Оптические вычисления - Арратуна Р.
Скачать (прямая ссылка):
7,5 см размером существующих гранатовых подложек. Тем не менее на
подложке этого размера могли бы быть получены модуляторы с числом
элементов 512x512 и шагом 100 мкм или с числом элементов 1024X1024 и
шагом 50 мкм.
Переключающие характеристики и характеристики оптического пропускания
определяются большим числом параметров, наиболее существенными из которых
являются следующие:
1. Магнитные параметры: поле анизотропии, намагниченность насыщения и
соответствующее переключающее поле, поле насыщения и подвижность
магнитной доменной 'стенки.
2. Оптические параметры: угол поворота плоскости поляризации, коэффициент
поглощения и соответствующий показатель качества материала (ПКМ).
Все эти параметры могут меняться и зависят от состава гранатовой пленки.
Широкий диапазон возможных вариантов замещений ионов в решетке граната
обеспечивает большое число способов оптимизации материала. Тем не менее
до сих гор не было возможным оптимизировать все параметры в одном
модуляторе, сделанном из конкретного материала. Например, оптические
свойства могут быть улучшены путем замещения висмутом. Однако это
одновременно приводит к увеличе-
Глава 1. Магнитооптические модуляторы света
49
нию поля анизотропии и переключающих полей. С другой стороны, уменьшение
поля анизотропии и переключающих полей до низкого уровня ухудшает
оптические свойства.
За последние годы исследований в области материаловедения наметился
значительный прогресс в понимании роли различных вариантов замещения и
оптимизации состава. Существует реальная надежда на дальнейший успех на
пути оптимизации сразу всех параметров.
Главным недостатком существующих в настоящее время устройств является
низкий коэффициент пропускания света, определяемый фарадеевским вращением
плоскости поляризации, поглощением в материале и толщиной
магнитооптической пленки.
Для материалов с высокой степенью замещения висмутом и большими углами
поворота плоскости поляризации в существующих устройствах пока не удается
достичь оптимальной толщины пленки. Для длины волны в середине видимой
области спектра оптимальная толщина составляла бы около 10- 12 мкм.
Однако современная технология позволяет получить до 5-7 мкм. Таким
образом, здесь имеются возможности для улучшения параметров. Фарадеевское
вращение плоскости поляризации уменьшается при смещении в красную и
инфракрасную области спектра. С другой стороны, имеются "окна" в
коэффициенте "поглощения" в инфракрасной области, где ПКМ оказывается на
несколько порядков больше, чем в видимой области. Когда для оптической
обработки информации используется лазерное излучение в инфракрасной
области, имеется возможность создания модуляторов света с намного более
высокими оптическими коэффициентами пропускания, чем в видимой области.
Трудность, однако, состоит в том, что толщина магнитооптического слоя
должна быть намного большей, чем в видимой области, чтобы получить лучший
коэффициент пропускания (обычно в интервале до 100 мкм). Это делает
технологию изготовления модулятора более сложной. В оптической обработке
сигналов может представлять особый интерес получение углов фарадеевского
вращения плоскости поляризации в 45 или даже 90°. В видимой области это
возможно только при высоком коэффициенте поглощения. Как было показано с
помощью простого устройства, в инфракрасной области могут быть получены
углы поворота плоскости поляризации в 90° в гранатовых материалах при
оптических коэффициентах пропускания до 90% [19, 20, 26]. Однако до сих
пор подробно не изучена возможность создания высокоразрешающих
пространственных модуляторов в инфракрасной области.
При сравнении'термомагнитной адресации и адресации с помощью ионно-
имплантированных центров образования доменов в устройстве "лайтмод"
становится очевидным, что для
50
Часть I. Пространственные модуляторы света
последнего возможны более высокие скорости переключения (около 1 мкс).
При этом скорости различаются приблизительно в 25 раз. Пиковые мощности
управляющих сигналов в обеих концепциях имеют один порядок величины.
Однако средние мощности управляющих сигналов для переключения одного и
того же числа ячеек за заданное время намного меньше в "лайтмоде"
вследствие больших скоростей и соответственно меньшего времени адресации
ячейки.
Вследствие резкого снижения поля анизотропии в зависимости от
температуры, характерного для подхода термомагнитного переключения,
имеется больше возможностей для оптимизации параметров материала. Таким
образом, основанные на термомагнитном переключении реальные модуляторы
содержат большое количество висмута и соответственно обладают большей
эффективностью модуляции света.
Что касается электронных цепей управления, то в сетях управления
магнитных адресных шин, вырабатывающих импульсы тока обеих полярностей в
несколько сотен мА, должны использоваться мостиковые схемы. Управляющие
каскады шин термической адресации могут быть собраны из простых
транзисторных переключателей. Это является преимуществом подхода
