Главная > Оптика > Оптические вычисления
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

3.5. Адресуемые ПЗС-пространственные модуляторы света (ПЗС-ПМС)

Отсутствие подходящих ПМС является, вероятно, наиболее серьезной помехой для быстрого развития обработки оптических сигналов и данных. Важными рабочими характеристиками таких устройств являются высокая скорость записи, высокое разрешение (большое число элементов), большая глубина модуляции. Сочетание этих черт в одном устройстве было недостижимой целью, даже при том, что существует большое число концепций, выдвинутых на различных стадиях развития тематики [10, 30].

В этом разделе мы описываем современное состояние исследований, направленных на соединение явления электропоглощения и ПЗС-технологии, с целью получения быстродействующих модуляторов с высоким разрешением и высоким контрастом. В таком устройстве зарядовый пакет в потенциальной яме в ПЗС изменяет электрическое поле и, следовательно, оптическое пропускание электропоглощающей среды. В представленном на рис. 3.1 ПЗС-устройстве зарядовый пакет может быть электрически введен во входной регистр (он показан вдоль верхней части устройства), и затем перенесен параллельно регистрам столбцов. Тогда заряд может быть перемещен серией тактовых циклов вниз по столбцам, и когда все ячейки заполнены, то может быть подан оптический входной сигнал, который требуется

промодулировать. Эта возможность шагового смещения или «прокрутки» данных в устройстве является привлекательной чертой для определенных концепций оптических вычислений, таких как схема RUBIC [5]. В качестве альтернативы ПЗС может работать как формирователь изображений, так что целый шаблон для модуляции света может быть установлен оптически за времена менее наносекунд. Для емкости ямы в ПЗС, составляющей 106 электронов, и квантовой эффективности в 50% требуемая оптическая мощность для длины волны 850 нм составляет

3.5.1. Электропоглощение

Монолитный ПМС на GaAs ПЗС-структуре основан на явлении электропоглощения, или разновидности оптического поглощения в электрическом поле. Будут описаны два примера электропоглощения, подходящие для реальных приборов. Первый — это эффект Франца—Келдыша, в котором оптическое поглощение при энергиях фотонов, немного меньших, чем ширина запрещенной зоны, может быть увеличено при приложении электрического поля. Второй случай, обсуждаемый ниже более подробно, представляет недавно обнаруженный сдвиг экситонного поглощения в квантовых ямах на и представляющий особый интерес из-за того, что изменение поглощения во много раз сильнее, чем в случае эффекта Франца—Келдыша. Оба эффекта имеют необходимое быстродействие, так как они зависят от квантовомеханических явлений, возникающих в субпикосекундных временных масштабах. На практике быстродействие модуляторов, использующих эти эффекты, будет ограничено процессом переноса заряда в ПЗС.

Эффект Франца—Келдыша заключается в изменении оптического поглощения в электрическом поле для фотонов с энергией, близкой к ширине запрещенной зоны (данному эффекту посвящены обзоры [1, 4]). Этот эффект можно наблюдать в GaAs и во всех прямозонных полупроводниках, но, к сожалению, он пренебрежимо мал в непрямозонных материалах, таких как кремний. Теоретические и экспериментальные зависимости коэффициента оптического поглощения от длины волны при различных напряженностях электрического поля показаны на рис. 3.18 для GaAs [28] и четверных полупроводниковых соединений Единственные параметры материала, используемые в выражениях для электропоглощения, это эффективная масса и показатель преломления. Поскольку

эти параметры приблизительно одинаковы для GaAs и GalnAsP, то расчетные кривые на рис. 3.18 должны быть применимы к обоим материалам. Для обоих полупроводников измеренные величины электропоглощения оказываются несколько ниже, чем следует из результатов теоретических расчетов. Маловероятно, что в других полупроводниках, приемлемых по соображениям технологии, будут значительно более существенные изменения коэффициентов поглощения, чем те, которые представлены на рис. 3.18. Эффективные массы носителей и показатели преломления таких материалов не отличаются значительно от соответствующих значений для GaAs.

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление