RU2170945C1

RU2170945C1 - Optical flip-flop

Info

Publication number: RU2170945C1
Application number: RU99126976A
Authority: RU
Inventors: С.В. Соколов; Ю.Ю. Парамонов; М.Р. Ганеев
Original assignee: Ростовский военный институт ракетных войск
Priority date: 1999-12-21
Filing date: 1999-12-21
Publication date: 2001-07-20

Abstract

FIELD: computer engineering. SUBSTANCE: optical flip-flop that may be used for developing and manufacturing optical computers has bistable optical member, optical waveguide, optical amplifier, and optical Y-splitter. EFFECT: enhanced speed. 1 dwg _

Description

Изобретение относится к специализированной вычислительной технике и может быть использовано при разработке и создании оптических вычислительных машин. The invention relates to specialized computing and can be used in the development and creation of optical computers.

Известны различные оптические триггеры, построенные на основе совместного использования оптических бистабильных элементов и оптических волноводов [Семенов А.С. и др. Интегральная оптика для систем передачи и обработки информации. - М. : Радио и связь, 1990; А.С. N 1599989, СССР, 1987, H 03 K 23/78]. There are various optical triggers based on the joint use of optical bistable elements and optical waveguides [A. Semenov and others. Integrated optics for information transmission and processing systems. - M.: Radio and communications, 1990; A.S. N 1599989, USSR, 1987, H 03 K 23/78].

Недостатком данных устройств является низкое быстродействие. The disadvantage of these devices is the low speed.

Наиболее близким по техническому исполнению к предложенному устройству является оптический триггер, содержащий оптический бистабильный элемент и неуправляемый направленный ответвитель (далее - оптический волновод) [патент N 2040028, РФ, 1995 г., G 02 F 3/00, H 03 K 23/78]. The closest in technical execution to the proposed device is an optical trigger containing an optical bistable element and an uncontrolled directional coupler (hereinafter referred to as the optical waveguide) [patent N 2040028, RF, 1995, G 02 F 3/00, H 03 K 23/78 ].

Недостатком данного триггера является отсутствие возможности выполнения функций Т-триггера. The disadvantage of this trigger is the inability to perform the functions of the T-trigger.

Заявленное изобретение направлено на решение задачи формирования функций Т-триггера с быстродействием, потенциально возможным для оптических переключательных схем. Подобная задача возникает при разработке и создании чисто оптических ЦВМ, обладающих быстродействием, потенциально возможным для оптических устройств. The claimed invention is directed to solving the problem of forming the functions of a T-trigger with a speed that is potentially possible for optical switching circuits. A similar problem arises in the development and creation of purely optical digital computers with speed that is potentially possible for optical devices.

Сущность изобретения состоит в том, что в устройство введены оптический усилитель и оптический Y-разветвитель, вход оптического волновода является входом устройства, выход подключен ко входу оптического бистабильного элемента, прямой выход которого является поглощающим, а инверсный подключен ко входу оптического усилителя, выход которого подключен ко входу оптического Y-разветвителя, выход первого оптического разветвления которого объединен с выходом оптического волновода, а выход второго оптического разветвления является выходом устройства. The essence of the invention lies in the fact that an optical amplifier and an optical Y-splitter are introduced into the device, the input of the optical waveguide is the input of the device, the output is connected to the input of the optical bistable element, the direct output of which is absorbing, and the inverse is connected to the input of the optical amplifier, the output of which is connected to the input of the optical Y-coupler, the output of the first optical branching of which is combined with the output of the optical waveguide, and the output of the second optical branching is the output of troystva.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлена функциональная схема оптического Т-триггера. The invention is illustrated in the drawing, which shows a functional diagram of an optical T-trigger.

Устройство содержит оптический волновод 1, оптический бистабильный элемент (ОБЭ) 2, оптический усилитель 3, оптический Y-разветвитель 4 с оптическими разветвлениями 4₁, 4₂.The device contains an optical waveguide 1, an optical bistable element (RBE) 2, an optical amplifier 3, an optical Y-splitter 4 with optical branches 4 ₁ , 4 ₂ .

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 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 of the transphase [A. Akaev 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.

Вход устройства объединен со входом оптического волновода 1, выход которого подключен ко входу ОБЭ 2, прямой выход которого является поглощающим. Инверсный выход ОБЭ 2 подключен через оптический усилитель 3 ко входу оптического Y-разветвителя 4, выход первого оптического разветвителя 4₁ которого объединен с выходом оптического волновода 1, а выход второго оптического разветвления 4₂ является выходом оптического Т-триггера.The input of the device is combined with the input of the optical waveguide 1, the output of which is connected to the input of the RBE 2, the direct output of which is absorbing. The inverse output of the RBE 2 is connected through the optical amplifier 3 to the input of the optical Y-splitter 4, the output of the first optical splitter 4 _{1 of} which is combined with the output of the optical waveguide 1, and the output of the second optical branching 4 ₂ is the output of the optical T-flip-flop.

