RU2420780C1 - Optical non-majority device - Google Patents

Optical non-majority device Download PDF

Info

Publication number
RU2420780C1
RU2420780C1 RU2009140572/28A RU2009140572A RU2420780C1 RU 2420780 C1 RU2420780 C1 RU 2420780C1 RU 2009140572/28 A RU2009140572/28 A RU 2009140572/28A RU 2009140572 A RU2009140572 A RU 2009140572A RU 2420780 C1 RU2420780 C1 RU 2420780C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
optical
output
nanofiber
input
nanofibre
Prior art date
Application number
RU2009140572/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владислав Валерьевич Каменский (RU)
Владислав Валерьевич Каменский
Original Assignee
Владислав Валерьевич Каменский
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Владислав Валерьевич Каменский filed Critical Владислав Валерьевич Каменский
Priority to RU2009140572/28A priority Critical patent/RU2420780C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2420780C1 publication Critical patent/RU2420780C1/en

Links

Landscapes

  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)

Abstract

FIELD: physics. ^ SUBSTANCE: device has first and second optical nonofibres, an output optican nanofibre, an optical nanofibre N-input coupler, two constant optical signal sources and two extensible nanotubes. Outputs of the first and second sources are connected to inputs of the first and second optical fibres, respectively. The output of the first nanofibre is optically connected to the input of the output nanofibre. The extensible nanotubes lie between the output of the coupler and the output of the second nanofibre on the propagation axis of their output optical signals such that in the outermost left-sided position, the inner nanotube breaks the optical connection between the output of the first nanofibre and the input of the output fibre. ^ EFFECT: transmission of a signal to the output of the device, where said signal is at most of the inputs of the device, with high speed which is potentially achievable for pure optical information processing devices, simplification of the device and its nanoscale design. ^ 1 dwg

Description

Изобретение относится к средствам вычислительной техники и может быть использовано в оптических устройствах обработки информации при разработке и создании оптических вычислительных машин и приемопередающих устройств.The invention relates to computer aids and can be used in optical information processing devices in the development and creation of optical computers and transceivers.

Известны различные мажоритарные элементы, построенные на основе использования электронных функциональных элементов [Боголюбов И.Н., Овсиевич Б.Л., Розенблюм Л.Я. Синтез схем из пороговых и мажоритарных элементов. - Сети передачи информации и их автоматизация, М.: Наука, 1965].Various major elements are known based on the use of electronic functional elements [Bogolyubov I.N., Ovsievich B.L., Rosenblum L.Ya. Synthesis of schemes from threshold and majority elements. - Information transmission networks and their automation, M .: Nauka, 1965].

Недостатком этих мажоритарных элементов являются низкое быстродействие и невозможность использования оптических сигналов.The disadvantage of these majority elements is the low speed and the inability to use optical signals.

Наиболее близким по техническому исполнению к предложенному устройству является оптический сумматор по модулю два, содержащий волноводные элементы [Акаев А.А., Майоров С.А. Оптические методы обработки информации. - М.: Высш. Шк., 1988. - 237 с: ил. стр.202].The closest in technical execution to the proposed device is an optical adder modulo two, containing waveguide elements [Akaev A.A., Mayorov S.A. Optical methods of information processing. - M .: Higher. Shk., 1988 .-- 237 s: ill. p.202].

Недостатками данного оптического сумматора по модулю два являются невозможность выполнения функции мажоритирования, его сложность и невозможность наноразмерного исполнения.The disadvantages of this optical adder modulo two are the inability to perform the majorization function, its complexity and the impossibility of nanoscale execution.

Заявленное изобретение направлено на решение задачи передачи на выход устройства сигнала, находящегося на большинстве его входов, с быстродействием, потенциально достижимым для чисто оптических устройств обработки информации, задачи упрощения устройства и задачи реализации устройства в наноразмерном исполнении.The claimed invention is aimed at solving the problem of transmitting to the device output a signal located at most of its inputs with a speed potentially achievable for purely optical information processing devices, the task of simplifying the device, and the task of implementing the device in nanoscale design.

Поставленные задачи возникают при разработке и создании оптических вычислительных наномашин или приемопередающих наноустройств, обеспечивающих обработку информации в тера- и гигагерцовом диапазонах.The tasks set arise in the development and creation of optical computing nanomachines or transceiver nanodevices that provide information processing in the tera and gigahertz ranges.

