采用干涉的能束控制,信号处理,放大和计算机逻辑

参考数据 本申请引用作为参数的发明文件有向美国专利局递交的：

NO.343952(1993.12.6提交)：“全息光子晶体管”

NO.352533(1994.4.19提交)：“光子放大器、逻辑“和” (AND)、功率放大器、光子控制器、雪崩放大器。” 技术领域

本发明是关于包含电磁波、声波和运动粒子的波型能束的能束控制、光计算 机、光信号处理、光信号放大和基本光逻辑功能。 背景技术

“利用干涉条纹成份区的光计算方法”(美国专利NO.5093802， Hait，1992)采用相长干涉进行放大，其中，由保持运作的供能能束分离 能量，将其转移到连同有来自一受调制输入能束的能量的输出。结果，出现在输 出受调部分中的能量总量就大于受调输入能束中的能量总数。

此现有方法的缺点就在于供能能束的一部分自始至终存在于输出中。这种情 况的发生是因为现有技术应用最普通的得到透彻研究的干涉效应，例如杨氏干涉 纹，其中只要有任一个输入能束本身在运作，在此条纹成分隔离区的信号上均会 出现能量。参看美国专利NO.5093802，图1和2的状态2，第6段行7 ～45，特别是行36～40。但是，存在有另外的可被用来缓和该现有技术问 题的干涉现象。

这些特殊的干涉现象的产生条件是，只要设备的几何结构能使得在当任一个 输入能束本身在运行中时就会出现来自输入能束的能量的第一位置上来自多个能 束的能量导致相消干涉。由于按照能量守恒定律能束中的能量不会被相消干涉所 消失，所以当一异相能束运行时，此能量必定出现在别的地方。取决于能束相叠 置的几何布局，能量会被反射，或被转移到邻接该第一位置的某一场所，或者相 互间出现某一角度。重要的结果是，来自多个能束的能量实际上从发生相消干涉 的第一位置被转移开，而进到在不存在干涉时至少出现了一能束的区域之外的发 生相长干涉的第二位置上。

在此仅具有二个输入能束的最初步的例子中，仅表明二种型式的特殊干涉， 第一型式是，当任一个输入能束本身在运行中时哪一个也不传播能量到此第二位 置，当二输入能束均在运行中时，干涉引起来自二能束的能量均出现在第二位置 上。

第二型式的特殊干涉是，当第一输入能束本身在运行中时它不传播任何能量 到第二位置。当第二输入能束进入运行状态，干涉使得来自二输入能束的能量出 现在第二位置。但在第二能束自身处在运行中时来自第二能束的能量并不出现在 第二位置上。

本发明的某些实施例和应用能应用此二种型式的特殊干涉中的每一个。但是 有一些细节要求一种型式或另一种，但不能工作于两种型式，例如下面讨论的逻 辑“与”。

在每一种型式的特殊干涉中各单独能束实际上在发生干涉的位置上产生镜象， 即使这些镜象仅只是简单的斑点。然后这些镜象相互干涉。

在复杂的镜象中，一或多个输入能束能够产生对应于以上的简单例子的镜象 成份区。这些输入是形成镜象的多个输入能束的子集。当仅一组能束在运行中， 因而其镜象也存在时，此能量图以能量的存在确定一组“第一”位置。当至少二 个子集在运行中，二镜象间发生干涉，而来自二镜象的能量被相消干涉由第一位 置除去。然后该能量由于相长干涉出现在第二位置。此第二位置位于第一位置所 处的区域之外。

全息图，特别是但不仅仅是计算机产生的全息图，象其他图形一样由各单独 的象素构成。由每一象素发生一组射线，最后组合产生波前再现的全息图象。结 果，图象上的每一斑点均由一组来自全息图的射线产生。这些射线组成一组能束。 当整个组能束一齐被调制时，它产生的图象和在它与其他图象之间发生的复杂干 涉也被调制。由所有输入能束的子集作成的这些图象之间的干涉也能被用来产生 本发明所用的特殊的干涉现象。

这些特殊干涉现象与现有技术中所用的杨氏干涉纹之间的重要区别在于，出 现在第二位置的来自至少一组输入能束的能量在发生干涉期间出现而在没有干涉 时不出现在该位置上。但在另一方面，当这些能束中任一个自身在运行中时，若 不存在干涉杨氏干涉纹所用的输入能束也出现在该第二位置上。

这些特殊现象实质上是相似的，即出现在第二位置的能量总数正比于二输入 能束或镜象中的能量总数。出现在第二位置的能量已被从第一位置转移。

如果一个输入保持不变并且第二输入增加，则由第一输入传播到第二位置的 能量总数到达一极限，即第二输入增加更多能量不能再导致来自第一输入的更多 能量出现在第二位置上。

这种现象可通过利用离散能级调制输入能束被应用于数字能量电路，以建立 在其组成部分中有离散能量值的干涉图象的离散状态。

本发明利用这些迄今尚未被利用过的现象来产生直接应用于光计算、光子信 号处理、声成象、和运动粒子成象的能束控制的基本装置和方法。

本发明与几乎所有的现有技术之间再一个差别是本发明不管采用什么能量形 式均以全速运行。例如，如果采用的能量形式是光线，本发明即完全以光速操作， 如美国专利5093802中的发明所揭示的。采用任何电子的、机械的，或声 -机械部件仅仅是为了将处理速度限制到最慢部件的速度。

Yang的美国专利5239173是努力将光线和低速部件相联合、同时还 应用杨氏干涉纹的杰出范例。在纵栏2行17和18中Yang说明“在每一光隙 处设置一机械的或电子光闸来导入或切断光线”，并在其权利要求1纵栏5行2 3中重述这一点。如纵栏3行58和59及纵栏5行61和62中指出的，还采 用了光传感器、即检测器。这些也将操作速度限制到缓慢的电子传感器的速度。

电子的确太慢。光子要快得多，而这正是为什么本发明的实践中不采用任何 要求改变所应用的能量形式的部件的原由，虽然本发明能应用针对声波的实施方 案来检测或生成声象，而另一实施方案则能在这些图象已变换成光信号之后利用 光线来处理它们。

Yang也利用杨氏干涉纹。这由他在纵栏2、行58至纵栏3、行58的他 的最初三个形态的说明是很显见的，这里描述双隙衍射，杨氏型干涉条纹用的一 普通术语。他的“与”(AND)装置需要三个检测器协同工作这一事实(纵栏 3行54到57)表明情况就会是这样。为了检测二输入能束均在运行中这一状 态，必须测知二不同地点的“零位”以及“相长干涉”，因之他的“与”实际上 是二传感器输出相互“与”的结果，而不是单独应用干涉的直接结果。

鉴于现有技术这些先天的问题，本发明的整个基本过程是使得其适合于部件 的交互作用向无需由一种形式至另一种形式的能量变换，并适合应用能产生杨氏 干涉纹不能产生的效果的特殊干涉。

本发明为利用上述的特殊干涉现象由一组能束来控制另一组能束的基本装置 和方法。输出被定位到干涉图象交互作用的位置来按照干涉状态产生能量成分。

因为应用特殊干涉在这一领域完全是新事物，所以必须揭示需要新的组织和 相互连接的方法来完成常见的任务的新途径加以应用的大量的部件和部件的相互 连接。从而，这种基本装置和方法就能实现各种的能量控制和信号处理任务，包 括有源滤波、门控限幅放大、多位二进制信息存贮、能束振荡、计算机逻辑、和 信号处理，以及多种其他任务和功能，这些由完整地阅读本说明书将会更为清楚。 (1.某些术语的定义)

为使发明内容更清楚这里对某些术语加以定义。

“能量”。本发明所用的特殊干涉现象可能以任何类型的呈现波动性质的能 量产生，包括(但不只限于)声音、运动粒子、电子、光线、X射线、微波、或 其他电磁能量。虽然本发明将利用任一波动型能量来运行，但为说明清楚和一致 这里以光学领域加以说明。用于实现本发明的设备包含任何能量导引元件即光学 元件，包括与应用中的能量类型兼容的全息图。

“能束和能束组”。因为图象以及各单独能束均可被用于本发明中，术语“ 能束组”包括有已被发射来产生复杂图象的多个能束。事实上，由单个能束产生 的简单的斑点只不过是能由一能束(或一组能束)所产生的、取决于所用镜片的 可能的图象的子集。因此，运行中或断开的、或者被模拟信息调制的“能束”或 “能束组”被认为是包括简单斑点和复杂图象两者的产生物，其中整个图象或斑 点被以同一信息一致地进行调制。结果，图象即与具有多个相似的作用位置的能 束和能束组同样。第一能束组一般是指功率或恒定能束，它通常保持不变，而第 二组能束一般是指控制和/或调制能束。其他能束或能束组下面在此说明书、权 利要求和/或摘要中加以定义。

“干涉”。本发明利用波动型能量的多能束干涉。因此，术语“干涉”和“ 特殊干涉”除另有说明外均指多能束干涉，而不是指上面定义的“能束组”类别 的图象的发射。这方向的一个复杂的举例是全息图象，这实际上作为各单独的图 象由“干涉所产生，而随后在出现多重图象时，这些图象相“干涉”。在这种 情况下，所指的“干涉”的类型将在两个或更多的全息图象之间。

“转移、使转移和被转移”在此用于说明存在相消干涉时发生的现象。通常， 由自身在运行中的射线来的能量对第一位置的能量总数起增加作用，但不会助长 这时出现在第二位置的能量总和。当异相能束被叠加到第一个能束上时，相消干 涉发生，即导致二个能束的能量出现在第二位置上。结果，就被说成是能量被干 涉过程由第一位置“被转移”到第二位置。

一些科学家对干涉如何作用具有不同观点，但转移的概念对说明本发明的步 骤和组成部分非常有用，即使牵涉到更复杂的过程。重要之点在于，来自特定能 束的能量仅在发生干涉时才出现在一位置，而当不存在第二干涉能束时即不会在 那里出现。

输入和输出“级”是指能级而不是指幅度本身，虽然从整体内容上看很明显 幅度具有重要的功用；终究它并不构成理解干涉效应的基础。但是，能束，即使 是细微的能束的确具有一截面积，使能级的概念形成。幅度和强度可能根据所用 的设备变化。有可能将一给定量的能量聚焦在一小面积上来增加幅度和强度，或 者分散到一较大面积上降低幅度和强度，而总的能量数保持相同。但在对载有信 息的能束的受调制部分增加能量产生放大时，那种能量的减少就会减弱。实际的 幅度和所包围的面积在需要时能以恰当选择所用的镜片来进行调节。

“相位，反相的和未反相的”。能束和能束组的功能是作为本发明工作的载 波。结果，在术语“相位”的利用上可能引起一些混乱，因为它可以是指载波本 身的相位，或者是被加在载波上的被调波形包迹的相位。在本发明中，术语“相 位”总是指在其被叠加到另一载波上时能确定一位置上将发生相长还是相消干涉 的载波相位。“反相的”和“未反向的”这些术语是指受调波形包迹，而不是指 载波相位。当一调幅载波被说成是“反向的”时，它是在“未反向”载波接通期 间被断开，如同其模拟等同物时的情况那样。

“ci”是相长干涉。

“di”是相消干涉。

“控制器”是本发明的基本单元，如下面第二部分和第三部分的说明。 (2.应用第一类型特殊干涉的基本装置和方法)

本发明是采用这种迄今未被应用过的特殊干涉由一多组能束中至少一组来控 制此多个能束组的基本装置和方法，包括有步骤：

a.产生多组输入能束，包括具有至少第一输入能束的第一组能束，和具有至 少受控制信息调制的第二输入能束的第二组能束，其中第一和第二组能束被定向 到至少第一位置；

b.在此至少第一位置产生与该多组输入能束的干涉，由此多组输入能束转移 与此第二组能束成比例的能量到至少第二位置；由此，当第一和第二组能束之一 或两者截止时和当第一组能束与所述第二组能束同相位时，来自此多组输入能束 的能量就会由该至少第二位置消失，(这是第一类型特殊干涉，在不存在其他的 能束时输入能束将不会传播能量到第二位置)；和

c.由此致少第二位置分离出能量提供至少一输出，由此生成第一类型能束控 制器。

在每一情况中，一组能束中的所有射线相互一致地运行在此位置上生成图象， 在此各种图象成分被加以区分开将能量引向到输出。当至少有二组能束在运行中 时(而且相互不同相位)，图象间相互干涉而产生与由各单独组能束所生成的图 象不同的具有能量分布的组合图象。然后就能发生分离，因为被分布能量的空间 位置或者与输出位置相一致(生成具有与输入组能束的相对能级和相位成比例的 能级的“运行”或“高”的条件)，或者它们不相一致(生成“截止”或“低” 即降低输出的条件)。

在任一情况中，“分离”均能以定位任一元件的对策来实现(光学的或其他， 取决于所采用的能量形式)，这使得能量由一位置送到输出而同时阻止能量由其 他位置到达输出端。这一分离器可能简单得如一其中带有一个孔的掩膜，复杂得 象一对由一组位置得到的能量以与来自一些其他组位置的能量不同的方式进行导 向的全息图。或者是一如光纤的作策略配置的终端的装置。重要之点在于要使设 备能将能量分离得能按照本发明的原则出现或不出现在一定的输出端。

本发明也能采用大于二组的能束作为输入。复杂的分类组合将决定输出。为 产生输出，任何两个输入都必须在进行中并相互异相。同相的能束在第一位置将 产生相长的而不是相消的干涉。不同相位的二能束的组合也能生成一完全与第三 组能束异相的组合成的信号的等等。因此按本发明能作成许多复杂的装置、方法 和设备。

上列步骤说明在仅一组能束在运行中时没有输入传播能量到输出的第一类型 特殊干涉的应用。下面的第二列步骤利用第二类型特殊干涉，这里在当本身在运 行中时至少一组输入能束不会向输出传播能量。 (3.采用第二类型特殊干涉的基本装置和方法)

由一组能束控制另一组能束的装置和方法，包括以下步骤：

a.生成具有至少被导向到至少第一位置的第一输入能束的第一组能束。不论 此“能束组”仅仅是一细小的能束还是形成一图象的一整组射线，它们都被定向 到在一定时间将要产生干涉的场所。此“至少第一位置”可以是一简单的点，或 由许多将一致地作用的许多单元地点构成的图象。这组能束在不存在干涉时不会 在第二位置显现；

b.生成具有至少受控制信息调制的第二输入能束的第二组能束。这是在当第 一组能束截止时不将其某些能量传播到第二位置的能束组，而且是第二类型特殊 干涉与上面说明的第一类型之间的基本差别；

c.当二组能束均在运行中时，在该至少第一位置生成第一和第二组能束间的 干涉，由二组能束转移与第二组能束成比例的能量到至少第二位置，由此，来自 第一组能束的能量在当第二组能束为截止或与另一级能同相时由该至少第二位置 消失，而在第二组能束在运行中并与第一组能束异相时则出现于该至少第二位置。

(干涉控制能束组可以是经过振幅或相位调制的。在当二组能束具有相等的 能级时，因为在第一位置发生完全的相消干涉，因而在第二位置发生最大数量的 能量。在输入能级以及相位在中间时，取决于所实现的带宽，第二位置的能级正 比于输入能束组，这在下面说明。)和

d.分隔来自该至少第二位置的能量以提供至少一输出，由此生成第二类型的 能束控制器。 (4.较复杂实施例的予见)

对于这种应用二特殊干涉中任一个的基本设置可适用的名称是“控制器”。 人们甚至可以称其为类型一控制器或类型二控制器。通用名称是“光子晶体管”， 但这里采用单词“控制器”，因为本发明可能利用非光子能量。

这一基本的发明能被加以复制并与自己和其他装置相互连接可形成大量不同 的有用功能。为实现这种相互连接，要求有精确的位置、相位、定时和与各种不 同部件类型的关系。

为能理解这些要求，这里揭示有限数量的应用所选择的现有技术中并不显见 的原理的相互关连的过程。一经认识到，这些基本部件和相互连接的方法就能被 加以重新安排和相互连接来产生更大量的各种不同功能。

作为开始，对某些说明基本发明的操作和图采用哪一类型的特殊干涉之间的 差异的非常基础的过程进行解释是有必要的。定义这样一些项目，如逻辑“与”、 放大器、门控放大器、限幅器、相位调制器、相位比较器、有源滤波器，将一个 级连成另一个和反馈应用。这些项目的每一个均起源于定义为产生各种不同输出 的输入类型。

而后可进一步说明某些利用数个这些原理来完成更复杂任务例如时分多路复 用和多路选择及频分多路选择连同有逻辑装置例如双稳触发器和能存贮多路复频 率比特位的多位触发器的更复杂的部件。

输入能束相加的原理和带反馈及无反馈时放大器的作用，使得本发明可能作 为一阀值检波器工作。在一定范围内选择输入能级促成各种不同有用的过程，包 括象置位/复位双稳触发器、多输入“与”、和多输入“或”等的计算逻辑。

为钟控一置位/复位触发器需要特定的定时和相位关系，能束差分是一种新 的过程。它必须是为满足一作钟控触发器的定时需要，以便使之能被用作为一二 进制计数器。

采用特殊干涉开辟了通往全新发明领域的道路。这里提出的一些原理在电子 或任何其他现有技术中是没有匹敌者的。其他的一些有对应者，但必须以特有方 式应用。因此这许项次目未被包括进仅仅是没有认真考虑重要的应用。这许多为 利用本发明的要求中的每一个均需要加以教导。而已经选择了的每一个均指导采 用此基础发明的一特定方向。 (5.逻辑“与”)

