close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY4351

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(19)
BY (11) 4351
(13)
C1
(51)
(12)
7
G 06G 7/00,
G 06E 1/04
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
ЧАСТОТНО-УПЛОТНЕННАЯ ЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА,
УСИЛЕНИЕ И УПРАВЛЕНИЕ ПУЧКОМ ЭНЕРГИИ
С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭФФЕКТА ИНТЕРФЕРЕНЦИИ
(21) Номер заявки: 971256
(22) 1997.07.16
(86) PCT/US95/16458, 1995.12.14
(31) 08/357, 460; 08/454, 070
(32) 1994.12.16; 1995.05.30
(33) US; US
(46) 2002.03.30
(71) Заявитель:
Сайбер
Дайн
Компьютер
Корпорейшн (US)
(72) Автор: ХЕЙТ, Джон Н. (US)
(73) Патентообладатель: Сайбер Дайн Компьютер
Корпорейшн (US)
(56)
US 5093802 A, 1992, US 5239173 A, 1993, US 5109156 A, 1992, US 5369511 A, 1994.
(57)
1. Способ управления пучком энергии, осуществляющий функции частотно-уплотненной логической
схемы, усиления и управления пучком энергии, включающий следующие стадии: создание первого частотноуплотненного входного сигнала, включающего первую совокупность пучков, состоящую из по меньшей мере одного пучка с по меньшей мере одной длиной волны, модулированной информацией, и по меньшей мере
одну вторую совокупность пучков, состоящую из по меньшей мере одного пучка с по меньшей мере еще одной длиной волны, модулированной информацией, создание второго частотно-уплотненного входного сигнала, включающего третью совокупность пучков, состоящую из по меньшей мере одного пучка с указанной
по меньшей мере одной длиной волны, модулированной информацией, и по меньшей мере одну четвертую
совокупность пучков, состоящую из по меньшей мере одного пучка с указанной по меньшей мере еще одной
длиной волны, модулированной информацией, создание первого интерференционного изображения с помощью указанных первой и третьей совокупностей пучков и по меньшей мере еще одного интерференционного
изображения с помощью указанных второй и четвертой совокупностей пучков и выделение энергии из по
меньшей мере одного положения в указанном первом интерференционном изображении и по меньшей мере
одного положения в указанном по меньшей мере еще одном интерференционном изображении с целью
обеспечения по меньшей мере одного выходного сигнала, содержащего энергию на указанной по меньшей
мере одной длине волны и указанной по меньшей мере еще одной длине волны, в котором указанные функции основаны на конструктивной и деструктивной интерференции в пределах указанных зон интерференции.
Фиг. 1
BY 4351 C1
Настоящее изобретение относится к оптическим процессорам и частотному уплотнению таких функций
фотонных транзисторов, как усиление, булева логика и управление сигналами, состоящими из пучков энергии.
Предшествующий уровень техники.
В выданном заявителю патенте США 5093802 изложен предшествующий уровень техники для настоящего
изобретения. В нем используется эффект интерференции между модулированными и немодулированными входящими пучками энергии волнового типа. Функции обусловлены зонами конструктивной и деструктивной
интерференции в разделителе интерференционных полос, например маске, применяемой для выделения
энергии из по меньшей мере одной зоны с целью обеспечения по меньшей мере одного выхода. Между входящими пучками когерентной энергии, способными создавать интерференционные полосы и различные описанные выходы, происходит интерференция.
В указанном патенте обеспечен ряд функций, включая логический элемент ИЛИ с двумя входами, логический элемент исключающее ИЛИ, инвертор и усилитель, а также различные бистабильные устройства, все
выходы которых представляют собой формы волн, наложенных на несущую волну с одной частотой. В
предшествующем уровне техники отсутствует какое-либо средство или способ частотного уплотнения или
одновременного осуществления в одном устройстве множества независимых функций с использованием несущей волны со множеством частот.
На момент составления патента США 5093802 было признано, что такие устройства не ограничены одной
определенной длиной волны, как указано в патенте США 5093802 в столбце 11 на строке 14:
"Поскольку способность выделять составляющие зоны из интерференционной полосы, как это требуется
в настоящем изобретении, не ограничена длиной волны применяемой энергии волнового типа, рабочие длины волн могут быть выбраны из видимого диапазона электромагнитного спектра. Затем группа из множества
выходов, например (104), может функционировать в качестве выхода устройства прямого визуального отображения. За счет применения множества длин волн, одновременно или в быстрой последовательности,
множество выходов могут функционировать в качестве устройства визуального отображения в полном цветовом спектре."
Несмотря на то, что для группы устройств, рассчитанных для работы на нескольких длинах волн, в частности волнах красной, синей и зеленой части спектра, необходимых для формирования отображения в полном
цветовом спектре, требовалось бы множество выходов и, следовательно, множество компонентов, идея и
механизм осуществления одновременного частотного уплотнения в одном устройстве еще не стали очевидными. Позднее, после открытия средства осуществления частотного уплотнения, заявитель также признал
преимущества частотного уплотнения.
Раскрытие изобретения.
Настоящее изобретение включает средство и способ обеспечения функций частотного уплотнения, а также
логическую схему, усиление и управление пучком энергии. Общий комплект оптики обеспечивает одновременное, независимое выполнение функций в одном устройстве на независимых частотных каналах. Отдельные
каналы частотно-уплотненного выхода содержат результаты действия отдельных функций, по отдельности
осуществленных на каналах.
Входящие пучки содержат энергию со множеством частот, в которой отдельные частотные каналы играют роль независимых несущих волн, независимо модулированных информацией, подлежащей использованию в изобретении. В изобретении обеспечено множество таких частотно-уплотненных входов.
Интерференция происходит одновременно между всеми входными сигналами, в результате чего для каждого
частотного канала несущей волны создается отдельное интерференционное изображение. Поскольку для
создания интерференции применяется общая оптика, все изображения имеют тенденцию к наложению друг
на друга в одной общей области, хотя и имеет место определенное частотное разнесение.
Несмотря на то, что совмещающиеся изображения могут быть названы композитным изображением, очевидно, что модуляционное изменение в одном канале приводит к изменению только в том интерференционном изображении, которое было сформировано энергией той же конкретной длины волны. Остальные
изображения, сформированные энергией остальных каналов, остаются незатронутыми.
Разделитель составляющих изображения, такой как маска, пропускает энергию на выход из одного или
нескольких положений, специально выбранных в силу их соотношения с отдельными изображениями. В результате наложения выходной сигнал берут одновременно из отдельных изображений из тех же самых положений. Функция, осуществляемая с использованием энергии из каждого отдельного канала, зависит от
модуляционных характеристик входящих пучков у данного канала, формы интерференционного изображения у данного канала и положений в указанном изображении, из которых берут энергию. Эти параметры могут быть разработаны для конкретного устройства путем соответствующего выбора и ориентации
оптических элементов и выбора модуляционных и фазовых характеристик отдельных каналов.
Таким образом, настоящее изобретение способно обеспечить логический элемент И для одного канала и логический элемент ИЛИ для другого, усилитель для третьего и так далее, в зависимости от соотношения индивидуальных параметров для каждого канала с применяемой общей оптикой.
2
BY 4351 C1
В случае применение общей оптики выходной сигнал также является частотно-уплотненным и содержит результаты отдельного осуществления функции в каждом канале согласно настоящему изобретению.
Частотно-уплотненная логическая схема обладает способностью снижать число оптических компонентов,
необходимых для управления множеством сигналов. Например, управляя входными сигналами, поступающими в единое устройство, можно по отдельности или в группе включать и выключать отдельные биты полного частотно-уплотненного слова.
Настоящее изобретение может быть осуществлено с использованием любой энергии волнового типа, создающей интерференции, включая акустические волны, волны, состоящие из движущихся частиц, и электромагнитные волны. Однако уплотнение акустических волн и волн, состоящих из частиц, является более
сложным, чем в случае с электромагнитными волнами, поскольку волны используемой длины действуют с
разными скоростями. Тем не менее, настоящее изобретение будет работать и при использовании указанной
энергии других типов. Таким образом, для считывания изображения и управления электронами, имеющими
множество скоростей, может применяться энергия других типов. В целях последовательности и ясности изложения далее будет использоваться оптическая терминология.
Голограммы создают интерференционные изображения из множества пучков или совокупностей пучков.
Поскольку голограммы и, в частности, сформированные компьютером голограммы, являются подходящим
способом осуществления настоящего изобретения, входные сигналы в изобретении описаны далее как представляющие собой совокупности пучков, модулированных вместе, как если бы это был один пучок. Это возможно, поскольку множество лучей или пучков объединяются, формируя голографическое
интерференционное изображение или полосу. Группы или совокупности пучков далее действуют согласованно, создавая различные характеристики интерференционных изображений, определяющие выходные сигналы.
Голограммы также обладают способностью создавать наложенные друг на друга изображения, скорректированные по частоте так, чтобы расположение зон наложения изображений отдельных каналов могло быть
при необходимости согласовано с определенным разделителем составляющих изображения. Сформированные компьютером голограммы могут быть также использованы для создания разделителей составляющих
изображения. Это дает возможность при разработке голограмм создавать сложные оптические устройства
для настоящего изобретения, включая создающие интерференцию оптические приборы с согласующимся
разделителем составляющих изображения, в результате чего за счет своей конструкции оптические приборы
могут обеспечивать выполнение конкретных функций на конкретных каналах.
Отдельные, основанные на интерференции функции, выполняемые на отдельных частотных каналах,
описаны в патенте США 6093802, в котором раскрыты некоторые основанные на интерференции функции с
использованием изображений с одной частотой ("полос"), и в поданной 16 декабря 1994 г. патентной заявке
США 08/357 460, описывающей применение "особой интерференции", частичным продолжением которой
является настоящая заявка. Осуществление данных отдельных функций кратко объяснено ниже.
Интерференция создается при наложении монохромной (или квазимонохромной) энергии. Интерференция перераспределяет энергии из входящих пучков в интерференционное изображение или полосу, образованную из зон, где происходит деструктивная интерференция (D1) и конструктивная интерференция (C1).
Когда часть интерференционного изображения выделяют для обеспечения выхода, форма выходного сигнала зависит от положения(-ий) внутри изображения, из которого обеспечивается выход, и от модулированных
форм волн входящих пучков. Поскольку в результате модуляции одного или нескольких входящих пучков
образуются различные моментальные сочетания входящих пучков, выходная амплитуда из любого положения представляет собой моментальную сумму векторов энергии, поступающей из интерферирующих входящих пучков. Если выход обеспечивается из множества положений, выходной сигнал будет представлять
собой сочетание сигналов, взятых из каждого положения внутри изображения.
Когда в определенном положении внутри изображения во время предусмотренного состояния или соотношения модуляционных характеристик входящего пучка происходит D1, данное положение может быть названо "положением D1" даже при том, что со временем в том же положении будут происходить множества
сочетаний D1, C1 и других сочетаний энергии. То же самое относится и к "положению C1". Такие обозначения обеспечивают удобство при ссылках на моментальные соотношения модулированных входящих пучков
и соотношения выходных сигналов, являющихся результатом вывода энергии из указанного конкретного положения.
Когда энергия из положения D1 обеспечивает выход, а входящие пучки модулированы двоичной информацией, выходной сигнал выполняет булеву функцию исключающее ИЛИ с добавлением фазовомодулированной составляющей. Если один пучок активирован, создается функция НЕ. Если другой входящий пучок модулирован аналоговой информацией, выходной сигнал будет иметь инвертированную форму.
Если энергию выделяют из положения C1, а один пучок активирован, выходной сигнал представляет собой
усиленный сигнал, содержащий большее количество модулированной энергии, чем в модулированном входе.
Если оба входных сигнала модулированы двоичной информацией, создается функция ИЛИ. При выделении
3
BY 4351 C1
энергии из других положений внутри изображения создаются другие сочетания форм выходного сигнала с
различными характеристиками фазовой модуляции.
Настоящее изобретение является усовершенствованием патента США 5093802, в котором использована
интерференция по типу Янга, заключающимся в том, что теперь одновременно внутри одного устройства
может быть осуществлено множество независимых частотно-уплотненных функций без необходимости применять отдельные устройства для каждой частоты, как это было ранее.
Особая интерференция придает еще одно важное свойство основанным на интерференции функциям, которые теперь могут быть включены в настоящее изобретение для осуществления частотного уплотнения.
Интерференция по типу Янга включает интерференцию любого типа, создающую соотношения энергии в
составляющих интерференционного изображения, аналогичные полученным в классическом эксперименте с
двумя щелями, независимо от того, интерферометр какого типа применен для их создания. Данные математические соотношения для интерференции по типу Янга определены в нижеследующем рассуждении об особой интерференции, взятом из заявки 08/357 460:
"38. Теоретические основы функционирования.
Заявитель исходит из теоретической посылки, согласно которой амплитуда и интенсивность энергии в
положениях, где имеет место чисто конструктивная интерференция, в которой использована особая интерференция первого типа, могут быть рассчитаны за счет адаптации стандартного способа суммирования амплитуды векторов, который применяется в отношении других интерференционных явлений.
Основная формула расчета интенсивности выведена из закона косинусов и принимает во внимание только два входящих луча.
Указанная формула имеет следующий вид:
A = амплитуда первого пучка.
B = амплитуда второго пучка.
Theta = разность фаз двух пучков.
Интенсивность = I = A2 + B2 + 2AB Cos (Theta)
Общая амплитуда Tci = квадратный корень из I, также как A2 = интенсивность амплитуды A.
В центре зоны конструктивной интерференции (C1) Theta = 0, a Cos (Theta) = + 1. В центре зоны деструктивной интерференции (D1) Theta = 180 градусов, a Cos (Theta) = -1. В результате сумма векторов двух амплитуд в указанных двух положениях является также алгебраической суммой амплитуд.
Оба луча сфазированы в зоне C1, поэтому у суммы такая же фаза. В результате, формула расчета интенсивности C1 выглядит следующим образом:
Ici = A2 + B2 + 2AB = (A + B)2.
Зона D1:
В зоне D1 оба луча несфазированы, поэтому сумма векторов равна разности двух амплитуд с учетом фазы более мощного из двух лучей. Если они одинаковы, алгебраическая сумма равна нулю. Формула расчета
интенсивности D1 имеет следующий вид:
Idi = A2 + B2-2AB = (A-B)2.
Указанные два состояния могут быть рассмотрены в качестве сумм векторов трех различных лучей, обозначенных B1, B2 и U. В зоне D1 B = -B1, поэтому U - это разность между A и B, а A = B + U.
Когда A самоактивирован, амплитуда в первом положении равна сумме векторов B1 и U. Интенсивность
равна (B1 + U)2.
Когда активируется пучок B2, он сочетается с первыми двумя пучками. Поскольку он на 180 градусов
несфазирован с B1 и U, общие значения амплитуды и интенсивности показаны в формуле 1. Положение D1
для всех типов интерференции согласно формуле 1:
T1 = Tdi = B1 + U-B2 = U
I1 = Idi = (B1 + U-B2)2 = U2
методом подстановки также получаем:
I1 = Idi = A2 + B2-2AB = (B + U)2+ B2-2B(B + U) = B2+ 2BU + U2+ B2-2B2-2BU = U2.
Это в точности соответствует ожидавшемуся, поскольку амплитуды складываются алгебраически, а интенсивность равна квадрату амплитуды.
Это указывает на то, что ввод несфазированного пучка меньшей мощности, чем первый пучок, оставляет
амплитуду энергии равной их разности. Если рассмотреть это как сумму трех пучков, два из которых равны
по амплитуде, но имеют противоположный знак, третий пучок будет равен амплитуде энергии, остающейся в
данном положении после суммирования всех трех пучков.
В процессе интерференции происходит перемещение энергии внутри изображения интерференционной
полосы. Соответствующее количество энергии, исчезнувшей из зон D1, появляется в зонах C1. Как было показано выше, когда происходит деструктивная интерференция двух неравных пучков, не вся энергия из зоны
4
BY 4351 C1
D1 перемещается в зоны C1. Остаток в точности равен разности между мощностями двух неравных пучков.
Данный остаток не остается не перемещенным и продолжает поступать в положение D1. Таким образом, остающуюся энергию можно назвать "неотклоненной" энергией, поскольку в результате интерференции она не
была отклонена в зоны C1.
В результате энергию, исчезнувшую из зон D1, можно охарактеризовать как "отклоненную" энергию.
Область интерференционных полос Янга:
в случае с интерференцией по типу Янга амплитуда энергии, поступающей во второе положение, а именно в зону C1 при только одном активизированном пучке, равна A. A может рассматриваться как сумма двух
амплитуд B1 и U.
Снова, когда B2 активизируется, он сочетается с первыми двумя пучками. Поскольку он сфазирован с B1
и U, B = B1 = B2, а общие суммы амплитуд и интенсивности равны значениям, показанным в формуле 2.
Интерференция по типу Янга при любом усилении или насыщении согласно формуле 2:
T2 = Tci = B1 + U + B2 = 2B + U
I2 = Ici = (B1 + U + B2)2 = (2B + U2)
методом подстановки также получаем:
I2 = Ici = A2+ B2+ 2AB = (B + U)2+ B2 + 2B(B + U) =
= B2+ 2BU + U2+B2+ 2B2+ 2BU = 4B2+ 4BU + U2 = (2B + U)2.
Это в точности соответствует ожидавшемуся, поскольку амплитуды складываются алгебраически, а интенсивность равна квадрату амплитуды.
В данном случае интерференции по типу Янга энергия направлена в указанное положение C1, когда активизирован только один пучок. Ее можно рассматривать как состоящую из двух компонентов. Когда второй
пучок активизируется, энергия из зоны D1 отклоняется в зонд C1. Как было показано выше, количество
энергии, введенное в результате интерференции в зону C1, точно равно количеству энергии, удаленному из
зоны D1.
В результате имеются две равные части - B1 и B2. Одна поступает из пучка A, а другая из пучка B. Разность между ними равна U.
В случае как с зоной C1, так и зоной D1 величина U остается неизменной. Она была названа "неотклоненной" энергией. Очевидно, на ее количество не влияет интерференция, происходящая между B1 и B2, даже
в зоне C1.
Если величина U растет и сравнивается с величиной A, величина U падает до нуля в обоих положениях.
Полученное в результате интерференционное изображение становится полностью темным в положении D1, а
интенсивность в положении C1 становится равной 4A2= 4B. Вся энергия способствует созданию интерференционного изображения.
Когда A и B не равны, полученное изображение можно рассматривать как сумму двух изображений. Одно из них - это интерференционное изображение, полученное частями B1 и B2 в картине обычных интерференционных полос. Другое изображение является целостным пятном, контрастность которого в разных
частях не меняется; его амплитуда равна U, а интенсивность - U2.
В результате величина U, являющаяся разностью между мощностями двух неравных пучков, может быть
справедливо названа "неотклоненной" энергией, поскольку она поступает в те же положения и с той же
структурой, как и когда B1 и B2 отключены.
B1 и B2 справедливо называют "отклоненной" энергией, поскольку эта энергия была перераспределена
или "отклонена" с целью получения интерференционного изображения. В данном изображении энергия из
положения D1 отклоняется в положение C1, чтобы сочетаться с равным количеством энергии другого пучка,
которая в любом случае поступит туда при отсутствии интерференции.
При особой интерференции:
Далее мы рассмотрим особую интерференцию. Особая интерференция не оказывает влияние на второе
положение, положение C1, когда только один пучок активизирован. Это происходит, потому что пучки имеют небольшую мощность по сравнению с положением D1 и направлены только в положение D1, а не распределены таким образом, чтобы перекрыть положение, где впоследствии будет происходить
конструктивная интерференция.
Зона D1, имеющая два сфазированных пучка из A с несфазированным пучком B, функционирует точно
так же, как это описано выше.
В зоне C1 в отсутствии интерференции нет энергии. Более важно, что в ней нет "неотклоненной" энергии
(т.е., U = 0).
Когда второй пучок (B2) активизируется, происходит интерференция, создающая интерференционное
изображение, удаляющее энергию из положения D1, (B1-B2), при этом U является остаточной энергией.
Энергия, удаленная из положения D1, отклоняется в положение в виде B1 + B1. Ее интенсивность равна
(B1 + B2)2.
5
BY 4351 C1
Методом подстановки снова получаем:
I2 = Ici = A2+ B2+ 2AB = (B + U)2+ B2+ 2B(B + U) =
= B2+ 2BU + U2+ B2+ 2B2+ 2BU == 4B2+ 4BU + U2= (2B + U)2.
Тем не менее, в данном положении U = 0, устанавливая важное соотношение, раскрытое в формуле 3.
Интерференция первого типа при любом усилении или насыщении согласно формуле 3:
T2 = 2B
I2 = (2B + 0)2 = 4B2.
В результате выведена формула особой интерференции первого типа как для расчета амплитуды, так и
интенсивности.
Общее количество энергии в любом из применений зависит от площади C1 и площади D1, поскольку они
могут быть составлены из множества лучей, вплоть до нескольких тысяч или миллиардов лучей. Вся энергия
может быть растянута, чтобы охватывать большие площади, или сфокусирована на малых площадях. Выходные характеристики будут зависеть от размера, положений и соотношения площади выхода и площади
изображения разделителя составляющих изображения относительно изображения. Энергия других частей
изображения, не являющихся зонами C1 или D1 в чистом виде, также влияет на общее функционирование
изобретения.
Значение данных формул для процесса усиления и ограничения нельзя переоценить. Примером служат
преимущественно постоянный пучок энергии A, направленный в первое положение 1, и пучок B управления
(менее мощный, чем A), создающие интерференционное изображение в первом и втором положениях, при
этом зона D1 расположена в первом положении, а зона C1 - во втором положении.
Интенсивность на выходе равна 4B2, а амплитуда - 2B. Не имеет значения, насколько пучок A мощнее,
чем пучок B в пределах бесперебойной работы оптики или иных параметров, способных физически изменить устройство. Количество отклоненной на выход энергии прямо пропорционально пучку B управления.
Когда пучок управления модулирован по амплитуде, выход также является модулированным по амплитуде, причем его амплитуда вдвое превышает амплитуду пучка управления. Количество энергии в несущей
информацию части выходной формы сигнала удвоилось. В отличие от известного из уровня техники усилителя, в котором применены интерференционные полосы Янга, в настоящем изобретении не создается остаточный выход U, представляющий собой неотклоненную остаточную энергию, которая не оказывает
влияния на интерференционное изображение.
Выход будет усиливаться до тех пор, пока мощность модулированного пучка меньше, чем мощность постоянного пучка. Выходная амплитуда всегда вдвое меньше обоих значений.
Далее рассмотрим, что происходит, когда мощность модулированного пучка управления превышает уровень постоянного пучка энергии. При B>A в любой момент выход будет вдвое меньше обоих значений. Это
аналогично перемене имен пучков в приведенной выше формуле. Поскольку менее мощный пучок всегда
является постоянным, выход будет постоянно составлять 2A вне зависимости от того, насколько сильно модулирован пучок B в пределах, в которых не происходит разрушения или изменения оптического устройства.
Данное состояние называют "насыщением". Происходит отклонение на выход всей энергии из пучка A, которая может быть отклонена.
В результате кривая усиления в соответствии с настоящим изобретением является НЕЛИНЕЙНОЙ. Нелинейная оптика, действующая со скоростью света, способна обеспечить решение многих задач, решить которые в противном случае невозможно. Модулированный сигнал будет ограничен в точке, в которой
мощность обоих входящих пучков равна. Особая интерференция второго типа:
особая интерференция второго типа также может быть рассмотрена как процесс с тремя составляющими
амплитудами. Пучок (A) энергии направлен в положение D1; ни одна его часть не направлена в положение
C1, что аналогично особой интерференции первого типа.
Пучок (B) управления направлен в оба положения. По этой причине интерференция данного типа не создает логический элемент И на единственной ступени; тем не менее она создает отличный усилитель.
Когда пучок управления отключен, I2 = 0, a I1 = B1 + U.
Когда мощность пучка (B) управления меньше мощности преимущественно постоянного пучка (A) энергии, A = B1 + U, а B = B2. Амплитуда в первом положении будет составлять B1 + U. Интерференция второго
типа в режиме усиления согласно формуле 4:
Амплитуда = T2 = B1 + B2 = 2B
Интенсивность = I2 = (B1 + B2)2 = 4B2
Это полностью аналогично случаю особой интерференции первого типа. Различие проявляется, когда
устройство переходит в состояние насыщения. Когда это происходит, неотклоненная энергия (U), количество которой равно B-A (поскольку мощность B больше), не поступает из пучка (A) энергии. В данном случае
остаточная энергия поступает из пучка (B) управления, направленного прямо на выход. В результате выход в
режиме насыщения рассчитывается по формуле 5.
6
BY 4351 C1
Интерференция второго типа в режиме насыщения согласно формуле 5:
Амплитуда = T2 = B1 + B2 + U = 2B + U = 2A + U
Интенсивность = I2 = (B1 + B2 + U)2 = 4A2 + 4AU + U2
Усиление уменьшается, поскольку A является постоянной величиной. Вся доступная энергия пучка (A)
энергии отклонена на выход. Дальнейшее увеличение мощности B приводит только к увеличению размера
U, который не удвоен. При возведении в квадрат, чтобы получить величину интенсивности, коэффициент
4AU указывает на то, что существует определенное взаимодействие с энергией из других частей интерференционного изображения, однако величина U остается постоянной.
В результате особая интерференция второго типа проявляет себя аналогично интерференции первого типа, когда B<A. Тем не менее, когда B>A, ее поведение аналогично интерференционным полосам Янга. Усиление по-прежнему частично, но не полностью ограничено.
Широкополосные и узкополосные устройства.
Для вышеописанных процессов характерна фазовая зависимость. Энергия, удаленная из положения D1,
перераспределяется в положение C1. Но что произойдет, если сигналы поступят в первое положение, имея
какую-либо другую фазу? В таком случае зона C1 будет находиться в каком-либо ином положении, в результате чего фазово-модулированный сигнал будет находиться в псевдодвоичном режиме. Для того, чтобы положение C1 совпадало с положением выхода, входы должны быть в точности несфазированы.
На практике используемая оптика должна быть разработана с учетом размеров длин волн. Действие
большей части оптических устройств основано на усреднении энергии, поступающей из множества точек
пересечения с входным пучком. За счет усреднения энергии из указанного множества точек создается стандартная синусоидная интерференционная полоса.
Если за счет своей конструкции усилитель, включая большое число таких точек, может использовать
принцип усреднения, то он будет иметь широкую полосу пропускания и будет способен действовать, используя большое число входных частот. Выходные положения действуют так, как если бы в одну линию была помещена группа устройств управления, каждое из которых использует отдельную совокупность пучков.
В данном случае выходное отверстие включает большое число положений волн различной длины. При
незначительно различающихся фазах и частотах зона C1, образованная каждой парой входных положений,
будет находиться в незначительно различающихся выходных положениях. Если данные выходные положения окажутся расположенными в площади отверстия, энергия будет поступать на выход. Если это не так, то
энергия поступать не будет.
Современная оптика способна работать на волнах различной длины. Входящие пучки волн различной
длины и выходные отверстия для волн различной длины обусловливают ряд процессов, протекающих в значительной мере отлично от варианта усреднения множества положений. Чем более точной является оптика,
тем более точными должны быть фазы и частоты для того, чтобы зона C1 совпала с выходным отверстием.
Благодаря точности размеров волн различной длины, фазово-модулированный сигнал оказывается на выходе только в том случае, когда фаза в первом положении настолько близка к 180 градусам, чтобы зона C1
совпала с выходным отверстием волн различной длины. Выход аналогового фазово-модулированного сигнала представлял бы собой двоичный выход, который образуется только в том случае, когда оба входа полностью несфазированы.
В случае применения множества частот, только частоты, согласующиеся с геометрией длины волны, будут способны совпадать с выходным отверстием таким образом, чтобы зона C1 располагалась в точке нахождения небольшого отверстия.
В результате каждый способ и каждое устройство должны быть разработаны с учетом создания усилителя требуемого типа. Если в аналоговом входе должен применяться фазовый демодулятор, он должен относится к усредняющему, многопозиционному (широкополосному) типу. Если он должен применяться в
двоичной цепи, то достаточно будет устройства однопозиционного (узкополосного) типа.
С помощью устройств управления размерами длин волны с общим первым положением, но раздельными
выходными положениями возможно обеспечить осуществления ряда сложных процессов; таким образом,
одновременно можно управлять разнообразными сигналами.
Вводя пучки из различных положений и направляя их в общее положение, можно создать частотный разуплотнитель. Каждая отдельная частота создаст свою зону C1 в отдельном выходном положении. Если у
каждого выходного положения будет иметь собственное выходное отверстие в разделителе составляющих
изображения, комплексная группа входящих частот будет выделена в раздельные выходы. Тем временем
произойдет фильтрация всех промежуточных частот, поскольку у таких частот отсутствует выходное отверстие, а также согласующаяся входная частота.
Если пучок управления направлен в общее положение и используется несколько пучков энергии, каждый
из которых имеет собственные частоту и положение, структура может быть такой, что все зоны C1 согласуются, создавая очень точный частотно-избирательный фильтр. У всех частот, согласующихся с пучком энергии, зоны C1 будут расположены в общем выходном отверстии. У остальных частот - нет. Различие между
данным устройством и широкополосным усредняющим устройством заключено в том, что каждая из частот,
7
BY 4351 C1
проходящих через фильтр, должна точно согласовываться с частотой и фазой пучка энергии. При волнах
различной длины фильтры способны обеспечить наилучшую избирательность, которая возможна у любого
известного средства, в особенности на частотах световых волн и короче.
Как следует из приведенного выше рассуждения, суммы векторов когерентной энергии создают большое
разнообразие логических функций, функций усиления и управления пучком энергии, когда данные сочетания векторов выделены из различных частей интерференционного изображения разделителем составляющих
изображения. То, как получают данные сочетания векторов с использованием интерференции любого типа,
зависит от оптики, примененной для создания интерференции и от соотношений фаз и амплитуд в когерентных входящих пучках. Следовательно, множество приведенных здесь ссылок на "конструктивную интерференцию" и "деструктивную интерференцию" могут относится к любым возможным сочетаниям векторов
энергии внутри интерференционного изображения, независимо от того, является сумма векторов максимальной, минимальной или какой-либо промежуточной. Термин "конструктивная интерференция" может обозначать любую сумму векторов, превышающую простой результат сложения величин интенсивности или
равную ей. Термин "деструктивная интерференция" может обозначать любую сумму векторов, которая является меньше, чем простой результат сложения величин интенсивности. Тем не менее в случае с соотношением фаз данные термины относятся к минимальным и максимальным сумма v там, где такое соотношение фаз
существует.
В заявке 08/357 460 и патенте 5093802 объяснено, как указанные функции управления пучком энергии,
усиления и логические функции осуществляются с использованием когерентной энергии с одной частотой. В
целом такие устройства и процессы, обеспечивающие основанные на эффекте интерференции функции, называют "фотонными транзисторами", поскольку они способны использовать фотоны для решения задач, ранее решавшихся электронными транзисторами.
