Щука А.А. Электроника (2005) (1152091), страница 160
Текст из файла (страница 160)
ков к трансфазору. Проблему межсоединений в эхом случае из плоскости электрических соединений перевели в плоскость оптических соединений. Проблема принципиально не снимается с повестки дня, хотя световые пучки и не взаимодействуют друг с другом Можно сконструировать и интегральный трансфазор. Это обстоятельство позволяет создать большое чистю параллельных канаша обработки информации.
Преобразование информации в канале осуществляется последовательно от каскада к каскаду. Предполагает. ся, что построенная на основе трансфазоров вычислительная система позволит достичь быстродействия — 10 операций(с. б) а) Рис, В.З. Принцип работы трансфазора: а — случаи 1 я л-; б — случаи 1 = и-; 2 2 в — характеристика инвертора Достижения в технологии интегральной оптики позволили создать логические элементы, способные конкурировать с аналогичными электронными приборами.
Вазовыми элементами волноводной логики являются электрооптические модуляторы и переключатели В качестве динамической неодноролности в таких устройствах используется оптический волновой цуг с линейной поляризацией. Континуальной средой служит оптическое волокно высокого качества, управление динамическими неоднородностями осуществляется с помощью электрических потей путем поворота плоскости поляризации.
Вотлоаодный люб>ллшор представляет собой интерференционный прибор, в которо~ вхолной световой цуг расщепляется на два канала с определенной оптической длила". Волноводы каналов симметричны и обладают электрооптическим эффектом (рис. б 4 а). Вследствие симметричности плеч входной световой сигнал делится на две равные части.
а затем на выходе восстанавливакттся его пространственно-временные характеристики Гели же к одномУ из злектРодов, иапРимеР к 1, пРиложить напРЯжеиие (1ь, то пРоизойдат сдвиг фаз светового цуга в этом плече интерферометра, Разность фаз может составит вить 2кК или (2лК + 1) радиан. В первом случае волны на выходе складываются и, слелова тельно, сигнал восстанавливается. Во втором случае происходит интерференционное вы 5. Функциональная оптоэлектроника 745 читание (деструктивная интерференция) и формируется нулевой выходной сигнал.
На рис. 6.4 приведены логические схемы конъюнктора (б, г), дизъюнктора (г), инвертора (д) На основе этих схем можно составить различные логические схемы полобно тому, как это лелается в традиционной интегральной электронике. Срели других процессоров, использующих динамические неоднородности оптической природы, следует указать на оптические управляемые транспаранты. С их помощью можно реализовать многоканальную параллельную обработку информационного массива с достаточно высоким быстродействием. б) в) Рис. 6.4. Волновой модулятор (а) и логические устройства на его основа, кснъюнктор (б, г), дизъюнктор (г); инвестор (д) д) г) Уместно заметить, что поскольку выполнение всех логических и арифметических опера- ций основано на булевой алгебре в двоичной системе типа "1 — О", то определяющая роль отводится минимизации логических выражений в процессе вычислений.
При по- строении форл1 сложных логических функций используют элементарные функции И, ИЛИ, НР и их комбинации. Способы реализации этих функций были рассмотрены выше. Можно обойтись без разложения информационного массива на минимальные формы, т, е. формы, содержащие наименьшее число знаков двоичных переменных и их отрицаний, а также знаков логических операций. С этой целью необходимо производить обработку информации в аналоговой форме с по- мощью функций высшего порядка.
Примером может служить преобразование Фурье, осуществляемое тонкой линзой, 6.3. Запоминающие устройства функциональной оптоэлектроники Среди различных типов ЗУ весьма перспективными являются оптинские ЗУ. С появлением оптических дисков ожидались рекордные показатели по емкости памяти и скорости выборки. Различают оптические ЗУ (дискн) одноразовой и многоразовой записи. В отличие от накопителей (ЗУ) винчестерного типа, оптические диски одноразовой записи не позволяют отирать информацшо. В этом случае носителем информации являются статические неоднородности. формируемые в континуальной среде в виде ямок, пузырьков, областей с измененным фазовым расстоянием.
Это направление разработок к функциональной оптоэлектронике относить не будем. Часть )И Функцнональнал электроника 746 Существуют конструкции накопителей на оптических дисках, использующие реверсивную континуальную среду. К таким средам относятся полимерные красители, подверженные фазовым изменениям под действием лазерного излучения.
Наиболее перспективными являются среды, в которых динамическая неоднородность в виде магнитного ломена формируется лазерным лучом на принципах магнитооптического эффекта (рис. 6.5) б) а) Рис. 6.6. Схема записи (а) и стирания (6) на оптическом диске Лазерный луч нагревает пятно на поверхности диска. Магнитное поле Й,„Г, ориентированное соответствующим образом, намагничивает домен определенного направления. Стирание производится полем, ориентированным в противоположном направлении Й„„Ь . Сформированная магнитным полем динамическая неоднородность в виде магнитного домена легко считывается.
