二进制符号替换运算规律的实验研究

　　在全光数字计算机的算法及体系结构的研究中，符号替换运算逻辑由于它在发挥光学处理并行性和容易同光互连相配合上的优势，引起了人们广泛的重视^(1)。

　　加法器是构成计算机运算器的核心部件，因此，实现符号替换的加法运算规律，是在全光数字计算机中实际使用符号替换逻辑的重要步骤。文献〔2〕中提出用zns光双稳滤光片，作为光学逻辑器件实现符号替换运算规律的思想，本文在上述工作的基础上，设计了一种简便易行的光学实现方案，演示了二进制符号替换加法运算四项基本规律的实验结果。本文报道的这一全光实验系统，结构简单，光能利用率高，对目前正在设计的全光数字计算机的体系结构具有启发意义。

　　实验系统

　　1.符号替换运算逻辑

　　符号替换运算逻辑是一种空间编码的逻辑系统。图1表示其强度编码形式。

　　图1符号替换逻辑的强度编码方式

　　图2(a)所示为使用符号替换逻辑进行二进制加法时的四则运算规律。本文中用表示四个输入象元，产表示四个输出象元。见图2(b)。

　　图2 二进制符号替换加法的四则运算规律

　　通过对图2(a)的分析，可以发现输入、输出象元之间满足如下的逻辑函数关系:

　　2.光学逻辑器件

　　使用自制的ZnS光学双稳滤光片作为实验系统中的光学辑逻器件^（3）。其基本结构为峰值透射波长，半带宽W_H=2nm，线性峰值透射率。选用上述结构参数的双稳滤光片，主要是考虑在我们的实验系统中，双稳滤光片的透、反逻辑需要同时使用，而这种参数结构的滤光片能够保证透、反射逻辑高低态的光强比较均衡，并且双稳开关闹值也比较低。

　　3.实脸光路

　　图3所示为使用一片zns光双稳滤光片完成符号替换加法运算规律的实验光路。

　　图3中是两束偏置光，它们的大小决定了在双稳滤光片上取何种运算逻辑状态。代表输入象元，代表输出象元。B是光束合成棱镜，IF是透反射型zns光双稳滤光片，分别是聚焦和恢复平行用透镜。输入象元进入B后，先实现:和的操作，而后在偏光校镜P中，偏置光H，、H:分别和从B输出的信号光重合，成为H，+I:+13和H:+I:+14。

　　(a)(b)圈4ZnS双稳滤光片的透、叹射特们曲线元I:、I:、13、I;进入Bj舌，先实现I:+I:和12+I;的操作，而后在偏光校镜P中，偏置光H₁和H₂分别和从B输出的信号光重合，成为

　　实验结果

　　图4(a)、(b)是zns双稳滤光片IF的透射、反射输入输出双稳特性曲线。据此，我们设两束偏置光分别为H₁=14mw，H₂=20mw。