RU2706454C1 - Optical analogue-to-digital converter - Google Patents

Optical analogue-to-digital converter Download PDF

Info

Publication number
RU2706454C1
RU2706454C1 RU2018145745A RU2018145745A RU2706454C1 RU 2706454 C1 RU2706454 C1 RU 2706454C1 RU 2018145745 A RU2018145745 A RU 2018145745A RU 2018145745 A RU2018145745 A RU 2018145745A RU 2706454 C1 RU2706454 C1 RU 2706454C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
optical
output
input
outputs
inputs
Prior art date
Application number
RU2018145745A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Анатольевич Манин
Тимофей Александрович Чадов
Владислав Валерьевич Каменский
Сергей Викторович Соколов
Original Assignee
Ордена трудового Красного Знамени федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский технический университет связи и информатики" (МТУСИ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ордена трудового Красного Знамени федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский технический университет связи и информатики" (МТУСИ) filed Critical Ордена трудового Красного Знамени федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский технический университет связи и информатики" (МТУСИ)
Priority to RU2018145745A priority Critical patent/RU2706454C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2706454C1 publication Critical patent/RU2706454C1/en

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
    • G02F7/00—Optical analogue/digital converters

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)

Abstract

FIELD: computer equipment.
SUBSTANCE: invention relates to specialized computer engineering and can be used in designing high-speed information processing devices and computer equipment. Disclosed optical analogue-to-digital converter includes a coherent radiation source, (K=M+1)-output optical splitter, M optical transparencies (M=2N-1, N – digit capacity of converter), M optical Y-couplers, M optical bistable elements (OBE) of the first group, M OBE of the second group, electrooptical amplitude modulator, optical phase modulator, M-output optical splitter, M N-output optical splitters, N M-input optical couplers, N photodetectors. Output of the coherent radiation source is connected to the input of the K-output optical splitter, the outputs of which from the first to the M-th are connected to the inputs of like reflections whose outputs are connected to the first inputs of the same M optical Y-couplers, and (M+1)-th output of K-output optical splitter is connected to information input of electrooptic amplitude modulator, control input of which is input of device, and output is connected to input of optical phase modulator, output of which is connected to input of M-output optical splitter, which outputs are connected to second inputs of like M optical Y-couplers, outputs of the latter are connected to inputs of the same OBEs of the first group, the first outputs of which are connected to the inputs of the corresponding OBE of the second group. Second outputs of OBE of the first group and first OBE outputs of the second group are absorbing, and second outputs of OBE of the second group are connected to inputs of M of corresponding N-output optical splitters, outputs of which are connected to inputs of N M-input optical couplers such that in the presence of an optical signal at the input of the i-th N-output optical splitter, all N outputs of the M-input optical couplers form a position binary code of the number "i" due to presence/absence of corresponding links between optical branching of N-output optical splitter and optical branches of M-input optical couplers (certain optical branches of N-output optical splitters are absorbing/non-existent), and outputs of N M-input optical couplers are connected to inputs of like photodetectors, outputs of which are N-bit output of device.
EFFECT: faster conversion of the electrical analogue signals into a position binary code.
1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к специализированной вычислительной технике и может быть использовано при создании быстродействующих устройств обработки информации и вычислительной техники.The invention relates to specialized computing and can be used to create high-speed information processing devices and computers.

Известны различные аналого-цифровые преобразователи (АЦП), обеспечивающие преобразование аналогового сигнала в двоичный код, построенные на основе использования электронных функциональных элементов [У. Титце, К. Шенк. Полупроводниковая схемотехника. - М: Мир, 1983]. Недостатками данных АЦП являются низкое быстродействие, уменьшающееся с ростом разрядности АЦП, и большая сложность.There are various analog-to-digital converters (ADCs) that provide the conversion of an analog signal into a binary code, based on the use of electronic functional elements [U. Titz, C. Schenck. Semiconductor circuitry. - M: Mir, 1983]. The disadvantages of these ADCs are low speed, decreasing with increasing ADC capacity, and greater complexity.

Также известны АЦП на основе волноводных модуляторов типа Маха-Цендера [Семенов А.С. и др. Интегральная оптика для систем передачи и обработки информации. - /М.: Радио и связь, 1990. - 176 с., рис. 7, 6], содержащие оптический бистабильный элемент и обеспечивающие преобразование электрического входного сигнала в код Грея. Недостатками данных АЦП являются: невозможность преобразования входного аналогового сигнала в позиционный двоичный код, низкое общее быстродействие АЦП, обусловленное необходимостью использования в оконечном каскаде электронных элементов (фотодетектора, усилителя, компаратора) с суммарным временем срабатывания ≥10-6 с.Also known are ADCs based on waveguide modulators of the Mach-Zehnder type [Semenov A.S. and others. Integrated optics for information transmission and processing systems. - / M .: Radio and communications, 1990. - 176 p., Fig. 7, 6], containing an optical bistable element and providing the conversion of the electrical input signal into a Gray code. The disadvantages of these ADCs are: the inability to convert the input analog signal to a positional binary code, the low overall performance of the ADC, due to the need to use electronic elements (photodetector, amplifier, comparator) with a total response time of ≥10 -6 s.

