RU1793449C - Оптоэлектронный процессор дл решени уравнений математической физики - Google Patents

Abstract

Предлагаемый оптоэлектронный процессор слоисто-пленочной структуры позвол ет решать уравнени  математической физики. Вычислительный модуль содержит слоисто-пленочный процессор распределенной структуры, содержащий последовательно нанесенные на прозрачную подложку 4 прозрачные ленточные электроды 3 и фоторезисторные слои 1 и 2. Управл ющий блок  вл етс  блоком оптической пам ти, содержащим источник когерентного излучени  и установленные на пути светового потока от этого источника излучени  к фоторезисторным сло м 1 и 2 вычислительного модул  дефлектор 6 с произвольной адресацией и матрицу 7 голограмм. Выводы 9 от ленточных прозрачных электродов  вл ютс  выходами устройства, а управл ющие входы 11 дефлектора  вл ютс  управл ющими входами. Ленточные прозрачные электроды имеют различную ширину , что позвол ет решать уравнени  математической физики различных видов. Сами по себе ленточные электроды обеспечивают повышение точности решени  за счет контрол  задаваемых параметров. 2 з.п. ф-лы, 5 ил. ел с

Description

Изобретение относитс  к вычислительной технике, а именно к оптоэлектронным процессорам распределенной структуры, и предназначено дл  решени  уравнений математической физики.

Известны оптоэлектронные процессоры распределенной слоисто-пленочной структуры, содержащие в качестве основного решающего элемента слой фоторезистор- ного материала. Слой фоторезисторного

-материала в этих устройствах представл ет собой моделирующую среду распределенной структуры, локальна  проводимость которой управл етс  посредством изменени  освещенности рабочей поверхности фоторезисторного сло  источником светового излучени . Недостатком известных устройств  вл етс  то, что дл  индикации получаемых решений в фоторезисторном слое необходимы система электродов и устройство коммутировани  этих электродов.

Наиболее близким по технической сущности к за вл емому устройству  вл етс  вычислительное устройство, в котором имеетс  дополнительный фоторезисторный слой, имеющий иную спектральную чувствительность , чем основной решающий слой. Освещение дополнительного фоторезисторного сло  производитс  дополнительным источником светового излучени , Однако известное устройство позвол ет проводить регистрацию параметров моделируемого пол  только в одной точке моделируемого пространства.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности решени  уравнений математической физики за счет контрол  параметров моделирующей среды в различных точках моделируемого пространства и более точного их задани .

Цель достигаетс  тем, что в оптоэлект- ронный процессор дл  решени  уравнений математической физики, содержащий оптически св занные первый и второй источники излучени , первый и второй формирователи светового потока, оптоэлектронный вычислительный модуль слоисто-пленочной структуры, состо щий из последовательно нанесенных на прозрачную основу прозрачного токопровод щего сло , первого и второго фоторезисторных слоев, сенсибилизированных к длинам волн соответствующих источников излучени  и формирователей светового потока, установленных с внешних сторон соответствующих фоторезисторных слоев, причем электрические выводы электродов, распо-- ложенных на втором фоторезисторном слое, и электрический выход прозрачного токопровод щего сло   вл ютс  выходами

процессора, входы источника излучени  и формировател  светового потока  вл ютс  управл ющими входами процессора, прозрачный токопровод щий слой выполнен в

виде набора изолированных между собой ленточных прозрачных электродов, к каждому из которых подключены выводы,  вл ющиес  дополнительными выходами процессора, кроме того, набор ленточных

0 электродов содержит не менее двух групп разной ширины изолированных между собой прозрачных ленточных электродов и имеет выводы, которые образуют соответствующие группы дополнительных выходов

5 процессора.

Первый и второй формирователи светового потока выполнены каждый в виде оптически св занных детектора светового1 потока и матрицы голограмм.

0 На фиг, 1 представлена структурна  схема оптоэлектронного процессора дл  решени  уравнений математической физики; на фиг. 2 - схема обработки выходной информации; на фиг. 3 и 4 - варианты оптического

5 сканировани  ленточных электродов при регистрации результатов моделировани  и задани  функций источников; на фиг. 5 - топограммы получаемых решений.

Оптоэлектронный процессор (фиг, 1) со0 держит оптоэлектронный вычислительный модуль слоисто-пленочной структуры, содержащийфоторезисторные слои 1 и 2, име- .ющие различную спектральную чувствительность, набор прозрачных лен5 точных электродов 3, прозрачную подложку 4, два управл ющих оптических модул , каждый из которых содержит источник 5 когерентного излучени , дефлектор б светового потока с произвольной адресацией и

0 матрицу 7 голограмм, устройство 8 проецировани  оптических изображений. К прозрачным ленточным электродам подключены выводы 9,  вл ющиес  выходами устройства. Выходами устройства  вл 5 ютс  выводы 10 электродов, нанесенных на фоторезисторный слой 1. Управл ющие входы 11 дефлекторов  вл ютс  входами устройства .

Источники 5 когерентного излучени 

0 имеют различные спектральные характеристики излучени , соответствующие спектральные характеристики имеют и освещаемые ими фоторезисторные слои 1 и 2. Различные спектральные характеристики

5 излучателей выбраны дл  того, чтобы исключить взаимное вли ние каждого из источников излучени  на соответствующий фоторезисторный слой. Управл ющий оптический блок, содержащий источник 5 коге- рентного излучени , дефлектор б, матрицу 7

голограмм, представл ет собой блок посто нной оптической пам ти с системой оптического сканировани , блоки такого типа  вл ютс  частью оптоэлектронных процессоров . При этом матрица 7 голограмм, расположенна  со стороны фоторезисторного сло  1, содержит набор голограмм - масок в виде теневых картин, а в матрице голограмм , расположенной со стороны прозрач- ной подложки, содержитс  набор голограмм - масок в виде картин из свет щихс  точек и в виде теневых картин. Кар- тины в виде свет щихс  точек высвечиваютс  в случае оптического сканировани  ленточных электродов при измере- нии моделируемых параметров в фоторёзисторном слое 1, а теневые картины - в случае задани  функций распределенных источников в фоторёзисторном слое 2. Удельна  проводимость фоторезисторного сло  2 должна быть значительно меньше удельной проводимости фоторезисторного сло  1. чтобы исключить возможное шунтирование последнего.

На фиг. 2 показана схема соединени  ленточных прозрачных электродов 3 оптоэ- лектронного процессора через выводы 9 с измерительным устройством. В качестве последнего может быть применен многоканальный самопишущий прибор, многолучевой осциллограф либо многоканальный аналого-цифровой преобразователь . Блок R. при включенном переключателе режимов в положение К - контроль оказываетс  включенным между двум  соседними ленточными электродами, при этом по вл етс  возможность измер ть локальную проводимость в решающем фоторёзисторном слое 1 между двум  точками оптического сканировани , кажда  из которых приходитс  на один из ленточных электродов . Получаема  при этом картина распределени  локальной проводимости моделирующей среды складываетс  из набора зависимостей, сн тых одновременно по каждой пространственной оси, совпадающей с направлением ленточных электро-, дов. Блок V при включенном переключателе режимов в положение Р - решение оказываетс  подключенным к ленточному электроду и позвол ет измер ть величину моделируемого потенциала либо задавать функцию источника в фоторёзисторном слое 1. При одновременном оптическом сканировании ленточных электродов можно получить картину распределени  моделируемых функций в виде набора непрерывных функций по пространственной оси, совпадающей с направлением ленточных электродов , и дискретных функций в

перпендикул рном направлении. При оптическом сканировании ленточных электродов под углом к оси ленточных электродов можно получить топограмму моделируемых

функций (фиг. 5).

