RU2163725C1

RU2163725C1 - Optical code converter

Info

Publication number: RU2163725C1
Application number: RU99126974A
Authority: RU
Inventors: С.В. Соколов; Ю.Ю. Парамонов
Original assignee: Ростовский военный институт ракетных войск
Priority date: 1999-12-21
Filing date: 1999-12-21
Publication date: 2001-02-27

Abstract

FIELD: data processing; optical computer systems. SUBSTANCE: converter has set of optical splitters, set of bistable optical elements, and optical combiner. EFFECT: enhanced speed of response. 1 dwg

Description

Изобретение относится к специализированной вычислительной технике и может быть использовано при разработке и создании оптических вычислительных машин, а также в преобразующих устройствах систем автоматического управления, контроля и систем связи. The invention relates to specialized computing and can be used in the development and creation of optical computers, as well as in converting devices of automatic control systems, control and communication systems.

Известны различные преобразователи кодов, построенные по комбинационному и накапливающему принципам [Гитис Э.И., Пискулов Е.А. Аналого-цифровые преобразователи. - М.: Энергоиздат, 1981; Орнатский П.П. Автоматические измерения и приборы. - Киев: Вища шкала, 1980; А.С. СССР N 125494, H 03 M 7/16]. There are various code converters built on the combinational and accumulating principles [Gitis E.I., Piskulov EA Analog-to-digital converters. - M .: Energoizdat, 1981; Ornatsky P.P. Automatic measurements and instruments. - Kiev: Vishka scale, 1980; A.S. USSR N 125494, H 03 M 7/16].

Недостатком данных устройств является сложность при использовании комбинационных схем - необходимо наличие элементов памяти, не входящих в схему преобразователя; при использовании накапливающих схем - наличие источника синхроимпульсов, также не входящего в схему преобразователя. Общими недостатком данных устройств является низкое быстродействие. The disadvantage of these devices is the difficulty when using combinational circuits - you must have memory elements that are not included in the converter circuit; when using accumulating circuits, the presence of a source of clock pulses, also not included in the converter circuit. A common disadvantage of these devices is the low speed.

Наиболее близким по техническому исполнению к предложенному устройству является оптический компаратор, содержащий группу оптических Y-разветвителей и группу оптических бистабильных элементов [патент N 2106064, РФ, H 04 B 10/02, 1998 г.]. Недостатком данного устройства является отсутствие возможности преобразования позиционного двоичного кода в отраженный код Грея. The closest in technical execution to the proposed device is an optical comparator containing a group of optical Y-couplers and a group of optical bistable elements [patent N 2106064, RF, H 04 B 10/02, 1998]. The disadvantage of this device is the inability to convert the positional binary code to the reflected Gray code.

Заявленное изобретение направлено на решение задачи преобразования позиционного двоичного кода в отраженный двоичный код Грея с быстродействием, потенциально возможным для оптических переключательных схем. Подобная задача возникает при разработке и создании чисто оптических ЦИМ, обладающих быстродействием, потенциально возможным для оптических устройств. The claimed invention is aimed at solving the problem of converting a positional binary code into a reflected gray binary code with a speed that is potentially possible for optical switching circuits. A similar problem arises in the development and creation of purely optical DSCs with the speed that is potentially possible for optical devices.

Сущность изобретения состоит в том, что в устройство введены оптический объединитель с оптическими ответвлениями различной длины, входы устройства объединены со входами и группы оптических Y-разветвителей, при этом вход последнего оптического Y-разветвителя, выход второго оптического разветвления которого является поглощающим, объединен со входом устройства для младшего разряда преобразуемого кода, выход первого оптического разветвления первого оптического Y-разветвителя подключен ко входу первого оптического ответвления оптического объединителя, а выход второго оптического разветвления каждого оптического Y-разветвителя группы, кроме последнего, объединен с выходом первого оптического разветвления следующего по порядку - соответствующего соседнему меньшему разряду кода, оптического Y-разветвителя, подключенному ко входу соответствующего оптического бистабильного элемента группы, прямой выход которого является поглощающим а инверсный подключен к соответствующему оптическому ответвлению оптического объединителя, выход которого является выходом устройства. The essence of the invention lies in the fact that an optical combiner with optical branches of various lengths is introduced into the device, the inputs of the device are combined with the inputs and groups of optical Y-couplers, while the input of the last optical Y-coupler, the output of the second optical branching of which is absorbing, is combined with the input devices for the least significant bit of the converted code, the output of the first optical branch of the first optical Y-coupler is connected to the input of the first optical branch of the optical the combiner, and the output of the second optical branching of each optical Y-splitter of the group, except the last, is combined with the output of the first optical branching of the next order - corresponding to the adjacent lower digit code, the optical Y-splitter connected to the input of the corresponding optical bistable element of the group, direct output which is absorbing and the inverse is connected to the corresponding optical branch of the optical combiner, the output of which is the output of the device.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлена функциональная схема оптического преобразователя кодов (ОПК). The invention is illustrated in the drawing, which shows a functional diagram of an optical code converter (DPC).

Устройство содержит группу (N+1) оптических Y-разветвителей 1₁...1_N+1, группу N оптических бистабильных элементов (ОБЭ) 2₁...2_N, оптический объединитель 3 с (N+1) оптическими ответвлениями 3₁...3_N+1 различной длины.The device contains a group (N + 1) of optical Y-couplers 1 ₁ ... 1 _{N + 1} , a group N of optical bistable elements (RBE) 2 ₁ ... 2 _N , an optical combiner 3 with (N + 1) optical branches 3 ₁ ... 3 _{N + 1 of} various lengths.

Далее под ОБЭ понимается оптическая схема, имеющая пороговую статическую характеристику, оптический вход и два оптических выхода - для прямого и "отраженного" световых потоков (т.н. инверсный выход - при интенсивности оптического сигнала меньше пороговой). Схема организации таких выходов зависит от типа ОБЭ - если это трансфазор, то инверсный выход формируется за счет выбора соответствующего угла падения входного потока к поверхности и трансфазора [Акаев А.А., Майоров С.А. Оптические методы обработки информации. - М. : ВШ, 1988 г., с. 176, 181]; если это гибридное бистабильное устройство безрезонаторного типа [Семенов А.С. и др. Интегральная оптика для систем передачи и обработки информации. - М: Радио и связь, 1990 г., с. 189, рисунок 7.14] , то организация инверсного выхода осуществляется путем отвода большей части входного потока фотодетектора на инверсный выход; если это оптически связанные волноводы [Акаев А.А., Майоров С.А. Оптические методы обработки информации. - М. : ВШ, 1988 г., с. 194], то в качестве инверсного выхода используется просто выход одного из волноводов и т.д. Further, RBE is understood as an optical scheme having a threshold static characteristic, an optical input and two optical outputs for direct and "reflected" light fluxes (the so-called inverse output, when the optical signal intensity is less than the threshold). The arrangement of such outputs depends on the type of RBE — if it is a transphase, then the inverse output is formed by choosing the appropriate angle of incidence of the input stream to the surface and the transphase [Akayev A.A., Mayorov S.A. Optical methods of information processing. - M.: VSh, 1988, p. 176, 181]; if it is a hybrid bistable device of a resonatorless type [Semenov A.S. and others. Integrated optics for information transmission and processing systems. - M: Radio and communications, 1990, p. 189, Figure 7.14], then the organization of the inverse output is carried out by diverting most of the input stream of the photodetector to the inverse output; if these are optically coupled waveguides [Akayev AA, Mayorov SA Optical methods of information processing. - M.: VSh, 1988, p. 194], then the output of one of the waveguides, etc., is used as the inverse output.