Наиболее близким по техническому исполнению к предложенному устройству является оптический аналогово-цифровой преобразователь [патент РФ N 2177165, 2001 г.], содержащий оптический бистабильный элемент, оптический генератор тактовых импульсов, оптический объединитель, два оптических волновода, группу оптических Y-разветвителей, оптический двоичный счетчик, оптический усилитель, оптический цифро-аналоговый преобразователь, оптический компаратор, оптический Y-разветвитель обратной связи и оптический элемент задержки. Время преобразования в данном АЦП прямо пропорционально его выходному коду и периоду следования импульсов. Т.к. данный АЦП функционирует в циклическом режиме работы (по окончании временного интервала преобразования счетчик устанавливается в начальное состояние и поэтому преобразование всегда начинается с нуля), то его недостатком является низкое быстродействие.The closest in technical execution to the proposed device is an optical analog-to-digital converter [RF patent N 2177165, 2001], containing an optical bistable element, an optical clock generator, an optical combiner, two optical waveguides, a group of optical Y-couplers, optical binary counter, optical amplifier, optical digital-to-analog converter, optical comparator, optical Y-splitter of feedback and optical delay element. The conversion time in this ADC is directly proportional to its output code and the pulse repetition period. Because Since this ADC operates in a cyclic mode of operation (at the end of the conversion time interval, the counter is set to the initial state and therefore the conversion always starts from zero), its disadvantage is its low speed.

Заявленное изобретение направлено на решение задачи повышения быстродействия преобразования в позиционный двоичный код электрических аналоговых сигналов.The claimed invention is aimed at solving the problem of improving the speed of conversion into a positional binary code of electrical analog signals.

Поставленная задача возникает при создании быстродействующих устройств обработки информации в системах управления и связи, обеспечивающих обработку информации в гигагерцовом диапазоне.The problem arises when creating high-speed information processing devices in control and communication systems that provide information processing in the gigahertz range.

Сущность изобретения состоит в том, что в устройство введены источник когерентного излучения, (К=М+1)-выходной оптический разветвитель, М оптических транспарантов (M=2N-1, N - разрядность преобразователя), М оптических Y-объединителей, М оптических бистабильных элементов (ОБЭ) первой группы, М ОБЭ второй группы, электрооптический амплитудный модулятор, оптический фазовый модулятор, М-выходной оптический разветвитель, М N-выходных оптических разветвителей, N М-входных оптических объединителей, N фотоприемников; выход источника когерентного излучения подключен ко входу K-выходного оптического разветвителя, выходы которого от первого до М-го подключены ко входам одноименных оптических транспарантов, выходы которых подключены к первым входам одноименных М оптических Y-объединителей, а (М+1)-й выход K-выходного оптического разветвителя подключен к информационному входу электрооптического амплитудного модулятора, управляющий вход которого является входом устройства, а выход подключен ко входу оптического фазового модулятора, выход которого подключен ко входу М-выходного оптического разветвителя, выходы которого подключены ко вторым входам одноименных М оптических Y-объединителей, выходы которых подключены ко входам одноименных ОБЭ первой группы, первые выходы которых подключены ко входам соответствующих ОБЭ второй группы, при этом вторые выходы ОБЭ первой группы и первые выходы ОБЭ второй группы являются поглощающими, а вторые выходы ОБЭ второй группы подключены ко входам М соответствующих N-выходных оптических разветвителей, выходы которых подключены ко входам N М-входных оптических объединителей таким образом, что при наличии оптического сигнала на входе i-го N-выходного оптического разветвителя на всех N выходах М-входных оптических объединителей формируется позиционный двоичный код числа «i» за счет наличия/отсутствия соответствующих связей между оптическими разветвлениями N-выходного оптического разветвителя и оптическими ответвлениями М-входных оптических объединителей (определенные оптические разветвления N-выходных оптических разветвителей являются поглощающими/отсутствуют), а выходы N М-входных оптических объединителей подключены ко входам одноименных фотоприемников, выходы которых являются N-разрядным выходом устройства.The essence of the invention lies in the fact that a coherent radiation source is introduced into the device, (K = M + 1) -output optical splitter, M optical transparencies (M = 2 N -1, N - transducer width), M optical Y-combiners, M optical bistable elements (RBEs) of the first group, M RBEs of the second group, electro-optical amplitude modulator, optical phase modulator, M-output optical splitter, M N-output optical splitters, N M-input optical combiners, N photodetectors; the output of the coherent radiation source is connected to the input of the K-output optical splitter, the outputs of which from the first to the Mth are connected to the inputs of the same optical banners, the outputs of which are connected to the first inputs of the same M optical Y-combiners, and the (M + 1) -th output The K-output optical splitter is connected to the information input of the electro-optical amplitude modulator, the control input of which is the input of the device, and the output is connected to the input of the optical phase modulator, the output of which is connected it is connected to the input of the M-output optical splitter, the outputs of which are connected to the second inputs of the same name M optical Y-combiners, the outputs of which are connected to the inputs of the same RBE of the first group, the first outputs of which are connected to the inputs of the corresponding RBE of the second group, while the second outputs of the RBE of the first group and the first outputs of the RBE of the second group are absorbing, and the second outputs of the RBE of the second group are connected to the inputs M of the corresponding N-output optical splitters, the outputs of which are connected to the inputs of the N M-input opt combiners so that if there is an optical signal at the input of the i-th N-output optical splitter, a positional binary code of the number “i” is generated at all N outputs of the M-input optical combiners due to the presence / absence of corresponding connections between the optical branches of the N-output optical splitter and optical branches of the M-input optical combiners (certain optical branches of the N-output optical splitters are absorbing / absent), and the outputs of the N M-input optical optical combiners are connected to the inputs of the same photodetectors, the outputs of which are the N-bit output of the device.

