RU2749845C1 - Optoelectronic division residue calculator - Google Patents
Optoelectronic division residue calculator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2749845C1 RU2749845C1 RU2020113850A RU2020113850A RU2749845C1 RU 2749845 C1 RU2749845 C1 RU 2749845C1 RU 2020113850 A RU2020113850 A RU 2020113850A RU 2020113850 A RU2020113850 A RU 2020113850A RU 2749845 C1 RU2749845 C1 RU 2749845C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- optical
- input
- output
- pair
- amplitude
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/0102—Constructional details, not otherwise provided for in this subclass
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
- G06E—OPTICAL COMPUTING DEVICES; COMPUTING DEVICES USING OTHER RADIATIONS WITH SIMILAR PROPERTIES
- G06E3/00—Devices not provided for in group G06E1/00, e.g. for processing analogue or hybrid data
- G06E3/001—Analogue devices in which mathematical operations are carried out with the aid of optical or electro-optical elements
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в оптических устройствах обработки информации при выполнении вычислений в системе остаточных классов.The invention relates to computer technology and can be used in optical devices for information processing when performing calculations in the system of residual classes.
Известно оптическое вычислительное устройство, предназначенное для умножения оптических сигналов, содержащее оптический RS-триггер, оптический Y-разветвитель, три оптических бистабильных элемента, оптические волноводы с кольцевыми ответвлениями, оптические усилители, оптический компаратор, частотный фильтр, оптический транспарант [Пат. RU 2022328 С1, 1994. Оптический умножитель / С.В. Соколов].Known optical computing device designed to multiply optical signals, containing an optical RS-trigger, optical Y-splitter, three optical bistable elements, optical waveguides with circular branches, optical amplifiers, optical comparator, frequency filter, optical transparency [US Pat. RU 2022328 C1, 1994. Optical multiplier / S.V. Sokolov].
Существенными признаками аналога, общими с заявляемым устройством, являются оптический Y-разветвитель, оптический усилитель.The essential features of the analogue, common with the claimed device, are an optical Y-splitter, an optical amplifier.
Недостатками вышеописанного аналога являются высокая сложность и невозможность выполнения вычислений в системе остаточных классов.The disadvantages of the above-described analog are high complexity and impossibility of performing calculations in the residual class system.
Известно оптическое вычислительное устройство - Оптический дизъюнктор непрерывных множеств [пат. RU 2419127 С2 2009, Оптический дизъюнктор непрерывных множеств / В.М. Курейчик, СМ. Ковалев, СВ. Соколов, В.В. Курейчик, М.А. Аллес], принятый за прототип и содержащий источник некогерентного излучения, оптический Y-разветвитель, два оптических k×n выходных разветвите лей, два матричных оптических транспаранта, k групп по n оптических Y-объединителей, k групп по n блоков нормирования интенсивностей, k оптических n-входных объединителей.Known optical computing device - Optical disjunctor of continuous sets [US Pat. RU 2419127 C2 2009, Optical disjunctor of continuous sets / V.M. Kureichik, CM. Kovalev, SV. Sokolov, V.V. Kureichik, M.A. Alles], taken as a prototype and containing a source of incoherent radiation, an optical Y-splitter, two optical k × n output splitters, two matrix optical transparencies, k groups of n optical Y-combiners, k groups of n intensity normalization blocks, k optical n-input combiners.
Существенным признаком прототипа, общим с заявляемым устройством, является оптический Y-объединитель.An essential feature of the prototype, common with the claimed device, is the optical Y-combiner.
Недостатками вышеописанного прототипа являются высокая сложность и невозможность выполнения вычислений в системе остаточных классов.The disadvantages of the above-described prototype are high complexity and impossibility of performing calculations in the residual class system.
Заявленное устройство направлено на решение задачи выполнения вычислений в системе остаточных классов с высоким быстродействием.The claimed device is aimed at solving the problem of performing computations in the system of residual classes with high speed.
Сущность изобретения состоит в том, что в него введены источник когерентного излучения, оптический амплитудный модулятор, оптический фазовый модулятор (ОФМ), второй оптический Y-объединитель, фотоприемник, пара оптически связанных волноводов (ОСВ) и пьезоэлемент, в который интегрирована пара ОСВ таким образом, что оптическая связь в ОСВ появляется только в момент сжатия пьезокристалла, имеющего место при наличии амплитуды входного сигнала пьезоэлемента выше заданного порогового уровня, вход устройства соединен с управляющим входом оптического амплитудного модулятора (ОАМ) и входом источника когерентного излучения, выход которого подключен ко входу первого оптического Y-разветвителя, первый выход которого подключен ко входу ОФМ, а второй выход подключен к информационному входу ОАМ, выход которого подключен к первому входу первого оптического Y-объединителя, выход которого подключен ко второму входу второго оптического Y-объединителя, первый вход которого оптически связан с выходом ОФМ, а выход подключен ко входу оптического усилителя, выход которого подключен ко входу второго оптического Y-разветвителя, первый выход которого подключен ко входу фотоприемника, выход которого подключен ко входу пьезоэлемента, а второй выход подключен ко входу первого оптического волновода пары ОСВ, при этом выход второго оптического волновода пары ОСВ подключен ко второму входу первого оптического Y-объединителя, а выход первого оптического волновода пары ОСВ является выходом устройства.The essence of the invention is that a source of coherent radiation, an optical amplitude modulator, an optical phase modulator (OFM), a second optical Y-combiner, a photodetector, a pair of optically coupled waveguides (OCW) and a piezoelectric element are introduced into which a pair of OCB is integrated in this way that optical communication in the OSV appears only at the moment of compression of the piezoelectric crystal, which occurs when the amplitude of the input signal of the piezoelectric element is above a given threshold level, the input of the device is connected to the control input of the optical amplitude modulator (OAM) and the input of the source of coherent radiation, the output of which is connected to the input of the first optical Y-splitter, the first output of which is connected to the input of the OFM, and the second output is connected to the information input of the OAM, the output of which is connected to the first input of the first optical Y-combiner, the output of which is connected to the second input of the second optical Y-combiner, the first input of which is optically associated with the output of the OFM, and the output is connected to the input of the optical amplifier, the output of which is connected to the input of the second optical Y-splitter, the first output of which is connected to the input of the photodetector, the output of which is connected to the input of the piezoelectric element, and the second output is connected to the input of the first optical waveguide of the OCB pair, while the output of the second the optical waveguide of the OCB pair is connected to the second input of the first optical Y-combiner, and the output of the first optical waveguide of the OCB pair is the output of the device.
Оптоэлектронный вычислитель предназначен для выполнения в режиме реального времени вычисления остатка r от деления числа А на число В:The optoelectronic calculator is designed to perform in real time the calculation of the remainder r from dividing the number A by the number B:
А=k⋅В+r,A = k⋅B + r,
где А, В, k и r целые числа, 0≤r<|В|, т.е. выполнения операцииwhere A, B, k and r are integers, 0≤r <| B |, i.e. performing an operation
Функциональная схема оптоэлектронного вычислителя представлена на фиг. 1.The functional diagram of the optoelectronic calculator is shown in Fig. one.
Оптоэлектронный вычислитель содержит:The optoelectronic calculator contains:
1 - источник когерентного излучения (ИКИ);1 - source of coherent radiation (IKI);
2 - первый оптический Y-разветвитель;2 - the first optical Y-splitter;
3 - оптический фазовый модулятор (ОФМ);3 - optical phase modulator (OFM);
4 - оптический амплитудный модулятор (ОАМ);4 - optical amplitude modulator (OAM);
5 - первый оптический Y-объединитель;5 - the first optical Y-combiner;
6 - второй оптический Y-объединитель;6 - the second optical Y-combiner;
7 - оптический усилитель (ОУ);7 - optical amplifier (OA);
8 - второй оптический Y-разветвитель;8 - the second optical Y-splitter;
9 - фотоприемник (ФП);9 - photodetector (FP);
101, 102 - пару оптически связанных волноводов (ОСВ);10 1 , 10 2 - a pair of optically coupled waveguides (OCV);
11 - пьезоэлемент (ПЭ), в который интегрирована пара ОСВ 101 и 102 таким образом, что оптическая связь в ОСВ появляется только в момент сжатия пьезокристалла, имеющего место при наличии амплитуды входного сигнала пьезоэлемента выше заданного порогового уровня.11 - piezoelectric element (PE), in which a pair of OCVs 10 1 and 10 2 is integrated in such a way that optical coupling in the OCV appears only at the moment of compression of the piezoelectric crystal, which occurs when the amplitude of the input signal of the piezoelectric element is above a predetermined threshold level.
