Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Арратуна Р. -> "Оптические вычисления" -> 38

Оптические вычисления - Арратуна Р.

Арратуна Р. Оптические вычисления — М.: Мир, 1993. — 441 c.
Скачать (прямая ссылка): opticheskievichesleniya1993.pdf
Предыдущая << 1 .. 32 33 34 35 36 37 < 38 > 39 40 41 42 43 44 .. 175 >> Следующая

времена менее наносекунд. Для емкости ямы в ПЗС, составляющей 106
электронов, и квантовой эффективности в 50% требуемая оптическая мощность
для длины волны 850 нм составляет 0,5 пДж.
3.5.1. Электропоглощение
Монолитный ПМС на GaAs ПЗС-структуре основан на явлении
электропоглощения, или разновидности оптического поглощения в
электрическом поле. Будут описаны два примера электропоглощения,
подходящие для реальных приборов. Первый - это эффект Франца-Келдыша, в
котором оптическое поглощение при энергиях фотонов, немного меньших, чем
ширина запрещенной зоны, может быть увеличено при приложении
электрического поля. Второй случай, обсуждаемый ниже более подробно,
представляет недавно обнаруженный сдвиг экситонного поглощения в
квантовых ямах на GaAs/AlGaAs и представляющий особый интерес из-за того,
что изменение поглощения во много раз сильнее, чем в случае эффекта
Франца-Келдыша. Оба эффекта имеют необходимое быстродействие, так как они
зависят от квантовомеханических явлений, возникающих в субпикосе-кундиых
временных масштабах. На практике быстродействие модуляторов, использующих
эти эффекты, будет ограничено процессом переноса заряда в ПЗС.
Эффект Франца-Келдыша заключается в изменении оптического поглощения в
электрическом поле для фотонов с энергией, близкой к ширине запрещенной
зоны (данному эффекту посвящены обзоры [1, 4]). Этот эффект можно
наблюдать в GaAs и во всех прямозонных полупроводниках, но, к сожалению,
он пренебрежимо мал в иепрямозониых материалах, таких как кремний.
Теоретические и экспериментальные зависимости коэффициента оптического
поглощения от длины волны при различных напряженностях электрического
поля показаны на рис. 3.18 для GaAs [28] и четверных полупроводниковых
соединений Gao.24Ino.76Aso.52Po.48 [ 14J. Единственные параметры
материала, используемые в выражениях для электропоглощения, это
эффективная масса и показатель преломления. Поскольку
]) Полное название схемы RUBIC cube переводится как "быстродействующее
иекогерентное биполярное вычислительное устройство на светоделительном
кубе, работающее без напряжения". - Прим. перев:
Глава 3. Компоненты оптического процессора на основе ПЗС
99
эти параметры приблизительно одинаковы для GaAs и GalnAsP, то расчетные
кривые на рис. 3.18 должны быть применимы к обоим материалам. Для обоих
полупроводников измеренные величины электропоглощения оказываются
несколько ниже, чем следует из результатов теоретических расчетов.
Маловероятно, что в других полупроводниках, приемлемых по соображениям
технологии, будут значительно более существенные изменения коэффициентов
поглощения, чем те, которые представлены на рис. 3.18. Эффективные массы
носителей и показатели преломления таких материалов не отличаются
значительно от соответствующих значений для GaAs.
3.5.2. Устройство и характеристики ПЗС-модулятора
На рис. 3.19 представлено поперечное сечение пространственного модулятора
света на основе ПЗС-структуры на GaAs. ПЗС на барьере Шоттки в этом
случае является трехфазным устройством, в котором затворы,
включающие одну из фаз, являются
прозрачными для представляющих интерес длин волн. Излуче-
ние с длиной волны, превышающее длину волны отсечки и падающее по нормали
к устройству, модулируется с помощью эффекта электропоглощения в канале
ПЗС и проходит сквозь подложку. Из рис. 3.8 было видно, что пустая яма в
ПЗС имеет
Длина волны, мкм 0,84 0,86 0,88 0,90 0,92 0 94 "•--GaAs
С. _L ! . I I i II > ,
10э
_ 104 1
2
о
пГ
§ ю3
о
Е
0 с
1 102

•9-
t
5 ю
1
I -0,06 -0,02 0 0,02 0,06- 0,10 0,14 0,18
Eg- hco, эВ '
Рис. 3,18, Теоретические и экспериментальные данные по электропоглощеншо
(эффекта Франца - Келдыша) в GaAs и GalnAsP [14].
100
Часть I. Пространственные модуляторы света
максимальное электрическое поле, в то время как полная яма, наоборот,
имеет только слабое электрическое поле под барьером Шоттки. В результате
для объемного электропоглощения коэффициент оптического пропускания будет
наибольшим для заполненной ямы и наименьшим для пустой ямы.
Для вычисления модуляционных возможностей данного устройства рассмотрим
упрощенную структуру на рис. 3.20, на котором показан один затвор ПЗС
вместе с омическим контактом по отношению к каналу. Канал состоит из слоя
n-типа с концентрацией доноров N на полубесконечной подложке. В отно-
Узкозонное излучение с Х> X отсечки
Выходной сигнал с модулированной интенсивностью
Рис. 3.19. Поперечное сечение пространственного модулятора света на
Госструктуре на GaAs.
Освещение
т
Рис, 3.20. Поперечное сечение устройства, используемого при расчетах
элек-! тропоглощения.
Глава 3. Компоненты оптического процессора на основе ПЗС
101
шении максимальной модуляции эта структура не является оптимальной,
однако она проста для анализа и демонстрирует основные рабочие
характеристики. Когда на затвор подается отрицательный по отношению к
каналу потенциал, образуется вырожденный слой глубиной w, где w задается
Предыдущая << 1 .. 32 33 34 35 36 37 < 38 > 39 40 41 42 43 44 .. 175 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed