Оптический компаратор

 

Изобретение относится к специализированной вычислительной технике и может быть использовано при создании оптических вычислительных машин. Сущность изобретения состоит в том, что в устройство введены две группы входных оптических разветвителей, четыре группы оптических бистабильных элементов, группа оптических усилителей, две группы оптических разветвителей и два выходных разветвителя, входы устройства для сравниваемых двоичных кодов являются входами соответствующей группы входных разветвителей, первые разветвления входных разветвителей первой и второй групп подключены ко входам оптических бистабильных элементов соответственно третьей и четвертой групп, а вторые разветления одноименных входных разветвителей объединены по выходу и подключены ко входам оптических бистабильных элеменнтов первой группы, прямые выходы которых являются поглощающими, а инверсные выходы подключены ко входам первой группы разветвителей устройства, первые разветвления которых подключены ко входам оптических бистабильных элементов второй группы, кроме первого разветвления первого разветвителя, подключенного с помощью парного разветвления ко входам первых бистабильных элементов третьей и четвертой групп, а вторые разветвления - ко входам оптических усилителей, выходы которых с помощью оптических разветвлений подключены ко входам всех оптических бистабильных элементов второй группы, соответствующих каналам сравнения меньших разрядов, прямые выходы которых являются поглощающими, а инверсные подключены ко входам второй группы разветвителей устройства, первые разветвления которых подключены ко входам оптических бистабильных элементов третьей группы, вторые разветвления - ко входам четвертой, выходы бистабильных элементов третьей и четвертой групп подключены ко входам объединенных по выходу разветвлений соответственно первого и второго выходного разветвителей, выходы которых являются выходами устройства. 1 ил.

Изобретение относится к специализированной вычислительной технике и может быть использовано при создании оптических вычислительных машин.

Известны различные компараторы, предназначенные для сравнения цифровых входных сигналов и формирования признака их равенства в виде выходного сигнала заданного уровня (Титце У. Шенк К. Полупроводниковая схемотехника. М. Мир, 1983). Недостатком таких компараторов является низкое быстродействие, обусловленное их электронным исполнением, ограничивающим, в свою очередь, скорость обработки входной информации временем неизбежных переходных процессов. Наиболее близким по техническому исполнению к предложенному устройству является оптическое бистабильное устройство с пороговой характеристикой (Семенов А.С и др. Интегральная оптика для систем передачи и обработки информации. М. Радио и связь, 1990, рис. 7.14,б, с. 189), позволяющее осуществлять амплитудное сравнение аналогового оптического сигнала с известной величиной (равной величине порога срабатывания). Недостатками такого устройства являются, во-первых, отсутствие возможности сравнения оптических сигналов, заданных в цифровой (более точной) форме, а, во-вторых, невозможность осуществления процесса сравнения при неизвестных переменных значениях обоих сравниваемых сигналов.

Заявленное изобретение направлено на решение задачи сравнения по амплитуде как когерентных, так и некогерентных цифровых оптических сигналов, представленных в позиционном коде. Подобная задача возникает при создании оптических систем обработки информации и связи, а также полностью оптических вычислительных машин, все операции которых осуществляются только световыми сигналами при оптическом управлении.

Сущность изобретения состоит в том, что в устройство введены две группы входных оптических разветвителей, четыре группы оптических бистабильных элементов, группа оптических усилителей, две группы разветвителей и два выходных разветвителя, входы устройства для сравниваемых двоичных кодов являются входами соответствующей группы входных разветвителей, первые разветвления входных разветвителей первой и второй группы подключены ко входам оптических бистабильных элементов соответственно третьей и четвертой групп, а вторые разветвления одноименных входных разветвителей объединены по выходу и подключены ко входам оптических бистабильных элементов первой группы, прямые выходы которых являются поглощающими, а инверсные выходы подключены ко входам первой группы разветвителей устройства, первые разветвления которых подключены ко входам оптических бистабильных элементов второй группы, кроме первого разветвления первого разветвления, подключенного с помощью парного разветвления ко входам первых бистабильных элементов третьей и четвертой групп, а вторые разветвления ко входам оптических усилителей, выходы которых с помощью оптических разветвлений подключены ко входам всех оптических бистабильных элементов второй группы, соответствующих каналам сравнения меньших разрядов, прямые выходы которых являются поглощающими, а инверсные подключены ко входам второй группы разветвителей устройства, первые разветвления которых подключены ко входам оптических бистабильных элементов третьей группы, вторые разветвления ко входам четвертой, выходы бистабильных элементов третьей и четвертой групп подключены ко входам объединенных по выходу разветвлений, соответственно первого и второго выходного разветвителей, выходы которых являются выходами устройства.

