Оптические вычисления - Арратуна Р.
Скачать (прямая ссылка):
демультиплексор. Анализируемый сигнал в ячейке Брэгга преобразуется в
ультразвук. Лазерный луч при прохождении ячейки претерпевает дифракцию на
бегущей акустической волне, и оптическая схема преобразует это угловое
распределение в пространственное распределение в плоскости детектора.
Таким образом, оптический сигнал в матрице детекторов представляет собой
мгновенное фурье-преоб-разование радиочастотного сигнала.
Иллюстрацией больших возможностей параллельной оптической двумерной
обработки служит показанная на рис. 3.4 схема вычисления разности в
кадре. Основной операцией является сравнение элемент-за-элементом образа
с ранее записанным в память образом. Записанный образ часто представляет
собой более ранний образ того же самого объекта, и вычисление разности
имеет целью обнаружение изменений объекта. Первый образ записан в
двумерном ПМС с обратным контрастом. Таким образом, при прохождении
второго образа через ПМС результатом будет исключение всей информации,
кроме изменений, происходящих в образе. Хотя на рис. 3.4 описан
"электрически" программируемый ПМС, окончательным устройством для таких
применений будет служить "оптически" программируемый ПМС.
В заключение дан пример из области оптических вычислений. На рис. 3.5
описан метод умножения матрицы на матрицу, являющийся изящным примером
оптического систолического процесса и названный архитектурой соединения
матриц. Элементы двух матриц представлены ячейками оптических
транспарантов, при этом пропускание света каждой ячейкой пропорционально
элементам матрицы. Свет из однородного коллимированного источника слева
проходит через транспаранты и ре-
Глава 3. Компоненты оптического процессора на основе ПЗС
81
гистрируется двумерной матрицей детекторов справа. Транспаранты
одновременно смещаются перед детектором на 1 ячейку, как показано на
рисунке, и при каждом шаге подается импульс света от источника. На рис.
3.5, а представлен момент времени, когда свет прошел через элементы
транспарантов ап и Ьц, в результате чего свет с интенсивностью апЬп
собирается в одной ячейке матрицы фотоприемников. По мере выполнения
Радиочастотное
приемное
устройство
Препроцес-
сор
, ШШ
Рис. 3.3. Схема акустооптического спектроанализатора.
Пропускаемый сигнал двумерного ПМС имеет.обратный контраст
Рис. 3.4. Схематическое изображение метода получения разности двух
изображений, в котором используются двумерные ПМС и матрицы
фотоприемников.
82
Часть 1. Пространственные модуляторы света
Коллимированный источник света
а)
Коллимированный источник света
6)
Оптический транспарант А
Матрица фотоприемников
Оптический транспарант Б
Рис. 3.5. Оптический умножитель матрицы на матрицу со встречными потоками
данных, использующий "скользящие" оптические транспаранты [5]:
а - исходное состояние; б - конечное состояние.
Глава 3. Компоненты оптического Процессора на основе ПЗС
83
данного процесса детектор интегрирует суммируемые произведения элементов
матриц. После перемещения транспарантов относительно детектора последний
будет содержать требуемое произведение матриц (рис. 3.5, б). В дополнение
к детектору в данном подходе требуется ПМС, обладающий способностью
шагового перемещения или "прокрутки" значений пропускания относительно
модулятора. В разд. 3.5 будет показано, что эта особенность является
неотъемлемой чертой ПМС на основе ПЗС-структур.
Все эти примеры оптических процессоров имеют общий вид, показанный на
рис. 3.6 и обычно включающий (1) источник света, (2) один или более
пространственных модуляторов света, (3) оптические элементы (такие как
линзы, зеркала, поляризаторы), (4) матрицу детекторов. Отсюда следует,
что модуляторы и детекторы являются устройствами, где применение ПЗС-
технологии может внести значительный вклад, и в оставшейся части этой
главы обсуждаются эти устройства.
3.3. Принципы работы ПЗС
Чтобы полностью понять возможности GaAs-ПЗС в области систем оптической
обработки сигналов, необходимо познакомиться с физикой этих приборов. В
данном разделе дается описание устройства и принципов работы ПЗС на
основе барьеров Шоттки. Обсуждение будет по необходимости коротким, и
основное внимание уделено аспектам, наиболее характерным проблеме
оптической обработки с большой скоростью. Приборы с зарядовой связью были
рассмотрены исчерпывающим образом в [25], а недавние разработки в области
ПЗС на основе барьеров Шоттки обсуждались в [24]. В дополнение к GaAs
будет упомянут и важный родственный материал AlGaAs, который
непосредственно составляет в комбинации с GaAs высококачественные
гетеропереходы и, похоже, будет иметь большое значение в устройствах
ЭООС.
Модулятор свегг
Рис, 3.6. Принципиальная схема электрооптического процессора,
6*
_ " Полевой транзистор
(о°мичеИскийД G1 G2 ^1 ^2 Ф 3 Ф4 GN ^роса сигнала
Рис. 3.7. Поперечное сечение 4-фазной ПЗС-стРуктуры на основе барьеров
Шоттки с вы-
ходной регистрирующей схемой ни полевых транзисторах.
Глава 3. Компоненты оптического процессора на основе ПЗС
