Оптоэлектронный компромиссный сумматор - RU2665262C2

Чертежи

Описание

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в оптических устройствах обработки информации, построенных на основе непрерывной (нечеткой) логики.

Известно оптическое устройство - оптический дизъюнктор непрерывных множеств [Пат. RU 2419127 С2 2011, Оптический дизъюнктор непрерывных множеств / В.М. Курейчик, В.В. Курейчик, М.А. Аллес, С.М. Ковалев, С.В. Соколов], содержащий источник излучения, оптический Y-разветвитель, два оптических k×n выходных разветвителя, два матричных оптических транспаранта, k групп по n оптических Y-объединителей, k групп по n блоков нормирования интенсивностей, k оптических n-входных объединителей.

Существенные признаки аналога, общие с заявляемым устройством, следующие: источник излучения, оптический разветвитель, оптический объединитель, матричный оптический транспарант.

Известно оптическое устройство - оптический дизъюнктор нечетких множеств [Пат.RU 2422876 С1 2011, Оптический дизъюнктор нечетких множеств / М.А. Аллес, С.М. Ковалев, С.В. Соколов], содержащий m групп по k фотоприемников, m источников когерентного излучения, m оптических 2k-выходных разветвителей, m групп по k оптических амплитудных модуляторов, m групп по k оптических фазовых модуляторов, m групп по k оптических Y-объединителей, k селекторов минимального сигнала, k блоков извлечения квадратного корня, k блоков вычитания.

Существенные признаки аналога, общие с заявляемым устройством, следующие: фотоприемник, источник излучения, оптический разветвитель, оптический объединитель.

Недостатком вышеописанных аналогов является невозможность выполнения операции компромиссности.

Известно оптическое устройство - оптический дизъюнктор непрерывных (нечетких) множеств [Пат. RU 2432600 С1 2011, Оптический дизъюнктор непрерывных (нечетких) множеств / М.А. Аллес, С.В. Соколов, С.М. Ковалев], принятый за прототип и содержащий m групп по k блоков пространственного распределения оптического потока, каждый из которых состоит из фотоприемника, источника излучения, электрооптического дефлектора, группы из n оптических волноводов, линейного оптического транспаранта, группы из n оптических j-выходных разветвителей и группы из n оптических (n-j+1)-входных объединителей, k групп по n оптических m-входных объединителей, k групп по n блоков нормирования интенсивности, каждый из которых состоит из (m-1) пар оптически связанных волноводов, (m-1) оптических транспарантов и оптического m-входного объединителя, k оптических n-входных объединителей.

Существенные признаки прототипа, общие с заявляемым устройством, следующие: фотоприемник, источник излучения, электрооптический дефлектор, оптический транспарант, оптический разветвитель, оптический объединитель.

Недостатком вышеописанного прототипа является невозможность выполнения операции компромиссности.

Изобретение направлено на решение задачи быстродействующей оптоэлектронной реализации операции компромиссности над действительным числом x (x∈[0,1]). Подобная задача возникает при создании эластичных нейро-нечетких систем, когда присутствует необходимость изменения структуры системы в процессе обучения в реальном масштабе времени [Рутковский Л. Методы и технологии искусственного интеллекта / Пер. с польск. И.Д. Рудинского. - М.: Горячая линия-Телеком, 2010. - 520 с]. Для достижения этой цели применяют так называемые Н-функции, основанные на использовании оператора компромиссности, реализуемого в предлагаемом устройстве.

