CC BY
39
64
М. А. Аллес, С. В. Соколов
УДК 004.3
М. А. Аллес, С. В. Соколов ОПТИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСНЫХ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ
Исследуются проблемы конструирования оптических устройств обработки информации. Рассматриваются конструкция и принцип действия оригинального оптического генератора, позволяющего управлять параметрами выходных импульсных последовательностей.
Ключевые слова: оптическое устройство обработки информации, оптический генератор импульсных последовательностей.
Задача обеспечения требуемого быстродействия и качества функционирования любого, в том числе и оптического, цифрового устройства или системы не может быть решена без создания стабильного быстродействующего генератора тактовой частоты.
Известные оптические генераторы тактовых импульсов, предназначенные для систем обработки информации, обладают значительным быстродействием [1]. Так, например, быстродействие представленного в работе [2] оптического мультивибратора, состоящего из оптических волноводов и оптических бистабильных элементов, составляет порядка 10-9 с. Однако данный генератор, как и подавляющее большинство оптических генераторов, имеет существенный недостаток — сложность управления параметрами генерируемой импульсной последовательности.
В этой связи приобретает актуальность задача конструирования генератора, обладающего возможностью гибкого управления параметрами импульсных последовательностей с сохранением их стабильности, а также возможностью реализации в интегральном исполнении.
Схема оптического генератора импульсных последовательностей, удовлетворяющего указанным требованиям, приведена на рис. 1, где 1 — источник излучения (ИИ) требуемой интенсивности; 21, 22 — первый и второй оптические волноводы (ОВ); 31, 32, ..., 3п — электрооптические кристаллы, в которых сформированы ОВ 21, 22.
Вход С
1 — ИИ
.¡а
31
£
т
т т
" -с.
т
т
пхт
(п+1)хт
Выход 1
Выход 2
Рис. 1
Оптический генератор имеет управляющий вход С, который объединяет все управляющие входы кристаллов 31, 32, ..., 3„. При этом кристалл 31 расположен на расстоянии т от входа ОВ 21; (/+1)-й кристалл — на расстоянии т от /-го кристалла, /=1, 2, ..., п; выходы ОВ 21 и 22 располагаются на расстоянии т от п-го кристалла 3п; здесь и далее величина т — в условных единицах.
Принцип действия генератора заключается в следующем. В начальном состоянии — при отсутствии управляющего сигнала на входе С устройства — оптическая связь между волноводами 21 и 22 отсутствует и оптический поток источника излучения 1 поступает на вход
3
3
3
3
п—1
п
2
2
2
Оптический генератор импульсных последовательностей
65
ОВ 21 и далее на выход 1 устройства. При подаче управляющего сигнала на вход С под действием приложенного электрического поля показатель преломления всех п кристаллов 31, 32, ..., 3п изменяется, и, таким образом, между волноводами 21 и 22 устанавливается оптическая связь через интервалы длиной т [3—6]. Иными словами, ОВ 21, 22 совместно с кристаллами 31, 32, ..., Зп представляют собой электрооптические переключатели, реализованные, например, в виде схем, конструкция и принцип действия которых описаны в работах [3—6].
Оптический поток ИИ 1 с задержкой на время переходного процесса, равное At = ¿к + пт/с, где ^10 10 с — время срабатывания кристаллов [3—6], с — скорость распространения оптического потока в ОВ 21 и 22, распределяется по оптическим волноводам следующим образом: „участок между входом ОВ 21 и кристаллом 31" — „участок ОВ 22 между кристаллами 31 и 32" — „участок ОВ 21 между кристаллами 32 и 33" ... „участок ОВ 22 между кристаллом 3п и выходом ОВ 22". На выходе волновода 22 при этом формируется постоянный оптический поток.
После снятия управляющего сигнала со входа С устройства оптическая связь между волноводами 21 и 22 прерывается. Это, в свою очередь, приведет к тому, что в ОВ 21 и 22 одновременно будут сформированы световые „отрезки" (оптические импульсы) — длительность каждого импульса при этом равна т, расстояние между ними также т, и в каждом из волноводов 21, 22 таких импульсов будет (п+1)/2.
Далее оптический генератор формирует на выходах 1 и 2 устройства импульсные последовательности с длительностью импульса т = т/с и длительностью интервала между импульсами ти = т = т/с. Через некоторое время At = пт/с формирование импульсных последовательностей на выходах 1 и 2 устройства прекращается и генератор переходит в начальное состояние.
Очевидно, что посредством выбора значений п и т можно управлять параметрами последовательности оптических сигналов (длительностью импульса и длительностью интервала между импульсами).
