Параллельный оптический сумматор

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт электроники НАН Беларуси(72) Авторы Пилипович Владимир Антонович Есман Александр Константинович Гончаренко Игорь Андреевич Кулешов Владимир Константинович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт электроники НАН Беларуси(57) 1. Параллельный оптический сумматор, содержащий четыре оптически последовательно связанные каскада элементов, где первый и третий каскады содержат по три разветвителя, отличающийся тем, что содержит в первом каскаде два разветвителя и два двухвходовых элемента И, во втором каскаде - пять двухвходовых элементов И и разветвитель, в четвертом каскаде - разветвитель входы разветвителей и вторые входы двухвходовых элементов И первого каскада являются входами логических оптических операндов ,длиной волны 1, а первые входы двухвходовых элементов И первого и второго каскадов являются входами сигналов переноса устройствадлиной волны 2,причем 12, вторые входы двухвходовых элементов И второго каскада оптически соединены с выходами разветвителей первого каскада соответственно, выходы первого и 6845 1 второго двухвходовых элементов И второго каскада оптически соединены со входами первого разветвителя третьего каскада, выходы третьего и четвертого двухвходовых элементов И второго каскада оптически соединены со входами второго разветвителя третьего каскада, выходы первого и второго разветвителей третьего каскада оптически соединены со входами разветвителя четвертого каскада, выход которого является выходом суммы устройства, выходы двухвходовых элементов И первого каскада оптически соединены со входами разветвителя второго каскада, выход которого и выход пятого двухвходового элемента И второго каскада оптически соединены со входами третьего разветвителя третьего каскада, выход которого является выходом переноса устройства. 2. Сумматор по п. 1, отличающийся тем, что все двухвходовые элементы И выполнены на основе волоконных резонаторов Фабри-Перо, легированных резонансными примесями. 3. Сумматор по п. 2, отличающийся тем, что длинарезонаторов Фабри-Перо всех двухвходовых элементов И выбрана из условия 3 см, при этом концентрация резонансных примесей в них - ионов эрбияи иттербиязадана в диапазоне 1,51025 см-3 и 18,751025 см-3.(56). .-.,2000. - . 32. - . 421-427.2079872 1, 1997.2123200 1, 1998.650076, 1979.99/31562 2.03027410 , 1991. Изобретение относится к элементной базе вычислительной техники и может быть использовано для построения высокопроизводительных узлов обработки цифровых данных. Наиболее близким по технической сущности является параллельный оптический сумматор 1, содержащий 7 каскадов последовательно оптически связанных составных компонентов, где в первом каскаде три разветвителя оптически соединены с четырьмя инверторами второго каскада, элементом исключающее ИЛИ-НЕ четвертого каскада,элементом исключающее ИЛИ-НЕ шестого каскада, последний через инвертор седьмого каскада оптически связан с выходом суммы устройства, при этом три инвертора второго каскада оптически соединены с тремя разветвителями третьего каскада, последние через последовательно оптически связанные элементы ИЛИ-НЕ четвертого каскада, элемент ИЛИ-НЕ пятого каскада и инвертор шестого каскада - подключены к выходу переноса устройства, причем четвертый инвертор второго каскада через оптически последовательно связанные инвертор третьего каскада, элемент исключающее ИЛИ-НЕ четвертого каскада, инвертор пятого каскада, элемент исключающее ИЛИ-НЕ шестого каскада и инвертор седьмого каскада соединен с выходом суммы устройства, при этом разветвитель первого каскада оптически связан с элементом исключающее ИЛИ-НЕ шестого каскада,причем каждый составной компонент представляет собой 2-х или 5-ти каскадное включение оптических элементов. Описанное устройство не обладает высоким быстродействием, т.к. для выполнения одного суммирования входные оптические сигналы должны пройти через 27 включенных последовательно различных оптических элементов разветвителей, полупроводниковых усилителей, фильтров, инвертирующих каскадов. Рассматриваемое устройство не является надежным в работе из-за своей сложности - в его составе 65 различных отдельных оптических элементов со своей вероятностью сбоя. 2 6845 1 Техническая задача - увеличение быстродействия при одновременном повышении надежности. Поставленная техническая задача в заявленном устройстве решается тем, что в параллельный сумматор, содержащий четыре оптически последовательно связанных каскада элементов, где первый и третий каскады содержат по три разветвителя, введены в первый каскад два разветвителя и два двухвходовых элемента И, во второй каскад - пять двухвходовых элементов И и разветвитель, в четвертый каскад - разветвитель входы разветвителей и вторые входы двухвходовых элементов И первого каскада являются входами логических оптических операндов ,длиной волны 1, а первые входы двухвходовых элементов И первого и второго каскадов являются входами сигналов переноса устройствадлиной