專利名稱：利用干涉的頻率多路化邏輯,放大和能束控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于光學(xué)計(jì)算機(jī)和光子晶體管功能，如放大、布爾邏輯、和控制能束信號的頻率多路化。
背景技術(shù)：
美國專利US NO.5093802含有本發(fā)明的基礎(chǔ)技術(shù)。它采用受調(diào)制和未受調(diào)制的波動(dòng)型能量的輸入能束之間的干涉。這些功能以一條紋成分分離器、如一掩膜中的相長和相消干涉成分區(qū)加以定義，此分離器用來由至少一成分區(qū)分離能量以提供至少一個(gè)輸出。干涉在能產(chǎn)生干涉條紋和所述的各種不同輸出的相干能量的輸入能束之間產(chǎn)生。
該發(fā)明提供有數(shù)種功能，包括二輸入“或”，“異或”，反相器，和放大器，以及各種不同的雙穩(wěn)裝置，它們?nèi)季哂携B加在單個(gè)頻率波上的波形。現(xiàn)有技術(shù)所欠缺的是一單個(gè)裝置中采用多載波頻率的多個(gè)獨(dú)立功能的頻率多路化或同時(shí)操作的任何裝置或方法。
在撰寫美國專利NO.5093802時(shí)已意識到這樣的裝置不限于一定的波長，如下面的US NO.5093802的縱列11行14中所指出的“由于分割干涉條紋的成分區(qū)，如本發(fā)明所要求的不受所采用的波動(dòng)型能量的波長的限制，工作波長可由電磁能譜的視覺范圍選擇。這樣，一組多個(gè)輸入如(104)就能作為直接的可視顯示數(shù)據(jù)。同時(shí)或快速連續(xù)地利用多個(gè)波長，其多個(gè)輸出就能作為一完全的彩色可視顯示的功能?！碑?dāng)一組裝置被設(shè)計(jì)來在大于一個(gè)波長、如為產(chǎn)生一完全彩色顯示所需的紅、蘭和綠的波長運(yùn)行時(shí)雖然要求有“多輸出”和因此的多個(gè)成分，但為在一單個(gè)裝置中完成同時(shí)的頻率多路化操作的概念和機(jī)制則還不明顯。稍后，在發(fā)明了實(shí)現(xiàn)頻率多路化的裝置之后，申請人也認(rèn)識到頻率多路化的優(yōu)越性。
本發(fā)明的說明本發(fā)明為提供頻率多路化功能包括邏輯、放大和能束控制的裝置和方法。一組公共鏡片在一單個(gè)裝置內(nèi)的獨(dú)立頻道產(chǎn)生同時(shí)發(fā)生的獨(dú)立功能。頻率多路化輸出的各單獨(dú)通道包含各單獨(dú)地在通道上執(zhí)行的各單獨(dú)功能的結(jié)果。
輸入能束包含多頻率能量，其中，各單獨(dú)的頻率通道起以本發(fā)明中所用的信息獨(dú)立地調(diào)制的獨(dú)立的載波的功能作用。本發(fā)明具有多個(gè)這樣的頻率多路化輸入。干涉同時(shí)在所有輸入之中產(chǎn)生，對各載波頻率通道生成分開的干涉圖象。因?yàn)椴捎霉驳溺R片產(chǎn)生干涉，所以在同一通用區(qū)中的所有圖象均欲相互重疊，雖然會(huì)發(fā)生某些頻率分隔。
雖然重疊圖象可被叫做一組合圖象，而事實(shí)是一單個(gè)通道中的調(diào)制變化僅在由該特定波長的能量產(chǎn)生的干涉圖象中引起變化。由其他通道的能量所產(chǎn)生的其他圖象則不受影響。
圖象成分分離器，如一掩膜，使得能量可因?yàn)樗鼈兣c各單獨(dú)圖象的關(guān)系由一或多個(gè)被專門選控的位置傳送到輸出。由于重疊的結(jié)果，同時(shí)從這些相同位置上由各單獨(dú)圖象進(jìn)行輸出。利用來自各單獨(dú)通道的能量執(zhí)行的功能取決于該通道輸入能束的調(diào)制特性、該通道的干涉圖象的形狀，和欲由其取能量的圖象中的位置。這些參數(shù)依靠適當(dāng)選擇和定向光學(xué)元件和依靠各單獨(dú)通道的調(diào)制格式和相位的選擇來加工進(jìn)一特定的裝置。
因此，按照它們與所采用的公共鏡片的關(guān)系的各個(gè)通道的各單獨(dú)參數(shù)，本發(fā)明可以為一通道提供邏輯“與”，為另一通道提供邏輯“或”，為第三通道提供放大器，等等。
在采用公共鏡片時(shí)，輸出也是作頻率多路化的，并且它含有單獨(dú)地執(zhí)行本發(fā)明中的功能的各通道內(nèi)的結(jié)果，頻率多路化邏輯具有降低為控制許多信號所需的光學(xué)部件數(shù)量的優(yōu)點(diǎn)。例如，一完整的頻率多路化字的各個(gè)比特可由控制一單個(gè)裝置的輸入信號來單個(gè)地或成組地接通和斷開。
本發(fā)明可采用任何產(chǎn)生干涉的波動(dòng)型能量來實(shí)現(xiàn)，包括聲波、運(yùn)動(dòng)粒子波、和電磁波。但對聲波和粒子波進(jìn)行多路化比采用電磁波困難，因?yàn)樗婕暗牟ㄩL以不同的速度作用。不過本發(fā)明將利用這些另外的能量型式運(yùn)行。從而，這些另外型式的能量可被用來提供采用干涉的圖象檢測和多速電子控制為了一致性和理解，這里將采用光學(xué)術(shù)語。
全息圖由多個(gè)能束或多組能束產(chǎn)生干涉圖象。由于全息圖，特別是計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的全息圖是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方便途徑，下面將對本發(fā)明的輸入描述成為多組就象是一單個(gè)能束那樣被作一齊調(diào)制的能束。這樣做是因?yàn)樵S多射線、即能束組合以產(chǎn)生全息干涉圖象、即條紋。然后多組輸入能束一致地動(dòng)作來產(chǎn)生確定輸出的各種不同的干涉圖象格式。
全息圖還能產(chǎn)生作頻率補(bǔ)償?shù)闹丿B圖象，以使得各單獨(dú)通道圖象的重疊位置能被按照匹配某一定的圖象成分分離器所需地定位。計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的全息圖還能被用來生成此圖象成分分離器。這使得全息圖象設(shè)計(jì)者能對本發(fā)明生成復(fù)雜的光學(xué)設(shè)置，它們能產(chǎn)生帶有匹配加工的圖象成分分離器的被加工的干涉產(chǎn)生鏡片以使得此鏡片能被加工來提供特定通道上的特定功能。
