Устройство бистабильное оптическо

Устройство бистабильное оптическое 69 [c.436]

Рассмотренные выше бистабильные оптические устройства имеют много потенциально важных применений, в том числе в оптических системах связи и в системах обработки сигналов. Они могут использоваться в качестве дифференциальных усилителей, переключателей, ограничителей, вентилей и т. п. [c.327]

Дифференциальное усиление. Бистабильные оптические устройства нередко проявляют дифференциальное усиление. Коэффициент усиления g определяется как [c.339]

Формирование импульса. Пусть через бистабильное оптическое устройство распространяется световой импульс (рис. 8.21). [c.339]

Нелинейные оптические устройства обладают многими интересными свойствами. К ним относятся дифференциальное усиление и бистабильность (гистерезис), которые можно наблюдать, например, исследуя пропускание интерферометра Фабри — Перо, содержащего пары Na, облучаемые светом непрерывного лазера на кра- сителях [3]. Бистабильные устройства обычно работают в режиме больших мощностей, когда среда ведет себя нелинейно. Если нелинейность среды увеличивается за счет резонансных электронных переходов, то полоса оказывается очень узкой. В дальнейшем мы обсудим ряд электрооптических устройств с искусственно созданной нелинейностью, характеристики которых аналогичны оптическим устройствам с естественной нелинейностью. Обладая теми же нелинейными свойствами, они позволяют избежать ряд трудностей при решении задач, связанных с нелинейной природой. [c.321]

Оптическая бистабильность может быть получена также в электро-оптическом амплитудном модуляторе, на кристалл которого подается сигнал обратной связи, пропорциональный интенсивности прошедшего света. На рис. 8.16 схематически показано, как действует такое устройство. Если поляризатор на входе ориентирован под углом 45° относительно главных осей кристалла, к которому приложено модулирующее напряжение, а анализатор на выходе скрещен с ним, то коэффициент пропускания этого амплитудного модулятора дается выражением (5.2.11) [c.325]

Рис. 7.17. Оптическая схема устройства для бистабильной генерации на трех ФРК-лазерах с общим нелинейным элементом НЭ

Явление оптической бистабильности, по-видимому, может найти разнообразные применения в оптических устройствах важного прикладного значения. Поэтому мы остановимся на этом явлении и довольно подробно изложим его теорию. Рассмотрим экспериментальную схему, представленную на рис. 9.1. Когерентное световое излучение лазера (поле Е1) падает на зеркало, от зеркала частично отражается, а частично проходит в среду. Здесь оно распространяется в виде волны и достигает второго зеркала. Затем тоже частично отражается ( 2)1 з частично выходит из системы. Нас интересует, как связано поле Е прошедшей волны с полем Е1 на входе. В дальнейшем будем считать, что резонатор Фабри—Перо, изображенный на рис. 9.1, настроен в резонанс (или почти в резонанс) с полем Е, падающей волны. Если среда отсутствует, то мощность прошедшего света /7- пропорциональна входной мощности / , причем коэффициент пропорциональности зависит от расстройки резонатора и его резкости (ширины его резонансов). Качественно новые явления могут возникать, если резонатор заполнен веществом, для которого поле падающего света оказывается резонансным или почти резонансным. В отличие от обычного случая лазера, активное вещество которого некогерентно накачивается извне, в нашем случае в отсутствие когерентного поля Ес вещество находилось бы в основном состоянии. Такое вещество должно поглощать по- [c.231]

Рис. 9.1. Схема экспериментального устройства для исследования оптической бистабильности.

ОПТИЧЕСКИЕ БИСТАБИЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА И ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ [c.52]

В данной главе дается описание работы оптических бистабильных устройств и логических вентилей. Подводятся итоги последних достижений, обсуждаются три вида перспективных устройств, использующих ОаАз. Дается сравнение чисто оптических устройств с одной из гибридных систем, а именно с [c.52]

Как будет показано дальше, для работы оптических вентильных устройств не требуется бистабильности, и достаточной является нелинейная характеристика, приведенная на рис. 2.1,0. То же самое переключающее поведение может быть получено при использовании двух световых пучков (рис. 2.2). Интенсивный лазерный пучок, называемый несущим пучком, изначально отстроен по длине волны относительно максимума коэффициента пропускания, что определяет выключенное со- [c.55]

Современное состояние работ по оптическим бистабильным устройствам [c.58]

С ПОМОЩЬЮ фемтосекундной лазерной системы. Временная характеристика, соответствующая времени переключения бистабильного устройства, может быть получена путем измерения того, насколько быстро сдвигается пик пропускания резонатора Фабри — Перо в ответ на воздействие входного пучка. Полученное для работающего при комнатной температуре устройства время отклика 1 пс является минимальным для оптических логических устройств с малым потреблением мощности (рис. 2.7). Время возврата вентиля в исходное состояние, которое соответствует времени выключения бистабильного уст- [c.64]

Обработка данных, как можно полагать, осуществляется на трех уровнях составных компонент компьютера. Простейший — это уровень вентилей, в которых двоичные переключатели осуществляют булевы логические операции. Исследования на данном уровне концентрировались на разработке оптических бистабильных устройств, образующих вентили [3], и оптических методах образования соединений между оптическими или электронными логическими вентилями [4]. Наивысший уровень— это уровень процессора, на котором в едином узле выполняются целые алгоритмы. Традиционные оптические процессоры работают именно на данном уровне, выполняя, например, преобразование Фурье за один проход света через линзы. На уровне регистра осуществляется синергетическая обработка чисел и блоков чисел. Этот уровень организации обработки данных превосходит просто эксплуатацию набора вентилей, но операции достаточно просты, и они могут быть сгруппированы так, чтобы образовать большое число операций более высокого уровня. [c.183]

В настоящее время разрабатываются более совершенные нелинейные материалы, позволяющие создать более пригодные на практике оптические бистабильные устройства. Элементы соединений, вероятно, будут использовать эффект смещения частот в нелинейных оптических средах и будут аналогичны по сути устройствам, описанным ранее для гибридных архитектур. Однако из-за намного большего числа каналов, с которыми необходимо работать, переключения должны выполняться многоступенчатым образом, когда ряд параллельных плоских голографических матриц, работающих в реальном времени, выполнял бы процедуры аналогично тому, как это показано на рис. 10.38. Заметим, что для простоты все три основные функции межэлементных соединений процессор — процессор, процессор — память, процессор — устройство ввода/вывода объединены в один блок, но они могли бы быть реализованы тремя независимыми устройствами. [c.348]

На основе волноводных элементов интерференционного типа можно построить устройства, управление которыми осуществляется цифровым сигналом. Модуляторы интерференционного типа и связанные канальные волноводы в Ь1КЬ0з представляют основу для создания широкого класса уникальных устройств интегральной оптики. Это модуляторы бегущей волны с шириной полосы Д/ = 17 ГГц (рис. 8.5 д), генераторы пикосекундных импульсов (рис. 8.5, е), бистабильные оптические элементы и другие устройства, имеющие важное прикладное значение в технике передачи и обработки информации. [c.154]

ОПТИЧЕСКАЯ БИСТАБИЛЬНОСТЬ — одно из проявлений самовоздействия света в нелинейных системах с обратной связью, при к-ром определённой интенсивности и поляризации падающего излучения соответствуют два возможных устойчивых стационарных состояния поля прошедшей волны, отличающихся амплитудой и (или) параметрами поляризации. Передаточные характеристики таких систем, показывающие зависимость стационарных значений выходной интенсивности /ц, степени эллиптичности Вд и угла наклона фц гл. оси эллипса поляризации прошедшего излучения от соответствующих характеристик падающего (/, е, ф), неоднозначны и обладают ярко выраженными гистерезисными свойствами. При циклич. адиабатич. изменении входной интенсивности или поляризации в широком диапазоне бистабильное устройство фзгнкционирует обратимо, причём предыдущее состояние системы однозначно определяет, какое из двух устойчивых состояний поля реализуется на выходе. [c.428]

В качестве оптически бистабильных устройств широко используются пассивные оптич. резонаторы (ОР), содержащие нелинейные среды, где обратная связь возникает за счёт отражения от зеркал системы с распределённой обратной связью (встречные волны непрерывно взаимодействуют во мн. сечениях нелинейной среды) оптоэлектронные гибридные системы, в к-рых обратная связь осуществляется за счет управления параметрами оптич. среды электрич. сигналом с детектора прошедшего светового потока. Представляет интерес безрезонаторная О. б., обусловленная корреляциями пар атомов в сильном эл.-магн. поле. Оптич. гистерезис и О. б. возникают также в сложных активных лазерных системах. [c.428]

Насколько учёт эффектов поляризац. самовоздейст-вия усложняет передаточные характеристики оптически бистабильных устройств, видно на примере рас- [c.429]

Применение. О. б. является фактически оптич. аналогом тех. электронных гистерезисных явлений, к-рые использовались при создании ЭВМ. Запись элементарной информации может происходить, напр., с помощью нелинейного ОР, работающего в бистабильном режиме (рис. 2, б). Так, устойчивые стационарные состояния поля, к-рым соответствуют рабочие точки С и С (соот-ветствепно интенсивности/ni и/пг), могут считаться нулём и единицей в двоичной системе. Под действием управляющих импульсов возможны переключения между ялми. В частности, переход из нижнего устойчивого состояния в верхнее обеспечивается одним импульсом с достаточно большой пиковой интенсивностью, если он распространяется параллельно осн. волне. При этом нач. выходная интенсивность /да сначала возрастает до значения, соответствующего точке L, а затем уменьшается до /щ, Оптически бистабильные устройства могут стать базовыми элементами систем оптической обработки информации, оптич. логич. и компьютерных систем (см. Оптические ко,мпыатеры. Памяти устройства, Логические схемы). [c.431]

Оптические логические устройства на основе оптической бистабильности. Полный набор полностью оптических логич. устройств для синтеза более сложных блоков О. к. реализуется, напр., на основе пассивных нелинейных резонаторов-интерферометров, в к-рых в результате светоиндуциров. изменения оптич. длины происходит сдвиг пика пропускания (резонанса) относительно длины волны падающего излучения. В зависимости от нач, условий (нач. положения пика пропускания и нач. интенсивности) в пассивном нелинейном резонаторе нелинейный процесс завершается установлением одного из двух устойчивых состояний пропускания (отражения) падающего излученнн. [c.445]

Кратко рассмотрим воздействие ФКМ на оптическую бистабильность. Любая нелинейная среда, помещенная внутрь резонатора, может проявлять бистабильность [78, 79], и волоконные световоды не являются исключением. Если для этой цели использовать волоконный кольцевой резонатор, оптическая бистабильность может возникать вне зависимости от того, распространяется ли излучение по или против часовой стрелки. Интересная ситуация возникает, когда оптические волны возбуждаются в обоих направлениях. Из-за взаимодействия между встречными волнами за счет ФКМ устройство действует как две связанные бистабильные системы, и оно может обладать качественно новыми свойствами [63 66]. Хотя оптическую бистабильность наблюдали [68] для случая однонаправленного распространения в волоконном кольцевом резонаторе, исследование двунаправленного случая не привлекло большого внимания. Возможно, оптическая бистабильность в одномодовых волоконных световодах будет использоваться для быстрых оптических переключений. [c.211]

С прикладной точки зрения главный итог разработки эффективных источников коротких световых импульсов связан с открываюш,имися теперь возможностями реализации предельных скоростей оптической обработки и передачи информации. В последние годы выполнены эксперименты, ярко их демонстрируюш,ие созданы оптические бистабильные устройства, переключаемые за времена 10 с, элементы волокон-но-оптических линий связи, информация в которых переносится с по-мош,ью оптических солитонов с длительностью, достигаюш,ей 10 i с. [c.10]

