Елементна база оптичних компютерів

Главная » Каталог статей » Статьи на украинском » Оптичний комп’ютер » Елементна база оптичних компютерів

3f7fe26a1b3e

Основні елементи оптичних комп’ютерів з перенесенням зображення давно відомі. Це — лінза, дзеркало, оптичний транспарант і шар простору. В наш час до них додалися хвилеводні елементи, а також лазери, напівпровідникові багатоелементні фотоприймачі, нелінійні оптичні середовища, різного роду дефлектори і світлоклапанні пристрої.

Тут як пороговий елемент можна використовувати як оптичний світлоклапанний пристрій (оптичне перемикальне бістабільне середовище), так і простий фотоелектронний приймач з нелінійною передавальною характеристикою (тобто нелінійною залежністю інтенсивності вихідного світлового потоку від вхідного).

Тут LED — лінійка світловипромінювальних діодів. Вони розташовані на фокальній лінії циліндричної лінзи L1. T — оптичний транспарант із записаною на ньому матрицею пропускання T(i, j). Рядки матриці паралельні першій лінзі, яка створюється. L2 – циліндрична лінза, твірна якої паралельна стовпцям матриці транспаранта. Вона збирає промені, що пройшли через елементи одного рядка, на одному пікселі багатоелементного лінійного фотоприймача D. Вхідний X і вихідний Y вектори пов’язані лінійним перетворенням Y=TX [94].

У оптичній системі можлива також обробка двовимірних структур. Розглянемо схему оптичного процесора, що реалізовує операцію згортки двох зображень, яка лежить в основі роботи багатьох пристроїв асоціативної пам’яті і розпізнавання образів.

Введмо основні поняття: S — плоске однорідне джерело світла, L1 і L2 — сферичні лінзи, D – матричний фотоприймач, T1 і T2 — транспаранти, пропускання яких відповідає двом оброблюваним зображенням. Розподіл інтенсивності випромінювання на матричному фотоприймачі пропорційний інтегралу.

J(x, у)=тт(T1(x-u, y-v) T2(u, v) du dv

У попередніх прикладах світло виконувало ту ж роль, що і електрони в провідниках звичайних мікросхем. При цьому як «проводи» виступали геометричні промені. Зрозуміло, що з таким же успіхом світло можна загнати в хвилевід і організувати обчислювальне середовище за принципами близькими до ідеології електронної напівпровідникової мікросхемотехніки. Цим займається інтегральна і волоконна оптика.

Принципово нові можливості дає використання властивостей просторової когерентності випромінювання. Розглянемо структуру когерентного оптичного процесора, так звану 4F-схему та введемо основні поняття: LS — лазерна освітлювальна система, що формує широкий пучок когерентного випромінювання: T1 і T2 — амплітудно-фазові транспаранти; модулююча фаза; амплітуда світлової прохідної хвилі; L1 і L2 – сферичні лінзи з фокусною відстанню F; результуючий сигнал зчитується матричним фотоприймачем D [95].

Розподіл амплітуди світлового поля в площині фотодетектора, пропорційний згортці амплітудного пропускання першого транспаранта з Фур’є-образом амплітудного пропускання другого транспаранта. Процесори такого типу використовуються як комплексні просторові фільтри в системах поліпшення якості зображення, а також в системах розпізнавання образів.

Відзначимо, що для звичайного комп’ютера, який використовує швидкий алгоритм Кулі-Тьюки, тривалість виконання Фур’є-перетворення росте із зростанням числа точок дискретизації n пропорційно n·log(n). У оптичному комп’ютері ця процедура навіть в двовимірному випадку виконується всього за один машинний такт, що робить оптичний комп’ютер незамінним для військових цілей, а також для вирішення завдань, які вимагають швидкої оцінки ситуації і управління в реальному часі [96].

Оставьте комментарий к статье