На чертеже приведена функциональная схема оптического компаратора (ОК).

ОК содержит две группы из N входных разветвителей 1₁₁, 1_1N-1₂₁, 1_2N; первую группу из N оптических бистабильных элементов (ОБЭ) 2₁, 2_N; группу из (N 1) оптических усилителей (OV) 3₁, 3_N-1; первую группу из N оптических разветвителей 4₁, 4_N; вторую группу из (N-1) ОБЭ 5₁, 5_N-1; вторую группу из (N-1) оптических разветвителей 6₁, 6_N-1; третью и четвертую группы ОБЭ 7₁₁, 7_1N-7₂₁, 7_2N; два выходных разветвителя 8₁, 8₂, выходы которых являются выходами устройства.

Каждый ОБЭ имеет прямой и инверсный выходы под последним понимается выход, на котором появляется сигнал, если интенсивность входного сигнала оказывается меньше пороговой (в трансфазоре это выход для отраженного потока, в связанных оптических волноводах выход волновода, на который поступает входной сигнал, и т.д.).

Входы ОК для i-го сравниваемого N -разрядного двоичного кода N_i являются входами i-й группы разветвителей 1_i1-1_iN (i=1,2). Первое разветвление каждого ij-го разветвителя 1_ij подключено ко входу соответствующего ОБЭ 7_ij, а второе ко входу ОБЭ 2_j, где объединено по выходу со вторым ответвлением аналогичного j-го входного разветвителя другой группы (i=1,2; ). Прямые выходы ОБЭ 2₁-2_N являются поглощающими, а инверсные подключены ко входам соответствующих разветвителей первой группы 4₁-4_N. Выход первого разветвления j-го разветвителя 4 j подключен ко входу ОБЭ 5 _j-1 (выход первого разветвления разветвителя 4₁ подключен с помощью разветвлений одновременно ко входам ОБЭ 7₁₁, 7₂₁. Выход второго разветвления j-го разветвителя 4_j подключен ко входу ОУ 3_j. Выход каждого ОУ 3_j с помощью оптических разветвлений подключен одновременно ко входам (N j) ОБЭ 5_j 5_N-1. Прямые выходы ОБЭ 5₁^oC5_N-1 являются поглощающими, а инверсные подключены ко входам соответствующих разветвителей второй группы 6₁-6_N-1. Выход первого разветвления j-го разветвителя 6_j подключен ко входу ОБЭ 7_1(j+1), второго ко входу ОБЭ 7_2(j+1),где они объединены по выходу с первыми ответвлениями соответственно разветвителей 1_1(j+1) и 1_2(j+1). Выходы ОБЭ 7_i1-7iN подключены ко входам N разветвлений, объединенных по выходу в i-й выходной разветвитель 8i(i=1,2), выход которого является одним из выходов устройства.

