Оптичний логічний елемент “ні”

Реферат: UA 78931 U UA 78931 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до області оптичних логічних елементів. Як найближчий аналог вибраний оптичний Y-подібний розгалужувач (Патент України № 39967 МПК (2009) G02B6/00), що містить два одномодові оптичні волокна, біконічний перехід. Недоліком аналога є неможливість його використання як логічного елемента "НЕ". В основу корисної моделі поставлено задачу створення оптичного логічного елемента "НЕ" для реалізації дворівневих логічних схем, в яких логічному нулю відповідає сигнал з нижчою частотою, логічній одиниці відповідає сигнал з вищою частотою. Поставлена задача вирішується тим, що оптичний логічний елемент "НЕ", що включає розгалужувач з двох одномодових оптичних волокон, згідно з корисною моделлю, додатково містить зрізану трикутну оптичну призму, розташовану по ходу оптичного пучка, плоскі діелектричні хвилеводи, розташовані під кутами заломлення β1 і β2 для оптичних сигналів з частотами 1 і 2, нелінійні оптичні резонатори, розташовані по ходу пучків з частотами 1 і 2 а розгалужувач розташований по ходу випромінювання після нелінійних оптичних резонаторів. Пристрій забезпечує трансформацію сигналу, відповідного логічній одиниці, в оптичному логічному елементі "НЕ" в сигнал, відповідний логічному нулю, і навпаки. На кресленні приведена схема оптичного логічного елемента "НЕ": плоский діелектричний хвилевід для введення сигналу (1) А зрізана трикутна оптична призма (2), розташована по ходу оптичного пучка, плоскі діелектричні хвилеводи (3,4), розташовані під кутами заломлення β1 і β2 для оптичних сигналів з частотами ω1 і ω2, нелінійні оптичні резонатори (5,6), розташовані по ходу пучків з частотами 1 і 2 Y- подібний розгалужувач (7) для виведення оптичного сигналу, розташований після нелінійних оптичних резонаторів. Принцип дії пропонованого оптичного логічного елемента "НЕ" заснований на нелінійній взаємодії чотирьох оптичних хвиль в нелінійному оптичному резонаторі. Частота сигналу 1, що представляє логічну одиницю, вище за частоту сигналу 2 що представляє логічний нуль 1 > 2. Оптичний логічний елемент працює таким чином. Вхідний сигнал А надходить у вхідний хвилевід 1, який прикріплений, наприклад оптичним клеєм до вхідної грані призми 2. У призмі 2, якщо частота сигналу рівна 1, оптичний пучок відхиляється на більший кут 1, і проходить через хвилевід 4; якщо частота сигналу рівна 2, оптичний пучок відхиляється на менший кут 2 і проходить через хвилевід 3. Сигнал з частотою 1 потрапляє в нелінійний резонатор 6, сигнал з частотою 2 потрапляє в нелінійний резонатор 5. У нелінійних резонаторах 5 і 6 в результаті чотирьох-хвилевого зміщення двох хвиль накачування з сумарною частотою 2ρ і хвилі сигналу з частотою 1 або 2 при виконанні умов фазового синхронізму, 2ρ =1+2, 2kр =k1+k2 генерується резонансна хвиля 2 або 1, відповідно. До нелінійних резонаторів 5 і 6, наприклад оптичним клеєм прикріплені вхідні хвилеводи Y- подібного розгалужувача, через вихідний хвилевід якого виводиться відповідний оптичний сигнал Ζ. Фізичний механізм взаємодії чотирьох електромагнітних хвиль в нелінійному резонаторі полягає в наступному. Діелектричний плоский хвилевід з напівпрозорими торцями, що відображають, є одновимірним діелектричним резонатором типу Фабрі-Перо (фіг. 1). Через одне з дзеркал резонатора оптичні потоки вводяться, а через інше дзеркало потік виводяться. На вхідне дзеркало резонатора подається хвиля сигналу з частотою 2 або 1, і дві хвилі накачування з частотою p. Діелектрична проникність середовища резонатора може бути представлена у вигляді   1  41  43I , де 1 , лінійна сприйнятливість середовища,  3 - кубічна сприйнятливість середовища,  ~  2 - інтенсивність електромагнітного поля.   e j t exp  ijt  ik jz Вважаємо, що в резонаторі збуджено електромагнітне поле вигляду j , де j=1,2,Ρ - індекс хвилі oсі z резонатора, що поширюється уподовж. Укорочені рівняння для повільно змінних амплітуд е1,2(t) хвиль мають вид 2 2 2 de1 / dt=1е pе2, de2 / dt = 1е pе1, е Р  const, (1) де 1,2=const - коефіцієнти, залежні від параметрів середовища і хвиль ep - амплітуда хвилі накачування. Після проходження нелінійного резонатора 5 сигнал з частотою 1 трансформується в сигнал з частотою 2, а сигнал з частотою 1 після проходження нелінійного резонатора 6 трансформується в сигнал з частотою 1. Амплітуди сигналів після проходу через резонатори пропорційні інтенсивності хвиль накачування  2 e1.2 ~ exp ep 1 2t   . Таким чином, сигнал, відповіднийлогічній одиниці, в повністю 1 UA 78931 U 5 10 оптичному логічному елементі "НЕ" трансформується в сигнал, відповідний логічному нулю, і навпаки (Таблиця 1). Оптичний логічний елемент "НЕ" може бути реалізований за допомогою хвилеводів з плавленого кварцу SiO2, оптичної призми з кристалічного кварцу, нелінійних оптичних резонаторів з органічного матеріалу поліацетилен паратолуол сульфонату для оптичних сигналів з довжинами хвиль 1=0,6мкм і 2=1.4 мкм.Тоді частоти хвиль для сигналів будуть рівні 15 -1 15 -1 1=3.14•10 с , 2=1.34•10 с , а сумарна частота хвиль накачування вибрана у видимому 15 -1 діапазоні 2ρ =4.48•10 с . Плоскі діелектричні хвилеводи розташовані під кутами заломлення 1 i β2 для оптичних сигналів 1 і 2. 15 -1 15 -1 Кути 1=41 i 2=40 для оптичних сигналів з частотами 1=3.14•10 с i 2=1.34•10 с Пристрій забезпечує трансформацію сигналу, відповідного логічній одиниці, в оптичному логічному елементі "НЕ" в сигнал, відповідний логічному нулю, і навпаки. Оптичний логічний елемент "НЕ» А 1 0 Ζ 0 1 15 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 Оптичний логічний елемент, що містить розгалужувач з двох одномодових оптичних волокон, який відрізняється тим, що додатково містить зрізану трикутну оптичну призму, розташовану по ходу оптичного пучка, плоскі діелектричні хвилеводи, розташовані під кутами заломлення β1 і β2 для оптичних сигналів з частотами ω1 і ω2, нелінійні оптичні резонатори, розташовані по ходу пучків з частотами ω1 і ω2, а розгалужувач розташований по ходу випромінювання після нелінійних оптичних резонаторів. Комп’ютерна верстка І. Мироненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2