Оптика фемтосекундных лазерных импульсов - Ахманов С.А.
ISBN 5-02-013838-Х
Скачать (прямая ссылка):
Приведенные оценки для энергии переключения En неприменимы к резонансным электрооптическим структурам, например, такого типа, которые используются в бистабильных устройствах. Достигнутая в эксперименте энергия переключения в бистабильных ИО-устройствах составляет примерно 1 пДж и, как показыва-
.209 ют оценки, может быть уменьшена примерно на 2—3 порядка [83].
Принципиальные физические ограничения характеристик специализированных ОИС для обработки информации, например оптически управляемых цифровых оптических переключателей и логических элементов, обусловлены природой взаимодействия оптического излучения с нелинейными материалами, применяемыми для переключателей, и позволяют определить потенциальные области применения цифровых ОИС для обработки информации. В таких ОИС с увеличением быстродействия возрастает уровень потребляемой мощности.
В настоящее время параметры многих разработанных оптически управляемых ОИС приближаются к фундаментальным пределам. Такие устройства при временах переключения Ю-7 ... 10~п с по уровню затрачиваемой энергии на одно переключение уступают полупроводниковым устройством, однако при временах переключения 10~12 ... Ю-14 с оптические устройства оказываются вне конкуренции. В настоящее время еще трудно сказать, какие типы оптически управляемых ОИС и переключателей найдут наиболее широкое применение на практике. Однако ясно, что именно эти ОИС позволяют работать в субпикосекундном диапазоне, что недостижимо для всех других типов ОИС, а также полупроводниковых и джозефсоновских устройств [83].
Основными ограничивающими факторами предельных характеристик ОИС-спектроанализаторов, выполненных на основе диффузионных OB в ниобате лития, являются рассеяние оптического излучения в плоскости планарного волновода, термооптический и фоторефрактивный эффекты и акустооптическая интермодуляция третьего порядка. Анализ показывает, что для достижения частотного разрешения 1 МГц в полосе свыше 1 ГГц в ОИС-спектроанализаторах на основе ниобата лития необходимо учитывать влияние термооптического и фоторефрактивного эффектов. При этом уровень перекрестных помех, обусловленных интермодуляцией, составляет —27 дБ по отношению к уровню интенсивности оптического излучения в первом порядке дифракции. Характеристики планарных дифракционно-решетчатых линз с переменным периодом в планарных OB также имеют принципиальные ограничения [99], что необходимо учитывать при разработке ОИС на их основе.
Для оптических систем передачи и обработки информации представляют интерес, как правило, одномодовые ИО-устройства. Поэтому уровень шумов, вносимых такими устройствами в общий шум информационной системы (который, как это следует из § 5.8, определяется в основном межмодовыми шумами в соединениях волноводных элементов, шумами источников излучения и фотоприемника), обусловлен главным образом тепловыми флук-туациями фазы световой волны и его практически можно не учитывать.
.210 8.3. ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ОПТИЧЕСКИХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ
Перспективы разработки и практического применения ОИС для обработки информации тесно связаны с развитием и достижениями материаловедения и технологии. Проблемы поиска, выбора материалов для ОИС и соответствующих технологий широко обсуждаются в научной литературе в течение многих лет и все еще требуют своего решения. На пути создания ОИС для обработки информации возможна реализация как полностью монолитных, так и гибридных ОИС.
Дальнейшее развитие интегральной оптики и ее внедрение в промышленность требуют прежде всего создания специализированного оборудования, разработки и поиска новых технологических процессов, позволяющих преодолеть конструктивно-техноло-чиеские ограничения, имеющие место в интегральной оптике.
Помимо чисто технологических проблем в интегральной оптике существуют и специфические, которые требуют изучения и решения. Это уменьшение пространственных фазовых флуктуа-ций в OB, снижение оптических потерь на рассеяние, излучение на неоднородностях в волноводных элементах и связанные с ними пространственные шумы, определение оптимальных уровней интеграции волноводных элементов в гибридных и монолитных ОИС. Указанные проблемы могут быть решены как путем совершенствования технологических методов, так и разработкой соответствующей схемотехники ОИС. При этом необходимо учитывать функциональное назначение и области применения разрабатываемых ОИС для информационных систем. Все это выдвигает на сегодняшний день в ряд важнейших проблем интегральной оптики разработку системного подхода к проектированию ОИС для обработки информации.
Для практического применения ОИС в информационных системах предстоит решить проблему совместимости и интеграции ОИС с электронными интегральными микросхемами. В этом направлении делаются только первые шаги. Необходимо изучить во всех аспектах приборную, технологическую, схемотехническую совместимость ОИС различных типов и классов с интегральными микросхемами. В настоящее время уже просматривается возможность гибридной интеграции ОИС-спектроанализаторов, ИО-кор-реляторов, ИО-АЦП и некоторых других ИО-устройств и ОИС с входными и выходными экектронными цепями обработки электрических сигналов. Значительный интерес представляют вопросы интеграции ОИС с оптоэлектронными интегральными схемами на основе полупроводниковых соединений A111Bv. Несомненно перспективна разработка многофункциональных волноводных элементов и устройств для ОИС на основе монокристаллов активных диэлектриков и полупроводниковых материалов.