美國專利5093802和作為本申請的繼續(xù)部分的美國專利申請NO.08/357460(Dec16，1994)中描述各單獨(dú)的頻率通道中發(fā)生的基于各單獨(dú)的干涉的功能，其中前者說明采用單個(gè)頻率圖象(“條紋”)的某種基于干涉的功能，后者說明“特殊干涉”的應(yīng)用。下面概略地解釋這些單獨(dú)的功能的運(yùn)行。
干涉由單色(或準(zhǔn)單色)能量疊加產(chǎn)生。干涉將來自輸入能束重新分配到由發(fā)生相消干涉(DI)和相長干涉(CI)的區(qū)域構(gòu)成的干涉圖象、即條紋。當(dāng)此干涉圖象的一部分被分離到輸出時(shí)，其輸出波形取決于由之取得輸出的圖象中的位置，并取決于輸入能束的受調(diào)波形。在由于一或多個(gè)能束的調(diào)制而發(fā)生輸入能束的各種不同的瞬間組合時(shí)，來自任一位置的輸出幅值為來自干涉輸入能束的能量的瞬時(shí)向量和。如果輸出取自許多位置，則此輸出將是取自圖象中每一個(gè)位置的信號的組合。
當(dāng)在一指定的輸入能束調(diào)制格式的狀態(tài)或關(guān)系期間在圖象中一定位置發(fā)生DI則該位置可被稱一“DI位置”，即使同時(shí)在該同一位置發(fā)生DI、CI的許多組合和其他能量組合。“CI位置”也是這樣。這種設(shè)計(jì)提供受調(diào)輸入能束的瞬時(shí)關(guān)系與由來自該特定位置的輸出能量得到的輸出關(guān)系之間的適宜的基準(zhǔn)。
當(dāng)來自DI位置的能量提供輸出，輸入能束作二進(jìn)制調(diào)制時(shí)，輸出遵循附加有調(diào)相成分的布爾“異或”功能。如果一能束保持運(yùn)行，即產(chǎn)生“非”功能。如果另一輸入能束作模擬調(diào)制，輸出即具有被反相的波形。如果由一CI位置分離能量且一能束保持運(yùn)行，則輸出即為具有大于受調(diào)輸入中能量總數(shù)的受調(diào)能量的被放大的信號。如果二輸入均作二進(jìn)制調(diào)制，就產(chǎn)生“或”功能。由圖象中其他位置分離能量產(chǎn)生具有各種相位調(diào)制特性的輸出波形的其他組合。
本發(fā)明是對采用楊氏干涉的美國專利NO.5093802的改進(jìn)，這樣就可能在一單個(gè)裝置中同時(shí)完成多個(gè)獨(dú)立的作頻率多路化的功能，而不再需要從前那樣要求各頻率分開的裝置。
特殊干涉加以現(xiàn)在能為作頻率多路化操作與本發(fā)明相結(jié)合的大范圍的基于干涉的功能。
楊氏干涉包括任何類似于傳統(tǒng)的雙縫試驗(yàn)的那些產(chǎn)生在其干涉圖象成分中的能量關(guān)系的干涉類型，而不管哪一種型式的干涉器被用來產(chǎn)生它們。用于楊氏干涉的數(shù)學(xué)關(guān)系在下面特殊干涉基本討論中加以定義，取自專利中請NO.08/357460。基本運(yùn)行理論申請人認(rèn)定，在采用第一類型特殊干涉的純粹相長干涉位置上的能量幅度和強(qiáng)度可以利用所用的幅值方法的標(biāo)準(zhǔn)向量和與其他干涉現(xiàn)象的適配來加以計(jì)算。
對于強(qiáng)度的基本公式已由余弦定律推導(dǎo)出并只考慮二輸入射線。
該公式是A＝第一能束的幅值；B＝第二能束的幅值；θ(theta)＝二能束間的相位差；強(qiáng)度＝I＝A2+B2+2ABCOS(θ)總的幅值Tci＝I的方根，正如A2＝幅度A的強(qiáng)度。
在相長干涉(ci)區(qū)的中央，θ＝0，和COS(θ)＝+1。在相消干涉(di)區(qū)的中央，θ＝180°，和COS(θ)＝-1。結(jié)果，在此二位置的二幅值的向量和也是幅值的代數(shù)和。
在ci區(qū)中此二射線同相位，故其和具有該同樣相位。因而此強(qiáng)度等式為Ici＝A2+B2+2AB＝(A+B)2在di區(qū)中，二射線異相，故向量和為二振幅在最大時(shí)的相位時(shí)之差。如果它們相等，代數(shù)和為零。此di強(qiáng)度等式成為Idi＝A2+B2-2AB＝(A-B)2這兩種情況可被看作為三個(gè)不同射線的向量和，分別標(biāo)為B1、B2和U。在di區(qū)，B＝-B1＝B2，故U為A與B間之差，而A＝B+U。
當(dāng)A自身在運(yùn)行中時(shí)，位置1處的幅值為B1和U的向量和。其強(qiáng)度為(B1+U)2。
在能束B2進(jìn)入運(yùn)行時(shí)它與最初的二個(gè)組合，由于它與B1和U相位差180，幅值和強(qiáng)度的總數(shù)如式1所示。
式I，對于所有干涉類型的di位置T1＝Tdi＝B1+U-B2＝UI1＝Idi＝(B1+U-B2)2＝U2而由替代得到I1＝Idi＝A2+B2-2AB＝(B+U)2+B2-2B(B+U)＝B2+2BU+U2+B2-2B2-2BU＝U2
這恰恰是所期望的，因?yàn)榉茸鞔鷶?shù)相加，而強(qiáng)度是幅值的平方。
這表明，小于第一能束的異向能束的相加得到具有等于二者差值的能量。如果看作為三個(gè)能束之和，其中二個(gè)幅度相等但符號相反，第三能束等于在所有三個(gè)被相加之后余留在該位置的能量的幅值。
干涉過程在干涉圖象內(nèi)對能量重新定位。由di區(qū)消失的能量的相當(dāng)值出現(xiàn)在ci區(qū)。如以上所示，當(dāng)二不等的能束作相消干涉時(shí)，di區(qū)中并非全部能量均被重新置于ci區(qū)。剩余下的恰恰等于二不相等能束間之差。這一剩余能量未被更換位置，它繼續(xù)到達(dá)di位置。因此，這一剩余能量可被稱為“未被轉(zhuǎn)移”能量，因?yàn)樗幢桓缮孓D(zhuǎn)移到ci區(qū)。
結(jié)果，人們就可以將顯然由di區(qū)消失的能量說成是“被轉(zhuǎn)移”能量。
在楊氏ci區(qū)中，在楊氏干涉的情況下，在僅一個(gè)能束在運(yùn)行中時(shí)到達(dá)第二位置，即ci區(qū)的能量的幅值為A。A可被認(rèn)為是二幅值B1和U之和。
而當(dāng)能束B2進(jìn)入運(yùn)行中時(shí)它與首先的二個(gè)相組合。因?yàn)樗cB1和U同相位，B＝B1＝B2，而幅值和強(qiáng)度的總和如等式2中所示。
等式2，在放大或飽和狀態(tài)中的楊氏干涉T2＝Tci＝B1+U+B2＝2B+UI2＝Ici＝(B1+U+B2)2＝(2B+U)2而且在飽和時(shí)有I2＝Ici＝A2+B2+2AB＝(B+U)2+B2+2B(B+U)＝B2+2BU+U2+B2+2B2+2BU＝4B2+4BU+U2
＝(2B+U)2這也正是所期望的，因?yàn)榉底鞔鷶?shù)相加，而強(qiáng)度是幅值的平方。
在這種情況下，楊氏干涉在僅有一能束在運(yùn)行中時(shí)使能量被導(dǎo)引至這一ci位置。當(dāng)?shù)诙苁M(jìn)入運(yùn)行時(shí)，來自di區(qū)的能量被轉(zhuǎn)移到ci區(qū)。如此上所示，被干涉加到ci區(qū)的能量嚴(yán)格等于由di區(qū)移走的能量。
因此存在有二相等的部分，B1和B2。一來自能束A和另一個(gè)來自能束B。二者之間的差為U。
在ci和di兩種情況下，U均保持不變。它被稱之為“未被轉(zhuǎn)移”的能量。雖然，即使在ci區(qū)它亦維持不受B1與B2間發(fā)生的干涉的影響。
如果B升高到等于A，在二位置U都降至零。在di位置所得的干涉圖象完全成為黑的，在ci位置的強(qiáng)度成為4A2＝4B2。全部能量均傳播到干涉圖象。
當(dāng)A與B不相等時(shí)，所形成的圖象可被看成是二圖象之和。一個(gè)圖象是由部分B1和B2形成的熟知的干涉條紋型式的干涉圖象。另一圖象是一始終一致的斑點(diǎn)，部分之間沒有對比度變化，其幅度為U，其強(qiáng)度為U2。
因此，二不相等的能束間之差U，可被恰當(dāng)?shù)胤Q之為“未被轉(zhuǎn)移”的，因?yàn)楫?dāng)B1和B2截止時(shí)它以同樣的形式到達(dá)同樣的位置。
B1和B2被恰當(dāng)?shù)胤Q之為“被轉(zhuǎn)移的”能量，因?yàn)闉榱诵纬筛缮鎴D象這種能量被作了重新配置，即被作了轉(zhuǎn)移。在此圖象中來自di位置的能量被轉(zhuǎn)移到ci位置，與來自只要不存在干涉總會(huì)到達(dá)的另一能束的相等的能量相組合。
在特殊干涉中，當(dāng)僅有一能束在運(yùn)行中時(shí)不對位置2即ci位置有任何傳播。這是因?yàn)槟苁cdi位置比較很小，并僅被引導(dǎo)向di位置，和不擴(kuò)展到覆蓋最終ci要發(fā)生的位置。
di區(qū)的功能恰如上述，具有與B異相的來自A的兩個(gè)同相能束。
ci區(qū)在不存在干涉時(shí)沒有能量。最重要的是它沒有”未被轉(zhuǎn)移“的能量(即U＝0)。
當(dāng)?shù)诙苁?B2)進(jìn)入運(yùn)行時(shí)，發(fā)生干涉產(chǎn)生干涉圖象，由di位置移走能量(B2-B2)，留下U作為剩余能量。
由di位置移走的能量被轉(zhuǎn)移到ci位置作為B1+B2。它具有強(qiáng)度(B2+B2)2。
經(jīng)過替代得到I2＝Ici＝A+B+2AB＝(B+U)2+B2+2B(B+U)＝B2+2BU+U2+B2+2B2+2BU＝4B2+4BU+B2＝(2B+U)2但是，在這一位置U＝0，產(chǎn)生如等式3中所示的重要關(guān)系。
等式3，放大或飽和狀態(tài)中的第一類型干涉T2＝2BI2＝(2B+O)2＝4B2這樣即為振幅和強(qiáng)度雙方推導(dǎo)得第一類型特殊干涉的等式。
任一應(yīng)用中的總能量取決于ci面積和di面積，因?yàn)樗鼈兛赡苡稍S多射線、甚至數(shù)千或數(shù)萬射線構(gòu)成。全部能量可被擴(kuò)大來覆蓋很大的面積，或者聚焦到很小面積。輸出特征將是大小、位置和輸出面積相對于圖象的圖象成分分離器的圖象面積之比的功用。來自非純粹ci或di的圖象的其他部分的傳播能量也傳播到發(fā)明的整個(gè)運(yùn)行中。
這些等式對放大和限幅過程的重要性不能加以夸大。作為示例，被定向到位置1的基本恒定功率能束A和一控制能束B(小于A)在位置1和2產(chǎn)生干涉圖象，di在1，ci在2。
輸出強(qiáng)度為4B2，幅值為2B。在鏡片損壞或其他將實(shí)際改變此設(shè)置的其他因素的極限之內(nèi)A在怎樣程度上大于B無關(guān)緊要。被轉(zhuǎn)移到輸出的能量正比于控制能束B。
當(dāng)控制能束為幅度調(diào)制時(shí)，輸出也為幅度調(diào)制，具有控制能束的幅度的二倍。在輸出波形的信息承載部分的能量被加倍。與采用楊氏干涉的現(xiàn)有技術(shù)的放大器不同，本發(fā)明不生成剩余輸出U，不對干涉圖象傳播的未轉(zhuǎn)移的剩余能量。
只要此受調(diào)能束小于此恒定能束，輸出就將被放大。輸出幅值總是二者中的較小者的雙倍。
下面考慮在受調(diào)控制能束升高到恒定的功率能束的能級之上時(shí)發(fā)生的情況。在B＞A時(shí)，任何時(shí)刻輸出均將為二者中較小者的二倍。這與上面等式中更換能束名稱相同。因?yàn)檩^小的一個(gè)也就是恒定的一個(gè)，不管B被作怎樣強(qiáng)的調(diào)制，輸出均將為恒定的2A，仍然要在不破壞或改變光學(xué)設(shè)施的范圍之內(nèi)。這種情況稱為“飽合”。所有可能來自能束A的能量均被轉(zhuǎn)移到輸出。
因此，本發(fā)明的放大曲線是非線性的。以光速運(yùn)行的非線性鏡片能完成許多否則是不可能的任務(wù)。已收調(diào)波形在二輸入能束相等時(shí)將受到限制和箝位。
第二類型物殊干涉也能被看作是具有三個(gè)成分的幅值。功率能束(A)被定向于di位置，它不會(huì)被導(dǎo)引至ci位置，正如同第一類型特殊干涉那樣。
控制能束(B)被定向于二個(gè)位置。因而這一類型的干涉將不會(huì)在一單個(gè)階段中產(chǎn)生一邏輯“與”，但它構(gòu)萬一理想的放大器。
當(dāng)控制能束截止時(shí)，I2＝0，I1＝B1+U。
當(dāng)控制能束小于基本恒定的功率能束時(shí)，A＝B1+U，B＝B2。位置1的幅值將為B1+U。
等式U，放大中的第二類型干涉；幅值＝T2＝B1+B2＝2B
強(qiáng)度＝I2＝(B1+B2)2＝4B2這與采用第一類型特殊干涉時(shí)同樣。當(dāng)設(shè)置進(jìn)入飽和時(shí)出現(xiàn)差異。發(fā)生這種情況時(shí)，等于B-A(因?yàn)锽較大)的未被轉(zhuǎn)移的能量(U)不來自功率能束。在這種情況下，剩余能量來自被直接定向到輸出的控制能束。因而，飽和期間的輸出如等式5中所示。
等式5，飽和中的第二類型干涉幅值＝T2＝B1+B2+U＝2B+U＝2A+U強(qiáng)度＝I2＝(B1+B2+U)2＝4A2+4AU+U2因?yàn)锳為常數(shù)所以放大減弱。功率能束的所有可能的能量均轉(zhuǎn)移到輸出。B的進(jìn)一步增大未被加倍的U的大小。在求平方以生成強(qiáng)度時(shí)，因子4AU表明存在著與來自干涉圖象的其他部分的能量的某種交互作用，但U保持相同。
結(jié)果，在B＜A時(shí)，這一第二類型特殊干涉象第一類型特殊干涉性能一樣。但它在B＞A時(shí)性能與楊氏干涉相同。放大仍有某種限制但不被箝位。寬帶和窄能設(shè)置上述過程是與相位相關(guān)的，由di位置移走的能量被重新送到ci位置。但如信號在其他相位到達(dá)第一位置時(shí)會(huì)是什么？在這種情況下，ci位置在其他的地點(diǎn)，結(jié)果是近似于調(diào)相信號的二進(jìn)制操作。為使ci位置與輸出位置相同輸入將必須絕對為異相的。
實(shí)踐中，所用的鏡片將必須以波長單位和波長大小加工。大部分光學(xué)設(shè)置依賴于來自于輸入能束的多個(gè)交叉點(diǎn)的能量的平均。由這些多個(gè)點(diǎn)能量的平均產(chǎn)生熟知的正弦波干涉條紋。
如果放大器被加工成包括大量的這種點(diǎn)以便應(yīng)用此平均原理，則它將具有寬的帶寬并將能具有應(yīng)用多個(gè)輸入頻率的功能。輸出位置的作用就好像一組每一個(gè)采用單獨(dú)射線組的邊靠邊地排列的控制器。
在這種情況下，輸出通路包括大量波長大小的位置。對于稍有不同的相位和稍許不同的頻率，每對輸入位置中的ci位置將在稍許不同的輸出位置。如果這些位置恰都在此通路的區(qū)域內(nèi)，能量就將輸出。如果不是則無輸出。
近代的鏡片能以波長大小運(yùn)行。波長大小輸入能束和波長大小輸出通路將產(chǎn)生與多位置平均式的鏡片相當(dāng)不同的操作過程。鏡片越精確，為使得ci區(qū)命中輸出通路相位和頻率就必須越精確。
為了使ci區(qū)命中波長大小輸出通路，波長大小的精確性將使得在第一位置上只有當(dāng)相位足夠地接近180°時(shí)調(diào)相信號才輸出。由模擬調(diào)相信號的輸出只有在二輸入嚴(yán)格地為異相時(shí)才為二進(jìn)輸出。
如果采用多頻率，將能命中輸出通路的僅有頻率將是那些符合使ci位置是微輸出孔時(shí)的波長幾何條件的頻率。
因此，每一方法和每一裝置均必須被加工來產(chǎn)生所需的放大器型式。如果一相位解調(diào)器要以模擬輸入運(yùn)行，它就將必須是平均多位置(寬帶)式。如果它要在二進(jìn)制電路中運(yùn)行，則單個(gè)的波長大小位置(窄帶)式將十分良好地工作。
借且利用具有一共用的第一位置、但分開的輸出位置的多個(gè)波長大小控制器，有可能產(chǎn)生相當(dāng)大數(shù)量的組合操作，從而能同時(shí)處理各種不同的信號。
由定向到一共用信號的不同位置輸入能束能產(chǎn)生一頻分多路分配器。每一不同頻率將在不同輸出位置生成其ci。如果各輸出位置在圖象在分分離器中具有其自己的輸出通路，輸入中的一組復(fù)雜的頻率將被分離成獨(dú)立的輸出。同時(shí)它將濾出其當(dāng)中的任何頻率，因?yàn)樵O(shè)有用于這些頻率的輸出通路，和設(shè)有提供符合的輸入頻率。
如果控制輸入被導(dǎo)引至一共用位置和采用多個(gè)功率輸入，各自具有不同的頻率和不同的位置，就可將幾何結(jié)構(gòu)安排成使ci位置全都符合，以產(chǎn)生一非常準(zhǔn)確的頻率可選濾波器。所有符合一功率能束的頻率均將在公共輸出通路有它們的ci。所有其他頻率都沒有。這種設(shè)置與寬帶平均設(shè)置間的區(qū)別是每一個(gè)通過濾波器的頻率均必須佳精確地符合功率能束的頻率和相位。在波長大小，濾波器能提供任何已知手段的最佳選擇，特別是在光波頻率及以上。
由前述討論可見，當(dāng)那些向量組合被一圖象成分分離器由一干涉圖象的各種不同部分分離時(shí)，相干能量的向量和產(chǎn)生大量不同的邏輯、放大和能束控制功能。這些向量組合如何利用任一類型干涉來生成取決于用于產(chǎn)生干涉的鏡片和相干輸入能束的相位和幅值關(guān)系。結(jié)果，這里的許多對“相長干涉”和“相消干涉”的基準(zhǔn)可應(yīng)用到一干涉圖象內(nèi)能量的所有可能的向量組合，不管向量和是產(chǎn)生最大、最小或中間的什么值。術(shù)語“相長干涉”可包括任何大于或等于簡單的強(qiáng)度相加向量結(jié)果，而術(shù)語“相消干涉”可包括任何小于簡單的強(qiáng)度相加的向量結(jié)果。不過在討論相位關(guān)系時(shí)，這些術(shù)語用于存在這樣的相位關(guān)系時(shí)的最大和最小。
專利申請NO.08/357460和專利NO.5093802說明怎樣利用單一頻率的相干能量來完成能束控制、放大、和邏輯功能?？偲饋碚f，這些產(chǎn)生基于干涉的功能的裝置和過程被叫做“光子晶體管”，因?yàn)樗鼈兡芾霉庾觼硗瓿烧Ｓ衫秒娮泳w管完成的任務(wù)。
本發(fā)明增加頻率多路化操作的基本原理來對一單個(gè)裝置內(nèi)的各單獨(dú)的頻率多路化通道同時(shí)提供所有的獨(dú)立光子晶體管的基于干涉的功能。結(jié)果，單通道裝置能被連接到頻率多路化裝置，而頻率多路化裝置則能在象單通道裝置同樣的組織安排中加以相互連接。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，各單獨(dú)的復(fù)合操作能采用單一組鏡片按照多通道來運(yùn)行。
頻率多路化所賴以依據(jù)的基本物理過程的一個(gè)重要部分最早是在十九世紀(jì)驗(yàn)證的，當(dāng)時(shí)將具有數(shù)個(gè)譜線的光首先通經(jīng)一Fabry-Perot標(biāo)準(zhǔn)器，然后再通過一三棱鏡。標(biāo)準(zhǔn)器產(chǎn)生一組合的多頻率干涉圖象。由三棱鏡作的隨后的頻率分離將組合圖象每一波長一個(gè)條紋地分離成一組各單獨(dú)的干涉條紋。在將輸入縫隙作得非常窄時(shí)，三棱鏡分離出各條紋的很小部分。
這一過程今天被用來正確地確定數(shù)個(gè)譜線的相對波長。許多基本鏡片文章中有對這一過程的說明，如FrancisA等的“鏡片基礎(chǔ)”(Copyrights 1976，Mc Graw-Hill)。在該說明和所附照片中，申請人注意到它的一些運(yùn)行特性，大大超出所討論主頻范圍，作者顯然未加討論或理能。就申請人所知，這些特性迄今還沒有在任何科學(xué)雜志中指出或加以說明過。特別是，盡管由此標(biāo)準(zhǔn)器同時(shí)產(chǎn)生了許多干涉條紋，因?yàn)榇嬖谥渌ㄩL間的干涉，分開的圖象沒有經(jīng)受任何畸變。這一點(diǎn)指明，任何可能發(fā)生在一個(gè)波長的變化，不會(huì)影響在其他波長所產(chǎn)生的圖象。
申請人還注意到，標(biāo)準(zhǔn)器僅具有一個(gè)光輸入，這與光子晶體管不同，后者需要二個(gè)或更多的輸入以便能利用輸入信號的各種不同的組合來產(chǎn)生干涉圖象的各種不同組合，然后可將它們分離來產(chǎn)生輸出中的各種不同功能。
將頻率多路化能束的能力組合來產(chǎn)生具有光子晶體管功能的獨(dú)立的但相重疊的干涉圖象已取得本發(fā)明的成果，即頻率多路化邏輯、放大、和能束控制。
單頻率輸入依靠相對輸出位置限定輸入能束來產(chǎn)生放大、能量控制和邏輯。在本發(fā)明中，采用多頻率通道作為輸入。將信息作多路化進(jìn)各單獨(dú)通道不限于本發(fā)明。采用寬帶鏡片以便能保證被作多路化的信息的整個(gè)頻譜頻帶能在由各單獨(dú)干涉圖象中所選擇的特定位置分離后通過進(jìn)入輸出。
盡管在申請人在對原始的光子晶體管專利NO.5093802的工作中，看來還必須設(shè)法能設(shè)計(jì)本發(fā)明來接納多個(gè)波長，完成過去所欠缺的基本裝置。只有在作相當(dāng)大努力和研究后才能確定為完成頻率多路化操作所需的具體機(jī)構(gòu)。只有做到這一點(diǎn)才能明確對各通道波長產(chǎn)生各單獨(dú)干涉圖象，因?yàn)楦鲉为?dú)干涉圖象的CI和DI區(qū)通常并不準(zhǔn)確地位于相同位置而需要寬帶鏡片。
每一通道所用的準(zhǔn)確的頻率必須被選擇得使輸入信號混合所產(chǎn)生的中間頻率不致串?dāng)_進(jìn)其他通道。一經(jīng)適當(dāng)?shù)剡x擇，由各單獨(dú)頻率產(chǎn)生的干涉圖象將相互獨(dú)立地起作用，即使它們被置于具有來自圖象成分分離器中的公共輸出位置的輸出的同一通用場所上。
頻率多路化輸出的各個(gè)通道的性能作用與以上對單頻率設(shè)置所述相同，除開現(xiàn)在是在同一光學(xué)設(shè)置中同時(shí)發(fā)生許多操作。因此，本發(fā)明提供頻率多路化邏輯、能束控制放大，而無需將信號作多路選擇進(jìn)分開的裝置來進(jìn)行處理。
將來自全息圖象的能束概念與有效功能頻率多路化相結(jié)合，產(chǎn)生一執(zhí)行頻率多路化邏輯、放大和能束控制功能的全面的裝置和方法，它包括下列步驟1.產(chǎn)生包含有具有以經(jīng)編碼信息調(diào)制的至少一個(gè)波長的至少一個(gè)能束的第一組能束組、和具有以經(jīng)編碼信息調(diào)制的至少一另外的波長的至少一個(gè)能束的至少一第二組能束組的第一頻率多路化輸入；2.產(chǎn)生包含具有以經(jīng)編碼信息調(diào)制的所述至少一波長的至少一個(gè)第三能束的第三組能束組、和具有以經(jīng)編碼信息調(diào)制的所述至少一另外的波長的至少一個(gè)能束的至少一第四組能束組的第二頻率多路化輸入；3.以所述第一組和第三組能束產(chǎn)生第一干涉圖象，以所述第二和第四組能束產(chǎn)生至少一另外的干涉圖象；和4.由所述第一干涉圖象內(nèi)至少一位置和所述至少一另外的干涉圖象內(nèi)至少一位置分離能量以提供具有在所述至少一波長和所述至少一另外波長的能量的至少一個(gè)輸出。
其中所述功能是以在所述至少一位置的相長和相消干涉為基礎(chǔ)的。
本發(fā)明申請中所采用的“調(diào)制”包括連續(xù)運(yùn)行和連續(xù)截止的狀態(tài)，如有效的二進(jìn)制邏輯狀態(tài)的情況那樣。
具有相同波長的第一和第三組能束構(gòu)成一單個(gè)通道的二最小輸入。在“至少一位置”的圖象成分分離器將第一干涉圖象加以分離以產(chǎn)生“至少一輸出”。
具有另外的波長的第二和第四組能束，組成另外的通道所需的二最小輸入。來自此“至少一另外的波長”的至少一另外的干涉圖象的能量也被由此“至少一位置”分離進(jìn)此“最少一輸出”，很顯然，許多具有多組能束的多通道可利用這一基本裝置和方法由所產(chǎn)生的多圖象內(nèi)的許多位置產(chǎn)生許多輸出。事實(shí)上，電磁能譜的很寬的部分能被加以通道化來提供含有成千成萬的獨(dú)立的同時(shí)的功能的頻率多路化功能。這樣的設(shè)置僅受為組織、定向和產(chǎn)生能夠恰當(dāng)?shù)貙⒃S多干涉圖象與圖象成分分離器的輸出位置對準(zhǔn)的寬帶鏡片的加工能力。
放大功能可在一單個(gè)通道上利用基本發(fā)明如下所述執(zhí)行1.將第一干涉圖象布置成能在所述第一干涉圖象內(nèi)在所述至少一位置發(fā)生相長干涉；和
2.保持所述第一組能束為一基本恒定的高于零的電平，由此以產(chǎn)生所述至少一波長的具有來自受調(diào)第三組能束和恒定的第一組能束雙方的能量的輸出，來提供對所述至少一第一波長的放大。
然后就可以恰當(dāng)?shù)卣{(diào)制對通道的輸入信號和由該通道的干涉圖象中CI位置分離能束對任一通道進(jìn)行放大。
所有的邏輯功能均可在一通道上進(jìn)行，以數(shù)字信息調(diào)制輸入信號然后由適當(dāng)?shù)母缮鎴D象中的一或多個(gè)位置分離輸出來完成所希望的邏輯功能。
