Оптические вычисления - Арратуна Р.
Скачать (прямая ссылка):
являлись детекторы, роль которых состояла в преобразовании оптических
сигналов в эквивалентные электри-
92
Часть I. Пространственные модуляторы света
101
го
1
2
и
Z
10'
10
15
Область параметров полевых транзисторов
V/У/уУ/Л V2ZZ-
Т_ Слой п-типа
Линия постоянного значения Vpg = 3,5 вольт
0,1
1,0 Т, мкм
10,0-
Рис. 3.11. Соотношение между уровнем легирования N и толщиной Т в слое
га-типа на полубесконечной подложке быстродействующей ПЗС-структуры
(линия В) и область широкополосного режима работы полевых транзисторов
(область А).
Резистивный затвор
л?.'. ..
Gt G2 f
Эпитаксиальный спой п-типа Полуизолирующий GaAs
Первый слой металла, образующего " барьер Шоттки D Первый слой нитрида
щ Металл, создающий омический контакт
Резистивный керметовый слой, О образующий барьер Шоттки
ЕЗ Второй слой нитрида
? Второй слой металла
Рис. 3.12. Поперечное сечение ПЗС-структуры с , резистивным затворным
слоем.
ческие. Свойства ПЗС-структур хорошо удовлетворяют не только процессу
детектирования, но также другим вспомогательным функциям, таким как
интегрирование по времени и мультиплексирование. В данном разделе описаны
некоторые примеры ПЗС-структур на GaAs, которые реализуют эти функции.
Хотя развитие кремниевых детекторов и формирователей изображений на ПЗС-
структурах находится на совершенном уровне, эти устройства для некоторых
применений не обеспечи-
Глава 3. Компоненты оптического процессора на основе ПЗС
93
вают требуемую ширину полосы частот. Примером этого является матрица
детекторов для акустооптического спектроанализатора, показанная на рис.
3.3. Данная система часто используется для измерений параметров
импульсных и других быстроизменяющихся сигналов с широким диапазоном, и
такие приложения требуют предельных скоростей детекторов и последующих
процессоров. На рис. 3.14 показаны принципиальные особенности матрицы
детекторов и мультиплексора. Рассеянное в брэгговской ячейке лазерное
излучение падает на матрицу фотодетекторов (сектор А), выходное
напряжение или ток которой проходит в схему, обозначенную
"интегратор/уплотнитель сигнала" (сектор Б). Так как динамический
диапазон входного оптического сигнала в таких системах очень велик, эта
цепь, если необходимо, могла бы выполнять нелинейное преобразование
сигнала детектора в заряд, чтобы сжать динамический диапазон до уровня,
совместимого с ПЗС. Тогда заряд следовало бы проинтегрировать в заданном
интервале времени и параллельно ввести в ПЗС-мультиплексор для считывания
(сектор В).
На рис. 3.15 показана фотография матрицы на 32 детектора с буферным
усилителем, выходной сигнал которого мультиплексируется в выходной
регистр ПЗС-структуры [23]. ПЗС-муль-
У, мкм
Определение у: координата движущегося электрона, отсчитываемая в глубь
электрода
Рис. 3.13. Расчетные зависимости времени переноса заряда Tt и фактора
заполнения Qf от толщины я-слоя.
94
Часть I. Пространственные модуляторы света
/ / Б / В //
/ И/У / п ПЗС-М
)
И/у
/ И/У
1
//
1 / П тг.м
/ i
/ , //
J- 1 1 " 1 ПЗС-М
ПЗС-М
-г-Г //
Схема генерации сигнала, включающая матрицу фотодетекторов и ПЗС-
мультиплексор
A. Матрица детекторов
Б. Интегратор/уплотнитель сигнала (индивидуально настраиваемый)
B. Параллельный ПЗС-мультиплексор на полевых транзисторах Г. Параллельная
система ввода в ПЗС
Рис. 3.14. Схема матрицы фотоприемников и мультиплексора, предназначенных
для использования в акустооптическом спектроанализаторе.
Рис. 3.15. Фотография ПЗС-детектора/мультиплексора на GaAs. Линейка из 32
детекторов и буферных усилителей (в центре) подает сигналы в 4-фазный
сдвиговый регистр ПЗС (внизу).
Г лава 3. Компоненты оптического процессора на основе ПЗС
95
типлексор, с параллельным боковым вводом продемонстрировал работу с
тактовой частотой 1 ГГц и эффективностью переноса заряда более 0,997.
Другим примером, где может оказаться полезным повышенное быстродействие
GaAs-технологии, является обработка некогерентных оптических сигналов,
изображенная на рис. 3.16 [22]. Этот процессор выполняет умножение
вектора и матрицы, используя простую электрооптическую методику. Вектор f
представлен временной последовательностью сигналов, модулирующих
светодиод. Сигнал от светодиода проходит через маску, состоящую из
апертур, площадь которых соответствует величине матричных элементов hmn и
собирается ПЗС-формировате-лем изображений, ячейки которого установлены
на одной прямой с изображениями апертур. Свет, собранный в ячейке (т, п)
вследствие прохождения светового импульса, соответствующего элементу
вектора /л, представляет произведение fn и матричного элемента hmn. Для
каждого нового образца /" зарегистрированный заряд в ПЗС должен быть
сдвинут вправо на один элемент, и по завершении процесса результирующая
матрица произведения gmk считывается выходным регистром. Для более
высоких выходных скоростей мультиплексирование внешним регистром было бы
исключено и выходные сигналы брались бы прямо из каждой строки.