Входами устройства являются входы группы (N+1) оптических Y - разветвителей 1₁,...1_N+1. Первое оптическое разветвление первого оптического Y-разветвителя 1₁ подключено ко входу первого оптического ответвления 3₁ оптического объединителя 3. Выход второго оптического разветвления i-го оптического Y - разветвителя 1_i, (i = 1,...N), подключен ко входу i-го ОБЭ 2_i, прямой выход которого является поглощающим, и объединен с выходом первого оптического разветвления (i+1)-го оптического Y-разветвителя 1_i+1 (выход второго оптического разветвления (N+1)-го оптического Y-разветвителя 1_N+1 является поглощающим). Инверсный выход i-го ОБЭ 2_i, (i=1,...N), подключен ко входу (i+1)-го оптического ответвления 3_i+1 оптического объединителя 3, выход которого является выходом устройства.The inputs of the device are the inputs of the group (N + 1) of optical Y-splitters 1 ₁ , ... 1 _{N + 1} . The first optical branching of the first optical Y-coupler 1 _{1 is} connected to the input of the first optical branch 3 _{1 of the} optical combiner 3. The output of the second optical branching of the i-th optical Y-coupler 1 _i , (i = 1, ... N), is connected to the input the i-th RBE 2 _i , the direct output of which is absorbing, and is combined with the output of the first optical branching of the (i + 1) -th optical Y-coupler 1 _{i + 1} (output of the second optical branching (N + 1) -th optical Y- splitter 1 _{N + 1} is absorbing). The inverse output of the i-th RBE 2 _i , (i = 1, ... N), is connected to the input of the (i + 1) -th optical branch 3 _{i + 1 of the} optical combiner 3, the output of which is the output of the device.

В данном ОПК реализуется операция преобразования параллельного позиционного двоичного (N+1)-разрядного кода в последовательный отраженный двоичный (N+1)-разрядный код Грея, осуществляемая путем сдвига исходного (N+1)-разрядного кода на один разряд вправо (в сторону младшего разряда) с последующим суммированием по модулю 2 сдвинутого кода с исходным и дальнейшим разворачиванием параллельного кода Грея в последовательный. This UPC implements the operation of converting a parallel positional binary (N + 1) -bit code to a sequential reflected binary (N + 1) -digit Gray code, carried out by shifting the original (N + 1) -digit code one bit to the right (to the side) low-order) with the subsequent summation modulo 2 of the shifted code with the original and further deployment of the parallel Gray code into a sequential one.

