ОПТОЭЛЕКТРОННЫЙ КОМПРОМИССНЫЙ СУММАТОР
OPTOELECTRONIC COMPROMISE SUMMATOR

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в оптических устройствах обработки информации, построенных на основе непрерывной (нечеткой) логики.
Известно оптическое устройство - оптический дизъюнктор непрерывных множеств [Пат. RU 2419127 С2 2011, Оптический дизъюнктор непрерывных множеств / В.М. Курейчик, В.В. Курейчик, М.А. Аллес, С.М. Ковалев, С.В. Соколов], содержащий источник излучения, оптический Y-разветвитель, два оптических k×n выходных разветвителя, два матричных оптических транспаранта, k групп по n оптических Y-объединителей, k групп по n блоков нормирования интенсивностей, k оптических n-входных объединителей.
Существенные признаки аналога, общие с заявляемым устройством, следующие: источник излучения, оптический разветвитель, оптический объединитель, матричный оптический транспарант.
Известно оптическое устройство - оптический дизъюнктор нечетких множеств [Пат.RU 2422876 С1 2011, Оптический дизъюнктор нечетких множеств / М.А. Аллес, С.М. Ковалев, С.В. Соколов], содержащий m групп по k фотоприемников, m источников когерентного излучения, m оптических 2k-выходных разветвителей, m групп по k оптических амплитудных модуляторов, m групп по k оптических фазовых модуляторов, m групп по k оптических Y-объединителей, k селекторов минимального сигнала, k блоков извлечения квадратного корня, k блоков вычитания.
Существенные признаки аналога, общие с заявляемым устройством, следующие: фотоприемник, источник излучения, оптический разветвитель, оптический объединитель.
Недостатком вышеописанных аналогов является невозможность выполнения операции компромиссности.
Известно оптическое устройство - оптический дизъюнктор непрерывных (нечетких) множеств [Пат. RU 2432600 С1 2011, Оптический дизъюнктор непрерывных (нечетких) множеств / М.А. Аллес, С.В. Соколов, С.М. Ковалев], принятый за прототип и содержащий m групп по k блоков пространственного распределения оптического потока, каждый из которых состоит из фотоприемника, источника излучения, электрооптического дефлектора, группы из n оптических волноводов, линейного оптического транспаранта, группы из n оптических j-выходных разветвителей и группы из n оптических (n-j+1)-входных объединителей, k групп по n оптических m-входных объединителей, k групп по n блоков нормирования интенсивности, каждый из которых состоит из (m-1) пар оптически связанных волноводов, (m-1) оптических транспарантов и оптического m-входного объединителя, k оптических n-входных объединителей.
Существенные признаки прототипа, общие с заявляемым устройством, следующие: фотоприемник, источник излучения, электрооптический дефлектор, оптический транспарант, оптический разветвитель, оптический объединитель.
Недостатком вышеописанного прототипа является невозможность выполнения операции компромиссности.
x
x
Изобретение направлено на решение задачи быстродействующей оптоэлектронной реализации операции компромиссности над действительным числом  (∈[0,1]). Подобная задача возникает при создании эластичных нейро-нечетких систем, когда присутствует необходимость изменения структуры системы в процессе обучения в реальном масштабе времени [Рутковский Л. Методы и технологии искусственного интеллекта / Пер. с польск. И.Д. Рудинского. - М.: Горячая линия-Телеком, 2010. - 520 с]. Для достижения этой цели применяют так называемые Н-функции, основанные на использовании оператора компромиссности, реализуемого в предлагаемом устройстве.
Сущность изобретения состоит в том, что в оптоэлектронный компромиссный сумматор, содержащий фотоприемник, источник излучения, двумерный электрооптический дефлектор, матричный оптический транспарант, оптический Y-разветвитель, оптический Y-объединитель введены электрооптический модулятор, фотоприемник, усилитель, n групп по n оптических волноводов, входы которых равноудалены от выхода двумерного электрооптического дефлектора (далее - n групп по n равноудаленных оптических волноводов), группу n оптических n-входных объединителей, оптический n-входной объединитель, входами устройства являются вход оптического Y-разветвителя и вход первого фотоприемника, первый выход оптического Y-разветвителя подключен к информационному входу электрооптического модулятора, управляющий вход которого связан с выходом первого фотоприемника, а выход которого подключен к первому входу оптического Y-объединителя, второй выход оптического Y-разветвителя подключен ко входу второго фотоприемника, выход которого подключен к первому управляющему входу двумерного электрооптического дефлектора, второй управляющий вход которого связан через усилитель с выходом первого фотоприемника, информационный вход связан с выходом источника излучения, а выход двумерного электрооптического дефлектора оптически подключен ко входам равноудаленных оптических волноводов, выходы которых оптически подключены через матричный оптический транспарант ко входам n оптических n-входных объединителей, выходы которых подключены ко входам n-входного оптического объединителя, выход которого подключен ко второму входу оптического Y-объединителя, выход которого является выходом устройства.
x
x
Оптоэлектронный компромиссный сумматор предназначен для выполнения в режиме реального времени операции компромиссности  над действительным числом  (∈[0,1]):
где ν ∈ [0,1] - заданный параметр операции компромиссности.
Функциональная схема оптоэлектронного компромиссного сумматора показана на фигуре 1.
