Интегральная оптика для систем передачи и обработки информации - Семенов А.С.
ISBN 5-256-00738-6
Скачать (прямая ссылка):
В монографии впервые с единых позиций рассмотрены физические основы и методы построения устройств интегральной оптики и оптических интегральных схем для оптоэлектронных систем передачи и обработки информации и даны практические рекомендации по выбору параметров, расчету и разработке различных волноводных устройств с учетом их совместимости с волоконными световодами и источниками излучения. Монография может служить хорошим практическим руководством для разработчиков оптических интегральных схем, используемых в системах передачи и обработки информации, и может быть полезна преподавателям вузов, аспирантам и студентам старших курсов соответствующих специальностей.
Академик Н. Н. Евтихиев
4 ПРЕДИСЛОВИЕ АВТОРОВ
Интегральная оптика призвана сыграть ту же роль по отношению к элементной базе оптоэлектронных систем передачи и обработки информации, какую сыграла микроэлектроника, заменив в технике объемные полупроводниковые приборы. Применение оптических и оптоэлектронных интегральных схем в информационных системах позволяет перейти на качественно новый уровень развития световодных систем передачи и обработки информации.
В предлагаемой монографии дано современное состояние основных проблем и достижений в разработке элементной базы интегральной оптики для систем передачи и обработки информации. Приведены конкретные рекомендации по выбору параметров и расчету характеристик отдельных волноводных элементов и интегрально-оптических устройств различного функционального назначения, даны необходимые расчетные соотношения, пригодные для инженерных расчетов и проектирования волноводного тракта оптических интегральных схем. Прослежены тенденции и направления дальнейшего развития интегральной оптики для систем передачи и обработки информации. Приведены примеры-реализации различных интегрально-оптических устройств и даны их основные характеристики. Рассмотрены и обсуждены предельные возможности интегральной оптики для информационных систем, а также вопросы совместимости и методы согласования интегрально-оптических устройств с волоконными световодами и источниками излучения.
Авторы внесли следующий вклад в написание книги: А. С. Семеновым написаны § 2.1, 2.2, 6.7, 6.9, В. Л. Смирновым — § 2.4, 2.5, 6.2, 6.3,'6.6, А. В. Шмалько — гл. 3, § 5.3—5.7, 6.4. Совместно А. С. Семеновым її А. В. Шмалько написаны гл. 1, § 5.1, 5.2, 6.8, В. Л. Смирновым и А. В. Шмалько — § 2.3, гл. 4, § 6.1, 6.5. Остальные разделы книги написаны совместно всеми авторами.
5 ВВЕДЕНИЕ
Возрастающие потребности общества в высокопроизводительных и надежных системах обработки и передачи информации обусловили разработку и создание волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) и развитие их элементной базы на основе новейших достижений оптозлектроники [1—И]. В настоящее время обработка сигналов все чаще происходит непосредственно в канале передачи. Поэтому оптические методы на практике применяются как для непосредственной передачи информации, так и для одновременной ее обработки. Создание оптических интегральных схем (ОИС) имеет первостепенное значение для дальнейшего развития ВОЛС и систем оптической обработки информации.
По аналогии с интегральными схемами микроэлектроники мы будем понимать под ОИС устройство, выполненное на общей подложке (чипе) и осуществляющее операцию (или набор операций) по обработке информационного сигнала (или набора сигналов). Основное отличие ОИС от традиционных интегральных схем микроэлектроники состоит в том, что носителем информации в этом случае является оптическое излучение, распространяющееся в различного типа оптических волноводах, и для обработки » информационных сигналов пользуются соответственно оптическими методами на основе различных физических явлений в твердом теле.
В течение ряда лет оптические методы обработки информации применяются для решения различных прикладных задач, в частности для распознавания образов методом согласованной пространственной фильтрации когерентного излучения, для обработки сигналов радиолокационных станций с синтезированной апертурой, для построения оптических логических элементов и т. п. Применение интегральной оптики и ОИС для обработки информации открывает качественно новый этап в развитии оптозлектроники и становлении ее как отрасли промышленности. Успехи в этой области связаны с тем обстоятельством, что разрабатываемые вол-новодные устройства позволяют решать задачи, недоступные традиционной микроэлектронике, и одновременно расширяют ее возможности, но не конкурируют с ней.
В оптических методах обработки информации в волноводном тракте используются как преимущества оптического канала передачи информации (возможность параллельной обработки, высокое
6 быстродействие, помехозащищенность и т. п.), так и достоинства, присущие собственно ОИС (высокую надежность и компактность, малую потребляемую мощность, возможность монолитного интегрального исполнения) [12—21]. За последние годы появилось достаточно много публикаций по вопросам создания элементной базы интегральной оптики и ОИС для обработки информации (теории и технологии оптических волноводов) и применения достижений интегральной оптики в BOJTC [12—85]. Однако на пути создания реальных ОИС для обработки информации и оптических волноводных процессоров существует еще много нерешенных проблем и трудностей.
