Оптические вычисления - Арратуна Р.
Скачать (прямая ссылка):
Пример устройства, использующего одномерную ПЗС-струк-туру на GaAs, был
описан в [13]. ПЗС-структура, показанная сверху на рис. 3.17, имела
прозрачные электроды затвора и маску с модулированной апертурой,
изготовленную интегрально непосредственно сверху на электродах затворов.
Результаты тестирования, показанные на двух нижних фотографиях, были
получены при освещении устройства короткими лазерными импульсами и
считывании заряда со скоростью 1 МГц. Выходной сигнал ПЗС-структуры
(нижнее фото) повторяет апертуру входного сигнала, которая видна на
фотографии устройства сверху на рис. 3.17. Электрический входной сигнал,
состоящий из двух импульсных выбросов (среднее фото), подтверждает, что
эффективность переноса заряда является высокой.
Двумерный вариант такого устройства способен выполнять разнообразные
линейные преобразования, такие как корреляция, фильтрация и фурье-
преобразование, как было показано для кремниевых формирователей
изображения. Для структур на GaAs такие операции несомненно могли
выполняться при ширине полосы частот, приближающейся к 1 ГГц. Хотя
возможности расширения полосы частот ПЗС-структур на GaAs были хорошо
изучены, технология получения двумерных формирователей изображения
отработана плохо. Некоторые начальные результаты, полученные с
устройствами в 32x32 элемента, являются обнадеживающими [18].
96
Часть 1. Пространственные модуляторы света
Матричный Прибор с зарядовой
шаблон связью с матрицей,
распределенной по площади
Рис. 3.16. Принципиальная схема электрооптического процессора [22].
Y"'. Выгодной сигши ПЗС;'
Л) Иг-входпод0втсй'впгв*)$ский , : , сигнал - пмф"ш импупь*' ' ' '•
(2} Не вход подастся згогктринеский. сигнал - два ' последовательны*
пика' * -Оптическим отклик содержи)
¦ информации* о пропускании маски
Рис. 3.17. Общий вид и характеристики электрооптического процессора,
выполненного по схеме, показанной на рис. 3.16, и использующего ПЗС-
струк-туру с затеняющей маской, изготовленной интегрально с прибором,
Глава 3. Компоненты оптического процессора на основе ПЗС
97
Единственное заключительное замечание, представляющее особый интерес,
состоит в том, что ПЗС на GaAs могут работать при криогенных
температурах. Экспериментальные данные по ПЗС-структурам на GaAs
показывают, что для тактовых частот в 10 МГц эффективность переноса
заряда начинает спадать при температуре около 14 К. В отличие от этого
эффективность переноса кремниевых ПЗС со скрытым каналом начинает
ухудшаться при температурах ниже 70 К. При этих температурах
быстродействие ПЗС на GaAs, как ожидается, будет по меньшей мере таким же
хорошим и, вероятно, даже более высоким, чем при комнатной температуре.
Эти проявляемые при низких температурах свойства оказываются полезными в
гибридных инфракрасных фокусируемых матрицах детекторов, где ПЗС
состыковывается с длинноволновыми детекторами, такими как HgCdTe. Кроме
того, коэффициенты теплопроводности GaAs и HgCdTe хорошо согласованы
между собой. Рассеяние мощности представляет другую важную проблему в
таких фокусируемых матрицах вследствие работы при криогенных
температурах. Однако ПЗС рассеивают малую мощность потому, что как
упомянуто выше, они представляют в основном емкостную нагрузку для цепей
формирователей тактовых импульсов.
3.5. Адресуемые ПЗС-пространственные модуляторы света (ПЗС-ПМС)
Отсутствие подходящих ПМС является, вероятно, наиболее серьезной помехой
для быстрого развития обработки оптических сигналов и данных. Важными
рабочими характеристиками таких устройств являются высокая скорость
записи, высокое разрешение (большое число элементов), большая глубина
модуляции. Сочетание этих черт в одном устройстве было недостижимой
целью, даже при том, что существует большое число концепций, выдвинутых
на различных стадиях развития тематики [10, 30].
В этом разделе мы описываем современное состояние исследований,
направленных на соединение явления электропоглощения и ПЗС-технологии, с
целью получения быстродействующих модуляторов с высоким разрешением и
высоким контрастом. В таком устройстве зарядовый пакет в потенциальной
яме в ПЗС изменяет электрическое поле и, следовательно, оптическое
пропускание электропоглощающей среды. В представленном на рис. 3.1 ПЗС-
устройстве зарядовый пакет может быть электрически введен во входной
регистр (он показан вдоль верхней части устройства), и затем перенесен
параллельно регистрам столбцов. Тогда заряд может быть перемещен серией
тактовых циклов вниз по столбцам, и когда все ячейки заполнены, то может
быть подан оптический входной сигнал, который требуется
7-1254
98
Часть I. Пространственные модуляторы света
промодулировать. Эта возможность шагового смещения или "прокрутки" данных
в устройстве является привлекательной чертой для определенных концепций
оптических вычислений, таких как схема RUBIC') [5]. В качестве
альтернативы ПЗС может работать как формирователь изображений, так что
целый шаблон для модуляции света может быть установлен оптически за
