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Anordnung zur Durchführung logischer Operationen mit einem elektrooptischen
Kondensator Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Durchführung logischer Operationen
mit einem elektrooptischen Kondensator, bei der ein zwischen den Kondensatorelektroden
erzeugtes elektrisches Feld eine Drehung der Schwingungsebene eines den Kondensator
durchsetzenden, linear polarisierten Lichtstrahles um 90° bewirkt, und bei der zwei
zueinander senkrecht stehenden Schwingungsebenen die Werte »0« und »L« zugeordnet
sind.
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Eine bekannte Anordnung dieser Art ist in der Weise ausgebildet, daß
die einzelnen elektrooptischen Kondensatoren jeweils mit einer Elektrode auf dem
Nullpotential bzw. einem festen Bezugspotential liegen, während die gegenüberliegende
Elektrode durch eine Signalspannung auf ein bestimmtes Potential gebracht werden
kann. Für jeden einzugebenden Wert muß somit bei dieser Ausführungsform ein besonderer,
steuerbarer Kondensator vorgesehen sein, was bei Anlagen, die Operationen durchführen,
bei denen eine größere Anzahl von binären Werten gleichzeitig berücksichtigt werden
muß, die Anzahl der erforderlichen Elemente in unerwünschter Weise vergrößert. Neben
dem damit verbundenen Anwachsen der Abmessungen und der Kosten der Anlage wirkt
sich auch die durch die große Anzahl von optisch wirksamen Elementen und reflektierenden
Flächen bedingte Erhöhung der Absorptionsverluste sehr ungünstig aus.
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Um diese Nachteile zu vermeiden, wird gemäß der Erfindung eine Anordnung
der beschriebenen Art vorgeschlagen, bei der einander gegenüberliegende Elektroden
des Kondensators jeweils einzeln über durch Eingangssignale gesteuerte Schalteinrichtungen
gleichzeitig oder nacheinander auf gleiche Potentiale aufladbar sind.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung
ist so ausgebildet, daß das die Schwingungsebene drehende Feld durch eine Vielzahl
von Elektroden erzeugt wird, von denen eine oder gleichzeitig mehrere auf Potentiale
aufladbar sind, die für symmetrisch zueinanderliegende Elektroden gleich sind und
die sich voneinander bzw. vom gemeinsamen Nullpotential durch Potentialunterschiede
gleicher Größe bzw. ganzzahliger Vielfacher davon unterscheiden.
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Eine andere vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung
ist so ausgebildet, daß jede Elektrode auf verschiedene Potentiale aufladbar ist,
derart, daß der durch Aufladung zweier symmetrisch angeordneter Elektroden auf das
gleiche Potential bedingte, der gleichzeitigen Eingabe zweier Werte entsprechende
feldfreie Zustand als Ausgangszustand für durch die Aufladung einer der Elektroden
auf ein höheres Potential bedingte elektrische Felder dient.
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In vorteilhafter Weise sind bei diesen Ausführungsformen den einzelnen
Elektroden Spannungsteiler bzw. Netzwerke zur Aufladung dieser Elektroden auf die
für die festgelegten Potentiale unter Verwendung von Quellen gleichen Potentials
zugeordnet. Bei mit verschieden hohen Potentialen arbeitenden optischen Elementen
ist zu beachten, daß der Sättigungsbereich der die steuerbaren Elemente bildenden
Substanzen das Gebiet zwischen dem höchsten und dem niedrigsten, die Eingabe eines
Wertes bedingenden Potential umfaßt, derart, daß die durch die entstehenden Felder
erzeugte optische Wirksamkeit bei allen durch die Aufladung jeder einzelnen Elektrode
bzw. aller möglichen Elektrodenkombinationen auftretenden Feldstärken gleich ist.
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In vorteilhafter Weise wird das die Schwingungsebene des den elektrooptischen
Kondensator durchsetzenden Lichtes beeinflussende elektrische Feld durch symmetrisch
zur Strahlungsrichtung angeordnete Elektroden erzeugt. Es kann aber, insbesondere
bei der Verwendung von aus isotropen Substanzen bestehenden optischen Elementen,
auch eine zur Strahlungsrichtung unsymmetrische Anordnung der das Feld erzeugenden
Elektroden vorteilhaft sein. Bei einer zur Strahlungsrichtung symmetrischen Anordnung
der Elektroden kann das elektrische Feld, je
nach Art der verwendeten
Substanzen, parallel oder senkrecht zur Strahlungsrichtung verlaufen. Die durch
die einzelnen Elektrodenpaare erzeugten Felder können gemäß der Erfindung entweder
zueinander parallel sein bzw. sich unter jedem beliebigen Winkel .zen.
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Die den Polarisationszustand eines Lichtstrahls ändernden elektrooptischen
Elemente bestehen gemäß der Erfindung entweder aus anisotropen Substanzen oder aus
isotropen Substanzen, die unter der Wirkung elektrischer und/oder magnetischer Felder
anisotrop werden.
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Die Erfindung wird an Hand von durch die Zeichnungen erläuterten Ausführungsbeispielen
beschrieben. Es zeigt F i g. 1 das Prinzip der Anordnung mit einem elektrooptischen
Kondensator, der durch zwei unabhängig voneinander aufladbare Elektroden gesteuert
wird, F i g. 2 eine entsprechende Anordnung mit einem durch vier Elektroden steuerbaren
Kondensator und F i g. 3 eine weitere Anordnung mit einem elektrooptischen Kondensator,
dessen Elektroden jeweils auf verschiedene Potentiale aufladbar sind.
