Оптический мультистабильный элемент

Оптический мультистабильный элемент

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к оптоэлектронным вычислительным устройствам и может быть использовано в качестве логического элемента с множеством устойчивых состояний, аналого-цифрового преобразователя или элемента оптической памяти. Целью изобретения является увеличение быстродействия и упрощение идентификации состояний оптического мультистабильного элемента. Устройство содержит последовательно расположенные на оптической оси перестраиваемый одночастотный лазер, коллиматор, многолучевой интерферометр Физо и линейку фотоприемных элементов. Увеличение быстродействия обусловлено отсутствием в устройстве цепи обратной связи, в которой неизбежны задержки обрабатываемого сигнала. Упрощение идентификации состояний обусловлено тем, что вместо измерения уровня выходного сигнала достаточно определять номер фотоприемного элемента линейки, на выходе которого появился единичный сигнал. 1 з.п.ф-лы, 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) y1) 4 G 02 F 3/00, 7/00

113

Л ИЛ ..А

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4296962/31-25 (22) 20.08.87 (46) 23.09.89. Бюл. - 35 (71) Институт автоматики и электрометрии СО АН СССР (72) А.А.Жмудь (53) 621.316.56:538.61 (088.8) (56) Smith P.W., Turner Е.Н., Иа1опеу P.J. Electrooptic nonlinear Fabry-Pегоt devices. — IEEE J. Quant.

Electronics, 1978, v. QE-14, У 3, р. 207-212.

Garmire D. Signal processing with а nonlinear Fabry-Pегоt.. — Proc.

Society of Photo-0pt. Instrum. Eng,, 1981, Р 269, р. 69-74. (54) ОПТИЧЕСКИЙ 1-:УЛЬТИСТАБИЛЬНЫИ

ЭЛЕМЕНТ (57) Изобретение относится к оптоэлектронным вычислительным устройствам и может быть использовано в каИзобретение относится к оптоэлектронной вычислительной технике и может быть использовано в качестве логического элемента со множеством устойчивых состояний, аналого-цифрового преобразователя (АЦП) или элемента оптической памяти.

Целью изобретения является увеличение быстродействия и упрощение идентификации состояний оптического.. мультистабильного элемента.

На фиг. 1 представлена функциональ ная оптическая схема мультистабиль1 честве логического элемента с множеством устойчивых состояний, аналого-цифрового преобразователя или элемента оптической памяти. Целью изобретения является увеличение быстродействия и упрощение идентификации состояний оптического мультистабильного элемента. Устройство содержит последовательно расположенные на оптической оси перестраиваемый одночастотный лазер, коллиматор, многолучевой интерферометр Физо и линейку фотоприемных элементов. Увеличение быстродействия обусловлено отсутствием в устройстве цепи обратной связи, в которой неизбежны задержки обрабатываемого сигнала. Упрощение идентификации состояний обусловлено тем, что вместо измерения уровня выходного сигнала достаточно определять номер фотоприемного элемента линейки, на выходе которого появился единичный сигнал.1 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл. ного элемента, на фиг.2 — размещение линейки фотоприемных элементов относительно интерференционных порядков, на фиг.3 — зависимость амплитуды выходного сигнала мультистаеых бильного элемента от амплитуды Цв„ входного сигнала, на- фиг.4 — функциональная оптическая схема АЦЦ на основе мультистабильного элемента.

Оптический мультистабильный элемент (фиг.1) содержит последовательно расположенные на оптической оси перестраиваемый одночастотный лазер, 3 150 выполненный в виде элемента 1 управления и собственно одночастотного лазера 2, коллиматор 3, многолучевой интерферометр Физо 4 и линейку 5 фотоприемных элементов., В частном варианте перестраиваемый одночастотный лазер выполнен в вйде полупроводникового инкекционного лазера с модулятором тока накачки (фиг.4) .

Устройство работает следующим образом.