此二类型特殊干涉与杨氏干涉纹之间的基本差别以逻辑“与”很容易说明。 应用第一类型特殊干涉能构成一双输入“与”门，因为此二输入中的一个本身在 运行(起作用)时，输出保持不起作用。(注：“截止(off)”可以是完全“ 截止”与相对于“运行(on)”即高状态而言的一低状态之间的任何状态，因为 本发明的某些实施中可能有能量泄漏。所以即使这样的实施例是不完全的，但它 们仍然有用。)只有在二输入均为运行中时，来自二能束的能量才出现在第二位 置上，此“与”门的输出即由此得到。

这样，为利用第一类型特殊干涉来形成逻辑“与”，唯一需要的额外的步骤 就是以二进制信息来调制输入能束，于是本发明将实现此“与”功能。

第二类型的干涉将不会生成逻辑“与”，因为来自一能束的能量在不存在二 能束的干涉时会出现在输出端，自然这一点与逻辑和的定义是相违背的。

杨氏干涉，如现有技术中所用的，也不能得到逻辑“与”功能。杨氏干涉在 二输入中一个或两者都在运行中时均将能量提供输出。在现有技术中这被说明为 “或”。

有许多另外的生成逻辑“与”的途径，最令人感兴趣的是采用阀值检波器。 这将在下面讨论，其中有许多必须首先了解的基本观念。

下一节说明本发明对输入能级中的变化的反应。 (6.基本放大器和门控放大器)

利用以上第2和3部分所述的基本实施例之一能进行放大。

即使第一组能束(功率能束)保持基本恒定能级，在不存在第二组能束(控 制能束)时其输出将截止。二种类型的特殊干涉任一个均可加以应用，至少输入 中有一个起这样的作用。

在当第二组能束被以模拟或二进制信息调制时，输出将成为受调输入的被放 大的样式，因为来自二组输入能束的能量被与第二组能束的能级及其对第一组能 束的相位关系成比例地转移到输出。

如果第二组能束具有等于第一组能束的最大能级的最大能级和与第一组能束 的相位严格相差180°，而且只要镜片不是淋湿的，就会在第一位置上发生相 消干涉。在这种情况下，所有能量将被转移进处于在不存在干涉中出现第一能束 的区域之外的第二位置的相长干涉区中。结果，组合输出的能级在当二组能束的 能级相等时可能达到第二组能束值的二倍。如果第二组能束小于第一组能束，其 输出将含有来自二能束的与第二能束的能级(和相位关系)成比例的能量分额。

构成一放大器的过程是：

a.利用采用二种类型特殊干涉之一的此基本发明；和

b.维持第一组能束于一基本恒定的高于零的能级，

以此由产生具有大于第二能束的能量的调幅非反相数据来形成放大器。

如要用第一类型特殊干涉，可由开动和关断第一组能束来将放大器门控到运 行和截止状态，由此以生成具有大于所述第二组能束的能量的调幅输出来得到门 控放大器，和由切断和接通第一组能束来将调幅输出门控为截止和运行。

第二类型干涉由切断第一组能束将得到放大但不能被门控载止，其原因在于 在不存在第一组能束时出现有由第二组能束来的剩余输出。 (7.反相器)

由干涉转移到输出的能量产生“非反相的”输出。亦即，当控制能束在运行 时，其即为非反相输出。该被转移的能量由功率能束和控制能束被消除而使得他 们对第一位置的传播前弱。将来自第一位置的余留能量引向到分开的输出，产生 一反相的波形包迹。这一反相输出与非反相输出操作有区别。

如果此受调输入以二进制信息和所用的反向输出调制，则所生成的逻辑元件 为利用特殊干涉任一类型的逻辑“非”。当二组输入能束均由二进制信息调制， 而且采用第一类型特殊干涉时，结果就是“异或”。这些功能与现有技术中的那 些相同，但在这里它们是由应用特殊干涉而不是杨氏干涉得到的。 (8.限幅器)

本发明也可用作为应用此二特殊类型干涉之一的限幅放大器的功能。当第一 组能束保持基本恒定的能级时，确定一饱和能级(取决于所用的确切的镜片)。 在当第二组能束低于该饱和能级时，输出将增加，如上所述，产生被放大的输出。 但是，在第二组能束的能级增加时，越来越多的第一组能束被转移进输出。最终， 达到一饱和能级，这时第二组能束的输入能级再增加也不会再由第一组能束转移 更多能量到输出，因为第一组能束中不再有能量可被转移。

在所有由第一能束来的能量均已被转移到输出时，放大就达到其最大值。取 决于所采用的光学设备，再更多地增加第二组光束可能会也可能不会增加输出能 级。但因为第一组能束已没有更多的功率传播，放大被削弱了。

构成限幅器所用的过程是：

调制第二组能束达到足够高的电平以便将所有来自第一组能束的可利用的能 量均转移到调幅输出，

由此在第二组能束低于饱和能级时以产生被放大的输出来得到一限幅器，和 在第二组能束超过饱和能级时限制此调幅输出的放大。

有关采用此二不同类型特殊干涉的限幅器的更多信息包括在下面38款“基 本运行理论”中。 (9.时分多路器)

时分多路器是能以门控放大器作成的许多过程和装置之一。用于建立时分多 路器的过程是：

a.提供多个门控放大器；

b.将这些门控放大器的输出导向到至少第三位置；

c.导引来自第三位置的能量以得到至少一公共输出；

d.以欲作时分多路化的信息调制门控放大器的各组第二能束；和

e.在每一相继时间分割期间以顺序启动各单独放大器的功率能束组来逐个地 选通放大器。

由此，依靠由多个门控放大器的每一组第二能束顺序将数字信息选通到一公 共输出来实现时分多路器。

有数种方法提供顺序的脉冲控制能束组。一简单方法是提供一初始脉冲，将 脉冲能束的一部分导向数个各自具有不同长度的延迟通路，然后将各延迟通路引 导到分开的门控放大器。 (10.时分多路分配器)

时分多路分配器非常类似于时分多路器，除开其输入是共用的和输出是分开 的。用于建立一时分多路分配器的过程是：

a.设置多个门控放大器；

b.设置以时分多路化信息调制的多路化输入能束；

c.将该多路化的输入能束的一部分引导到各门控放大器的第二组能束；和

d.在每一连续的顺序时间分割期间顺序地启动各个连续的放大器的第一组能 束来逐个地选通每一放大器。

由此，依靠将各时间分割期间的时分多路化信息顺序地选通进多个门控放大 器的每一个的独立输出来构成时分多路分配器。

时分多路化是将各种不同的信息来源引导到一公共传送系统的重要途径。例 子之一是将电话呼叫作多路化处理进光纤电缆。本发明对已有技术具有巨大的速 度和带宽上的优势。应用本发明于光导纤维信号的光子开关将增加光纤干线的容 量。

在低速的电子接口被以本发明的更快速的光子接口取代之前，采用本发明的 时分多路化借助于以一独立的电光调制器调制多路器的每一独立的输入线和以一 光子双稳装置和一电光传感器调制多路分配器的各个独立的输出，将能使大量较 慢的电子系统被加以多路化进入高带宽的光链路。

此多路器和多路分配器基本上是一并/串变换器和一串/并变换器。

下面的章节说明本发明如何响应相位和频率的变化。 (11.相位解调器)

如果上述放大器的控制输入是作相位调制的，，这时设置一相位解调器将得 到幅度调制的输出，其中，当第一和第二组能束相位相反时此调幅输出将为高能 级，而在当第一第二组能束同相时则将为低能级，并用正比于处在此二相位极限 之间的第二组能束的相位(见下面的“基本工作理论”)和带宽的讨论。

取决于所用的镜片，输出信号提供一纯净的调幅信号，它不带有任何相位调 制成分。因为在与第一组能束同相位的第二位置上发生相长干涉。但，如果输出 位置不是恰好地位于发生完全的相长干涉的位置，此调幅输出就将含有某些相位 调制成分。 (12.有源滤波器)

本发明能被用作为采用第一类型特殊干涉的相位和频率灵敏、精确动作的滤 波器。如果输入能束之一包含与另一输入频率不同和反相位的能量，则将不会发 生非反相输出。结果，本发明就能被用来对频率多路化信号作多路选择、区分色 彩、和解调调频和调相信号。

如果多于一个彩色(波长)加到二组能束，则每一波长将有一装置独立地同 时操作。从而本发明能被用于开关、分离和组织宽带信号。

由应用能级基本恒定的(大于零的)多波长能量作为一门控放大器的第一组 能束，连同一多波长的第二组能束，就将在输出中出现符合在二输出中同时发生 的各个波长的放大信号。通过将功率能束组的各单独波长接通和断开，就能将滤 波过程作门控来选择和多路选通符合信号。

多个这些有源滤波器能作并行的或树型结构地用于对所有种类的频率多路化 信号作多路选择，包括光纤传输、微波和甚至无线电波中所用的。

此有源滤波器以在该装置和方法上增加下述步骤应用现在的基本发明：

a.给第一组能束加以具有至少一波长、而经常为数个波长的恒定的高于零的 能级的能量；

b.接通和断开第一组能束的波长来门控开始和停止这些单独波长的滤波；

c.给第二组能束加以欲予滤波的多波长能量；和

d.生成与符合第一组能束波长的多波长的子集的特殊干涉并排斥所有其他波 长。

由此，以生成仅同时存在于二组输入能束的波长的输出来得到门控有源滤波 器的装置和方法。 (13.利用有源滤波器来消除信号)

应指出，二种类型的特殊干涉均能用于滤波，但第二类型干涉中输入信号与 输出信号之间的关系与第一类型干涉在一些方面不同。

采用第二类型干涉，除非第二组能束等于并与第一组能束的波长同相位，被 滤波的非反相输出将含有来自第二组能束的能量传播，在该情况下在第一位置在 这些波长上将发生相长干涉，由此从第二位置和非反相输出消除那些能量。

附加一反相输出，如利用上述的反相器，产生与功率能束中存在的每一波长 的非反相输出成差分的输出，但在其他波长上则非差分的。

利用二种类型干涉之一产生差分有源滤波器的过程以带有一反相输出的放大 器开始和以下列步骤继续：

a.提供第一组能束具有至少一波长的基本恒定的大于零能级的能量；

b.提供第二组能束欲予滤波的多波长；和

c.产生与符合第一组能束中至少一波长的该多个波长的子集的干涉以便由第 一位置将匹配波长的能量转移到第二位置。

由此，通过产生不含有二组输入能束中同时存在的波长反相输出来得到反相 的有源滤波器。这一反相输出与非反相输出为差分，正如上面的反相器那样，只 有在这种情况下，即具有各种不同波长的输入为用来滤波、消除和将一波长与另 外的分开而同时保留任何正被滤波的波长中存在的信息。 (14.频率多路选择器)

频率多路化由单独地组合不同频率的受调信号进一公共的能束通路很容易实 现。多路选择则较复杂。建立一频率多路选择器的过程是：

a.设置多个有源滤波器；

b.设立具有多个受调波长的频率多路化能束；

c.将频率多路化能束组的一部分引导进各滤波器的第二(控制)组能束；和

d.给各滤波器的第一组能束提供与多个受调波长的每一个相匹配的不同频率 的能量。

由此，通过由各滤波器产生与各不同频率匹配的独立的受调输出来得到频率 多路选择器。

第二类型特殊干涉不被应用，因为不具有匹配功率能束的频率将直通进入输 出。

如果此有源滤波器的第二组能束利用相同的输入和第一位置，上述步骤C即 与能量波直接导向该第一位置同时发生。各个频率将在作独立输出的不同位置产 生ci。 (15.相位比较)

当第一类型特殊干涉被以二相同能级的输入加以应用时，输出电平在应用多 波长大小的位置时将正比于二输入之间的相位差，产生平均的宽带装置。如果采 用是有少量位置组，或甚至仅仅一组的窄带装置，则相位将必须更精确，而输出 在由0至180的整个相位范围内将不成比例。精确的工艺将可能缩小相位带宽 来覆盖较小的范围。(见以下的“基本工作理论”中的讨论。)

在任一情况下，用于建立一相位比较器的过程是：

a.给第一和第二组能束提供具有欲进行比较的相位的能量；和

b.利用特殊干涉产生输出，在第一和第二组能束为反相时它为高能级而在其 他相位差时则为较低能级，由此而得到相位比较器。

如果二输入的相位对于其他部件中所用的是可变的，则需要附加的步骤来将 由单一步骤产生的组合相位锁定到其他步骤的相位。 (16.单级和双级双稳触发器)

反馈原理在本发明中有数个重要应用。为了建立一触发器，非反相输出的一 部分被加以更向，或者直接地或者通过中间过程反馈到第二组能束。最初输出是 截止的，此反馈信号也如是。

当一组脉冲也进入第二组能束时，它在输出中被放大。该输出的一部分被反 馈进第二组能束，它又被放大而使反馈信号越来越大。这是一种正回授反馈。

被反馈输出的百分数和镜片的安置确定此过程如何运行。如果反馈信号很大， 放大器将波很快驱动到饱和；如果它很小，它将再生地产生较大的输出，但将不 饱和。

脉冲断开第一组能束或反馈信号将使双稳装置复位。二种特殊干涉均可加以 采用，因为为保持设定状态所需的能量来自第一组能束。由于在复位期间控制能 束截止，所以切断功率就使输出切断，也切断反馈能束。

除开其正常的二进制信息存贮功能外，这种型式的触发器还能通过提供很大 的反馈信号而被作得非常灵敏。这种灵敏性能使得此触发器甚至能由具有与第一 组能束波长匹配的波长的第二组能束中一单个的恰当地定相位的光子加以设定。 因此，它在彩色和能级上均是非常灵敏的。

而且在提供多波长的能量时还能利用同样的部件对多比特位进行频率多路化。 用于建立这样的触发器的过程是：

a.利用两种类型控制器之一；

b.保持第一组能束为多波长能量的基本恒定的大于零的能级；

c.以具有至少一个与该多波长中至少一个相匹配的波长的能量启动第二组能 束；

d.将输出的一部分作为反馈导向第二组能束以保持输出对每一波长均被启动； 和

e.脉冲切断二组能束之一作为复位信号以终止输出，并切断反馈信号以保持 在各个波长断开时的输出切断。

由此，通过保持对于设定信号设定为每一波长的输出打开和保持由复位信号 复位的每一波长的输出切断来提供多比特位双稳功能。

取得不如此敏感于变化的触发器的一种途径是按构成电子静态RAM单元的 方法来利用相互推动的二个反相器。美国专利U.S.5093802中介绍过这 样一种触发器，但该发明采用杨氏干涉。

因为本发明也起作为相敏有源滤波器的作用，所以多比特位运行也是可行的， 以产生一纯粹的非反相的频率多路化输出。用于建立这样的相敏有源滤波器的过 程是：

a.设立第一和第二反相器；

b.将二反相器的第一组能束维持在多波长的能量的基本恒定的大于零的能级；

c.将第一反相器的反相输出导向到第二反相器的第二组能束，以便在第一反 相器的反相输出中存在的多波长的每一个处保持第二反相器的反相输出截止；

d.将第二反相器的反相输出导向到第一反相器的第二组能束，以便在第二反 相器的反相输出中存在的多个波长的每一个处保持第一反相器的反相输出截止；

e.以具有至少一个与至少该多个波长中一个相匹配的波长的能量启动第一反 相器的第二组能束来得到一设定信号；和

f.以具有至少一个与该多波长中至少一个相匹配的波长的能量启动第二反相 器的第二组能束来得到复位信号。

由此，依靠由设定信号保持第一反相器的非反相输出在所设定的各波长时为 导通，和由复位信号保持第一反相器的非反相输出在每一上述被复位的波长时为 截止来实现多比特位设定/复位双稳功能。

因为此反相器相互抵消，此设定和复位脉冲必须足够大来补偿这种相消以便 将触发器推动到新的状态。结果这种设置对输入的噪声即稍不灵敏。

降低灵敏度的另一途径是利用阀值检测。 (17.阀值检测器)

利用本发明能实现阀值检测以便使得仅仅由提供所需数量的输入和按过程响 应的要求调节阀值能级即能产生一施密特触发器、神经电路检测器、模糊逻辑元 件、“与”、“或”、和较低灵敏度的设定/复位触发器。

现有的光学技术中应用杨氏干涉没有这样的对应物，因而这里揭示相互连接 各种不同信号的方法和它们之间所需的关系。在电子技术方面可能作出模拟，但 本发明的体系结构不同，因为这里要求作能束相位设定和设置多输入的相对能级， 更不用说为实现能量波形的交互作用所需的关键的定时。

多能束相加的基本原则为阀值检测提供所需的输入信号。能束相加的实现可 以由将多个能束引导到具有至少一波长的基本恒定的第一组能束的控制器中一放 大器/限幅器/相位滤波器的第一和第二位置来达到。

但将相加位置由放大位置分开使得多个输入能在放大之前相加，同时能对所 涉及到的基本原理有清晰得多的理解。因此，采用一多个输入被相加的第三位置。

在输入信号于该第三位置相加之后，它们被分开和引导到放大器的第二组能 束。作为相位滤波器，采用二种类型特殊干涉之一的基本放大器以在仅当受调输 入具有适当的相位时才产生非反相输出来作出响应。然后此非反相输出将取决于 相对于第一组能束的输入的总和。

此相加(第三)位置以使得可能进行阀值检测的特定方式进行。有两种形式 的对此相加位置的输入能束组。第一种形式是“触发器输入”第二种是“阀值控 制输入”。此二种型式相位相差180°。在复杂的装置中，这些输入能束的某 些具有特定的功用，并被给予特定的名称如“设定”或“复位”输入，而它们提 供的能量与一种或另一种型式同相位。