Настоящее изобретение дополнено основным принципом частотного уплотнения с целью обеспечить одновременное осуществление всех основанных на эффекте интерференции функций отдельных фотонных
транзисторов на отдельных частотно-уплотненных каналах внутри одного устройства. В результате устройства с одним каналом могут быть соединены с частотно-уплотненными устройствами, а частотноуплотненные устройства могут быть включены в ту же организационную структуру, что и устройства с одним каналом. Преимущество настоящего изобретения заключено в том, что операции с отдельными компонентами теперь осуществляются на многоканальной основе с использованием одного комплекта оптики.
Важная составная часть физических основ, на которых базируется частотное уплотнение, была впервые
продемонстрирована в 19-м веке, когда свет с несколькими спектральными линиями был пропущен сначала
через эталон Фабри-Перо, а затем - через призму. Эталон создал композитное многочастотное интерференционное изображение. При последующем частотном разнесении с помощью призмы композитное изображение было выделено в совокупность отдельных интерференционных полос, по одной полосе на каждую длину
волны. Когда входная щель была значительно сужена, призма выделяла небольшие части каждой полосы.
Этот процесс применяют сегодня для точного определения относительных длин волн нескольких спектральных линий. Описание данного процесса можно найти в большом количестве материалов по основам
оптики, включая "Основы оптики", (авторы Френсис А. Дженкинс и Харви Е. Уайт, 1976, издательство
"Макгроу-Хилл"). В указанном описании процесса и сопровождающих его фотографиях заявитель отметил
ряд черт его осуществления, выходящих далеко за рамки рассматриваемой темы и, очевидно, не раскрытых
или не понятых до настоящего времени ни одним научным изданием. Конкретно, несмотря на тот факт, что
множество интерференционных полос были созданы эталоном одновременно, выделенные изображения не
были искажены в силу наличия интерференции между волнами других длин. Это указывает на то, что любые
изменения, которые могут произойти на одной длине волны, не отразятся на изображениях, созданных на
других длинах волн.
Заявитель также отметил, что эталоны имеют только один оптический вход, в отличие от фотонных транзисторов, для которых требуется два или более входов, чтобы иметь возможность использовать различные
сочетания входных сигналов для создания различных сочетаний интерференционных изображений, которые
затем могут быть выделены для создания различных функций на выходе.
В результате сочетания в настоящем изобретении способности амплитудно-модулированных пучков создавать независимые, но наложенные интерференционные изображения с функциями фотонных транзисторов
были обеспечены частотно-уплотненная логическая схема, усиление и управление пучком энергии.
Определяя положение входящих пучков относительно выходного положения(-ий), одночастотные входные сигналы обеспечивают функции усиления, управления энергией и логическую схему. В настоящем изобретении в качестве входа применены многочастотные каналы. Информация уплотняется в отдельные
каналы вне изобретения. Применяется широкополосная оптика, в результате чего вся полоса спектра уплотненной информации может пройти на выход после того, как она была выделена из определенных положений, выбранных внутри отдельных интерференционных изображений.
В то время как в процессе работы заявителя над исходным патентом 5093802 ("Фотонный транзистор")
казалось, что следует предусмотреть каким-то образом, чтобы в изобретении были использованы волны
8
BY 4351 C1
множества длин, отсутствовало фундаментальное средство для осуществления этого. Только после приложения значительных усилий и проведения исследований был определен физический механизм, необходимый
для осуществления частотного уплотнения. Лишь после этого стало ясно, что отдельные интерференционные
изображения создаются для каждой длины волны канала и что потребуется широкополосная оптика, поскольку зоны C1 и D1 отдельных интерференционных изображений в целом не расположены точно в одном
месте.
Точные частоты, использованные для каждого канала, должны быть выбраны таким образом, чтобы любые промежуточные частоты, получаемые в результате смешения входных сигналов, не вызывали перекрестных помех в других каналах. После правильного выбора частот, интерференционные изображения,
созданные отдельными частотами, действуют отдельно друг от друга даже несмотря на то, что они в целом
расположены в одном месте, а их выходы расположены в общем выходном положении(-ях) внутри разделителя составляющих изображения.
Каждый канал частотно-уплотненного выходного сигнала ведет себя так же, как это описано выше в отношении одночастотного устройства, за исключением того, что теперь в одном оптическом устройстве одновременно осуществляется множество операций. Таким образом, в настоящем изобретении обеспечены
частотно-уплотненная логическая схема, управление пучком энергии и усиление без разуплотнения сигналов
в отдельных устройствах обработки.
Сочетание совокупностей пучков голографических изображений с частотным уплотнением активных
функций обеспечивает эффективное средство и способ осуществления функций частотно-уплотненной логической схемы, усиления и управления пучком энергии, включающий следующие стадии:
1 создание первого частотно-уплотненного входного сигнала, включающего первую совокупность пучков, состоящую из по меньшей мере одного пучка с по меньшей мере одной длиной волны, модулированной
кодированной информацией, и по меньшей мере одну вторую совокупность пучков, состоящую из по меньшей мере одного пучка с по меньшей мере еще одной длиной волны, модулированной кодированной информацией;
2 создание второго частотно-уплотненного входного сигнала, включающего третью совокупность пучков,
состоящую из по меньшей мере одного пучка с указанной по меньшей мере одной длиной волны, модулированной кодированной информацией, и по меньшей мере одну четвертую совокупность пучков, состоящую из
по меньшей мере одного пучка с указанной по меньшей мере еще одной длиной волны, модулированной кодированной информацией;
3 создание первого интерференционного изображения с помощью указанных первой и третьей совокупностей пучков, и по меньшей мере еще одного интерференционного изображения с помощью указанных
второй и четвертой совокупностей пучков; и
4 выделение энергии из по меньшей мере одного положения в указанном первом интерференционном
изображении и по меньшей мере одного положения в указанном по меньшей мере еще одном интерференционном изображении с целью обеспечения по меньшей мере одного выходного сигнала, содержащего энергию на указанной по меньшей мере одной длине волны и указанной по меньшей мере еще одной длине
волны, в котором указанные функции основаны на конструктивной и деструктивной интерференции в указанном по меньшей мере одном положении.
Термин "модуляция" в значении, примененном в настоящей заявке, включает состояния непрерывного
включения или непрерывного выключения, поскольку такие состояния являются действующими состояниями двоичной логической схемы.
Первая и третья совокупности пучков с одинаковой длиной волны составляют минимум из двух входов
для одного канала. Разделитель составляющих изображения выделяет первое интерференционное изображение из "по меньшей мере одного положения", обеспечивая "по меньшей мере один выход".
Вторая и четвертая совокупности пучков с одинаковой длиной волны составляют минимум из двух входов для другого канала. Энергия из по меньшей мере еще одного интерференционного изображения на "по
меньшей мере еще одной длине волны" также выделяется из "по меньшей мере одного положения" в "по
меньшей мере один выход".
Очевидно, что данное основное средство и способ могут быть применены во множестве каналов со множеством входов для совокупностей пучков, в результате чего создается множество выходов из множества
положений в множестве полученных изображений. Фактически каналы могут быть уплотнены очень широкой частью электромагнитного спектра, чтобы обеспечить частотно-уплотненные функции, содержащие тысячи независимых, одновременных функций. Такие устройства ограничены только способностью
проектировщика структурировать, ориентировать и создавать широкополосную оптику, способную соответствующим образом совместить множество интерференционных изображений с выходными положениями
разделителей составляющих изображения.
За счет использования основного изобретения на одном канале может быть осуществлена функция усиления путем:
9
BY 4351 C1
1 расположения первого интерференционного изображения таким образом, что конструктивная интерференция происходит в указанном первом интерференционном изображении в указанном по меньшей мере одном положении, и
2 поддержания у указанной первой совокупности пучков преимущественно постоянного уровня выше нуля, за
счет чего путем создания выхода на указанной по меньшей мере одной длине волны, содержащей энергию
как модулированной третьей совокупности пучков, так и первой совокупности пучков с постоянным уровнем, обеспечивается усиление на указанной по меньшей мере одной длине волны.