Входной сигнал поступает на вход мультистабильного элемента и через элемент 1 управления изменяет частоту излучения лазера 2 пропорционально амплитуде U „ . Излучение одночастотного лазера 2 проходит коллиматор 3 и поступает на многолучевой интерферометр Физо 4, на выходе которого образуется система эквидистантных интерференционных порядков, положение которых по оси х зависит от частоты (длины волны) лазерного излучения (ось М перпендикулярна ребру клина многолучевого интерферометра Физо 4 и лежит в плоскости локализации интерференционных порядков (фиг. 2 и 3). Интерференционная картина регистр»»руется линейкой

5 фотоприемных элементов. В зависимости от положения интерференционного порядка по оси Х будет засвечен -й фотопрйемный» элемент (фиг.2) .

Соответственно появится выходной сигнал на i-м выходе мультистабильного элемента. При изменении амплитуды U „ входного сигнала в определенном диапазоне величин интерференционньп» порядок будет оставаться в пределах апертуры i-ro фотоприем", ного элемента, что соответсвует i-му стабильному состоянию устройства.

При изменении амплитуды Пв„ во всем диапазоне линейной зависимости частоты лазера 2 от значения U „ интерференционный порядок последовательно пройдет апертуры всех N фотоприемных элементов. В результате зависимость выходного сигнала устройства от величины входного сигнала имеет вид, показанный на фиг.3. Каждому .стабильному состоянию устройства соответствует появление выходного сигнала на выходе определенного фотоприемного элемента.

Предельное число состояний N »« устройства зависит от остроты интерЧисло в ячейке

Состояние

25 с. а

10

100

Увеличение быстродействия устройства по сравнению с оптическим мультистабильным элементом, содержащим управляемый элемент в составе интерферометра, на который поступает сигнал от выходного фотоприемника, обусловлено отсутствием задержек сиг40 нала, которые неизбежны из-за наличия указанной обратной связи выходной фотоприемник — управляемый элемент.

Упрощение идентификации состояний устройства обусловлено тем, что вместо измерения значений уровня выходного сигнала достаточно определять номер фотоприемного элемента, на выхоДе которого появляется единичный выходной сигнал.

При частном варианте выполнения перестраиваемого оцночастотного лазера в виде полупроводникового инжекционного лазера с модулятором тока накачки дополнительно снижается энергия переключения состояния устройства до величины порядка 10 Дж (при P =

=20, N = 40 и быстродействия фотоприемного элемента около 10 с) . в

9809 4 ферометра Р, в частности И „, : 2Г.

Для перехода с первого состояния в последнее перестраивают длину волны излучения одночастотного лазера 2 на величину а, равную дисперсии многолучевого интерферометра Физо 4 йЪ = вЂ, где 1 — длина интенфероЪ

21

1О метра. В частности, для полупроводникового инжекционного лазера (9 =

=0,67-0,78 мкм) значение 1 = 0 01 м и соответственно d% = 0,3-0,2 для чего необходимо изменить ток на15 качки на 4 мА.

Для случая АЦП (фиг. 4) выходы мультистабильного элемента соединяют с соответствующими входами ячейки памяти, что позволяет сопоставить

20 определенный код каждому стабильному состоянию устройства (см. таблицу).

5 1509809 6

Ф о P м у л а и э î б р е т е н и я приемных элементов, расположенной

1. Оптический мультистабильный перпендикулярно оптической оси в элемент, содержащий расположенные плоскости локализации интерференципоследовательно на оптической оси онных порядков, между соседними из управляемый источник света, колли- которых размещены И фотоприемных матор, интерферометр и фотоприемник, элементов, где N — число состояний отличающийся тем, что мультистабильного элемента, при этом

У с целью увеличения быстродействия выходы линейки фотоприемных элемени упрощения идентификации состояний 10 тов обРазуют выход мультистабнльного мультистабильного элемента, управэлемента. ь ляемый источник света выполнен в 2. Элемент по п. ), о т л и ч а ювиде перестраиваемого одночастотного шийся тем, что перестраиваемый лазера, интерферометр выполнен в ви- одночастотный лазер выполнен в виде де многолучевого интерферометра Физо, 15 полупроводникового инжекционпого лаа фотоприемник - в виде линейки фото- зера с модулятором тока накачки, 1509809

Йа х

0 и> т

®и 3

Утайка

i/i в

ll

Фиг.0

Составитель В. Кжов

Редактор С. Пекарь Техред Л. Олийнык

Корректор М.Максимишинец

Заказ 580б/42 Тираж 513 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Я-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101