Оптическая память

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт электроники Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Есман Александр Константинович Кулешов Владимир Константинович Гончаренко Игорь Андреевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт электроники Национальной академии наук Беларуси(57) Оптическая память, содержащая блок источников излучения и детекторы, электрически подключенные к блоку управления, элементы хранения, отличающаяся тем, что содержит -образные волноводные переключатели с соответствующими оптическими фильтрами, каждый из которых состоит из двух волноводных кольцевых микрорезонаторов, длинакаждого из которых равна, где- длина волны соответствующего источника излучения, - целое число, - показатель преломления материала волновода,9836 1 2007.10.30 оптически связанных между собой через центральный волновод, выходы которого выполнены в виде дифракционных решеток, оптически связанных с детекторами, волноводы,оптически соединяющие каждый оптический фильтр с соответствующим источником излучения через соответствующий -образный волноводный переключатель, электрически связанный с блоком управления и оптически связанный с элементом хранения, выполненным в виде кольцевого волноводного резонатора со встроенным оптическим усилителем. Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано в системах оптической обработки информации для оперативного хранения данных. Известна оптическая память 1, состоящая из двух полупроводниковых лазеров, один из которых оптически соединен через модулятор с первым оптическим переключателем и непосредственно со вторым оптическим переключателем, второй вход которого оптически связан со вторым лазером, и кольцевого волоконного световода. Данная память обладает ограниченными функциональными возможностями и низкой помехозащищенностью и надежностью хранения информации. Наиболее близким по технической сущности является оптическая память 2, состоящая из множества оптических элементов хранения данных, оптически связанных с источником излучения и детектором, который по цепи обратной связи соединен с источником излучения, причем логические элементы цепи обратной связи подключены к блоку управления памятью, содержащему цифрочастотный преобразователь, соединенный с источником излучения, и частотно-цифровой преобразователь, связанный с детектором. Устройство имеет низкую помехоустойчивость и достоверность хранения информации. Детектирование однонаправленного оптического сигнала снижает помехоустойчивость и затрудняет синхронизацию на высокой частоте. Техническая задача - повышение помехоустойчивости и надежности при одновременном увеличении быстродействия, что позволяет расширить область применения. Поставленная техническая задача решается тем, что оптическая память, содержащая блок источников излучения и детекторы, электрически подключенные к блоку управления, элементы хранения содержит -образные волноводные переключатели с соответствующими оптическими фильтрами, каждый из которых состоит из двух волноводных кольцевых микрорезонаторов, длинакаждого из которых равна, где- показатель преломления материала волновода, - целое число, - длина волны одного из источников излучения,оптически связанных между собой через центральный волновод, выходы которого выполнены в виде дифракционных решеток, оптически связанных с детекторами, волноводы, оптически соединяющие каждый оптический фильтр с соответствующим источником излучения через соответствующий Х-образный волноводный переключатель, электрически связанный с блоком управления и оптически связанный с элементом хранения,выполненным в виде кольцевого волноводного резонатора со встроенным оптическим усилителем. Совокупность указанных признаков позволяет организовать запись разных логических значений информационных бит оптическими сигналами, распространяющимися в противоположных направлениях, что позволяет наряду с уменьшением габаритов повысить помехоустойчивость, надежность и сократить время записи-считывания, т.е. быстродействие. 9836 1 2007.10.30 Сущность изобретения поясняется фигурой, где приводится блок - схема заявляемого устройства, в состав которого входят 1 - блок источников излучения, 2 - волноводы, 3 элементы хранения, 4 - -образные волноводные переключатели, 5 - встроенные усилители, 6 - блок управления, 7 - оптические фильтры, 8 - волноводные кольцевые микрорезонаторы, 9 - центральные волноводы, 10 - дифракционные решетки и 11 - детекторы. В заявленном устройстве блок источников излучения 1 через волноводы 2 оптически соединен с -образными волноводными переключателями 4, которые связаны оптически с элементами хранения 3, содержащими встроенные усилители. -образные волноводные переключатели 4 через волноводы 2 также оптически связаны с верхними и нижними волноводными кольцевыми микрорезонаторами 8 оптических фильтров 7. Верхние и нижние волноводные кольцевые микрорезонаторы 8, оптических фильтров 7, оптически связаны между собой через центральные волноводы 9. На выходах центральных волноводов 9 расположены дифракционные решетки 