Усиление может быть затем осуществлено на любом из каналов путем проведения соответствующей модуляции входных сигналов данного канала и выделения энергии для данного канала из положения C1 внутри
интерференционного изображения.
Все логические функции могут быть осуществлены на любом канале путем проведения модуляции входных каналов цифровой информацией и затем выделения выхода из одного или нескольких положений в соответствующем интерференционном изображении с целью выполнения требуемой логической функции.
В этом случае первая и третья совокупности пучков модулированы цифровой информацией, за счет чего
обеспечивается частотно-уплотненная цифровая логическая схема, основанная на эффекте конструктивной и
деструктивной интерференции внутри указанного интерференционного изображения на указанной по меньшей мере одной длине волны.
Что касается остальных каналов, вторая и четвертая совокупности пучков аналогичным образом модулированы цифровой информацией, за счет чего обеспечивается указанная частотно-уплотненная цифровая логическая схема, основанная на эффекте конструктивной и деструктивной интерференции внутри указанного
по меньшей мере еще одного интерференционного изображения на указанной по меньшей мере еще одной
длине волны одновременно и независимо от указанной частотно-уплотненной логической схемы, основанной на эффекте конструктивной и деструктивной интерференции внутри указанного первого интерференционного изображения на указанной по меньшей мере одной длине волны.
В настоящем изобретении обеспечено частотно-уплотненное управление пучком с использованием функций, основанных на эффекте интерференции.
В настоящем изобретении также обеспечено частотно-уплотненное усиление с использованием функций,
основанных на эффекте интерференции.
В настоящем изобретении дополнительно обеспечено частотно-уплотненная булева логическая схема с
использованием функций, основанных на эффекте интерференции.
В настоящем изобретении также обеспечены частотно-уплотненные, основанные на эффекте интерференции функции, включая булеву логическую схему, усиление и управление пучком энергии.
Вышеназванные преимущества настоящего изобретения станут более ясными после изучения чертежей,
следующего ниже описания чертежей, лучшего способа(-ов) осуществления изобретения и пунктов формулы
изобретения.
Краткое описание чертежей.
На фиг. 1 представлен рабочий вид, на котором показано действие элементарного частотно-уплотненного
устройства управления пучком энергии.
На фиг. 2 показан спектральный график с использованием векторов, иллюстрирующий и анализирующий
действие устройства согласно фиг. 1 и 3.
На фиг. 3 представлен рабочий вид, иллюстрирующий действие одного из вариантов осуществления частотно-уплотненного устройства управления пучком энергии, в котором использована голографическая оптика.
Обращаем внимание на то, что для облегчения понимания углы, размеры и пропорции пучков увеличены.
Лучший способ(-ы) осуществления изобретения
Фиг. 1 представляет собой вид в перспективе, на котором показан элементарный вариант осуществления
настоящего изобретения. Энергия первого частотно-уплотненного входного сигнала (10) наложена на энергию второго частотно-уплотненного входного сигнала (11) и на разделитель (15) составляющих изображения.
Частотно-уплотненный входной сигнал (10) включает множество каналов волн различной длины, включая первую совокупность пучков, содержащую энергию с по меньшей мере одной длиной волны, и по меньшей мере еще один канал, содержащий энергию с по меньшей мере еще одной длиной волны. Очевидно, что
у любого из дополнительных каналов будут иметься совокупности пучков несущих с другими дополнительными длинами волн.
Поскольку волны со множеством длин также могут быть модулированы той же информацией, указано, что
первая совокупность пучков содержит энергию с "по меньшей мере одной длиной волны".
Частотно-уплотненный входной сигнал (11) также включает множество каналов волн различной длины,
включая третью совокупность пучков, содержащую энергию с той же длиной волны, что и названная выше
первая совокупность пучков, а четвертая совокупность пучков содержит энергию с той длиной волны, что и
названная выше вторая совокупность пучков.
10
BY 4351 C1
Каждый частотно-уплотненный канал в каждом частотно-уплотненном сигнале модулирован отдельно
информацией, служащей для управления функциями, основанными на эффекте интерференции.
Интерференция между входными сигналами (10) и (11) создает наложенные интерференционные изображения (12) и (13). Интерференционное изображение (12) создано совокупностями пучков, обозначенными на
фиг. 2 позициями (24) и (25), а по меньшей мере еще одно интерференционное изображение (13) создано совокупностями пучков, обозначенными на фиг. 2 позициями (28) и (29). Совокупности (24), (25), (28) и (29)
пучков показаны на фиг. 2 в виде векторов. Они не показаны на фиг. 1 и 3 в виде отдельных объектов, поскольку каждая из них образована множеством отдельных пучков.
Заштрихованная по диагонали область (12) обозначает ту часть первого интерференционного изображения,
которая должна быть выделена в по меньшей мере один выход (17). Заштрихованная по диагонали область (13)
обозначает ту часть по меньшей мере еще одного интерференционного изображения, которая также должна
быть выделена в по меньшей мере один выход (17).
Заштрихованная по диагонали область (16) обозначает зону наложения обоих изображений, которые
должны быть выделены в по меньшей мере один выход (17).
Разделитель (15) составляющих изображения в данном случае представляет собой маску с отверстием
(14). Благодаря
своему расположению и ориентации относительно изображений, отверстие (14) пропускает энергию из
соответствующих составляющих частей изображения на выход (17).
На фиг. 2 показан спектральный график более сложного устройства согласно изобретению. Спектры (20),
(21) и (22) представляют частотно-уплотненные входные сигналы. Спектр (23) представляет частотноуплотненный выходной сигнал. Каждый из векторов амплитуды, расположенных у каждой горизонтальной
линии, представляет отдельный частотный канал. Векторы различных входных и выходных сигналов образуют собой вертикальную линию. (Фазовые углы не показаны).
Например векторы (24), (25) и (26) представляют входной сигнал фиолетового излучения. Они объединяются, образуя фиолетовое интерференционное изображение. Выделенный выходной сигнал фиолетового
излучения представлен вектором (27). Это образует канал фиолетового излучения. Аналогичным образом
показаны векторы (28), (29), (30) и (31) канала синего излучения, векторы (32), (33), (34) и (35) канала желтого излучения, векторы (36), (37), (38) и (39) канала оранжевого излучения, векторы (40), (41), (42) и (43)
канала красного излучения и, наконец, векторы (44), (45), (46) и (47) канала инфракрасного излучения. Очевидно, что, если бы надо было использовать передаваемое по каналу видимое излучение, имелось бы гораздо
больше независимых каналов, чем можно показать на простой иллюстрации.
Если рассмотреть фиг. 1 и 2 вместе, частотно-уплотненный входной сигнал (10) содержит канальный динамический входной спектр, который на данный момент подобен спектру (20). Спектр частотноуплотненного входного сигнала (11) на тот же момент подобен спектру (21). Поскольку на фиг 1 показано
устройство с двумя входами, спектр (22) не используется.
Каждый канал, представленный векторами, например (24) и (25), имеет собственное интерференционное
изображение (12), созданное общей широкополосной оптикой (не показана), а его выходной сигнал выделен
из указанного изображения. Каждый канал функционирует независимо, создавая выходной сигнал с заданной направленностью, представляющий собой сумму векторов его векторных входных сигналов для всех положений внутри отверстия (14) в разделителе (15) составляющих изображения.
На фиг. 3 показано более сложное устройство с использованием голограммной оптики. Данная иллюстрация может быть использована для отображения нескольких типов входных спектров. Частотноуплотненные входные сигналы обозначены позициями (50), (51), (52) и (53). Поскольку в число возможных
модуляционных сочетаний входит такое, при котором все каналы за исключением одного отключены, данные входные сигналы могут быть также монохромными или квазимонохромными. Квазимонохромный входной
сигнал обычно имеет несколько близко расположенных частотных линий, модулированных одной и той же
информацией.