Оптоэлектронный компромиссный сумматор содержит:
- 1 - оптический Y-разветвитель;
- 2 - электрооптический модулятор (ЭОМ);
1
2
- 3, 3 - первый и второй фотоприемники (ФП);
- 4 -усилитель (У);
- 5 - источник излучения (ИИ);
- 6 - двумерный электрооптический дефлектор (ЭОД);
11
12
1n
21
22
2n
n1
n2
nn
- 7, 7, …, 7; 7, 7, …, 7, …; 7, 7, …, 7 - n групп по n оптических волноводов, входы которых равноудалены от выхода ЭОД 6 (равноудаленных оптических волноводов);
- 8 - матричный оптический транспарант (МОТ) размерности n×n с записью изображения функции (1-ν)(1-x) в координатах ν,x;
1
2
n
- 9, 9, …, 9 - группу n оптических n-входных объединителей;
- 10 - оптический n-входной объединитель;
- 11 - оптический Y-объединитель.
1
1
1
2
2
2
1
11
12
1n
21
22
2n
n1
n2
nn
ij
i
i
Первым входом оптоэлектронного компромиссного сумматора является вход оптического Y-разветвителя 1, вторым входом - вход первого ФП3. Первый выход 1 оптического Y-разветвителя 1 подключен к информационному входу ЭОМ 2, управляющий вход которого связан с выходом первого ФП3. Второй выход 1 оптического Y-разветвителя 1 подключен ко входу второго ФП 3. Выход второго ФП3 подключен к первому управляющему входу ЭОД6, информационный вход которого связан с выходом ИИ5. Второй управляющий вход ЭОД6 связан с выходом У4, ко входу которого подключен выход первого ФП3. Выход ЭОД6 оптически подключен ко входам равноудаленных оптических волноводов 7, 7, …, 7; 7, 7, ..., 7; …, 7, 7, …, 7. Выход каждого j-го равноудаленного оптического волновода 7оптически подключен через МОТ 8 к j-му входу i-го оптического объединителя j-ой группы n оптических n-входных объединителей 9. Выход каждого i-го оптического объединителя 9 из группы n оптических n-входных объединителей подключен к i-му входу n-входного оптического объединителя 10. Выход ЭОМ 2 подключен к первому входу оптического Y-объединителя 11. Выход n-входного оптического объединителя 10 подключен ко второму входу оптического Y-объединителя 11, выход которого является выходом устройства.
Работа оптоэлектронного компромиссного сумматора происходит следующим образом.
x
x
x
x
x
1
1
упр1
1
2
2
2
упр2
упр3
упр1
1
11
упр2
упр3
1
упр2
2
упр3
-1
-1
-1
На первый вход устройства - вход оптического Y-разветвителя 1 - поступает оптический сигнал с интенсивностью  усл(овных) ед(иниц) ( меньше 1 усл. ед.). На второй вход устройства - вход первого ФП3 - поступает оптический сигнал с интенсивностью ν усл. ед. (ν меньше 1 усл. ед.). С первого выхода 1 оптического Y-разветвителя 1 оптический поток с интенсивностью 0,5 поступает на информационный вход ЭОМ 2, на управляющий вход которого поступает сигнал U=2ν с выхода первого ФП3. Со второго выхода 1 оптического Y-разветвителя 1 оптический поток с интенсивностью 0,5 поступает на вход второго ФП 3. На выходе второго ФП 3 формируется сигнал U=K (К - известный коэффициент, определенный ниже), который поступает на первый управляющий вход ЭОД6, на информационный вход которого подается сигнал с интенсивностью 1 усл. ед. с выхода ИИ5. На второй управляющий вход ЭОД6 поступает сигнал U=Kν с выхода У4 (коэффициент усиления которого равен K/2), на вход которого поступает сигнал U с выхода первого ФП3. При отсутствии сигналов на управляющих входах ЭОД6 оптический поток с интенсивностью 1 усл. ед. попадает на 1-й оптический волновод 1-й группы равноудаленных оптических волноводов 7. При поступлении на управляющий вход ЭОД6 сигналов управления U и U, отклоняющих оптический поток на углы: ϕ ~ arcsin(k⋅U) по оси Ох и ϕ ~ arcsin(k⋅U) по оси Oν [Акаев, А.А. Оптические методы обработки информации / А.А. Акаев, С.А. Майоров. - М.: Высшая школа, 1988. - 236 с.],
где k - коэффициент, определяемый типом дефлектора, оптический поток по оси Ох смещается на величину:
11
12
1n
21
22
2n
n1
n2
nn
где К=а⋅k, a=const - расстояние от выхода ЭОД6 до входа любого оптического волновода из n групп по n оптических волноводов 7, 7, …, 7; 7, 7, …, 7; …; 7, 7, …7;
а по оси Oν - на величину:
ij
i
x
x
x
x
x
Далее оптический поток с интенсивностью 1 усл. ед. с выхода i-го оптического волновода j-й группы равноудаленных оптических волноводов 7 поступает на ij-й вход МОТ 8 (участок транспаранта с функцией пропускания интенсивности, соответствующей значению (1-ν)(1-) для текущих входных сигналов  и ν), с ij-го выхода которого снимается оптический поток с интенсивностью (1-ν)(1-) усл. ед. Этот оптический поток поступает на j-й вход i-го оптического n-входного объединителя 9 из группы n оптических n-входных объединителей и далее - на i-й вход n-входного оптического объединителя 10. На выходах ЭОМ 2 и n-входного оптического объединителя 10 формируются оптические потоки с интенсивностями, соответственно, ν и (1-ν)(1-), которые поступают на входы оптического Y-объединителя 11, с выхода которого - с выхода устройства, снимается оптический поток с суммарной интенсивностью, равной искомому значению функции (1).
-10
-9
-12
Быстродействие оптоэлектронного компромиссного сумматора определяется динамическими характеристиками электрооптического модулятора, фотоприемника и электрооптического дефлектора. На сегодняшний день быстродействие электрооптического модулятора (например, модулятора Керра) достигает 10 с, фотоприемника на основе лавинных фотодиодов - 10 с, электрооптического дефлектора - 10 с, что позволяет обеспечить функционирование устройства практически в реальном масштабе времени.