Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
ЛОГИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО, РЕАЛИЗУЮЩЕЕ ОПЕРАЦИИ MAXIMUM & MINIMUM
ЛОГИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО, РЕАЛИЗУЮЩЕЕ ОПЕРАЦИИ MAXIMUM & MINIMUM

ЛОГИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО, РЕАЛИЗУЮЩЕЕ ОПЕРАЦИИ MAXIMUM & MINIMUM

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Применение: изобретение относится к оптоэлектронным логическим вентилям небулевой логики, основанным на принципах непрерывной и многозначной логики и предназначенным для использования в схемах оптической обработки информации. Сущность изобретения: логическое устройство содержит два фотоприемника, электронное устройство сравнения амплитуд, реализуемое в виде электронного компаратора, а также световодную коммутационную схему, представляющую собой два световодных X образных ответвителя с управляющими электродами, два выхода которых объединены общим выходом световодной коммутационной схемы, выполненным в виде световодного ответвителя. Информационные сигналы вводят в световодную коммутационную схему, выводящую на общий выход либо больший из сигналов (операция MAXIMUM), либо меньший из сигналов (операция MINIMUN) в зависимости от подключения оптических входов световодной коммутационной схемы и полярности подключения инвертирующего и неинвертирующего входов электронного компаратора, двухуровневый электрический выходной сигнал которого переключает одновременно оба световодных X образных ответвителя. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2044338
Класс(ы) патента: G02F3/00, H03K19/14
Номер заявки: 5048137/25
Дата подачи заявки: 18.06.1992
Дата публикации: 20.09.1995
Заявитель(и): Физический институт им.П.Н.Лебедева РАН
Автор(ы): Арестова М.Л.; Быковский А.Ю.
Патентообладатель(и): Физический институт им.П.Н.Лебедева РАН
Описание изобретения: Изобретение относится к оптоэлектронным логическим вентилям небулевой логики, которые предполагается использовать в схемах оптической обработки информации.
Известны разнообразные конструкции оптических логических вентилей, основанных на принципах двоичной булевой логики [1] В этих конструкциях используются волноводные и волоконные структуры, квантоворазмерные полупроводниковые элементы, жидкокристаллические клапаны. Такие конструкции реализуют булевы двоичные вентили И, ИЛИ, НЕ, составляющие полное множество логических функций в булевой логике.
Однако такие наборы логических вентилей не позволяют реализовать системы обработки информации, основанные на принципах непрерывной и многозначной логики, требующих применения иных полных множеств логических функций и, соответственно, других наборов логических вентилей. Для создания систем непрерывной и многозначной логики требуется разработать логические вентили, реализующие, например, полные системы Россера-Тьюкетта, Уэбба, Поста, либо специальные пороговые вентили.
Наиболее сложными и важными логическими операциями в системах непрерывной и многозначной логики являются операции МАХIMUM MINIMUM, смысл которых заключается в выделении наибольшего или наименьшего сигнала из всех сигналов, подаваемых на входы устройства, и выдаче этого выделенного сигнала на выход устройства.
В настоящее время не известны оптоэлектронные логические устройства, реализующие операции МАХIMUM MINIMUM, что сдерживает развитие оптоэлектронных систем обработки информации, основанных на принципах непрерывной и многозначеной логики.
Устройствами, являющимися наиболее близким к изобретению по достигаемому эффекту, а именно в отношении способности реализовать операции MAXIMUM MINIMUM, являются микроэлектронные напрерывно-логические операторы напряжения и тока, осуществляющие операции MAXIMUM MINIMUM, для электрических сигналов и реализуемые в виде пассивных (диодных) схем, либо в виде активных микроэлектронных устройств, на основе операционных усилителей с диодами в цепи обратной связи [2] Последний вид устройств обладает более высокими характеристиками и в наибольшей мере может быть рассмотрен в качестве прототипа.
Принцип действия микроэлектронного логического вентиля МАХMUM MINIMUM [2] заключается в сравнении по величине подаваемых на входы электрических сигналов и выдаче на выход винтиля соответственно наибольшего или наименьшего по величине сигнала из числа подаваемых на входы. Сигналы подаются на входы непрерывно. Указанное микроэлектронное устройство включает в себя два операционных усилителя, каждый из которых в цепи отрицательной обратной связи имеет два диода, подключенных во встречных направлениях. Сигналы с операционных усилителей подаются на общий выход через диоды цепи обратной связи таким образом, что для любой полярности сигнала в любой момент времени два диода оказываются подключенными к общему выходу навстречу друг другу. В зависимости от соотношения напряжений на выходе операционных усилителей один из диодов постоянно оказывается запертым, а сигнал через отпертый диод подается на общий выход. При положительных напряжениях работает одна пара диодов, а при отрицательных значениях работает другая пара диодов. При необходимости выходной сигнал может подаваться на дополнительный выходной операционный усилитель.
Функциональная схема указанного электронного вентиля сводится к трем группам узлов: входное устройство, включающее входные цепи операционных усилителей, и сами операционные усилители, устройство сравнения амплитуд сигналов, включающее диодных цепи с общим соединением, выходное устройство, к которому относится выходная клемма вентиля или выходной операционный усилитель.
Недостатком известного устройства является невозможность использования его в оптоэлектронных логических схемах обработки информации, основные преимущества которых реализуются именно за счет использования оптических межсоединений. Кроме того, для микроэлектронных устройств известные схемы не позволяют реализовать высокие коэффициенты разветвления по выходу и объединения по входу, поскольку в последнем случае резко снижаются шумовые характеристики и помехозащищенность, что делает целесообразной разработку оптоэлектронных схем межсоединений применительно к микроэлектронным схемам непрерывной логики, Оптоэлектронный логический вентиль МАХIMUM MINIMUM соответственно выполняет логические операции МАХIMUM MINIMUM с оптическими входными сигналами, выводя на выход также оптический сигнал.
Цель изобретения реализования оптоэлектронных логических вентилей непрерывной и многозначной логики.
Цель изобретения достигается тем, что входное устройство выполнено в виде оптической световодной коммутационной схемы, включающей два световодных Х-образных ответвителя с управляющими электродами и два фотоприемника, каждый из которых оптически связан с одним из входов соответствующего Х-образного ответвителя. Электронное устройство сравнения выполнено в виде электронного компаратора с двухуровневым выходным сигналом, при этом выход одного из фотоприемников соединен с инвертирующим, а выход другого фотоприемника с неинвертирующим входом компаратора; выход компаратора соединен с управляющими электродами обоих Х-образных ответвителей. Выходное устройство выполнено в виде световодного Y-образного ответвителя, образованного двумя объединенными выходами Х-образных ответвителей. Оптическая связь между входами световодных Х-образных ответвителей и фотоприемниками осуществляется одним из трех указанных ниже способов: фотоприемники оптически связаны с входами Х-образных ответвителей посредством светоделительных элементов, установленных перед входами Х-образных ответвителей; фотоприемники оптически связаны с входами Х-образных ответвителей посредством дифракционных элементов, размещенных на входах Х-образных ответвителей; в виде интегральных узлов.
Отличием используемой в настоящем устройстве световодной коммутационной схемы от известных волоконных и волноводных схем, используемых в схемах оптической обработки информации, является особое соединение входов и общего выхода, позволяющее выводить на общий вывод либо один, либо другой оптический сигнал, а оставшийся неиспользованным сигнал при этом выводится из устройства с целью снижения рассеиваемой в устройстве мощности, и в случае необходимости используется при объединении ряда заявляемых устройств в более сложные блоки обработки данных.
Управление световодной коммутационной схемой осуществляется подачей одного и того же двухуровневого электрического сигнала на управляющие электроды обоих световодных Х-образных ответвителей. Предлагаемая схема позволяет реализовать оптические входы и оптический выход логического устройства, что обеспечивает возможность использования его в схемах оптической обработки информации.
Данная световодная коммутационная схема может быть изготовлена как на основе широко известных волноводных структур (например LiNbO3), так и на основе волоконных ответвителей, и предназначена для работы в оптическом и ближнем инфракрасном диапазоне. Материал, геометрические размеры световодов, радиусы изгиба световодных элементов, интенсивности вводимых оптических сигналов определяются на основе литературных данных применительно к конкретным задачам.
