оптический модулятор

Формула изобретения

Оптический модулятор, содержащий ответвитель входных сигналов, сумматор выходных сигналов и модулирующий вход, отличающийся тем, что введены две группы оптических бистабильных элементов, группа сумматоров сигналов, ответвитель модулирующих сигналов, причем модулирующий вход оптического модулятора является входом ответвителя модулирующих сигналов, выходы которого через соответствующий оптический бистабильный элемент первой группы соединены с первым входом соответствующего сумматора сигналов из группы сумматоров сигналов, вторые входы которых соединены с соответствующими входами ответвителя входных сигналов, а выходы каждого сумматора из группы сумматоров сигналов соединены с входом соответствующего оптического бистабильного элемента второй группы, прямые выходы которых являются поглощающими, а инверсные выходы оптических бистабильных элементов второй группы соединены с соответствующими входами сумматоров выходных сигналов, выход которого является выходом устройства.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к специализированной технике и может быть использовано при создании оптических вычислительных машин.

Известны модуляторы, обеспечивающие амплитудную модуляцию оптического сигнала на основе управления показателем преломления тракта прохождения сигнала путем использования акусто- или электрооптических эффектов (Семенов А. С. и др. Интегральная оптика для систем передачи и обработки информации. М.: Радио и связь, 1990, с. 135-141, 145-149).

Недостатками данных модуляторов являются:

возможность амплитудной модуляции только когерентных оптических сигналов;

электронное управление модуляцией, не обеспечивающее быстродействия, потенциально возможного для оптических устройств управления;

сложность конструкции схем управления модуляцией.

Наиболее близким к преложенному устройству по техническому исполнению является электрооптический модулятор - переключатель на связанных оптических волноводах (там же, с. 142-144, рис. 6.4), представляющий собой в общем случае группу управляемых направленных разветвителей.

Недостатками данного модулятора также являются возможность модуляции только когерентных сигналов и электронное управление модуляцией, а, кроме того, сложность обеспечения аппаратными средствами требуемых значений переменного коэффициента модуляции, зависящего от управляющего напряжения существенно нелинейно.

Изобретение направлено на решение задачи обеспечения амплитудной модуляции как когерентных, так и некогерентных оптических сигналов, при полностью оптическом управлении коэффициентов модуляции, обеспечивающем высокое быстродействие и простоту реализации оптического модулятора.

Поставленная задача возникает при разработке чисто оптических вычислительных машин, в которых все процессы обработки информации и управления осуществляются только оптическими сигналами.

Сущность изобретения состоит в том, что в устройство введены входной информационный и управляющий, а также выходной оптические разветвители, и две группы оптических бистабильных элементов, управляющий вход модулятора объединен со входом управляющего входного разветвителя, выходы разветвлений которого подключены ко входам бистабильных элементов первой группы, выходы которых через группу направленных разветвителей, объединенных по выходу с соответствующими разветвлениями входного информационного разветвителя, вход которого объединен с информационным входом устройства, подключены ко входам бистабильных элементов второй группы, прямые выходы которых являются поглощающими, а инверсные подключены ко входам объединенных разветвлений выходного разветвителя, выход которого является выходом устройства.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором приведена функциональная схема оптического модулятора (ОМ).

ОМ содержит входной управляющий разветвитель 1, первую группу оптических бистабильных элементов (ОБЭ) 2₁-2_N, группу оптических направленных разветвителей 3₁-3_N, входной информационный разветвитель 4, вторую группу ОБЭ 5₁-5_N, выходной разветвитель 6, выход которого является выходом устройства.

Управляющий (модулирующий) вход устройства объединен со входом входного управляющего разветвителя 1, выходы разветвлений 1₁, . .., 1_N которого подключены ко входам соответствующих ОБЭ первой группы 2₁, ..., 2_N. Выход ОБЭ 2_j подключен ко входу направленного разветвителя 3_j, выход которого подключен ко входу ОБЭ 5_j второй группы . Разветвитель 3_j, кроме того, объединен по выходу с разветвлением 4_j входного информационного разветвителя 4, вход которого является информационным входом ОМ. Прямой выход ОБЭ 5_j является поглощающим, а инверсный (под которым понимается выход ОБЭ, на котором формируется сигнал, когда интенсивность входного сигнала оказывается меньше пороговой, - в трансформаторе этот выход для отраженного потока, в связанных оптических волноводах - выход волновода, на который поступает входной сигнал и т.д.) подключен ко входу разветвления 6_j выходного разветвителя 6, выход которого является выходом устройства.

Устройство работает следующим образом. Модулируемый аналоговый оптический сигнал интенсивности Х условных единиц поступает на вход информационного входного разветвителя 4, откуда, разветвляясь на N равных частей, подается на входы ОБЭ 5₁-5_N (порог срабатывания которых равен 1 усл. ед.). Модулирующий аналоговый оптический сигнал интенсивности YN усл. ед. поступает на вход управляющего входного разветвителя 1, откуда, разветвляясь на N равных частей, по разветвлениям 1₁, ..., 1_N подается на входы ОБЭ 2₁, ..., 2_N (порог срабатывания ОБЭ 2_j равен усл. ед. -регулировка порога может быть обеспечена как конструктивно-технологическим путем, так и подачей на вход ОБЭ дополнительного оптического сигнала соответствующей интенсивности, снижающего уровень входного сигнала, необходимый для срабатывания ОБЭ). При превышении величиной интенсивности входного сигнала Y/N порога ОБЭ 2_j (величина N определяет степень точности "квантования" Y по уровню и, следовательно, точность дальнейшего формирования коэффициента модуляции) на выходе ОБЭ формируется сигнал интенсивности 1 усл.ед., поступающий по разветвлению 3_j на вход ОБЭ 5_j - ОБЭ срабатывает (на прямом выходе появляется сигнал), при этом прохождение сигнала на инверсный выход ОБЭ блокируется. Число несработавших ОБЭ 2_j (т.е. тех, для которых ), а, следовательно, и незаблокированных по инверсному выходу ОБЭ 5_j, равно (N - Y). Таким образом, число сигналов интенсивности X/N усл. ед. с выходов разветвлений 4_j разветвителя 4, проходящих на инверсные выходы ОБЭ 5_j, также равно (N - Y). Поступая на входы объединенных разветвлений 6_j выходного разветвителя 6, данные сигналы на выходе разветвителя 6 суммируются, формируя выходной сигнал интенсивности S = (N - Y)X/N усл. ед., или . Коэффициент модуляции k в данном случае однозначно определяется интенсивностью модулирующего сигнала Y, которая, в свою очередь, может быть выражена через требуемое значение k следующим образом: Y = (1 - k)N.

Таким образом, предложенный оптический модулятор обеспечивает возможность непрерывного пропорционального оптического управления переменным коэффициентом модуляции оптического сигнала, модулируемого по амплитуде, при высоком быстродействии и простоте устройства.