Заявленное устройство строится на основе оптических нановолокон, варианты технического исполнения которых описаны [Оптика наноструктур / Под редакцией А.В. Федорова. - СПб.: Недра, 2005 г.; Krenn J.R., Dereux A., Weeber J.C. et al. Squeezing the optical near-field zone by plasmon coupling of metal nanoparticles. Physical Review Letters, 1999, 82, 12, 2590], и телескопических нанотрубок, под которыми понимается пара вложенных одна в другую нанотрубок [Multiwalled Carbon Nanotubes as Gigahertz Oscillators / Quanshui Zheng, Qing Jiang // Phys. Rev. Lett. 88, 045503, 28 January, 2002].The claimed device is built on the basis of optical nanofibers, technical options for which are described [Optics of nanostructures / Edited by A.V. Fedorova. - SPb .: Nedra, 2005; Krenn J.R., Dereux A., Weeber J.C. et al. Squeezing the optical near-field zone by plasmon coupling of metal nanoparticles. Physical Review Letters, 1999, 82, 12, 2590], and telescopic nanotubes, which refers to a pair of nanotubes embedded in each other [Multiwalled Carbon Nanotubes as Gigahertz Oscillators / Quanshui Zheng, Qing Jiang // Phys. Rev. Lett. 88, 045503, 28 January, 2002].

Сущность изобретения состоит в том, что устройство содержит первое оптическое нановолокно, второе оптическое нановолокно, выходное оптическое нановолокно, оптический нановолоконный N-входной объединитель, два источника постоянного оптического сигнала, две телескопических нанотрубоки, причем информационными входами устройства являются входы оптического нановолоконного N-входного объединителя, выход второго источника постоянного оптического сигнала подключен ко входу второго оптического нановолокна, выход первого источника постоянного оптического сигнала подключен ко входу первого оптического нановолокна, выход первого оптического нановолокна оптически связан со входом выходного оптического нановолокна, телескопические нанотрубки расположены между выходом оптического нановолоконного N-входного объединителя и выходом второго оптического нановолокна по оси распространения их выходных оптических сигналов, выходом устройства является выход выходного оптического нановолокна.The invention consists in that the device comprises a first optical nanofiber, a second optical nanofiber, an output optical nanofiber, an optical nanofiber N-input combiner, two sources of constant optical signal, two telescopic nanotubes, the information inputs of the device being the inputs of an optical nanofiber N-input combiner , the output of the second source of constant optical signal is connected to the input of the second optical nanofiber, the output of the first source is standing optical signal is connected to the input of the first optical nanofiber, the output of the first optical nanofiber is optically connected to the input of the output optical nanofiber, telescopic nanotubes are located between the output of the optical nanofiber N-input combiner and the output of the second optical nanofiber along the propagation axis of their output optical signals, the output of the device is the output output optical nanofiber.

На чертеже представлена функциональная схема оптического мажоритарного устройства.The drawing shows a functional diagram of an optical majority device.

Устройство состоит из первого оптического нановолокна 11, второго оптического нановолокна 12, выходного оптического нановолокна 13, оптического нановолоконного N-входного объединителя 2, двух источников постоянного оптического сигнала 3i, i=1,2, двух телескопических нанотрубок 4i, i=1,2 (41 - внутренняя нанотрубка, 42 - внешняя нанотрубка).The device consists of a first optical nanofiber 1 1 , a second optical nanofiber 1 2 , an output optical nanofiber 1 3 , an optical nanofiber N-input combiner 2, two sources of constant optical signal 3 i , i = 1,2 , two telescopic nanotubes 4 i , i = 1.2 (4 1 is the inner nanotube, 4 2 is the outer nanotube).

Информационными входами устройства Х1 Х2,… XN являются входы оптического нановолоконного N - входного объединителя 2. Выходом устройства Y является выход выходного оптического нановолокна 13.The information inputs of the device X 1 X 2 , ... X N are the inputs of the optical nanofiber N - input combiner 2. The output of the device Y is the output of the output optical nanofiber 1 3 .