Еще одна важная особенность настоящего устройства заключается в том, что сравнение логическизх уровней двух сигналов осуществляется стандартным электронным компаратором, выполненным на базе операционного усилителя и имеющим двухуровневый выходной сигнал, в отличие от непрервыного сигнала в схеме сравнения амплитуд сигналов со встречно включенными диодами, использумой в прототипе. В этом случае точность сравнения логических уровней двух сигналов определяется техническими параметрами промышленно освоенных микросхем, а не точностью подбора пар диодов в цепи обратной связи в схеме прототипа. Это проедоставляет преимущества как в отношении точности сравнения сигналов, так и в отношении удобства разработки и наладки логических вентилей. Для преобразования двух оптических сигналов в электрические сигналы часть интенсивности обоих оптических сигналов непрерывно подается на фотоприемники с помощью светоделительных элементов, размещаемых перед входами световодных Х-образных ответвителей, либо дифракрационных элементов, изготавливаемых на входах световодных X-образных ответвителей, либо за счет интегрального исполнения фотоприемников и входов световодных Х-образных ответвителей.
Третья особенность устройства заключается в том, что выходное устройство вентиля выполняется в виде световодного Y-образного ответвителя, что обеспечивает возможность работы как с некогерентными, так и с когерентными оптическими сигналами.
Исполнения устройства, реализующие операции МАХIMUM или MINIMUM, выполняются на основе одного и того же набора элементов, при этом выбор операции МАХIMUM или MINIMUM определяется лишь коммутацией разных входов световодной коммутационной схемы и электронного компаратора.
На фиг. 1 и 2 показана схема устройства.
На фиг. 1 показано устройство, в котором оптическая связь между входами световодных Х-образных ответвителей и фотоприемниками осуществлена светоделительными элементами 1 и 2, размещенными перед входами световодных Х-образных ответвителей 5-8. Входами 5-8 световодных Х-образных ответвителей являются начальные участки от торцов световодов до управляющих электродов 10 и 11. Светоделительный элемент 1 оптически связан с фотоприемником 3, а также либо с входом 6 световодного Х-образного ответвителя, либо с входом 5. Выход фотоприемника 3 соединен либо с неинвертирующим, либо с инвертирующим входом электронного компаратора 9, выполненного на операционном усилителе. Светоделительный элемент 2 оптически связан с фотоприемником 4, а также либо с входом 8, либо с входом 7. Выход фотоприемника 4 подсоединен либо к инвертирующему входу, либо неинвертирующему входу электронного компаратора 9. Выход электронного компаратора 9 соединен с управляющими электродами 10 и 11 двух световодных Х-образных ответствителей, объединенных общим выходом 14 и составляющих световодную коммутационную схему, обозначенную черными жирными линиями. Первый из световодных Х-образных ответвителей, составляющих световодную коммутационную схему, включает в себя входы 5 и 6, выход 12 и общий выход 14, управляющий электрод 10. Второй из световодных Х-образных ответвителей, составляющих световодную коммутационную схему, включает в себя входы 7 и 8, выход 13 и общий выход 14, управляющий электрод 11, при этом оба световодных Х-образных ответвителя имеют общий выход 14, являющийся выходным устройством всего логического устройства и представляющий собой световодный Y-образный ответвитель.
На фиг. 2 представлен более компактный способ исполнения оптической связи между входами световодных Х-образных ответвителей и фотоприемниками, который целесообразно использовать в ряде случаев. Фотоприемники 3 и 4, оптически связанные с входами световодных Х-образных ответвителей, выполнены в этом случаев в виде интегральных узлов, объединяющих фотоприемники и входы световодных Х-образных ответвителей. Светоделительные элементы 1 и 2 в данном варианте исполнения оптической связи отсутствуют. При этом неизменными являются соединения фотоприемников 3 и 4 с электронным компаратором 9, электронного компаратора 9 с управляющими электродами 10 и 11, а также исполнение световодных Х-образных ответвителей. Объединение световодных Х-образных ответвителей в общий выход 14, как и в первом варианте исполнения оптической связи, реализуется в виде световодного Y-образного ответвителя. Принцип действия и реализуемые функции заявляемого устройства при этом не меняются.