Вход оптоэлектронного вычислителя соединен со входом ИКИ 1 и управляющим входом ОАМ 4.The input of the optoelectronic calculator is connected to the input of the
Выход ИКИ 1 подключен ко входу первого оптического Y-разветвителя 2, первый выход которого подключен ко входу ОФМ 3, обеспечивающему сдвиг фазы оптического сигнала на тс, а второй выход подключен к информационному входу ОАМ 4, выход которого подключен к первому входу первого оптического Y-объединителя 5, выход которого подключен ко второму входу второго оптического Y-объединителя 6. Первый вход второго оптического Y-объединителя 6 оптически связан с выходом ОФМ 3, а выход подключен ко входу ОУ 7 с коэффициентом усиления 2. Выход ОУ 7 подключен ко входу второго оптического Y-разветвителя 8, первый выход которого подключен ко входу ФП 9, выход которого подключен ко входу ПЭ 11. Второй выход второго оптического Y-разветвителя 8 подключен ко входу первого оптического волновода 101 пары ОСВ 101, 102. Выход первого оптического волновода 101 пары ОСВ 101, 102 является выходом устройства, выход второго оптического волновода 102 подключен ко второму входу первого оптического Y-объединителя 5.The output of
Работа оптоэлектронного вычислителя происходит следующим образом.The optoelectronic calculator works as follows.
На вход устройства поступает электрический импульс длительности Δt с амплитудой, пропорциональной А/В, который далее поступает на вход ИКИ 1 и управляющий вход ОАМ 4. При поступлении импульса на вход ИКИ 1 на его выходе формируется оптический когерентный поток с амплитудой 2В усл. ед., который, проходя через первый оптический Y-разветвитель 2, разветвляется на два потока с амплитудой В усл. ед. С первого выхода первого оптического Y-разветвителя 2 оптический поток с амплитудой В усл. ед., пройдя через ОФМ 3, обеспечивающий сдвиг фазы сигнала на π, поступает на первый вход второго оптического Y-объединителя 6, формируя на нем оптический сигнал с амплитудой В и сдвинутой на π фазой относительно сигнала на его втором входе. Со второго входа первого оптического Y-разветвителя 2 оптический поток с амплитудой В усл. ед., пройдя через ОАМ 4, где происходит его модуляция сигналом А/В, поступает на первый вход первого оптического Y-объединителя 5, формируя на нем оптический сигнал с амплитудой А. В начальный момент времени на втором входе первого оптического Y-объединителя 5 оптический сигнал отсутствует и оптический сигнал с амплитудой А поступает на второй вход второго оптического Y-объединителя 6, с выхода которого, интерферируя с сигналом с амплитудой В (со сдвинутой на π фазой), поступает на вход ОУ 7 с амплитудой (А-В). С выхода ОУ 7 оптический сигнал с амплитудой 2(А-В) поступает на вход второго оптического Y-разветвителя 8, на выходах которого формируются оптические сигналы с амплитудой (А-В).An electrical pulse of duration Δt with an amplitude proportional to A / B is fed to the input of the device, which is then fed to the input of
