Оптические вычисления - Арратуна Р.
Скачать (прямая ссылка):
Логические вентили на основе ОЛЭФП наиболее эффективно реализуются тогда,
когда и входной, и зондирующий сигналы представляют собой импульсы с
длительностью много меньшей, чем время релаксации среды. Это уменьшает
затра-
60 Часть I. Пространственные модуляторы света
Рис. 2.3. Оптическая бистабильность в квантоворазмерных структурах на
Рис. 2.4. Бистабильность в резонаторе Фабри - Перо, заполненном
квантоворазмерной структурой на GaAs, на длине волны излучения
полупроводникового инжекционного лазера 830 нм. Верхняя правая развертка:
инвертированная зависимость входного сигнала от времени (максимум около 6
мВт). Верхняя левая развертка: зависимость входного от входного сигнала.
Нижняя левая развертка: зависимость выходного сигнала от входного. Нижняя
правая развертка: зависимость выходного сигнала от времени.
Временной масштаб: 500 нс/дел [21].
Глава 2. Бистабильные устройства и логические элементы
61
ты энергии в пересчете на одну логическую операцию, поскольку атомы,
которые должны быть возбуждены, чтобы получить достаточно сильный
нелинейный эффект, нуждаются лишь в однократном возбуждении. Бистабильный
режим работы устройства или режим работы с выдачей непрерывного сигнала,
характеризуемого, кроме того, усилением сигнала, будет поддерживаться по
крайней мере на протяжении среднего времени релаксации среды, таким
образом за время выполнения логической операции атомы релаксируют и
повторно возбуждаются. Время полного цикла выполнения операции в
импульсном режиме также сведено до минимума, потому что в этом случае
отсутствует постоянная засветка на входе, и релаксация происходит в
темноте, с минимальным временем релаксации.
Для того чтобы получить большой коэффициент усиления за времена, много
меньшие среднего времени релаксации, или достичь чувствительности
нелинейной среды к входному пучку, а не к зондирующему сигналу,
устройство должно каким-то образом различать входной и зондирующий лучи.
Для этого могут быть использованы такие параметры, как длина волны,
поляризация, а также различия в геометрии прохождения
Начальная отстройка 0 1 2 Т R
0 1 0,2 0 ИЛИ-Ht ИЛИ
1/2 0,5 0,5 0 И-НЕ (и)
1 0,2 1 .2 искш исхл. или
Г/г 0,1 0,5 0,5 или ,ИЛИ-Н?)
; 2 1 0 0,2 1 и И-НЕ
01/211 1/2 2
6Х
дх
Рис. 2.5. Положение пика пропускания для величин входного сигнала в 0, 1
или 2 (показано сверху над пиками). Начальное значение отстройки
резонатора, отложенное по горизонтальной оси, выражено в единицах ширины
пика пропускания иа полувысоте. Указанные в таблице логические функции
получены при пяти значениях отстройки. Дробные значения в столбцах
таблицы под значениями входного сигнала (0, 1, 2) представляют собой
приближенные значения пропускания зондирующего излучения, когда каждый
входной сигнал сдвигает пик пропускания на одну ширину. Показаны значения
функций вентиля, полученные при пропускании и отражении зондирующего луча
[23].
62
Часть 1. Пространственные модуляторы света
света или во временах прохода света в материале. Селективность по длине
волны привлекает тем, что она часто реализуется очень простыми
средствами. При этом для дальнейшей оптимизации как устройства, так и
всей системы остается возможность использовать поляризацию, длину волны и
т. д. Входной и выходной сигналы в данном случае соответствуют разным
длинам волн, поэтому при необходимости реализации в схеме петли обратной
связи на материал накладываются серьезные дополнительные ограничения.
(Данный вывод касается любого устройства, которое преобразует выходной
сигнал в длину волны входного сигнала.) Причем во втором вентиле
предпочтительно использовать нелинейный материал со свойствами, обратными
к свойствам материала в "первом" устройстве. Другими словами, желательной
является чувствительность к длине волны первого зондирующего луча, а не к
длине волны первого входного луча. В этом случае действительно возможно
построение замкнутой схемы, содержащей два взаимно обратных логических
вентиля. Для задач, требующих нескольких шагов обработки данных, можно
построить каскад резонаторов Фабри - Перо, заполненных полупроводниковыми
материалами, с последовательно увеличивающимися длинами волн.
Режим работы с двумя длинами волн позволяет провести эффективную
оптимизацию схемы с помощью двух зеркал, имеющих большой коэффициент
отражения на длине волны зондирующего луча (чтобы получить хорошую
настройку резонатора), но пропускающих входной луч [24]. Такая
конструкция при заполнении резонатора слоем GaAs или квантоворазмерными
структурами на GaAs позволила при выполнении логических операций получить
контраст 5:1 при энергии входного сигнала лишь 3 пДж [24]. Для чисто
оптического логического устройства это представляет собой минимальное из
значений энергии переключения, о которых когда-либо сообщалось в печати;
однако сюда не включена "неактивная" энергия зондирующего луча, величина
которой определяется коэффициентом пропускания устройства и требованиями