Третий способ исполнения оптической связи заключается в том, что сверху на входах 6 и 8 или 5 и 7 световодных Х-образных ответвителей изготавливаются стандартные дифракционные элементы, не показанные на фиг. 2, но оптически связанные с фотоприемниками 3 и 4, установленными над входами 6, 8 или 5, 7. Соединение остальных элементов аналогично двум указанным выше вариантам исполнения оптической связи между входами световодных Х-образных ответвителей и фотоприемниками.
Три перечисленных выше способа исполнения оптической связи в световодной коммутационной схеме существенно не изменяют функций и принципов действия заявляемого устройства, однако влияют на величины коэффициента объединения по входам, процедуру юстировки оптической части схемы, а также на стоимость изготовления устройства. Соответственно выбор того или иного способа исполнения оптической связи производится в зависимости от условий конкретной задачи.
Общий принцип работы настоящего устройства состоит в следующем. В случае реализации операции МАХIMUM устройство выводит на выход устройства наибольший по интенсивности из сигналов, подаваемых на входы. В случае реализации операции МINIMUM устройство выводит на выход наименьший по интенсивности из сигналов, подаваемых на входы. В основе устройства использованы свойства световодного Х-образного ответвителя, представляющего собой два близко расположенных оптических волновода или отрезка волокна, связь между которыми регулируется подачей напряжения на управляющий электрод. Соединение двух световодных Х-образных ответвителей в световодную коммутационную схему с общим выходом позволяет выводить на общий выход устройства либо один, либо другой из оптических сигналов, подаваемых на входы, в зависимости от их логического уровня. Сравнение логических уровней входных сигналов и соответствующее переключение световодной коммутационной схемы осуществляются электронным компаратором, производящим сравнение амплитуд электрических сигналов. При этом часть интенсивности обоих оптических сигналов преобразуется в электрические сигналы с помощью фотоприемников.
Устройство работает следующим образом (см. фиг. 1). Информационные сигналы I1 и I2 вводятся либо во входы 6 и 8, либо во входы 5 и 7 световодных Х-образных ответвителей. Для сравнения логических уровней сигналов светоделительные элементы 1 и 2 направляют часть интенсивности информационных сигналов I1 и I2 на фотоприемники 3 и 4 соответственно. Сигналы с фотоприемников 3 и 4 подаются на неинвертирующий и инвертирующий входы электронного компаратора 9, производящего сравнение входных напряжений, поступающих с выхода фотоприемников 3 и 4. Подача управляющего напряжения на управляющие электроды 10 и 11 осуществляется с выхода электронного компаратора 9, имеющего двухуровневый выходной сигнал. В зависимости от соотношения напряжений, подаваемых на инвертирующий и неинвентирующий входы электронного компаратора 9, на его выходе возникает либо напряжение +U, либо напряжение -U. Если сигнал на неинвертирующем входе компаратора 9 больше по величине, чем сигнал на инвертирующем входе компаратора 9, то выходное напряжение компаратора составит +U. Если сигнал на неинвертирующем входе компаратора 9, меньше по величине, чем сигнал на инвертирующем входе, то выходной сигнал компаратора составит величину -U. В случае наиболее известных волноводных структур на LiNbO3, напряжению +U должно соответствовать напряжение +5 В, напряжению -U должно соответствовать напряжение 0 В, что соответствует стандартным режимам эксплуатации микросхем.
Для других материалов напряжения могут составлять другие величины и их следует подбирать так, чтобы обеспечить 100%-ную связь между световодами, или полное отсутствие связи между близкорасположенными световодами в световодном Х-образном ответвителе. При подаче с электронного компаратора 9 на управляющий электрод 10 напряжения -U между участком световода, показанным жирной черной линией на фиг. 1 и соединяющим вход 5 и выход 12, и между участком световода (обозначенным такой же жирной линией), соединяющим вход 6 и общий выход 14, имеется связь, в результате чего свет, запущенный во вход 6, выйдет в выход 12, не попадая при этом в общий выход 14, и наоборот, свет, запущенный во вход 5, выйдет в общий выход 14, не попадая в выход 12. Аналогично при подаче -U на управляющий электрод 11 свет, запущенный во вход 8, выйдет в общий выход 14, не попадая в выход 13, и наоборот, свет, поданный во вход 7, выйдет на выход 13, не попадая на общий выход 14.
Если с входа электронного компаратора 9 подается сигнал +U, то связь между светводами в световодных Х-образных ответвителях будет нарушена и свет, поданный на вход 6, выйдет на общий выход 14, не попадая на выход 12. Аналогично в этом же случае свет, поданный на вход 8, выйдет на выход 13, не попадая на общий выход 14. Таким образом коммутация оптического сигнала в схеме осуществляется двухуровневым выходным сигналом электронного компаратора, выполняющим в данном случае функции электронного устройства сравнения амплитуд двух электрических сигналов.
Логическая операция МАХIMUM реализуется в случае, если сигнал с фотоприемника 3 подается на неинвертирующий вход компаратора, а сигнал с фотоприемника 4 подается на инвертирующий вход сигнал I1 подается на вход 6, сигнал I2 подается на вход 8. Если величина сигнала I1 больше величины I2, то на выходе электронного компаратора 9 возникает большее напряжение +U. Данное напряжение +U подается одновременно на управляющие электроды 10 и 11 обоих ответвителей. При этом величина +U соответствует напряжению, нарушающему связь между участком световода, соединяющим вход 5 и выход 12, и участком световода, соединяющим вход 6 и общим выходом 14 в первом из световодных Х-образных ответвителей; при этом также будет нарушена связь между участком световода, соединяющим вход 7 и общий выход 14, и участком световода, соединяющим вход 7 и общий выход 14, и участком световода, соединяющим вход 8 и выход 13 во втором световодном Х-образном ответвителе. В этом случае сигнал I1 (за исключением потерь) от входа 6 передается на общий выход логического устройства 14. Соответственно сигнал I2 (за исключением потерь) не может перейти в участок световода, соединяющий вход 7 и общий выход 14, и распространяется на выход 14, и распространяется на выход 13. В случае, если сигнал I1 меньше сигнала I2, то при неизменном подключении входов электронного компаратора к фотоприемникам на выходе электронного компаратора 9 напряжение составит меньшее значение -U из двух возможных значений +U и -U, что создаст связь между световодом, соединяющим вход 5 с выходом 12, и световодом, соединяющим вход 6 и общий выход 14, а также между участком световода, соединяющим вход 7 с общим выходом 14, и участком, соединяющим вход 8 с выходом 13. В этом случае больший по величине сигнал I2 будет (с учетом потерь) перекачиваться с входа 8 на общий выход 14. В то же самое время меньший сигнал I1 перекачивается с входа 6 на выход 12. Таким образом на общий выход 14 выводится больший из двух сигналов, что реализует операцию МАХIMUM.
Логическая операция MINIMUM осуществляется в том, случае, если фотоприемник 3 подключен к неинвертирующему входу электронного компаратора 9, а фотоприемник 4 подключен к инвертирующему входу электронного компаратора 9, как и в случае вентиля МАХIMUM, однако сигналв I1 и I2 подаются на входы 5 и 7 соответственно, а входы 6 и 8 не используются. Если сигнал I1 больше сигнала I2, то на выходе электронного компаратора 9 возникает напряжение +U, нарушающее связь между световодами в световодных Х-образных ответвителях, и сигнал I1 с входа 7 передается на общий выход 14. При этом сигнал на выходе 13 отсутствует. Если сигнал I1 меньше I2, то на выходе компаратора 9, а соответственно и на управляющих электродах 10 и 11, возникает меньшее напряжение -U из двух возможных значений. В этом случае существует связь между световодами в световодных Х-образных ответвителях, и сигнал I1 с входа 5 передается на общий выход 14, но не перекачивается на выход 12. Напротив, сигнал I2, подаваемый на вход 7, перекачивается на выход 13, но не передается на общий выход 14. Таким образом, на общем выходе устройства 14 возникает меньший из сигналов, то есть I1.