Устройство реализует функцию Т-триггера - смену текущего состояния только при поступлении на вход устройства единичного входного импульса и работает следующим образом. The device implements the function of the T-trigger - the change of the current state only when a single input pulse is received at the device input and works as follows.

Входной оптический импульс с интенсивности 1 усл.(овная) ед.(иница) со входа устройства по оптическому волноводу 1 поступает на вход ОБЭ 2, порог срабатывания которого равен 2 усл.ед. Так как интенсивность импульса оказывается меньше порога срабатывания, то он проходит на инверсный выход ОБЭ 2, поступая далее на вход оптического усилителя 3, обеспечивающего усиление интенсивности оптического потока в 2 ε раз (где ε - коэффициент затухания оптического потока в тракте "выход оптического усилителя 3 - вход ОБЭ 2"). С выхода оптического усилителя 3 оптический сигнал интенсивности 2 ε усл.ед. поступает на вход оптического Y-разветвителя 4, где разветвляется на два потока равной интенсивности - первый поступает по оптическому разветвлению 4₁ вновь на вход ОБЭ 2, второй по оптическому разветвлению 4₂ - на выход устройства. При отсутствии последующих входных импульсов на входе ОБЭ 2 за счет оптического потока, существующего в тракте "выход оптического усилителя 3 - вход ОБЭ 2", оказывается постоянно сформированным оптический сигнал интенсивности 1 усл.ед., дальнейший путь прохождения которого аналогичен вышеизложенному (длительность входного импульса при этом должна быть равной времени прохождения оптическим сигналом кольцевого тракта со входа на вход ОБЭ 2). Таким образом, в результате на выходе оптического Т-триггера сформирован единичный сигнал ("1"). При поступлении очередного входного импульса на входе ОБЭ 2 формируется суммарный оптический сигнал (за счет объединения оптических потоков из оптического разветвления 4₁ и оптического волновода 1) интенсивностью 2 усл.ед., в результате чего ОБЭ 2 срабатывает. При этом появляется сигнал на его прямом выходе (где далее поглощается), а на инверсном выходе и в оптическом разветвителе 4 оптический сигнал пропадает. Таким образом, нулевой сигнал формируется как на выходе устройства (смена состояния на нулевое "0"), так и на входе ОБЭ 2, что обеспечивает в последующем удержание данного состояния. Дальнейшая работа оптического Т-триггера при поступлении очередного входного импульса аналогична вышеизложенному. Так как быстродействие данного устройства определяется по существу лишь временем срабатывания ОБЭ 2, то, следовательно, оно позволяет реализовать функцию Т-триггера с быстродействием, потенциально возможным для оптических переключательных схем (10^-10 - 10^-11 с).The input optical pulse with an intensity of 1 srv (unit) unit (unit) from the input of the device through the optical waveguide 1 is fed to the input of the RBE 2, the threshold of which is 2 srvc. Since the pulse intensity turns out to be lower than the response threshold, it passes to the inverse output of the RBE 2, then goes to the input of the optical amplifier 3, which provides an increase in the intensity of the optical stream by 2 times (where ε is the attenuation coefficient of the optical stream in the path "output of the optical amplifier 3 - input RBE 2 "). From the output of the optical amplifier 3, an optical signal of intensity 2 ε srvc is input to an optical Y-coupler 4 where branches into two equal intensity flux - first enters through the optical branching April ₁ again input RBE 2, the second optical branching 4 ₂ - on the output device. In the absence of subsequent input pulses at the input of the RBE 2 due to the optical flow existing in the path "output of the optical amplifier 3 - input of the RBE 2", an optical signal of intensity 1 srvc is continuously generated, the further path of which is similar to the above (input pulse duration in this case, it should be equal to the transit time of the optical signal of the ring path from the input to the input of the RBE 2). Thus, as a result, a single signal ("1") is generated at the output of the optical T-flip-flop. When the next input pulse arrives at the input of the RBE 2, a total optical signal is formed (by combining the optical streams from the optical branching 4 ₁ and the optical waveguide 1) with an intensity of 2 conventional units, as a result of which the RBE 2 is triggered. In this case, a signal appears at its direct output (where it is further absorbed), and at the inverse output and in the optical splitter 4, the optical signal disappears. Thus, a zero signal is generated both at the output of the device (change of state to zero "0"), and at the input of RBE 2, which ensures that this state is subsequently held. Further operation of the optical T-trigger upon receipt of the next input pulse is similar to the above. Since the speed of this device is essentially determined only by the response time of the RBE 2, therefore, it allows you to implement the function of the T-trigger with the speed that is potentially possible for optical switching circuits (10 ^-10 - 10 ^-11 s).

Claims

An optical trigger containing an optical bistable element and an optical waveguide, characterized in that an optical amplifier and an optical Y-splitter are inserted into it, the input of the optical waveguide is the input of the device, the output is connected to the input of the optical bistable element, the direct output of which is absorbing, and the inverse is connected to the input of the optical amplifier, the output of which is connected to the input of the optical Y-splitter, the output of the first optical branching of which is combined with the output of the optical waveguide a, and the output of the second optical branch is the output of the device.