按照叠加原理，被叠加能束的幅值作代数相加。所有触发器能束之和平衡所 有阀值控制能束之和。每当所有阀值控制能束之和大于所有触发器能束之和时， 此二和的总的代数和即有意义并具有与阀值控制能束同相位的性质。每当所有触 发器能束之和较大时该总和则与阀值控制能束不同相。如此二和值相等，总和就 是零。

如果任何输入能束不是零或180°，则将得到一组合相位(采用宽带镜片) 。但由于输入为一种相位或另一相位，此和亦将仅仅为一个或另一个相位(或者 如果它们平衡则截止)。

如果至少一个阀值控制能束被保持在一基本恒定的能级，而触发能束之和的 能级由零开始增加，则总和的幅值就将减少，但其相位将维持与阀值控制能束的 相同。

来自相加位置的能量被加以分开并被导向至放大器的控制输入，具有在达到 后即保持此放大器为截止(非反相输出截止)的相位。因为任一产生这一相同相 位的和均在第一位置生成相长干涉，所以对放大器的输入能级没有效果。放大器 不受输入能级的作用而维持截止状态。

当触发器输入和等于阀值控制和时，总和为零；结果，放大器输出保持截止。

在触发器和升高到阀值控制和的能级之上时，总的幅值上升。但其相位已转 换180°，现在是与触发器和同相位；如果触发器和升高迅速，该总和的相位 将不会通过由0°至180°的全部相位，而是相位会由零跳至180°。这突 发相位变化原理被用于通过检测这种相位变化来进行阀值检测。一旦对放大器的 控制输入达到此新的相位，就在第一位置发生相消干涉，而在非反相输出上出现 能量。

只要阀值控制输入保持恒定，就会达到发生这种相位交叉的能级。没有这一 相抵消的输入，放大器将对最微小的输入很敏感；其阀值能级为零。但在放大器 的前面和外面增加相加位置就能在大于零的某点上建立一阀值。

通过或者由改变主阀值控制能束的能级或者由此不同的定时自各种不同来源 对二者之一的相位增加能束，来改变阀值控制和，能由这一基本的阀值检测器实 现大量的各种不同的功能。由此基本放大器或限幅器开始，用于阀值检测的基本 装置和方法的过程是：

a.提供以欲作阈值检测的信息调制的、具有至少一被导向到至少一第三(相 加)位置的能束的至少一组触发器能束；

(当这一设置被用作施密特触发器时，这一触发器输入依靠每当此输入高于 阀值时即接通输出来以欲加以数字化的信息作模拟调制。当其用作一种神经检测 器、模糊逻辑检测器、“与”或“或”时，这种设置具有全都相互同相位的触发 器输入的幅值。)

b.提供具有被引导到第三(相加)位置的基本上恒定能级的至少一能束的阀 值控制能束组；

(这一输入确定此设置将响应的阀值能级。它与触发器能束异相。)

c.当触发器和阀值控制能束组两者均在运行中时，将在第三位置产生与触发 器能束组和阀值控制能束组的相消干涉，以使得在触发能束组小于阀值控制能束 组时第三位置上的能量的合成相位与阀值控制能束组同相，而在触发器能束大于 阀值控制能束组时则与阀值控制能束组异相；

(这一“第三”相加位置被用于对各种不同的输入求和。当输入仅有二相反 相位之一时，将到此位置的所有输入之和加以分隔将产生一个相位或者另一相位 的但不会为其中间相位的信号。在要发生阀值检测期间阀值控制输入维持不变。 如果触发器输入截止，由第三位置的输出的相位不通过限幅器。)

d.将由第三位置得的能量引导到相位解调器的第二(控制)组能束。

由此，通过解调第三位置上组合能量中的相位变化来得到阀值检测器。

本发明的相位解调器仅在其二组输入能束为相反相位时才产生输出，当它们 为同相位时，在“第一位置”发生相长干涉而不是为转移能量到非反相输出所需 的相消干涉。

这时已检测了阀值，因为只有在触发器输入之和大于阀值时放大器才会产生 输出。在触发器输入降到阀值以下时，放大器再次进入截止状态。这样，如果阈 值检测的特定应用要求“接通”阀值与“断开”阀值相同，连同为二进制输出， 那么就可以将放大器的功率能束调节到在低控制能束能级下发生饱和。而后非反 相输出在如果需要更大功率时被串接到另外的放大器。

许多二进制电路中，可采用一系列无需要接通和断开阈值相同的能级。迅速 地改变阈值可快捷地将放大器驱动进饱和状态或达到阈值的切断状态。

在上述讨论的触发器中说明了二相互关连的原理，反馈和施密特触发器阶跃 操作。下面将一反馈信号加到阀值检测器。

这里区别在于，由非反相输出的部分取得的反馈信号被作为与阀值控制输入 异相的附加触发器输入而导入到相加位置而不是如以前那样被直接馈送到控制输 入。

当通过缓慢地提高触发器输入而到达阀值时，非反相输出起作用，沿反馈通 路导引能量。如此通路很短，延迟时间与触发器输入的上升时间相比较将可予忽 略不计。如此延迟时间不能忽略，则在复杂系统中其余部件的设计就必须加以考 虑。但在这一讨论中我们将假定此反馈延迟可予忽略。

在到达相加位置后，反馈信号立即降低阀值能级。如果此触发器加反馈输入 足够，放大器将立即进入饱和。这是一种“跃进”触发器式的动作。一旦触发器 输入已到达接通阀值，放大器即直接跃进饱和状态。只要放大器维持饱和，触发 器输入中的波动因为有限的动作对输出将很少或者没有影响。

在触发器输入下降时，所发生的事情取决于相对于其他相加的输入的反馈信 号的能级。如果反馈信号小于阀值控制能束，则为了克服阀值控制能束将需要触 发器和反馈能束双方。

在触发器输入下降时，放大器退出饱和而输出开始降低。在输出降低时，反 馈信号也下降而使阀值升高。迅速变化的再生驱使反馈信号的降落使得输出如同 先前上升一样迅速地降低。由于此跃进动作的再生性质与触发器脉冲的上升和下 落时间相比较要快速得多，所以能将放大器同样容易地急剧启动和断开。结果， 接通阀值就将与切断阀值极其近似相同，在触发器输入高于阀值时，输出迅速建 立，而在其降到阀值之下时输出迅速切断。这就是一施密特触发器。

生成施密特触发器动作所需的附加步骤是：

e.将小于阀值控制能束组的调幅输出的一部分作为反馈信号导引到至少一个 与阀值控制组能束组异相的第三位置。

由此，以将相位解调器驱动到比在不存在有由反馈信号引起的再生反馈时所 发生的更大的输出来得到一施密特触发器。 (18.双触稳发器)

改变反馈信号的最大能级将改变阀值检测器在其最初被接通之后的操作方式。

如果反馈信号大于阀值控制输入并且大得足以维持饱和，减小触发器输入对 输出很少或没有作用。放大器被触发启动并将维持运行。它成为双稳态的。触发 器输入成为一“设定”输入，并具有至少二个复位其的方式。

功率能束可以被脉冲切断，但这需要一另外的部件。一较好的方法是提供另 一作脉冲复位此设置的阀值控制输入。当此复位脉冲与反馈信号和主阀值控制输 入相组合时，阀值即被提高到反馈信号的能级之上。总和相位回复到阀值控制输 入的相位，放大器进入截止状态。

但这里也发生有一跃进动作。在复位脉冲上升时总和下降。在饱和点放大器 脱离饱和状态，而输出(和作为结果的反馈信号)也开始下降。这导致下降时间 的再生放大。亦即，随后反馈信号的损失使得输出部分降低，这促使反馈信号下 降，如此连续下去。上升复位脉冲和下降反馈的组合促使放大器迅速地跃进到截 止。

复位脉冲必须至少能大到足以使放大器脱离饱和状态。结果就存在有一阀值， 低于此值，复位脉冲将不能使放大器脱离饱和而将其触发截止。

上述的双稳态设置产生的设定/复位触发器较之先前讨论的触发器具有这样 的优点，即它是以对分开的输入加以脉冲来接通和断开的，而先前的触发器则要 求能束之一被截止。

以上述阀值检测器开始，为生成一完全的设定/复位双稳触发器的过程是：

a.提供至少一与阀值控制能束组同相的复位能束组，引导到此阀值检测器中 的至少一第三(相加)位置；

b.将由部分调幅输出得的反馈信号导引到该至少一第三位置，在此至少一第 三位置的反馈信号与阀值控制能束组异相并大于它(在此相加位置上)；

c.脉冲发出触发器能束作为设定脉冲；和

d.脉冲发出复位脉冲组作为复位脉冲。

由此，以设定脉冲接通调幅输出、以反馈信号保持此调幅输出运行状态、然 后以复位脉冲断开调幅输出、和在因不存在反馈信号而保持调幅输出为断开状态 来得到双稳功能。

由采用具有多个波长的功率能束、采用宽带镜片、和再以各个波长设定和复 位该设置，也可用这一双稳态设置来作多比特位运行工作。 (19.神经检测器、模糊检测器、和逻辑“和”)

给阀值检测器加以一触发器输入幅值产生在所有触发器输入均为运行中时成 为其最大值的总和。依靠将阀值能级设定为恰恰低于该和值和高于除一个触发器 输入之外均在运行中时的能级，就将只存在所有触发器输入均同时在运行时才发 生阀值检测，生成来自限幅器的饱和输出。

如果将此设置连接在一神经电络中，它就将作为神经阀值检测器运行，以阀 值控制输入作为“加权”信号。对于模糊逻辑也同样。二相位的模拟输入均可被 相加来由“模糊”信息源的幅值得到一“边界”。

如将此设置连接到一二进制数字电路中则它作为一多输入逻辑“与”的功能 作用。用于产生多输入逻辑“与”的过程是：

提供多个以二进制信息调制的触发器能束组作为“与”输入，此“与”输入 具有一能量和，此“与”输入的能量和在当所有“与”输入均为运行中时大于阀 值控制能束组的基本恒定的能级，而在“与”输入之一为截止而其余“与”输入 为运行中时低于阀值控制能束组的基本恒定的能级。

由此，以仅在所有“与”输入为运行中时才产生运行输出来得到多输入“与”

这一过程将在带有或不带有施密特触发器的反馈电路进行。当输入为模拟量 时施密特触发器操作特别有用，如在神经逻辑应用中的情况那样。 (20.多输入逻辑“或”)

如果阀值控制信号小于阀值检测设置中最小触发器输入，则在每当任一触发 器输入启动时限幅器将接通。结果就成为一多输入逻辑“或”的功能。用于产生 多输入逻辑“或”步骤是：

提供多个以二进制信息调制的触发器能束组成为“或”输入，所述“或”输 入具有一能量和，当仅“或”输入中一个在运行中时此“或”输入的能量和才大 于阀值控制能束组的基本恒定的能级。

由此，以在至少一“或”输入在运行中产生运行输出来得到多输入“或”。

此多输入逻辑“或”能带有和不带有反馈地加以应用。如无反馈被应用，大 于阀值的和信号将被放大。 (21、多输入双稳态设置)

在反馈信号足够大得使设置呈双稳态时是有重要意义。将阀值设定得低得相 同于对多设定和复位信号加以多输入“或”。将阀值设定得高得相同于对多输入 设定和复位信号加以多输入“与”。

将阀值设定在中央使在达到2/3、或3/5、或某种类似的输入比例时到达 阀值，这是一种在模糊逻辑环境中非常有用的功能。 (22、单稳)

以增加一延迟的反馈能束可利用任一双稳态设置来得到单稳功能，最简易的 是那些具有直接设定和复位输入的例如上述采用阀值检测器的设定/复位双稳装 置。用于得到此单稳功能的过程是：

a.将调幅输出引向通过一延迟通路以得到一延迟期间和一组延迟的能束；

b.导引此延迟的能束以得到复位脉冲。

由此，以在此延迟期间被反馈信号(已经是设定/复位触发器的一部分)保 持为运行态，而后在延迟期间之后被延迟的能束组切断的设定脉冲，来提供一调 幅输出被启动的单稳功能。

此延迟的反馈信号是附加到被用于促成最初的设置双稳态的反馈上的。实质 上是，此单稳触发器打开双稳设置，而延迟反馈信号将其切断。延迟的长度也影 响有效作用周期，因为此设置在所有能量退出延迟通路之前是不能再被设定的。 为了能使第二个单稳在另一个结束后立即开始，能将延迟反馈信号加以差分，使 之成为较短的脉冲。下面将较详细讨论这种差分。 (23、级连放大器)

为实现上述的许多任务，许多实施方案将需要用于许多输出的更大能量。结 果，将需要多个放大器来代替所说明的单个放大器。级连放大器具有加上一些重 要的新特点的单个放大器的品质。

将一放大器级连到另一个增加了每一级受调包迹中能量总数。在每一级均在 运行中时，此级连系列中的最后输出是有此受包迹中整个系列的量加能量。由于 各级的输出均给下一级提供更多的能量，所以每一级能被越来越大的能原骓动。 这样，对此系列中的第一放大器的控制输入即成为对整个级连的控制输入。因此， 对此级连的低能级输入将控制此条列的大得多的(非反向)输出，向使很小的能 原成为较大能原的控制器。

此系列的输出中的能量总数最大能级为Eo＝Ea2n，其中n＝系列中的 级数，Es为小输入能原的能级。但，Eo也由输入变到系列中各个别放大器的 能级所限制。因此，输出的最大能级由供能能原的能级所限造。当级连的放大器 达到这一极限时，它将进入饱和。增加更多的能量到该小输入将不再会使行由供 能能原转移更多能量到输出，因为已经达到全部能@加以转移的。

用于实现本发明的级连放大器的手段和方法是

a、提供多个连接在级连系列中的放大器；

b、将各放大器的输出级连到此系列中下一放大器的第二(控制)组能来； 和

c、提供大于系列中第一放大器的第二组(控制)能束的至少一个大能束， 其中此大能束是此系列中另一放大器的第一组(功率)能束。

由此，按照较小的能束将来自大能束的能量通过级连系列转移到此级连系列 的最后一放大器的调幅输出，由此来达到以较小能束控制大能束。

由于在每一级受调信号的能级基本上被加倍，所以能实现相当大的放大。这 样的放大器具有只要功率能束中没有噪声和镜片无振动就不会在信号中引起噪声 的优点。 (24、用于生成多输入“与”的门控放大器)

级连放大器可能被用于本发明中所述的所有能束电路中：如果采用第一类型 特殊干涉，放大器就能加以门控。事实上，切断任一功率能束将切断整个系列。 因此，级连是取得多输入“与”功能的良好方法。

其步骤是：

1、设置多个级连系列中的逻辑“与”；和

2、将各逻辑“与”的输出级连到此级连系列中下一逻辑“与”的第二组能 束。

由此，为了接通级连系列中最系的逻辑和的至少一个，输出此级连系列中的 多个逻辑“与”的所有第一组能束和第一逻辑“与”的第二组能束都必需是在运 行中，这样来得到多输入“与”。

如果功率能束以模拟信号调制，此级连放大器系列就能被用作为一放大混频 器。 (25、振荡器)

为维持振荡所需的四个主要项目为：放大器，功率源，频率确定装置，和反 馈通路。本发明提供放大。恒定输入能原组提供功率源。将输入导向到一延迟通 路，放大器的脉冲输出就将在其沿着延迟通路前进时延迟一定的时期。这一点提 供频率确定装置。将延迟通路的输出引导回到放大器的输入，建立起一反馈通路。

但还需要一或二件另外的项目。因为简单放大器的放大输出不被反相，因而 必须提供一初始化的脉冲。一旦振荡开始，上述设置就能被设计得能继续振荡， 或者能被设计得使振荡停止，如一环形振荡器那样。

为构成一自启动振荡器，必须在反馈电路上加以反相器，然后协同反馈通路 提供一被反相的、延迟的信号来驱动放大器。一开始，放大器截止。反相器提供 信号将放大器接通。输出的一部分在其到达放大器的输入之前被延迟并反相。结 果，按照延迟的反相的信号，放大器截止，等待延迟时间，接通，等待延迟时间， 和再次截止。

因为反馈信号是控制输入的唯一能源，而此设置是自起动的，当采用二种类 型特殊干涉之一时切断和断开功率能束即将振荡器门控断开和接通。

由此，能束振荡的装置和方法以此基本放大路开始并以如下过程产生：

a、由导引调幅输出的第一部分能量沿着一延迟通路并通过一反相器装置来 将一反相的延迟信号提供给放大器。此反相器装置可能是上述的反相器，或者是 现有技术中揭述的杨氏干涉反相器；

b、将反相的延迟信号导向第二组能束以导通和截止调幅输出，通过在反相 的延迟信号作用期间第二组能束维持运行而在反相的延迟信号断开期间截止来产 生振荡；和

c、在振荡要被门控截止期间关断第一组(功率)能束。

由此，通过在各延迟期间顺序地接通或断开非反相输出来产生能束振荡，而 以断开第一组(功率)能束来门控截止能束振荡。

能束振荡可利用任一放大部件、包括双稳和阀值过程来完成。这些部件被连 接在电路中，正如它们的电子对应部件那样；但为能工作，各个连接必须有正确 的相位和定时关系。 (26、相位锁定和多路选择)

相位摆动能束，例如象在来自二不同的激光或其它来源的能束的情况下，被 并行引导进本发明的一组相位滤波器/解调器。所用的镜片的质量对各相位滤波 器/解调器所通过的实际带宽将具有巨大作用。为覆盖相位摆动输入所用的整个 频谱要设置足够的滤波器/触调器。各触调器被提供以不同的、但恒定的相位信 号。输出将是在相位摆动信号摆动进各单独滤波器/解调器的带通区间时产生他 们的各个输出的一组经多路选择的信号。