Функциональная схема АЦП показана на фиг. 1.A functional diagram of the ADC is shown in FIG. one.

N-разрядный АЦП содержит источник когерентного излучения 1, K-выходной оптический разветвитель 2 (K=N+1), М оптических транспарантов 3i (i=1…М, M=2N-1, N-количество выходов АЦП), М оптических Y-объединителей 4i, М ОБЭ 5i первой группы, М ОБЭ 5M+i второй группы, электрооптический амплитудный модулятор 6, оптический фазовый модулятор 7, М-выходной оптический разветвитель 8, М N-выходных оптических разветвителей 9i, N М-входных оптических объединителей 10j, N фотоприемников 11j (j=1…N).N-bit ADC contains a coherent radiation source 1, K-output optical splitter 2 (K = N + 1), M optical banners 3 i (i = 1 ... M, M = 2 N -1, N-number of ADC outputs), M optical Y-combiners 4 i , M RBE 5 i of the first group, M RBE 5 M + i of the second group, electro-optical amplitude modulator 6, optical phase modulator 7, M-output optical splitter 8, M N-output optical splitters 9 i , N M-input optical combiners 10 j , N photodetectors 11 j (j = 1 ... N).

Оптические бистабильные элементы (ОБЭ) 5i (i=1…2M) осуществляют передачу оптического сигнала со входа на первый (прямой) выход, если амплитуда входного оптического сигнала больше или равна заданному пороговому значению. В противном случае передача оптического сигнала осуществляется на второй (инверсный) выход.Optical bistable elements (RBEs) 5 i (i = 1 ... 2M) transmit an optical signal from the input to the first (direct) output if the amplitude of the input optical signal is greater than or equal to a predetermined threshold value. Otherwise, the optical signal is transmitted to the second (inverse) output.

Порог ОБЭ первой группы 5i (i=1…М) равен N-1/2M усл. ед., а порог ОБЭ второй группы 5M+i равен N+1/2M усл. ед., при этом поглощающими являются вторые (инверсные) выходы ОБЭ первой группы 5i и первые (прямые) выходы ОБЭ второй группы 5M+i.The threshold of the RBE of the first group 5 i (i = 1 ... M) is equal to N-1 / 2M srvc. units, and the threshold of the RBE of the second group 5 M + i is equal to N + 1 / 2M srvc. units, while the second (inverse) outputs of the RBE of the first group 5 i and the first (direct) outputs of the RBE of the second group 5 M + i are absorbing.

Входом устройства U является управляющий вход электрооптического амплитудного модулятора 6.The input of the device U is the control input of the electro-optical amplitude modulator 6.

Выход источника когерентного излучения 1 подключен ко входу K-выходного оптического разветвителя 2. Выходы от 1-го до М-го K-выходного оптического разветвителя 2 подключены ко входам оптических транспарантов 3i (i=1…М). Выходы оптических транспарантов 3i подключены к первым входам оптических Y-объединителей 4i.The output of the coherent radiation source 1 is connected to the input of the K-output optical splitter 2. The outputs from the 1st to the Mth K-output optical splitter 2 are connected to the inputs of the optical banners 3 i (i = 1 ... M). The outputs of the optical banners 3 i are connected to the first inputs of the optical Y-combiners 4 i .

