Оптические вычисления - Арратуна Р.
Скачать (прямая ссылка):
оптические компьютеры позволят в перспективе одновременно выполнять
миллионы операций, при этом одна операция будет требовать менее 1 не. Это
должно обеспечить скорости обработки, намного большие чем 1016 бит/с.
Шаги в направлении достижения этой цели уже предпринимались. Были созданы
бЬлыпие матрицы оптических логических элементов на GaAs [5, 26]. На рис.
2.9 показан фрагмент матрицы, состоящей из более чем 100X100 элементов, с
размерами квадратной ячейки в 9X9 мкм. Изготовление матриц большего
размера, например I000X1000 элементов, не пред-
Глава 2. Бистабильные устройства и логические элементы
75
ставляется слишком сложным. Изучаются проблемы тепловыделения,
каскадирования и создания параллельной архитектуры [44J.
Исключительно важными являются исследования в направлении поиска
оптических материалов с "быстрыми" и ярко выраженными механизмами
нелинейностей. Целенаправленный подбор материалов с необходимыми
свойствами дает возможность воспользоваться более удобными длинами волн,
получить большее быстродействие и добиться работы приборов при повышенных
температурах. Например, рост полупроводниковых многослойных
кваитоворазмерных структур с различными толщинами квантовых ям методом
МЛЭ делает доступным экситонные резонансы на нужных длинах волн и
энергиях связи; протонная бомбардировка снижает время жизни носителей,
тем самым увеличивая быстродействие устройств. Полупроводники, особенно
GaAs, являются наиболее многообещающими средами для нелинейной оптической
обработки информации. Однако для некоторых применений, таких как
волноводные устройства, могут стать пригодными органические и фото-
рефрактивные материалы.
Глава 3
КОМПОНЕНТЫ ОПТИЧЕСКОГО ПРОЦЕССОРА НА ОСНОВЕ ПРИБОРОВ С ЗАРЯДОВОЙ СВЯЗЬЮ
(ПЗС)
Б. Е. Бёрк, Лаборатория им. Линкольна, Массачусетсский технологический
институт, Лексингтон, шт. Массачусетс Дж. Хиггинс, Центр исследований и
разработки микроэлектронных изделий, Роквелл Интернэйшенэл, Саузенд Оукс,
шт. Калифорния
3.1. Введение
В настоящее время представляет большой интерес приложение оптических
методов к обработке сигналов и вычислительным задачам. Скорость и
параллельность обработки массивов данных, характерные для оптических
методов, могли бы обеспечить значительное продвижение во многих задачах,
требующих интенсивных вычислений. Поскольку системы, выполняющие
"оптическую обработку сигналов" или "оптические вычисления", часто
являются частью больших и в принципе электронных систем, то для
обозначения этой конкретной области было бы более уместно использовать
термин электрооптическая обработка сигналов (ЭООС). Стремительный рост
быстродействия электронных устройств, особенно основанных на GaAs-полевых
транзисторах, обеспечивает возможность объединения электронных и
оптических процессоров для выполнения специальных сложных операций с
недостижимыми ранее скоростями. Основными элементами, необходимыми для
объединения электронной и оптической частей гибридного процессора,
являются интерфейсные компоненты, соединяющие электронную и оптическую
части. Именно в этой части технология создания ПЗС-приборов наиболее
приспособлена для создания таких процессоров.
Одним из таких классов интерфейсных элементов являются детекторы света.
Будучи объединенными с ПЗС-технологией, такие устройства могут выполнять
гораздо более универсальные функции, чем просто преобразование света в
электрические сигналы. Такие функции включают интегрирование,
мультиплексирование, демультиплексирование и другие операции, необходимые
для предобработки и задания форматов сигналов. Хотя кремниевая ПЗС-
технология достигла впечатляющего уровня интеграции, формирователи
изображений на арсениде галлия дают возможность получения намного больших
скоростей.
Другой класс интерфейсных устройств представляют оптические модуляторы
света. Пространственный модулятор света (ПМС)-это преобразователь,
который накладывает изменяемую в пространстве картину модуляции света на
падающий
Глава 3. Компоненты оптического процессора на основе ПЗС
77
пучок света. Такой шаблон определяется электрическими или оптическими
сигналами, запрограммированными в устройстве. В данном конкретном случае
рассматриваемый здесь элемент относится к типу поглощающих устройств
(рис. 3.1), в котором излучение падает на поверхность двумерной матрицы
элементов или ячеек. Оптическое пропускание каждой ячейки матрицы
программируется независимо, так что свет, возникающий на выходе
модулятора, имеет изменяющуюся в пространстве амплитуду. Фотопленочный
транспарант является примером широко распространенного двумерного ПМС, но
для будущих оптических процессоров наиболее необходимы модуляторы,
способные быстро перепрограммироваться. Большие надежды на решение этой
проблемы связывают с высоким быстродействием ПЗС на GaAs в сочетании с
уникальными особенностями электропоглощения в составных полупроводниковых
структурах.
В данной главе будут проанализированы приложения арсе-нид-галлиевой
