Результат интеллектуальной деятельности: ОПТИЧЕСКИЙ НАНОРЕГИСТР

Изобретение относится к средствам вычислительной техники и может быть использовано в оптических устройствах обработки информации при разработке и создании оптических вычислительных машин и приемопередающих устройств в наноразмерном исполнении.

Известные различные регистры, построенные на основе использования электронных функциональных элементов [Ю.Ф. Опадчий, О.П. Глудкин. Аналоговая и цифровая электроника. - М.: Горячая линия телеком, 2000, с. 580], обеспечивающие запись и хранение информации, представленной в виде двоичного кода. Недостатком этих регистров являются большая сложность и низкое быстродействие.

Наиболее близким по техническому исполнению к предложенному устройству является оптический триггер [Патент №2040028, Россия, 1995. Оптический триггер / Соколов С.В.].

Недостатком данного оптического триггера является невозможность его реализации в наноразмерном исполнении.

Заявленное изобретение направлено на решение задач записи и хранения информации, представленной в виде оптических двоичных сигналов, и реализации устройства в наноразмерном исполнении.

Поставленные задачи возникают при разработке и создании оптических вычислительных наномашин или приемо-передающих наноустройств.

Заявленное устройство строится на основе оптических нановолокон, варианты технического исполнения которых описаны в [Оптика наноструктур / Под редакцией А.В. Федорова: СПб. «Недра», 2005 г.; Krenn J.R., Dereux A., Weeber J.C., et al. Squeezing the optical near-field zone by plasmon coupling of metal nanoparticles. Physical Review Letters, 1999, 82, 12, 2590], и телескопических нанотрубок, под которыми понимается пара вложенных одна в другую нанотрубок [Multiwalled Carbon Nanotubes as Gigahertz Oscillators / Quanshui Zheng, Qing Jiang // Phys. Rev. Lett. 88, 045503, 28 January, 2002].

Сущность изобретения состоит в том, что в него введены источник постоянного оптического сигнала, два N-выходных нановолоконных оптических разветвителя, N телескопических нанотрубок, N нановолоконных оптических Y-разветвителей, N нановолоконных оптических объединителей, информационными входами устройства являются первые входы нановолоконных оптических объединителей, входом сброса (установки нуля) устройства является вход второго N-выходного нановолоконного оптического разветвителя, выход источника постоянного оптического сигнала подключен ко входу первого N-выходного нановолоконного оптического разветвителя, выходы которого оптически связаны со входами соответствующих нановолоконных оптических Y-разветвителей, вторые выходы которых подключены ко вторым входам нановолоконных оптических объединителей, между выходами которых и соответствующими выходами второго N-выходного нановолоконного оптического разветвителя по оси распространения их выходных оптических сигналов расположены телескопические нанотрубки, в которых в исходном положении внутренние нанотрубки находятся в крайнем правом положении и разрывают оптические связи между выходами первого N-выходного нановолоконного оптического разветвителя и входами соответствующих нановолоконных оптических Y-разветвителей, первые выходы которых являются выходами устройства.

Оптический нанорегистр позволяет осуществить запись входных оптических двоичных сигналов S₁, …, S_N, их хранение и передачу (отображение) на выходы Q₁, …, Q_N.

На фиг. 1 представлена функциональная схема оптического нанорегистра.

Устройство состоит из источника постоянного оптического сигнала 1, двух N-выходных нановолоконных оптических разветвителей 2_i, i=1, 2, N телескопических нанотрубок: 3_j, j=1, 3, …, 2N-1 - внутренние нанотрубки, 3_k, k=2, 4, …, 2N - внешние нанотрубки; N нановолоконных оптических Y-разветвителей 4_i, i=1, …, N; N нановолоконных оптических объединителей 5_i, i=1, …, N.

Информационными входами устройства S₁, …, S_N являются первые входы нановолоконных оптических объединителей 5_i, i=1, …, N.

Входом сброса (установки нуля) устройства R является вход второго N-выходного нановолоконного оптического разветвителя 2₂.

Выходами устройства Q₁, …, Q_N являются первые выходы нановолоконных оптических Y-разветвителей 4_i, i=1, …, N.

Выход источника постоянного оптического сигнала 1 подключен ко входу первого N-выходного нановолоконного оптического разветвителя 2₁.