Один из наиболее подходящих способ осуществления настоящего изобретения включает использование
голограмм, созданных компьютером. Голограммы (54), (55), (56) и (57) могут представлять собой отдельные
голограммы или под голограммы, входящие в состав более крупной голограммы. Отслеживая по одному каналу за один раз, можно понять, как каждый сигнал функционирует независимо и как он затем взаимосвязывается с остальными каналами в конкретной оптической конструкции. Сначала мы отследим канал
фиолетового излучения с выходом (27).
Энергия частотно-уплотненного входного сигнала (50) согласуется со спектром (20) и направлена на голограмму (54). Каждый элемент изображения (60), (61) и (62) регулирует фазу, направление и другие свойства энергии, поступающей в данный элемент изображения, как если бы голограмма в данном положении
являлась небольшой совокупностью оптических элементов. Данные элементы могут быть определены программой ЭВМ, и они могут создавать соответствующие интерференционные изображения.
11
BY 4351 C1
Стрелки, отходящие от элементов (60), (61) и (62), обозначают часть совокупности пучка, соответствующую конкретному рассматриваемому каналу (длине волны). Полная совокупность пучков включает всю
энергию всех элементов голограммы (54), поскольку они передают фиолетовое излучение.
Голограмма (54) рассчитана обеспечивать такое согласование оптических элементов, соразмерных с элементами изображения, чтобы энергия из входного сигнала (50) направлялась в разделитель (72) составляющих изображения. Там формируется изображение канала фиолетового излучения, а именно изображение
(73).
Для осуществления управления энергией, усиления и/или логической схемы необходимы по меньшей мере два входных сигнала. Частотно-уплотненный входной сигнал (51), согласующийся со спектром (21), направлен элементами изображения, например (66), (67) и (68) в голограмму (55), в результате чего их энергия
и модуляционные характеристики передаются в изображение (73). Совокупность пучков фиолетового излучения, поступающих из голограммы (55), содержит всю энергию всех передающих фиолетовое излучение элементов изображения голограммы (55), при этом каждый передающий элемент изображения обеспечивает
один пучок в совокупности пучков. Поскольку канал фиолетового излучения частотно-уплотенного входного
сигнала (51) модулирован в целом, все слабые пучки фиолетового излучения, поступающие из голограммы
(55), также модулированы той же информацией (25). Тем не менее, канал фиолетового излучения частотноуплотненного входного сигнала (50) модулирован другой информацией (24), что, в свою очередь, приводит к
тому, что все слабые пучки фиолетового излучения, поступающие из голограммы (55), модулируются общей
информацией.
Частотно-уплотненный входной сигнал (52) модулирован информацией (22) и направлен голограммой
(56), образованной элементами изображения, например (69), (70) и (71). Все три модуляционных характеристики частотно-модулированных входных сигналов (50), (51) и (52) затем объединяются, образуя динамическое интерференционное изображение (73).
Изображение (73) включает составляющие C1 и D1, меняющие свое положение с изменением входных
амплитуд и фаз волны данной длины, передающей фиолетовое излучение. Таким образом, энергия волны
данной длины изменяется в зависимости от моментальных входных векторов (24), (25) и (26) различных
входных сигналов.
Осуществляемые функции также зависят от положения(-и), из которого выделяют энергию внутри изображения канала. Для выделения и направления энергии в общий выходной сигнал (78) в месте расположения
элементов (76) и (77) изображения могут быть использованы соразмерные с элементами изображения отражатели. Выходной сигнал (78) будет содержать сумму векторов энергии, поступающей в положения (76) и
(77), которая представляет собой сумму векторов энергии в изображении (73), поступающей из частотноуплотненных входных сигналов (50), (51) и (52), направленных голограммами (54), (55) и (56). Таким образом, выходной сигнал (78) является полностью поддающимся расчету производным частотно-уплотненных
входных сигналов.
Частотно-уплотненный входной сигнал (53) является примером одного из множества других возможных
входных сигналов, которые могут быть дополнительно использованы. Как и остальные сигналы, он также
имеет создающую интерференцию голограмму (57) и элементы изображения, например, (63), (64) и (65), а
также собственную совокупность входных каналов с заданной направленностью.
Если любой из частотно-уплотненных входных сигналов с (50) по (53) содержит энергию передающего
фиолетовое излучение канала, такой входной сигнал будет оказывать воздействие на выход (78) канала с
данной длиной волны. В нем будут содержаться все суммы векторов в сочетании с устройством формирования изображений любой сложности, созданным объединяющими пучки голограммами с (54) по (57). Такие
сочетания векторов, выбранных из сложного изображения фиолетового излучения, создает различные отдельные, основанные на эффекте интерференции функции, которые осуществляются на данном канале. То
же самое относится к любому из остальных каналов.
Далее мы можем рассмотреть другой канал, например канал синего излучения с моментальными входными векторами (28), (29) и (30), создающий выходной вектор (31) в по меньшей мере одном положении
внутри изображения (75) синего излучения.
В этом случае имеются три входных сигнала, содержащих синюю составляющую: частотно-уплотненные
входные сигналы (50), (51) и (52). Те же самые элементы изображения, которые направляют фиолетовое излучение, могут направлять или не направлять синее излучение. В итоге один из возможных элементов изображения мог бы представлять собой узкополосный фильтр, пропускающий только узкий диапазон каналов.
Тем не менее все элементы изображения, передающие синее излучение, например (60) и (61), образуют совокупность пучков синего излучения из частотно- уплотненного входного сигнала (50). Частотно-уплотненные
входные сигналы с (51) и (52) также имеют соответствующие совокупности пучков синего излучения, показанные стрелками, отходящими от элементов изображения (66), (67) и (68) и (69), (70) и (71) соответственно.
Как и в случае с каналом фиолетового излучения, канал синего излучения независимо модулирован кодированной информацией; однако, каждый слабый пучок элемента изображения в каждой совокупности входящих пучков модулирован одной и той же информацией. В результате меняющиеся модуляционные
12
BY 4351 C1
характеристики в интерференционном изображении (75) синего излучения меняют места положений C1 и D1
внутри изображения, а управление формой изображения и его соотношением с изображениями других каналов осуществляется путем изменения положения, ориентации и типа оптических элементов в каждом элементе изображения и их соотношения с остальными оптическими элементами внутри той же голограммы и
разделителя составляющих изображения.
Необходимо рассмотреть элементы (76) и (77) разделения выходного изображения. Если проследить за
контурами каждого изображения, видно, что элемент (77) выходного изображения расположен внутри изображения (75) синего излучения, а элемент (76) выходного изображения не расположен внутри изображения синего излучения. Таким образом, элемент (77) выходного изображения влияет на выход синего излучения в
положении (78), а элемент (76) не влияет.
Канал красного излучения, показанный на фиг. 2 векторами (40), (41) и (42), вводится по частотноуплотненным сигналам (50), (51) и (52), в результате чего поступающие из голограмм (54), (55) и (56) совокупности пучков красного излучения образуют изображение (74) красного излучения. В этом случае элемент
(76) выходного изображения влияет на выход (78), а элемент (77) не влияет.
Интерференция представляет собой зависимое от длин волн явление. В результате изображения каналов
имеют тенденцию быть пространственно отрегулированными относительно друг друга. Это означает, что
одни части изображений наложены друг на друга, а другие части - нет. Оптические элементы изображения,
способные образовывать разделитель (72) составляющих изображения являются стационарными, поэтому
амплитуда и фаза любого светового излучения, поступающего на выход (78), зависит от положения изображений относительно элементов выходного изображения, от того, какая часть изображений - C1, D1 или промежуточная - оказывается в указанных выходных положениях, и как фаза, направление и другие параметры
энергии в каждом выделяющем энергию элементе изображения обработаны оптикой выходных элементов
изображения.
Производя расчеты изображений, созданных матрицей оптических элементов изображения, программа
ЭВМ способна определить форму выходных сигналов, которые будут получены из различных модуляционных характеристик внутри каждого канала и за счет этого оптимальное устройство оптических элементов
изображения, необходимых в голограммах для создания оптимальной совокупности изображений каналов.