(М+1)-й выход K-выходного оптического разветвителя 2 подключен к информационному входу электрооптического амплитудного модулятора 6. Выход электрооптического амплитудного модулятора 6 подключен ко входу оптического фазового модулятора 7. Выход оптического фазового модулятора 7 подключен ко входу М-выходного оптического разветвителя 8. Выходы М-выходного оптического разветвителя 8 подключены ко вторым входам М оптических Y-объединителей 4i. Выходы оптических Y-объединителей 4, подключены ко входам ОБЭ первой группы 5i. Первые выходы первой группы ОБЭ 5i подключены ко входам ОБЭ второй группы 5M+i. Вторые выходы ОБЭ первой группы 5i и первые выходы ОБЭ второй группы 5M+i являются поглощающими. Вторые выходы ОБЭ второй группы 5M+i подключены к входам N-выходных оптических разветвителей 9i. Выходы N-выходных оптических разветвителей 9i подключены ко входам М-входных оптических объединителей 10j (j=1…N) таким образом, что при наличии оптического сигнала на входе i-го N-выходного оптического разветвителя 9i на всех N выходах М-входных оптических объединителей 10j формируется позиционный двоичный код числа «i» (за счет наличия/отсутствия соответствующих связей между оптическими разветвлениями N-выходных оптических разветвителей 9i и оптическими ответвлениями М-входных оптических объединителей 10j - определенные оптические разветвления N-выходных оптических разветвителей 9i являются поглощающими (или отсутствуют)). Выходы М-входных оптических объединителей 10j оптически связаны со входами одноименных фотоприемников 11j. Выходы фотоприемников 111-11N “D1…DN” являются выходами устройства.The (M + 1) -th output of the K-output optical splitter 2 is connected to the information input of the electro-optical amplitude modulator 6. The output of the electro-optical amplitude modulator 6 is connected to the input of the optical phase modulator 7. The output of the optical phase modulator 7 is connected to the input of the M-output optical splitter 8 The outputs of the M-output optical splitter 8 are connected to the second inputs of the M optical Y-combiners 4 i . The outputs of the optical Y-combiners 4 are connected to the inputs of the RBE of the first group 5 i . The first outputs of the first group of RBE 5 i are connected to the inputs of the RBE of the second group 5 M + i . The second RBE outputs of the first group 5 i and the first RBE outputs of the second group 5 M + i are absorbing. The second outputs of the RBE of the second group 5 M + i are connected to the inputs of the N-output optical splitters 9 i . The outputs of the N-output optical splitters 9 i are connected to the inputs of the M-input optical combiners 10 j (j = 1 ... N) in such a way that if there is an optical signal at the input of the i-th N-output optical splitter 9 i at all N outputs M -input optical combiners 10 j , the positional binary code of the number “i” is formed (due to the presence / absence of corresponding links between the optical branches of the N-output optical splitters 9 i and the optical branches of the M-input optical combiners 10 j - certain optical branches The N-output optical couplers 9 i are absorbing (or absent). The outputs of the M-input optical combiners 10 j are optically coupled to the inputs of the same photodetectors 11 j . The outputs of the photodetectors 11 1 -11 N “D 1 ... D N ” are the outputs of the device.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Оптический сигнал с амплитудой М⋅K усл. ед. с выхода источника когерентного излучения 1 поступает на вход K-выходного оптического разветвителя 2. Пройдя K-выходной оптический разветвитель 2, оптический сигнал уменьшается по амплитуде в K раз, и на каждом выходе K-выходного оптического разветвителя 2 амплитуда оптического сигнала становится равной М усл. ед. Амплитуда оптического сигнала на выходе оптического транспаранта 3i с коэффициентом передачи (N+i/M)/М при этом составляет N+i/M усл. ед.Optical signal with amplitude М⋅K conv. units from the output of the coherent radiation source 1 is fed to the input of the K-output optical splitter 2. After passing the K-output optical splitter 2, the optical signal decreases in amplitude by a factor of K, and at each output of the K-output optical splitter 2, the amplitude of the optical signal becomes M conv . units The amplitude of the optical signal at the output of the optical banner 3 i with the transmission coefficient (N + i / M) / M in this case is N + i / M srvc. units

Оптический сигнал с K-го выхода K-выходного оптического разветвителя 2 поступает на информационный вход электрооптического амплитудного модулятора 6. При наличии на входе устройства и, следовательно, на управляющем входе электрооптического амплитудного модулятора 6, входного сигнала UBX на выходе электрооптического амплитудного модулятора 6 формируется оптический сигнал с амплитудой U⋅M усл. ед., где U=UBX/Umax (U<1), UBX - текущее входное напряжение, Umax - максимальное входное напряжение (Umax.=М усл. ед.).The optical signal from the Kth output of the K-output optical splitter 2 is fed to the information input of the electro-optical amplitude modulator 6. If there is an input signal on the device and, therefore, at the control input of the electro-optical amplitude modulator 6, the input signal U BX at the output of the electro-optical amplitude modulator 6 is formed optical signal with amplitude U⋅M conv. units, where U = U BX / U max (U <1), U BX - current input voltage, U max - maximum input voltage (U max. = M srvc.).

С выхода электрооптического амплитудного модулятора 6 оптический сигнал поступает на вход оптического фазового модулятора 7. Пройдя оптический фазовый модулятор 7, оптический сигнал изменяет фазу на π и поступает на М-выходной оптический разветвитель 8. После прохождения М-выходного оптического разветвителя 8 оптический сигнал уменьшается по амплитуде в М раз и поступает на вторые входы М оптических Y-объединителей 4i (i=1…M) с амплитудой U усл. ед.From the output of the electro-optical amplitude modulator 6, the optical signal is fed to the input of the optical phase modulator 7. Having passed the optical phase modulator 7, the optical signal changes the phase by π and goes to the M-output optical splitter 8. After passing the M-output optical splitter 8, the optical signal decreases by amplitude in M times and goes to the second inputs of M optical Y-combiners 4 i (i = 1 ... M) with amplitude U srvc. units

Т.к. при сложении двух когерентных противофазных оптических сигналов происходит вычитание их амплитуд, то на выходе первого оптического Y-объединителя 41 амплитуда сигнала будет равна: (N+1/M)-U усл. ед., на выходе второго оптического Y-объединителя 42, соответственно: (N+2/M)-U усл. ед., на выходе i-го оптического Y-объединителя 4i амплитуда сигнала будет равна: (N+i/M)-U усл. ед.Because when adding two coherent antiphase optical signals, their amplitudes are subtracted, then at the output of the first optical Y-combiner 4 1 the signal amplitude will be equal to: (N + 1 / M) -U conv. units, at the output of the second optical Y-combiner 4 2 , respectively: (N + 2 / M) -U srvc. units, at the output of the i-th optical Y-combiner 4 i the signal amplitude will be equal to: (N + i / M) -U srvc. units

Для того, чтобы оптический сигнал прошел с выхода оптического Y-объединителя 4i через оба ОБЭ: 5i и 5M+i, его амплитуда должна быть больше порога срабатывания ОБЭ 5i и меньше порога срабатывания ОБЭ 5M+i. При любом U данное условие будет выполняться только для одной пары ОБЭ 5i и 5M+i и, соответственно, только на одном входе N-выходного оптического разветвителя 9, появится оптический сигнал.In order for the optical signal to pass from the output of the optical Y-combiner 4 i through both RBEs: 5 i and 5 M + i , its amplitude must be greater than the threshold of RBE 5 i and less than the threshold of RBE 5 M + i . For any U, this condition will be satisfied only for one pair of RBE 5 i and 5 M + i and, accordingly, only at one input of the N-output optical splitter 9, an optical signal will appear.

Так, при U=1/M амплитуда оптического сигнала с выхода первого оптического Y-объединителя 41 больше порога срабатывания ОБЭ 51:So, at U = 1 / M, the amplitude of the optical signal from the output of the first optical Y-combiner 4 1 is greater than the response threshold of the RBE 5 1 :

(N+1/M)-U=N>N-1/2M усл. ед., поэтому оптический сигнал с амплитудой N усл. ед. пройдет на его первый выход и поступит на вход ОБЭ 5M+1. Так как амплитуда оптического сигнала на входе ОБЭ 5M+1 меньше порога его срабатывания N<N+1/2M усл. ед., то оптический сигнал пройдет на его второй выход и далее - на вход N-выходного оптического разветвителя 91.(N + 1 / M) -U = N> N-1 / 2M conv. units, therefore, an optical signal with an amplitude of N srvc. units will go to its first exit and go to the input of the RBE 5 M + 1 . Since the amplitude of the optical signal at the input of the RBE 5 M + 1 is less than the threshold of its operation N <N + 1 / 2M srvc. units, the optical signal will pass to its second output and then to the input of the N-output optical splitter 9 1 .

Амплитуда оптического сигнала с выхода второго оптического Y-объединителя 42 больше порога срабатывания ОБЭ 52 : (N+2/M)-U=N+1/M>N-1/2M усл. ед., поэтому оптический сигнал пройдет на его первый выход и поступит на вход ОБЭ 5M+2. Так как амплитуда оптического сигнала на входе ОБЭ 5M+2 больше порога его срабатывания N+1>N+1/2M усл. ед., то оптический сигнал пройдет на его первый выход, который является поглощающим.The amplitude of the optical signal from the output of the second optical Y-combiner 4 2 is greater than the response threshold of the RBE 5 2 : (N + 2 / M) -U = N + 1 / M> N-1 / 2M srvc. units, so the optical signal will pass to its first output and will go to the input of the RBE 5 M + 2 . Since the amplitude of the optical signal at the input of the RBE 5 M + 2 is greater than the threshold of its operation N + 1> N + 1 / 2M srvc. units, the optical signal will pass to its first output, which is absorbing.