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Bei der in F i g. 1 dargestellten Anordnung trifft ein von der Lichtquelle
1 ausgehender, monochromatischer Lichtstrahl über die Kollimatorlinse 2 und den
Polarisator 3 auf den als optisch wirksames Element dienenden, doppelbrechenden
Kristall 4. Die Dicke dieses Kristalls ist so bemessen, daß die sich in seinem Inneren
fortpflanzenden, senkrecht zueinander linear polarisierten Komponenten des Lichtstrahles
eine Phasenverschiebung von einem ganzzahligen Vielfachen der Wellenlänge des verwendeten
Lichtes erfahren. Das aus dem Kristall 4 austretende Licht ist daher in derselben
Ebene polarisiert wie das einfallende. Es kann den gegenüber dem Polarisator gekreuzten
Analysator 5 nicht passieren, so daß auf den Empfänger 6 kein Licht auftrifft. Der
Kristall 4 ist an gegenüberliegenden Flächen mit den lichtdurchlässigen Elektroden
7, 8 versehen. Wird zwischen diesen Elektroden eine elektrische Spannung geeigneter
Höhe angelegt, so ändern sich die Brechungseigenschaften des Kristalles 4 derart,
daß der Gangunterschied der Strahlkomponenten nunmehr ein ungeradzahliges Vielfaches
der halben Wellenlänge beträgt. Infolgedessen ist der aus dem Kristall 4 austretende
Lichtstrahl in einer Ebene polarisiert, die gegenüber dem einfallenden Strahl um
90° gedreht ist. Dieser Lichtstrahl kann den Analysator 5 passieren, so daß das
mit dem Empfänger 6 verbundene Anzeigegerät eine Anzeige liefert.
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Werden den beiden Lagen der Polarisationsebenen die binären Werte
»0« und »L« zugeordnet, derart, daß die »0« durch die Lage der Polarisationsebene
des einfallenden Strahles und die »L« durch die dazu senkrechte Lage dargestellt
wird, so bedeutet diese durch Anlegen einer Spannung an den Kristall 4 hervorgerufene
Drehung der Polarisationsebene die Eingabe des binären Wertes »L«.
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Die Elektroden 7 und 8 sind einerseits über die gleich großen, hochohmigen
Widerstände 11 und 12 mit dem Nullpotential verbunden und können andererseits über
die Kontakte 13, 14 einzeln an das Pluspotential angeschlossen werden. Sind beide
Kontakte 13, 14 geöffnet, so liegen die Elektroden 7, 8 auf Nullpotential. Wird
einer der Kontakte geschlossen, so nimmt die betreffende Elektrode, bedingt durch
den großen Spannungsabfall an dem entsprechenden hochohmigen Widerstand 11 oder
12, praktisch das Pluspotential an, während die andere Elektrode auf dem Nullpotential
bleibt. Das Schließen eines der Kontakte 13 oder 14 bewirkt demnach die Eingabe
einer binären »L«. Soll zu diesem Wert nochmals der Wert »L« addiert werden, so
wird auch der zweite der Kontakte 13, 14 geschlossen. Dadurch wird die zweite Elektrode
ebenfalls an das positive Potential gelegt, das elektrische Feld zwischen den Elektroden
7 und 8 verschwindet, so daß der Lichtstrahl den Kristall 4 ohne Drehung der Polarisationsebene
durchsetzt. Durch diese Lage wird eine binäre »0« dargestellt, was dem Ergebnis
der Addition L+L = 0 entspricht, wenn man die Entstehung eines Übertrages
unberücksichtigt läßt.
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Bei der in F i g. 2 dargestellten Anordnung wird der optisch wirksame
Kristall 4 durch die auf gegenüberliegenden Seiten angebrachten, voneinander unabhängigen
Elektrodenpaare 7, 8 und 15,16 beeinf(ußt. Die Widerstände 17 bis 20 sind so bemessen,
daß beim Verbinden mit ein und derselben positiven Potentialquelle die Elektroden
15 und 16 auf ein doppelt so hohes Potential aufgeladen werden wie die Elektroden
7 und B. Das Feld, das durch die beim Schließen des Kontaktes 24 an die Elektrode
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angelegte Spannung entstanden ist, wird durch Schließen des Kontaktes 25
wieder zum Verschwinden gebracht. Durch Schließen des Kontaktes 26 wird die Elektrode
16 auf das doppelte Potential der Elektroden 7 und 8 aufgeladen, wodurch bei der
parallelen Anordnung der plattenförmigen Elektroden 7, 8 und 15,16 ein durch einen
Einschwingvorgang bedingtes Feld zwischen den Elektroden 7 und 8 entsteht. Wird
auch noch der Kontakt 25 geschlossen, so sind alle Elektroden mit dem Pluspotential
verbunden, und es tritt kein lichtdrehendes Feld auf, was ohne Berücksichtigung
der Überträge der Eingabe von vier binären »L« entspricht.
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In der F i g. 3 ist eine Anordnung zur gleichzeitigen Eingabe von
sechs binären L-Werten angegeben. Der elektrooptische Kristall 4 ist in diesem Falle
mit zwei Elektroden 7 und 8 versehen, die über die Widerstände 23 und 24 mit dem
Nullpotential verbunden sind. Die ebenfalls an die Elektroden 7 und 8 führenden
Widerstände 25 und 26, 27 und 28 sind so bemessen, daß beim Schließen der Kontakte
29 und 30, 31 und 32, 33 und 34 die Elektroden auf Potentiale aufgeladen werden,
die im Verhältnis 1:2:3 zueinander stehen. Der Kristall 4 ist dabei so ausgewählt,
daß sein Sättigungsbereich den Potentialbereich zwischen dem niedrigsten und dem
höchsten Steuerpotential umfaßt.