Выход второго источника постоянного оптического сигнала 32 подключен ко входу второго оптического нановолокна l2. Выход первого источника постоянного оптического сигнала 31 подключен ко входу первого оптического нановолокна 11, выход первого оптического нановолокна 11 оптически связан со входом выходного оптического нановолокна 13.The output of the second source of constant optical signal 3 2 is connected to the input of the second optical nanofiber l 2 . The output of the first source of constant optical signal 3 1 is connected to the input of the first optical nanofiber 1 1 , the output of the first optical nanofiber 1 1 is optically connected to the input of the output optical nanofiber 1 3 .

Телескопические нанотрубки 41, 42 расположены между выходом оптического нановолоконного N-входного объединителя 2 и выходом второго оптического нановолокна 12 по оси распространения их выходных оптических сигналов. Под воздействием разности давлений световых потоков (разность оптических мощностей 1-5 ватт создает разность давлений 5-15 нН), внутренняя нанотрубка 41 будет перемещаться в сторону оптического потока с меньшей интенсивностью (при этом необходимо иметь в виду, что минимально необходимое давление для перемещения нанотрубки составляет аттоньютоны [Multiwalled Carbon Nanotubes as Gigahertz Oscillators / Quanshui Zheng, Qing Jiang // Phys. Rev. Lett. 88, 045503, 28 January, 2002]).Telescopic nanotubes 4 1, 4 2 are located between the output of the optical nanofiber N-input combiner 2 and the output of the second optical nanofiber 1 2 along the propagation axis of their output optical signals. Under the influence of the pressure difference of the light fluxes (the optical power difference of 1-5 watts creates a pressure difference of 5-15 nN), the inner nanotube 4 1 will move towards the optical stream with a lower intensity (it must be borne in mind that the minimum necessary pressure to move nanotubes are attonewtons [Multiwalled Carbon Nanotubes as Gigahertz Oscillators / Quanshui Zheng, Qing Jiang // Phys. Rev. Lett. 88, 045503, January 28, 2002]).

В крайнем левом (исходном) положении внутренняя нанотрубка 41 разрывает оптическую связь между выходом первого оптического нановолокна 11 и входом выходного оптического нановолокна 13.In the extreme left (initial) position, the inner nanotube 4 1 breaks the optical connection between the output of the first optical nanofiber 1 1 and the input of the output optical nanofiber 1 3 .

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

С выхода второго источника постоянного оптического сигнала 32 сигнал с интенсивностью I0=(М-0,5) усл. ед. (М - количество входов, на которых должен быть одинаковый сигнал для подачи на выход устройства оптического сигнала 1 усл. ед.) поступает на вход второго оптического нановолокна 12.From the output of the second source of constant optical signal 3 2 signal with intensity I 0 = (M-0.5) srvc. units (M is the number of inputs on which the same signal must be for supplying an optical signal 1 conventional unit to the output of the device) is supplied to the input of the second optical nanofiber 1 2 .

До подачи на входы Х1, Х2,… XN оптических сигналов устройство находится в исходном (начальном) состоянии - внутренняя нанотрубка 41 находится в крайнем левом (исходном) положении, что обеспечивается оптическим сигналом второго оптического нановолокна 12.Before the optical signals X 1, X 2 , ... X N are fed to the inputs , the device is in its initial (initial) state - the inner nanotube 4 1 is in the leftmost (initial) position, which is provided by the optical signal of the second optical nanofiber 1 2 .

В крайнем левом положении внутренняя нанотрубка 41 разрывает оптическую связь между выходом первого оптического нановолокна 11 и входом выходного оптического нановолокна 13.In the extreme left position, the inner nanotube 4 1 breaks the optical connection between the output of the first optical nanofiber 1 1 and the input of the output optical nanofiber 1 3 .

Если на N входов устройства подано М сигналов с интенсивностью 1 усл. ед., а на остальные входы подано К сигналов с интенсивностью 0 усл. ед., то интенсивность сигнала на выходе оптического нановолоконного N-входного объединителя 2 будет равна I1=M усл. ед.If the N inputs of the device filed M signals with an intensity of 1 srvc. units, and the remaining inputs are fed K signals with an intensity of 0 srvc. units, then the signal intensity at the output of the optical nanofiber N-input combiner 2 will be equal to I 1 = M srvc. units

На внутреннюю нанотрубку 41 будет действовать разность световых давлений: давления, пропорционального интенсивности светового потока на выходе оптического нановолоконного N - входного объединителя 2 - F=Z·I1 (Z - коэффициент пропорциональности), и давления, пропорционального интенсивности светового потока I0 на выходе второго оптического нановолокна 12.The difference in light pressures will act on the inner nanotube 4 1 : a pressure proportional to the intensity of the light flux at the output of the optical nanofiber N - input combiner 2 - F = Z · I 1 (Z is the proportionality coefficient), and a pressure proportional to the intensity of the light flux I 0 the output of the second optical nanofiber 1 2 .