Сущность изобретения состоит в том, что в оптоэлектронный компромиссный сумматор, содержащий фотоприемник, источник излучения, двумерный электрооптический дефлектор, матричный оптический транспарант, оптический Y-разветвитель, оптический Y-объединитель введены электрооптический модулятор, фотоприемник, усилитель, n групп по n оптических волноводов, входы которых равноудалены от выхода двумерного электрооптического дефлектора (далее - n групп по n равноудаленных оптических волноводов), группу n оптических n-входных объединителей, оптический n-входной объединитель, входами устройства являются вход оптического Y-разветвителя и вход первого фотоприемника, первый выход оптического Y-разветвителя подключен к информационному входу электрооптического модулятора, управляющий вход которого связан с выходом первого фотоприемника, а выход которого подключен к первому входу оптического Y-объединителя, второй выход оптического Y-разветвителя подключен ко входу второго фотоприемника, выход которого подключен к первому управляющему входу двумерного электрооптического дефлектора, второй управляющий вход которого связан через усилитель с выходом первого фотоприемника, информационный вход связан с выходом источника излучения, а выход двумерного электрооптического дефлектора оптически подключен ко входам равноудаленных оптических волноводов, выходы которых оптически подключены через матричный оптический транспарант ко входам n оптических n-входных объединителей, выходы которых подключены ко входам n-входного оптического объединителя, выход которого подключен ко второму входу оптического Y-объединителя, выход которого является выходом устройства.

Оптоэлектронный компромиссный сумматор предназначен для выполнения в режиме реального времени операции компромиссности

где ν ∈ [0,1] - заданный параметр операции компромиссности.

Функциональная схема оптоэлектронного компромиссного сумматора показана на фигуре 1.

Оптоэлектронный компромиссный сумматор содержит:

- 1 - оптический Y-разветвитель;

- 2 - электрооптический модулятор (ЭОМ);

- 3₁, 3₂ - первый и второй фотоприемники (ФП);

- 4 -усилитель (У);

- 5 - источник излучения (ИИ);

- 6 - двумерный электрооптический дефлектор (ЭОД);

- 7₁₁, 7₁₂, …, 7_1n; 7₂₁, 7₂₂, …, 7_2n, …; 7_n1, 7_n2, …, 7_nn - n групп по n оптических волноводов, входы которых равноудалены от выхода ЭОД 6 (равноудаленных оптических волноводов);

- 8 - матричный оптический транспарант (МОТ) размерности n×n с записью изображения функции (1-ν)(1-x) в координатах ν,x;

- 9₁, 9₂, …, 9_n - группу n оптических n-входных объединителей;

- 10 - оптический n-входной объединитель;

- 11 - оптический Y-объединитель.

Первым входом оптоэлектронного компромиссного сумматора является вход оптического Y-разветвителя 1, вторым входом - вход первого ФП3₁. Первый выход 1₁ оптического Y-разветвителя 1 подключен к информационному входу ЭОМ 2, управляющий вход которого связан с выходом первого ФП3₁. Второй выход 1₂ оптического Y-разветвителя 1 подключен ко входу второго ФП 3₂. Выход второго ФП3₂ подключен к первому управляющему входу ЭОД6, информационный вход которого связан с выходом ИИ5. Второй управляющий вход ЭОД6 связан с выходом У4, ко входу которого подключен выход первого ФП3₁. Выход ЭОД6 оптически подключен ко входам равноудаленных оптических волноводов 7₁₁, 7₁₂, …, 7_1n; 7₂₁, 7₂₂, ..., 7_2n; …, 7_n1, 7_n2, …, 7_nn. Выход каждого j-го равноудаленного оптического волновода 7_ijоптически подключен через МОТ 8 к j-му входу i-го оптического объединителя j-ой группы n оптических n-входных объединителей 9_i. Выход каждого i-го оптического объединителя 9_i из группы n оптических n-входных объединителей подключен к i-му входу n-входного оптического объединителя 10. Выход ЭОМ 2 подключен к первому входу оптического Y-объединителя 11. Выход n-входного оптического объединителя 10 подключен ко второму входу оптического Y-объединителя 11, выход которого является выходом устройства.

Работа оптоэлектронного компромиссного сумматора происходит следующим образом.

На первый вход устройства - вход оптического Y-разветвителя 1 - поступает оптический сигнал с интенсивностью x усл(овных) ед(иниц) (x меньше 1 усл. ед.). На второй вход устройства - вход первого ФП3₁ - поступает оптический сигнал с интенсивностью ν усл. ед. (ν меньше 1 усл. ед.). С первого выхода 1₁ оптического Y-разветвителя 1 оптический поток с интенсивностью 0,5x поступает на информационный вход ЭОМ 2, на управляющий вход которого поступает сигнал U_упр1=2ν с выхода первого ФП3₁. Со второго выхода 1₂ оптического Y-разветвителя 1 оптический поток с интенсивностью 0,5x поступает на вход второго ФП 3₂. На выходе второго ФП 3₂ формируется сигнал U_упр2=K^-1x (К - известный коэффициент, определенный ниже), который поступает на первый управляющий вход ЭОД6, на информационный вход которого подается сигнал с интенсивностью 1 усл. ед. с выхода ИИ5. На второй управляющий вход ЭОД6 поступает сигнал U_упр3=K^-1ν с выхода У4 (коэффициент усиления которого равен K^-1/2), на вход которого поступает сигнал U_упр1 с выхода первого ФП3₁. При отсутствии сигналов на управляющих входах ЭОД6 оптический поток с интенсивностью 1 усл. ед. попадает на 1-й оптический волновод 1-й группы равноудаленных оптических волноводов 7₁₁. При поступлении на управляющий вход ЭОД6 сигналов управления U_упр2 и U_упр3, отклоняющих оптический поток на углы: ϕ₁ ~ arcsin(k⋅U_упр2) по оси Ох и ϕ₂ ~ arcsin(k⋅U_упр3) по оси Oν [Акаев, А.А. Оптические методы обработки информации / А.А. Акаев, С.А. Майоров. - М.: Высшая школа, 1988. - 236 с.],

где k - коэффициент, определяемый типом дефлектора, оптический поток по оси Ох смещается на величину:

где К=а⋅k, a=const - расстояние от выхода ЭОД6 до входа любого оптического волновода из n групп по n оптических волноводов 7₁₁, 7₁₂, …, 7_1n; 7₂₁, 7₂₂, …, 7_2n; …; 7_n1, 7_n2, …7_nn;

а по оси Oν - на величину:

Далее оптический поток с интенсивностью 1 усл. ед. с выхода i-го оптического волновода j-й группы равноудаленных оптических волноводов 7_ij поступает на ij-й вход МОТ 8 (участок транспаранта с функцией пропускания интенсивности, соответствующей значению (1-ν)(1-x) для текущих входных сигналов x и ν), с ij-го выхода которого снимается оптический поток с интенсивностью (1-ν)(1-x) усл. ед. Этот оптический поток поступает на j-й вход i-го оптического n-входного объединителя 9_i из группы n оптических n-входных объединителей и далее - на i-й вход n-входного оптического объединителя 10. На выходах ЭОМ 2 и n-входного оптического объединителя 10 формируются оптические потоки с интенсивностями, соответственно, νx и (1-ν)(1-x), которые поступают на входы оптического Y-объединителя 11, с выхода которого - с выхода устройства, снимается оптический поток с суммарной интенсивностью, равной искомому значению функции (1).

Быстродействие оптоэлектронного компромиссного сумматора определяется динамическими характеристиками электрооптического модулятора, фотоприемника и электрооптического дефлектора. На сегодняшний день быстродействие электрооптического модулятора (например, модулятора Керра) достигает 10^-10 с, фотоприемника на основе лавинных фотодиодов - 10^-9 с, электрооптического дефлектора - 10^-12 с, что позволяет обеспечить функционирование устройства практически в реальном масштабе времени.

Реферат

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в оптических устройствах обработки информации, построенных на основе непрерывной (нечеткой) логики. Техническим результатом является создание устройства, вычисляющего операцию компромиссности непрерывной логики в реальном масштабе времени. Устройство содержит оптический Y-разветвитель, электрооптический модулятор, два фотоприемника, усилитель, источник излучения, двумерный электрооптический дефлектор, n групп по n равноудаленных оптических волноводов, матричный оптический транспарант размерности n×n, группу n оптических n-входных объединителей, оптический n-входной объединитель, оптический Y-объединитель. 1 ил.

Формула