Стирание производится на втором или заданном оборотах путем возвращения поляризации домена в исходное состояние. Магнитооптическая технология обеспечивает — !О циклов перезаписи, высокое быстро лействие. Общий объем записанной информации — ! О' бит.
Это еще один "побитовый" способ организации ЗУ, возмох<ности которого ограничены. Олнако интерес к оптическим ЗУ сохраняется в связи с разработкой перспективных ЗУ на основе использования динамических неоднородностей в виде стимулированного светоаого (фотонного) эха. Фотонным эхом является импульс света, спонтанно излучаемый системой атомов, предварительно облученных двумя когерентными световыми импульсами. На рис.
6.6, а представлена последовательность воздействия импульсов света. Для записи информации используются два импульса () и 2) длительностью дт с интервалом г > цт. Волновые векторы этих импульсов направлены под углом друг к другу и пересекаются " заланной ячейке памяти. Средой для записи может служить, например, кристалл трехфто Ристого лантана. Возникает двухимпульсное первичное эхо 4, следующее через время г.
Считывание информации осуществляется третьим импульсом 3, следующим через время Т» г после первого импульса (рис. 6 6, а) Через время Т+ г после первого импульса возникает трехимпульсное стимулированное эхо 5, которое и несет информацию о проае ленной ранее записи. Возникает также сигнал распада возбужденного состояния 6. С~ем~ ЗУ приведена па рис. 6.6, б. Излучение импульсного лазера 7 делителем 8 делится на дяа импульса, имеющих разные волновые векторы )с и )с.
два импульса попадают на «Р" стелл Ырз и в нем формируют ячейку памяти )О. б. Функциональная оптоэлектроника 747 а) Рис. в.б. Генерация Фотонного эха 1а) и ЗУ на его основе 16) Для управления лучами используется линия задержки 77, оптический затвор 72 и система отклонения луча 73, Волновой вектор сигнала А, детектируется с помощью фотоэлектронного умножителя !4. Время хранения информации в таком ЗУ составляет - 5 минут. Поэтому для перезаписи 1Ои бит информации требуется 10 диодных лазеров )решетка 100х!00), система отклонения лучей, обеспечивающая их наведение в любую из 1Ои ячеек памяти.
Точность наведения составляла при этом 0,1 мкм, а фокусировка должна осуществляться в объеме 1 мкм . з Особенностями ЗУ на основе фотонного эха являются высокая плотность записи инфор- з мации (> 1О опт?см ), отсутствие межсоедннений в элементах памяти, возможность произвольной выборки информации, малое потребление энергии, возможность перезаписи информации без предварительного стирания, Контрольные вопросы !. Что такое функциональная оптоэлектроника? 2.
Какие динамические неоднородности оптической природы вы знаете? 3. Чзо такое солитон и как он используется в световолокониых скстемах связи? 4. Что такое фотонное эхо? 5. Какие ЗУ функциональной электроники вы знаезе? 6. Что такое трансфазор и какими свойствамн он обладает? 7. Что такое волноводный модулятор? Рекомендуемая литература 1. Абловиц М., Сигур Х. Соли гоны и методобратной задачи. — Мз Мир, 19З7.
2. Кухаркин Е. С. Электрофизика информационных систель Учебное пособие. — М. Высшая ~вка- ла, 2001. 3. Новокшецов В. Ю. Введение в зъорню солитоиов. — Ижевск: Институт компьютерных исследо- ваний. 2002. 4. Слепок Н. Н Современные технологии нифровых оптоволоконных сетей связи. — Мз Радио и связь, 2000. 5. Щука А. Л, функциональная электроника. Учебник лля вузов. — М: МИРЭА. 199В. 7.
Функциональная молекулярная электроника 7.1. Физические основы фулкияаиагьная.нояскуляриая электроника представляет сапой направление в функциональной электронике, в котором изучаются процессы переноса и хранения информационного сигнала в молекулярных системах, а также разраоотка молекулярно-инженерных технологий для создания приборов и устройств обработки и хранения информации. Идеи молекулярной электроники несколько отличшотся от идей микроэлектроники, В процессе создания и микроминиатюризации приборов микроэлектроники создаются технологические процессы, связанные с удалением лишнего материала, изменением проводящих свойств материала с целью создания физических барьеров и переходов.
В молекулярной электронике развиваются методы констр>ирования и изготовления органических молекул с заданными свойствами, методы агрегации молекул нескольких типов Первые методы связаны с созданием материалов с заданными электрическичи свойствами путем подбора размеров молекул, их формы, взаимного пространственного их расположения, параметров различных функциональных групп молекул. Этот метод получил название ьналгкуллрлая инженерил и с его помощью разработана концепция создш~ия молекулярного электронного прибора. Молекуляриыт электронный прибор приобрел статус микроэлектронного прибора после того, как оыли изготовлены переключатели и инверторы на молекулярном уровне. Проводниками, линиями межсоединений в таких структурах служат одномерные полимеры типа трансполиацетилена (СН)х или ингрида хлора )В)ч)».
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