Хотя в большинстве случаев эти новые явления наблюдаются в поле непрерывных и квазинепрерывных источников на сравнительно медленных, а потому и сильных, кубичных нелинейностях, несомненный принципиальный и прикладной интерес представляет переход к сверхкоротким импульсам. Переключение бистабильных устройств, использующих нелинейно-оптические микрорезонаторы с одномерной обратной связью, осуществляется за времена порядка 1 пс [И]. Быстрое переключение пространственных структур, двумерное и трехмерное переключение света светом, позволило бы создать сверхбыстродействующие аналоговые оптические компьютеры, оперирующие с нелинейными образами. Все это делает очень актуальным теоретические и экспериментальные исследования пикосекундной динамики разнообразных систем с обратной связью. [c.291]

Перспективно использование бистабильных устройств в качестве внутрирезонаторных элементов оптических квантовых генераторов, в частности в качестве бистабильного зеркала [205] (рис. 4.18). В этом слу ае. в исходном состоянии ПВМС имеет малое отражение, так что потери в резонаторе превышают усн- [c.259]

Изобретение транзистора несколько десятилетий назад вызвало революцию в вычислительной технике и технике связи. Вычислительные машины дотранзисторной эпохи были громоздкими, неудобными и обладали низким быстродействием. Вычислительные машины на транзисторах значительно уменьшились в размерах, а их быстродействие увеличилось появилась возможность проводить обработку больших массивов цифровой информации. Наряду с этим быстрое развитие технологии электронных вычислительных машин начинает сдерживаться трудностями, возникающими ири передаче данных из одной части системы в другую. В отличие от этого оптические методы не предполагают проблем ири передаче информации. Вместе с тем уровень развития технологии оптических цифровых устройств значительно отстает от развития электроники. Тем не менее были разработаны оптические бистабильные и логические устройства, аналогичные транзисторам [1]. Транзистор— это устройство, в котором один поток электрических зарядов управляет другим потоком электрических зарядов. Аналогично в оптическом бистабильном устройстве один световой поток управляет другим световым потоком. Бистабильное устройство — это переключатель, который находится в состоянии включено , если устройство пропускает входящий свет, и выключено , если устройство блокирует свет. Бистабильные устройства имеют размеры порядка нескольких мкм . Они обладают быстродействием в пикосекундной области и обеспечивают высокую степень параллельности при выполнении операций. Ряд таких бистабильных устройств работает при комнатной температуре и потребляет при этом мощность всего в несколько милливатт. [c.52]

Оптическая бистабильность требует применения нелинейных материалов и оптической обратной связи. В тех устройствах модуляции света, где используют изменение показателя преломления, применяют нелинейные оптические среды, имеющие показатель преломления, зависящий от интенсивности света. Обратная связь является или внешней (макроскопической), где нелинейная среда размещается внутри интерферометра (резонатора) Фабри — Перо , или внутренней (микроскопической), где оптически индуцируемые изменения в нелинейной среде непосредственно влияют на взаимодействие среды с падающим пучком света. Большая часть работ по оптическим переключениям до сих пор выполнялась на устройствах, где для получения бистабильности использовались изменения рефрактивных свойств материалов, а обратная связь осуществлялась с помощью внеигаего резонатора Фабри — Перо. Примером реализации внутренней обратной связи является случай бистабильности, обусловленной возрастанием коэффициента поглощения. В устройствах типа СЭОУ (обсуждаемых ниже), хотя и используют рост коэффициента поглощения, но для воздействия на поглощение применяют извне подаваемое электрическое поле, так что здесь обратная связь является внешней. До сих пор все из наиболее перспективных устройств основывались на внешней обратной связи. [c.53]