相位滤波器/解调器只有在相位摆动信号与各个的功率能束相位相差180° 期间才产生最大输出。因此，输出在他们为最大时的期向内具有基本恒定的相位 输出。调整各滤波器/解调器输出然后将它们再组合成一单个能束的相位使得输 出能束相对于控制器的功率源具有基本不变的相位，和具有来自功率和相位摆动 能束两者的能量。从而此二能源被锁相一齐。

如果此相位摆动能束为基本恒定的能级，则该被锁相的输出也将具有基本恒 定的能级，即使各单独控制器将各个地按照任何给定瞬间的相位动作。由于任何 给定时刻至少一个将在运行中，此输出将保持工作，而如果输入为调幅的，则输 出也会同样是调幅的。

如果采用窄带控制器，第一位置即能够被用于所有的控制器，输出位置可以 互相接近以便能形成一连续的频带。可安置一光相位变化元件以使在此频带上的 每一点的能量将能接收不同的相位变化。然后，将所有相位改变的输出导引至锁 相输出位时使它们到达一相同相位的位置。

用于生成相位锁定的装置和方法的过程是：

a、采用本发明的相位解调器；

b、提供一组相位摆动能束；

c、将该组相位摆动能束的一部分导引到多个解调器中每一个的各组第二( 控制)能束；

d、给各解调器的第一(功率)组能束提供不同相位的能量；

e、将各解调器的调幅输出导引到至少一个第三位置，以使来自所有解调器 输出的能束相互同相位地到达该第三位置；和

f、引导来自第三位置的能量以提供锁相输出。

由此使来自相位摆动能束组的相位锁定能量成为具有基本恒定幅值的基本恒 定的相位输出。

锁相输出的一重要应用是对一波列的一波列进行锁相以便能由复重波列生成 一基本恒定的相位输出，以使得不致因功率源中的相移而丢失被存储的和在一光 学计算机中被处理的信号。

其运行原理是提供足够的相位解调器使得它的频带宽之和能覆盖摆动范围。 摆动相位信号被看成是一在任一给定瞬间仅存在一个相位的相位多路化信号。因 为相位解调器在其输出位置产生相长干涉，信号的相位将会是已知的相位，即功 率能束的相位，当控制输入相位不正确时，输出将截目(在由镜片的精度所确 定的带宽范围内)。

具有匹配(和已知的)相位的解调器的输出在相位开始时被调整到匹配所有 其他解调器输出的相位之后被导引至锁相输出。解调器根据摆动相位输入的相位 轮流激发。但，组合的输出具有由来自二能束的能量构成的基本稳定的相位。

输出相位的稳定性取决于各单独解调器的带宽，和它们被采用的数量，因为 这确定过程的分辩率。

为什么谁都要组合二CW信号来生成恒定相位的信号？一种应用是将波列锁 定到一齐。即使最好的激光也产生有限的波列。即就是说，有时在激片输出中会 发生急剧的变化，这相当于一种相位调制形式。

当一波列的尾端被锁定到一波列的开始时，锁相输出能维持基本稳定的相位， 或者至少是变化非常缓慢的相位。对于高速光学计算机的操作，基本恒定的相位 是必须的。

这些过程可以直接接合到激光自身的反馈通路中使其能输出被锁相到一齐的 波列。

多重能源，甚至一些非激光源，采用这一措施可被锁相到一齐。本发明的相 位锁定和滤波质量使得一种源信号，例如一低功率激光，或者是至高质量的彩色 滤波器，能被用作为提取和相位锁定来自热源、阳光、或白光的能量的标准。当 然，本发明在能频学中也将是非常有用的。信号提取：

如果相位摆动能束已经过幅度调制，则锁相输出亦将为相位摆动能束作幅度 调制。从而，信号可被从一个源中，例如来自光纤的光中提取，并准备在例如光 学计算机这样的锁相系统中进行处理。

当能束作频率调制时，在波长变化使将它超出解调器组的组合带宽时，所有的 相位解调器一齐截止。从而，利用一能源发送的信号可能以利用频率或幅度调制 来通过由另外的能源驱动的装置加以传送。

相位锁定对于在包括光纤电话传输系统的光学计算机之间形成高速通信线路 是必不可少的。

为由相位摆动信号提取受调信号所需的附加步骤是：

g、以欲予提取的信号对相位摆动能束进行幅度或频率调制。

由此来得到包含该信号和在锁相输出中具有基本恒定相位的调幅输出。 (27、相位编码器/调制器)

由调幅信号作相位编码和相位调制可依靠生成一对不同的调幅信号并将此具 有相反相位的二信号加以组合来实现。此不同对之一在运行中时，组合输出具有 一个相位；当另一个在运行中时，此组合信号则具有相反的相位。在中间时则具 有一组合相位。用于这一相位调制或编码的装置和方法是：

a、采用一种类型控制器；

b、保持第一组(功率)能束为基本恒定的大于零的能级；

c、对第二(控制)组能束进行幅度调制；

d、将具有第一相位的至少一输出的部分导引到至少第三位置；

e、由第一位置分离部分能量以产生与第一相位反相位的反相信号；

f、将此反相信号引导到第三位置；和

g、引导来自该第三信号的能量以产生调相输出。

由此，通过在第二组输入能束在运行中时使第一相位的能量输出，在第二组 输入能束截止时使第二相位的能量输出，和使得调相输出处的能量的相位与第二 组(控制)能束的幅度成比例地改变，这样来得到相位调制器。 (28、“与非”)

布尔代数为以组合逻辑功能产生各种不同的逻辑门制造了条件。当组合采用 特殊干涉的功能时，需要注意某些事件(如载波相位)，因为它们在电子方面没 有对应物。因此，本说明也包含一些例子，以便着重和清楚地说明过程相互连接。

布尔代数中，反相的“与”输出构成“与非”。其过程是：

a、利用前述的任何“与”功能；和

b、将此逻辑“与”的至少一个输出导引到一逻辑“非”装置。

由此得到一逻辑“与非”。

此“非”可以为本发明或现有技术中的任一个。 (29、“或非”)

逻辑“或非”由反映二个到“与”的输入来产生。用于产生一逻辑“或非” 的过程是：

a、采用本发明的“与”；

b、设置一具有被导引到此逻辑“与”的第一组能束的能束输出的第一逻辑 “非”装置；和

c、设置一具有被导引至此逻辑“与”的第二组能束的能束输出的第二逻辑 “非”装置。

由此生成一逻辑“或非”。

象这些相交连接在电子技术领域域那样普遍地应用的，在采用利用特定干涉 的能束“与”之前还没有做到过。而且能束必须吻合，同时要满足对这里指示的 各个部分的所有相位和定向需要。

(30、“异或”)

现有技术的“异或”功能产生具有调相成分的输出。在一输入能束自身在运 行中时，输出是一个相位。当另一能束自身在运行中时，输出是另一相位。本发 明纠正这一问题是：分离调相输出，校正相位和将它们重新组合到一齐。用于建 立一“异或”的过程是：

a、利用本发明的相位解调器；

b、产生具有被引导向至少一第三位置的、以二进制信息调制的至少一个能 束的第一组“异或”输入能束；

c、产生具有被引导向该第三位置的、以二进制信息调制的至少一个能束的 第二组“异或”输入能束；

d、在第一和第二组“异或”输入能束都在运行中时在该第三位置上产生相 消干涉；

e、将来自第三位置的能量引导到第一和第二所述解调器，第一和第二相位 解调器的第一组能束为反相位的以使得在当第一组“异或”输入能束自身在运行 中时第一相位解调器的调幅输出为有效，而在当第二组“异或”输入能束自身在 运行中时第二相位解调器工作；

f、引导来自第一相位解调器的能量以得到至少一个“异或”输出；和

g、将来自第二相位解调器的能量导引到“异或”输出并作180°相移， 以使得来自第一和第二相位解调器的能量在“异或”输出具有相匹配相位。

由此得到具有基本恒定的相位输出的“异或”。 (31、二进制半加法器)

二进制半加法器功能是由一公共输入取得一“与”输出作为进位信号和一“ 异或”作为求和信号来产生的。用于作成一二进制半加法器的过程是：

a、采用本发明的“异或”；

b、将来自第一组“异或”输入能束的部分能量导引至一逻辑“与”装置的 第一输入；和

c、将来自第二组“异或”输入能束的部分能量导引至此逻辑“与”装置的 第二输入。

由此，以将“异或”输出作为一求和输出而将此逻辑“与”的输出作为进位 输出，得到一二进制半加法器。 (32、用于双稳触发器的时钟信号)

将时钟信号加到本发明的双稳触发器涉及到较电子领域中所需更多的方面。 本发明中所采用载波的高速度特性会使得时常在它们在较慢的媒体中如通常的电 子电路中本不会发生的场所出现错误的信号。

本发明的双稳触发器被用于分开的设定和复位输入。一调幅时钟脉冲串必须 被导引到首先至设定输入然后至复位输入。如果时钟信号被同时导引至二输入， 将会发生无法预计的结果。因此，利用二个“与”门以单独地使能这些门一稍长 于时钟脉冲的长度的短时间来将时钟信号引导到适当的输入。这保证了良好的稳 定的设定和复位脉冲。此过程是：

a、采用本发明的具有脉冲复位输入以及脉冲设定输入的设定/复位二进触 发器；

b、设置第一和第二逻辑“与”装置；

c、设置具有至少一个交替第一和第二脉冲的脉冲能束的一组时钟能束；

d、将该时钟能束组的第一部分导引至第一逻辑“与”装置的第一输入；

e、导引第一逻辑“与”装置的输出以得到设定脉冲；

f、将该时钟能束组的第二部分导引至第二逻辑“与”装置的第一输入；

g、引导第二逻辑“与”装置的输出以得到复位脉冲；

h、导引双稳功能的调幅输出的部分通过一第一延迟通路，得到延迟时间和 一被延迟的双稳能束组；

i、将该延迟的双稳能束组的第一部分导引到一逻辑“非”装置；

j、将此逻辑非“非”装置输出导引至第一逻辑“与”装置的第二输入；和

k、将延迟的双稳能束组的第二部分导引到第二逻辑“与”装置的第二输入。

由此，以在当不存在延迟的双稳能束组由逻辑“非”装置将第一逻辑“与” 装置的第二输入保持在运行状态和由该延迟的双稳能束组的不存在而阻止第一脉 冲通过第二逻辑“与”时，利用通过第一逻辑“与”装置的第一脉冲设定双稳功 能，然后在当第二逻辑“与”的第二输出为该延时的双稳能束组保持在运行状态 和因延迟的双稳能束组的存在(它由逻辑“非”装置反相以保持第一逻辑“与” 截止)而阻止第二脉冲通经第一逻辑“与”装置时)，利用通经第二逻辑“与” 装置的第二脉冲复位该双稳功能，从而得到钟控的双稳功能。

在双稳能束能够开通“非”而切断第一“与”之前对其加以延迟，使得在延 迟周期之后机会消失之前第一时钟脉冲可能通过来将触发器稳定地设定为运行状 态。在双稳能束能够切断第二“与”之前将其延迟使得在时间周期结束之前第二 时钟脉冲能可靠地复位触发器。每一种情况中时钟脉冲均必须短于延迟周期，否 则将会发生预计不到的事情。 (33、二进数计数器，能束差分和积分)

由于上述介绍的钟控双稳设置的时钟脉冲必须短于延迟周期，所以必须增加 另外的载波电路来使得装置将一双稳装置被引导到另一双稳装置。为实现这一任 务，一具有长脉冲宽的时钟信号必须加以差分。

差分一载波脉冲与差分一电子脉冲稍有不同。差分一正电子脉冲得到一短的 正脉冲，后跟一等于输入脉冲减去该正脉冲的长度的延迟周期，后面再随之为一 负脉冲。一长载波脉冲的类似的差分结果为一短载波脉冲，后跟等于输入脉冲减 去该短脉冲的长度的长截止周期，后面再随之以一相位与该第一短脉冲相反的短 脉冲。

能束脉冲差分是由将脉冲能束分成为二部分来实现的。一部分被引导沿着具 有等于该被差分的脉冲宽的延迟的延迟通路。然后此经延迟的部分与未加延迟的 部分在进行差分的位置上重行组合。由此差分位置得到输出。在该短延迟期内， 能量作为引导短脉冲输出。当经延迟的能量由延迟通路到达时，在差分位置产生 切断输出的相消干涉。只要输入继续存在，经差分的输出即维持截止。

在输入断开时，相消干涉停止。但能量仍然由延迟通路到来。这一能量作为 尾随短脉冲输出。但这一脉冲与引导脉冲相位相差180°。

结果由一单个输入脉冲产生一对具有相反相位的差分脉冲。这样的设置的优 点在于，二脉冲之间的截止周期可以是任何长度而不会影响后面的部件，同时可 将建立此差分的脉冲宽的延迟周期加以标准化来与其他部件的需求相匹配。生成 二进计数器是一个较好的例证。

为了生成一计数级，此双稳装置必须在由一能具有各种不同长度的脉冲宽的 双稳部件输出的每隔一脉冲时被时钟接通或断开。因此，首先将输入时钟加以差 分以使标准长的短脉冲将能出现在降低的二进阶段。因为本发明的能束“与”装 置仅对合适相位的输入信号作出响应，所以二差分的脉冲之一就能被用来束只是 调整作差分的信号的相位来匹配“与”所需的。此“与”将只对一个脉冲作出响 应。

用于生成这种为产生二进计数级的装置和方法的步骤是：

a、设置具有长于延迟时间的脉冲的一组二进输入能束；

b、将二进输入能束组的一部分导引到至少一第四位置；

c、将二进输入能束组的另一部分导引到沿着一第二延迟通路，然后作为经 延迟的能束组到达至少一第四位置；

d、当二组能束均在运行中时在该至少一第四位置上利用二进输入能束组和 经延迟的能束组产生相消干涉；

e、由该至少一第四位置分离能量以得到差分的脉冲；和

f、引导差分的脉冲来提供钟控双稳功能的时钟能束组。

由此，以将二进输入能束组进行差分来生成一具有恒定脉冲长度的引导脉冲 和一具有恒定脉冲长度的尾随脉冲，此引导脉冲与尾随脉冲异相，此钟控双稳功 能响应至少一个上述脉冲，这样来产生使得能利用长于延迟时间的二进输入能束 脉冲时钟控双稳功能进行时钟控制的二进数计数器。

差分是建立定序器的非常有效的方法。一长脉冲被加以差分。如果仅需要这 些脉冲中的一个，则利用一放大器来取消它们中的一个。输出被分配进一组具有 不同长度的延迟线，这种措旋可被用来生成用于光学处理器的正交脉冲或序列脉 冲。 积分

一电子电容器的能束相当物是一延迟线。能量被导向进一延迟通路。在稍后 某一时刻能量由延迟线出来。这一过程被以在一延迟周期将其切断来差分一脉冲， 而后在此脉冲结束时检取存放在延迟通路中的能量。

积分是能量对时间的累积。为实现能束积分，将欲予求积的能束分配到不同 长度的一或多个延迟线。延迟线的输出在一求和位置被加以累加。为利用这一设 置进行差分，经延迟的脉冲被恢复为不同相位。为作积分，经延迟的能量被恢复 为同相位。

相对于延迟周期的输入脉冲的长度确定将得到的波形种类。如果脉冲长于延 迟线，那么在由各不同的通路来的能量同时到达求和位置时幅度将会增加。

如果数个延迟线具有每次一脉冲时间地增加的延迟时间，则被积分的输出就 将是可能接近到一齐足以使它们作为一单个长脉冲的功能作用的一系列脉冲。实 践中这可能是困难的，因为甚至是能量流中最细微的中断也可能破坏这一过程。 本发明以采用一阀值检测器、施密特触发器、一限幅器或双稳设施来由变化能级 的积分信号得到一恒定能级输出来解决这些问题。

有意义的是，可由首先差分一长脉冲和对逐个增长时间将其作部分延迟来构 成一频率放大器，使得在频率大于主输入脉冲时接通和断开最后的波形。

(34.二进计数器)

下一步是以相互连接一接连系列中的多个变长可钟控的触发器来产生二进计 数器。用于作成这样一个二进计数器的过程是：

a.利用可变脉冲长钟控的装置和方法；

b.设置多个级连系列中的二进数计数器；

c.引导各二进数计数器的调幅输出以得到此级连系统中下一二进数计数器的 二进输入能束组；和

d.给级连系列中第一二进数计数器的二进输入能束组提供欲加计数的脉冲。

由此，以连接多个在一级连系列中的产生表示脉冲数的二进输出的二进数计 数器来得到二进计数器。 (35.方波振荡器)

上述振荡器能产生各种波形，包括正弦波，受调波形包迹。方波是由连接一 双稳设置来产生振荡得到的。用于作成此方波振荡器的过程是：

a.采用任一上述的具有复位输入的双稳设置；

b.在要发生方波振荡期间保持设定脉冲作用，而在要关断方波振荡时使其截 止；

c.引导调幅输出的一部分沿着一具有延迟周期的延迟通路并通过一逻辑“非” 装置，得到一被反相的延迟双稳信号；和

d.引导延迟的双稳信号以得到复位脉冲，每一复位脉冲均大于设定脉冲与反 馈信号之和。

由此，以各延迟周期至少一次地重复接通或切断双稳功能来得到一门控的方 波能束振荡器，和以切断设定脉冲来关断振荡。 (36.D触发器)

D触发器是一在接通一启动能束组后存贮一二进制位输入在一组能束上的基 本电路，用于作成一D触发器的过程是：

a.采用具有脉冲设定、和复位输入的设定/复位二进触发器之一；

b.提供具有至少一个以二进制信息调制的能束的一组数据能束；

c.提供具有至少一个以数据存贮使能信息调制的能束的一组启动能束；

d.提供具有至少一个以数据存贮使能信息调制的能束的一组启动能束；

e.将数据能束组的第一部分导引至第一逻辑“与”装置的第一输入；

f.将数据能束组的第二部分导引到一逻辑“非”装置；

g.将逻辑“非”装置的输出导引至第二逻辑“与”装置的第一输入；

h.将启动能束组的第一部分导引到第一逻辑“与”装置的第二输入，和启动能束 组的第二部分到第二逻辑“与”装置的第二输入；

i.导引第一逻辑“与”装置的输出以提供设定脉冲；和

j.导引第二逻辑“与”装置的输出以提供复位脉冲。

由此，以根据启动能束组在运行期间数据能束组的状态设定或复位双稳功能 来得到D双稳功能。 (37.多应用，多能量形式)

这里描述的能束部件相互连接的原理能被用于无数种不同的复杂设置，就象 电子技术中的基本构成块一样。能束差分、输入求和、阀值检测、频率和相位滤 波、对部件连接的能束定相位、和利用多重射线形成交互式图象只不过是使得本 发明能锁相互连接和应用在复杂的设置中的一些重要特点。

对所有这些的陈述是为了提供为应用特殊干涉的广泛基础。至于这里所说明 的许多晶体管式的功能以及其利用电磁能量的能力，本发明可以很恰当地称之为 一“光子晶体管”。

由标准电子结构组件构成的无数不同的复杂装置能采用本发明重现。如果利 用电磁能，与其电子对应物相比这种装置的速度是突出的。

当数字光子电路中利用电磁能时，本发明的功率放大和功率限制能力双方提 供直接与电子电路中放大器和限幅器的应用相似的很宽范围的应用，而且能以高 于通常电子电路的速度完成相同类型的任务。

当本发明中利用电子束的波动性质时，就能产生完成这里所描绘的功能的自 由空间电子结构。自由空间电子、即被限定在其波动性质能被加以利用的空间的 电子的应用有许多优点。

采用本发明能作成非常灵敏的仪器。例如，少量的某种亚原子粒子很难检测。 利用这种粒子流作为本发明中的功率能束组，少量进入到第二组能束的粒子就能 转变成比例增大数量的这种粒子，然后它们就可能容易地加以测试。

有许多实施方案可采用各种不同能量形式来完成。如果本发明结合以一雷达 天线或X射线机，就能检测被反射的或被发射的调相信号。如果建立一阵列，其 中每一象素为本发明的放大器，其输出将为被反射或发送的雷达或X射线调相图 象的复合调幅图象。根据这样的信息就可由设置现有技术中的将不可见象素幅值 变换成可见象素的频率变换器匹配阵列来构成完全的三维雷达图象。同样在本发 明中采用声能和将各象素变换成可视能量亦远用于声纳。

本发明还能在相同位置中应用多种不同形式能量运行。例如，一实施方案能 够以将针对每一个的输入成分定向得使它们具有一输出隔离的公用点来包含声波 和光线，并在这些位置上有适当的媒介，就能使得各种不同形式能量互相交互作 用。

被反射的超声声纳波基本上是受调能束组，能在这一组合实施例的“第一” 位置上产生相长和相消干涉，声波的相长和相消干涉将使得此实施例中的介质受 压和减压。改变介质的密度将改变其折射率，因而将对穿过它的光束作相位调制。 这种相位调制能直接地或与一第二能束相同地被用来使其效果直接在能量形式变 换时刻得到放大。

结果就是一能检测声波中的相位变化的超灵敏扩音器，和将聚集的信息导引 至由本发明许多相互连接部件构成的光学计算机。

某些类型的材料对光线起反应产生拍频。在本发明的一实施例中利用这种材 料使光线能被作外差、倍频和分频，甚至同时信号被放大。

另一些类型的材料是对一种频率的光线为光敏的，而同时能使得对另一种频 率的光线起作用。当将这种材料置入本发明一实施例中时，包含在一频率的能束 上的信息能被传送到另一频率的能束。

相同波型能量的二种能量型式或频率借助提供有助于交互作用的恰当的介质， 可能被同时用来与本发明作交互作用。然后本发明被用来以提供灵敏的放大的传 送环境由一能量类型将信息传送到另一类型。

(38.基本运行理论)

申请人认定，在采用第一类型特殊干涉的纯粹相长干涉位置上的能量幅度和

强度＝I＝A2+B2+2ABCOS (θ)

总的幅值Tci＝I的方根，正如A2＝幅度A的强度。

在相长干涉(ci)区的中央，θ＝0，和COS(θ)＝+1。在相消干涉 (di)区的中央，θ＝180°，和COS(θ)＝-1。结果，在此二位置的 二幅值的向量和也是幅值的代数和。

在ci区中此二射线同相位，故其和具有该同样相位。因而此强度等式为Ici ＝A2+B2+2AB＝(A+B)2

在di区中，二射线异相，故向量和为二振幅在最大时的相位时之差。如果它 们相等，代数和为零。此di强度等式成为Idi＝A2+B2-2AB ＝(A-B)2

这两种情况可被看作为三个不同射线的向量和，分别标为B1、B2 和U。在di区，B＝-B1＝B2，故U为A与B间之差，而A＝B+U。

当A自身在运行中时，位置1处的幅值为B1和U的向量和。其强度为 (B1+U)2。

在相消干涉(di)区的中央，θ＝180°，和COS(θ)＝-1。结果， 在此二位置的二幅值的向量和也是幅值的代数和。

在ci区中此二射线同相位，故其和具有该同样相位。因而此强度等式为Ici ＝A2+B2+2AB＝(A+B)2

在di区中，二射线异相，故向量和为二振幅在最大时的相位时之差。如果它 们相等，代数和为零。此di强度等式成为Idi＝A2+B2-2AB＝(A- B)2

这两种情况也被看作为三个不同射线的向量和，分别标为B1、B2和U。 在di区，B＝-B1＝B2，故U为A与B间之差，而A＝B+U。

当A自身在运行中时，位置1处的幅值为B1和U的向量和。其强度为(B1 +U)2。

在能束B2进入运行时它与最初的二个组合，由于它与B1和U相位差18 0，幅值和强度的总数如式1所示。

式I，对于所有干涉类型的di位置：

T1＝Tdi＝B1+U-B2＝U

I1＝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

这恰恰是所期望的，因为幅度作代数相加，而强度是幅值的平方。

这表明，小于第一能束的异向能束的相加得到具有等于二者差值的能量。如 果看作为三个能束之和，其中二个幅度相等但符号相反，第三能束等于在所有三 个被相加之后余留在该位置的能量的幅值。

干涉过程在干涉图象内对能量重新定位。由di区消失的能量的相当值出现在 ci区。如以上所示，当二不等的能束作相消干涉时，di区中并非全部能量均被重 新置于ci区。剩余下的恰恰等于二不相等能束间之差。这一剩余能量未被更换位 置，它继续到达di位置。因此，这一剩余能量可被称为“未被转移”能量，因为 它未被干涉转移到ci区。

结果，人们就可以将显然由di区消失的能量说成是“被转移”能量。

在杨氏ci区中，在杨氏干涉的情况下，在仅一个能束在运行中时到达第二位 置，即ci区的能量的幅值为A。A可被认为是二幅值B1和U之和。

而当能束B2进入运行中时它与首先的二个相组合。因为它与B1和U同相 位，B＝B1＝B2，而幅值和强度的总和如等式2中所示。

等式2，在放大或饱和状态中的杨氏干涉：

T2＝Tci＝B1+U+B2＝2B+U

I2＝Ici＝(B1+U+B2)2＝(2B+U)2 而且在饱和时有：

I2＝Ici＝A2+B2+2AB

     ＝(B+U)2+B2+2B(B+U)

     ＝B2+2BU+U2+B2+2B2+2BU

     ＝4B2+4BU+U2

     ＝(2B+U)2

这也正是所期望的，因为幅值作代数相加，而强度是幅值的平方。

在这种情况下，杨氏干涉在仅有一能束在运行中时使能量被导引至这一ci位 置。当第二能束进入运行时，来自di区的能量被转移到ci区。如此上所示，被干 涉加到ci区的能量严格等于由di区移走的能量。

因此存在有二相等的部分，B1和B2。一来自能束A和另一个来自能束B。 二者之间的差为U。

在ci和di两种情况下，U均保持不变。它被称之为“未被转移”的能量。虽 然，即使在ci区它亦维持不受B1与B2间发生的干涉的影响。

如果B升高到等于A，在二位置U都降至零。在di位置所得的干涉图象完全 成为黑的，在ci位置的强度成为4A2＝4B2。全部能量均传播到干涉图象。

当A与B不相等时，所形成的图象可被看成是二图象之和。一个图象是由部 分B1和B2形成的熟知的干涉条纹型式的干涉图象。另一图象是一始终一致的 斑点，部分之间没有对比度变化，其幅度为U，其强度为U2。

因此，二不相等的能束间之差U，可被恰当地称之为“未被转移”的，因为 当B1和B2截止时它以同样的形式到达同样的位置。

B1和B2被恰当地称之为“被转移的”能量，因为为了形成干涉图象这种 能量被作了重新配置，即被作了转移。在此图象中来自di位置的能量被转移到ci 位置，与来自只要不存在干涉总会到达的另一能束的相等的能量相组合。

在特殊干涉中，当仅有一能束在运行中时不对位置2即ci位置有任何传播。 这是因为能束与di位置比较很小，并仅被引导向di位置，和不扩展到覆盖最终ci 要发生的位置。

di区的功能恰如上述，具有与B异相的来自A的两个同相能束。

ci区在不存在干涉时没有能量。最重要的是它没有”未被转移“的能量(即 U＝0)。

当第二能束(B2)进入运行时，发生干涉产生干涉图象，由di位置移走能 量(B2-B2)，留下U作为剩余能量。

由di位置移走的能量被转移到ci位置作为B1+B2。它具有强度(B2+ B2)2。

经过替代得到：

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，在这一位置U＝0，产生如等式3中所示的重要关系。

等式3，放大或饱和状态中的第一类型干涉：

T2＝2B

I2＝(2B+O)2＝4B2

这样即为振幅和强度双方推导得第一类型特殊干涉的等式。

任一应用中的总能量取决于ci面积和di面积，因为它们可能由许多射线、甚 至数千或数万射线构成。全部能量可被扩大来覆盖很大的面积，或者聚焦到很小 面积。输出特征将是大小、位置和输出面积相对于图象的图象成分分离器的图象 面积之比的功用。来自非纯粹ci或di的图象的其他部分的传播能量也传播到发明 的整个运行中。

这些等式对放大和限幅过程的重要性不能加以夸大。作为示例，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产生干涉图 象，di在1，ci在2。

输出强度为4B2，幅值为2B。在镜片损坏或其他将实际改变此设置的其 他因素的极限之内A在怎样程度上大于B无关紧要。被转移到输出的能量正比于 控制能束B。

当控制能束为幅度调制时，输出也为幅度调制，具有控制能束的幅度的二倍。 在输出波形的信息承载部分的能量被加倍。与采用杨氏干涉的现有技术的放大器 不同，本发明不生成剩余输出U，不对干涉图象传播的未转移的剩余能量。

只要此受调能束小于此恒定能束，输出就将被放大。输出幅值总是二者中的 较小者的双倍。

下面考虑在受调控制能束升高到恒定的功率能束的能级之上时发生的情况。 在B＞A时，任何时刻输出均将为二者中较小者的二倍。这与上面等式中更换能 束名称相同。因为较小的一个也就是恒定的一个，不管B被作怎样强的调制，输 出均将为恒定的2A，仍然要在不破坏或改变光学设施的范围之内。这种情况称 为“饱合”。所有可能来自能束A的能量均被转移到输出。

因此，本发明的放大曲线是非线性的。以光速运行的非线性镜片能完成许多 否则是不可能的任务。已收调波形在二输入能束相等时将受到限制和箝位。

第二类型物殊干涉也能被看作是具有三个成分的幅值。功率能束(A)被定 向于di位置，它不会被导引至ci位置，正如同第一类型特殊干涉那样。

控制能束(B)被定向于二个位置。因而这一类型的干涉将不会在一单个阶 段中产生一逻辑“与”，但它构万一理想的放大器。

当控制能束截止时，I2＝0，I1＝B1+U。

当控制能束小于基本恒定的功率能束时，A＝B1+U，B＝B2。位置1 的幅值将为B1+U。

等式U，放大中的第二类型干涉；

幅值＝T2＝B1+B2＝2B

强度＝I2＝(B1+B2)2＝4B2

这与采用第一类型特殊干涉时同样。当设置进入饱和时出现差异。发生这种 情况时，等于B-A(因为B较大)的未被转移的能量(U)不来自功率能束。 在这种情况下，剩余能量来自被直接定向到输出的控制能束。因而，饱和期间的 输出如等式5中所示。

等式5，饱和中的第二类型干涉：

幅值＝T2＝B1+B2+U

    ＝2B+U

    ＝2A+U 

强度＝I2

    ＝(B1+B2+U)2

    ＝4A2+4AU+U2

因为A为常数所以放大减弱。功率能束的所有可能的能量均转移到输出。B 的进一步增大未被加倍的U的大小。在求平方以生成强度时，因子4AU表明存 在着与来自干涉图象的其他部分的能量的某种交互作用，但U保持相同。

结果，在B＜A时，这一第二类型特殊干涉象第一类型特殊干涉性能一样。 但它在B＞A时性能与杨氏干涉相同。放大仍有某种限制但不被箝位。 宽带和窄能设置：

上述过程是与相位相关的，由di位置移走的能量被重新送到ci位置。但如信 号在其他相位到达第一位置时会是什么？在这种情况下，ci位置在其他的地点， 结果是近似于调相信号的二进制操作。为使ci位置与输出位置相同输入将必须绝 对为异相的。

实践中，所用的镜片将必须以波长单位和波长大小加工。大部分光学设置依 赖于来自于输入能束的多个交叉点的能量的平均。由这些多个点能量的平均产生 熟知的正弦波干涉条纹。

如果放大器被加工成包括大量的这种点以便应用此平均原理，则它将具有宽 的带宽并将能具有应用多个输入频率的功能。输出位置的作用就好像一组每一个 采用单独射线组的边靠边地排列的控制器。

在这种情况下，输出通路包括大量波长大小的位置。对于稍有不同的相位和 稍许不同的频率，每对输入位置中的ci位置将在稍许不同的输出位置。如果这些 位置恰都在此通路的区域内，能量就将输出。如果不是则无输出。

近代的镜片能以波长大小运行。波长大小输入能束和波长大小输出通路将产 生与多位置平均式的镜片相当不同的操作过程。镜片越精确，为使得ci区命中输 出通路相位和频率就必须越精确。

为了使ci区命中波长大小输出通路，波长大小的精确性将使得在第一位置上 只有当相位足够地接近180°时调相信号才输出。由模拟调相信号的输出只有 在二输入严格地为异相时才为二进输出。

如果采用多频率，将能命中输出通路的仅有频率将是那些符合使ci位置是微 输出孔时的波长几何条件的频率。

因此，每一方法和每一装置均必须被加工来产生所需的放大器型式。如果一 相位解调器要以模拟输入运行，它就将必须是平均多位置(宽带)式。如果它要 在二进制电路中运行，则单个的波长大小位置(窄带)式将十分良好地工作。

借且利用具有一共用的第一位置、但分开的输出位置的多个波长大小控制器， 有可能产生相当大数量的组合操作，从而能同时处理各种不同的信号。

由定向到一共用信号的不同位置输入能束能产生一频分多路分配器。每一不 同频率将在不同输出位置生成其ci。如果各输出位置在图象在分分离器中具有其 自己的输出通路，输入中的一组复杂的频率将被分离成独立的输出。同时它将滤 出其当中的任何频率，因为设有用于这些频率的输出通路，和设有提供符合的输 入频率。

如果控制输入被导引至一共用位置和采用多个功率输入，各自具有不同的频 率和不同的位置，就可将几何结构安排成使ci位置全都符合，以产生一非常准确 的频率可选滤波器。所有符合一功率能束的频率均将在公共输出通路有它们的ci。 所有其他频率都没有。这种设置与宽带平均设置间的区别是每一个通过滤波器的 频率均必须佳精确地符合功率能束的频率和相位。在波长大小，滤波器能提供任 何已知手段的最佳选择，特别是在光波频率及以上。

这些基本操作原理生成类似于电子晶体管执行类似功能的方法的功能。因此 本发明提出的普遍名称“光子晶体管”是正确的。虽然本发明也完全能利用非光 子的波动能量，而光子实施方案则可期望成为是运行最普遍的。

本发明在光子技术中给出了下列进展：

a.用于采用特殊干涉的能束(特别是光子)计算的完整的技术基础；

b.手段、方法和设备，用于进行：

I.基于放大、限幅和箝位；

II.基本布尔逻辑；

III.基本阀值检测；

IV.数字信息存贮；和

V.频率相敏滤波。 c.为与能束成分接口的连接装置和方法； d.对能束运行原理的清晰理解，包括：

I.作功能接口的多能束求和；

II.多频率同时运行；

III.能束差分；

IV.能束积分；

V.再生反馈；

VI.相位要求；

VII.维持一能束衡定的作用；

VIII.放大；

IX.饱和；

X.截止；和

XI.多输入能束的相位关系。

e.建立特殊干涉的、包括其非线放大特性的运行基本数学理论；

f.建立多能量形式同时运行的技术和理念基础；

g.为应用能束来完成在此之前仅限于电子技术的任务和远远超出通常电子 技术的能力的任务，较坚实地建立理念基础；

h.确立电子晶体管电路和能束电路之间的运行相似性和差异，使得通用术 语“光子晶体管”将能合理地应用于本发明；和

i.建立产生电子波电子功能的技术和理念基础。

通过察看随后的附图、附图的说明、实现本发明和最佳方式、权利要求和摘 要，对本发明的前述优点将更清楚。

对所列附图的简要说明，在连同下面的详细说明察看所列附图后对本发明将 会有更多理解。(注：能束的角度和大小是被夸大的，便于清楚理解)

图1为采用特殊干涉的控制器；

图2A-2E为五种状态的控制位置；

图2A为采用二类型特殊干涉的、二输入能束切断时的控制器；

图2B为采用二种类型特殊干涉的、一输入能束在运行时的控制器；

图2C为采用第一类型特殊干涉、第二输入能束在运行时的控制器；

图2D为采用二类型特殊干涉的、二输入能束均在运行时的控制器；

图2E为采用第二类型特殊干涉的、第二输入在运行中时的控制器；

图3为一输入能束在运行时的反相器；

图3A为一输入能束均在运行时的反相器；

图4为频谱滤波；

图5为作级连的放大器；

图6为具有反馈的双稳结构；

图7为阀值检测器；

图8为总和向量；

图8A为阀值检测器输入/输出波形；

图9为阀值检测器中的反馈；

图10为施密特触发器输入/输出波形；

图11为“与”和“或”阀值检测输入/输出波形；

图12为“与非”逻辑；

图13为“或非”逻辑；

图14为“异或”逻辑；

图15为二进制半加法器逻辑；

图16为钟控双稳逻辑；

图17为二进数计数器输入/输出波形；

图18为二进数计数器；

图19为二进计数器和输入、中间和输出波形；

图20为振荡器逻辑；

图21为方波振荡器/施密特触发器逻辑；

图22为D双稳逻辑和输入/输出波形；

图23为多路选择器和逻辑；

图24为多路器逻辑；

图24为A多路器输入波形；和

图25为锁相逻辑。 实现本发明的最佳方式 (1基本能束控制器)

图1的透视图说明本发明基本单元的优选实施例，一采用上述发明揭示中讨 论的一种型式干涉的能束控制器。它由至少一能束的一第一组能束(1)和在至 少一位置(3)相叠置的至少一另外的能束的一第二组能束(2)构成。虽然“ 至少一个”是指在实践中可能有许多这种位置和能束起所说明的那些的作用，而 在此图中每一种均只表示出一个。

当二组能束均在运行中时，它们相干涉产生具有在位置(3)的di区和至 少在一另外位置(4)的ci区。在这一图中表示二个ci区(4)。来自ci 区的能量连续作用提供输出(5)。四个射线即输出能束组的能束被表示在图中。 它们作用相同和一致地运行。

一图象成分分离器(6)，在这里为一不透明掩膜，防止来自位置(3)的 能量成为输出(5)的一部分。

在镜片被设计成利用第一类型特殊干涉时，所有来自本身为在运行中的能束 (1)或能束(2)的能量被导引到位置(3)并由掩膜(6)停止，而输出( 5)截止。镜片不将来自任一能束的能量引向位置(4)或进入输出(5)。

输入能束被取向成当能束(1)和(2)均在运行中时相消干涉覆盖各能束 单独地到达的整个区域，包括位置(3)。如果能束(1)首先在运行中，而后 能束(2)进入运行，小于或等于能束(1)的能级，包括位置(3)的di区 中的能量总数，即被减少等于能束(2)的能级的量。

不只是发生di。能量不仅仅是消失。能量守恒定律要求由di区消失的能 量必定出现在ci区，从而构成整个的干涉图象。ci区被标作为位置(4)。

由di区、如位置(3)转换走和进入ci区、如位置(4)的能量包括来 自能束(1)和(2)双方的能量。如果能束幅值相等，则位置(3)处的幅值 将为零，而所有来自二能束的能量均将出现在位置(4)。只要能量出现的位置 (4)，它就会继续进行输出(5)。

如能束(1)大于能束(2)，具有幅值等于(1)和(2)间之差的能量 将出现在位置(3)并被图象成分分离器(6)停止。转移进位置(4)的能量 的幅值将等于二者中较小者，在这种情况下为能束(2)的幅值的二倍。来自二 能束的所有能量被由di位置(3)转移到ci位置(4)。

如果能束(2)的幅值增加使得其幅值大于能束(1)的幅值，由干涉转移 到输出(5)的能量的幅值就等于二者中较小者，即能束(1)的幅值的二倍。 能量的强度、即每单位面积的功率近似等于幅值的平方。因此，强度在输出(5) 中的大小为输入能束之一自身在位置(3)的四倍。

为计算输出(5)中的能量总数，还必须考虑到表面面积和时间。由于二输 入能束是仅有的能源，输出(5)中的能量的总数不会超过二能束的较小者中的 能量数量的二倍。强度大至四倍这一事实仅仅是表明能量已被集聚到一较小的表 面面积中。

如果能束(1)被保持为基本恒定的能级，而能束(2)的能级摆动，或被 调制得低于能束(1)的能级，则在假定镜片完善时，输出(5)将含有受调输 入能束(2)中存在的能量数量的二倍。

输出(5)中的附加能量被干涉从能束(1)中消除。因为输出(5)的能 级是能束(2)受调输入能级的函数，输出(5)包含有完全与能束(2)的调 制包迹那样的被放大的调制包迹，仅具有最高为二倍的能量数。

因为这一放大器的功率来自能束(1)，所以在本发明被用作为一放大器时 它被叫做“功率能束”。受调输入能束(2)被称做“控制能束”，因为它控制 由干涉将有多少能量被从功率能束转移。

如果控制能束(2)的能级升高到超过功率能束(1)的能级，输出(5) 将保持稳定在功率能束电平的二倍。放大作用停止，受调波形被箝位。这种情况 是因为输出等于二能束的较小者的能级的二倍，而这时较小的功率能束的能级是 恒定的，产生恒定的输出。

更仔细地观察准确位置能更全面地理解这些组成位置和能束是怎样相互作用 来产生各种不同功能的。图2A～2D为第一型式的能束控制器，亦就是采用第 一类型特殊干涉。

图2A～2E中表示最基本操作的四种状态。为清楚起见，图中的角度被夸 大了。在这一讨论中，“能束”是指就象它们是一单个能束似的一致地运行的能 束、即射线组。这种能束能够具有如这里所说明的动作一致的多个位置，但它们 全部象这一密集图中所述地动作。

以二定向到一公共位置(3)的能束(1)和(2)，连同位置(4)，输 出(5)和掩膜(6)来说明四种状态。图2A的状态表示当输入能束(1)和 (2)双方均截止的状态，(如截面线所指明的)。在任一位置均不出现能量。 这一空态很重要，在本发明的许多应用中，特别是数字应用中会发生。输出(5) 截止。

图2B的状态说明在能束(1)为运行中而能束(2)截止时的状态。位置 (4)不出现能量，因为本不希望将能量导引至此。掩膜(6)阻止能量到达输 出(5)，所以它截止。

图2C的状态说明当能束(2)运行而能束(1)截止时的状态。在此状态 下能量不出现的位置(4)，因为镜片未将能量引导到此，所以输出(5)截止。

图2D的状态说明二能束(1)和(2)均在运行时的状态。能束被叠加来 在它们的公共位置(3)产生相消干涉。数学上此二能束抵消，但这些能束中的 能量并未被破坏。而是来自二能束的能量被位置(3)转移到位置(4)，在此 发生相长干涉。结果状态图2D中的干涉图象覆盖一与状态图2A～2C中所覆 盖的区域不同的区域。被转移到位置(4)的能量继续前进通过掩膜(6)在( 5)上产生工作中的输出。

能束(1)和(2)可能非常小，甚至象那些来自全息图的单个象素的单个 射线。能束(1)和(2)也可能是在图2B和2C的状态期间在位置(3)由 能束组即射线产生的投射图象，包括那些全息图所产生的。在图2D状态期间， 图象相互干涉以产生能被分隔成多组部分以得到象位置(4)那样的多个输出的 新图象。

能束(1)和(2)也可能是复杂的多输入动态图象(如在一光子计算机内 的计算进行中连续变化的图象)的组成部分。作为较复杂图象的组成，则图2A ～2E即代表许多作为并行作用的多个复杂图象的不同组成部分同时运行的多组 位置中的一组位置的运行。

位置(6)的图象成分分离器可以是任何被定位来由图象中一个区中的能量 分离在图象的另一区中的光学元件。为简单起见说明一掩膜。它阻挡出现在位置 (3)的能量，但在当二输入(1)和(2)均在运行中时使能量在位置(4) 通过成为图2D状态中的输出(5)。

为在输出(5)产生最大的输出，能束(1)和(2)必须在位置(3)相 位相差180°(这当然是为生成di所要求的)并且强度相等。当这些条件符 合时来自二能束的全部能量将被同相地转移到位置(4)的相长干涉，并进入到 输出(5)。当这些能束控制器与其他部件相互连接，载波相位即可与这二位置 (3)和(4)相比拟。

一输入能束的相位被定义为在其本身在运行中时在位置(3)它的相位。因 此，为在输出(5)产生输出，能束()和(2)被认为必须相互间有180° 的相位差。

一输出能束的相位被定义为与在位置(4)的能量组合相位相同。当二个或 更多控制器，或其他相位相关部件相互连接时，它们的位置和镜片被加工得能发 生所需的相位关系。例如，如果一控制器的输出被导引至另一控制器的输入，此 二者即被安排得使由位置(4)测量得的输出为完成其设计任务将提供在此随后 的控制器的位置(3)上的适当的相位。

图2A～2E的运行精度取决于在生成用于产生它的镜片中所用的容差。  如 果此容差大于波长大小，则运行一般将是宽带的。如果容差是在波长大小中，则 便于窄带运行。宽带应用的功能与在带有稍许不同的带通的许多窄带控制器并行 运行时、亦即在多个精确的位置(4)放出能量进输出(5)时相同。这是因为 精确的位置(4)对于不同频率和相位差将有稍许不同。一设计能挑选出精确的 位置越多，其带宽就将越窄。 (2.利用第二类型特殊干涉)

第二类型干涉使得来自能束之一的能量当其本身在运行中时可能出现在输出， 而否则就不会。在这一情况下，也如图2A、2B和2D中所示，图2C状态不 会发生；相反，图2E状态发生。这一类型的干涉依靠利用能束(1)作为能量 供给功率能束可被用来得到一放大器。但是这种干涉不能被用于产生布尔“与” 功能或门控放大器。

这是一第二类型的能束控制器。宽带和窄带装置均可能被产生。 (3.逻辑“与”)

第一类型控制器将起作为一布尔“与”的功能。当能束(1)和(2)以二 进制信息调制时，能量将只有在能束(1)和(2)两者均在运行中时才出现在 位置(4)和移动到输出(5)。当能束(1)截止时，输出(5)截止。

至于幅值，当二输入能束的较小者为零时，等于较小一个的输出为零。 (4.放大)

如果输入能束之一如能束(1)保持在基本恒定的能级，第二能束(2)作 模拟调制，被转移到输出的能量将大于和比例于能束(2)。因为来自二能束的 能量出现在输出(5)，输出(5)即表示能束(2)中的受调输入的被放大的 值。因此在二能束相等时能量最大值为二能束的组合，即能束(2)能级的二倍。

用于完成放大的能量来自恒定的功率能束(1)，由受调控制能束(2)确 定。如果控制能束(2)为二进制，输出(5)亦将是二进制，最高达能束(2) 双倍。

这里发生的要大于如在某一交叉能束被集聚在一小斑点时发生的幅值的简单 变化。能束(2)具有一带一定的最大能量值的受调包迹。这可由能束的实际幅 值来表述。

功率能束(1)也含有能量，并具有大于或等于控制输入能束(2)的幅值， 但不承载信息。干涉仅在当能束(2)在运行时才促使来自能束(1)和(2) 双方的能量被转移到输出(5)，并与能束(2)成比例。由于能束(1)和( 2)中所有的调制变化均出现在输出(5)中，输出(5)将含有仅来自能束( 2)的信息，这仅仅是因为只有能束(2)的控制输入具有任何信息。

输出(5)中的受调包迹是具有最高达控制输入(能束(2))的不只幅值 的能量值的二倍。因此，本发明的操作真正是放大而在控制能束截止时不会有剩 余的输出能级，如现有技术的能束放大器那样。

特殊干涉的任一类型均能被用于放大。如果采用第二类型，能束(1)必须 是功率能束，因为在控制输入(能束(2))截止时其能量不被传播到输出(5) 。 (5.门控)

如果采用第一类型特殊干涉，则任一输入均能提供功率，因而它们二者同样 工作。另外，切断功率能束(1)阻止由能束(2)作任何能量馈送。这使得放 大器可仅仅以切断能束(1)来断开。 (6.限幅)

能束(1)的恒定功率能级建立一定的饱和能级。通常这一能级等于能束( 1)的能级(取决于所用镜片)。

当控制能束(能束(2))低于饱和能级时，能束(2)的受调输入在输出 (5)中被放大。大于该能级，所有可能被转移进输出(5)的能量均已被转移。 在再设有来自能束(1)的能量可用时，禁止控制输入(能束(2))的能级增 加以使得更多来自能束(1)的能量出现在输出(5)中。因此，本发明即作为 一限幅放大器起作用。

如其电子技术的对应物那样，噪声或其他异常有可能切断受调全迹。如何干 涉地进行取决于所用镜片。严重过载驱动一装置在某些情况下可能导致泄漏。当 然，如果采用第二类型特殊干涉，按设计将有泄漏。输入能级增加高于将渗漏的 饱和能级将不再被放大，但将为掩膜(6)所衰减，这阻止一些过度的能量到达 输出(5)。

不完善的镜片可能将来自能束(1)的某些输入能量导引至某些位置，在此 使干涉不能将该部分能量转移到输出(5)。这种能量就成为不能由光学装置转 移的。 (7.反相器和“非”)

当在一放大器的位置(3)发生相消干涉时，由二能束来的能量被转移到如 位置(4)的相长干涉区，由位置(3)移走能量。图3和3A表示一变形的设 置，这里掩膜(6)被掩膜(7)所代替(表示为断面)，它在位置(3)有一 个孔。

被转移到输出(5)的能量与控制输入能束(2)成正比。因此，输出(5) 被称为“未反相”的输出。通过位置(3)进入输出(8)的能量反比于控制输 入(2)。因此输出(8)被称为“反相”的输出。

最大的未反相输出(在控制输入小于功率输入时)等于仅通过到输出(8) 的功率能束。因此，未反相的输出不被放大。

如果放大器被驱动进入饱和，未被转移到未反相的输出(5)的超过能量通 过输出(8)排出。输出相位随输入能级和相位变化。这方面将在下面讨论阀值 检测中更详细说明。

如果这一反相器的控制输入(2)被以二进制信息调制，则此设置执行逻辑 “非”的功能。 (8.相位解调器和比较器)

下面参照图2A～2E或3～3A研讨在相位和频率的给定变化下本发明的运 行。

本发明对相位是很敏感的。运行相信由放大器的恒定功率能束确立仅仅是因 为它未被调制和用作为与其他能束比较的基准。

为在输出(5)产生最大输出，输入能束(1)和(2)必须在位置(3) 相位准确地相差180°。任一大于零的其他相位差将降低位置(3)的能级， 并在位置(4)与宽带设置中能束(1)和(2)之间的相位差成比例地增加。 在镜片被作得较精确，特别是在构造准确性接近波长尺寸时，可将装置作成使得 到达位置(3)和(4)之间的能量将被图象成分分离器阻断，而达到较窄的带 宽和装置的敏锐的相位选择性。

如果控制输入能束(2)在位置(3)与功率能束(1)同相位，在位置( 3)将发生相长干涉而不是相消干涉。在这种情况下将设有能量将转移到位置( 4)，输出(5)将截止。控制输入能束(2)中的幅值变化将不会馈送至输出 (5)。

对控制(能束(2))作为相位调制在输出(5)产生调幅输出。如果镜片 带宽很宽，使位置(3)与(4)间的空间中的能量能进入输出(5)，微小的 调相成分将滑入输出(5)。但窄带镜片仅允许来自象发生完全的相长干涉和来 自二输入能束的能同相位的位置(4)的位置的能量送出到输出(5)。

如果控制能束(2)具有相位和幅度成分两者，输出(5)将会有调幅部分 和调相部分双方的调幅组合。因此，由解调相位变化得到的最高能级输出也受输 入的幅度影响。

结果，本发明可被用作为一由对一放大器的控制能束(2)作相位调制得到 的相位解调器。

相位解调器实际上是比较能束(1)和(2)的相位。如果一个是恒定标准 的，而另一是作相位调制的，输出就被解调成为一AM信号。如果二输入均是调 相的，则在位置(3)当信号为异相时输出将是高能级，而当它们同相时为较低 能级。由于在位置(4)发生相长干涉，输出(5)的输出相位将是它们之间的 共同相位。

宽带设计的输出幅值在整个相位差范围内将作均衡的变化。窄带设计仅在带 通范围内均衡变化。 (9.多频率运行和有源滤波)

各被输入到能束(2)的欲加以放大的控制信号必须具有一匹配的功率能束 (1)。为了产生干涉和发生放大作用，功率能束(1)必须含有与控制(能束 (2))中欲予放大的信息相同频率的能量。

对每一频率(象彩带的颜色)在稍有不同的位置上产生ci。如果在位置( 4)输出口足够大能容纳大量精确的频率位置，由此装置将在宽带方式下作用。 如果设计仅容许通过少量频率位置的能量，则装置将是窄带的。

如果控制输入能束(2)被提供带有多波长的能量，则将仅与那些同时出现 在二输入中的频率发生干涉。  (不考虑谐波、外差和也有可能为本发明采用的特 殊材料的应用。)

结果本发明即作为一高度的锐截止滤波器作用。如果提供多频多路化能束， 它就能被用来在如果采用第一类型干涉时忽略所有其他频率而检取与各功率能束 频率匹配的信息对其进行放大。如果采用第二类型干涉，匹配的频率将被放大而 其它的将被衰减。

在光线的情况下，可以提取单个色彩，使得它所承截的任何信息能被加以检 验。在本发明给定的相信和频率灵敏度，微波甚至频谱的可见光部分均可被分成 为如射频波段中普频通道那样窄的通道。自然，可能的分离程度还取决于产生极 其纯净的标准功率能束的镜片的能力。

如果功率能束(1)被供给以具有二或更多频率的能量，则输出(5)将包 含由与功率能束(1)中频率的组合匹配的宽带输入中抽取的被放大的信号，同 时排除所有其他信号。如果功率源，例如一激光，恰巧具有数个邻近波长的传播 方法，它们通常会被一致地调制。如果是这样，而它们是在所用的有源滤波器的 设计带宽之内的话，本发明也将一致地放大它们。

图4表示一宽带能束放大器的三个示例频谱。以其能束号(1)标明的功率 输入具有五个频率，具有同样能级的(P1)至(P4)，(P5)较小。以其 能束号(2)标明的控制输入具10个各种不同能级的输入频率。

种用上述等式3，放大期间的输出幅值为：

如果(1)＞(2)，则

a(组合输出)＝2a(控制输入) 以及，在饱和期间输出幅值为：

如果(2)＞(1)，则

a(组合输出)＝2a(功率输入) 如果在所涉及频率中功率输入＝0，组合输出(5)＝0。

图4中所示的组合输出仅有三个信号。这就是它们利用上述等式推导出的。

1.C1、C3、C4、C6、C7、C9、和C10没有匹配功率能束， 结果无匹配输出。由输出(5)滤除这些频率，如果可用的话它们将出现在反相 的输出(8)中。

2.C2匹配P1，产生二倍C2大小的输出O1。

3.C5匹配P3，产生二倍C5大小的输出O2。

4.C8匹配P5，产生二倍P2大小的输出O3。因为C8大小P2，在 这一频率时放大器饱和。如果是采用的第二类型特殊干涉就产生限幅动作，如等 式5，并将不箝位P2能级。

5.P4在控制输出中无匹配，所以在这一频率不产生输出。但因为它是恒 定功率能束的一部分，它已在等待在控制输入中出现一匹配信号。

应指出，此放大器可以是同时在一频率为饱和而在另一频率为截止。

每一频率均产生干涉和所得的本发明之内的交互作用，在其所有形式完全独 立于其他频率。例外情况是当二频率靠得太近使得二者之间不发生干涉。在该情 况下各自依次具有微小差别频率的放大器的级连序列，将使经相位调制进作级连 放大器的第一个的信息能逐个地传送信息到越来越高(或越来越低)的频率，直 至信息已依次地被由一频段传送至另一频段。

另一例外是一频率与其谐波的干涉。这一效应在本发明中也可被用来由基本 频率传送信息至另一个。

作为每一频率独立运行的结果，本发明的装置、方法和设备的每一个均能以 多频率方式运行，不管它们是二进触发器、级连放大器、限幅器、还是其他装置。

某些具体材料能对不同频率起反应使得它们的特性发生其变化会影响其他频 率的改变。这样的材料能被用于对载波作分频和倍频。借助将这样的材料用作本 发明中的能量传送媒体，此媒体的特性将影响干涉。例如，如果P4为C1频率 的二倍，一频率加倍媒体将使干涉发生来产生P4的受调输出，并有可能取决于 材料而为P4和C1的二倍。

由本发明也可能实现负的或反相滤波。图3和3A的反相器在发生频率匹配 时将能量导引离开输出(8)。结果，输出(8)将类似于控制输入能束(2)， 但缺少与功率输入能束(1)相等匹配的频率。如果它们不相等，将输出差分幅 值。

下一节有关能束放大器与各种不同功率能级的接口和为实现大范围放大所需 的相位关系。 (10.级连放大器)

图5表示三个连接成级连系列的放大器。能束(9)为第一放大器的控制能束， 能束(10)为其功率能束。位置(11)相当于图2A～2E中的位置(3)， 在此当二能束均在运行中时发生相消干涉。能量由干涉转移到能束(12)。一 图象成分分离器(11A)阻塞位置(11)的能量并使它能通过进入能束(1 2)和到达位置(13)。由这第一放大器放大的最大数在当所有来自能束(9) 和(10)的能量均被转移到能束(12)时为功率能束(10)的能级的二倍。

第二放大器在位置(13)和(14)。功率由能束(15)供给。再次， 当能束(12)在运行中时因来自能否(15)和(12)的能量的转移在位置 (13)发生di，在位置(14)发生ci。位置(13)的图象成分分离器 (13A)阻止位置(13)的能量到达位置(16)，而同时允许来自位置( 14)的能量通过。这一级的最大放大为在当能束(15)的能级足够高时能束 (12)最大值的二倍。因此，当能束(9)为最大时，位置(14)含有为4 倍能束(9)的最大能级的来自能束(9)、(10)和(15)的能量。当能 束(9)截止时，位置(11)不发生干涉，所以能束(12)截止，使得能束 (14)截止。结果能束(14)即由能束(9)控制。

第三放大器在位置(16)和(17)。这里最大的放大量为能束(14) 的最大值的二倍，故能束(18)被设定为4倍能束(9)。当能束(9)为最 大时，位置(16)的di使来自能束(18)和(14)的能量转移到ci位 置(17)，它直接传送到此级连系列的输出(能束(19))。图象成分分离 器(16A)阻止来自位置(16)的能量通往输出(能束(19))，但同时 允许被转移到位置(17)的能量通往输出(能束(19))。结果，输出能束 (19)含有总共能量为能束(9)的8倍的来自能束(9)、(10)、(1 5)和(18)的能量。当能束(9)截止时，能束(14)也截止，使得能束 (19)截止。

能束(19)的输出完全由能束(9)控制。由于能束(15)和(18) 大于能束(9)并因由能束(9)控制的干涉被转移或不被转移到输出(19)， 所以能束(9)控制着很大的能束。自然，人们可以按需要增加可能多的放大器 来使一小能束能控制非常大的能束。此过程在性质上类似于、但也能够以利用输 入到能束(9)的或高或低的输入信号来作二进制信号运行。

采用第一类型的特殊干涉，切断任一功率能束(能束(10)、(15)或 (18))将切断输出能束(9)。结果，本发明的这一实施例就成为一门控的 级连放大器，也被称为门控雪崩放大器，因为一小输入使得能量雪崩地通过装置 进行输出。

采用第二类型干涉，切断任一功率能束降低能束(19)的总输出，但因为 第一级的控制能束的传送而并不终止此输出。只有能束(9)才完全控制这一序 列。

所有的各单独放大器的特点也均应用到此级连的放大器。这一申请中所揭示 的其他设置内的所有的放大器均能被替换为一级连系列。

采用第一类型干涉，如果任一放大器被驱动进饱和状态，此序列即实际上成 为饱和态。如果应用了多频率，它们全部被放大，但如果控制能束中或功率能束 中有一个消失，此消失者将不被放大。除第一个外的任一放大器均能适应一反相 输出，即输出能束(19)能被导引进一反相器。这样就能产生一放大的反相器。

在功率能束具有各异的特性时，有可能构成许多有意义的和有价值的设置。 例如，如果各功率输入具有对不同的功率输入作不同的幅值分布的多个频率，那 么那些具有公共特性的频率的子集，在每一级作为一有源滤波器运作时，被选择 出以便允许只有如图4中所示和上述第8部分中所述的被设计为通过的能量通过。

类似地，当一设置为窄带而其他为宽带时，总的带宽将是以窄带设置的带宽。 (11.多输入“与”)

在以上的级连放大器中，功率能束以及控制输入能束能被提供以相等的能级。 利用第一类型特殊干涉，切断任一个输入即切断输出能束(19)，而得到一多 输入“与”。

将控制器连接到包括另外的控制器在内的其他能束装置的手段和方法也在图 5中加以说明。为进行操作，每一输入，例如能束(2)，都必须具有频率、相 位、幅值、断面、能级、能束方向和一致性，而如果受调制的，还有定时的调制 包迹。每一后随装置，例如下一放大器、位置(13)和能束(14)均具有相 同的要求。

为相互连接多个装置，互连镜片必须考虑所有这些要求。如果需要可在各种 不同位置和/或能束之间，例如在能束(12)和位置(13)之间加以附加的 光学元件，以纠正任何问题和将一放大器的输出与另一个的输入进行匹配。当采 用非常复杂的图象时也是这样，这时基本上是将大量的这些并行和串行运行的基 本装置与其他的并行装置相集聚。 (12.反馈，双稳设置)

图6表示如何在本发明中加入反馈电路。能束(1)为放大器提供能量。图 象成分分离器(6)防止未被干涉转移的能量进到输出(5)。当控制能束(2) 连同功率能束(1)一齐在运行中，就在位置(3)发生di，在位置(4)发 生ci，得到输出(5)。

因输出(5)能在多个位号检取，利用光学元件(20)和(21)例如反 射镜重新定向输出(5)的一部分。这一能束重新进入放大器作为另一控制能束， “反馈能束”(22)。它被取向得使反馈能量与控制能束(能束(2))同相 向与功率能束(能束(1))异相。

一开始输出(5)截止。控制能束(能束(2))的输入脉冲被放大。输出 的一部分与这一控制能束(能束(2))同相地馈送回到输入。再生成的反馈使 得输出(5)和反馈能束(22)突然增加。其增加多少取决于反馈能束(22) 的强度。

如果反馈能束(22)是输出(5)的一小部分，放大将会增强，正如其电 子对等物一样。如果输出(5)的一大部分被用于反馈，输出(5)将突然增加 到饱和点。

此时输出(5)工作，在输入脉冲断开时会怎样？如果反馈能束(22)仅 足够加强放大，输出(5)将被降低到其最低输出电平。如果反馈能束(22) 将输出(5)驱动到饱和点，则输(5)将保持工作，使设置呈双稳态。结果控 制能束(能束(2))成为一“设定”输入。瞬时地脉冲断开反馈能束(22) 或功率能束(能束(1))将使设置复位。

这一设置是非常灵敏的。它能被作成来响应一单个的光子。因此，它能被用 作为一非常灵敏的频率和相敏能量传感器。

对于大多数数字应用来说这一能束电能可能太灵敏。为了能控制其灵敏度， 需要寻求能级检测过程。 (13.阀值检测器)

图7为一利用输入求和级的阀值检测器和一利用放大器的相位检测器。阀值 检测器利用二重要过程：能束求和和能束放大器的相位滤波和灵敏度。

这图中的剖面线用于识别能束，但其是否在运行取决于下述的关系。

能束求和是接口具有各种不同开关时间和幅值的能束信号的一个非常重要的 概念。求和发生在位置(23)。多输入和图象被加以分隔，如同其他图象的被 分隔。在这种情况下以断面表示的掩膜(24)使能仅有来自求和位置的能量能 被发送到放大器的能束(2)。

对于大部分应用，输入(25)和(26)相互相位差180°。当被加以 更多输入时，它们将具有此二相位中之一而不能是中间某一相位。其理由如图8 中所示。

图8表示四个向量图，说明二能量和的四种可能性。通用格式采用标准的向 量三角形(8A)。任何二向量(三角形的边)的组合产生第三个。箭头的长度 为其幅值，其由12点垂线起的角度为相位角，垂直向上代表0相位，而垂直向 下代表180°的相位。

以保持图7的输入能束(25)和(26)的相位关系，即它们的相位关系 是0或180°，求和位置(23)的和将由图8的(8B)、(8C)和(8 D)的图形来表示。因为输入相位角是同相位或完全不同的，向量三角形就简化 成一直线。此和将具有二者中较大者的相位和等于它们间之差的幅值。

如果一能束保持恒定幅值而另一个由零缓慢上升，此恒定的能束最初将确定 和的相位(8B)。当能束相等时，输出幅值降至零(8C)。当其成为大于恒 定能束，输出突然移相(8D)以能匹配二者中较大者。这种即使在输入缓慢变 化时发生的突然的相位变化是本发明中能级或阀值检测的基础。

图7中，能束(26)被叫做“阀值控制能束”。它持有一基本恒定的能级。 该能级确定将被检测的阀值。能束(25)被叫做“触发器能束”，因为在其能 级升高到阀值以上时它将触发输出(5)。

当能束(25)截止时，求和位置(23)的和其相位由阀值控制能束(2 6)确定。被分离的能量被导引至一具有持基本恒定能级的功率能束(1)的放 大器的能束(2)，如上面在讨论放大时所述。

恰当地设定通路长度，这时能束(2)的相位将以在位置(3)产生相长干 涉来将相位检测放大器驱动到截止，使得在位置(4)无能量。输出(5)截止。

求和位置(23)的和是什么无关紧要。只要它产生具有等于阈值控制能束 (26)的相位的和，输出(5)就将保持为截止。对照图8和8A的能级(8 B)。这就是说，在输入(25)上升时，它能在阀值以下随意摆动而不会改变 输出(5)。

图8A中的图形表明触发器信号能在阀值之下摆动而不会促使输出(5)改 变的情形。当触发器能束(25)等于阀值控制能束(26)时，如图(8C) 中所示的(输出(5))维持截止因为能束(2)的幅值为零。

当触发器能束(25)上升超过阀值(8C)时，能束(2)就具有适当的 相位以在(8D)产生一被放大的(输出(5))。

结果就得到一具有可调整阀值的非常灵敏的阀值检测器。依靠改变能束(2 6)的能级或者以对求和位置(23)提供与阀值控制能束(26)同相位的或 与触发器能束(25)同相位的附加的输入，就能对阀值作静态的或动态调节。 (14.施密特触发器和设定/复位双稳设置)

通过增加反馈可将阀值检测器作成双稳的或者一施密特触发器。图9为象图 7的一阀值检测器，对求和位置(23)加有另外二个输入。

图中的剖面线用于识别能束，但一特定能束是否在运行中取决于下述的关系。

输出(5)的一部分被利用任何通常的光学系统如反射镜(29)引导以提 供反馈输入能束(27)。能束(27)与阀值控制能束(26)异相地到达求 和位置(23)。

其运行过程在图10的图形中说明。

一开始，输出(5)截止，功率能束(1)和阀值控制能束(26)在运行 中。触发器能束(25)在一低于能束(26)的能级的能级下进入运行，并与 能束(26)作代数相加。未达到阀值(如以上对阀值检器所述的)，所以在位 置(3)和(4)的相位控制器保持切断。

触发器能束(25)的上升电平到达阀值，于是输出(5)开始导通。输出 (5)的一部分被导引至能束(27)。因为它与触发器能束(25)同相位， 所以产生再生反馈，迫使相位检测器进入或接近饱和状态。因而输出(5)完全 接通。

此设置是双稳还是施密特触发器取决于能束(27)的能级。如果它小于阀 值控制能束(26)，此设置将为一施密特触发器。当触发器输入低于阀值时， 此阀值将被达到，求和位置(23)处的相位将反转，而相位检测器将再次进入 切断状态。

如果反馈能束(27)大于阀值控制能束(26)，此设置将是双稳。在触 发器能束(25)进入截止时，能束(27)将仍然具有足够的能量维持求和位 置(23)的能量高于阀值。这样触发器能束(25)即可被称为“设定”输入。

为复位此设置，加入能束(28)作为复位输入。能束(28)中的能量脉 冲与阀值控制能束(26)同相位地到达求和位置(23)，将阀值提高到反馈 能束(27)的能级之上，使得求和位置(23)处的相位倒转和迫使阀值检测 器截止。 (15.多输入“与”和“或”，以及模糊逻辑元件)

图11表明利用图7或图9如何能在需要时设定阀值能级来构成一多输入“ 与”。阀值控制能束(26)被设定得使阀值能与所希望的操作型式相匹配。图 11中，“与”阀值表明阀值被设定为刚好低于在所有触发器输入均在运行中时 发生的最大和情况，在这种情况下输入为能束(25)和(28)，能束(28) 与能束(25)同相位。因为所有触发器输入均必须在运行中来达到阀值，而且 可以将按入们所希望数量的触发器输入加到此设置，所以它的功能作用就是一多 输入“与”。

如果将阀值控制能束(26)设定得很低，以使得在任一触发器能束进入运 行时即达到阀值，则就实现了一“或”阀值而输出导通。这即为一多输入“或”。

如采用图7的设置，则可将所有输入能束的能级设定得成为由增加任何使求 和位置(23)高于阀值的能束即发生饱和。如果采用图9的设置，则其输入被 设定为使其作为一施密特触发器运作。

则于可将阀值设定在“与”阀值和“或”阀值间的任何一点，所以此设置能 被用于模糊逻辑和神经电路中。阀值控制能束(26)可起一可调节的“加数” 输入的作用。 (16.“与非”)

使基本控制器如前向图中所示那样运行，就可利用通常的具有符合所用能束 位置的标记的逻辑符号来说明逻辑连接。本说明类的所有逻辑图中均采用重复号 码，它们是指明与图2A～2D、3和3A中所说明的同样能束类型被应用于各 个的逻辑文件。例如，图12表示一带有被导引到能束(2)的一反相器符号的 (5)输出的“与”符号。此“与”符号是指图2A～2D的设置，而反相器符 号是指图3和3A的设置。当然，级连设置也能如上面第9节所述加以应用。

图12表示“与非”的逻辑图。(30)是如图2A～2D中的“与”。( 31)是如图3和3A中的反相器，但美国专利5092802中说明的反相器 也能用作这一反相器。反相器(31)的输入(1)被加以功率能束(P)。( 30)对输入信号(NAND1)和(NAND2)提供“与”功能，(31) 执行“非”功能在(NAND3)产生“与非”功能输出。 (17.“或非”)

图13表示一“或非”的逻辑图。二反器(32)和(33)被由(P)加 以功率能束。输入(NOR1)或(NOR2)在进入“与”(34)之前被反 相。这产生一“或非”输出(NOR3)。 (18.“异或”)

图14表示一如现有技术“异或”那样在其输出不改变相位的“异或”的逻 辑图。(XOR1)和(XOR2)为对求和位置(35)的输入。这一求和位 置正如图8和8A的(8B)、(8C)和(8D)和图7及图9的位置(23) 中描述的求和位置那样地运行。

求和位置(35)只要(XOR1)或(XOR2)自身在运行即产生一双 相位输出。求和位置(35)的输出被导引至用作为相位检测器的二个“与”( 36)和(37)。虽然采用“与”符号，这种情况下也可以采用第二类型特殊 干涉。

恒定功率能束被由P供给“与”(36)。还对“与”(37)供给功率， 但它被移相器(38)作180°的第一相移。这种相移可由一光学元件或者仅 仅以恰当地定位组件来完成。因此，当XOR1则自身在运行中时，作相位检测 器操作的“与”(36)给出输出，而“与”(37)则没有。当XOR2自身 在运行中时，它与XOR1相位差180°，求和位置(35)的输出亦如是。 现在“与”(36)切断，而“与”(37)提供输出。

分隔此二相位后，它们就能被一齐带回。“与”(36)的输出被移相器( 39)或位置处理作180°相移。“与”(37)和经移相的“与”(36) 的输出被一齐导至另一求和位置(40)。这产生XOR3的“异或”输出，不 管XOR1还是XOR2本身在作“异或”运行均产生相同的输出相位。如果X OR1和XOR2一齐运行或截止，XOR3即截止。 (19.二进制半加法器)

图15中表示二进制半加法器。图14的“异或”采用通常的“异或”符号 (41)表示。二输入(42)和(43)被分配到“异或”(41)和“与” (44)双方。“异或”提供和(SUM)输出，而“与”(44)提供进位( CARRY)输出。 (20.钟控双稳)

图16表示用于时钟控制一能量波形双稳装置(FF)的逻辑图。(FF) 是如同图9中所示的一双稳设置。能束(25)提供设定脉冲，能束(28)提 供复位脉冲。

为了产生恰当定时的设定和复位脉冲，CLK时钟脉冲必须被首先导引到( FF)的设定输入能束(25)而后再到复位输入能束(28)。

功能如图9中所示提供给触发器(FF)。一开始(FF)被复位，输出( 5)截止。反相器(47)经一能束由(P)加给功率。其输出导通，启动“与” (46)。

进入CLK的脉冲被导入到“与”(45)和(46)。到目前还没有来自 延迟线(48)的能量，故“与”(45)被禁止。来自(CLK)的第一脉冲 通过被启动的“与”(46)并通过能束(25)设定触发器(FF)，接通输 出(5)。

输出(5)的一部分通过延迟通路(48)。在能量由延迟通路(48)出 来之前，来自(CLK)的此第一时钟脉冲终止以保证设定功能完成。

来自延迟通路(48)的延迟能量启动“与”(45)，并被导引至反相器 (47)。这使得反相器(47)截止，关闭“与”(46)。

来自CLK的第二脉冲在“与”(46)被关闭和“与”(45)被启动时 到达。这使得能量脉冲通过到能束(28)，复位(FF)。

能量继续由延迟通路(48)输出以保证复位操作完成。来自CLK的第二 脉冲在(48)的延迟时间结束之前终止。然后来自延迟通路(48)的能量终 止，启动“与”(46)和禁止“与”(45)，并完成时钟控制周期。 (21.差分，和二进数计数器)

图17(17A)为在如图16那样的钟控双稳设置的输出得到的典型的双 稳信号的图形，该信号可被用作为一二进数计数器的输入。一二进制数计数器基 本上是一由具有可变长脉冲的二进制脉冲能束作时钟控制的双稳装置。图18表 明一二进制数计数器的逻辑图。

图18中(CFF)是图16的钟控触发器。它要求(CLK)的时钟脉冲 短于图16延迟通路(48)的时间。可变长脉冲示于图17和图形(17A) 中，被作为二进制数计数器的输入示于图18(BI)。

第一二进制脉冲在图17时间(51)开始。为产生标准长脉冲，(BI) 的一部分被导引到求和位置(49)，另外部分被导引至图18中的延迟通路( 50)。到目前求和位置(49)还没有另外的输入。其输出在运行中，它开始 CLK的第一时钟脉冲。

延迟通路(50)在图17中所示的时间(52)之前没有能量输出，在这 一时间，能量由延迟通路(50)出来形成求和位置(49)的di，结束进入 CLK的第一时钟脉冲。延迟通路(50)的延迟时间短于图16中延迟通路( 48)的启动延迟时间。

CLK只要到求和位置的二输入保持在运行就维持截止，直至BI输入切断， 且求和位置(49)的di停止的时间(53)。延迟通路(50)中仍然存在 能量，所以求和位置(49)开始输出另一脉冲。但因在求和位置(49)利用 di，这一脉冲与图17中由剖面线表示的第一脉冲相位相差180°。这表明 为一能量脉冲的差分过程。

CFF中的相位检测控制器不相应这一能量相位，所以这些脉冲被忽略。当 延迟通路(50)中所有的能量耗尽时，CLK的反向相位脉冲在时间(54) 结束。在时间(55)过程重复，CFF第二次被作钟控。这产生具有(BI) 的时钟频率一半的波形(17C)的CFF输出BC。从而单个的二进数被以二 进制计数。

为使除一小部分外全部能量通过差分过程，通过(49)，脉冲升高和/或 下降的速率必须大于通过(50)的延迟周期。如果升高或下降时间太慢，则d i将在由(49)的输出能达到最大值之前建立或去消。因此，迅速上升或下降 的脉冲将通过差分过程，而缓慢地变化的脉冲将被衰减。

这种差分过程可被应用于大量不同的能束电路，正如其电子对应物是电子技 术中一通用工具那样。 (22.二进计数器)

级连的二进数计数器系列，BDC1～BDCN如图19中所示。每一二进 数计数器BDC如图18所示。每一BDC的各个BC输出被导引至下一BDC 的BI输入。

一系列欲加计数的脉冲在第一输入(56)和图形(56)进入。操作与电 子的相同，除开在采用光线的本发明时过程以光速计数这一点以外。

图形(57)～(59)示出匹配能束(57)-(59)的典型的二进计 数器输出。可加入所需要的数量的二进数计数器，如带有其输出为(60)的… …BCDN所示。 (23.门控振荡器)

图20表示一门控振荡器。放大器(61)提供放大。其功率能束(1)由 能束(G)供给。其控制输入能束(2)由一反相器(63)的输出提供。反相 器的功率来自于能束(p)。最初，反相器(6 3)在运行，它将能量导引至放 大器(61)的能束(2)，接着被放大产生输出(5)的输出。

输出(5)的一部分被导引进延迟通路(62)以提供反馈信号。通过整个 电路的累积延迟是一频率确定的装置，但通过(62)的延迟时间是主要决定因 素。延时通路(62)的输出切断反相器(63)。输出(8)切断放大器(6 1)和输出(5)，完成一周期。

只要有功率供给放大器(61)，振荡器就继续接通和关断能束。当恒定的 能级输入(G)被关断时，振荡停止。当(G)接通，振荡再开始。 (25.方波振荡器)

图21表示一方波振荡器。FF是图9的设定/复位双稳设置。功率由(G) 供给能束(1)。输出(5)的一部分被导引至延迟通路(64)，得到起基本 频率确定装置功能作用的基本时间延迟。延迟通路(64)的输出被导引至双稳 装置(FF)的复位输入(28)。

最初，输出(5)截止。输入(25)被开通并在欲发生时间振荡期间保持 接通。达到阀值，输出(5)导通。在通过延迟通路(64)延迟后FF被复位， 因为复位输出(28)与输入(25)的设定信号异相。它使得组合输入下降到 低于阀值，输出(5)截止。(28)继续维持组合输入低于阀值直至(5)的 脉冲终结能通过延迟(64)，完成一周期。

将输入(25)关断使得组合输入低于阀值，而使振荡停止。在输入(25) 进入运行时它自行起动。振荡也可能由切断门控功率源G来加以关断。

以图20中所示的门控振荡器将采用模拟及数字信号运行，取决于被延迟的 反馈信号驱动放大器的苛刻程度。因此，可能产生正弦波的波形包迹。另一方面， 图21的方波振荡器因为触发器FF而在性质上是二进制的。因此它产生方波波 形的输出SQR。 (25.单稳)

为执行单稳功能仅需作一种变动来改变图21的方波振荡器。如果将设定脉 冲接通较通过延迟通路(64)的时间延迟要短的时间周期，则此设置就将仅作 经过一周期的循环而后切断。 (26.D双稳功能)

图22表示一条用图9中那样的设定/复位触发器的D双稳设置。能束(D) 以输入二进制数据调制。部分被引导进“与”(65)和反相器(66)，反相 器(66)的输出(8)被导引进“与”(67)。“与”(65)在其输出时 通过输入(25)设定触发器FF，而“与”(67)通过输入(28)在其运 行时复位FF。启动能束(E)被导引至“与”(65)和“与”(67)的另 外二个输入。

图22还具有表明这一D双稳功能如何运作的图形。一开始在时间(68)， (D)截止。只要“与”(65)和(67)截止(D)状态中的任何变化均对 (FF)的状态无影响，如在时间(68)和(69)所示。在时间(70)启 动脉冲(E)进入运行，使能“与”(65)和(67)，并使(D)的状态被 置入FF。在时间(70)，(D)截止，使得“与”(65)截止和反相器( 66)运行。这随着接通“与”(67)，因为它也已为(E)启动。“与”( 67)输出一复位脉冲至输入(28)，只要(E)在运行中就维持不变。现在 在FF的输出(5)出现(D)的状态。在启动脉冲(E)终结之后，(D)中 的变化再次对(FF)不起作用。

在时间(71)，另一启动脉冲启动“与”(65)和(67)。这时(D) 运行，将反相器(66)切断，而保持“与”(67)截止。现在能束(D)的 一部分可接通“与”(65)，给输入(25)加以脉冲，设定触发器FF。现 在在FF的输出(5)上出现新的(D)状态。启动脉冲(E)在(D)改变状 态时再次终止。

如果(D)在(E)终止前要改变状态，只要(D)保持这一最后状态足够 发生完整的设定或复位周期的长度，(D)的最后状态就将被置入FF。 (27.频率多路选择器)

图23(A)表示用于频率多路选择器的逻辑图。一组控制器(如图2A～ 2E中的)被用作为滤波器F1～FN。频率多路化输入能束(72)被分配到 每一个滤波器的控制输入。各功率能束(73)～(76)被加以不同频率的能 量。输出(77)～(80)各自仅含有一以在作多路化处理期间频率被以之进 行调制的任何信息幅度调制的频率。

图23B表示一所有控制器共用部件(3)、(72)和(81)的频率多 路选择器。但每一频率均将具有分开的输出位置(77)～(80)，就象阳光 中的不同频率分离来构成一彩虹那样。独立的频率功率能束能被组合成一单个的 输入功率能束(81)以便作成能易于以之工作的分开的几何结构，不过这不是 所要求的。 (27.时分多路选择器)

多路选择器具有由一共用输出得到多个输出的公共性质。图23A可被用作 为一采用不同的功率能束设置的时分多路选择器。

在这种情况下，输入(72)具有时分多路化信息，即串行脉冲。输入(7 3)～(76)具有一经排序的脉冲系列。控制器作为放大“与”作用。在每一 控制器被按其顺序逐个地加以脉冲时，能束(72)上的任何信息均将输出到分 开的输出(77)～(80)。如此开始，就能完成进一步的处理如设定一双稳 装置。

图23C表示“与”F1～FN能如何共用一公共的di位置。能束(72) 进入一复杂控制器。各个输入(73)～(76)的取向相互是不同的，以使给 输出(77)～(80)提供不同的位置。因功率输入是顺序的，将由能束(7 2)提取每一比特(位)帧并将其转移向不同方向以得到独立的输出。 (28.时分多路器)

时分多路器基本上是一并/串变换器。图24表示一时分多路器的逻辑图。 输入能束(81)～(84)被加以并行信息。参看图24A中的图形。功率输 入(85)～(88)顺次对被组成为“与”的控制器CR1～CRN加以脉冲。 各控制器的输出被导引至位置(89)处的一公共输出能束(90)。

这样输出能束(90)即包含一系列顺序取自能束(85)～(88)上的 数据的脉冲。一般不会在位置(89)发生信号的叠合，因为没有两个输入在同 时运行。 (29.相位锁定)

相位锁定基本上是后跟以同相多路化的时分相位多路选择。图25为一锁相 设置的逻辑图。摆动的相位能束(91)被分配到一被构成相位解调器的控制器 阵列的控制输入。功率输入(92)～(95)各自被加以不同相位的恒定能级 能量。相位摆动能束存在于一个相位，然后转换到另一个，然后再另一个。它可 以是随机的或者是其种格式的。在任一给定时刻出现的不管任何相位时，至少一 个相位解调器PD1～PDN将会产生一输出，因为设置有足以覆盖整个相位摆 动范围的相位解调器。

一旦经过作多路选择，每一控制器输出经受相移(96)～(99)以使得 在各自导通时其能量将到达位置(100)并进入输出(101)，具有与其他 的相同的相位。

功率输入(92)～(95)每一个均具有恒定的相位，虽然从另一个作了 相位调整。各控制器输出的相位也是恒定的，在运行中时已由控制器中的Ci所 产生。因此，引入特定的相移使得重新多路化的输出(101)能具有任何人们 所设想的应产生的相位格式。为产生相位锁定，这些相移仅被作成输出基本上恒 定的相位。

如果相位摆动能束是例如一外向的要与另一激光匹配的激光，则由二激光出 来的能量(101)将具有相同相位。

如果相位摆动能束(91)作幅度调制，则输出(101)也同样为调幅的。 如果例如相位摆动能束(91)来自一光纤，则其信息需要被加到一来自一本地 激光的能束上以使其能作光子学处理。这一设置将完成该工作。

(30.结论)

本发明已使这许多共用逻辑步骤能利用能束来实现。它们中每一个都具有二 个附加到它们的独特性上有意义的品质。首先，它们能被作得十分小。如以上的 揭示所说明的，在这些过程被执行时发生差异，及装置以波长大小构成。光学设 置越精确，各控制器就越精确地完成其设计任务，不管是窄带还是宽带。

第二个重要特征是，许多这些过程能由占有共用位置的控制器来完成。一复 杂的输入能束可以由一组具有微小差异的几何结构、脉冲定时、频率、相位、和 能级的其他的能束进行处理。总起来，这些操作可被加以结合作为大得很多的动 态图象的细微部分的象素操作。依靠恰当地定时、定向、调制、和选择构成复杂 图象的各单独的射线，或射线组，整个实现光速计算的计算机就能在一非常小的 空间构成。

散置有特殊的窄带装置的频率多路宽带装置的原理使得强能进行对所用的能 流作全面控制的复杂操作。这样生成的动态图象能以波长尺寸使数据、地址、定 时、存贮和其他各种信息从象素到象素作往返运动。

不管是频分还是时分，多路化和多路选择二者都基本上分离、分类和组合操 作。以适当顺序配置一许多控制器的阵列和恰当地选取各实施方案，可以进行许 多不同的过程。它们包括有时分和频分多路化和多路选择、地址译码、分类和通 道转换。

利用本发明不可能执行如光纤网络中应用的光学开关、光学计算、全息图和 动态图象的控制和管理。在应用声波时，可以实现象声纳和声纳图等各种不同的 图象处理。

其他图象的象素到象素的控制和应用特征的组织使得有可能进行过去难以或 者不可能进行的许多作业。这些包括工业选配用大小运动粒子流的处理、电子显 徽镜、激光切割，和其他需要能量或运动粒子被精确地控制的过程。

最重要的是，在光学计算机，包括那些利用本发明构成的被设计用来操纵和控 制许多也可以是采用本发明构成的输入和输出外设时，这些操作将成为更广泛和 有价值。

这一揭示说明提供不仅只是采用特殊干涉的基本发明。它还拟定了为实现和 组织带有其他能束处理的控制器的部件相互连接和能束操纵。它提供了为完成早 先被局限于缓慢的电子技术领域中的任务的基本手段和方法。作为这一广泛的揭 示说明的直接结果是，实践上在电子技术领域很普遍的逻辑组织或层次结构能以 这一新的能束技术来实现，特别是在光线中。这是因为各种的逻辑配置的特定示 例均加以完全的说明，表明如何相互连接部件来完成复杂的逻辑任务。

人们已经研究光、声、粒子波和其他能量形式数个世纪。叠加原理已清楚地 理解了超过150年，但通常的方法，甚至光学方法，已碰到那些由用来生成它 们的基础过程的基本物理现象所产生的困难。

光子计算领域处于绝境中。本发明利用迄今目前被忽视的特殊干涉扫除了这 一障碍。本发明提出了一全新的技术。作为一直接的结果，本发明有望成为21 世纪计算机科学的基础。