Амплитуда оптического сигнала с выхода оптического Y-объединителя 4М больше порога срабатывания ОБЭ 5М : N+(M-1)/M>N-1/2M усл. ед., поэтому оптический сигнал пройдет на его первый выход и поступит на вход ОБЭ 52M. Так как амплитуда оптического сигнала на входе ОБЭ 52M также больше порога его срабатывания N+N-1>N+1/2M усл. ед., то оптический сигнал пройдет на его первый выход, который является поглощающим.The amplitude of the optical signal from the output of the optical Y-combiner 4 M is greater than the response threshold of the RBE 5 M : N + (M-1) / M> N-1 / 2M srvc. units, therefore, the optical signal will pass to its first output and will go to the input of the RBE 5 2M . Since the amplitude of the optical signal at the input of the RBE 5 2M is also greater than the threshold of its operation N + N-1> N + 1 / 2M srvc. units, the optical signal will pass to its first output, which is absorbing.

Таким образом, при U=1/M на входе устройства оптический сигнал будет только на входе N-выходного оптического разветвителя 91.Thus, with U = 1 / M at the input of the device, the optical signal will be only at the input of the N-output optical splitter 9 1 .

При U=i/M амплитуда оптического сигнала с выхода i-го оптического Y-объединителя 4i больше порога срабатывания ОБЭ 5i:At U = i / M, the amplitude of the optical signal from the output of the ith optical Y-combiner 4 i is greater than the RBE 5 i response threshold:

(N+i/M)-U=N>N-1/2M усл. ед., поэтому оптический сигнал с амплитудой N усл. ед. пройдет на его первый выход и поступит на вход ОБЭ 5M+i. Так как амплитуда оптического сигнала на входе ОБЭ 5M+i меньше порога его срабатывания N<N+1/2M усл. ед., то оптический сигнал пройдет на его второй выход и далее - на вход N-выходного оптического разветвителя 9i.(N + i / M) -U = N> N-1 / 2M conv. units, therefore, an optical signal with an amplitude of N srvc. units will go to its first exit and go to the input of the RBE 5 M + i . Since the amplitude of the optical signal at the input of the RBE 5 M + i is less than the threshold of its operation N <N + 1 / 2M srvc. units, then the optical signal will pass to its second output and then to the input of the N-output optical splitter 9 i .

При этом амплитуда оптического сигнала с выхода (i-1)-го оптического Y-объединителя 4i-1 меньше порога срабатывания ОБЭ 5i-1 : (N+(i-1)/M)-U=N-1/M<N-1/2M усл. ед., поэтому оптический сигнал пройдет на его второй выход, который является поглощающим.In this case, the amplitude of the optical signal from the output of the (i-1) -th optical Y-combiner 4 i-1 is less than the response threshold of the RBE 5 i-1 : (N + (i-1) / M) -U = N-1 / M < N-1 / 2M conv. units, so the optical signal will pass to its second output, which is absorbing.

Также в данном случае амплитуда оптического сигнала с выхода (i+1)-го оптического Y-объединителя 4i+1 больше порога срабатывания ОБЭ 5i+1 : (N+(i+1)/M)-U=N+1/M>N-1/2M усл. ед., поэтому оптический сигнал пройдет на его первый выход и поступит на вход ОБЭ 5M+i+1. Так как амплитуда оптического сигнала на входе ОБЭ 5M+i+1 больше его порога срабатывания: N+1/M>N+1/2M усл. ед., то оптический сигнал пройдет на его первый выход, который является поглощающим.Also in this case, the amplitude of the optical signal from the output of the (i + 1) -th optical Y-combiner 4 i + 1 is greater than the response threshold of the RBE 5 i + 1 : (N + (i + 1) / M) -U = N + 1 / M> N-1 / 2M conv. units, so the optical signal will pass to its first output and will go to the input of the RBE 5 M + i + 1 . Since the amplitude of the optical signal at the input of the RBE 5 M + i + 1 is greater than its response threshold: N + 1 / M> N + 1 / 2M srvc. units, the optical signal will pass to its first output, which is absorbing.

Таким образом, при U=i/M на входе устройства оптический сигнал будет только на входе N-выходного оптического разветвителя 9i.Thus, with U = i / M at the input of the device, the optical signal will be only at the input of the N-output optical splitter 9 i .

Так как ко входам М-входных оптических объединителей 101…10N подключены только те выходы N-выходных оптических разветвителей 91…9М, которые позволяют сформировать двоичный код числа «i», то в результате оптические сигналы появятся только на выходах М-входных оптических объединителей 101…10N, соответствующих позиционному двоичному коду числа «i». Оптические сигналы с выходов М-входных оптических объединителей 101…10N поступают далее на входы фотоприемников 111…11N, формируя на выходе АЦП позиционный двоичный код {D1,…,DN}, являющийся двоичным аналогом входного сигнала U.Since the inputs of the M-input optical combiners 10one…10N only those outputs of the N-output optical splitters are connected 9one…nineMthat allow you to generate a binary code of the number "i", as a result, the optical signals appear only at the outputs of the M-input optical combiners 10one…10Ncorresponding to the positional binary code of the number "i". Optical signals from the outputs of the M-input optical combiners 10one…10N proceed further to the inputs of the photodetectors 11one…elevenNforming the positional binary code {D at the output of the ADCone, ..., DN}, which is a binary analogue of the input signal U.