По окончании переходного процесса, под действием разности световых давлений, внутренняя нанотрубка 41 из крайнего левого положения переместится в крайнее правое положение. Время переходного процесса определяется массой внутренней нанотрубки 41 (≈10-15-10-16 г), силой трения при ее движении (≈10-9 н), интенсивностью источника постоянного оптического сигнала 32, интенсивностью I1 входного оптического сигнала и составляет ≈10-9-10-1Ос).At the end of the transition process, under the influence of the difference of light pressures, the inner nanotube 4 1 from the leftmost position will move to the rightmost position. The transition time is determined by the mass of the inner nanotube 4 1 (≈10 -15 -10 -16 g), the friction force during its movement (≈10 -9 n), the intensity of the constant optical signal source 3 2 , the intensity I 1 of the input optical signal and is ≈10 -9 -10 -1O c).

Смещение внутренней нанотрубки 41 вправо приведет к образованию связи между выходом первого оптического нановолокна 11 и входом выходного оптического нановолокна 13. Так как интенсивность первого источника постоянного оптического сигнала 31 равна 1 усл. ед., то оптический сигнал на выходе выходного оптического нановолокона 13 будет равен 1 усл. ед.The shift of the inner nanotube 4 1 to the right will lead to the formation of a connection between the output of the first optical nanofiber 1 1 and the input of the output optical nanofiber 1 3 . Since the intensity of the first source of constant optical signal 3 1 is equal to 1 srvc. units, then the optical signal at the output of the output optical nanofiber 1 3 will be equal to 1 srvc. units

Пусть теперь на входы устройства подано М-1 (или меньше) сигналов с интенсивностью 1 усл. ед. Интенсивность сигнала на выходе оптического нановолоконного N-входного объединителя 2 будет равна I2=М-1 (или меньше) усл. ед., что меньше интенсивности источника постоянного оптического сигнала I0.Now let M-1 (or less) signals with an intensity of 1 conv. units The signal intensity at the output of the optical nanofiber N-input combiner 2 will be equal to I 2 = M-1 (or less) srvc. units, which is less than the intensity of the source of constant optical signal I 0 .

Под действием разности световых давлений внутренняя нанотрубка 41 переместится в крайнее левое положение.Under the influence of the difference of light pressures, the inner nanotube 4 1 will move to the leftmost position.

В крайнем левом положении внутренняя нанотрубка 41 разрывает оптическую связь между выходом первого оптического нановолокна 11 и входом выходного оптического нановолокна 13. Оптический сигнал на выходе выходного оптического нановолокона 13 будет равен 0 усл. ед.In the extreme left position, the inner nanotube 4 1 breaks the optical connection between the output of the first optical nanofiber 1 1 and the input of the output optical nanofiber 1 3 . The optical signal at the output of the output optical nanofiber 1 3 will be equal to 0 srvc. units

Таким образом, при наличии на М входах устройства оптических сигналов с интенсивностью 0 усл. ед., на выходе устройства появится оптический сигнал 0 усл. ед., а при наличии на М входах устройства сигналов с интенсивностью 1 усл. ед., на выходе устройства появится оптический сигнал 1 усл. ед., что и обеспечивает реализацию функции мажоритирования.Thus, if there are optical signals with an intensity of 0 srvc on the M inputs of the device units, an optical signal 0 conv. units, and if there are signals on the M inputs of the device with an intensity of 1 srvc. units, an optical signal 1 srvc will appear at the output of the device units, which ensures the implementation of the majorization function.

Простота данного оптического мажоритарного устройства, высокое быстродействие и возможность наноразмерного исполнения делают его весьма перспективным при разработке и создании оптических вычислительных наномашин и приемопередающих наноустройств.The simplicity of this optical majority device, high speed and the possibility of nanoscale execution make it very promising for the development and creation of optical computing nanomachines and transceiver nanodevices.