Вторые выходы нановолоконных оптических Y-разветвителей 4_i, i=1, …, N, подключены ко вторым входам нановолоконных оптических объединителей 5_i, i=1, …, N.

Телескопические нанотрубки 3_i, i=1, …, 2N, расположены между выходами второго N-выходного нановолоконного оптического разветвителя 2₂ и выходами нановолоконных оптических объединителей 5_i, i=1, …, N, по оси распространения их выходных оптических сигналов. Под действием разности сил, обусловленных воздействием световых потоков (разность оптических мощностей 1-5 ватт создает разность сил 5-15 нН), внутренние нанотрубки 3_j, j=1, 3, …, 2N-1, будут перемещаться в сторону оптического потока с меньшей интенсивностью (при этом необходимо иметь в виду, что минимально необходимая сила для перемещения нанотрубки составляет аттоньютоны [Multiwalled Carbon Nanotubes as Gigahertz Oscillators / Quanshui Zheng, Qing Jiang // Phys. Rev. Lett. 88, 045503, 28 January, 2002]).

Выходы первого N-выходного нановолоконного оптического разветвителя 2₁ оптически связаны со входами соответствующих нановолоконных оптических Y-разветвителей 4_i, i=1, …, N.

В исходном положении внутренние нанотрубки 3_j, j=1, 3, …, 2N-1, находятся в крайнем правом положении и разрывают оптические связи между выходами первого N-выходного нановолоконного оптического разветвителя 2₁ и входами соответствующих нановолоконных оптических Y-разветвителей 4_i, i=1, …, N.

Устройство работает следующим образом.

С выхода источника постоянного оптического сигнала 1 сигнал с интенсивностью 2N условных (усл.) единиц (ед.) поступает на вход первого N-выходного нановолоконного оптического разветвителя 2₁, с каждого выхода которого снимается постоянный оптический сигнал с интенсивностью 2 усл.ед.

В исходном состоянии внутренние нанотрубки 3_j, j=1, 3, …, 2N-1, находятся в крайнем правом положении и разрывают оптические связи между выходами первого N-выходного нановолоконного оптического разветвителя 2₁ и входами соответствующих нановолоконных оптических Y-разветвителей 4_i, i=1, …, N. Интенсивность оптических сигналов на выходах устройства Q₁, …, Q_N составляет 0 усл.ед.

При подаче на вход одного из разрядов нанорегистра, например, S₁ оптического сигнала интенсивности 1 усл.ед. внутренняя нанотрубка 3₁ переместится из крайнего правого положения в крайнее левое. Оптический сигнал с первого выхода первого N-выходного нановолоконного оптического разветвителя 2₁ поступит на вход первого нановолоконного оптического Y-разветвителя 4₁. С выходов оптического нановолоконного Y-разветвителя 4₁ оптический сигнал, уменьшившись по интенсивности в два раза, с интенсивностью 1 усл.ед. поступит на выход устройства Q₁ и на второй вход нановолоконного оптического объединителя 5₁.

После прекращения подачи оптического сигнала на вход S₁ внутренняя нанотрубка 3₁ будет по-прежнему удерживаться в левом положении оптическим потоком с выхода оптического нановолоконного объединителя 5₁ - в первый разряд нанорегистра произведена запись «1».

Аналогично происходит запись информации в остальные разряды нанорегистра.

Для установки нанорегистра в нулевое (исходное) состояние на его вход сброса R подается оптический сигнал интенсивности 2N усл.ед. На каждом выходе второго N-выходного нановолоконного оптического разветвителя 2₂ появляется оптический сигнал интенсивности 2 усл.ед. Интенсивность оптического потока, действующего на внутреннюю нанотрубку 3_j, j=1, 3, …, 2N-1, слева (2 усл.ед.) становится больше, чем справа (1 усл.ед.), в результате чего внутренние нанотрубки 3_j, j=1, 3, …, 2N-1, перемещаются в крайнее правое (исходное) положение - во все разряды нанорегистра произведена запись «0».

Таким образом, оптический нанорегистр позволяет осуществить запись входных оптических сигналов S₁, …, S_N, их хранение и передачу (отображение) на выходы Q₁, …, Q_N.

Простота данного оптического нанорегистра, высокое быстродействие и возможность наноразмерного исполнения делают его весьма перспективным при разработке и создании оптических вычислительных наномашин и приемо-передающих наноустройств.