волны 2, причем 12, вторые входы двухвходовых элементов И второго каскада оптически соединены с выходами разветвителей первого каскада соответственно,выходы первого и второго двухвходовых элементов И второго каскада оптические соединены со входами первого разветвителя третьего каскада, выходы третьего и четвертого двухвходовых элементов И второго каскада оптически соединены со входами второго разветвителя третьего каскада, выходы первого и второго разветвителей третьего каскада оптически соединены со входами разветвителя четвертого каскада, выход которого является выходом суммы устройства, выходы двухвходовых элементов И первого каскада оптически соединены со входами третьего разветвителя третьего каскада, выход которого является выходом переноса устройства. Для эффективного решения технической задачи все элементы И выполнены на основе волоконных резонаторов Фабри-Перо, легированных резонансными примесями. Для эффективного решения поставленной задачи длинарезонаторов всех элементов И выбрана из условия 3 см, при этом концентрация резонансных примесей в них ионов эрбияи иттербия , задана в диапазоне 1,51025 см-3 и 18,751025 м-3. Увеличение быстродействия в предлагаемом изобретении достигается за счет существенного (более чем в 6 раз) сокращения числа каскадов последовательного оптического преобразования входных сигналов, а также минимизации длины вновь введенных двухвходовых оптических логических элементов И. Результат - суммаполучается после 4-х каскадов оптического преобразования, а перенос 1 - после 3-х каскадов такого же оптического преобразования в соответствии с минимальной по количеству каскадов логической схемой сумматора. Надежность работы в предлагаемом устройстве увеличивается за счет значительного (в 3,8 раза) уменьшения количества отдельных оптических элементов(разветвителей, резонаторов), которые срабатывают за счет сложения мощностей поступающих на разных длинах волн оптических сигналов. В устройстве отсутствуют логические элементы, в основу работы которых положены интерференционные эффекты. Сущность изобретения поясняется на фиг. 1, на котором приведена функциональная схема заявляемого устройства, где 15 - разветвители первого каскада, 6, 7 - элементы И первого каскада, 812- элементы И второго каскада, 13 - разветвитель второго каскада, 14, 15, 16 - разветвители третьего каскада, 17 - разветвитель четвертого каскада. Работает параллельный оптический цифровой сумматор следующим образом. Значение входных логических оптических сигналов операндов ,переносаили их инверсии, одновременно приходящие на входы разветвителей 15 и элементов И 612, указаны на фиг. 1. При отсутствии логических единиц , ,на входе устройства ни один из элементов И 612 не срабатывает, и на выходах ,также отсутствуют сигналы. При одновременном появлении на входах устройства комбинации оптических сигналов, , , они через разветвитель 1 поступают на вход элемента И 8, где возникают условия для усиления уже пришедшего сигнала , который за время одного прохода (120 пс) усиливается и через разветвители 14 и 17 проходит на выход . В это же время совместно пришедшие сигналыи 2, на входах элемента И 6, а такжеи 2 на входах элемента И 7 создают уровни накачки, достаточные для усиления оптических логических сиг 3 6845 1 налов и их дальнейшего прохождения через разветвители 12, 13, 16 на выход переноса . Указанные сигналы совпадают во времени, не интерферируют и далее воспринимаются как один сигнал . При одновременном появлении оптических логических сигналов ,на входах разветвителя 2 и сигналов ,,на входах элемента И 9 сигналусиливается и через разветвители 14, 17 поступает на выход . При одновременном появлении оптических логических сигналов, Вна входах разветвителя 3, а также сигналов,,на входах элемента И 10 сигналусиливается и через разветвители 15,17 поступает на выход . При одновременном появлении оптических логических сигналов,на входах разветвителя 4, а также сигналов, ,- на входах элемента И 11 сигналусиливается и через разветвители 15, 17 поступает на выход . Все указанные выше сигналы приходят на входы элементов И 811 одновременно, т.к. задержка распространения сигнала в любом из разветвителей 14 составляет 40 пс и она компенсируется распространением сигналов переноса , илив волокне такой же длины. При одновременном приходе сигналов ,через разветвитель 5 на вход элемента И 12 создаются условия для усиления единичного логического сигнала из области 2, постоянного подаваемого на торцевой вход элемента И 12. Указанный усиленный сигнал через разветвитель 16 поступает на выход переноса . При одновременном приходе сигналов 2, ина входы элемента И 6 сигналусиливается и через разветвители 13, 16 проходит на выход . При одновременном приходе сигналов 2, ина входы элемента И 7 сигналусиливается и через разветвители 13, 16 проходит на выход . Сигналы 2, 2 - это увеличенные в два раза по мощности сигналы , . Источники информации 1.. .-., 2000. - . 32. - . 421-427. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.