Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Berechnen der Summe eines ersten und zweiten optischen binären Wortes, wobei jedes binäre Wort mehrere optische Bit-Schlitze hat.

Bei der optischen Signalverarbeitung werden zur Datenverarbeitung optische Signalfolgen verwendet. Diese optischen Folgen bestehen aus einer Reihe von optischen Pulsen, die in eine Folge von Bit-Schlitzen unterteilt ist. Jeder Bit-Schlitz mit einer vorgegebenen Länge innerhalb der Pulsfolge repräsentiert ein einzelnes Datenbit, wobei die Anwesenheit bzw. Abwesenheit eines optischen Pulses in einem Bit-Schlitz die komplementären logischen Zustände darstellt. Das Vorhandensein eines Pulses kann daher zum Beispiel eine binäre "1" darstellen, während die Abwesenheit eines optischen Pulses eine binäre "0" darstellen kann, oder umgekehrt. In dieser Anmeldung wird der Ausdruck "optisches binäres Wort" daher verwendet, um ein binäres Wort zu bezeichnen, das auf diese Weise optisch dargestellt wird.

Als grundlegende Funktion muss bei einer optischen Signalverarbeitung die binäre Summe zweier binärer optischer Worte gebildet werden können, wobei jedes Wort aus mehreren Bit-Schlitzen besteht.

Serielle optische Zähler mit mehreren optischen Schaltern und zwei Kreisschleifen sind bekannt (VP Heuring et al., "Bit-serial architecture for optical computing", Applied Optics, Band 31, Nr. 17 vom 10. Juni 1992, pp. 3213–3224).

Als ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung wird gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 eine Addiervorrichtung zum Bestimmen der Summe eines ersten optischen binären Worts und eines zweiten optischen binären Worts geschaffen.

Als ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung wird gemäß dem unabhängigen Anspruch 11 ein Verfahren zum Addieren eines Paares optischer binärer Worte angegeben. Weitere Ausführungsformen der Erfindung werden in den angefügten abhängigen Ansprüchen spezifiziert.

Es wurde eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Bilden der Summe eines ersten und eines zweiten optischen binären Wortes entwickelt. Dazu erzeugen ein erstes und ein zweites logisches Element ein erstes bzw. ein zweites Ausgabewort, das jeweils eine erste und eine zweite logische Verknüpfung der optischen binären Worte darstellt. Diese optischen Ausgabeworte werden dann gegeneinander versetzt und erneut verknüpft, um weitere Ausgangsworte zu bilden. Indem dieses Verfahren wiederholt wird, bis jeder Bit-Schlitz eines ersten Ausgabewortes denselben logischen Zustand hat, kann die Summe des ersten und zweiten binären Wortes berechnet werden.

Normalereise haben das erste und zweite optische logische Element einen ersten und einen zweiten Eingang zum Empfangen der zu kombinierenden binären Worte, obwohl ein einziger Eingang verwendet werden könnte, wobei die zu kombinierenden Worte dann nacheinander angelegt werden müssten.

Vorzugsweise werden Mittel zum erneuten Anlegen der bereits erzeugten ersten und zweiten Ausgabeworte an das erste und zweite logische Element bereitgestellt, die eine Verbindung vom Ausgang des ersten logischen Elements mit dem zweiten Eingang des ersten und des zweiten logischen Elements und eine Verbindung vom Ausgang des zweiten logischen Elements mit dem ersten Eingang des ersten und des zweiten logischen Elements umfasst. So ergibt sich ein rückgekoppeltes System, wobei das Verknüpfungswort, das am Ausgang jedes logischen Elements erzeugt wird, erneut an jeweils einen Eingang der beiden logischen Elemente angelegt wird.

Alternativ kann jedoch auch ein vorwärts geregeltes System verwendet werden, bei dem die Mittel zum erneuten Anlegen der bereits erzeugten ersten und zweiten Ausgabeworte an das erste und zweite logische Element N Paare mit ersten und zweiten logischen optischen Gattern umfassen, wobei jedes Paar mit einem ersten und einem zweiten optischen logischen Gatter ein erstes optisches logisches Gatter, das ein erstes Verknüpfungswort erzeugt, das eine erste logische Verknüpfung der angelegten binären Worte darstellt, ein zweites optisches logisches Gatter, das ein zweites Verknüpfungswort erzeugt, das eine zweite logische Verknüpfung der angelegten binären Worte darstellt, und ein Verschiebemittel zum Versetzen des ersten Verknüpfungsworts um einen Bit-Schlitz gegenüber dem zweiten umfasst, um erste und zweite versetzte Verknüpfungsworte zu erzeugen, wobei das Verschiebemittel mit dem nachfolgenden Paar mit einem ersten und einem zweiten optischen logischen Gatter so gekoppelt ist, dass die erzeugten ersten und zweiten versetzten Verknüpfungsworte an das erste und zweite logische Gatter des nachfolgenden Paares mit einem ersten und zweiten optischen logischen Gatter angelegt werden.

Beim Rückkopplungssystem umfasst das Verschiebemittel normalerweise eine mit dem Ausgang eines ersten optischen logischen Gatters gekoppelte Leitung zum Verzögern um L Bit-Schlitze und eine mit dem Ausgang eines zweiten optischen logischen Gatters gekoppelte Leitung zum Verzögern entweder um L + 1 oder um L – 1 Bit-Schlitze. Zum Erzeugen einer Verzögerung um einen Bit-Schlitz kann jedes geeignete Verfahren verwendet werden, wobei es bei hohen Übertragungsraten allerdings sehr schwierig ist, Verzögerungen um einzelne Bit-Schlitze zu erreichen. Dementsprechend ist es vorteilhaft, Verzögerungen um L und entweder L + 1 oder L – 1 Bit zu verwenden, wodurch eine Versetzung um einen Bit-Schlitz zwischen den relevanten optischen binären Worten erzeugt werden kann. Außerdem können die Ausgabeworte dann im Bit-Schlitz L und L + 1 oder L – 1 wieder in die Eingänge der logischen Gatter eingespeist werden, ohne dass sie sich mit den vorangegangenen Eingabeworten überlagern.

Ob um L + 1 oder L – 1 Bit-Schlitze verzögert wird, hängt vom Format der optischen binären Worte ab. Wenn der erste Bit-Schlitz des optischen binären Wortes das am wenigsten signifikante Bit der zu addierenden binären Zahlen darstellt, wird die Verzögerung um L + 1 Bit-Schlitze verwendet. Wenn der erste Bit-Schlitz jedoch andererseits das signifikanteste Bit darstellt, wird die Verzögerung um L – 1 Bit-Schlitze verwendet.

Zur Vereinfachung der Darstellung werden, wenn es nicht anders gesagt wird, in der folgenden Beschreibung Beispiele erläutert, bei denen der erste Bit-Schlitz das am wenigsten signifikante Bit der zu addierenden binären Zahlen darstellt. Dementsprechend wird um L + 1 Bit-Schlitze verzögert, obwohl klar ist, dass für andere Formate optischer binärer Worte um L – 1 Bit-Schlitze verzögert werden würde.

Beim Rückkoppelsystem umfasst die Verbindung vom ersten logischen Gatter zum zweiten Eingang des ersten und des zweiten logischen Gatters üblicherweise die Verzögerungsleitung um L Bit-Schlitze, und die Verbindung vom Ausgang des zweiten logischen Gatters an den ersten Eingang des ersten und des zweiten logischen Gatters umfasst entweder die Verzögerungsleitung um L + 1 oder um L – 1 Bit-Schlitze, wobei auch noch zusätzliche Verbindungen verwendet werden können.

Vorzugsweise umfasst die Rückkopplungsvorrichtung außerdem eine optische Kopplungseinrichtung, wobei die optische Kopplungseinrichtung einen ersten Überlagerungseingang hat, der mit der Verzögerungsleitung um L + 1 Bit-Schlitze gekoppelt ist, einen zweiten Überlagerungseingang, der das erste und zweite optische binäre Wort empfängt, und einen Überlagerungsausgang, der mit dem ersten Eingang des ersten und des zweiten logischen Gatters gekoppelt ist.

Obwohl die optische Kopplungseinrichtung für die Berechnung der Summe zweier optischer binärer Worte nicht benötigt wird, beeinträchtigt die Kopplungseinrichtung den Betrieb des Schaltkreises nicht. Wie im folgenden beschrieben werden wird, ist es außerdem manchmal wünschenswert, mehr als zwei optische Worte in den Schaltkreis einzugeben. In diesem Fall soll die Kopplungseinrichtung verhindern, dass sich die an den Schaltkreis angelegten optischen Worte mit den bereits im Schaltkreis vorhandenen optischen Pulsen durch Überlagerung mischen.

Die optische Kopplungseinrichtung verknüpft die am ersten und zweiten Eingang empfangenen Bit-Schlitze, so dass, wenn die Bit-Schlitze die gleichen logischen Zustände haben, am Ausgang der Kopplungseinrichtung ein Bit-Schlitz mit dem ersten logischen Zustand erzeugt wird, und, wenn die Bit-Schlitze unterschiedliche logische Zustände haben, am Ausgang der Kopplungseinrichtung ein Bit-Schlitz mit dem zweiten logischen Zustand erzeugt wird. Im Betrieb kann so das erste und zweite Wort nacheinander an den zweiten Eingang der Kopplungseinrichtung angelegt werden, so dass das erste und zweite Wort jeweils an den ersten bzw. den zweiten Eingang des ersten und des zweiten optischen logischen Gatters angelegt wird.

Beim Vorwärtsregelungssystem umfasst das Verschiebemittel üblicherweise eine Verzögerungsleitung um M Bit-Schlitze, die ein erstes logisches Gatter mit den zweiten Gattereingängen eines nachfolgenden Paares mit einem ersten und einem zweiten logischen Gatter koppelt, und eine Verzögerungsleitung um M + 1 Bit-Schlitze, die ein zweites logisches Gatter mit den ersten Gattereingängen des nachfolgenden Paares mit einem ersten und einem zweiten logischen Gatters koppelt, so dass die Übertragung eines ersten Ausgangsworts vom ersten Gatter um einen Bit-Schlitz gegenüber der Übertragung eines zweiten Ausgangsworts vom zweiten Gatter verzögert ist. Während jedes geeignete Verfahren zum Erzeugen einer Verzögerung um einen Bit-Schlitz verwendet werden kann, ist es bei hohen Übertragungsraten sehr schwierig, Verzögerungen um einzelne Bit-Schlitze zu erzeugen. Dementsprechend ist es geschickter, um M und M + 1 Bit, wobei M > 1, zu verzögern, so dass die betreffenden optischen binären Worten um einen Bit-Schlitz gegeneinander versetzt sind.

Wie in Bezug auf das Vorwärtsregelungssystem beschrieben wurde, kann wiederum eine Verzögerungsleitung für M – 1 Bit-Schlitze statt der Verzögerungsleitung für M + 1 Bit-Schlitze verwendet werden, wenn bei den optischen binären Worten das signifikanteste Bit im ersten Bit-Schlitz angeordnet ist.

Vorzugsweise umfasst das N-te Paar mit einem ersten und einem zweiten logischen Gatter eine Rückkopplungsvorrichtung, wobei die Verzögerungsleitung um M Bit-Schlitze des N-ten Paares mit einem ersten und einem zweiten optischen logischen Gatter von der Verzögerungsleitung für L Bit-Schlitze gebildet wird, und die Verzögerungsleitung für M + 1 Bit-Schlitze des N-ten Paares mit einem ersten und einem zweiten optischen logischen Gatter von der Verzögerungsleitung für L + 1 Bit-Schlitze gebildet wird. Diese Anordnung vereinigt die Vorteile der Rückkopplungsanordnung mit denen der Vorwärtskopplungsanordnung der vorliegenden Erfindung.

Vorzugsweise umfasst jedes erste logische Gatter ein UND-Gatter, und jedes zweite logische Gatter umfasst ein EXKLUSIV-ODER-Gatter. Es ist jedoch klar, dass die Erfindung auch mit einer komplementären Logik ausgeführt werden könnte, wobei dann entgegen gesetzte logische GATTER, wie EXKLUSIV-NICHT-ODER- und NICHT-UND-Gatter verwendet würden, wobei die Ausdrücke "UND-Verknüpfung" und "EXKLUSIV-ODER-Verknüpfung" so gemeint sind, dass sie diese komplementäre Logik umfassen.

Üblicherweise umfasst jedes optisch UND-Gatter ein rein optisches nicht-lineares Gatter, bei dem ein Bit-Schlitz mit dem zweiten logischen Zustand am ersten Eingang für die Dauer eines einzelnen Bit-Schlitzes selektiv eine Verbindung zwischen dem zweiten Eingang und dem Ausgang schaltet, über die ein einzelner Bit-Schlitz vom zweiten Eingang zum Ausgang übertragen wird, wodurch der am Ausgang erzeugte Bit-Schlitz, das logische UND der am ersten und zweiten Eingang empfangenen Bit-Schlitze darstellt. So ergibt sich ein einfaches Mittel zum Verknüpfen optischer Worte, das das logische UND der beiden Worte erzeugt.

Üblicherweise umfasst jedes optische EXKLUSIV-ODER-Gatter eine optische Kopplungseinrichtung, wobei die optische Kopplungseinrichtung einen mit dem ersten Eingang des EXKLUSIV-ODER-Gatters gekoppelten ersten Überlagerungseingang, einen zweiten mit dem zweiten Eingang des EXKLUSIV-ODER-Gatters gekoppelten Überlagerungseingang und einen Überlagerungsausgang umfasst, wobei am Überlagerungsausgang ein Bit-Schlitz mit dem ersten logischen Zustand erzeugt wird, wenn die am ersten und zweiten Überlagerungseingang empfangenen Bit-Schlitze den gleichen logischen Zustand haben, und wobei am Überlagerungsausgang ein Bit-Schlitz mit dem zweiten logischen Zustand erzeugt wird, wenn die am ersten und zweiten Eingang empfangenen Bit-Schlitze unterschiedliche logische Zustände haben. Mit dieser Vorrichtung kann auf einfache Weise das logische EXKLUSIV-ODER des ersten und zweiten binären Wortes erzeugt werden.

Üblicherweise umfasst das EXKLUSIV-ODER-Gatter außerdem eine Quelle, die eine Folge von Bit-Schlitzen mit dem zweiten logischen Zustand erzeugt, und ein rein optisches nicht-lineares Gatter umfasst, wobei das nicht-lineare Gatter einen mit der Quelle gekoppelten Gattereingang, einen mit dem Ausgang des EXKLUSIV-ODER-Gatters gekoppelten Gatterausgang und einen mit dem Ausgang der optischen Kopplungseinrichtung gekoppelten Eingang zum Schalten des Gatters umfasst, wobei das Anlegen eines Bit-Schlitzes mit dem zweiten logischen Zustand an den Gatterschalteingang selektiv für die Dauer eines einzelnen Bit-Schlitzes eine Verbindung zwischen dem Gattereingang und dem Gatterausgang schaltet, um einen einzelnen Bit-Schlitz vom Gattereingang zum Gatterausgang zu übertragen. Dadurch wird sichergestellt, dass die optische Qualität des optischen Wortes, das das logische EXKLUSIV-ODER des verknüpften Wortes darstellt, gut ist und dass es zur Verwendung im übrigen Schaltkreis das richtige Format hat.

Üblicherweise wird der zweite logische Zustand von einem Bit-Schlitz festgelegt, der einen einzigen optischen Puls enthält, obwohl dies von der spezifischen Ausführung des Schaltkreises abhängt, und es ist daher offensichtlich, dass ein Bit-Schlitz, der einen einzigen optischen Puls enthält, auch den ersten logischen Zustand festlegen kann.

Üblicherweise stellt das erste Verknüpfungswort dann die binäre Summe dar, wenn jeder Bit-Schlitz des zweiten binären Worts den ersten logischen Zustand hat, obwohl dieses wiederum von der speziellen Ausführung des Schaltkreises abhängt.

Üblicherweise werden die Verfahren der Erfindung ständig wiederholt, bis jeder Bit-Schlitz des zweiten Verknüpfungsworts den zweiten logischen Zustand hat, obwohl dies von der Ausführung des Verfahrens abhängt.

Vorzugsweise wird der zweite logische Zustand von einem Bit-Schlitz festgelegt, der einen einzigen optischen Puls enthält, obwohl ein Bit-Schlitz mit einem einzigen optischen Puls auch den ersten logischen Zustand festlegen kann.

Beispiele der vorliegenden Erfindung werden nun in Bezug zu den beigefügten Zeichnungen beschrieben.

1a zeigt eine schematische Darstellung einer Verzögerungsleitung.

1b zeigt eine schematische Darstellung einer optischen Kopplungseinrichtung.

1c zeigt eine schematische Darstellung eines rein optischen nicht-linearen Gatters.

1d zeigt eine schematische Darstellung einer optischen Pulsquelle.

2 zeigt eine schematische Darstellung eines Binäraddierers gemäß der vorliegenden Erfindung.

3 zeigt Zeitabläufe von Bit-Schlitzen, die die optischen Pulse an verschiedenen Orten im Binäraddierer aus 2 darstellen.

4 zeigt schematisch die Anordnung der logischen Gatter im Binäraddierer aus 2.

5 zeigt einen Binäraddierer, der zurückgesetzt werden kann, der den mit einem Fenstergenerator gekoppelten Binäraddierer aus 2 enthält.

6 zeigt Zeitverläufe von Bit-Schlitzen, die die optischen Pulse an verschiedenen Orten des Fenstergenerators aus 5 darstellen.

7 zeigt Zeitverläufe von Bit-Schlitzen, die für eine alternative Pulsfolge die optischen Pulse an verschiedenen Orten des Binäraddierers aus 2 darstellen.

