Интегральная оптика для систем передачи и обработки информации - Семенов А.С.
ISBN 5-256-00738-6
Скачать (прямая ссылка):
.189Рис. 7.15. Функциональная схема ИО-мультивибратора и принципиальная электрическая схема включения его элементов:
Un U2 — источники напряжения смещения; Но;, Ко2. Rі?. Я21 — нагрузочные сопротивления; 1,2 — фотодетекторы
лялась за счет электрически управляемой интерференции двух пучков, идущих по плечам волновода, без использования поляризаторов и анализаторов. Наблюдаемые экспериментальные зависимости входной оптической мощности от выходной имели гистерезисный характер и хорошо совпадали с расчетными. Увеличение коэффициента оптико-электронной обратной связи приводило к мультистабильности состояний устройства [83].
При мультиплицировании отдельных элементов интегральной оптики возможно построение более сложных устройств обработки информации. Так, на основе двух модуляторов Маха — Цендера разработан оптический мультивибратор. На рис. 7.15 показана схема интегрально-оптического мультивибратора на основе двух электрооптических переключателей. Согласно оценкам [75], время переключения таких устройств не превышает IO-9 с. В рабочем режиме устойчивые состояния двух переключателей противоположны: один включен так, что пропускание его максимально, а у другого оно минимально. Внешний сигнал изменяет знак обратной связи, тем самым обеспечивая управление соответствующим оптическим бистабильным устройством.
На основе волноводных интерферометрических модуляторов Маха — Цендера или полупроводниковых лазеров разрабатываются оптические триггеры. В [75] описан оптический триггер, принцип действия которого основан на поляризационной бистабиль-ности в полупроводниковых инжекционных лазерах. Переключение между двумя состояниями поляризации осуществляется световыми импульсами. Триггер состоит из трех высокоскоростных оптоэлектронных переключателей и бистабильного по поляризации инжекционного лазера, смещенного по интенсивности до середины гистерезисной петли. Два переключателя представляют собой входы триггера, третий управляется цугом ультракоротких импульсов, и его выходной сигнал используется для управления бистабильным лазером. Время переключения составляет 1 не, амплитуда импульса тока, необходимого для переключения, 40 мА.
Продолжаются исследования и чисто оптических бистабильных приборов. В пассивном OB наблюдалась оптическая бистабильность, обусловленная внутренней нелинейностью его материала. В качестве OB использовалась трехслойная эпитаксиальная структура на основе GaAlAs, выраженная методом молекулярно-лучевой эпитаксии с толщиной волновода порядка микрометра. Из образцов
.190
СЫ=>Рис. 7.16. Схемы оптических вентилей (а) и их передаточные характеристики (б):
1 — усилитель; 2, б, 7 — фотодетекторы; 3 — электрооптический кристалл; 4 — резонатор Фабри—Перо; 5 — расщепитель светового пучка
OB скалыванием по плоскостям спайности были получены оптические резонаторы длиной 200 мкм. Оптическая бистабильность в OB наблюдалась при входной мощности 5... 20 мВт. В пассивном OB обнаружены три типа внутренней бистабильности: из-за изменения показателя преломления, индуцированного поглощения {обусловлены тепловой нелинейностью), в результате индуцированных потерь в OB (быстрая бистабильность, обусловленная генерацией носителей в материале OB при уровне облучения свыше 50 кВт/см2) [83].
Как уже отмечалось, на базе пороговых бистабильных устройств можно построить все основные элементы, выполняющие логические операции И, ИЛИ, И-НЕ и ИЛИ-НЕ. Обобщенная функциональная схема элементов приведена на рис. 7.16, причем обведенная штриховой линией часть схемы выполняет первые две операции. Там же демонстрируются передаточные характеристики вентилей и уровни их входных сигналов. В табл. 7.1 поясняется работа рассмотренных логических устройств. Для выполнения логических операций И и ИЛИ в устройство поступают коллинеар-ные сигналы Pa и Pb- Для реализации функции И необходимо, чтобы каждый из входных сигналов был по величине меньше по-
Ta блица 7.1. Основные логические операции
и или И-НЕ ИЛИ-НЕ
pB P ВЫХ pB P ГБЫХ pB P pB P
0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1
1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0
0 1 0 0 1 1 1 0 1 1 0 0
1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0
.191рога передаточной характеристики устройства. Режиму, когда Р.\, Рв>Рпор, отвечает выполнение устройством логической операции ИЛИ. Для выполнения двух других операций сигналы должны поступать на дополнительные фотоприемники 6 и 7 (Р'А и Р'в), включенные так, что результирующий их сигнал противоположен по знаку сигналу детектора 2. Если теперь выбирать значения сигналов Р'А и Р'в так, что Р'А, Р'в<РПор, а Р'а + Р'в>АР, получим логический вентиль И-НЕ; в случае же, когда P'а, Р'в>АР, — вентиль ИЛИ-НЕ. Если в схеме (см. рис. 7.16) использовать только два фотодиода 2 и 6, то можно получить схему, адекватную схеме оптического транзистора.
На подложке из ниобата лития разработаны и изготовлены ОИС со световыми входными и выходными сигналами, выполняющие элементарные логические операции [75, 83]. Взаимодействие между оптическими сигналами достигалось использованием электрооптических волноводных модуляторов, которые работают на принципе отсечки низшей направляемой моды в канальном OB. Поверх расположенных на подложке OB наносятся фоточувствительные слои CdS, в результате сильного изменения проводимости которых при освещении происходит перераспределение между электродами приложенного электрического поля. Это поле изменяет разницу показателей преломления между подложкой и OB и может «закрывать» последние. Объединив на подложке четыре OB с электрооптичеекими модуляторами и четыре фотосопротивления, удалось построить суммирующую ОИС, оптические сигналы на вход и выход которой поступают по одномодовым ВС.