在這種情況中，第一和第三組能束以數(shù)字信息調(diào)制，由此來提供基于所述至少一波長的所述第一干涉圖象中的相長和相消干涉的頻率多路化數(shù)字邏輯。
同樣對于其他的通道，第二和第四組能束被以數(shù)字信息調(diào)制，由此來提供與之同時(shí)的但獨(dú)立于基于所述至少一波長的所述第一干涉圖象中的相長和相消干涉的所述頻率多路化邏輯的基于所述至少一另外波長的所述至少一另外的干涉圖象中的相長和相消干涉的所述頻率多路化數(shù)字邏輯。
本發(fā)明提供應(yīng)用基于干涉功能的頻率多路化能束控制。
本發(fā)明還提供應(yīng)用基于干涉功能的頻率多路化放大器。
本發(fā)明也提供應(yīng)用基于干涉功能的頻率多路化布爾邏輯。
本發(fā)明還提供包含布爾邏輯、放大、和能束控制的頻率多路化的基于干涉的功能。
通過對附圖

、執(zhí)行本發(fā)明的最佳方式、和隨后的權(quán)利要求的研討，前述本發(fā)明的優(yōu)越性將更為清楚。
對所列附圖的簡要說明圖1為表明基本的頻率多路化能束控制器如何運(yùn)行的運(yùn)行圖；圖2為利用向量來說明和分析圖1和3的裝置的運(yùn)行的能譜圖；和圖3為說明采用全息圖鏡片的頻率多路化能束控制器一實(shí)施例的運(yùn)行的運(yùn)行圖。
請注意，為了便于清楚地理解，(圖中的)能束角度、大小和比例均作了夸大。
實(shí)施本發(fā)明的最佳方式圖1為表示本發(fā)明一基本實(shí)施例的透視圖，來自一第一頻率多路化輸入(10)的能量被疊加到來自進(jìn)到圖象成分分離器(15)的第二頻率多路化輸入(11)的能量上。
第一頻率多路化輸入包括多個(gè)包含多個(gè)不同波長的通道，各通道具有至少一波長的能量第一組能束。顯然，任何附加的通道各自將具有其他的另外波長的載波能束組。
因?yàn)槎嗖ㄩL也可以相同的信息加以調(diào)制，所以說成是第一組能束具有“至少一波長”的能量。
第二頻率多路化輸入(11)還包括多個(gè)不同波長的通道，其中含有具有與上述第一組能束相同波長的能量的第三組能束，和具有與上述第二組能束相同波長的能量的第四組能束。
各頻率多路化輸入中的每一頻率多路化通道被以用于控制基于干涉的功能的信息分開地調(diào)制。
輸入(10)和(11)間的干涉產(chǎn)生重疊的干涉圖象(12)和(13)。第一干涉圖象(12)由在圖2中標(biāo)明為(24)和(25)的第一和第三組能束產(chǎn)生，至少一另外干涉圖象(13)由圖2中標(biāo)明為(28)和(29)的第二和第四組能束產(chǎn)生。此第一、第二、第三和第四組能束(24)、(25、)(28)和(29)在圖2中表示為向量。它們在圖1和圖3中未被專門地表示作為獨(dú)立的單元，因?yàn)槊恳粋€(gè)均是以多個(gè)單獨(dú)的能束組成的。
(12)的剖面線表示第一干涉圖象的欲被分離進(jìn)至少一輸出(17)的那部分。(13)的剖面線也為該至少一另外圖象的欲被分離進(jìn)至少一輸出(17)的那部分。
(16)的剖面線為二圖象的二個(gè)均要被分離進(jìn)至少一輸出(17)的重疊面積。
在這種情況下，圖象成分分離器(15)為一其中帶有開孔(14)的掩膜。因?yàn)槠湎鄬τ趫D象的定位和取向，開孔(14)使得來自圖象的所希望的組成部分的能量能傳送到輸出(17)。
圖2表示本發(fā)明一更復(fù)雜設(shè)置的能譜圖。能譜(20)、(21)和(22)代表頻率多路化輸入。能譜(23)為頻率多路化輸出。沿著各水平線的幅度向量代表各不同頻率通道。各不同輸入和輸出的向量垂直向上。(相位角未加表示)。
例如，向量(24)、(25)、和(26)代表紫色輸入。它們組合形成一紫色干涉圖象。被分離的紫色輸出以向量(27)代表。這構(gòu)成紫色通道。同樣的設(shè)置也被表示為蘭色通道向量(28)、(29)、(30)和(31)，黃色通道向量(32)、(33)、(34)和(35)，橘紅色通道向量(36)、(37)、(38)和(39)，紅色通道向量(40)、(41)、(42)和(43)，最后，紅外能通向量(44)、(45)、(46)和(47)，顯然，如果要采用白色通道化的光線，則會(huì)有比一簡單的圖形說明所能表示的多得多的通道。
結(jié)合圖1和圖2一齊考慮，頻率多路化輸入(10)具有一通道化的動(dòng)態(tài)輸入能譜，對于一給定示例，類似于能譜(20)。對于此同一示例，頻率多路化輸入(11)象能譜(21)。因?yàn)閳D1是一二輸入裝置，所以不用能譜(22)。
由向量和(24)的和(25)所代表的各通道均具有由公共的寬帶鏡片(圖中未示出)所產(chǎn)生的自己的干涉圖象(12)，并具有它的從該圖象分離的輸出(17)。每一通道獨(dú)立運(yùn)行產(chǎn)生向量化的輸出，它是對圖象成分分離器(15)的開孔(14)內(nèi)所有位置的它的向量輸入的向量和。
圖3表示一采用全息圖的更復(fù)雜的設(shè)置。此圖可用于說明數(shù)種輸入能譜類型。頻率多路化輸入為(50)、(51)、(52)和(53)。由于一可能的調(diào)制組合包括一個(gè)其中所有的通道除一個(gè)外均截止，所以這些輸入也可以是單色的或準(zhǔn)單色。準(zhǔn)單色輸入通常具有數(shù)個(gè)全都以同樣信息調(diào)制的相接近的頻率線。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的最方便的途徑之一是采用計(jì)算機(jī)生成的全息圖。全息圖(54)、(55)、(56)和(57)可以是各單獨(dú)的全息圖或一較大全息圖的子全息圖部分。一次跟蹤一個(gè)通道，可以理解各通道是如何獨(dú)立地運(yùn)行的，以及在特定的光學(xué)結(jié)構(gòu)上它是如何與其他通道相關(guān)連的。首先我們追尋帶有輸出(27)的紫色通道。
頻率多路化輸入(50)的能量與能譜(20)匹配，并被導(dǎo)引到全息圖(54)。各象素，如(60)、(61)和(62)調(diào)整到達(dá)該象素的能量的相位、方向和其他性質(zhì)，就象該位置的全息圖是一小組光象元件。這些元件可由計(jì)算機(jī)程序確定并產(chǎn)生適當(dāng)?shù)母缮鎴D象。
發(fā)自象素(60)、(61)和(62)的箭頭構(gòu)成討論中的特定通道(波長)的能束組的部分。整個(gè)能束組包含它們在發(fā)射紫光時(shí)來自所有全息圖(54)的象素的能量。