Claims (1)

Оптическое наномажоритарное устройство, отличающееся тем, что в него введены первое оптическое нановолокно, второе оптическое нановолокно, выходное оптическое нановолокно, оптический нановолоконный N-входной объединитель, два источника постоянного оптического сигнала, две телескопические нанотрубки, причем информационными входами устройства являются входы оптического нановолоконного N-входного объединителя, выход второго источника постоянного оптического сигнала подключен ко входу второго оптического нановолокна, выход первого источника постоянного оптического сигнала подключен ко входу первого оптического нановолокна, выход первого оптического нановолокна оптически связан со входом выходного оптического нановолокна, телескопические нанотрубки расположены между выходом оптического нановолоконного N-входного объединителя и выходом второго оптического нановолокна по оси распространения их выходных оптических сигналов таким образом, что в крайнем левом (исходном) положении внутренняя нанотрубка разрывает оптическую связь между выходом первого оптического нановолокна и входом выходного оптического волокна, выходом устройства является выход выходного оптического нановолокна. An optical nanoscale device, characterized in that the first optical nanofiber, the second optical nanofiber, the output optical nanofiber, the optical nanofiber N-input combiner, two sources of the constant optical signal, two telescopic nanotubes are introduced into it, the information inputs of the device are the inputs of the optical nanofiber N- input combiner, the output of the second source of constant optical signal is connected to the input of the second optical nanofiber, the output of the first and the source of the constant optical signal is connected to the input of the first optical nanofiber, the output of the first optical nanofiber is optically connected to the input of the output optical nanofiber, the telescopic nanotubes are located between the output of the optical nanofiber N-input combiner and the output of the second optical nanofiber along the propagation axis of their output optical signals so that in the leftmost (initial) position, the inner nanotube breaks the optical connection between the output of the first optical nanofibers and the input of the output optical fiber, the output device is the output of the output optical nanofibers.
RU2009140572/28A 2009-11-02 2009-11-02 Optical non-majority device RU2420780C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009140572/28A RU2420780C1 (en) 2009-11-02 2009-11-02 Optical non-majority device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009140572/28A RU2420780C1 (en) 2009-11-02 2009-11-02 Optical non-majority device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2420780C1 true RU2420780C1 (en) 2011-06-10

Family

ID=44736771

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009140572/28A RU2420780C1 (en) 2009-11-02 2009-11-02 Optical non-majority device

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2420780C1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
АКАЕВ А.А., МАЙОРОВ С.А. Оптические методы обработки информации. - М.: Высшая школа, 1988, с.202. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Parandin et al. Reconfigurable all optical half adder and optical XOR and AND logic gates based on 2D photonic crystals
RU2357275C1 (en) Optical nanocomparator
US10250207B2 (en) Method and system for a feedback transimpedance amplifier with sub-40KHZ low-frequency cutoff
Kumar et al. Design of D flip-flop and T flip-flop using Mach–Zehnder interferometers for high-speed communication
Li et al. All-fiber hybrid photon-plasmon circuits: integrating nanowire plasmonics with fiber optics
Yu et al. Giant enhancement of stimulated Brillouin scattering with engineered phoxonic crystal waveguides
RU2420780C1 (en) Optical non-majority device
RU2419125C1 (en) Optical nano-adder
RU2370801C1 (en) Nanodevice for dividing optical signals
RU2420781C1 (en) Optical nano-half adder
RU2408040C1 (en) Optical logic nanodevice
Miller Optical interconnects
Kumar et al. Nonlinear Switching Structure-Based All-Optical Modulus-3 Counter
RU2398254C1 (en) Optical analogue-to-digital nanoconverter
RU2373559C1 (en) Optical analog memory nanodevice
RU2379728C1 (en) Optical nanogenerator
Dutta et al. Mach-Zehnder interferometer based all optical reversible carry-lookahead adder
RU2370800C1 (en) Optical multipying nanodevice
RU2662248C1 (en) Optical nano-half adder
RU2423733C1 (en) Optical nano-amplifier
RU2411562C1 (en) Optical nano rs-flip flop
RU2412481C1 (en) Optical differentiating nanodevice
RU2419126C1 (en) Optical analogue nano-multiplexer
RU2416117C1 (en) Optical nano t-flip flop
RU2383026C1 (en) Optical nanoaccelerometre