С первого выхода оптического Y-разветвителя 8 оптический сигнал поступает на вход ФП 9, на выходе которого формируется управляющий электрический сигнал (А-В), поступающий на вход ПЭ 11. При величине данного сигнала большей или равной В происходит сжатие пьезокристалла - расстояние между ОСВ 101 и 102 становится достаточным для переключения оптического потока из оптического волновода 101 в оптический волновод 102.From the first output of the optical Y-
Таким образом, через время Δt при А-В>В со второго оптического волновода 102 сигнал с амплитудой (А-В) поступает на второй вход первого оптического Y-объединителя 5, на первом входе которого сигнал отсутствует ввиду прекращения импульса на управляющем входе ОАМ 4. С выхода первого оптического Y-объединителя 5 сигнал с амплитудой (А-В) поступает на второй вход второго оптического Y-объединителя 6, с выхода которого, суммируясь с сигналом с амплитудой В и сдвинутой на л фазой, поступает на вход ОУ 7 с амплитудой (А-2 В). Таким образом, на выходе второго оптического Y-объединителя 6 в каждый k-й момент времени формируется оптический сигнал с амплитудой (А-k⋅В), который, пройдя через ОУ 7, с выходов второго оптического Y-разветвителя 8 поступает через ФП 9 на вход ПЭ 11 в виде электрического сигнала и на первый оптический волновод 101 пары ОСВ 101, 102.Thus, after a time Δt at A-B> B from the second optical waveguide 10 2, a signal with amplitude (A-B) arrives at the second input of the first optical Y-combiner 5, at the first input of which there is no signal due to the termination of the pulse at the control input OAM 4.From the output of the first optical Y-combiner 5, the signal with the amplitude (A-B) is fed to the second input of the second optical Y-combiner 6, from the output of which, being summed up with the signal with the amplitude B and phase shifted by l, is fed to the input of the op-
При величине амплитуды входного сигнала ПЭ 11 большей, либо равной В (|А-k⋅В|≥В), входной сигнал из первого оптического волновода 101 проходит во второй оптический волновод 102 пары ОСВ 101, 102.When the amplitude of the
При величине амплитуды входного сигнала ПЭ 11 меньшей В (|А-k⋅В|<В), входной сигнал первого оптического волновода 101 проходит на выход устройства. На выходе устройства формируется сигнал с амплитудой |А-k⋅В|=r, что соответствует выполнению операции (1). В общем случае после искомого сигнала на выходе устройства будет сформирован еще сигнал переходного процесса, обусловленный тем, что после формирования оптического сигнала с амплитудой |А-k⋅В|<В на следующем шаге работы устройства на входе ПЭ 9 будет сформирован оптический сигнал с амплитудой |A-(k+1)⋅В|, также меньшей В, который тоже проходит на выход первого оптического волновода 101 пары ОСВ 101, 102 (но при анализе результата не учитывается. В дальнейшем сигнал на выходе первого оптического волновода 101 - т.е. выходе устройства, будет нулевым).When the amplitude of the
Таким образом, на выходе устройства формируется сигнал с амплитудой, пропорциональной величине входного сигнала устройства в системе остаточных классов, определяемой выражением (1).Thus, at the output of the device, a signal is generated with an amplitude proportional to the value of the input signal of the device in the system of residual classes determined by expression (1).
Быстродействие оптоэлектронного вычислителя определяется, в основном, динамическими характеристиками оптического амплитудного модулятора и фотоприемника (время срабатывания которых 10-6 - 10-9 с), что позволяет обеспечить функционирование предложенного устройства практически в реальном масштабе времени.The speed of the optoelectronic calculator is mainly determined by the dynamic characteristics of the optical amplitude modulator and the photodetector (the response time of which is 10 -6 - 10 -9 s), which makes it possible to ensure the operation of the proposed device practically in real time.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020113850A RU2749845C1 (en) | 2020-04-03 | 2020-04-03 | Optoelectronic division residue calculator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020113850A RU2749845C1 (en) | 2020-04-03 | 2020-04-03 | Optoelectronic division residue calculator |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2749845C1 true RU2749845C1 (en) | 2021-06-17 |
Family
ID=76377524
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020113850A RU2749845C1 (en) | 2020-04-03 | 2020-04-03 | Optoelectronic division residue calculator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2749845C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115686435A (en) * | 2021-07-30 | 2023-02-03 | 华为技术有限公司 | Divider and optical processor |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02282811A (en) * | 1988-07-15 | 1990-11-20 | Boeing Co:The | Optical computer comprising pipeline conversion of numbr to residue display |
| US6690845B1 (en) * | 1998-10-09 | 2004-02-10 | Fujitsu Limited | Three-dimensional opto-electronic modules with electrical and optical interconnections and methods for making |
| RU2433445C1 (en) * | 2010-05-14 | 2011-11-10 | Михаил Александрович Аллес | Optical computing device for calculating function difference |
| RU2665262C2 (en) * | 2016-10-19 | 2018-08-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ростовский государственный экономический университет (РИНХ)" | Optoelectronic compromise summator |
| RU2689811C1 (en) * | 2018-04-23 | 2019-05-29 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ростовский государственный экономический университет (РИНХ)" | Optoelectronic compromise summator |
-
2020
- 2020-04-03 RU RU2020113850A patent/RU2749845C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02282811A (en) * | 1988-07-15 | 1990-11-20 | Boeing Co:The | Optical computer comprising pipeline conversion of numbr to residue display |
| US6690845B1 (en) * | 1998-10-09 | 2004-02-10 | Fujitsu Limited | Three-dimensional opto-electronic modules with electrical and optical interconnections and methods for making |
| RU2433445C1 (en) * | 2010-05-14 | 2011-11-10 | Михаил Александрович Аллес | Optical computing device for calculating function difference |
| RU2665262C2 (en) * | 2016-10-19 | 2018-08-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ростовский государственный экономический университет (РИНХ)" | Optoelectronic compromise summator |
| RU2689811C1 (en) * | 2018-04-23 | 2019-05-29 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ростовский государственный экономический университет (РИНХ)" | Optoelectronic compromise summator |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115686435A (en) * | 2021-07-30 | 2023-02-03 | 华为技术有限公司 | Divider and optical processor |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11704550B2 (en) | Optical convolutional neural network accelerator | |
| TWI831932B (en) | Hybrid analog-digital processors and method performed therein | |
| AU2019282632B2 (en) | Optoelectronic computing systems | |
| CN112232503B (en) | Computing device, computing method, and computing system | |
| US12353988B2 (en) | Neuromorphic photonics with coherent linear neurons | |
| WO2020092899A1 (en) | Matrix multiplication using optical processing | |
| CN109871871B (en) | Image identification method and device based on optical neural network structure and electronic equipment | |
| Verber | Integrated-optical approaches to numerical optical processing | |
| Huang et al. | Programmable matrix operation with reconfigurable time-wavelength plane manipulation and dispersed time delay | |
| CN113627605B (en) | Optical interference unit configuration method, device and storage medium for photonic neural network | |
| CN112101540A (en) | Optical neural network chip and calculation method thereof | |
| CN110908428A (en) | Parallel optical computing system for efficiently realizing large-scale matrix operation | |
| RU2749845C1 (en) | Optoelectronic division residue calculator | |
| CN116484931B (en) | Photon matrix multiplication operation device and operation method for neural network | |
| US20230281437A1 (en) | Radio-Frequency Photonic Architecture for Deep Neural Networks, Signal Processing, and Computing | |
| US20250165025A1 (en) | Optical Encoders | |
| CN115641494A (en) | Neural network image processing system based on micro-ring modulator | |
| RU2734742C2 (en) | Optoelectronic computer | |
| US11709520B2 (en) | Path-number-balanced universal photonic network | |
| CN114565091A (en) | Optical neural network device, chip and optical implementation method for neural network calculation | |
| CN117332836A (en) | An on-chip optical computing device | |
| RU2689810C1 (en) | Optoelectronic computer | |
| CN112783260A (en) | Optical computing device, optical computing method and computing system | |
| RU2689811C1 (en) | Optoelectronic compromise summator | |
| CN117332837A (en) | A photonic convolutional neural network chip based on plasma dispersion effect modulation |