全息圖(54)被設(shè)計(jì)來提供象素大小的光學(xué)元件的配位，以使得來自輸入(50)的能量能被導(dǎo)引向圖象成分分離器(72)。在此產(chǎn)生一紫色通道圖象，圖象(73)。
為完成能量控制、放大、和/或邏輯，至少需要二個(gè)輸入。與能譜(21)匹配的頻率多路化輸入(51)，由象素元件和全息圖(55)中的(66)、(67)和(68)導(dǎo)引來將它的能量和調(diào)制格式傳播到圖象(73)。來自全息圖(55)的紫色能束組是來自全息圖(55)的所有發(fā)射紫色的象素來的所有能量，每一發(fā)射象素提供一能束至能束組。由于頻率多路化輸入(51)的紫色通道是作整體調(diào)制的，所有來自全息圖(55)的細(xì)小紫色能束也以同樣的信息(25)調(diào)制。但是，頻率多路化輸入(50)中的紫色通道以不同的信息(24)調(diào)制，這進(jìn)而使得來自全息圖(54)的紫色能束組的全部細(xì)微紫色能束均以公共信息調(diào)制。
頻率多路化輸入(52)以信息(22)調(diào)制，并由帶有示倒象素(69)、(70)和(71)的全息圖(56)定向。來自頻率多路化輸入(50)、(51)和(52)的三個(gè)調(diào)制格式然后被加以組合來產(chǎn)生動(dòng)態(tài)干涉圖象(73)。
圖象(73)包括CI和DI成分，它們在對該紫色波長的輸入幅值和相位變化時(shí)改變位置。結(jié)果，該波長的能量即跟隨各種不同輸入信號的瞬間輸入向量(24)、(25)和(26)改變。
所執(zhí)行的功能還取決于通道圖象內(nèi)由其分離能量的位置。在象素位置(76)和(77)可以采用象素大小的反射器來分離和導(dǎo)引能量至一共同輸出(78)。輸出(78)將含有到達(dá)位置(76)和(77)的能量的向量和，它是來自按全息圖(54)、(55)和(56)配置的頻率多路化輸入(50)、(51)和(52)的圖象(73)中能量的向量和。因此，輸出(78)就是頻率多路化輸入的完全能計(jì)算的結(jié)果。
頻率多路化輸入(53)是許多其他能被相加的可能的輸入之一的舉例。同樣，它具有一產(chǎn)生干涉的全息圖(57)和示例象素單元(63)、(64)和(65)，而且它還具有象其他一樣的自己向量化輸入通道組。
如果頻率多路化輸入(50)～(53)的任一個(gè)含有紫色通道的能量，則該輸入即將向該通道的波長輸出(78)傳播能量。它將包含所有與由能束組合全息圖(54)～(57)所產(chǎn)生的任何復(fù)雜成象設(shè)置相組合中的向量化結(jié)果。這些由復(fù)雜的紫色圖象選擇的組合向量產(chǎn)生在該通道上執(zhí)行的各種不同基于干涉的單獨(dú)的功能。對每一個(gè)其他通道也是同樣。
下面可考慮另一通道，例如，帶有瞬時(shí)輸入向量(28)、(29)和(30)的蘭色通道，它在蘭色圖象(75)內(nèi)至少一位置產(chǎn)生輸出向量(31)。
在這一情況下，有三個(gè)具有蘭色成分的輸入頻率多路化輸入(50)、(51)和(52)。導(dǎo)引紫色光線的同樣的象素單元可能或者不導(dǎo)引蘭色光線?？傊?，可能的象素單元之一可能是僅允許窄范圍的通道通過的窄帶濾波器。但是所有這些發(fā)射蘭色光線的象素如(60)和(61)由頻率多路化輸入(50)組成蘭色能束組。頻率多路化輸入(51)和(52)也具有它們各自的蘭色能束組，如分別以發(fā)自象素(66)、(67)和(68)以及(69)、(70)和(71)的象素的箭頭所示。
如紫色通道那樣，蘭色通道以經(jīng)編碼的信息獨(dú)立地調(diào)制，但在各輸入能束組中的每一細(xì)微象素能束均以同樣信息調(diào)制。因此，改變蘭色干涉圖象(75)內(nèi)的調(diào)制格式會(huì)改變圖象中CI和DI的位置，而圖象的形狀及其與其他通道圖象的關(guān)系則由每一象素的光學(xué)元件的定位、取向和類型，以及它們與同一全息圖內(nèi)的其它光學(xué)元件象素和圖象成分分離器相關(guān)的方式所控制。
需要考慮輸出分隔象素(76)和(77)。如由觀察各圖象輪部可知，輸出象素(77)位于蘭色圖象(75)之內(nèi)，而輸出象素(76)不在蘭色圖象之內(nèi)。因此輸出象素(77)對(78)的蘭色輸出提供能量，而輸出象素(76)則不是這樣。
圖2中向量(40)、(41)和(42)所示的紅色通道是頻率多路化輸入(50)、(51)和(52)上的輸入，導(dǎo)致產(chǎn)生紅色圖象(74)的來自全息圖(54)、(55)和(56)的紅色能束組。在這一情況下，輸出象素(76)供給能量至輸出(78)而輸出象素(77)則否。
干涉是與波長相關(guān)的現(xiàn)象。因此通道圖象要作相互間空間上的調(diào)整。這就意味著圖象的部分重疊，及它們的部分不重疊。能構(gòu)成圖象成分分離器(72)的象素光學(xué)元件是靜止的，所以任何傳播到輸出(78)的光線的幅值和相位取決于圖象相對輸出象素的位置，圖象的哪一部分，CI、DI或其中間，出現(xiàn)在這些輸出位置，以及輸出象素鏡片如何處理各能量分隔象素的能量的相位、方向和其他參數(shù)。
由對象素鏡片陳列所產(chǎn)生的圖象進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算機(jī)程序就能確定由各通道中的各種不同調(diào)制格式將得到怎樣的輸出波形，并由此確定為產(chǎn)生一理想的通道圖象組該全息圖中所需的象素鏡片的最佳配置。光學(xué)輸出象素單元組可以同樣的方法計(jì)算，產(chǎn)生所希望的頻率多路化輸出。
另一輸出示例由在圖象成分分離器(72)中作策略布置的三個(gè)開孔(79)、(80)和(81)來說明。這些可以是象素大小的開孔或者每一個(gè)取圖示多個(gè)象素位置的較大的開孔。就象輸出象素(76)處的反射鏡那樣，這些開孔實(shí)際上可包含為在輸出(82)進(jìn)行組合時(shí)協(xié)調(diào)分離自各個(gè)位置的能量的光學(xué)元件。這些光學(xué)元件可能包括有透鏡、反射鏡、移相器、濾光器、或任何其他光學(xué)元件(組)，它們均被作為將能量導(dǎo)引至輸出(82)的定位和取向。
在實(shí)施本發(fā)明中，可以采用能束組合鏡片的實(shí)際限度之內(nèi)的任何數(shù)量的頻率多路化輸入。在可被列入的通道數(shù)量方面的唯一的實(shí)際限制是所采用鏡片的通帶特性。所以，依靠將信息作頻率多路化進(jìn)輸入和輸入能束可實(shí)現(xiàn)大量的能束控制、放大和邏輯功能。因此，本發(fā)明可采用公用的鏡片組或全息圖、包括計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的全息圖來設(shè)計(jì)加工。
雖然本發(fā)明的上述說明揭示了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的特定結(jié)構(gòu)、裝置和方法，而由于對于計(jì)算光學(xué)裝置等技術(shù)領(lǐng)域的熟知人員來說作特定的改善和修改將是十分顯而易見的，所以申請人的目的將不是以任一上述說明來作限制，而僅僅以下面的權(quán)利要求加以限定。
權(quán)利要求
1.一種執(zhí)行頻率多路化邏輯、放大、和能束控制功能的方法，其包括以下步驟產(chǎn)生包含具有由信息調(diào)制的至少一波長的至少一能束的第一組能束和具有以信息調(diào)制的至少一另外波長的至少一能束的至少一第二組能束的第一頻率多路化輸入；產(chǎn)生包含具有以信息調(diào)制的所述至少一波長的至少一能束的第三組能束和具有以信息調(diào)制的所述至少一另外波長的至少一能束的至少一第四組能束的第二頻率多路化輸入；以所述第一和第二組能束產(chǎn)生第一干涉圖象，以所述第二和第四組能束產(chǎn)生至少一另外干涉圖象；和由所述第一干涉圖象內(nèi)至少一位置和由所述至少一另外干涉圖象內(nèi)至少一位置分離能量以提供具有所述至少一波長和所述至少一另外波長的能量的至少一輸出，其中，所述功能是基于在所述至少一位置的相長和相消干涉。
2.按照權(quán)利要求1的發(fā)明，其中相長干涉發(fā)生在所述第一干涉圖象內(nèi)所述至少一位置，和包括有保持所述第一組能束在一基本恒定的高于零的能級，由此得到所述至少一波長的放大。
3.按照權(quán)利要求1的發(fā)明，其中對所述第一和第三能束組進(jìn)行調(diào)制的所述信息為數(shù)字信息，由此提供基于在所述至少一波長的所述第一干涉圖象內(nèi)的相長和相消干涉的頻率多路化數(shù)字邏輯。
4.按照權(quán)利要求3的發(fā)明，其中對所述第二和第四組能束進(jìn)行調(diào)制的所述信息為數(shù)字信息，由此與基于在所述至少一波長的所述第一干涉圖象內(nèi)的相長和相消干涉的所述頻率多路化邏輯同時(shí)地并獨(dú)立地提供基于在所述至少一另外波長的所述至少一另外干涉圖象內(nèi)的相長和相消干涉的所述頻率多路化數(shù)字邏輯。
5.按照權(quán)利要求1的發(fā)明，其中所述至少一輸出取自所述干涉圖象內(nèi)的多個(gè)位置；并包括有在每一個(gè)所述多個(gè)位置利用至少一光學(xué)元件處理被分開的能量以便在其被導(dǎo)引到所述至少一輸出時(shí)對來自每一個(gè)所述多個(gè)位置的能量進(jìn)行配位。
6.用于波動(dòng)式能量的頻率多路化器，其包括第一頻率多路化輸入裝置，包括具有以信息調(diào)制的至少一波長的至少一能束的第一組能束，和具有以信息調(diào)制的至少一另外波長的至少一能束的至少一第二組能束；第二頻率多路化輸入裝置，包括具有以信息調(diào)制的所述至少一波長的至少一個(gè)能束的第三組能束，和具有以信息調(diào)制的所述至少一另外波長的至少一能束的至少一第四組能束；引導(dǎo)裝置，導(dǎo)引所述第一、第二、第三和第四組能束以便以第一和第三組能束產(chǎn)生第一干涉圖象和以所述第二和第四組能束產(chǎn)生至少一另外干涉圖象；和圖象成分分離裝置，由所述第一干涉圖象內(nèi)的至少一位置和由所述至少一另外干涉圖象內(nèi)的至少一位置分離能量以提供具有在所述至少一波長和所述至少一另外波長的能量的至少一輸出。
7.按照權(quán)利要求6的發(fā)明，其中所述引導(dǎo)裝置被定位和取向得能在所述第一干涉圖象內(nèi)所述至少一位置發(fā)生相長干涉，并包括保持所述第一組能束為一基本恒定的高于零能級的裝置，由此提供所述至少一波長的放大。
8.按照權(quán)利要求6的發(fā)明，其中對所述第一和第三組能束進(jìn)行調(diào)制的所述信息為數(shù)字信息，由此來得到基于所述至少一波長的所述第一干涉圖象內(nèi)的相長和相消干涉的頻率多路化數(shù)字邏輯。
9.按照權(quán)利要求8的發(fā)明，其中對所述第二和第四組能束進(jìn)行調(diào)制的所述信息是數(shù)字信息，由此在與基于所述至少一波長的所述第一干涉圖象內(nèi)的相長和相消干涉的所述頻率多路化邏輯同時(shí)而獨(dú)立地提供基于在所述至少一另外波長的所述至少一另外干涉圖象內(nèi)的相長和相消干涉的所述頻率多路化數(shù)字邏輯。
10.按照權(quán)利要求6的發(fā)明，其中所述至少一輸出取自所述干涉圖象內(nèi)的多個(gè)位置，并包括有處理裝置，用來在每一所述多個(gè)位置利用至少一光學(xué)元件處理被分離的能量以便在其被導(dǎo)引到所述至少一輸出時(shí)對來自每一所述多個(gè)位置的能量進(jìn)行配位。
全文摘要
利用各自具有與通道頻率匹配的能束組的多個(gè)頻率多路化輸入(10,11)在一單個(gè)裝置內(nèi)各單獨(dú)的通道同時(shí)地進(jìn)行頻率多路化邏輯、放大、和能束控制功能的裝置和方法。對每一通道一個(gè)地同時(shí)產(chǎn)生一組干涉圖象(12、15),將來自圖象的能量加以分離以生成頻率多路化的輸出(17)。在各單獨(dú)通道上執(zhí)行的各個(gè)功能為每一通道圖象內(nèi)的相長干涉和相消干涉的結(jié)果。
文檔編號G02F3/00GK1174615SQ95197528
公開日1998年2月25日 申請日期1995年12月14日 優(yōu)先權(quán)日1994年12月16日
發(fā)明者約翰·N·海特 申請人:塞伯戴恩計(jì)算機(jī)公司