Оптические бистабильные устройства и логические элементы, чтобы не возникало проблем из-за выделяемого тепла, должны при выполнении большого числа параллельных операций работать с малыми затратами мощности. Расчеты, проведенные с учетом статистических свойств света, показывают, что необходимо по крайней мере примерно 300 фотонов на бит и тогда частота появления ошибок будет менее 10" . При этом, например, затраты энергии для устройства, работающего в видимом диапазоне длин волн, составят приблизительно 0,1 фДж. А при условии, что мы хотим достичь скоростей переключения порядка 1 ПС, величина потребляемой мощности должна составлять 0.1 мВт (если, конечно, такие энергии и скорости достижимы). Устройства должны иметь малые размеры (несколько квадратных мкм), работать при удобных значениях температуры (например, комнатной) и ДЛ1ШЫ волны [c.56]

Оптические бистабильные устройства (ОБУ) (резонаторы Фабри— Перо, СЭОУ и др.) имеют очень большие, стремящиеся к бесконечности значения дифференциальных коэффициентов усиления при переключающей интенсивности 1вкл. В литературе, например [31], встречались сообщения об экспериментально полученных коэффициентах усиления, превышающих 10 . Здесь для простоты и наглядности под коэффициентом усиления, называемым далее просто усилением, подразумевается крутизна зависимости выходного сигнала от входного сигнала. [c.69]

Возможности оптических вычислений можню оценить, например, при рассмотрении свойств системы, состоящей из матрицы оптических бистабильных устройств с чисто оптической цепью обратной связи. В данном случае бистабильное устройство выполняет операции принятия решения, а цепь обратной связи (которая может содержать голограммы, линзы, светоделительные элементы и другие компоненты) выполняет операции соединения. Как показано в разд. 5.4, обоснованные планы развития современной технологии могут обеспечить выполнение такими системами порядка 10 логических операций в секунду на площади в 1 см , или более чем в 100 раз выше, чем планируют современные программы по СБИС [3]. Существующее ограничение характеристик этой системы состоит в рассеянии мощности матрицей оптических бистабильных элементов данное ограничение является свидетельством относительной сложности использования оптики для процедур принятия решения. Однако эта трудность не должна сдерживать развитие оптических компьютеров с феноменальными рабочими характеристиками по сравнению с чисто электронными вы- [c.141]

Два простых примера устройств с внутренним пороговым кодированием, одно из которых (умножитель-сумматор) использует комбинаторную логику, а другое (/-i -TpHrrep)—последовательную логику, рассмотрены в разд. 5.3.1 и 5.3.2. Эти устройства могут быть реализованы с высокой степенью интеграции на основе нелинейных оптических (бистабильных) устройств. Так как оптико-электронные (или электронно-оп-тические преобразования), как правило, приводят к ухудшению таких показателей, как быстродействие, энергопотребление, геометрические размеры и т. д., можно ожидать, что эти приборы потребуют чисто оптических или близких к ним внутренних соединений с целью улучшения рабочих характеристик по сравнению с чисто электронными устройствами. [c.155]

Необходимость выполнения вычислений в реальном времени (или увеличения скорости вычислений), а также все большее распространение компьютеров требуют увеличения скоростей вычислений, а соответственно и наращивания вычислительных мощностей. Существующие сегодня подходы к разработке компьютеров выходят на уровень насыщения. Технология полупроводниковых устройств достигла той точки, где становится все труднее достичь улучшения характеристик путем уменьшения размеров компонент и, следовательно, с помощью однопроцессорных систем [1, 2]. Разрабатываемые новые технологии для традиционных подходов, таких как GaAs-приборы, обеспечат расширение возможностей в течение лишь нескольких ближайших лет ожидается, что они обеспечат улучшение характеристик приблизительно в пять раз. (Устройства на GaAs также исследуются в целях создания матриц параллельной обработки на основе оптических бистабильных элементов.) Операции с векторами, конвейерная обработка специальных функций, работа с совмещением операций и выполнение векторных команд могут достичь значительного выигрыша в характеристиках, но они уже сегодня используются в полной мере и едва ли дадут в будущем существенное улучшение характеристик. [c.367]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...