллимирующий узел, узел смещения пучков, невзаимный оптический элемент и отражатель, причем коллимирующий узел через последовательно расположенные узел смещения пучков и невзаимный оптический элемент оптически связан с отражателем.