Слаботочка Книги

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 [114] 115 116 117 118 119

ния. в то же время достигаемое быстродействие логических элементов находится на уровне 10""*" с, в лучшем случае 10~ с, что сравнимо с рекордными цифрами для «обычных» микроэлектронных приборов. Поэтому несмотря на значительные успехи лазерной технологии использование подобных логических элементов как основы процессора по-прежнему остается бесперспективным.

Специфические оптоэлектронные логические элементы могут изготавливаться на основе волоконно-оптических линий задержки (ВОЛЗ). Структуры таких элементов во многом подобны запоминающей ячейке на ВОЛЗ (см. рис. 10.13) и обладают сходными достоинствами и недостатками. Оценки показывают, что на этой основе могут быть спроектированы процессоры с эквивалентной производительностью до 10 операций в секунду. Это достижимо лишь при генерации лазерных импульсов с частотой выше 1 ГГц и при использовании одномодового волокна с малой дисперсией. Такие процессоры могут оказаться полезными для обработки информации в волоконно-оптических системах передачи: будет обеспечено единство элементной базы. Но основные надежды в области цифровых процессоров связываются с использованием идей оптической бистабильности (см. § 7.3).

Конструктивно-технологической основой цифровой ОВТ является интегральная оптика. Ряд таких устройств уже успешно эксплуатируется, для примера приведем акустооптический анализатор спектра, по сути представляющий аналоговый процессор, интегрально-оптический АЦП на основе интерферометра Маха - Цандера (§ 7.3). В интегрально-оптической логической схеме И (рис. 10.17) выходной сигнал возбуждает нелинейный кольцевой резонатор, усиливается в нем при превышении порога возбуждения (сигналы на входах А в. В) я проходит в выходной световод. Если действует лишь один входной сигнал (Л или В), резонатор не возбуждается и сигнал на выходе мал. Связь кольцевого модулятора с прямолинейными световодами осуществляется в результате перекрытия мод.

Б заключение отметим, что оптические процессоры как определяющая часть ОВТ пока еще в большей степени характеризуются не реальными, промышленно значимыми достижениями, а лишь потенциальными возможностями. Оптические процессоры находятся на стадии становления: формируются устройства первого поколения.

Наибольшие успехи достигнуты в области аналоговых процессоров главным образом для задач обработки изображений и спектрального анализа. Перспективы развития ОВТ связаны с прогрессом управляемых оптических транспарантов (для цифровой и аналоговой обработки) и созданием сверхбыстродействующих оптических транзисторов, основанных на оптической бистабильности и реализуемых в интегрально-оптическом виде. Двадцать лет развития оптических вычислительных машин привели к пониманию, что «оптика не может сделать все, но может хорошо (лучше, чем микроэлектроника) решать некоторые задачи».

Ряд приборов и устройств, развиваемых для ОВТ, уже сегодня могут иметь самостоятельное значение. Связанные лазеры удобны для ВОЛС как излучатели с очень малым управляющим сигналом, интегрально-оптические АЦП могут удачно сочетаться с традиционной микроэлектроникой, управляемые транспаранты открывают новые возможности в технике отображения информации.

Основными проблемами ОВТ, по-прежнему требующими обязательного решения, являются обеспечение универсальности оптических вычислений, преодоление сложностей теплоотвода и интеграция большого числа элементов. Практически все виды оптических процессоров гибридны, в них используется большое число разнородных материалов. Это не позволяет достигнуть желаемых массо-габаритных, надежностных, стоимостных показателей.

Тем не менее значимость оптических процессоров не уменьшается, а все больше растет. Обусловлено это тем, что именно оптика представляется наиболее гармоничным средством реализации таких основополагающих моментов информатики будущего, как развитие параллельно-последовательных архитектур, оперирование с изображениями, сверхскоростной ввод-вывод, интеграция цифровых и аналоговых алгоритмов.

Важно, что идейный багаж современной ОВТ не исчерпывается лишь надеждой на техническую реализацию того, что описано в этом параграфе, а содержит такие перспективные возможности, как организация распределенной обработки информации; интеграция в одной системе функций генерации, преобразования, передачи, отображения информации; перестраиваемость, перепрограмми-руемость, адаптивность; эффективное использование не только поверхности активной среды (как в микроэлектронике), но и всего ее объема.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Современная оптоэлектроника развивается исключительно высокими темпами, причем развитие ее отдельных направлений происходит неравномерно, а во многих случаях и непредсказуемо. Поэтому практически невозможно дать достоверную «фотографию» того, что мы называем «современной оптоэлектроникой». Тем не менее, некоторые общие положения и особенности оптоэлектроники конца 80-х гг., а также тенденции ее развития могут быть сформулированы.

1. Оптоэлектроника - одна из важнейших областей электроники и микроэлектроники. Созданы ее физические основы, сформированы концепции оптоэлектронного материаловедения, разработаны конструктивно-технологические принципы изготовления приборов (основанные главным образом на технологии микроэлектроники), развито массовое промышелнное производство изделий оптоэлектроники, превышающее по объему и темпам роста

производство дискретных полупроводниковых приборов: транзисторов, диодов, тиристоров. Оптоэлектроника - равноправная часть микроэлектроники.

2. Если основной направленностью начального этапа развития оптоэлектроники (первые 15 лет), оцененного как «подростковый» было создание и становление элементной базы, то для настоящего ее «молодежного» возраста характерен перенос центра внимания на функционально более сложные и законченные приборы, устройства, системы. В качестве примера можно указать волоконно-оптические системы связи, разнообразные плоские безвакуумные дисппеи, оптические ЗУ. Именно в устройствах и системах в наибольшей степени проявляется эффективность оптоэлектроники. От элемента к системе.

3. Значимость оптоэлектроники обусловлена тем, что она влияет практически на все звенья обобщенной информационной системы, не только существенно улчшая ее технические характеристики, но и придавая ее принципиально новые качества. Извлечение первичной информации, считывание, восприятие и ввод в си-тему в электронной форме осуществляют оптоэлектронные датчики, в частности такие специфические, как фотоПЗС и волоконно-оптические. Передачу информации обеспечивают ВОЛС и оптроны. Обработку, преобразование информации осуществляют оптические интегральные микросхемы, оптические транспаранты и другие устройства оптической вычислительной техники. Для хранения огромных массивов цифровой и аналоговой информации все шире привлекаются оптические дисковые накопители. Наконец, вывод, отображение информации практически немыслимы без оптоэлектронных индикаторов и плоских дисплеев. Оптоэлектроника обогащает все звенья информатики.

4. Как и на первоначальном этапе своего развития, оптоэлектроника может достигать наибольших успехов в тех случаях, когда она гармонично встраивается в «организм» микроэлектроники, обслуживая ее, дополняя, выполняя недоступные функции. Электрическая и конструктивно-технологическая совместимость с изделиями микроэлектроники играет при этом решающую роль. Примерами такой совместимости могут служить жидкокристаллические индикаторы и дисплеи, фотоПЗС, полупроводниковые инжекционные излучатели (светодиоды и лазеры). По-прежнему еще редки случаи удачной конкуренции оптоэлектронных устройств с традиционными микроэлектронными при решении одной и той же задачи. Даже успешное развитие оптических ЗУ не опровергает данного утверждения, так как, во-первых, они вытесняют устройства памяти на магнитных носителях, а не на интегральных микросхемах, а во-вторых, если вытеснение и произойдет, то, по-видимому, не слишком скоро: в магнитной памяти имеются значительные потенциальные возможности (ЗУ с вертикальной записью.

» Носов Ю. Р. Оптоэлектроника. -М.: Сов. радио, 1977. -232 с.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 [114] 115 116 117 118 119