Техника - молодёжи 1989-09, страница 4

ческий брат транзистора — транс-фазор, обладающий двумя устойчивыми информационными состояниями и переключающийся управляющим оптическим сигналом.

В основе работы трансфазора лежит свойство некоторых материалов изменять в зависимости от освещенности свой показатель преломления света. С ним соотносится скорость, с которой световая волна проходит сквозь материал. Так что если менять показатель — будет меняться и скорость. А изменив скорость света, мы тем самым изменим длину его волны. К чему это может привести, поясним на примере известного оптикам интерферометра Фабри — Перо.

Он состоит из двух плоских полупрозрачных зеркал, расположенных параллельно и разделенных некоторым пространством — резонатором (рис. 1). В него помещается вещество, пропускающее свет определенной длины волны. На рис. 1а показано, что произойдет с лучом в резонаторе, если расстояние между зеркалами не равно целому числу длин полуволн света. Допустим, коэффициент отражения зеркал 0,9, и интенсивность проникающего в резонатор пучка составляет 0,1 от интенсивности падающего света Jo. Поскольку пучок, отраженный от внутренней поверхности второго зеркала, находится в противофазе с прямым, они компенсируют друг друга. В результате на выходе получается 0,01 Jo.

Если же расстояние между зеркалами равно целому числу длин полуволн, прямой и обратный пучки совпадут по фазе и возникнет стоячая результирующая волна (рис. 16). Можно добиться такого ее усиления, что интенсивность выходящего из резонатора света будет почти равна J₀. В интерферометре Фабри — Перо эти условия создаются регулированием расстояния между зеркалами или поочередным заполнением резонатора веществами с разным показателем преломления, от которого зависит длина полуволны. Но так изменять выходной сигнал очень неудобно Может быть, есть другой способ?

В интерферометр поместили материал, показатель преломления которого зависит от освещенности. Роль управляющего пучка света стал играть лазерный луч. Изменяя его интенсивность, будем менять показатель преломления материала, а следовательно, и оптическую

длину резонатора (она измеряется числом укладывающихся в ней полуволн света).

Все это позволяет создать так называемую бистабильную ячейку — основу логических и запоминающих элементов вычислительных систем. Физический принцип работы и характеристики такой ячейки приведены на рис. 2. Зависимость интенсивности выходного пучка от суммы входных позволяет иметь два состояния: «открыто — закрыто», «да — нет», «1—0», что и нужно для цифровой обработки информации. Вот и вся суть трансфазора.

Известно, что в компьютерной схемотехнике используются различные логические элементы. Обычно их три типа. Элемент «И» имеет сигнал на выходе только в том случае, если суммарная интенсивность пучков Jbx и Jynp позволяет перейти в состояние «ВКЛ». Если же переход в него возможен под действием и одного из пучков, то осуществляется функция «ИЛИ». А элемент «НЕ» реализуется, когда большой сигнал на выходе формируется при малых входном и управляющем и наоборот.

Трансфазору присуще одно замечательное свойство. OкaзЫвa-

^^> и с . 1. Интерферометр Фабри — Перо. L — длина резонатора, п — целое число. Л/г —длина полуволны света.

Рис 2. Принцип работы и характеристики бистабильной ячейки — основы трансфазора: а) принципиальная схема, б) зависимость интенсивности выходного пучка от суммы входного и управляющего, в) небольшой по интенсивности управляющий сигнал может формировать уровень выходного пучка.

а

ется, ничто не мешает сфокусировать в полости его резонатора несколько лазерных пучков. Каждый будет проходить в кристалле своим независимым путем и выполнять предназначенную ему логическую функцию. И если исходный луч расщепить на три, то на нем можно провести сразу три операции. Стоит ли говорить, что это позволяет резко увеличить скорость обработки информации.

Однако оптические сигналы необходимо преобразовать в электрические, которые удобно обрабатывать традиционными методами. Чтобы осуществить такое преобразование, вещество резонатора формируется в виде многослойной полупроводниковой структуры — сверхрешетки. Толщина одного слоя составляет всего несколько десятков ангстрем. Свойства структуры таковы, что перенос заряда сквозь нее возможен только при облучении светом. Таким образом, она выполняет функции фотодетектора — выходной сигнал возникает в соответствии с числом падающих квантов света.

Чередующиеся тонкие слои позволяют добиться «управляемости» светом не только электрической проводимости, но и коэффициента