Устройство при этом работает следующим образом. Преобразуемый параллельный позиционный двоичный (N+1)-разрядный код в виде оптических импульсов интенсивности 2 усл(овных) ед(иницы) поступает на входы оптических Y - разветвителей 1₁, . ..1_N и 1_N+1 (куда поступает младший разряд). За счет равного разветвления оптического потока в i-ом оптическом Y-разветвителе 1_i происходит сдвиг входного кода на один разряд вправо, а за счет объединения по выходу второго оптического разветвления i-го оптического Y - разветвителя 1_i и первого оптического разветвления (i+1)-го оптического Y-разветвителя 1_i+1 - поразрядное суммирование исходного и сдвинутого кодов. (При этом оптический импульс интенсивности 1 усл.ед. в первом оптическом разветвлении оптического Y-разветвителя 1₁ не суммируется, поступая непосредственно в первое оптическое ответвление 3₁, а вторая половина входного импульса в (N+1)-м оптическом Y- разветвителе 1_N+1 поглощается для обеспечения равенства интенсивностей суммируемых далее импульсов). В ОБЭ 2₁ - 2_N осуществляется суммирование кодовых разрядов по модулю 2: при наличии оптических импульсов интенсивности 1 усл. ед. во втором оптическом разветвлении i-го и первом (i+1)-го оптических Y-разветвителей 1_i, 1_i+1 на входе ОБЭ 2_i формируется оптический сигнал интенсивности 2 усл.ед., превышающей его порог срабатывания. В этом случае ОБЭ 2_i срабатывает - появляется сигнал на его прямом выходе, где поглощается (на используемом далее инверсном выходе - нулевой сигнал, т.е. 1+1=0). При отсутствии импульсов в обоих оптических разветвлениях (нулевой сигнал на входе ОБЭ 2_i) или одном из них (единичный сигнал на входе ОБЭ 2_i), интенсивность входного сигнала оказывается меньше порога срабатывания ОБЭ - данный сигнал проходит на инверсный выход ОБЭ 2_i (т.е. 0+0=0, 0+1= 1, 1+0=1). Таким образом на входах оптических ответвлений 3₁-3_N+1 оптического объединителя 3 формируется сумма по модулю 2 исходного и сдвинутого на разряд вправо двоичных кодов, т.е. параллельный отраженный код Грея. Прохождение данного оптического кода по оптическим ответвлениям 3₁ - 3_N+1 (где длины соседних оптических ответвлений отличаются на величину ΔL = c·τ, где c - скорость света, τ - период выходной последовательности импульсов) за счет разных времен их прохождения приводит к формированию на выходе оптического объединителя 3, т.е. выходе устройства, последовательного кода Грея. Так как быстродействие данного ОПК определяется по существу лишь временем срабатывания ОБЭ (10^-10-10^-12c), то, следовательно, предложенное устройство обеспечивает искомое преобразование кодов с быстродействием, потенциально возможным для оптических переключательных схем.The device thus works as follows. The converted parallel positional binary (N + 1) -bit code in the form of optical pulses of intensity 2 conditional units (units) is supplied to the inputs of optical Y-splitters 1 ₁ ,. ..1 _N and 1 _{N + 1} (where the least significant bit goes). Due to the equal branching of the optical stream in the i-th optical Y-splitter 1 _i , the input code is shifted by one bit to the right, and due to the combination of the second optical branching of the i-th optical Y - splitter 1 _i and the first optical branching at the output (i + 1) -th optical Y-splitter 1 _{i + 1} - bitwise summation of the source and shifted codes. (In this case, an optical pulse of intensity 1 srvc in the first optical branch of the optical Y-splitter 1 _{1 is} not summed, coming directly to the first optical branch 3 ₁ , and the second half of the input pulse in the (N + 1) -th optical Y-splitter 1 _{N + 1 is} absorbed to ensure equal intensities of the pulses summed further). In RBE 2 ₁ - 2 _N summation of code bits is carried out modulo 2: in the presence of optical pulses of intensity 1 srvc. units in the second optical branching of the i-th and first (i + 1) -th optical Y-splitters 1 _i , 1 _{i + 1} at the input of the RBE 2 _i , an optical signal of intensity 2 conditional units, exceeding its response threshold, is formed. In this case, the RBE 2 _{i is} triggered - a signal appears at its direct output, where it is absorbed (at the inverted output used below, a zero signal, i.e., 1 + 1 = 0). In the absence of pulses in both optical branches (zero signal at the input of the RBE 2 _i ) or one of them (a single signal at the input of the RBE 2 _i ), the intensity of the input signal is lower than the threshold of the RBE - this signal passes to the inverse output of the RBE 2 _i (t .e. 0 + 0 = 0, 0 + 1 = 1, 1 + 0 = 1). Thus, at the inputs of the optical branches 3 ₁ -3 _{N + 1 of the} optical combiner 3, a sum is formed modulo 2 of the binary and shifted to the right binary codes, i.e. parallel reflected gray code. The passage of this optical code through the optical branches 3 ₁ - 3 _{N + 1} (where the lengths of adjacent optical branches differ by ΔL = c · τ, where c is the speed of light, τ is the period of the output pulse sequence) due to different times of their passage leads to the formation at the output of the optical combiner 3, i.e. device output, gray serial code. Since the performance of this DPC is essentially determined only by the response time of the RBE (10 ^-10 -10 ^-12 s), therefore, the proposed device provides the desired code conversion with a speed that is potentially possible for optical switching circuits.

Claims

An optical code converter containing a group of optical Y-couplers and a group of optical bistable elements, characterized in that an optical combiner with optical branches of various lengths is inserted into it, the inputs of the device are combined with the inputs of the group of optical Y-couplers, and the input of the last optical Y-coupler the output of the second optical branch of which is absorbing is combined with the input of the device for the least significant bit of the converted code, the output of the first optical branch I of the first optical Y-coupler is connected to the input of the first optical branch of the optical combiner, and the output of the second optical branch of each optical Y-coupler of the group, except for the last, is combined with the output of the first optical branching of the next order, corresponding to the adjacent smaller discharge code, of the optical Y-coupler connected to the input of the corresponding optical bistable element of the group, the direct output of which is absorbing, and the inverse is connected to the corresponding present optical branch optical combiner, whose output is the output device.