Сумматор последовательных операндов

(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт электроники Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Пилипович Владимир Антонович Есман Александр Константинович Гончаренко Игорь Андреевич Кулешов Владимир Константинович Сергиеня Сергей Анатольевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт электроники Национальной академии наук Беларуси(57) Сумматор последовательных операндов, содержащий канал, который состоит из оптически последовательно связанных лазера, электрооптического модулятора, блока компрессии оптического сигнала, причем управляющий вход электрооптического модулятора электрически соединен с формирователем электромагнитных солитонов, вход которого является входом устройства, отличающийся тем, что дополнительно содержит второй канал, аналогичный первому, оптический усилитель в каждом канале, вход и выход которого оптически связаны с блоком компрессии и с первым объединителем соответственно,управляемый ответвитель, выполненный в виде управляемой излучением волоконной или волноводной дифракционной решетки в нелинейном материале и оптически связанной с волоконным разветвителем на входе, второй объединитель, входы которого через первый 1 и второй 2 отрезки оптического волокна связанны соответственно с выходами управляемого ответвителя, а вход управляемого ответвителя оптически соединен с первым объединителем, при этом оптические длины первого 1 и второго 2 отрезков оптического волокна выбирают в соответствии с выражениями 22(10)2,7920 1 2006.04.30 где 0 - оптическая длина управляемой волноводной или волоконной дифракционной решетки и отрезка волокна между выходом первого объединителя и входом управляемой волноводной или волоконной дифракционной решетки,с - скорость света в вакууме, - усредненный показатель преломления используемых волокон и материала управляемой волноводной или волоконной дифракционной решетки, - период частоты следования последовательных операндов. Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано при разработке высокопроизводительных оптоэлектронных узлов цифровой обработки данных при наличии ограничений по весу. Наиболее близким по технической сущности является оптический сумматор последовательных операндов, содержащий два канала, каждый из которых состоит из оптически последовательно связанных лазера, электрооптического модулятора, блока компрессии оптического сигнала, оптического усилителя, причем электрооптические модуляторы в обоих каналах устройства соединены с соответствующими формирователями электромагнитных солитонов, при этом выходы обоих оптических усилителей через волоконный объединитель связаны с элементом управления задержкой 1. Описанное устройство не позволяет получить достаточно высокое быстродействие,т.к. абсолютное время выполнения сложения в нем равно времени прохода света вдоль элемента управления задержкой и составляет (при высокой частоте -110 ГГц -следования разрядов операндов) не менее 0,5 нс. Длина указанного элемента составляет 10 см, что ограничивает габариты и вес. Техническая задача - увеличение быстродействия устройства. Поставленная техническая задача решается тем, что в сумматор последовательных операндов, содержащий канал, который состоит из оптически последовательно связанных лазера, электрооптического модулятора, блока компрессии оптического сигнала, оптического усилителя, причем управляющий вход электрооптического модулятора электрически соединен с формирователем электромагнитных солитонов, вход которого является входом устройства, введены второй канал, аналогичный первому, оптический усилитель в каждом канале, вход и выход которого оптически связаны с блоком компрессии и с первым объединителем соответственно, управляемый ответвитель, выполненный в виде управляемой излучением волоконной или волноводной дифракционной решетки в нелинейном материале и оптически связанной с волоконным разветвителем на входе, второй объединитель, входы которого через первый 1 и второй 2 отрезки оптического волокна связаны соответственно с выходами управляемого ответвителя, а вход управляемого ответвителя оптически соединен с первым объединителем, при этом оптические длины первого 1 и второго 2 отрезков оптического волокна выбираются в соответствии с выражениями 22(10)2,где 0 - оптическая длина управляемой излучением волоконной или волноводной дифракционной решетки и отрезка волокна между выходом первого объединителя и входом управляемой излучением волоконной или волноводной дифракционной решетки,с - скорость света в вакууме, - усредненный показатель преломления используемых волокон и материала управляемой излучением волоконной или волноводной дифракционной решетки, - период частоты следования последовательных операндов. Совокупность указанных признаков позволяет достичь более чем в 10 раз уменьшения абсолютного времени сложения операндов, которое получается за счет сокращения оптической длины элемента управляемая задержка, выполнения его двухканальным, измене 2 7920 1 2006.04.30 ние физического принципа подхода к реализации задержки вместо самоиндуцированной прозрачности - нелинейное изменение спектра отражения. Сущность изобретения поясняется фигурой, где приведена функциональная схема заявляемого устройства, на которой 1 - формирователи электромагнитных солитонов,2 - лазеры, 3 - электрооптические модуляторы, 4 - блоки компрессии оптических сигналов,5 - оптические усилители, 6, 10 - первый и второй объединители, 7 - управляемый ответвитель, 8, 9 - первый и второй отрезки волокна. В заявленном устройстве в двух каналах формирователи электромагнитных солитонов 1 электрически, лазеры 2 оптически связаны с соответствующими электрооптическими модуляторами 3, которые оптически, через блоки компрессии оптических сигналов 4 и далее через оптические усилители 5 связаны с первым объединителем 6, который оптически,через управляемый ответвитель 7, первый отрезок оптического волокна 8 связан со вторым объединителем 10, вход последнего через второй отрезок оптического волокна 9 связан с выходом управляемого ответвителя 7. В конкретном исполнении формирователи электромагнитных солитонов 1 - это высокочастотные схемы усиления с выходными полосковыми каналами, собранные на варикапах,в которых замедленно распространяются спектральные компоненты с малой амплитудой,лазеры 2 - это одномодовыелазерные диоды с распределенной обратной связью на длину волны 1,5 мкм. Электрооптические модуляторы 3 - интерферометры МахаЦендера, работающие в режиме бегущей волны, имеющие оптические волноводы шириной около 5 мкм и напряжение переключения около 2 В для ТЕ-моды оптического излучения. Блоки компрессии оптических сигналов 4 - отрезки одномодового оптического волокна с коэффициентом дисперсии 20 пс/км-нм для длины волны 1,5 мкм. Оптические усилители 5 - отрезки эрбиевого волокна, накачиваемые п/п лазерами с длиной волны 0,8 мкм. Волоконные объединители 6, 9 имеют по два оптических волокна, приведенных в оптический контакт. Управляемый ответвитель 7 - это волоконный разветвитель, оптически связанный с управляемой излучением волоконной или волноводной дифракционной решеткой, выполненной в нелинейном материале - ниобате лития с периодом брэгговской дифракционной решетки 0,54 мкм и длиной 1 см. Разветвитель в управляемом ответвителе 7 - это элемент, аналогичный 6,9, в котором входы и выходы поменяли местами и он используется как разветвитель оптических сигналов с коэффициентом ветвления 991. Отрезки 8, 9 - стандартные оптические волокна. Работает устройство следующим образом предварительно закодированные электронные операнды х и у поступают в оба канала на входы формирователей электромагнитных солитонов 1, где сигналы логических единиц сокращаются по длительности и приобретают форму спектрально-ограниченных импульсов - солитонов. Предварительное кодирование - это быстрый алгоритм, включающий две логические операции, который позволяет перевести данные из канонической системы счисления в двоичную знакоразрядную, в результате чего у каждой логической единицы отсутствуют соседи - значащие разряды. Далее электромагнитные солитоны поступают на управляющие входы электрооптических модуляторов 3 на оптические входы которых поступает непрерывное одномодовое излучение лазеров 2. Полученные на выходах электрооптических модуляторов 3 оптические солитоны уменьшаются по длительности в блоках компрессии оптических сигналов 4 и далее в оптических усилителях 5 их амплитудное значение мощности доводится до значения 200 мвт - величины, при которой в управляемом ответвителе 7 производится смещение спектра отражения в управляемой излучением волоконной или волноводной дифракционной решетке, в которую излучение поступает через последовательно связанные первый объединитель 6 и волоконный разветвитель управляемого ответвителя 7. Если в течение временного интервалана входе и выходе формирователя электромагнитных солитонов 1 второго канала отсутствуют сигналы 0, то оптический солитон х, проходит последовательно через объединитель 6, далее отражается (993 7920 1 2006.04.30 мощности) от управляемой излучением волоконной или волноводной дифракционной решеткой в управляемом ответвителе 7 и через его второй выход и второй волоконный отрезок 9 длиной 2 поступает во второй объединитель 10. Если во временном интервалена вход формирователя электромагнитных солитонов 1 второго канала приходит сигнал 1, то соответствующий ему спектрально-ограниченный импульспоступает через первый объединитель 6 и волоконный разветвитель управляемого ответвителя 7, где складывается по мощности в управляемой излучением волоконной или волноводной дифракционной решетке управляемого ответвителя 7 с сигналом х, смещает спектр отражения указанной решетки и без отражения, т.е. без изменения проходит на ее выход и далее через первый волоконный отрезок 8 длиной 1 - на вход второго объединителя 10. Второй из описанных оптических путей короче и выходной оптический сигналпоступает в 1 тактовый интервал, т.е. в старший разряд - производится суммирование входных разрядных сигналов одновременно с изменением временной задержки и выполнением логической функции И. Источники информации 1. Патент Республики Беларусь 5183. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4