Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Арратуна Р. -> "Оптические вычисления" -> 22

Оптические вычисления - Арратуна Р.

Арратуна Р. Оптические вычисления — М.: Мир, 1993. — 441 c.
Скачать (прямая ссылка): opticheskievichesleniya1993.pdf
Предыдущая << 1 .. 16 17 18 19 20 21 < 22 > 23 24 25 26 27 28 .. 175 >> Следующая

стояние. Когда же приложен переключающий пучок с низкой интенсивностью,
устройство включается и несущий пучок проходит через устройство.
Переключающий пучок в этом случае содержит вводимую в устройство
информацию.
2.3. Требования к характеристикам нелинейных устройств и материалам
Оптические бистабильные устройства и логические элементы, чтобы не
возникало проблем из-за выделяемого тепла, должны при выполнении большого
числа параллельных операций работать с малыми затратами мощности.
Расчеты, проведенные с учетом статистических свойств света, показывают,
что необходимо по крайней мере примерно 300 фотонов на бит и тогда
частота появления ошибок будет меиее 10~12. При этом, например, затраты
энергии для устройства, работающего в видимом диапазоне длин волн,
составят приблизительно 0,1 фДж. А при условии, что мы хотим достичь
скоростей переключения порядка 1 пс, величина потребляемой мощности
должна составлять 0,1 мВт (если, конечно, такие энергии и скорости
достижимы). Устройства должны иметь малые размеры (несколько квадратных
мкм), работать при удобных значениях температуры (например, комнатной) и
длины волньг
Указанные выше желательные параметры нелинейных устройств в свою очередь
накладывают определенные требования на материалы. Так, для переключения
при малых мощностях необходимо наличие у материалов сильных нелинейных
свойств (больших п2). Быстрый отклик и малые времена релаксации
нелинейной среды позволили бы достичь коротких циклов переключения.
Нелинейность должна существовать при комнатной температуре.
Полупроводники и до некоторой степени органические и фоторефрактивные
материалы удовлетворяют большинству этих требований. Однако материал,
который удовлетворял бы одновременно всем этим требованиям, еще не
найден. Электронные и оптические свойства полупроводников, используемых в
нелинейных устройствах, можно изменить, если воспользоваться особыми
свойствами электронов проводимости в полупроводниках, облучаемых квантами
света с энергиями, близкими энергии ширины запрещенной зоны. В этом
случае многие полупроводники, а в частности GaAs, пригодны для создания
электронных, оптических или оптоэлектронных устройств. Полупроводники
также вполне удовлетворяют требованиям, предъявляемым к нелинейным
резонаторам Фабри - Перо. Они привлекают тем, что дают возможность
получить соответствующий коэффициент поглощения (будучи умноженным на
длину он составляет аА~1) на очень коротких расстояниях (~1 мкм), что
позволяет создавать
Глава 2. Бистабильные устройства и логические элементы
57
устройства очень маленьких размеров. Малая длина нелинейного резонатора
Фабри - Перо обеспечивает малое время полного обхода резонатора светом,
так что предельные времена переключения, обусловленные временем
нарастания импульса в резонаторе, составляют обычно субпикосекунды
(~10~пс). Малая длина резонатора также обеспечивает более высокую степень
фокусировки света без существенного увеличения потерь на расходимость,
что позволяет снизить мощность и энергию переключения. Кроме того, чем
лучше сфокусировано лазерное излучение, тем меньше может быть сделан
размер переключающего устройства, что справедливо в том случае, если,
например, можно исключить диффузию носителей за счет подбора размеров
ячейки (см. ниже).
Существование резонансных эффектов в полупроводниках, характеризуемых
большими оптическими нелинейностями, позволяет получить малые мощности
переключения. Например, в квантоворазмерных структурах1* на GaAs-AlGaAs
нелинейная добавка к показателю преломления п2, связанная с резонансом
свободных экситонов при комнатной температуре, составляет ~ 0,1 см2/кВт
[4]. Полупроводники имеют довольно малые времена релаксации,
соответствующие нано- и субна-носекундным временным интервалам, что
обусловливает малые времена переключения. Увеличенная поверхностная
рекомбинация уменьшила время жизни носителей н время восстановления
вентиля НЕ, построенного на резонаторе Фабри - Перо, заполненном GaAs, до
величин менее 200 пс [5]. Облучение сверхрешеток пучками протонов [6]
также позволяло получить близкие времена релаксации. Некоторые
полупроводниковые устройства, такие как квантоворазмерные структуры на
GaAs и AlGaAs, сохраняют своп нелинейные свойства при повышенных
температурах [7] и позволяют достичь переключения при комнатной
температуре [8, 9].
2.4. Причины возникновения нелинейных оптических эффектов в
полупроводниках
Механизм нелинейности в полупроводниках связан с характером оптического
возбуждения в материале. При поглощении квантов с энергией, меньшей
ширины запрещенной зоны, в полупроводнике образуются экситоны [10].
Свободный экситон представляет собой связанное состояние электрона и
дырки (связь осуществляется посредством кулоновского взаимодейст-
'> Дословный перевод английского термина MQW (multiple quantum well
structures) - структура с большим числом квантовых ям. В отечественной
литературе используются одновременно термины сверхрешетка и
Предыдущая << 1 .. 16 17 18 19 20 21 < 22 > 23 24 25 26 27 28 .. 175 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed