Оптика фемтосекундных лазерных импульсов - Ахманов С.А.
ISBN 5-02-013838-Х
Скачать (прямая ссылка):
На основе рассмотренного принципа разработан 16-канальный ИО-процессор (см. рис. 7.12) для распознавания достаточно сложных объектов, который описан в [83]. В ОИС на основе ниобата лития для уменьшения перекрестных помех и дифракционных эффектов и снижения управляющих напряжений (сигнального и опорного) до уровня менее 5 В секция ввода данных выполнена в виде 16 параллельных друг другу канальных волноводов. Каждый канальный OB шириной 7 мкм начинается и заканчивается параболическим рупором, который расширяется до 50 мкм и сливается с соседними рупорами, образуя общие входной и выходной рупоры с максимальным сечением 800 мкм. Одновременно входной рупор является светоделителем, а выходной служит для совмещения сигнального и опорного пучков. Оптическая ИС обладает достаточно высокой термостабильностью, обеспечивает оптическую эквивалентность обоих плеч интерферометра и позволяет выполнять одну операцию сравнения набора напряжений примерно за 10 не, что соответствует скорости передачи цифровых данных около 5 Гбит-с при работе процессора с восемью уровнями сигнала на канал.
Волноводный интерферометр Маха — Цендера, управляемый электрическими и оптическими сигналами, использован в [189,
.183 t>
Рис. 7.13. Схемы логической оис с оптическим управлением (а) и оптического генератора случайных чисел на ее основе (б):
1 — полупроводниковый лазер с синхронизацией мод; 2— подложка с ОИС; 3— волноводный интерферометр; 4 — фазосдвигающие электроды; 5 — поляризатор; 6 — преобразователь мод
190] для построения и исследования логической ОИС (рис. 7.13). Такая ОИС может найти применение не только как сверхбыстродействующий оптический логический элемент, но и как устройство для кодирования и декодирования оптических цифровых сигналов и для других целей обработки сигналов. Оптическая ИС работает следующим образом- На центральный входной OB поступает непрерывная последовательность оптических импульсов, управляющие оптические импульсы подаются на первый или второй входной OB или на оба одновременно. Дополнительно на интерферометр подается напряжение смещения t/CM, обеспечивающее получение сдвига фаз волн между двумя плечами интерферометра и установку нулевого сигнала на его выходе.
Каждый оптический управляющий сигнал распространяется только в одном плече интерферометра, изменяя вследствие нелинейности материала показатель преломления OB, при этом для устранения интерференции между управляющими и управляемым сигналами они имеют ортогональные поляризации (например, управляющие— ТЕ, управляемый — TM). На выходе интерферометра помещен поляризатор, пропускающий только моду с ТМ-поля-ризацией.
Для нормальной работы ОИС оптические импульсы должны быть соответствующим образом синхронизированы друг с другом. Интенсивность выходного сигнала /вых определяется разностью фаз волн в плечах интерферометра Ф = Фо+АФ (см. выражение (6.1)). Сдвиг фаз Фо создается постоянным напряжением смещения Ucm, а АФ — управляющими оптическими импульсами, причем АФ = я2??А/, где п2 — нелинейная добавка к показателю преломления материала OB п\(п\ = п{й + п2і)\ L — длина области взаимодействия; А/ — разность интенсивностей оптических сигналов в плечах интерферометра.
При подаче напряжения смещения (Фо = л) и отсутствии управляющих импульсов (или одновременной их подаче) выходной сигнал равен нулю. Если управляющий сигнал поступает только 184 в одно из плеч интерферометра, то при некотором значении А/ = / и при одинаковых длительности и форме синхронизированных во всех каналах оптических импульсов ДФ = л. В этом случае выходная интенсивность будет равна интенсивности управляемого импульса на входе интерферометра. Таким образом, рассмотренная ОИС выполняет логическую функцию исключающего ИЛИ. Она может работать и как схема И, если сигнальными входами являются входы 1 и 2, а центральный вход не возбуждается. Такая ОИС может работать в качестве оптического инвертора, если на центральный вход подавать непрерывную последовательность оптических импульсов и убрать постоянное смещение. Сигнал, который необходимо инвертировать, подается на вход 1 (или 2), а выходной сигнал появляется только при отсутствии входного сигнала.
Не останавливаясь на деталях работы и принципах построения логических ОИС других типов, которые более подробно рассмотрены в следующем разделе, покажем некоторые интересные возможности применения описанной ОИС для обработки оптических сигналов. Рассмотренная ОИС может быть использована для построения оптического генератора случайных чисел (см. рис. 7.13,6). Последовательность оптических импульсов от лазера поступает в интерферометр, при этом сигнал на выходе интерферометра из-за сдвига фаз Фо = л, задаваемого постоянным смещением, равен нулю. Такой режим является устойчивым, так как отсутствует обратная связь. После установления стационарного режима лазера в линию задержки подается одиночный импульс от другого источника оптического излучения. Если он синхронизирован "с записывающим сигналом, на выходе схемы формируется некоторая последовательность импульсов. В рассматриваемой схеме оптического генератора случайных чисел волноводный интерферометр и цепь обратной связи являются частью линии задержки (рис. 7.13,6), в которой метками обозначены произвольные одинаковые временные интервалы линии задержки.