Проиллюстрируем изложенное на следующем примере. Пусть п — количество кристаллов 31, 32, ., 3п — равно 1000, а т — расстояние между кристаллами — равно 1 мм (длина ОВ 21 и 22 составит при этом (п+1)-т = 1001 мм). Тогда время, необходимое для заполнения ОВ 21 и 22 световыми „отрезками", будет равно At = ^ + пт/с = 3,4-10 9 с. Импульсная последовательность с выхода каждого из волноводов 21 и 22 составит 500 импульсов и 500 интервалов длительностью ти = т = т/с = 3,3-10 12 с и периодом следования Т = ти + т = 6,6-10 12 с.
* — 9
Время формирования такой импульсной последовательности будет равно At = пт/с = 3,3-10 с.
Для обеспечения полного управления параметрами импульсной последовательности необходимо ввести вместо одного управляющего входа С устройства п входов С1, С2, ., Сп, являющихся одновременно входами кристаллов 31, 32, ..., 3п (рис. 2). Такое исполнение оптического генератора позволит сформировать на выходах 1 и 2 устройства импульсные последовательности с различной длительностью импульсов и периодов.
С1
С,
С3
С
С
1 — ИИ
21
31
1
3п-1
т
пхт
т
т
(п+1)хт
Выход 1
Выход 2
Рис. 2
Предложенный оптический генератор импульсных последовательностей обладает возможностью гибкого управления параметрами формируемых импульсов. При этом генератор построен на основе элементов, которые входят в состав существующих генераторов тактовой
3
3
3
3
2
п
2
2
т
т
66 А. Ю. Голубева, А. И. Иванов, В. Т. Прокопенко
частоты [1], и может быть реализован в традиционном интегральном исполнении с быстродействием и стабильностью, не уступающими известным аналогам. Важным преимуществом
данного генератора является возможность формирования пикосекундных оптических им-
11 12
пульсов с частотой следования, равной 10 —10 Гц.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Соколов С. В., Бугаян И. Р. Схемотехника оптических компьютеров. Ростов-на-Дону: РГЭУ, 2009. 218 с.
2. Пат. 2050017 РФ, МПК G06E 3/00. Оптический мультивибратор / С. В. Соколов. Заявл. 14.08.1992; опубл. 10.12.1995.
3. Клэр Ж.-Ж. Введение в интегральную оптику / Пер. с франц.; Под ред. В. К. Соколова. М.: Сов.радио, 1980. 104 с.
4. Носов Ю. Р. Оптоэлектроника. М.: Радио и связь, 1989. 360 с.
5. Семенов А. С., Смирнов В. Л., Шмалько А. В. Интегральная оптика для систем передачи и обработки информации. М.: Радио и связь, 1990. 224 с.
6. Розеншер Э., Винтерн Б. Оптоэлектроника. М.: Техносфера, 2004. 592 с.
Сведения об авторах
Михаил Александрович Аллес — канд. техн. наук; НПП „Югаромавтоматизация", Ростов-на-Дону; ведущий инженер-технолог; E-mail: alles@nextmail.ru Сергей Викторович Соколов — д-р техн. наук, профессор; Ростовский государственный университет путей сообщения, кафедра автоматики и телемеханики на железнодорожном транспорте, Ростов-на-Дону; E-mail: s.v.s.888@yandex.ru
Рекомендована кафедрой Поступила в редакцию
автоматики и телемеханики на 06.03.14 г.
железнодорожном транспорте РГУПС
УДК 628.984
А. Ю. Голубева, А. И. Иванов, В. Т. Прокопенко
КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СВЕТОДИОДНЫХ СВЕТИЛЬНИКОВ
Представлена компьютерная модель светодиодного светильника, созданная на основе технических параметров отдельного светодиода, а также конструктивных особенностей и энергетических характеристик светового прибора. Приведены результаты сравнительного анализа светотехнических параметров компьютерной модели и соответствующих величин, полученных экспериментально.
Ключевые слова: компьютерное моделирование, сила света, световой поток, площадь равномерной освещенности.
Компьютерное проектирование светильников является одним из основных инструментов современной светотехники. Преимущества компьютерного метода моделирования, обеспечивающие эффективную экономию временных и финансовых затрат, бесспорны. Поэтому при разработке и создании осветительных приборов доминирующую роль играет достоверность результатов расчета и степень точности показателей освещенности.
Для обеспечения максимального соответствия компьютерной модели светильника и реальной необходимо правильно выбрать технические параметры отдельных источников света.