Таким образом, при подаче на вход устройства аналогового напряжения U на выходе устройства формируется соответствующий позиционный двоичный код. Быстродействие данного АЦП определяется в основном временем срабатывания электрооптического амплитудного модулятора (5-10 нс) и фотоприемников (100 пс), что позволяет производить преобразование сигналов в гигагерцовом диапазоне.Thus, when an analog voltage U is applied to the input of the device, the corresponding binary positional code is generated at the device output. The speed of this ADC is determined mainly by the response time of the electro-optical amplitude modulator (5-10 ns) and photodetectors (100 ps), which allows the conversion of signals in the GHz range.

Claims (1)

Оптический аналого-цифровой преобразователь, включающий источник когерентного излучения, (K=М+1)-выходной оптический разветвитель, М оптических транспарантов (M=2N-1, N - разрядность преобразователя), М оптических Y-объединителей, М оптических бистабильных элементов (ОБЭ) первой группы, М ОБЭ второй группы, электрооптический амплитудный модулятор, оптический фазовый модулятор, М-выходной оптический разветвитель, М N-выходных оптических разветвителей, N М-входных оптических объединителей, N фотоприемников; выход источника когерентного излучения подключен ко входу K-выходного оптического разветвителя, выходы которого от первого до М-го подключены ко входам одноименных оптических транспарантов, выходы которых подключены к первым входам одноименных М оптических Y-объединителей, а (М+1)-й выход K-выходного оптического разветвителя подключен к информационному входу электрооптического амплитудного модулятора, управляющий вход которого является входом устройства, а выход подключен ко входу оптического фазового модулятора, выход которого подключен ко входу М-выходного оптического разветвителя, выходы которого подключены ко вторым входам одноименных М оптических Y-объединителей, выходы которых подключены ко входам одноименных ОБЭ первой группы, первые выходы которых подключены ко входам соответствующих ОБЭ второй группы, при этом вторые выходы ОБЭ первой группы и первые выходы ОБЭ второй группы являются поглощающими, а вторые выходы ОБЭ второй группы подключены ко входам М соответствующих N-выходных оптических разветвителей, выходы которых подключены ко входам N М-входных оптических объединителей таким образом, что при наличии оптического сигнала на входе i-го N-выходного оптического разветвителя на всех N выходах М-входных оптических объединителей формируется позиционный двоичный код числа «i» за счет наличия/отсутствия соответствующих связей между оптическими разветвлениями N-выходного оптического разветвителя и оптическими ответвлениями М-входных оптических объединителей (определенные оптические разветвления N-выходных оптических разветвителей являются поглощающими/отсутствуют), а выходы N М-входных оптических объединителей подключены ко входам одноименных фотоприемников, выходы которых являются N-разрядным выходом устройства.Optical analog-to-digital converter, including a coherent radiation source, (K = M + 1) -output optical splitter, M optical transparencies (M = 2 N -1, N - converter resolution), M optical Y-combiners, M optical bistable elements (RBE) of the first group, M RBE of the second group, electro-optical amplitude modulator, optical phase modulator, M-output optical splitter, M N-output optical splitters, N M-input optical combiners, N photodetectors; the output of the coherent radiation source is connected to the input of the K-output optical splitter, the outputs of which from the first to the Mth are connected to the inputs of the same optical banners, the outputs of which are connected to the first inputs of the same M optical Y-combiners, and the (M + 1) -th output The K-output optical splitter is connected to the information input of the electro-optical amplitude modulator, the control input of which is the input of the device, and the output is connected to the input of the optical phase modulator, the output of which is connected it is connected to the input of the M-output optical splitter, the outputs of which are connected to the second inputs of the same name M optical Y-combiners, the outputs of which are connected to the inputs of the same RBE of the first group, the first outputs of which are connected to the inputs of the corresponding RBE of the second group, while the second outputs of the RBE of the first group and the first outputs of the RBE of the second group are absorbing, and the second outputs of the RBE of the second group are connected to the inputs M of the corresponding N-output optical splitters, the outputs of which are connected to the inputs of the N M-input opt combiners so that if there is an optical signal at the input of the i-th N-output optical splitter, a positional binary code of the number “i” is generated at all N outputs of the M-input optical combiners due to the presence / absence of corresponding connections between the optical branches of the N-output optical splitter and optical branches of the M-input optical couplers (certain optical branches of the N-output optical splitters are absorbing / absent), and the outputs of the N M-input optical optical combiners are connected to the inputs of the same photodetectors, the outputs of which are the N-bit output of the device.
RU2018145745A 2018-12-24 2018-12-24 Optical analogue-to-digital converter RU2706454C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018145745A RU2706454C1 (en) 2018-12-24 2018-12-24 Optical analogue-to-digital converter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018145745A RU2706454C1 (en) 2018-12-24 2018-12-24 Optical analogue-to-digital converter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2706454C1 true RU2706454C1 (en) 2019-11-19

Family

ID=68579800

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018145745A RU2706454C1 (en) 2018-12-24 2018-12-24 Optical analogue-to-digital converter

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2706454C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2745592C1 (en) * 2020-12-21 2021-03-29 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский университет дружбы народов" (РУДН) Optical analog-to-digital converter
RU2756462C1 (en) * 2021-01-28 2021-09-30 Ордена Трудового Красного Знамени федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский технический университет связи и информатики» (МТУСИ). Optical analog-to-digital converter

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4058722A (en) * 1976-09-29 1977-11-15 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Electro-optic analog/digital converter
EP0068949A1 (en) * 1981-06-26 1983-01-05 Thomson-Csf Method and device for optical analogue to digital conversion
RU2117323C1 (en) * 1994-07-27 1998-08-10 Ростовское высшее военное командно-инженерное училище ракетных войск им.Главного Маршала артиллерии Неделина М.И. Optical analog-to-digital converter
RU2177165C1 (en) * 2000-05-24 2001-12-20 Ростовский военный институт ракетных войск Optical analog-to-digital converter
US20050226635A1 (en) * 2004-04-07 2005-10-13 Ionov Stanislav I Analog to digital converter systems and methods
RU2361251C1 (en) * 2008-01-22 2009-07-10 Владислав Валерьевич Каменский Optical analogue-to-digital converter

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4058722A (en) * 1976-09-29 1977-11-15 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Electro-optic analog/digital converter
EP0068949A1 (en) * 1981-06-26 1983-01-05 Thomson-Csf Method and device for optical analogue to digital conversion
RU2117323C1 (en) * 1994-07-27 1998-08-10 Ростовское высшее военное командно-инженерное училище ракетных войск им.Главного Маршала артиллерии Неделина М.И. Optical analog-to-digital converter
RU2177165C1 (en) * 2000-05-24 2001-12-20 Ростовский военный институт ракетных войск Optical analog-to-digital converter
US20050226635A1 (en) * 2004-04-07 2005-10-13 Ionov Stanislav I Analog to digital converter systems and methods
RU2361251C1 (en) * 2008-01-22 2009-07-10 Владислав Валерьевич Каменский Optical analogue-to-digital converter

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2745592C1 (en) * 2020-12-21 2021-03-29 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский университет дружбы народов" (РУДН) Optical analog-to-digital converter
RU2756462C1 (en) * 2021-01-28 2021-09-30 Ордена Трудового Красного Знамени федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский технический университет связи и информатики» (МТУСИ). Optical analog-to-digital converter

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4502037A (en) Analog-digital optical conversion process and apparatus
US7403711B2 (en) Optical digital-to-analog converter and method of optically converting digital data to analog form
RU2706454C1 (en) Optical analogue-to-digital converter
JP2019152848A (en) Optical computing unit
US7061414B2 (en) Optical digital-to-analog converter
CN116348886A (en) Coherent photon computing architecture
US20220012582A1 (en) Neuromorphic photonics with coherent linear neurons
Taylor Guided wave electrooptic devices for logic and computation
EP0376124B1 (en) Optical converter
RU2324210C1 (en) Optical analog-to-digital converter
US6246350B1 (en) Optoelectronic analog-to-digital converter
RU2745592C1 (en) Optical analog-to-digital converter
Sokolov et al. Synthesis of Waveguide-Optical Analog-to-Digital Converter for Ultra-High Speed Systems of Information Processing
RU2744348C1 (en) Optical analogue-to-digital converter
RU2756462C1 (en) Optical analog-to-digital converter
RU2361251C1 (en) Optical analogue-to-digital converter
US11880116B2 (en) Optical digital/analog converter
Arvizo et al. Robust symmetrical number system preprocessing for minimizing encoding errors in photonic analog-to-digital converters
WO2019167620A1 (en) Optical arithmetic unit
RU2177165C1 (en) Optical analog-to-digital converter
RU2755596C1 (en) Optical digital-to-analog converter
RU2329527C1 (en) Optical analogue and digital converter
Leven et al. High speed integrated InP photonic digital-to-analog converter
RU2119182C1 (en) Optical analog-to-digital converter
Chen et al. Photonic analog-to-digital converter based on the robust symmetrical number system

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20201225