8 zeigt eine schematische Darstellung der Anordnung der logischen Gatter in einem Binäraddierer gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und

9 zeigt eine schematische Darstellung der Anordnung der logischen Gatter in einem Binäraddierer gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Damit die Erfindung verständlich wird, werden bestimmte Symbole in den Figuren verwendet, die sich auf die Beschreibung beziehen. Diese Symbole werden in den 1a bis 1d gezeigt, und ihre Bedeutung wird im folgenden erläutert.

1a zeigt eine Verzögerungsleitung 1, mit der die Übertragung einer an einem Ende der Verzögerungsleitung 1 anliegenden optischen Pulsfolge zum anderen Ende um ein vorgegebenes Zeitintervall verzögert wird. Dieses Zeitintervall entspricht normalerweise einer vorgegebenen Anzahl von Bit-Schlitzen. Die Verzögerung wird entweder durch die Länge einer optischen Faser, eines ebenen Silizium-Wellenleiters oder eines Pfads im freien Raum oder durch ähnliches erreicht, so dass der optische Puls eine vorgegebene Zeit benötigt, um das Element zu durchlaufen.

Die Verzögerungsdauer der Verzögerungsstrecke hängt von der physikalischen Länge des verwendeten Wellenleiters, des Pfads durch den freien Raum oder der optischen Faser und auch vom Brechungsindex des speziellen Übertragungsmediums (der die Lichtgeschwindigkeit im Medium beeinflusst) ab.

1b zeigt eine rein optische Kopplungseinrichtung 2 mit zwei Überlagerungseingängen 3, 4 und einem Überlagerungsausgang 5. Die Kopplungseinrichtung 2 verknüpft zwei an die beiden Überlagerungseingänge 3, 4 angelegte optische Pulsfolgen, wobei ein Vermischen der Pulse durch die Überlagerung vermieden wird.

In der Praxis wird dies normalerweise dadurch erreicht, dass die Pulse der zwei unterschiedlichen Pulsfolgen in den jeweiligen Bit-Schlitzen an unterschiedlichen Positionen angeordnet werden, so dass die Pulse sich einerseits zeitlich nicht überlappen, jedoch anderseits noch im selben Bit-Schlitz sind. Alternativ kann dies auch in der optischen Kopplungseinrichtung durch orthogonal polarisierende Eingänge erreicht werden, wobei die empfangenen optischen Pulsfolgen mindestens einige Komponenten enthalten müssen, die die Polarisationselemente passieren.

Das Ergebnis dieses nicht-überlagernden Mischens der Pulse ist, dass die gesamte von der optischen Kopplungseinrichtung in jedem einzelnen Bit-Schlitz abgegebene optische Energie die Summe der gesamten empfangenen optischen Energie ist.

Die optische Kopplungseinrichtung ist üblicherweise als Koppler von optischen Fasern, von ebenen Silizium-Wellenleitern oder als fester Strahlteiler ausgeführt.

1c zeigt ein rein optisches nicht-lineares Gatter 6, dass eine Ausführung eines nicht-linearen optischen Schaltelements, wie etwa eines nicht-linearen faseroptischen Schleifenspiegels (NOLM), eines Faser-NOLMs mit einem Versetzungshalbleiterverstärker oder eines integrierten ebenen NOLMs ist. Es sind auch Mach-Zehnder-, Michelson- oder zeitliche (time division) Versionen dieser Geräte möglich, wobei sie in dieser Beschreibung nicht genauer betrachtet werden. Ein spezieller Typ eines optischen Schaltelements dieser Art ist ein asymmetrischer optischer Terrahertz-Demultiplexer (TOADS), der in der Veröffentlichung "Asymmetrical Optical Loop Mirror-Analysis of an all-optical switch" in Applied Optics, Band 23, Nr. 29, 1994 beschrieben wird.

Das rein optische Gatter hat zwei Gattereingänge 7, 39, zwei Gatterausgänge 8, 9 und einen Gatterschalteingang 10. Jeder Gattereingang 7, 39 ist intern mit einem entsprechenden Gatterausgang 8, 9 verbunden, wobei die Verbindungen vom Zustand des Schalters abhängen. Wenn das Gatter in einem ausgeschalteten Zustand ist, dann wird der Gattereingang 7 mit dem Gatterausgang 9 verbunden, und der Gattereingang 39 wird mit dem Gatterausgang 8 verbunden. Wenn das Gatter jedoch in einem eingeschalteten Zustand ist, wird der Gattereingang 7 mit dem Gatterausgang 8 verbunden, und der Gattereingang 39 wird mit dem Gatterausgang 9 verbunden.

Im Betrieb wird der Zustand des Schalters von den angelegten optischen Pulsen am Gatterschalteingang 10 gesteuert. Dies wird mit einer optischen Pulsfolge mit mehreren Bit-Schlitzen erreicht, wobei eine Folge mehrere optische Pulse enthält. Diese optischen Pulse werden vom Gatter empfangen, das die gesamte in einer vorgegebenen Zeitdauer empfangene optische Energie integriert. Von jetzt an wird davon ausgegangen, dass diese Zeitdauer einem einzigen Bit-Schlitz entspricht, obwohl unter bestimmten Bedingungen eine längere oder kürzere Zeitdauer vorteilhaft ist.

Wenn daher zum Beispiel ein einzelner optischer Puls eine gesamte Energie E hat, und ein Bit-Schlitz mit einem einzigen optischen Puls an den Gatterschalteingang 10 angelegt wurde, dann würde die gesamte Energie E erfasst werden. Wenn jedoch zwei optische Pulse innerhalb eines einzigen Bit-Schlitzes vorliegen, dann erfasst der Schalteingang die gesamte Energie 2 E, die den zwei optischen Pulsen entspricht.

Das Gatter reagiert näherungsweise sinusförmig auf den gesamten während der vorgegebenen Zeitdauer empfangenen Energiebetrag, so dass, wenn die gesamte empfangene Energie ein ungerades ganzzahliges Vielfaches der in einem optischen Puls enthaltenen Energie ist, der Schalter dann in den eingeschalteten Zustand schaltet, wobei dann alle an einem der Gattereingänge 7, 39 empfangenen Daten an den entsprechenden Gatterausgang übertragen werden. Das Gatter kehrt zu Beginn des nächsten Bit-Schlitzes in den ausgeschalteten Zustand zurück. Wenn ein gerades ganzzahliges Vielfaches empfangen wird, bleibt der Schalter im ausgeschalteten Zustand.

Es gibt jedoch eine Grenze für die Anzahl der optischen Pulse, die in einem Zeitintervall erfasst werden können. Um eine falsche Berechnungen der Anzahl der empfangenen Pulse zu vermeiden, sollte der Schalter nicht mehr als jeweils zwei optische Pulse in einem einzigen Bit-Schlitz empfangen. Der Schalter wird daher nur dann einschalten, wenn in dem Bit-Schlitz ein einziger optischer Puls empfangen wird. Solch ein am Gatterschalteingang 10 anliegender Bit-Schlitz mit einem einzigen optischen Puls wird im folgenden als Schaltsignal bezeichnet.

Wenn in einem Bit-Schlitz am Gatterschalteingang 10 keiner oder wenn zwei optische Pulse angelegt werden, wird die am Gattereingang 7 bereitgestellte optische Pulsfolge, durch das ganze optischen Gatter zum zweiten Gatterausgang 9 hindurch gehen. Wenn ein einziger optischer Puls am Gatterschalteingang 10 als Schaltsignal wirkt, wird ein einziger Bit-Schlitz der am Gattereingang 7 anliegenden optischen Pulsfolge vom zweiten Gatterausgang 9 zum ersten Gatterausgang 8 abgelenkt. Alle weiteren Bit-Schlitze der eingegebenen optischen Folge werden danach weiter vom zweiten Gatterausgang 9 ausgegeben, bis weitere Schaltsignale empfangen werden.

In der Sprache der Logik arbeitet das Gatter 6, so dass der Empfang eines Bit-Schlitzes mit einem optischen Puls dem Empfang eines ersten logischen Signals mit einem ersten logischen Zustand entspricht, während der Empfang eines Bit-Schlitzes mit keinem oder mit zwei optischen Pulsen dem Empfang eines zweiten logischen Signals mit dem komplementären logischen Zustand entspricht.

Es ist klar, dass die Gatterausgänge 8, 9 mit dem Schalteingang 10 eines zweiten Gatters 6 gekoppelt werden können, um bei Bedarf eine Wellenlängenumsetzung bereitzustellen. In diesem Fall wird das zweite Gatter 6 die vom entsprechenden Ausgang 8, 9 des ersten Gatters empfangenen optischen Pulse als Schalteingänge verwenden, so dass der Ausgang des zweiten Gatters 6 eine regenerierte Kopie des Ausgangs des ersten Gatters 6 ist. Dieser Aufbau wird in der ebenfalls anhängigen Anmeldung WO 98/44512 offenbart.

In 1d wird ein optischer Pulsgeber 11 gezeigt, der normalerweise mit einem Halbleiter-Laser realisiert wird, der Pulse mit einer Wellenlänge von ungefähr 1,5 Mikrometer erzeugt. Die Pulswiederholungsrate ist ungefähr 1 GHz, wobei der Laser nach einer linearen Chirp-Kompensation entlang einer nicht-dispersiven optischen Faser Pulse mit 10 ps abgibt, obwohl Pulswiederholungsraten von über 100 GHz vorstellbar sind. Mit solch einem Pulsgeber 11 kann im allgemeinen eine von zwei verschiedenen optischen Pulsfolgen erzeugt werden. Bei der ersten Anordnung, die im folgenden Pulsfolgengenerator genannt wird, wird eine Folge optischer Pulse mit einem Puls in jedem Bit-Schlitz erzeugt. Bei der zweiten Anordnung, die im folgenden Sync-Pulsgenerator genannt wird, wird eine Folge optischer Pulse erzeugt, wobei in nur einem Bit-Schlitz ein optischer Puls ist.

Ein Beispiel eines Binäraddierers gemäß der vorliegenden Erfindung wird in den 2 und 4 gezeigt, wobei 2 schematisch die Anordnung der Komponenten des Binäraddierers zeigt und 4 schematisch die Anordnung der logischen Gatter von 2 zeigt. Wie in der Zeichnung dargestellt, umfasst der Addierer einen Eingang 12, in den eine optische Pulsfolge aus zwei oder mehreren aufeinander folgenden optischen Worten in den Addiererschaltkreis eingegeben wird, wobei jedes binäre Wort L Bit-Schlitze lang ist.

Der Eingang 12 wird mit dem ersten Überlagerungseingang 14 einer optischen Kopplungseinrichtung 13 gekoppelt, die einen mit einem Gatterschalteingang 18 des optischen Gatters 17 gekoppelten Überlagerungsausgang 16 hat. Das Gatter 17 wirkt als UND-Gatter, um an seinem ersten Gatterausgang 20 das logische UND der am Gatterschalteingang 18 und am Gattereingang 19 empfangenen optischen Pulsfolgen zu erzeugen. Unter diesen Umständen können die Gattereingänge als erster UND-Gattereingang 18 und zweiter UND-Gattereingang 19 angesehen werden, während der erste Gatterausgang 20 ein UND-Gatterausgang 20 ist. Der zweite Gatterausgang 21 wird in dieser Anordnung nicht verwendet.

Der UND-Gatterausgang 20 wird über eine optische Verzögerungsleitung 22 an den zweiten Überlagerungseingang 15 der Kopplungseinrichtung 13 gekoppelt. Optische Pulse, die entlang der Verzögerungsleitung 22 laufen, werden um L + 1 Bit-Schlitze verzögert.

Der Überlagerungsausgang 16 ist außerdem mit einem ersten EXKLUSIV-ODER-Gattereingang 36 eines optischen EXKLUSIV-ODER-Gatters 35 gekoppelt. Das EXKLUSIV-ODER-Gatter 35 umfasst eine optische Kopplungseinrichtung 23, ein optisches nicht-lineares Gatter 27 und einen Pulsfolgengenerator 33, der eine Folge optischer Pulse erzeugt.

Der erste Überlagerungseingang 24 der Kopplungseinrichtung 23 wird über den ersten EXKLUSIV-ODER-Gattereingang 36 mit dem Überlagerungsausgang 16 verbunden. Der Überlagerungsausgang 26 wird mit dem Gatterschalteingang 28 des Gatter 27 gekoppelt, dessen Gattereingang 29 mit dem Pulsfolgengenerator 33 gekoppelt ist, um die Folge optischer Pulse zu empfangen.

Der zweite Gatterausgang 31 ist nicht verbunden, während der erste Gatterausgang 30 über einen EXKLUSIV-ODER-Gatterausgang 38 mit einer Verzögerungsleitung 32 verbunden ist, die durchlaufende optische Pulse um L Bit-Schlitze verzögert.

Durch die Verzögerung um L Bit-Schlitze und durch eine Verzögerung um L + 1 Bit-Schlitze können die vom EXKLUSIV-ODER-Gatter und vom UND-Gatter ausgegebenen optischen Worte relativ zueinander um einen Bit-Schlitz versetzt werden. Es ist vorteilhaft, statt mit alternativen Schaltkreisanordnungen, wie etwa einer Verzögerung um einen einzelnen Bit-Schlitz, auf diese Weise einen Versatz um einen Bit-Schlitz zu erzeugen, da bei hohen Übertragungsraten Verzögerungen um einen Bit-Schlitz nur schwer realisiert werden können.

Die Verzögerungsleitung 32 wird über einen zweiten EXKLUSIV-ODER-Gattereingang 37 mit dem Überlagerungseingang 25 und auch mit dem zweiten UND-Gattereingang 19 des optischen UND-Gatters 17 verbunden.

Wie bereits erwähnt wurde, bildet das optische Gatter 27, der Pulsfolgengenerator 33 und die optische Kopplungseinrichtung 23 zusammen, wie in 4 gezeigt, ein EXKLUSIV-ODER-Gatter, das wie folgt arbeitet.

Die optische Kopplungseinrichtung 23 kombiniert alle an den Überlagerungseingängen 24, 25 empfangenen optischen Pulse, so dass, wenn an einem der Eingänge 24, 25 in einem der Bit-Schlitze nur ein einziger optischer Puls empfangen wird, die Kopplungseinrichtung einen einzigen optischen Puls ausgibt. Dieser optische Puls wirkt dann als Schaltsignal, so dass das Gatter 27 in den eingeschalteten Zustand wechselt, wodurch ein einzelner optischer Puls vom Gattereingang 29 zum ersten Gatterausgang 30 übertragen wird.

Wenn jedoch an beiden Eingängen 24, 25 der Kopplungseinrichtung jeweils ein einzelner optischer Puls empfangen wird, dann gibt die optische Kopplungseinrichtung 23 zwei optische Pulse im selben Bit-Schlitz aus. Wie oben erwähnt, erkennt der Gatterschalteingang 22 ein gesamtes Energieäquivalent von zwei optischen Pulsen, das nicht als Schaltsignal wirkt. Dementsprechend bleibt das Gatter in einem ausgeschalteten Zustand, und die Folge optischer Pulse vom Pulsfolgengenerator 33 wird dann an den zweiten Gatterausgang 31 übertragen. Das Gatter bleibt auch im ausgeschalteten Zustand, wenn von der optischen Kopplungseinrichtung 23 im entsprechenden Bit-Schlitz keine optischen Pulse empfangen wurden.

Das EXKLUSIV-ODER-Gatter 35 erzeugt daher am EXKLUSIV-ODER-Gatterausgang 38 das EXKLUSIV-ODER der an den EXKLUSIV-ODER-Gattereingängen 36, 37 empfangenen optischen Pulse. Ein optischer Puls wird vom EXKLUSIV-ODER-Gatterausgang 30 ausgegeben, wenn in einem Bit-Schlitz von einem der beiden EXKLUSIV-ODER-Gattereingänge 36, 37 nur ein einzelner optischer Puls empfangen wird. Wenn keiner oder beide einen optischen Puls empfangen, wird kein optischer Puls ausgegeben.

Wenn die Verzögerungsleitung 32 hinzugefügt wird, um den Ausgang des EXKLUSIV-ODER-Gatterausgangs 38 in den zweiten EXKLUSIV-ODER-Gattereingang 37 zurückzukoppeln, dann wird somit ein EXKLUSIV-ODER-Gatter gebildet, das die EXKLUSIV-ODER-Verknüpfung von zwei Worten mit L Bit-Schlitzen durchführt, die nacheinander an den Eingang 36 des EXKLUSIV-ODER-Gatters angelegt werden.

Der Betrieb des Binäraddierers soll nun beschrieben werden.

Das erste Beispiel, das in Bezug auf Tabelle 1 und 3 beschrieben werden soll, ist eine einfache binäre Addition von zwei binären Worten mit jeweils L Bit-Schlitzen, wobei L = 10 ist.

In diesem Fall seien die binären Zahlen, die addiert werden sollen, "0001101011" und "1101000111", was das Ergebnis "1110110010" ergibt.

Das erste binäre Wort wird in den Bit-Schlitzen 1–10 vom Eingang 12 an den ersten Eingang 14 der optischen Kopplungseinrichtung 13 übertragen. Anfänglich gibt es in dem Schaltkreis keine anderen optischen Pulse. Dann wird das erste Wort über die Kopplungseinrichtung 13 an das UND-Gatter 17 übertragen, das, wie in 3 und Tabelle 1 gezeigt, keine optischen Pulse am UND-Gatterausgang 20 ausgibt.

Das erste Wort wird auch an das EXKLUSIV-ODER-Gatter 35 übertragen, das am EXKLUSIV-ODER-Gatterausgang 38 eine Kopie des Wortes erzeugt. Diese wird zur Verzögerungsleitung 32 übertragen, die es um L Bit-Schlitze (d. h. 10 Bit-Schlitze) verzögert, so dass das Wort in den Bit-Schlitzen 11–20 an den zweiten UND-Gattereingang 19 und den zweiten EXKLUSIV-ODER-Gattereingang 37 übertragen wird.

Gleichzeitig wird in den Bit-Schlitzen 11–20 das zweite binäre Wort an den ersten Überlagerungseingang 14 übertragen. Wiederum wird, wie in Tabelle 1 und 3 gezeigt, ohne am zweiten Überlagerungseingang 15 anliegende optische Pulse das zweite binäre Wort einfach an den ersten UND-Gattereingang 18 und den ersten EXKLUSIV-ODER-Gattereingang 36 übertragen.

Das EXKLUSIV-ODER-Gatter 35 erzeugt am Ausgang 38 ein optisches EXKLUSIV-ODER-Wort, das die logische EXKLUSIV-ODER-Verknüpfung des ersten und zweiten Wortes darstellt. Dieses optische EXKLUSIV-ODER-Wort wird zur Verzögerungsleitung 32 übertragen, und wird, nachdem es um L Bit-Schlitze (d. h. um 10 Bit-Schlitze) verzögert wurde, in den Bit-Schlitzen 21–30 an den zweiten UND-Gattereingang 19 und den zweiten EXKLUSIV-ODER-Gattereingang 37 übertragen.

Das UND-Gatter 17 erzeugt am UND-Gatterausgang 20 ein optisches UND-Wort, das die logische UND-Verknüpfung des ersten und zweiten Worts darstellt. Dieses logische UND-Wort wird an die Verzögerungsleitung 22 übertragen, und wird, nachdem es um L + 1 Bit-Schlitze (d. h. 11 Bit-Schlitze) verzögert wurde, in den Bit-Schlitzen 22–31 an den zweiten Eingang der Kopplungseinrichtung übertragen. Da vom Eingang 12 keine weiteren binären Worte übertragen werden, wird das optische UND-Wort in den Bit-Schlitzen 22–31 an den ersten UND-Gattereingang 20 und den ersten Eingang 36 des EXKLUSIV-ODER-Gatters übertragen.

In den Bit-Schlitzen 21–30 empfängt das EXKLUSIV-ODER-Gatter 35 und auch das UND-Gatter 17 daher das während der Bit-Schlitze 11–20 erzeugte optische EXKLUSIV-ODER-Wort und mittels des um einen weiteren Bit-Schlitz verzögerten optischen UND-Worts, das in den Bit-Schlitzen 10–19 erzeugte optische UND-Wort. Aus diesen optischen Worten werden weitere optische UND- und EXKLUSIV-ODER-Worte erzeugt und von den UND- und EXKLUSIV-ODER-Gatterausgängen 38 bzw. 20 ausgegeben.

Diese weiteren optischen Worte werden von den jeweiligen Verzögerungsleitungen 32, 22 wiederum verzögert und an die ersten und zweiten UND- und EXKLUSIV-ODER-Gattereingänge 18, 19, 36, 37 zurückgegeben.

Dieses Verfahren wird wiederholt, bis über eine gesamte Dauer von L Bit-Schlitzen; d. h. in den Bit-Schlitzen 41–50, wie in 3 und in Tabelle 1 gezeigt, am Ausgang des UND-Gatters 17 keine optischen Pulse auftreten. Dann stellt das optische Wort am EXKLUSIV-ODER-Ausgang des optischen EXKLUSIV-ODER-Gatterausgangs 38 die binäre Summe des ersten und zweiten Worts dar.

Ein zweites Beispiel eines Binäraddierers gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt Tabelle 2. Wiederum sind die zu addierenden binären Zahlen "0001101011" und " 1101000111". Bei diesem Beispiel wird das signifikanteste Bit im ersten Bit-Schlitz des optischen binären Worts wiedergegeben. Entsprechend wurde die Verzögerungsleitung 22 aus 1 durch eine Verzögerungsleitung um L – 1 Bit ersetzt. Wiederum stellt der in den Bit-Schlitzen 41–50 erhaltene Ausgang die binäre Summe " 1110110010" dar.

Tabelle 2 entspricht daher Tabelle 1, außer dass der optische UND-Wortausgang vom UND-Gatterausgang 20 um eine Dauer von L – 1 Bit-Schlitzen (d. h. um 9 Bit-Schlitze) im Gegensatz zu L + 1 Bit-Schlitzen verzögert wird, bevor es an den zweiten Eingang der Kopplungseinrichtung übertragen wird.

Wie in 3 gezeigt, wird das optische Wort, das die binäre Summe darstellt, solange vom EXKLUSIV-ODER-Gatter ausgegeben, bis der Schaltkreis zurückgesetzt ist. Der Grund dafür ist, dass die optischen Pulse vom Ausgang 38 des EXKLUSIV-ODER-Gatters, wieder zurück in den zweiten Eingang 37 des EXKLUSIV-ODER-Gatters eingespeist werden. Wenn ansonsten keine weiteren optischen Pulse im Schaltkreis sind, werden alle in den zweiten Eingang 37 des EXKLUSIV-ODER-Gatters zurückgekoppelten Pulse vom EXKLUSIV-ODER-Gatter 35 regeneriert und erneut ausgegeben. Der Schaltkreis wird daher durch Zurücksetzen des EXKLUSIV-ODER-Gatters 35 zurückgesetzt.

Damit das EXKLUSIV-ODER-Gatter zurückgesetzt wird, dürfen trotz Empfang eines Schaltsignals am Gatterschalteingang 28 keine optischen Pulse vom Gattereingang 29 zum ersten Gatterausgang 30 übertragen werden. Diese Bedingung muss für mindestens L Bit-Schlitze aufrecht erhalten werden, damit jeder Bit-Schlitz eines optischen Wortes mit L Bit zurückgesetzt wird.

Dazu kann die vom Pulsfolgengeber 33 empfangene Folge optischer Pulse durch eine Folge optischer Bit-Schlitze in einem Fenster mit einer Länge von R optischen Bit-Schlitzen ersetzt werden, wobei jeder der R Bit-Schlitze keine optischen Pulse enthält. Wenn an der Gatterschalteinheit 28 des Gatters 27 ein Schaltsignal empfangen wird, dann wird der entsprechende leere Bit-Schlitz aus dem Fenster der Folge der R Bit-Schlitze am ersten Gatterausgang 30 zum Ausgang 38 des EXKLUSIV-ODER-Gatters übertragen. Zur Sicherheit werden alle Bit-Schlitze des Wortes zurückgesetzt. R muss größer oder gleich L sein.

Dieses Fenster mit R Bit-Schlitzen ohne optische Pulse kann ein Fenstergenerator liefern, wie er in der von uns veröffentlichten, ebenfalls anhängigen Anmeldung mit der Nummer WO 9914649 beschrieben wird und der im folgenden in Bezug auf die 5 und 6 erläutert wird.

5 zeigt einen zurücksetzbaren Binäraddierer, bei dem der Binäraddierer aus 2 mit einem Fenstergenerator gekoppelt wurde, der einen Pulspaargenerator 52 und ein Schaltgerät 53 umfasst.

Das Schaltgerät 53 hat einen Eingangsanschluss 54, an den ein Pulsfolgengeber 55 gekoppelt ist, zwei Ausgangsanschlüsse 56, 38 und einen Schalteingangsanschluss 57, der mit dem Generatorausgang 76 des Pulspaargenerators 52 gekoppelt ist.

Das Schaltgerät selbst besteht aus einem rein optischen nicht-linearen Gatter 58, dessen erster Gatterausgang 59 über eine Rückkopplungsschleife mit dem zweiten Überlagerungseingang 65 einer optischen Kopplungseinrichtung 63 verbunden ist. Die Rückkopplungsschleife enthält eine Verzögerungsleitung 67, die zum Erzeugen des Fensters um einen einzigen Bit-Schlitz verzögert. Ein über die Verzögerungsleitung 67 übertragener optischer Puls wird daher am zweiten Überlagerungseingang 65 der optischen Kopplungseinrichtung 63 in dem Bit-Schlitz ankommen, der unmittelbar auf den Bit-Schlitz folgt, in dem er angekommen wäre, wenn er über eine nicht verzögernde Verbindung übertragen worden wäre.

Der Gattereingang 61 ist mit dem Eingangsanschluss 54 des Schaltgeräts gekoppelt, um die vom Pulsfolgengenerator 5 erzeugten optischen Pulsfolgen zu empfangen, während der Gatterschalteingang 62 mit dem Überlagerungsausgang 66 der optischen Kopplungseinrichtung 63 gekoppelt ist. Der erste Überlagerungseingang 64 ist mit dem Schalteingangsanschluss 57 des Schaltgeräts gekoppelt, um vom Pulspaargenerator 52 optische Pulse zu empfangen.

Der Pulspaargenerator 52 besteht aus einer rein optischen Kopplungseinrichtung 70. Mit dem ersten Überlagerungseingang 71 der optischen Kopplungseinrichtung 70 ist ein Synchronpulsgenerator 74 verbunden. Die ebenfalls mit dem Synchronpulsgenerator 74 gekoppelte Verzögerungsleitung 75 verzögert um R Bit-Schlitze. Der Überlagerungsausgang 73 der Kopplungseinrichtung 70 ist über den Ausgangsanschluss 76 des Pulspaargenerators 52 mit dem Schalteingangsanschluss 57 des Schaltgeräts 53 verbunden.

Der Betrieb des Fenstergenerators aus 5 soll nun unter Berücksichtigung von 6, in der die Zeitverläufe der Bit-Schlitze an verschiedenen Orten im Fenstergeneratorschaltkreis dargestellt sind, beschrieben werden. Jeder Zeitverlauf, der in eine Folge von Bit-Schlitzen unterteilt ist, zeigt die optischen Pulse an den jeweiligen Stellen im Schaltkreis. Eine Folge von Pulsen wird als durchgehender Puls dargestellt, obwohl er ebenso als Folge diskreter Pulse dargestellt werden könnte.

Wie bereits beschrieben, wird das Schaltgerät 53 mit dem Pulsfolgengenerator 55 gekoppelt, der die optische Pulsfolge an den Eingangsanschluss 54 des Schaltgeräts und somit an den Gattereingang 61 des Gatters 58 liefert.

Am Anfang, wenn keine optischen Pulse am Schalteingangsanschluss 57 des Schaltgeräts anliegen, werden auch keine optischen Pulse an den Gatterschalteingang 62 des Gatters 58 abgegeben. Dementsprechend wird die Folge der am Gattereingang 61 eintreffenden optischen Pulse durch das rein optische Gatter 58 hindurch zum Gatterausgang 60 übertragen. Somit werden am Gatterausgang 59 keine optischen Pulse abgegeben, und die Folge von Pulsen wird vom zweiten Gatterausgang 60 ausgegeben.

Im Bit-Schlitz 5 aus 6 wird vom Synchronpuls-Generator 74 ein einzelner optischer Puls ausgegeben und zur optischen Kopplungseinrichtung 70 übertragen. Wie in 6 gezeigt, kommt der einzelne optische Puls am Punkt 77 an und wird in zwei Kopien unterteilt, von denen die eine direkt zum ersten Überlagerungseingang 71 der rein optischen Kopplungseinrichtung 70 übertragen wird und die andere über die Verzögerungsleitung 75 zum zweiten Überlagerungseingang 72 übertragen wird. Der Puls, der über die Verzögerungsleitung 75 läuft, wird relativ zum Puls, der direkt zur optischen Kopplungseinrichtung 70 übertragen wird, um R Bit-Schlitze (im vorliegenden Beispiel ist R = 10) verzögert. Somit empfängt die optische Kopplungseinrichtung 70 einen optischen Puls am Überlagerungseingang 71 im Bit-Schlitz 5 und einen zweiten optischen Puls am Überlagerungseingang 72 im Bit-Schlitz 15, wie in 6 gezeigt wird.

Diese optischen Pulse werden dann zu einer einzigen optischen Pulsfolge mit zwei R Bit-Schlitze auseinander liegenden optischen Pulsen kombiniert, die an den Schalteingangsanschluss 57 des Schaltgeräts 53 übertragen wird.

Wenn der erste Puls vom Pulspaargenerator 52 empfangen wird, wird er in den Schalteingangsanschluss 57 des Schaltgeräts eingegeben und damit, wie dargestellt, in den ersten Überlagerungseingang 64 der optischen Kopplungseinrichtung 63. Dieser optische Puls wird dann als Schaltsignal an den Gatterschalteingang 62 des Gatters 58 übertragen. Dadurch wird im Bit-Schlitz 5 ein erster optischer Puls vom Gattereingang 61 zum Gatterausgang 59 geschaltet.

Dieser optische Puls wird über die Verzögerungsleitung 67 in den zweiten Überlagerungseingang 65 der optischen Kopplungseinrichtung 63 erneut eingespeist. Da die Verzögerungsleitung 67 in der Rückkopplungsschleife um ein einzelnes Bit verzögert, trifft der zurück gekoppelte optische Puls im Bit-Schlitz 6 dann am Gatterschalteingang 62 ein, wenn der nächste vom Pulsfolgengenerator 55 ausgegebene optische Puls am Gattereingang 61 empfangen wird. Dementsprechend wirkt der erste vom Gatterausgang 59 ausgegebene optische Puls im Bit-Schlitz 6 als Schaltsignal, das den folgenden optischen Puls vom Gattereingang 61 zum Gatterausgang 59 schaltet. Dies wiederholt sich in den Bit-Schlitzen 6 bis 14, wodurch eine Folge von 50 optischen Pulsen am Gatterausgang 59 ausgegeben wird.

Dies geht so weiter, bis der Pulspaargenerator 52 im Bit-Schlitz 15 den zweiten Puls ausgibt. Dieser Puls kommt im Bit-Schlitz 55 zusammen mit einem optischen Puls am ersten Überlagerungseingang 64 an, der über die Rückkopplungsschleife am zweiten Überlagerungseingang 65 der optischen Kopplungseinrichtung 63 empfangen worden ist.

Wenn beide Pulse gleichzeitig an der rein optischen Kopplungseinrichtung 63 ankommen, werden zwei optische Pulse im selben Bit-Schlitz ausgegeben. Dementsprechend erfasst der Gatterschalteingang 62 eine gesamte Energie, die zwei optischen Pulsen entspricht. Dies wirkt nicht als Schaltsignal, und daher wird die Folge optischer Pulse vom Pulsfolgengenerator 55 nicht länger zum Gatterausgang 59 geschaltet.

Wenn die optische Kopplungseinrichtung 63 mit dem Gatter 58 verknüpft wird, funktionieren sie zusammen als ein EXKLUSIV-ODER-System, wobei das Gatter 58 nur dann in den eingeschalteten Zustand wechselt, wenn nur an einem der Eingänge 64, 65 der optischen Kopplungseinrichtung ein optischer Puls empfangen wird. Wenn keine Pulse oder wenn an beiden Eingängen gleichzeitig im selben Bit-Schlitz Pulse empfangen werden, wirkt das von der Kopplungseinrichtung ausgegebene Signal nicht als Schaltsignal, weswegen das Gatter im ausgeschalteten Zustand bleibt.

Aufgrund der optischen Signalfolge vom Pulspaargenerator 52 mit zwei Pulsen, wobei die Pulse um eine vorgegebene Anzahl von R Bit-Schlitzen getrennt sind, gibt der Fenstergenerator daher eine optische Signalfolge von K optischen Pulsen am Gatterausgang 59 aus.

Ebenso wie die Verzögerungsleitung 75, die die Verzögerung im Pulspaargenerator 52 bewirkt, bestimmt die Länge der Zeitverzögerung der Verzögerungsleitung 75 außerdem auch die Zahl R der Bits. Im Beispiel von 6 verursacht die Verzögerungsleitung 75 eine Verzögerung, die 10 Bit-Schlitzen entspricht, weswegen der Fenstergenerator eine Folge von 50 optischen Pulsen am Ausgangsanschluss 56 ausgibt. Die Anzahl der Bit-Schlitze, um die die Verzögerungsleitung 75 den optischen Puls verzögert, könnte geändert werden, wodurch sich die Anzahl der vom Ausgangsanschluss 56 des Schaltgeräts 53 ausgegebenen optischen Pulse entsprechend ändern würde.

Der zweite Gatterausgang 60 erzeugt eine optische Signalfolge, die das logische Komplement der vom ersten Gatterausgang 59 erzeugten Signalfolge ist. Der zweite Ausgangsanschluss 78 wird daher mit dem Gatterausgang 60 gekoppelt, um eine optische Signalfolge zu erzeugen, die ein Fenster von R Bit-Schlitzen enthält, wobei die R Bit-Schlitze ohne optische Pulse sind und wobei sich in allen Bit-Schlitzen, die außerhalb des Fensters von R Bit liegen, ein optischer Puls befindet.

Zum Zurücksetzen des Binäraddierers wird der Ausgangsanschluss 78 des Fenstergenerators mit dem Gattereingang 29 des Gatters 27 des EXKLUSIV-ODER-Gatters 35' gekoppelt, das dem EXKLUSIV-ODER-Gatter 35 aus 2 jedoch ohne Pulsfolgengenerator 33 entspricht.

Der Fenstergenerator erzeugt dann eine Folge optischer Bit-Schlitze mit optischen Pulsen, mit denen der Addierer normal arbeiten kann. Dann, wenn ein Zurücksetzten des Addierers erforderlich ist, erzeugt der Fenstergenerator ein Fenster von R Bit-Schlitzen ohne optische Pulse, woraufhin R optische Bit-Schlitze am Ausgang des EXKLUSIV-ODER-Gatters 35' zurückgesetzt werden. Dementsprechend wird für R > L der Addierer vollkommen zurückgesetzt, so dass der Schaltkreis keine optischen Pulse mehr enthält.

Das dritte Beispiel für den Betrieb eines Binäraddierers aus 2 soll nun in Bezug auf Tabelle 3 und auf 7 beschrieben werden. Hierbei handelt es sich um den Betrieb des Schaltkreises als einfacher Zählerschaltkreis.

Um als Zähler zu arbeiten, muss der Schaltkreis mit einer Folge binärer Worte versorgt werden, wobei jedes Wort L Bit-Schlitze lang ist und nur einen einzelnen optischen Puls enthält, der in diesem Beispiel im ersten Bit-Schlitz liegt. Der Additionsschaltkreis wird als Resultat am Ausgang 38 des EXKLUSIV-ODER-Gatters einen binären Wert ausgeben, der die Anzahl der in diesem Format erhaltenen Worte angibt.

Im Beispiel aus 7 und Tabelle 3 wird vom Eingang 23 eine Folge von vier Worten mit einer Länge von 6 Bit-Schlitzen (d. h. L = 6) zum ersten Überlagerungseingang 14 übertragen, wobei jedes Wort einen einzelnen optischen Puls im ersten Bit-Schlitz enthält.

Wenn das erste binäre Wort vom Eingang 12 zum ersten Eingang 14 der optischen Kopplungseinrichtung 14 in den Bit-Schlitzen 1–6 übertragen wird, gibt es im Schaltkreis keine anderen optischen Pulse. Daher wird das erste Wort von der Kopplungseinrichtung 13 an das UND-Gatter 17 übertragen, das am Ausgang 20 des UND-Gatters einen Ausgang ohne optische Pulse erzeugt, wie in 7 und Tabelle 3 gezeigt wird.

Das erste Wort wird also an das EXKLUSIV-ODER-Gatter 35 übertragen, das am Ausgang 38 des EXKLUSIV-ODER-Gatters eine Kopie des Wortes erzeugt. Diese wird zur Verzögerungsleitung 32 übertragen, die sie um L Bit-Schlitze (d. h. 6 Bit-Schlitze) verzögert, so dass das Wort in den Bit-Schlitzen 7–12 an den zweiten Eingang 19 des UND-Gatters und an den zweiten Eingang 37 des EXKLUSIV-ODER-Gatters übertragen wird.

Gleichzeitig wird in den Bit-Schlitzen 7–12 das zweite binäre Wort an den ersten Eingang 14 der Kopplungseinrichtung übertragen. Wiederum wird, da keine optischen Pulse am zweiten Eingang 15 der Kopplungseinrichtung anliegen, das zweite binäre Wort einfach an den ersten Eingang 18 des UND-Gatters und an den ersten Eingang 36 des EXKLUSIV-ODER-Gatters übertragen, wie es in Tabelle 3 und 7 gezeigt wird.

Das EXKLUSIV-ODER-Gatter 35 erzeugt ein optisches EXKLUSIV-ODER-Wort, das die logische EXKLUSIV-ODER-Verknüpfung des ersten und zweiten Worts am Ausgang 38 darstellt und das keine optischen Pulse enthält.

Gleichzeitig erzeugt das UND-Gatter 17 ein optisches UND-Wort, das die logische UND-Verknüpfung des ersten und zweiten Worts am Ausgang 20 des UND-Gatters darstellt. Dieses wird an die Verzögerungsleitung 22 übertragen, und das optische UND-Wort wird, nachdem es um L + 1 Bit-Schlitze (d. h. um 7 Bit-Schlitze) verzögert wurde, in den Bit-Schlitzen 14–19 an den zweiten Eingang der Kopplungseinrichtung übertragen.

Das dritte binäre Wort wird in den Bit-Schlitzen 13–18 am ersten Eingang 14 der Kopplungseinrichtung 13 empfangen und mit dem in den Bit-Schlitzen 6–11 erzeugten optischen UND-Wort verknüpft, um ein optisches Verknüpfungswort zu erzeugen. Dieses optische Verknüpfungswort wird, wie in Tabelle 3 gezeigt, in den Bit-Schlitzen 13–18 an den ersten Gattereingang 18 des UND-Gatters 17 und den ersten Gattereingang 36 des EXKLUSIV-ODER-Gatter 35 übertragen.

An den zweiten Gattereingängen 19, 37 liegen währenddessen wegen des in den Bit-Schlitzen 7–12 ohne optische Pulse erzeugten optischen EXKLUSIV-ODER-Worts keine optischen Pulse an.

Dementsprechend erzeugt das EXKLUSIV-ODER-Gatter 35 ein optisches EXKLUSIV-ODER-Wort, das, da am zweiten Eingang 37 des EXKLUSIV-ODER-Gatters keine optischen Pulse anliegen, eine Kopie des optischen Verknüpfungsworts ist. Dieses optische EXKLUSIV-ODER-Wort wird an die Verzögerungsleitung 32 übertragen, und es wird nach einer Verzögerung um L Bit-Schlitze (d. h. um 6 Bit-Schlitze) in den Bit-Schlitzen 19–24 an den zweiten Eingang 19 des UND-Gatters und an den zweiten Eingang 37 des EXKLUSIV-ODER-Gatters übertragen.

Das UND-Gatter erzeugt ein optisches UND-Wort, das keine optischen Pulse enthält. Daher liegen in den Bit-Schlitzen 19–24 keine optischen Pulse am zweiten Eingang 15 der Kopplungseinrichtung an, wenn das vierte binäre Wort am ersten Eingang 14 der Kopplungseinrichtung ankommt und wenn das vierte binäre Wort an die ersten Gattereingänge 18, 36 übertragen wird.

Während der Bit-Schlitze 19–24 empfängt das EXKLUSIV-ODER-Gatter 35 und das UND-Gatter 17 daher das in den Bit-Schlitzen 13 –18 erzeugte optische EXKLUSIV-ODER-Wort und auch das vierte binäre Wort. Aus diesen werden weitere optische UND- und EXKLUSIV-ODER-Worte erzeugt und von den Ausgängen 38, 20 des UND- bzw. des EXKLUSIV-ODER-Gatters ausgegeben.

Diese weiteren Worte werden von den entsprechenden Verzögerungsleitungen 32, 22 wiederum verzögert und an die ersten und zweiten Eingänge 18, 19, 36, 37 des UND- und EXKLUSIV-ODER-Gatters zurückgegeben.

Wenn keine weiteren binären Worte vom Eingang 12 übertragen werden, wird das optische UND-Wort in den Bit-Schlitzen 26–31 an den ersten Eingang 20 des UND-Gatters und an den ersten Eingang 36 des EXKLUSIV-ODER-Gatters übertragen. Inzwischen wird das optische EXKLUSIV-ODER-Wort in den Bit-Schlitzen 25–30 an die zweiten Gattereingänge 19, 37 übertragen.

Diese Abfolge wird wiederholt, bis für eine gesamte Dauer von L Bit-Schlitzen keine optischen Pulse mehr am Ausgang 20 des UND-Gatters 17 anliegen, d. h. das optische UND-Wort enthält keine optischen Pulse mehr, wie es in den Bit-Schlitzen 31–36 aus 7 und Tabelle 3 gezeigt wird. Dann ist das vom Ausgang 38 des EXKLUSIV-ODER-Gatters ausgegebene optische EXKLUSIV-ODER-Wort ein binäres optisches Wort mit dem binären Wert "100", das den dezimalen Wert "4" darstellt. Der Schaltkreis zählt daher die Anzahl der hereinkommenden binären Worte, wenn die binären Worte das erforderliche Format haben.

Es sollte beachtet werden, dass im gegenwärtigen Beispiel der maximal zählbare Wert "111111" (d. h. der dezimale Wert "63") ist. Diese Begrenzung ergibt sich wegen der binären Worte mit nur 6 Bit-Schlitzen. Wenn die Anzahl der Bit-Schlitze erhöht wird, wird daher der maximale Wert, der gezählt werden kann, größer. Mathematisch ausgedrückt, ist der maximale dezimale Wert, bis zu dem der Schaltkreis zählen kann, (2^L – 1), wobei L die Anzahl der optischen Bit-Schlitze der binären optischen Worte ist.

Ein viertes Beispiel für den Betrieb des Binäraddieres aus 2 wird in Tabelle 4 gezeigt. In diesem Fall arbeitet der Schaltkreis wiederum als einfacher Zähler mit einem einzelnen optischen Puls, der in diesem Fall im letzten Bit-Schlitz der eingegebenen optischen binären Worte ist. Dementsprechend wird die Verzögerungsleitung 22 aus 2 durch eine Verzögerung um L – 1 Bit-Schlitze ersetzt.

Die Tabelle 4 entspricht Tabelle 3, abgesehen davon, dass die Ausgabe der UND-Worte am Ausgang 20 des UND-Gatters um L – 1 Bit-Schlitze (d. h. 5 Bit-Schlitze) verzögert wird, bevor sie an den zweiten Eingang der Kopplungseinrichtung übertragen werden. Dementsprechend wird der Betrieb entsprechend Tabelle 4 nicht im Detail beschrieben.

Wiederum kann das Zurücksetzten des Schaltkreises mit einem optischen Bit-Schlitzfenster erreicht werden, wobei die optischen Bit-Schlitze wiederum keinen optischen Puls enthalten, wie es in Bezug auf die 5 und 6 erläutert wurde.

Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird schematisch in 8 gezeigt, die eine schematische Darstellung der Anordnung der in dieser alternativen Auslegung verwendeten logischen Gatter zeigt. Die Komponenten in 8 stimmen mit denen in 4 überein, weswegen dieselben Referenzzahlen verwendet wurden, die lediglich um 100 erhöht wurden.

Wie in 8 gezeigt, umfasst der Addierer ein UND-Gatter 117 und ein EXKLUSIV-ODER-Gatter 135. Der UND-Gatterausgang 120 ist über eine Verzögerungsleitung 122, die um L + 1 Bit-Schlitze verzögert, mit dem ersten UND-Gattereingang 118 und dem ersten EXKLUSIV-ODER-Gattereingang 136 verbunden. Der EXKLUSIV-ODER-Gatterausgang 138 ist über eine Verzögerungsleitung 122, die um L Bit-Schlitze verzögert, mit dem zweiten UND-Gattereingang 119 und dem zweiten EXKLUSIV-ODER-Gattereingang 137 gekoppelt. Ein Eingang 112, der die zu addierenden Worte bereitstellt, wird mit dem ersten UND-Gattereingang 118 und dem ersten EXKLUSIV-ODER-Gattereingang 136 gekoppelt.

Der Vergleich von 4 mit 8 zeigt, dass die Vorrichtung aus 8 der aus 4, jedoch ohne optische Kopplungseinrichtung entspricht. Die Auswertung der optischen Pulse in 3 zeigt, dass die optische Kopplungseinrichtung 13 in diesem Fall hauptsächlich deswegen nicht wirklich zum Verknüpfen optischer Pulse benötigt wird, weil vom Eingang 14 der Kopplungseinrichtung keine optischen Pulse empfangen werden, nachdem das zweite binäre Wort bereitgestellt wurde. Dementsprechend kann der Addierer ohne die Kopplungseinrichtung 13 betrieben werden, solange sichergestellt ist, dass nur zwei binäre Worte an den Überlagerungseingang 14 gelangen.

Dementsprechend zeigt 8 ein Beispiel einer entsprechenden Vorrichtung, die als Addierer zum Addieren zweier binärer Worte geeignet ist, wie in dem in Bezug auf Tabelle 1 und 3 beschriebenen Beispiel dargestellt wird.

Wenn die Verzögerungsleitung 122 durch eine Leitung ersetzt wird, die um L – 1 Bit-Schlitze verzögert, kann die Vorrichtung aus 8 natürlich entsprechend dem in Tabelle 2 dargestellten Beispiel als Binäraddierer verwendet werden.

9 zeigt eine schematische Darstellung der Anordnung der logischen Gatter in einem Binäraddierer, der einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entspricht.

Bei dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Rückkopplung zum wiederholten Erzeugen des optischen EXKLUSIV-ODER-Wortes und des optischen UND-Wortes durch eine Reihe von Paaren 201, 202, 203, 204 mit jeweils einem optischen UND-Gatter und einem EXKLUSIV-ODER-Gatter ersetzt.

Da jedes Paar 201, 202, 203, 204 identisch ist, soll daher nur eines aus 9 beschrieben werden. Das UND-/EXKLUSIV-ODER-Paar 201 umfasst ein UND-Gatter 217 und ein EXKLUSIV-ODER-Gatter 235. Der erste Gattereingang 218 des UND-Gatters 217 und der erste Gattereingang 236 des EXKLUSIV-ODER-Gatters 235 sind miteinander und mit einem Eingabeanschluss 210 für das erste Wort verbunden, der das erste zu addierende Wort empfängt. Die zweiten Gattereingänge 219, 237 des UND-Gatters 217 und des EXKLUSIV-ODER-Gatters 235 sind ebenfalls miteinander und mit einem Eingangsanschluss 210 für das zweite Wort verbunden, der das zweite zu addierende Wort empfängt.

Der UND-Gatterausgang 220 ist über eine Verzögerungsleitung 222, die um M + 1 Bit-Schlitze verzögert, mit einem Ausgangsanschluss 212 verbunden, während der EXKLUSIV-ODER-Gatterausgang 238 über eine Verzögerungsleitung 232, die um M-Bit-Schlitze verzögert, mit einem Ausgangsanschluss 212 verbunden ist.

In jedem UND-/EXKLUSIV-ODER-Paar wird aus den an den ersten und zweiten Eingangsanschlüssen 210, 211 empfangenen ersten und zweiten binären Worten sowohl am UND-Gatterausgang 220 ein optisches Wort, das das logische UND darstellt, als auch am Ausgang 238 des EXKLUSIV-ODER-Gatters ein optisches Wort, das das logische EXKLUSIV-ODER darstellt, erzeugt. Die Übertragung des optischen UND-Worts und des optischen EXKLUSIV-ODER-Wortes an die entsprechenden ersten und zweiten Ausgabeanschlüsse 212, 213 wird um M + 1 bzw. M Bit-Schlitze verzögert, so dass das optische UND-Wort gegenüber dem optischen EXKLUSIV-ODER-Wort um einen zusätzlichen Bit-Schlitz verzögert ist. Die Worte werden dann an die entsprechenden ersten und zweiten Eingabeanschlüsse 210, 211 des nächsten UND/EXKLUSIV-ODER-Gatterpaars 202 ausgegeben.

Die Vorrichtung arbeitet daher wie die Vorrichtung aus 8, wobei der Rückkoppelvorgang durch eine Übertragung an ein nachfolgendes UND/EXKLUSIV-ODER-Gatterpaar ersetzt wurde. Wenn genügend UND/EXKLUSIV-ODER-Gatterpaare aufeinander folgen, enthält ein UND-Gatterausgang in der Reihe irgendwann keine optischen Pulse mehr, wobei dann das vom entsprechenden EXKLUSIV-ODER-Gatter erzeugte optische EXKLUSIV-ODER-Wort die binäre Summe des ersten und zweiten Worts darstellt. Die Anzahl der benötigten UND/EXKLUSIV-ODER-Gatter kann jedoch nicht vorhergesagt werden, und diese Auslegung benötigt daher genügend UND/EXKLUSIV-ODER-Gatterpaare, um die richtige Lösung zu erzeugen. Durch Überwachen des ausgegebenen optischen UND-Worts eines jeden UND/EXKLUSIV-ODER-Gatterpaares, kann bestimmt werden, welches UND/EXKLUSIV-ODER-Gatterpaar ein optisches EXKLUSIV-ODER-Wort erzeugt, das die binäre Summe des ersten und zweiten Worts darstellt.

Ohne Rückkoppelschleife geschieht das Zurücksetzen der Vorrichtung automatisch, wobei keine optischen Pulse in dem Schaltkreis bleiben, sobald das Ergebnis erzeugt wurde. Außerdem müssen die Verzögerungsleitungen die Ausgabeworte nur so verzögern, dass das optische UND-Wort gegenüber dem EXKLUSIV-ODER-Wort um einen Bit-Schlitz versetzt ist, wodurch die Verzögerungszeit insgesamt verringert werden kann.

Wenn beispielsweise der Schaltkreis aus 2 verwendet wird, wird bei einer großen Anzahl L von Bit-Schlitzen die Übertragung der Worte durch die Rückkopplung entsprechend um L Bit-Schlitze verzögert. Bei dem Aufbau nach 9 jedoch wird die Übertragung nur um M Bit-Schlitze verzögert, wobei M « L gehalten werden kann, wodurch sich die Dauer der Verarbeitung verringert.

Es ist jedoch vorteilhaft, den Wert von M > 1 zu halten, da Verzögerungen um ein Bit bei hohen Übertragungsraten schwierig zu realisieren sind. Daher kann mit einer Verzögerung um M + 1 Bit-Schlitze und einer Verzögerung um M Bit-Schlitze ein relativer Versatz um einen Bit-Schlitz leichter erreicht werden.

Wiederum könnte statt einer Verzögerung um M + 1 Bit-Schlitze eine Verzögerung um M – 1 Bit-Schlitze verwendet werden, wenn binäre Worte mit dem entsprechenden Format verwendet werden.

Ein alternative Möglichkeit besteht darin, eine Reihe der in der dritten Ausführungsform der Erfindung beschriebenen optischen UND/EXKLUSIV-ODER-Gatterpaare mit dem Rückkopplungssystem der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu koppeln. Damit würde das System mit dem Summieren zweier binärer Worte in der Reihe der UND/EXKLUSIV-ODER-Gatterpaare beginnen können, während eine vorangegangene Berechnung vom Rückkopplungssystem entsprechend der ersten Ausführungsform beendet würde. Außerdem kann so die Anzahl der UND/EXKLUSIV-ODER-Gatterpaare verringert werden, wobei immer noch die binäre Summe des ersten und zweiten optischen Wort bestimmt werden würde.