Универсальные вентили цифрового компьютера двоичной логики

В таблице приведены базовые логические вентили двоичной логики «И», «ИЛИ», «НЕ» и их таблицы истинности. В том случае, когда состояния «0» и «1» соответствуют низкоэнергетическому и высокоэнергетическому сигналам, соответственно; элементы «И», «ИЛИ» могут быть пассивными (то есть подвод энергии осуществляется по «информационным» входам Х1 и Х2 самими сигналами «0» и «1»), элемент «НЕ» должен быть активным (то есть должен осуществляться подвод энергии по дополнительному «энергетическому» входу помимо Х).

1.2. И − НЕ

Представляет собой устройство с двумя входами и одним выходом, функционирующим в соответствии с таблицей истинности вида:

Рис.1. И − НЕ 2

1.3. ИЛИ − НЕ

Представляет собой устройство с двумя входами и одним выходом, функционирующим в соответствии с таблицей истинности вида:

Рис.2. ИЛИ − НЕ

2. Примеры схемотехнических элементов универсального компьютера (Flip − Flop circuit).

2.2. RS − триггер на элементах ИЛИ − НЕ

Триггером называется устройство, имеющее два устойчивых состояния [1]. Оно имеет два выхода (рис.3), один из которых называют прямым, а второй – инверсным. Состояния на них взаимно инвертированы: логическая единица («1») на одном выходе соответствует логическому нулю («0») на другом. С приходом переключающего (запускающего) сигнала переход триггера из одного состояния в другое происходит лавинообразно, и состояния на выходах меняются на противоположные. В интервале между переключающими сигналами состояние триггера не меняется, то есть триггер «запоминает» поступление сигнала, отражая это видом состояния своих выходов. Это дает возможность использовать триггер как элемент памяти. На выходе элемента «ИЛИ − НЕ» имеется инвертор (усилитель). Поэтому на двух таких элементах можно выполнить триггер, если вход одного элемента соединить с выходом другого. Полученный таким образом триггер является асинхронным RS – триггером. 3

Рис.3. RS − триггер

2.2. Оптическая Flip − Flop схема на каскаде интерферометров Маха − Цендера [2].

На рисунке 4 показан полностью оптический переключатель на фотонно − кристаллическом интерферометре Маха − Цендера. В плечах интерферометра находится нелинейная среда на основе квантовых точек.

Рис.4. Симметричный нелинейный интерферометр Маха − Цендера

и временная диаграмма его работы. 4

Рис.4. Симметричный нелинейный интерферометр Маха − Цендера

и временная диаграмма его работы. 4

Рис.5а. «Опрокидывающая» схема на каскаде интерферометров Маха − Цендера

Рис.5б. Временная диаграмма работы «опрокидывающей» схемы на каскаде интерферометров Маха − Цендера

На рисунке 6 показан результат численного моделирования распространения волны плазменных колебаний (плазмон − поляритона) в интерферометра Маха 5− Цендера из плазмонных наночастиц. (Компьютерное моделирование осуществлено с помощью алгоритмов, рассмотренных в [3]) На рисунке 6а показана выходная часть сбалансированного интерферометра Маха − Цендера. Действие отброшенной части заменено системой из двух синфазных диполей, расположенных в точках 1 и 2. На рисунке 6б показан «выход» разбалансированного интерферометра. Действие отброшенной части заменено системой диполей, работающих в противофазе (фазовый набег равен π). Из этого рисунка видно, что гашение волны происходит не непосредственно в точке сочленения двух цепочек, а имеет место вырождение характера волноводной моды в моду затухающего типа. В результате, плазмон − поляритон еще распространяется вдоль цепочки на некоторое расстояние.

Рис.6. Цепочечный интерферометр Маха − Цендера 6

3. Экспериментальное наблюдение плазмонов с помощью оптического микроскопа на поверхности образца из золота.

На рисунке 7 показан «портрет» резонансно усиленных плазменных колебаний на поверхности макроскопического образца золота. Образец освещался белым светом с помощью лампы подсветки оптического микроскопа. Различные градации зеленого и красного цветов соответствуют излучающим резонансам различных по размерам дефектов поверхности, работающих в режиме резонансных рассеивателей.

Рис.7а. Плазмонный резонанс на статистически неровной поверхности. 7

Рис.7а. Плазмонный резонанс на статистически неровной поверхности. 7

Рис.7б. Плазмонный резонанс на статистически неровной поверхности.

ЛИТЕРАТУРА

[1] Каплун В.А., Браммер Ю.А., Лохова С.П., Шостак И.В. Радиотехнические устройства и элементы радиосистем. Учебное пособие. М.: Высшая школа, 2002.- 294 с.

[2] Asakawa K. et al. “Photonic crystal and quantum dot technologies for all-optical switch and logic device,” New Journal of Physics, V.8, N.208 (2006), P. 1-26.

[3] Serebrennikov A.M. “Multipolar resonant particle modes as elementary excitations in chain waveguides: Theory, dispersion relations and mathematical modeling,” Optics Communications, V. 284, N. 21 (2011), P. 5043-5054.