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

9.2. Характеристики волоконно-оптических ПЛМ

9.2.1. Коэффициенты объединения по входу и разветвления по выходу

Произведение мощности на ширину полосы пропускания является важным параметром, используемым при разработке интегральных схем со сверхвысокой степенью интеграции. Это произведение также позволяет проводить сравнение оптоэлектронных логических матриц со всеми существующими электронными логическими матрицами. В последних подразделах данного раздела будет показано, что для фиксированных чувствительности фотодетектора, полосы частот и частоты появления ошибок произведение коэффициентов объединения по входу и разветвления по выходу для волоконно-оптической логической матрицы связано с мощностью входного сигнала. В дополнение к этому будет показано, что произведение этих коэффициентов оказывается связано с общим числом межэлементных соединений и производительностью системы. По этим причинам коэффициенты разветвления и объединения имеют критические значения. На рис. 9.4 показан пример соединения волокон встык, что позволяет реализовать высокие коэффициенты объединения по входу и разветвления по выходу либо в одном каскаде, либо в древовидной структуре. Данная методика была специально разработана для того, чтобы сделать возможной реализацию больших волоконно-оптических логических матриц [12]. В случае необходимости разветвления волокна одиночное волокно большего диаметра служит источником, освещающим жгут волокон, имеющих маленький диаметр. Таким образом, свет от толстого волокна распределяется по всем тонким волокнам. Исходя из предположения о том, что величины угловых апертур

Рис. 9.4. Схема соединения «встык» волокна со жгутом волокон.

толстого и тонких волокон являются постоянными, согласно теоретическим оценкам, получим, что максимальная мощность, передаваемая в каждое из тонких волокон, уменьшается пропорционально величине, на которую «не совпадают» площади торцов тонких волокон и толстого волокна. Практически передаваемая в тонкое волокно мощность оказывается несколько ниже ожидаемой вследствие потерь при соединении и неоднородного распределения света в толстом волокне. Для гауссова распределения света в волокне эффективный диаметр связи обычно ограничен половиной диаметра толстого волокна.

Из рис. 9.4 следует, что свет, распространяющийся по каждому из тонких волокон, суммируется в толстом волокне. Не учитывая потери на состыковку волокон, можно считать, что вся мощность, переносимая каждым из тонких волокон, передается в толстое волокно. Если предположить, что максимальный коэффициент объединения по входу соответствует наихудшему из всех возможных случаев, когда световую мощность передает лишь одно из тонких волокон, тогда минимальная регистрируемая мощность будет в конечном счете определяться переданной по тонкому волокну мощностью и степенью несовпадения площадей детектора и толстого волокна. При этом, естественно, считается, что угловые апертуры постоянны, а уровень регистрируемой мощности соответствует конкретному фотодетектору, определенным значениям ширины полосы пропускания и частоте появления ошибок. Это находится в хорошем соответствии с представленной в [22] теоремой, согласно которой произведение квадрата величины входной апертуры и площади входного «пятна» света не может превышать произведение величины выходной апертуры и площади выходного пятна. Предполагая, что затухание в волокне и потери при состыковке волокна не приводят к значительным потерям мощности, можно выделить четыре наиболее важных параметра, определяющие коэффициенты объединения по входу и разветвления по выходу. Такими параметрами являются мощность входного оптического сигнала, чувствительность фотодетектора, ширина полосы пропускания и частота появления ошибок. Фактически все эти параметры являются взаимосвязанными. В следующих двух подразделах будет анализироваться взаимосвязь этих параметров, а также будут рассмотрены предельные возможности, определяемые существующими ограничениями на плотность упаковки волокон и рассеиваемую мощность.

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление