RU1837331C - Оптическое вычислительное устройство - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к специализированной вычислительной технике и может быть использовано в оптических вычислительных машинах дл  решени  систем лин

эйных дифференциальных уравнений.

Цель изобретени  - повышение точно- ги работы устройства за счет отказа от средств пространственно-частотной фильт- рэции, а также расширение его функциональных возможностей за счет формировани  решени  в реальном масш- времени.

Поставленна  цель достигаетс  за счет Б зедени  кольцевой схемы оптического раз- вгтвител , содержащей управл емый i неуправл емый оптические транспаранты и позвол ющей осуществл ть решение системы линейных дифференциальных уравнений в реальном масштабе времени путем итеративной мультипликации инфинитези- мальной переходной матрицы системы. В основу работы устройства положена возможность представлени  решени  линейной системы

-X, + f,, Х(0)-Х0.(1)

где ft - известна  вектор-функци ,

Ат - известна  матрица коэффициентов системы,

Xt - вектор переменных состо ни , с требуемой точностью следующим рекуррентным соотношением: . ХКЕ+А(Ы)Д t -At) -Хы+ fi-f At, (2) где i - номер очередного временного шага решений,

00

со

XJ СА) CJ

At -- интервал дискретизации решени  во времени, выбираемый из услови  обеспечени  требуемой точности решени ,

Е - единична  матрица заданной размерности ,

При. последующем анализе принципа действи  и структуры устройства вместо (2) используетс  эквивалентное ему представление решени  системы (1):

XiT Xi-iT (Е+АТ(Ы)Д At) -At.

ХТ(0)Х0Т.

На чертеже представлена функциональна  схема вычислительного устройства.

Дл  удобства последующего описани  принципа работы устройства на чертеже введена условна  система координат OXYZ.

Устройство содержит источник некогерентного излучени  1, оптический разветви- тель 2, состо щий из шести разветвл ющихс  световодных участков (именуемых-далее ответвлени ми) 21-2е, неуправл емый оптический транспарант 3,управл емый оптический транспарант 4, группу оптических усилителей 5.

Оптический разветвитель 2 может быть выполнен в виде набора разветвл ющихс  оптических волокон (неуправл емых направленных ответеителей), схема разветвлени  которых приведена на фиг.1, Транспарант 3 может быть выполнен в виде фотопластины или фотопленки с известной функцией пропускани , неизменной в течение работы устройства.

Управл емый транспарант 4 представл ет собой пространственный модул тор матричного типа, управл емый электрическими сигналами и выполненный по схеме, описанной в. Если система (1)  вл етс  стационарной , то транспарант 4 выполн етс  неуправл емым аналогично транспаранту 3. Оптические усилители группы 5, число которых равно числу волокон, образующих рэзветеитель 2, могут быть выполнены в виде инжекционных или волоконных квантовых усилителей согласно, а также в виде трансфазора, используемого на линейном участке выходной характеристики, или в виде оптрона, работающего в режиме усилите- л  света. Вход источника излучени   вл етс  входом устройства, а выход через первый участок 21 оптического разветвите- л  (волокно, разветвл ющеес  на N волокон , где N - размерность вектора решени  системы (1) оптически св зан со входом транспаранта 3.

Функци  пропускани  транспаранта 3, измен юща с  по оси OY, представл ет собой N участков с различной оптической

плотностью, пропорциональной соответствующим компонентам Х|0 вектора начальных условий Х0 (точнее, , т.к. при прохождении светового потока через транспарант на функцию пропускани  умножаетс  амплитуда потока, а не интенсивность). Выход транспаранта 3 через ответвление 22, каждое из волокон которого разветвл етс  вдоль оси ОХ на N волокон, оптически св зан со входом транспаранта 4. Выходы транспаранта 4 по оси OY (соответствующего столбца матрицы, записанной на транспарант 4) оптически св заны со входами N волокон, объединенных далее в соответствующее волокно из N волокон, вход щих в ответвление 2з разветвител  2. Выходы волокон ответвлени  2з подключены ко входам соответствующих оптических усилителей группы 5, выходы которых с помощью оптических волокон объединены с соответствующими волокнами ответвлени  24 в волокна ответвлени  2s. Волокна ответвлени  2s объединены с соответствующими волокнами ответвлени  22 и с помощью волокон ответвлени  2е оптически св заны с выходом устройства.

Устройство работает следующим образом .

На вход источника излучени  1 поступает управл ющий импульс включени  Вкл., что приводит к по влению на входе ответвлени  2i светового импульса интенсивностью N2 усл.ед. Данный световой поток, разветвл  сь на N потоков и проход  через

транспарант 3. создает на его выходе световой поток с интенсивностью вдоль оси OY, пропорциональной N Х0. Сформированный таким образом световой поток по волокнам ответвлени  22 поступает на вход транспаранта 4, где разветвл етс  на выходе каждого волокна ответвлени  22 на N потоков по соответствующей строке матрицы-транспаранта 4 (по оси ОХ), На входы управлени  транспаранта 4 подаютс  в текущий момент

времени ti-i(i-1)A t соответствующие сигналы управлени , обеспечивающие дл  момента ti-i функцию пропускани  каждого элемента матрицы-транспаранта 4 пропорциональной корню квадратному из знзче

ни  аналогичного элемента матрицы

(E + A(ti-i) At)T.

В случае решени  системы стационарных линейных уравнений транспарант 4 мо- жет быть выполнен неуправл емым, ввиду неизменности матрицы ( A t)r в течение всего времени работы устройства. После прохождени  светового потока через транспарант 4 с последующим суммировзнием потоков в объединенных волокнах ответвлени  2з на входах группы оптических усилителей 5 формируетс  световой поток с интенсивностью вдоль оси ОХ, пропорциональной значени м компонентов вектора Л t (нумераци  компонентов возрастает в направлении оси ОХ). Т.к. выходной поток усилителей в дальнейшем разветвл етс  на два - в ответвлени х 2з, 2е, и далее (в ответвлении 1i) - на N потоков, а также с учетом затухани  интенсивности светового потока в цепи выходоптического усилител  - вход транспаранта 4 в Е раз, коэффициенты усилени  усилителей группы 5 выбираютс  равными 2NE. Выходной по- ток группы усилителей 5 суммируетс  со световым потоком заданной интенсивности 2NE At f (ti-i). поступающим в момент tn со входов ответвлени  24, и через ответвпе- ни  2s и 2е поступает, соответственно, на вход транспаранта 4 и на выход устройства. На выходе устройства формируетс  световой поток с распределением интенсивности , пропорциональным значени м компонентов вектора 2NE Xi (известный коэффициент 2NE легко учитываетс  при последующей регистрации светового потока , например, выбором соответствующего коэффициента затухани  волокон ответвлени  2е). на входах транспаранта 4 - с рас- пределением интенсивности вдоль оси OY, пропорциональным значени м компонентов вектора Xi. Далее работа устройства повтор етс  аналогично вышеизложенному - на выходе устройства в реальном масшта- бе времени формируетс  световой поток с интенсивностью, пропорциональной значени м компонентов пектора г- . :;- мы (1) Xi.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Оптическое вычислительное устройство , содержащее источник излучени , вход управлени  которого  вл етс  входом устройства , а выходы через N оптических разветвителей первой группы оптически св заны с входами соответствующих столбцов матричного оптического преобразовател , выходы строк которого объединены через N оптических разветвителей второй группы, от л ичающеес  тем, что, с целью повышени  точности и расширени  функциональных возможностей за счет формировани  решени  в реальном масштабе времени, в него введены вычислительный транспарант, N оптических усилителей и N оптических разветвителей третьей группы, управл ющие входы матричного оптического преобразовател  соединены с входами задани  первой группы значений компонентов вектора устройства, выходы N оптических разветвителей второй группы через N оптических усилителей соединены с первыми входами N оптических разветвителей третьей группы, вторые входы которых  вл ютс  входами задани  второй группы значений компонентов вектора устройства, первые выходы N оптических разветвителей третьей группы  вл ютс  выходами устройства , а вторые выходы соединены с соответствующими входами N оптических разветвителей первой группы, между нхода- ми которых и выходами источника излучени  расположен вычислительный транспарант.