Посредством ленточных электродов можно осуществл ть и измерение, и задание функций источников в фоторезистор- ном слое 1, поэтому не об зательно наличие

электродов, подключенных к этому слою.

Работает устройство следующим образом .

В зависимости от геометрии и условий решаемой задачи производитс  подбор голограмм в матрице 7, расположенной со стьроны фоторезисторного сло  1. В матрице 7 голограмм, расположенной со стороны прозрачной подложки, подбор голограмм определ етс  услови ми задани  функций

источников и пор дком измерени  моделируемых потенциалов. Подбор оптической прозрачности голограмм производитс  на основе условий подоби , которые получаютс  из сравнени  уравнений, описывающих

моделируемую систему:

.А((Х У)- Пх.у). . (1) и уравнений, описывающих распределение потенциалов Ui в фоторёзисторном слое 1 оптоэлектронного процессора:

(x1,y1) +

+ Fy7p1377 U1 (X1 У1 р° Uo (X1 У1) (2)

Задава  масштабные соотношени 

. (3)

из уравнений (1) и (2) можно получить усло- ви  подоби  следующего вида:

m in р Кх -f ; ро mf.(4)

5

0

5

В соответствии с услови ми решаемой задачи на управл ющие входы 11 дефлектора от внешнего управл ющего устройства, например ЦВМ, заноситс  сигнал, который записываетс  в регистр адреса позиции дефлектора 6, в соответствии с которым осуществл етс  отклонение светового луча от источника 5 на соответствующую голограмму матрицы 7, и высвечиваема  при этом тенева  картина проектируетс  на рабочую поверхность фоторезисторного сло  1, измен   при этом локальную проводимость этого сло  в соответствии с услови ми решаемой задачи.

Задаетс  режим работы контроль, при котором между ленточными электрп лми включен измеритель локальной пройодимости - блок R, а от внешнего управл ющего устройства в регистр адреса позиции дефлектора производитс  последовательна  засылка сигналов по заданной программе, в результате чего производитс  изменение положени  дефлектора, привод щее к отклонению светового луча на соответствующую голограмму с высвечиванием картины свет щихс  точек, кажда  из которых проектируетс  на ленточный электрод и произво- -дит, таким образом, оптическое сканирование ленточного электрода. Оптическа  прозрачность голограмм подбираетс  таким образом, чтобы поток светового излучени  от источника излучени  полностью поглощалс  в фоторезисторном слое 2 и не проходил к границе раздела слоев 1 и 2. Выполнение этого услови  необходимо дл  исключени  вли ни  оптических управл ющих сигналов на проводимость другого фоторезисторного сло . Фоторезисторные слои должны иметь один и тот же тип проводимости и тип свободных носителей. Оптическое сканирование под углом к направлению ленточных электродов и одновременна  регистраци  локальной проводимости , например, на многолучевом осциллографе позвол ют получать топо- грэммы локальной проводимости на экране такого регистрирующего устройства (фиг. 5).

При решении уравнений математической физики (1) без источников задаетс  режим решени  Р - решение, при котором электроды 3 подключены к измерительному блоку Vp (фиг. 2) и производитс  оптическое сканирование ленточных прозрачных электродов и расположенных под ним зон фоторезисторного сло  2, В последних в точке падени  светового луча образуетс  канал повышенной проводимости, который  вл етс  своеобразным оптически управл емым контактом дл  сн ти  модулирующих потенциалов в фоторезисторном слое.

При решении уравнений математической физики (1) с источниками следует примен ть оптоэлектронный процессор с чередующимс  набором узких и широких ленточных электродов. При этом возможны различные варианты уравнени  (1). два из таких вариантов приведены на схемах фиг. 3 и 4. Схема на фиг. 3 предназначена дл  решени  уравнени  (1) с дискретными источниками:

AK(x.v) + fyKl(x,y}

f(x.-y)

(5)

где f(x. у)- функци  дискретных источников , заданна  в точках с дискретными координатами х и у.