Устройство работает следующим образом. Сравниваемые двоичные коды N₁, N₂ поступают на входы первой и второй групп входных разветвителей 1₁₁-1_1N, 1₂₁ 1_2N, причем старший разряд кода N_i поступает на вход разветвителя 1_j1, i= 1,2. Сигнал, возникающий на входе разветвителя 1_ij (наличие "1" в разряде кода соответствует оптическому сигналу интенсивности 1 усл(овная) ед(иница)), поступает по первому его разветвлению на вход ОБЭ 7_ij, а по второму на вход ОБЭ 2_j, куда одновременно поступает сигнал с j-го разветвителя другой группы. ОБЭ 2_j осуществляет сравнение одноименных (N-j+1)-x разрядов обоих кодов: в случае неравенства на инверсном выходе ОБЭ возникает сигнал интенсивности 1/2 усл.ед. (интенсивность сигнала, разветвленного в 1_ij, оказывается меньше пороговой, равной для ОБЭ 2_j 1 усл.ед), в случае равенства сигнал на инверсном выходе ОБЭ отсутствует (при "1" в одноименных разрядах на выходе ОБЭ формируется сигнал интенсивности 1 усл.ед. проходящий на прямой поглощающий выход, при "0" нулевой сигнал). С инверсного выхода ОБЭ 2_j сигнал поступает на вход разветвителя 4_j, по второму разветвлению которого далее поступает на вход ОУ 3_j, где усиливаясь в 4(N-j) раз, подается через (N-j) разветвлений на входы ОБЭ 5_j-5_N-1. Таким образом, в случае неравенства кодов в (N-j+1)-м разряде т.е. появлении сигнала на входе разветвителя 4_j, осуществляется блокировка прохождения сигналов на выходы разветвителей 6_j-6_N-1 с инверсных входов ОБЭ 5_j-5_N-1 т.е. сигналов-признаков возможных неравенств разрядов, меньших (N-j+1)-го. При отсутствии блокировки (т.е. старшие разряды равны между собой) и наличии сигнала интенсивности 1/2 усл. ед. на входе разветвителя 4_j, сигнал интенсивности 1/4 усл.ед. (за счет разветвления на 2 в разветвителе 4_j) с инверсного выхода ОБЭ 5_j-1 поступает на вход разветвителя 6_j-1. Подключение разветвителей 4₁, 6₁-6_N-1 с помощью парных разветвлений ко входам соответствующих ОБЭ 7_ij, на которые поступают также сигналы с входов разветвителей 1_ij, обеспечивает определение того кода Ni, в котором соответствующий старший разряд оказался больше за счет суммирования на входе ОБЭ 7_ij (с порогом срабатывания 5/8 усл.ед.) сигналов со входов разветвителей 1_ij (1/2 усл.ед.) и 4₁, 6₁-6_N-1 (1/8 усл.ед.). Появление сигнала на выходе ОБЭ 7_ij свидетельствует о том, что (N-j+1)-й разряд кода N_i оказался больше одноименного разряда другого кода (при равенстве более старших разрядов), т.е. о большей величине кода N_i. Объединение сигналов с выходов ОБЭ 7_ij в разветвителе 8_i обеспечивает на выходе последнего формирование сигнала-признака соответствующего неравенства, т.е. признака большей величины соответствующего кода по сравнению с другим.

Формула изобретения

Оптический компаратор, содержащий оптический бистабильный элемент, отличающийся тем, что в устройство введены две группы оптических разветвителей входных оптических сигналов, четыре группы оптических бистабильных элементов, группа оптических усилителей, две группы оптических разветвителей и два оптических разветвителя выходных оптических сигналов, входы оптического компаратора являются входами соответствующей группы оптических разветвителей входных оптических сигналов, первые оптические разветвления оптических разветвителей входных оптических сигналов первой и второй групп подключены к входам оптических бистабильных элементов соответственно третьей и четвертой групп, а вторые оптические разветвления одноименных оптических разветвителей входных оптических сигналов объединены по выходу и подключены к входам оптических бистабильных элементов первой группы, прямые выходы которых являются поглощающими, а инверсные выходы подключены к входам первой группы оптических разветвителей оптического компаратора, первые оптические разветвления которых подключены к входам оптических бистабильных элементов второй группы, кроме первого оптического разветвления первого оптического разветвителя, подключенного с помощью двух разветвляющихся оптических разветвлений к входам первых оптических бистабильных элементов третьей и четвертой групп, а вторые оптические разветвления к входам оптических усилителей, выходы которых с помощью оптических разветвлений подключены к входам всех оптических бистабильных элементов второй группы, соответствующих каналам сравнения меньших разрядов, прямые выходы которых являются поглощающими, а инверсные подключены к входам второй группы оптических разветвителей оптического компаратора, первые оптические разветвления которых поключены к входам оптических бистабильных элементов третьей группы, вторые оптические разветвления к входам четвертой, выходы оптических бистабильных элементов третьей и четвертой групп подключены к входам объединенных по выходу оптических разветвлений соответственно первого и второго выходного оптических разветвителей, выходы которых являются выходами оптического компаратора.

РИСУНКИ

Рисунок 1