AT401690B - Anordnung zur erzeugung optischer schwingungen - Google Patents
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- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
Description
AT 401 690 B
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Erzeugung optischer Schwingungen.
Licht in Wechselwirkung mit halbleitenden Materialien ergibt eine Vielfalt technischer Anwendungen, die unter dem Begriff Halbleiter-Optoelektronik zusammengefaßt werden. Meist handelt es sich dabei um lineare Effekte. Jedoch, in jüngerer Zeit rücken die nichtlinearen optischen Eigenschaften der Halbleiter immer mehr in den Mittelpunkt der internationalen Forschung und technischen Anwendung. Optische logische Verknüpfungen (z.B. NOT-Gates), realisiert durch laser induced optical devices (LIOD's) "Bistable optical device realization with thin Cds films", von B. Ulrich, C.Bouchenaki, S.Roth and G.Leising, Journal of Crystal Growth 117, 925 (1992), sind dabei von großer technischer Bedeutung. Durch LIOD’s werden optische Rechner möglich, wobei der Datentransfer via Glasfasern abläuft. Der Vorteil dieses Konzeptes sei kurz erwähnt: Extrem kurze Signallaufzeit, keine parasitären Einflüsse durch Kapazitäten, interne Signalleitungen (Lichtstrahlen) beeinflussen einander nicht (effektive Nutzung der dritten Dimension) etc.
Wie in "Bistable optical device realization with thin cds films", von B.UIrich, C.Bouchenaki and S.Roth and G.Leising, Journal of Crystal Growth 117, 925 (1992) näher beschrieben, besteht das konkrete optische Element aus einer Cadmiumsulfidschicht (CdS), die mit der technisch leicht zugänglichen grünen (514,5mm) Linie eines Argon-Lasers beleuchtet wird. Zwei grundsätzliche Betriebsarten sind zu unterscheiden: All-optical Bistability (all-OB) d.h. keine elektrische Verbindung mit der Schicht, und Hybrid Bistability (HB).Letztere eröffnet die Möglichkeit einer positiven und negativen optischen Logik.
Bei diesen bekannten Lösungen handelt es sich jedoch um die Ausnutzung von Transmissionseigenschaften der CdS Schicht.
Weiters wurden durch den Aufsatz von A. Witt et. al. "An Electrooptical ans Optoelectric Bistable Interconnect at 514nm: The Photothermal CdS Self-Electrooptic Effect Devices" IEEE Journal of quantum electronics, Vol. 24, No. 12 December 1988, Seiten 2500 bis 2506 und der US-PS 4 720 175 Untersuchungen bezüglich der Transmissions bzw. Photostromstabilität eines CdS Plättchens bekannt, wobei besonders die interne Absorptionsrückkopplung untersucht wurden. Weitere diesbezügliche Untersuchungen wurden auch durch den Aufsatz "Bistable optical device realization with thin CdS films" von Ullrich et. al., Journal of Crystal Growth Vol. 117, Seite 925ff (1992), den Aufsatz "Optical Gate Realization with Thin CdS Films" von Ullrich et. al. Applied Physics A Vol. 53 Seite 539ff (1991), den Aufsatz "Preparation, characterization and bistable photoconduction properties of thin CdS layers" von Ullrich et. al., Journal of the Optical Society of America B, Vol. 8, Seite 691 bis 700 (1991) und den Aufsatz "Bistable Laser Induced Optical Thin CdS Fil Devices: All Optical and Hybrid Logic Gates" von Ullrich et. al., Internationl Conference on Quantum Electronics Technical Digest Series 1992, Vol. 9, Seite 416 bekannt.
Es kann jedoch aus den Ergebnissen von Untersuchungen der Transmissionseigenschaften von CdS Schichten auf die Reflexionseigenschaften sehr dünner CdS Plättchen geschlossen werden. So entziehen sich bekanntlich dünne Schichten dem in größeren Volumina gültigen Gleichgewicht zwischen Absorption (A), Transmission (T) und Reflexion (R) nach der Beziehung A + T + R = 1
Ziel der Erfindung ist es, einen selbsterregten optischen Reflexionsoszillator (SORO) vorzuschlagen, bei dem auf eine Rückkopplung verzichtet werden kann.
Erfindungsgemäß wird dies bei einer Anordnung der eingangs erwähnten Art dadurch erreicht, daß im Strahlengang einer Argon-Laserlichtquelle,die Licht mit einer Wellenlänge von 514,5nm aussendet, eine auf einem Substrat aufgebrachte CdS-Dünnschicht angeordnet ist, wobei ein auf die CdS-Dünnschicht unter einem Winkel auffalender nicht-oszillierender Laserstrahl als oszillierender Lichtstrahl reflektiert wird.
Mit eine solchen Anordnung lassen sich auf sehr einfache Weise ungedämpfte optische Schwingungen erzeugen. Solche Oszillatoren können in Sendern und Meßgeräten statt der bisher üblichen Oszillatoren zur Erzeugung elektrischer Schwingungen eingesetzt werden. Dabei lassen sich Informationen statt mit Elektronen sondern von Photonen übertragen und durch die vorgeschlagene Anordnung werden reine photonische Amplituden- und Frequenzmodulationen erstmals ohne weitere Zusätze möglich.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1 ein Diagramm einer positiven und einer negativen hybriden Schaltlogik.
Fig. 2 schematisch eine erfindungsgemäße Anordnung und
Fig. 3 ein Diagramm der Wirkungsweise der Anordnung nach der Fig. 2.
Die Fig. 1 zeigt das Diagramm einer positiven und einer negativen hybriden Schaltlogik, wie sie mit einer Anordnung nach der Fig. 2 realisiert werden kann, wobei der Photostrom mit der Temperatur ansteigt, bzw. abfällt. Die theoretischen Grundlagen solcher Laser induzierten optischen Bauteile (LIOD) und die entscheidente Rolle der Temperatur im Lichtfokus gegenüber der Umgebungstemperatur sind in dem bereits erwähnten Aufsatz "Optical Gate Realization with Thin CdS Films" von Ullrich et. al. Appl. Phys. A 2
Claims (3)
- AT 401 690 B 53, 539 (1991) ausführlich diskutiert. CdS Schichten haben bereits ohne Beleuchtung freie Elektronen im Leitungsband und stellen daher einen n-Typ Halbleiter dar. Bedingt sind diese freien Elektronen durch einen intrinsischen Cd Überschuß. Eine Abschwächung oder Steigerung dieses Überschusses, z.B. durch Variation des Herstellungsverfahrens oder mittels einer Wärmebehandlung, verursacht unterschiedliche Temperaturabhängigkeiten des Photonenstromes. Dabei ist für eine positive Logik eine schwache n-Typ Charakteristik, d.h. eine niedrige Dunkelleitfähigkeit von z.B. 10-3(Qcm)-1, und für eine negative Logik eine ausgeprägte n-Typ Charakteristik, d.h. eine hohe Dunkelieitfähigkeit von z.B. ca. 1(ncm)-1 erforderlich. Diese Definition einer positiven und negativen Logik erlaubt eine rasche Feststellung über die Temperaturabhängigkeit des Photonenstromes ohne jegliche Temepraturvariation seitens eines externen Heizungssystems oder ähnlichem. Es genügt die einfallende Licht-bzw. Laserleistung bis zum Wert Pa zu steigern und die Schaltrichtung, z.B. von H auf L, oder vice versa zu beobachten. Reduziert man die Leistung des Lasers bis zum Wert Pb, so findet der zweite Schaltvorgang statt (Fig. 1). Die Fig.
- 2 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Anordnung. Eine solche weist eine Substrat 1 auf, das mit einer CdS-Dünnschicht 2 beschichtet ist. Weiters ist eine durch einen Argon-Laser 3 gebildete Lichtquelle vorgesehen, der Licht mit einer Wellenlänge von 514,5nm Wellenlänge aussendet. Der Lichtstrahl Io dieses Lasers 3 schließt mit dem Substrat 1, bzw. dessen CdS-Dünnschicht 2 einen Winkel a ein. Dabei wird der oszillationsfrei ausgesandte Lichtstrahl reflektiert, wobei jedoch der reflektierte Lichtstrahl R oszilliert. Diese Oszillationen können mit Reflexionsmessungen nachgewiesen werden. Dieser Vorgang ist in der Fig.
- 3 schematisch dargestellt. Der physikalische Grund der Schwingungen ist ein Nichtgleichgewicht zwischen Generations- und Rekombinationsrate der durch den Laserstrahl angeregten Ladungsträger. Dabei ist die nicht stöchiometrische Zusammensetzung der CdS-Schicht 2, die einen Cd Überschuß aufweist, der Grund für die Oszillation. Amplitude und Frequenz der Schwingungen können mit der einfallenden Lichtleistung verändert werden. Dies ermöglicht Amplituden- und Frequenzmodulationen des reflektierten Lichtstrahles R. Die einfache technische Realisierbarkeit gepaart mit einem hohen Wirkungsgrad, wobei die nötige Leistungsschwelle für die Schwingungserzeugung unter 10mW liegt, machen es möglich solche Anordnungen in optischen Rechnern und optooptischen Meßgeräten einzusetzen. So sind Lichtleistungsmessungen durch Amplitudenmodulation des reflektierten Strahles, lichtinduzierte Zeitmessungen, photonische Sender u.dgl. mit den erfindungsgemäßen Anordnungen technisch durchführbar. Außerdem ergibt sich durch die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Maßnahmen eine wesentliche Vereinfachung des Aufbaus eines Oszillators gegenüber herkömmlichen Oszillatoren, die eine beträchtliche Anzahl elektronischer Komponenten wie Transisitoren, Kondensatoren, Transformatoren u. dgl. und bei Verwendung von Licht als Übertragungsmedium auch noch Optokoppler erfordern. Demgegenüber stellt die erfindungsgemäße Anordnung einen Oszillator und Optokoppler in einem dar. Patentansprüche 1. Anordnung zur Erzeugung optischer Schwingungen, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlengang einer Argon-Laserlichtquelle (3), die Licht mit einer Wellenlänge von 514,5nm aussendet, eine auf einem Substrat (1) aufgebrachte CdS-Dünnschicht (2) angeordnet ist, wobei ein auf die CdS-Dünnschicht (2) unter einem Winkel (a) auffallender nicht-oszillierender Laserstrahl als oszillierender Lichtstrahl (R) reflektiert wird. Hiezu 3 Blatt Zeichnungen 3
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| AT148192A AT401690B (de) | 1992-07-21 | 1992-07-21 | Anordnung zur erzeugung optischer schwingungen |
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| AT401690B true AT401690B (de) | 1996-11-25 |
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| Country | Link |
|---|---|
| AT (1) | AT401690B (de) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4720175A (en) * | 1985-12-02 | 1988-01-19 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Composite logic gate element and multiplexer for optical computing and optical communication |
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1992
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Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4720175A (en) * | 1985-12-02 | 1988-01-19 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Composite logic gate element and multiplexer for optical computing and optical communication |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| BOUCHENAKI, C. ET AL., PREPARATION, CHARACTERIZATION, AND BISTABLE PHOTOCONDUCTION PROPERTIES OF THIN CDS LAYERS, J. OPT. SOC. AM. B, VOL. 8, NO. 3, MARCH 1991, SEITEN 691 BIS 700. * |
| ULLRICH, B. ET AL., BISTABLE LASER INDUCED OPTICAL THIN CDS FILM DEVICES; ALL OPTICAL AND HYBRID LOGIC GATES, INTERNATIONAL CONFERENCE ON QUANTUM ELECTRONICS TECHNICAL DIGEST SERIES 1992, VOL. 9, SEITEN 416 BIS 417 * |
| ULLRICH, B. ET AL., OPTICAL GATE REALIZATION WITH THIN CDS FILMS, APPL. PHYS. A, VOL. 53, 1991, SEITEN 539 BIS 546. * |
| WITT, A. ET AL., AN ELECTROOPTIC AND OPTOELECTRIC BISTABLE INTERCONNECT AT 514 MM; THE PHOTOTHERMAL CDS SELF-ELECTROOPTIC EFFECT DEVICES, IEEE J. QUANTUM ELECTRONICS, VOL. 24, NO. 12, DEZEMBER 1988, SEITEN 2500 BIS 2506. * |
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