Одна из дискретных координат совпадает с координатой узкого ленточного электрода , а друга  дискретна  координата может быть задана произвольно, узкие ленточные электроды подключены к блокам опорных потенциалов V0n, а широкие ленточные электроды подключены к измерительным блокам Vp. При поступлении на управл ющий вход 11 дефлектора 6, распо0 ложенного со стороны прозрачной подложки 4, соответствующего управл ющего сигнала высвечиваетс  картина свет щихс  точек: посредством одних, падающих на узкие ленточные электроды, задаютс  коорди5 наты и значени  функций дискретных источников, посредством других, падающих на широкие ленточные электроды, задаютс  координаты измерени  моделируемых потенциалов . Схема на фиг. А предназначена

0 дл  решени  уравнени  (1) с распределенными источниками, но при этом измер ютс  моделируемые функции р(х. у), распределенные по координате х, совпадающей с направлением ленточных электродов, и ди5 скретные в направлении координаты у. Измерение этих функций осуществл етс  точечным оптическим сканированием узких ленточных электродов, а функции распределенных источников задаютс  проектирова0 нием теневой картины на широкие ленточные электроды, при этом погрешность задани  функций распределенных ис- точников тем меньше, чем больше соотношение линейных поперечных разме5 ров широких и узких ленточных электродов. В зависимости от услови  решаемой задачи производитс  смена голограмм и мен етс  освещенность решающего фоторезисторного сло  1 и локальна  осве0 щенность зон вспомогательного фоторезисторного сло  2, при этом обеспечиваетс  селективное оптическое сканирование ленточных электродов, что позвол ет одновременно измер ть распределение локальной

5 проводимости в решающем фоторезисторном слое при подготовке к решению, обес- . печива  тем самым повышение точности задани  параметров моделируемой среды, и одновременно увеличить скорость рёше0 ни  за счет одновременной регистрации мо- делируемых параметров в нескольких точках решающего сло .

Кроме того, устройство позвол ет довольно простым аппаратным способом в не5 сколько раз более низким по стоимости, чем программный способ представлени  графической информации на дисплее с применением ЭВМ, получать топогрэммы параметров моделируемой среды и моделируемой функции.

Claims (3)

1. Формула изобретени  1. Оптоэлектронный процессор дл  решени  уравнений математической физики, содержащий первый и второй источники излучени , оптически св занные соответственно через первый и второй формирователи светового потока с оптоэ- лектронным вычислительным модулем слоисто-пленочной структуры, состо щим из последовательно нанесенных на прозрачную основу прозрачного токопровод щего сло  и первого и второго фоторезисторных слоев, сенсибилизированных к длинам волн источников излучени , установленных с внешних сторон соответствующих фоторезисторных слоев, выводы электродов, расположенных на втором фоторезисторном и прозрачном токопровод щем сло х,  вл ютс  выходами процессора, управл ющие входы источников излучени , и формирователей светового потока  вл ютс  управл ющими входами процессора, отличающийс  тем, что, с целью повышени 

   точности решени  и расширени  класса решаемых задач, прозрачный токопровод - щий слой выполнен в виде набора изолированных между собой ленточных прозрачных электродов, электрические выводы которых  вл ютс  дополнительными выходами процессора.
2. 2. Оптоэлектронный процессор по п. 1. отличающийс  тем, что прозрачный токопровод щий слой выполнен в виде набора из п групп (п 2) изолированных между собой прозрачных ленточных электродов различной ширины, электрические выводы которых образуют соответствующие группы дополнительных выходов процессора.
3. 3. Оптоэлектронный процессор по п. 1, отличающийс  тем, что первый и второй формирователи светового потока выполнены каждый q виде оптически св занных дефлектора светового потока и матрицы голограмм;

   Фиг

   JT

   ±:

   ЗЗтВН

   Ы VP PS

   JT

   ± ±

   JL

   JL

   ±

   фиг. 5

   JL

   фие.Ь