10. Дифракционные решетки 10 оптически связаны с детекторами 11. Блок управления 6 электрически подключен к блоку источников излучения 1, -образным волноводным переключателем 4 и детекторам 11. В конкретном исполнении блок источников излучения 1 - это линейка полупроводниковых лазеров, выполненная на подложке из арсенида галлия, как в 3. Волноводы 2 - это волноведущие структуры, полученные в подложке ниобата лития локальной диффузией титана. Элементы хранения 3 - это кольцевые волноводные резонаторы с встроенными оптическими усилителями 5, выполненными на основе легирования ниобата лития эрбием, как в 4. Х-образные волноводные переключатели 4, выполнены на подложке ниобата лития, как, например, в 5. Блок управления 6 - это набор из стандартных цифровых схем накачки лазеров, управления и линейных схем усиления и стробирования сигналов фотоприемников. Оптические фильтры 7 - это пары волноводных кольцевых микрорезонаторов (верхние и нижние) выполнены, как в 4 и оптически связаны между собой через центральные волноводы 9. Дифракционные решетки 10 - это периодические структуры,выполненные на поверхности центральных волноводов 9 методами фотолитографии. Детекторы 11 - это стандартные фотоприемники с максимумом чувствительности в спектральной области 1,5 мкм. Работает устройство следующим образом. В исходном состоянии на все усилители 5,встроенные в волноводах элементов хранения 3 подается напряжение питания, как показано на фигуре, обеспечивающее коэффициенты их усиления немного больше единицы(для компенсации потерь оптических сигналов, находящихся в элементах хранения 3). Каждый из разрядов операнда данных, подлежащих хранению, записывается на своей длине волны, т.е. первый разряд на длине волны 1 и т.д., -ый разряд операнда данных на длине волныв свой элемент хранения 3 следующим образом. В первый элемент хранения 3 записывается первый операнд данных и т.д., в -ый элемент хранения 3 - -ый операнд данных. Для записи первого разряда первого операнда данных, например, логической 1 в первый элемент хранения 3, из блока управления 6 подается сигнал на первый источник излучения Л 11 блока 1. Выходное излучение которого с несущей частотой 11 поступает в соответствующий волновод 2 (каждый разряд поступает на свой волновод 2,логические 1 слева, а логические 0 - справа, как показано на фигуре). Одновременно с этим из блока управления 6 подается напряжение записи на первый -образный волноводный переключатель 4, обеспечивающее его запись в первый элемент хранения 3. В режиме хранения записанное излучение (в нашем случае логическая 1) с длиной волны 11, поддерживаемое соответствующим встроенным усилителем 5 первого элемента хранения 3 и совпадающее с одной из его резонансных частот будет в нем циркулировать(хранится). Режим хранения обеспечивается подачей напряжения хранения на первый-образный волноводный переключатель 4 из блока управления 6. Оптическая связь в этом случае между первым элементами хранения 3 и соответствующим волноводов 2 отсутствует. Точно также записываются все оставшиеся разряды логических 1 первого 9836 1 2007.10.30 операнда в первый элемент хранения 3 на своих длинах волн. Запись логических 0 первого операнда в первый элемент хранения 3 осуществляется аналогично, только через волноводы 2, расположенные справа от элементов хранения 3, т.е. во встречном направлении. Таким образом, в первом элементе хранения 3 хранятся все разряды первого операнда, причем оптические сигналы, соответствующие логическим 1, циркулируют в нем против часовой стрелки, а оптические сигналы, соответствующие логическим 0 - по часовой стрелке. Точно также записывается второй операнд данных во второй элемент хранения 3 и т.д. -ый операнд данных в -ый элемент хранения. Для считывания первого операнда, из блока управления 6 подается напряжение считывания на первый -образный волноводный переключатель 4. В этом случае по волноводам 2 оптические сигналы, соответствующие логическим 1 поступают в нижний волноводный кольцевой микрорезонатор 8 первого оптического фильтра 7, а оптические сигналы, соответствующие логическим 0 - в верхний волноводный кольцевой микрорезонатор 8 первого оптического фильтра 7. Далее оптические сигналы логических 1 и логических 0 поступают на соответствующие дифракционные решетки 10 центрального волновода 9 первого оптического фильтра блока 7 и через них подаются на детекторы 11 (каждый разряд считывается двумя детекторами). Точно также считываются остальные (-1) операнды. Сигналы логических 1 или 0, полученные на разных детекторах, подаются на разные входы блока управления 6, позволяя реализовать помехоустойчивое считывание. Источники информации 1. Патент США 6035081. 2. Патент США 6172926 (прототип). 3. Кацавец Н.И., Бученков В.А., Демидов Д.И. и др. // Письма в журнал технической физики. - 2004. - Т 30. - Вып. 24. 4.С,.,Т.. //. - 1998. - . 23,15. . 1194-1196. 5. Семенов А.С, Смирнов В.Л., Шмалько А.В. Интегральная оптика для систем передачи и обработки информации. - М. Радио и связь. - С. 141. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.