Операция МАХIMUM реализуется в том случае, если сигнал I1 подается на вход 5, а сигнал I2 подается на вход 7, сигнал с фотоприемника 3 подается на инвертирующий вход электронного компаратора 9, а сигнал с фотоприемника 4 подается на неинвертирующий вход электронного компаратора 9. В случае, если I1 больше I2, на выходе электронного компаратора 9 будет создаваться напряжение -U, что создаст связь между участком световода, соединяющим вход 5 и выход 12, а также участком, соединяющим вход 6 с общим выходом 14. Во втором световодном Х-образном ответвителе также возникает связь между световодом, соединяющим вход 7 с общим выходом 14, и участком, соединяющим вход 8 с выходом 13. В последнем случае меньший сигнал I2 выходит на выход 12, а больший сигнал I1 выводится на общий выход 14. Если сигнал I1 меньше I2, то на выходе электронного компаратора напряжение составит +U, что нарушит связь в световодных Х-образных ответвителях. Соответственно на общий выход 14 будет выведен больший сигнал I2 с входа 7.
Логическая операция МINIMUM осуществляется в том, случае, если сигнал с фотоприемника 3 подается на инвертирующий вход электронного компаратора 9, а сигнал с фотоприемника 4 подается на неинвертирующий вход электронного компаратора 9, но сигналы I1 и I2 подаются на пару входов 6 и 8 соответственно. В случае, если I1 больше I2, на выходе электронного компаратора 9 будет создаваться напряжение -U, что создаст связь между участком световода, соединяющим вход 5 и выход 12, а также участком, соединяющим вход 6 с общим выходом 14. Во втором световодном Х-образном ответвителе также возникает связь между световодом, соединяющим вход 7 с общим выходом 14, и участком, соединяющим вход 8 с выходом 13. В указанном случае больший сигнал I1 выводится на выход 12, а меньший сигнал I2 выводится на общий выход 14. Если сигнал I1 меньше I2, то на выходе электронного компаратора 9 напряжение составит величину +U, что нарушит связь в световодных Х-образных ответвителях. Соответственно меньший из сигналов I1 будет с входа 6 выведен на общий выход 14.
Достоинством предлагаемой схемы является то, что выбор операции MAXIMUM MINIMUM осуществляется не только выбором пар входов 6 и 8 или 5 и 7 для ввода оптического сигнала, то и переключением инвертирующего и неинвертирующего входом компаратора 9 относительно выходов фотоприемников 3 и 4.
В случае исполнения оптической связи между фотоприемниками и входами световодных Х-образных ответвителей за счет изготовления дифракуционных элементов на входах световодных Х-образных ответвителей или изготовления фотоприемников в интегральных узлах с входами световодных Х-образных ответвителей, способ ввода оптических информационных сигналов в устройство показан на фиг. 2. Сигналы I1 и I2 вводятся непосредственно во входы 6 и 8 или 5 и 7 световодных Х-образных ответвителей.
В случае использования дифракционных элементов, изготовленных на входах световодных Х-образных ответвителей, часть интенсивности сигналов направляюется на фотоприемники 3 и 4, размещенные над входами 6 и 8 или 5 и 7, и, соответственно, над дифракционными элементами. Коммутация остальных элементов и принцип работы при этом не меняются.
В случае использования интегрального исполнения фотоприемников 3, 4 и входов световодных Х-образных ответвителей 6, 8 или 5, 7 эти элементы граничат друг с другом и оптическая связь осуществляется за счет того, что электромагнитное поле световой волны, распространяющейся в световоде, оказывается отличным от нуля на некотором небольшом расстоянии вглубь фотоприемника. При этом конкретное исполнение световода и конструкция фотоприемника подбираются так, чтобы подобрать определенным образом характер затухания электромагнитного поля световой волны на границе световод-фотоприемник, что определяется прежде всего диэлектрическими проницаемостями материалов. При этом фотоприемник, относимый к разряду поверхностно-чувствительных, регистрирует электромагнитное поле так называемой затухающей части ("хвоста") световой электромагнитной волны.
Первый из указанных выше способов исполнения оптической связи между фотоприемниками и входами световодных Х-образных ответвителей наиболее удобен для реализации в волоконном варианте, где световодная коммутационная схема представляет собой соответствующим образом спаянные волоконные Х-образные ответвители, а единственное условие, накладываемое на конструкцию светоделительных элементов, заключается в обеспечении отвода на фотоприемники необходимой части интенсивности информационных оптических сигналов, передаваемых со светоделительных элементов на входы волоконных Х-образных ответвителей.
