Интегральная оптика для систем передачи и обработки информации - Семенов А.С.
ISBN 5-256-00738-6
Скачать (прямая ссылка):
.185 Экспериментально исследовалась логическая ОИС рассмотренного типа, выполненная на ниобате лития [189]. Источником излучения служил лазер на красителе с синхронизацией мод, перестраиваемый в области длин волн 720 -..900 нм и имеющий длительность импульса 5 пс. Для исследований была выбрана длина волны Х = 840 нм, мощность излучения в OB в области взаимодействия составляла всего несколько ватт. При такой мощности наблюдались изменения интенсивности выходного сигнала, обусловленные управляющими импульсами в одном из плеч интерферометра. На основе полученных результатов была сделана оценка нелинейной добавки к показателю преломления OB на ниобате лития: «2=3-10-9 см2/МВт. Применение ниобата и танталата лития для создания ОИС с оптическим управлением ограничивается невысокой оптической нелинейностью этих материалов. Наиболее перспективными материалами для ОИС такого типа являются GaAs, GaP и полупроводниковые соединения на их основе, нелинейная восприимчивость третьего порядка которых на три порядка выше, чем у ниобата лития [190].
На основе волноводных интерферометров могут быть построены более сложные ОИС обработки сигналов. Анализ последовательно включенных и многоплечих волноводных интерферометров, проведенный в [191, 192], показывает, что их передаточные характеристики могут быть близки к пороговым по управляющему сигналу. Для цепочки из N последовательно включенных волноводных интерферометров Маха — Цендера, в которых длина уп-равляющцх электродов Ln=NLx (L1— длина электродов в первом интерферометре), передаточная характеристика может быть представлена в виде
где In — интенсивность излучения на выходе N-го интерферометра; I0—входная интенсивность оптического излучения. Видно, что с увеличением N крутизна передаточной характеристики в рабочей точке, соответствующей максимальному значению производной (dINldФ)0, резко возрастает. Уже при N = 3 значение производной примерно в 5 раз больше, чем при N= 1. Для iV-плечего волноводного интерферометра, имеющего управляющие электроды длиной Ln = NL1 в каждом плече, передаточная характеристика принимает вид
В этом случае увеличение крутизны передаточной характеристики с ростом числа плеч N происходит значительно медленнее, чем у последовательно включенных интерферометров.
Экспериментально исследованы трехплечий волноводный интерферометр (N=3) и цепочка из двух последовательно соединенных интерферометров. Оптические ИС выполнены на канальных OB на основе ниобата лития и имеют электрическое управление. Схемы такого типа могут найти применение в качестве элект-186
InII0 = {sin [2" (Ф/2)]/2* sin (ф/2)}2,
(7.10)
InII0 = sin (N Ф/2)/Л7 sin (Ф/2).
(7.11) рически перестраиваемых спектральных фильтров и для широкополосной модуляции оптического излучения с помощью соответствующих кодированных электрических сигналов. На основе последовательно включенных несимметричных волноводных интерферометров возможно построение широкого класса электрически и оптически управляемых логических элементов, выполняющих логические операции И, ИЛИ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ [192].
С увеличением числа соединяемых интерферометров нелинейные интерференционные свойства в ОИС проявляются в большей степени. Была исследована ОИС, выполненная на основе ниобата лития в виде двух последовательно соединенных волноводных модуляторов интерференционного типа. Такая ОИС осуществляет временную фильтрацию входных электрических сигналов и обеспечивает выборку и умножение импульсных сигналов пико-секундной длительности с частотой следования порядка 1 ГГц. На основе волноводного интерферометра —- преобразователя частоты, сопряженного с оптическим смесителем на направленном ответвителе с электрическим управлением, разработана ОИС для когерентной обработки и детектирования оптических сигналов.
Рассмотренные ОИС, выполняющие обработку оптических и электрических сигналов в цифровой форме, по принципу работы являются аналоговыми оптическими устройствами. Их выходные характеристики непрерывно изменяются с изменением значения информационного сигнала. На пути создания ОИС обработки сигналов оптическими методами сделаны лишь первые шаги. Предстоят еще серьезные исследования принципов построения, методов анализа таких ОИС, потребуется тщательная проработка вопросов схемотехники, выбора материалов, технологии, поиск путей интеграции ОИС с электронными интегральными микросхемами.
7.7. ПОРОГОВЫЕ И МУЛЬТИСТАБИЛЬНЫЕ
ОПТИЧЕСКИЕ ИНТЕГРАЛЬНЫЕ СХЕМЫ
Развитие методов обработки оптической информации и систем оптической коммутации вызвало в последние годы значительный интерес к оптическим бистабильным устройствам. Бистабильные или мультистабильные устройства широко применяются в качестве ячеек памяти, логических элементов аналогичных и цифровых преобразователей и т. д. [83]. Успехи интегр-альной оптики открывают новые перспективы в изготовлении ОИС для вычислительных устройств, процессоров и других систем оптической обработки информации. Создание интегральных бистабиль-ных оптических устройств делает реальной возможность изготовления полностью оптических ЭВМ.
