Оптика фемтосекундных лазерных импульсов - Ахманов С.А.
ISBN 5-02-013838-Х
Скачать (прямая ссылка):
Интересные взоможности для построения многофункциональных коммутирующих ОИС с улучшенными характеристиками открывают трехсекционные электрически управляемые направленные ответвители, переключатели на основе ответвителей на трех связанных OB с промежуточным волноводом, переключатели на ответвителях с усилением оптического сигнала, на основе нелинейных OB, оптически управляемые волноводные переключатели на основе квантоворазмерных структур на полупроводниковых соединениях A111Bv и др. [83]. В этом направлении сделаны лишь первые шаги, и требуются дальнейшие исследования по изучению и применению новых возможностей, которые открываются для разработки и построения многофункциональных коммутирующих ОИС, способных одновременно как обрабатывать, так и коммутировать оптические и электрические сигналы.
.205 ГЛАВА 8
ПРЕДЕЛЬНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ОПТИЧЕСКИХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ
8.1. ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ, ОГРАНИЧИВАЮЩИЕ
ВОЗМОЖНОСТИ ИНТЕГРАЛЬНОЙ ОПТИКИ
Перспективы развития ОИС для обработки информации тесно связаны с предельными возможностями, достоинствами и ограничениями, присущими оптическим волноводным методам обработки информации, возможностью интеграции на общей подложке таких ОИС с электронными интегральными микросхемами на основе как гибридной, так и монолитной технологии, а также с совместимостью оптических компонентов ОИС друг с другом, ОИС с волоконными световодами и с интегральными микросхемами.
Остановимся сначала на основных возможностях интегральной оптики, которые используются в разрабатываемых ОИС. Планарный характер оптических волноводных элементов позволяет обеспечить возможность объединения различных волноводных функциональных элементов в ОИС разной степени интеграции на общей подложке и их совместимость с электронными микросхемами, с устройствами акустооптики и акустоэлектроники в оптоэлектронных приборах. Причем по энергетике и чувствительности волноводные устройства интегральной оптики значительно превосходят их объемные аналоги [19, 57].
Ограничивающие факторы в интегральной оптике обусловлены, в конечном счете, волноводным характером распространения оптического излучения в OB и ОИС, определяют предельные возможности ОИС для обработки информации и связаны с двумер-ностью волноводных пучков планарной оптики и пространственными фазовыми флуктуациями в OB [57].
Двумерный характер оптических волноводных пучков приводит к тому, что возможно воспроизведение и преобразование лишь одномерных изображений и сигналов. Поэтому интегральная оптика не имеет прямых перспектив для построения приборов, служащих для воспроизведения неискаженных двумерных изображений. Однако применение интегральной оптики для обработки двумерных изображений в принципе не исключено, так как могут быть разработаны и построены аналоговые системы параллельной обработки в виде многослойных планарных структур, в которых управляющие и управляемые волноводные слои последовательно чередуются друг с другом, заполняя весь рабочий объем оптической системы. Подобные системы могут представлять интерес для картинной логики и адаптивной оптики. Таким образом, од-206 мерность обрабатываемой информации потенциально не является принципиальным ограничением в интегральной оптике, которое может быть устранено в результате ее дальнейшего успешного развития [54, 57].
Причиной существенных ограничений в интегральной оптике могут стать пространственные флуктуации фазы волн в планарных и других типах OB, которые возникают вследствие различного рода неоднородностей в реальных волноводах. Однако в отличие от шумов, которые обусловлены в основном рассеянием света на сосредоточенных неоднородностях, имеющих размеры, сравнимые с длиной волны, величина пространственных фазовых флуктуацнй является интегральной характеристикой неоднородностей:
ДФ (г) = k J б п* (z') dz' , о
где 6га* (г)—отклонение эффективного показателя преломления в OB от номинального (задаваемого) значения. Величина АФ(г) определяется в основном медленно изменяющимися вдоль направления распространения поверхностной волны средними значениями 8n*(z), т. е. плавными неоднородностями волноводных элементов достаточной протяженности. При современном уровне развития технологии интегральной оптики фазовые флуктуации приводят к значительным фазовым ошибкам взаимодействующих волн в ОИС, искажают волновые фронты и существенно ограничивают предельно достижимые характеристики — в первую очередь разрешающую способность и допустимые размеры планарных волноводных элементов и устройств, для работы которых существенно задание определенных фазовых соотношений. Перечень конкретных ограничений, которые создаются в планарной оптике фазовыми флуктуациями, ясен из содержания предыдущих разделов книги и достаточно подробно рассматривается в обзо-ре [57].
Ограничивающими факторами, влияющими на динамический диапазон и уровень перекрестных помех в реальных ОИС, являются оптические потери в OB и волноводных элементах и связанные с ними пространственные шумы (рассеяние) оптического излучения. Волноводная дисперсия, принципиально неустранимая в интегральной оптике, не позволяет создавать бездисперсионные элементы и схемы, сохраняющие свои свойства в широкой полосе частот, например широкополосные отражатели с большим коэффициентом отражения, подобные металлизированным зеркалам в объемной оптике.