Второй способ исполнения оптической связи, требующий изготовления дифракционных элементов на световодах, наиболее целесообразен в случае изготовления заявляемого устройства на основе планарных волноводов на кремнии или LiNbO3, поскольку способы травления дифракционных решеток сверху на планарных волноводах хорошо известны.
Третий способ исполнения оптической связи, использующий интегральное исполнение фотоприемников и световодных Х-образных ответвителей, наиболее оправдан для реализации интегрального варианта реализации всего логического устройства, в котором все элементы, включая оптическую коммутационную схему, электронный компаратор и фотоприемники, целесообразно изготовить в интегральном исполнении на одном чипе.
Для всех трех способов исполнения оптической связи в устройстве не имеется ограничений на конкретное исполнение устройств фокусировки света на входы световодов, а также на конкретный вид светоделительных и дифракционных элементов. Для конкретного применения следует выбрать необходимую длину волны и диапазон интенсивности световых сигналов, согласно которым осуществляется выбор вида световода и марки волокна или волновода, а также фотоприемников и марки электронного компаратора, представляющего собой интегральную микросхему, например, типа 553СА1. Подбор параметров светоделительных и дифракционных элементов осуществляется с целью минимизации потерь интенсивности сигналов в устройстве.
Для реализации настоящего устройства могут быть использованы стандартные оптические и микроэлектронные изделия и технологические процессы, включая создание оптических волноводов на чипах из LiNbO3 или Si.
Устройство способно реализовать операции МАХIMUM MINIMUM не только в устройствах непрерывной логики, где оптические сигналы непрерывно подаются на входы, но и в режиме устройства многозначной логики, где на входы подаются импульсные сигналы, амплитуда которых определяет логический уровень сигнала. Поскольку быстродействие фотоприемников, электронного компаратора и световодных Х-образных ответвителей ограничено, то в последнем случае длительность подаваемых импульсов должна быть выбрана большей, чем времена срабатывания указанных оптоэлектронных и электронных элементов. В целом конструкция устройства не накладывает каких-либо ограничений на паметры используемых компонентов и их подбор осуществляется из числа промышленно освоенных микроэлектронных и оптоэлектронных изделий с учетом конкретных практических задач.
Устройство может быть использовано в оптоэлектронных вычислительных устройствах, работающих на принципах неперывной и многозначной логики, позволяет повысить производительность оптических вычислений за счет использования более сложных видов логических функций, чем это делается в известных оптоэлектронных устройствах, предназначено для реализации новых способов аналого-цифрового преобразования, решения ряда задач неточных вычислений и нечеткого управления.
Формула изобретения: 1. ЛОГИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО, РЕАЛИЗУЮЩЕЕ ОПЕРАЦИИ MAXIMUM & MINIMUM содержащее входное устройство, электронное устройство сравнения амплитуд сигналов и выходное устройство, отличающееся тем, что входное устройство выполнено в виде оптической световодной коммутационной схемы, включающей два световодных х-образных ответвителя с управляющими электродами и два фотоприемника, каждый из которых оптически связан с одним из входов соответствующего х-образного ответвителя, электронное устройство сравнения выполнено в виде электронного компаратора с двухуровневым выходным сигналом, при этом выход одного из фотоприемников соединен с инвертирующим, а выход другого фотоприемника с неинвертирующим входами компаратора, выход компаратора соединен с управляющими электродами обоих х-образных ответвителей, а выходное устройство выполнено в виде световодного -образного ответвителя, образованного двумя объединенными выходами х-образных ответвителей.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что фотоприемники оптически связаны с входами х-образных ответвителей посредством светоделительных элементов, установленных перед входами х-образных ответвителей.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что фотоприемники оптически связаны с входами х-образных ответвителей посредством дифракционных элементов, размещенных на входах х-образных ответвителей.
4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оптическая связь между входами световодных х-образных ответвителей и фотоприемниками выполнена в виде интегральных узлов.