Оптимальный комплект элементов выходного изображения может быть рассчитан тем же способом, в результате чего будут получены требуемые частотно-уплотненные выходные сигналы.
Еще один пример выходного сигнала показан с помощью трех стратегически размещенных отверстий
(79), (80) и (81) в разделителе (72) составляющих изображения. Эти отверстия могут быть соразмерны с элементами изображения или, как показано, иметь большие размеры, каждое вмещая несколько элементов изображения. Подобно зеркалу в элементе (76) выходного изображения, данные отверстия могут включать
оптические элементы, служащие для согласования выделенной из каждого положения энергии, когда она
суммируется на выходе (82). Такие оптические элементы могут включать линзы, зеркала, фазовращатели,
фильтры или любой другой оптический элемент или группу оптических элементов, помещенных и ориентированных таким образом, чтобы направлять энергию на выход (82).
При практическом осуществлении настоящего изобретения может быть использовано любое число частотно-уплотненных входных сигналов, находящееся в пределах физических возможностей оптических приборов, управляющих пучками. Единственным реальным ограничением на число каналов является
характеристика полосы пропускания примененной оптики. Таким образом, в информации, частотноуплотненной во входящем и выходящем пучках, может быть осуществлено большое число функций управления пучком энергии, усиления и логических функций. В результате настоящее изобретение может быть изготовлено с применением общего комплекта оптики или голограмм, включая созданные компьютером
голограммы.
Несмотря на то, что в изложенном выше описании настоящего изобретения раскрыты конкретные устройства, средства и способы осуществления настоящего изобретения, и поскольку конкретные усовершенствования и модификации окажутся очевидными для специалистов в области вычислительной техники,
оптических устройств и аналогичных областях, заявитель не намерен ограничивать их ничем из содержащего в описании, за исключением следующих ниже пунктов формулы изобретения.
1. Способ управления пучком энергии, осуществляющий функции частотно-уплотненной логической
схемы, усиления и управления пучком энергии, включающий следующие стадии: создание первого частотноуплотненного входного сигнала, включающего первую совокупность пучков, состоящую из по меньшей мере одного пучка с по меньшей мере одной длиной волны, модулированной информацией, и по меньшей мере
одну вторую совокупность пучков, состоящую из по меньшей мере одного пучка с по меньшей мере еще одной длиной волны, модулированной информацией, создание второго частотно-уплотненного входного сигнала, включающего третью совокупность пучков, состоящую из по меньшей мере одного пучка с указанной
по меньшей мере одной длиной волны, модулированной информацией, и по меньшей мере одну четвертую
13
BY 4351 C1
совокупность пучков, состоящую из по меньшей мере одного пучка с указанной по меньшей мере еще одной
длиной волны, модулированной информацией, создание первого интерференционного изображения с помощью указанных первой и третьей совокупностей пучков и по меньшей мере еще одного интерференционного
изображения с помощью указанных второй и четвертой совокупностей пучков и выделение энергии из по
меньшей мере одного положения в указанном первом интерференционном изображении и по меньшей мере
одного положения в указанном по меньшей мере еще одном интерференционном изображении с целью
обеспечения по меньшей мере одного выходного сигнала, содержащего энергию на указанной по меньшей
мере одной длине волны и указанной по меньшей мере еще одной длине волны, в котором указанные функции основаны на конструктивной и деструктивной интерференции в пределах указанных зон интерференции.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что конструктивная интерференция происходит в указанном по
меньшей мере одном положении внутри указанного первого интерференционного изображения, и осуществляют поддержание указанной первой совокупности пучков на преимущественно постоянном уровне выше
нуля, за счет чего на указанной по меньшей мере одной длине волны обеспечивается усиление.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что указанная информация, с помощью которой модулированы
указанные первая и третья совокупности пучков, является цифровой информацией, за счет чего обеспечивается частотно-уплотненная цифровая логическая схема, основанная на конструктивной и деструктивной интерференции внутри указанного первого интерференционного изображения на указанной по меньшей мере
одной длине волны.
4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что указанная информация, с помощью которой модулированы указанные вторая и четвертая совокупности пучков, является цифровой информацией, за счет чего обеспечивается
частотно-уплотненная цифровая логическая схема, основанная на конструктивной и деструктивной интерференции внутри указанного по меньшей мере еще одного интерференционного изображения на указанной по
меньшей мере еще одной длине волны одновременно и независимо от указанной частотно-уплотненной логической схемы, основанной на эффекте конструктивной и деструктивной интерференции внутри указанного
первого интерференционного изображения на указанной по меньшей мере одной длине волны.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что указанный по меньшей мере один выходной сигнал берут из
множества положений внутри указанных интерференционных изображений, и осуществляют обработку выделенной энергии с использованием по меньшей мере одного оптического элемента в каждом из указанного
множества положений с целью согласования энергии из каждого из множества положений, когда она направлена в указанный по меньшей мере один выходной сигнал.
6. Устройство частотного уплотнения, включающее первый частотно-уплотненный вход, включающий
первую совокупность пучков, состоящую из по меньшей мере одного пучка с по меньшей мере одной длиной волны, модулированной информацией, и по меньшей мере одну вторую совокупность пучков, состоящую из по меньшей мере одного пучка с по меньшей мере еще одной длиной волны, модулированной
информацией, второй частотно-уплотненный вход сигнала, включающий третью совокупность пучков, состоящую из по меньшей мере одного пучка с указанной по меньшей мере одной длиной волны, модулированной информацией, и по меньшей мере одну четвертую совокупность пучков, состоящую из по меньшей
мере одного пучка с указанной по меньшей мере еще одной длиной волны, модулированной информацией,
направляющее средство, служащее для направления указанных первой, второй, третьей и четвертой совокупностей пучков с целью создания первого интерференционного изображения с помощью указанных первой и третьей совокупностей пучков, и по меньшей мере еще одного интерференционного изображения с
помощью указанных второй и четвертой совокупностей пучков, и средство разделения составляющих изображения, служащее для выделения энергии из по меньшей мере одного положения в указанном первом интерференционном изображении и по меньшей мере одного положения в указанном по меньшей мере еще
одном интерференционном изображении с целью обеспечения по меньшей мере одного выходного сигнала,
содержащего энергию на указанной по меньшей мере одной длине волны и указанной по меньшей мере еще
одной длине волны.
7. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что указанное направляющее средство расположено и ориентировано таким образом, что конструктивная интерференция происходит в указанном по меньшей мере одном
положении внутри указанного интерференционного изображения, и дополнительно содержит средство поддержания указанной первой совокупности пучков на преимущественно постоянном уровне выше нуля, за
счет чего на указанной по меньшей мере одной длине волны обеспечивается усиление.
8. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что указанная информация, с помощью которой модулированы указанные первая и третья совокупности пучков, является цифровой информацией, за счет чего обеспечивается частотно-уплотненная цифровая логическая схема, основанная на конструктивной и деструктивной
интерференции внутри указанного первого интерференционного изображения на указанной по меньшей мере одной длине волны.
9. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что указанная информация, с помощью которой модулированы указанные вторая и четвертая совокупности пучков, является цифровой информацией, за счет чего обеспечивается частотно-уплотненная цифровая логическая схема, основанная на конструктивной и
14
BY 4351 C1
деструктивной интерференции внутри указанного по меньшей мере еще одного интерференционного изображения на указанной по меньшей мере еще одной длине волны одновременно и независимо от указанной
частотно-уплотненной логической схемы, основанной на эффекте конструктивной и деструктивной интерференции внутри указанного первого интерференционного изображения на указанной по меньшей мере одной длине волны.
10. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что указанный по меньшей мере один выходной сигнал берут
из множества положений внутри указанных интерференционных изображений, и осуществляют обработку
выделенной энергии с использованием по меньшей мере одного оптического элемента в каждом из указанного множества положений с целью согласования энергии из каждого из множества положений, когда она
направлена в указанный по меньшей мере один выходной сигнал.
Фиг. 2
Фиг. 3
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.
15
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
301 Кб
Теги
by4351, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа