Оптические вычисления - Арратуна Р.
Скачать (прямая ссылка):
идентичны. Величина контраста ограничена исключительно сильным
поглощением в сильно энергетической области резонанса поглощения (тот же
механизм поглощения вызывает трудности с каскадированием ОЛЭФП на основе
GaAs при комнатной температуре). Хотя быстродействие СЭОУ не ограничено
потерями времени на нарастание поля в резонаторе, оно, однако, ограничено
временной RC-постоянной, определяемой управляющей электронной схемой. В
настоящее время самый короткий экспериментально полученный временной цикл
составляет около 30 не, но в устройствах в интегральном исполнении
возможны субнаносе-кундные времена.
Несмотря на ограничения, накладываемые на размер, быстродействие и
контраст, прошедшие испытания несколько типов СЭОУ проявили себя
исключительно хорошо. Как и в случае с устройствами на основе резонаторов
Фабри - Перо, дальнейшие разработки в области материалов могут привести к
значительному улучшению характеристик устройств данного типа. Характерной
чертой, которая отличает СЭОУ от чисто оптических устройств, является то,
что они могут быть сопряжены с электроникой сразу двумя путями; т. е. ими
можно управлять чисто электронными способами, используя в качестве
модуляторов света, или они могут быть включены в схему в качестве
Глава 2. Бистабильные устройства и логические элементы 69
фотодетекторов. Это их качество обоснованно делает вероятным то, что СЭОУ
или какие-то ответвления от этой основной концепции будут играть важную
роль в оптических вычислительных системах.
2.8. Факторы, ограничивающие предельные величины коэффициентов усиления,
разветвления по выходу, объединения по входу
Оптические бистабильные устройства (ОБУ) (резонаторы Фабри- Перо, СЭОУ и
др.) имеют очень большие, стремящиеся к бесконечности значения
дифференциальных коэффициентов усиления при переключающей интенсивности
1вкл* В литературе, например [31], встречались сообщения об
экспериментально полученных коэффициентах усиления, превышающих 104.
Здесь для простоты и наглядности под коэффициентом усиления, называемым
далее просто усилением, подразумевается крутизна зависимости выходного
сигнала от входного сигнала.
Мощность входного сигнала, (мкВт)
Рис. 2.12. Интенсивность на выходе СЭОУ в зависимости от входной
интенсивности для Х=853 нм. Диаметр СЭОУ - 100 мкм, напряжения питания
обратной полярности - от 0 до 6 В, используется режим питания постоянного
тока при 9,3 мкА. Для наглядности нулевые значения последовательно
смещены относительно друг друга.
70
Часть I. Пространственные модуляторы света
Однако имеется ряд соображений, ограничивающих получаемое на практике
значение коэффициента усиления ОБУ. Так, если входной сигнал будет
незначительно превосходить 1ВКл, тогда время переключения будет
существенно больше времени релаксации среды. Это явление, называемое
критическим замедлением [32], возникает вследствие установления
динамического равновесия между процессами возбуждения и релаксации
атомов. Таким образом, чтобы использовать быстродействие, присущее ОБУ, и
получить большую скорость переключения, необходимо, чтобы входной сигнал
имел заметно большую интенсивность по сравнению с 1ВКл- Далее, такие
факторы, как нестабильность лазерного излучения 1Вкл (например,
вследствие изменений температуры и неоднородности характеристик
материалов), разброс значений коэффициента пропускания системы и
возможного влияния старения прибора, диктуют необходимость увеличения
входных сигналов по отношению к подпороговому значению интенсивности.
Таким образом, получаемое на практике полезное усиление определяется
скорее компонентами системы и соображениями надежности, чем параметрами
самого нелинейного устройства.
Значение коэффициента усиления ОЛЭФП зависит преимущественно от
параметров устройства. В данном случае коэффициент усиления определяется
как отношение приращения энергии выходного сигнала к приращению энергии
входного пучка света. Единственным фактором, ограничивающим время
одиночного цикла переключения, является время нарастания поля в
резонаторе. Обсуждавшиеся ранее в отношении ОЛЭФП факторы влияют на
однородность выходного сигнала, но напрямую усиление не ограничивают.
Так, если бы зондирующий пучок действительно не влиял на пропускание
ОЛЭФП, то можно было бы получить произвольно большие значения
коэффициента усиления, так как энергия зондирующего пучка при этом могла
быть произвольно большой. Этого нет на практике, и именно взаимодействие
зондирующего пучка с нелинейной средой ограничивает получаемое усиление.
Например, в логическом вентиле ИЛИ-HE в отсутствие входного сигнала, если
энергия зондирующего пучка крайне велика, именно это взаимодействие будет
определять процесс возбуждения среды и соответственно сдвиг пика
пропускания устройства относительно длины волны света. Следовательно,
энергия выходного пучка не может быть сделана произвольно большой. Это
ограничение усиления аналогично ограничению мощности в рефрактивных ОБУ
