RU2097815C1 - Оптический процессор - Google Patents

Оптический процессор Download PDF

Info

Publication number
RU2097815C1
RU2097815C1 RU9393008436A RU93008436A RU2097815C1 RU 2097815 C1 RU2097815 C1 RU 2097815C1 RU 9393008436 A RU9393008436 A RU 9393008436A RU 93008436 A RU93008436 A RU 93008436A RU 2097815 C1 RU2097815 C1 RU 2097815C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
optical
ring resonator
transistor
resonator
lasers
Prior art date
Application number
RU9393008436A
Other languages
English (en)
Other versions
RU93008436A (ru
Inventor
С.А. Ломашевич
Original Assignee
Фирма "Самсунг Электроникс Ко., Лтд."
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Фирма "Самсунг Электроникс Ко., Лтд." filed Critical Фирма "Самсунг Электроникс Ко., Лтд."
Priority to RU9393008436A priority Critical patent/RU2097815C1/ru
Priority to US08/194,666 priority patent/US5446579A/en
Publication of RU93008436A publication Critical patent/RU93008436A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2097815C1 publication Critical patent/RU2097815C1/ru

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F3/00Optical logic elements; Optical bistable devices
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/026Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/10Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/1021Coupled cavities

Abstract

Использование: изобретение относится к обработке информации, представленной оптическими сигналами. Сущность: оптический процессор содержит нелинейный кольцевой резонатор, два волновода с лазерами и электродами, размещенными над ними. Волноводы и кольцевой резонатор соединены в областях связи с образованием смесителей оптических мод с соблюдением соотношения - одномодовый волновод и кольцевой резонатор образуют двухмодовый смеситель. Над областями связи размещены электроды. 10 ил., 1 табл.

Description

Изобретение относится к обработке информации, представленной оптическими сигналами, в частности к устройствам оптической логики, усиления, коммутации, вычислений оптических сигналов.
Преимущественной областью применения являются волоконно-оптические системы связи и передачи информации, схемы вычислительной техники.
Известно устройство нелинейный интерферометр Фабри-Перо (Tooley F.A.P. Smith S.D. Seaton C.T. High Gain Signal Amplification in an InSb Transfasor at 77K//Appl. Phys. Lett. 1983. Vol. 43, N 9, p. 807-809), представляющий собой оптический нелинейный фазовый модулятор с зеркалами, выполненный на полупроводниковом материале InSb. Используя оптическую нелинейность InSb, удалось получить эффект усиления "света светом" при введении двух лучей в объем кристалла: мощного луча накачки и слабого, несущего информацию. В результате получена модуляция одного луча другим и усиление информационных оптических сигналов в 40 дБ. Этот прибор получил название трансфазор. Его достоинствами являются: малогабаритность (диаметр 200 мкм, длина 600 мкм), высокий коэффициент нелинейности, высокий коэффициент усиления.
Недостатки:
необходимость применения внешнего источника накачки;
один выходной и один входной каналы;
затруднен ввод-вывод излучения из-за конструктивных особенностей привода;
необходимость точного совпадения настройки интерферометра Фабри-Перо на частоту входного оптического сигнала.
Применение трансфазора ограничено лабораторными условиями
Из известных устройств наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство "Оптический транзистор" (Patent 5001523 US, Mar. 196 1991, H O1 L 31/12. Optical Transistor. Lomashevich S. Bistrov 1. Semenova G.), позволяющий коммутировать, усиливать оптический сигнал, а также селектировать излучения различных частот по каналам. Достоинствами этого прибора являются высокий коэффициент усиления, возможность коммутации оптического сигнала, малогабаритность, высокий уровень добротности кольцевого резонатора (Marcatili Е. А. J. Bends in optical dielectric guides. The Bell System Technical Journal. 1969.-vol. 48, N 7. P. 2103-2132; Уоллер Л. Важные компоненты оптических логических схем. Электроника, 1982, N 26, с. 3-4).
Недостатками этого прибора являются:
отсутствие полной доступности по каналам,
низкий уровень чувствительности по входным каналам,
отсутствие многоуровневой системы обработки оптического сигнала запоминания, логики.
В основу настоящего изобретения положена задача устранения этих недостатков и создание активного, управляемого входными оптическими сигналами, полнодоступного с увеличенным числом оптических контактов устройства, обладающего высоким уровнем чувствительности к входному сигналу, высоким значением мощности выходных сигналов, способностью проводить многоуровневую обработку оптического сигнала, вычислительные операции, запоминание, т.е. создание оптического процессора. Поставленная задача решается тем, что согласно изобретению волноводы и кольцевой резонатор соединены в областях связи с образованием смесителей оптических мод с соблюдением соотношения - одномодовый волновод и кольцевой резонатор образуют двухмодовый смеситель и над областями связи размещены электроды.
Решение вышеуказанной задачи позволяет устройству приобрести новые свойства, отличные от свойств прототипа, а именно:
1. Возможность проводить логические операции и вычисления с оптическими импульсами, осуществлять запоминание в многоуровневом режиме.
2. Возможность управления различными функциями оптического процессора с помощью параметров, определенных зависимостью i f(1) и подчиненных электрическому контролю через электроды устройства.
3. Способ введения входных оптических сигналов в фазовый модулятор оптического транзистора позволяет избежать точного совпадения частот оптических сигналов и настройки оптического транзистора.
4. Высокий (более 40 дБ) коэффициент усиления, высокая чувствительность, подавление нерегулярных флуктуаций.
5. Полнодоступность и 4 оптических выхода.
6. Возможность коммутации оптического сигнала с усилением.
Заявляемый оптический транзистор, образованный двумя лазерами и волноводом, являющимся фазовым модулятором, заключенным между лазерами, составляет первый нелинейный каскад усиления, работающий в режиме оптической бистабильности. При поступлении оптического сигнала в фазовый модулятор оптического транзистора и превышении некоторой пороговой величины интенсивности света (по любой причине: увеличение излучения лазеров, подстройка к резонансу фазового модулятора, изменение показателя преломления из-за изменения напряженности электрического поля в области фазового модулятора) происходит просветление оптического транзистора за счет нелинейных свойств материала настройка в резонанс. Если выполняется зависимость n n0+n2 Ip (n0 "темновой" показатель преломления, n2 нелинейный коэффициент, Ip интенсивность в резонаторе), то при достижении пороговой величины Ip влияние второго слагаемого оказывается значительным и система начинает автоматически подстраиваться к резонансу, причем процесс развивается лавинообразно, при этом реализуется характеристика с большой крутизной, обеспечивающая в самом начале обработки оптического сигнала желаемый коэффициент усиления.
В заявляемом устройстве оптического транзистора применяется также в качестве элемента связи с кольцевым резонатором фазовый модулятор, причем с помощью электрической настройки или с помощью управляющих оптических сигналов возможно ответвление любой части оптического излучения из фазового модулятора в кольцевом резонаторе, т. ч. с выходных зеркал оптического транзистора можно снимать усиленный оптический сигнал для параллельной обработки в оптических цепях.
Фазовый модулятор играет роль внутрирезонаторного нелинейного интерферометра Фабри-Перо, оптическая длина которого зависит от интенсивности суммарного излучения. Фазовый модулятор изменяет оптическую длину большого резонатора и его добротность, что приводит к изменению величины порогового тока. Такая перестройка позволяет пройти порог генерации, т.е. получить лазерный режим. В концепции оптического транзистора первый каскад усиления - фазовый модулятор в основном выполняет функцию согласования, позволяет без соблюдения строгого совпадения частот входного сигнала и резонатора вызвать отклик всей системы таким образом, что под воздействием входного сигнала i, усиленного в фазовом модуляторе I Gi, и сигнала, прошедшего по цепи обратной связи и усиленного в полупроводниковом лазерном усилителе: I G01G1i, происходит изменение показателя преломления резонатора оптического транзистора, что, в конечном итоге, приводит к функции оптического транзистора:
Figure 00000002

где
Figure 00000003
пропускание оптического транзистора;
G01 внутренний коэффициент усиления оптического транзистора;
G1 коэффициент передачи фазового модулятора, G1 3/(3- θ 2 1 );
θ01 фазовый угол расстройки оптического транзистора;
θ1 фазовый угол расстройки фазового модулятора.
Кольцевой резонатор с элементами согласования направленными ответвителями и активными элементами лазера, одновременно являющимися полупроводниковыми лазерными усилителями, представляет собой также оптический транзистор, в котором связь между входным оптическим сигналом i и выходным I в обобщенных координатах описывается той же формулой (1).
Конфигурация кольцевого резонатора с переключателем разделения оптической активности позволяет придать устройству новые свойства, которые не обнаруживаются у этих элементов порознь. В заявляемом устройстве разделитель оптической активности объединен нелинейным оптическим транзистором на базе кольцевого резонатора.
Расчет параметров основан на разложении входного сигнала по собственным модам смесителя. Сигналы на выходе смесителя являются результатом интерференции мод смесителя, имеющих различные константы распространения. Конечным результатом является связь между интенсивностями на выходе I1(L) и I2(L) смесителя длиною L и интенсивностью на входе I1(0) при зависимости разности констант распространения Δβ = Δβo + G02I2(L) от коэффициента усиления G02 в цепи обратной связи, т.е. в кольцевом резонаторе:
Figure 00000004

где d параметр, характеризующий максимально допустимый уровень развязки и определяемый коэффициентами разложения.
В нашем рассмотрении важным является второе уравнение, преобразуем его с учетом принятых обозначений, определим коэффициент передачи G2 из делителя оптической активности в кольцевом резонаторе:
Figure 00000005
,
Объединяя коэффициент передачи (3) с формулой оптического транзистора (1), окончательно получаем:
Figure 00000006
,
Figure 00000007

Объединяя коэффициент передачи (3) с формулой (1), окончательно получаем:
Figure 00000008

Рассматривая заявляемое устройство полностью, приходим к зависимости между входной i и выходной I интенсивностями оптического сигнала
Figure 00000009

где
Figure 00000010
пропускание оптического транзистора;
Figure 00000011
пропускание кольцевого оптического транзистора.
Эти формулы полностью описывают функциональные возможности оптического процессора, что следует из характеристик, представленных далее.
В дальнейшем изобретение поясняется конкретным вариантом его выполнения со ссылкой на сопровождающие чертежи.
На фиг. 1 представлен заявляемый оптический процессор, состоящий из нелинейного кольцевого резонатора 1, двух волноводов 2 AB и CD с лазерами 3 и областью связи BOA 4. Два лазера 3 и фазовый модулятор 5 образуют оптический транзистор. На верхней грани над лазерами, областью связи и секциями кольцевого резонатора 6 нанесены электрические контакты. Входной оптический сигнал поступает в фазовый модулятор в области E, F или на любой из оптических контактов A, B, C, D. Оптическое излучение снимается с выходов А, D, C, D. Зеркала 7 ограничивают лазеры оптического транзистора: зеркала 8 лазеры KP, зеркала 9 фазовый модулятор.
На фиг.2 9 представлены характеристики заявляемого устройства при различных значениях параметров, входящих в формулу (5), i входная и I - выходная интенсивности, I0 интенсивность накачки.
Фиг. 2 демонстрирует изменение динамического диапазона и порогового значения I0 характеристик дифференциального усиления, подчиненных параметру θ1 начальной расстройке фазового модулятора.
Фиг. 3 поясняет процесс вычислений: в памяти содержится число пять. Значения параметров усиления указаны на чертеже.
Фиг. 4 раскрывает возможности процессора по проведению вычислений с использованием мультистабильной характеристики заявляемого устройства при G02 100, θ02 10 для сложения 11 единиц. В сравнении с фиг. 3 увеличился объем сложения, что связано с увеличением параметра θ02
Фиг. 5 поясняет процедуру сложения до 20 и запоминания этого числа. Возможность сложения большего, чем на фиг.4, числа связана с увеличением коэффициента G02 до 250. Очевидна способность процессора удерживать в памяти оба числа.
Фиг. 2, 6-9 относятся к начальному участку характеристики и показывают влияние различных параметров на вид характеристик и их расположение.
Фиг.6 показывает влияние начальной расстройки оптического транзистора.
Фиг.7 показывает влияние начальной расстройки θ02
Фиг.8 представляет изменение ОБ характеристики при увеличении фактора d.
Фиг. 9 изображает зависимость кривых от параметра разности фаз распространения мод.
Фиг.10 изображает контакты и подходящие к ним электроды, токовые - сплошными линиями, напряжения пунктиром. J1- токи накачки лазеров оптического транзистора, J2 токи накачки лазеров оптическому транзистору. Напряжение U1 управляет связью делителя оптической активности и показателем преломления волноводов, находящихся под электродом 4 (фиг.1). U2 управляет расстройкой фазового модулятора, U3 - расстройкой кольцевого резонатора.
Поясним сущность рассматриваемых далее явлений. Эффект оптической бистабильности проявляется в нелинейных средах с показателем преломления, зависящим от интенсивности: n n0 + n2Ip и при наличии в системе обратной связи.
В заявляемом устройстве этим требованиям удовлетворяет как вся оптическая система в целом, изготовленная из единого материала с дисперсионной (или абсорбционной) нелинейностью и обратной связью, осуществляемой кольцевым резонатором, так и отдельные элементы: от A-B и C-D к оптическому транзистору, в которых обратная связь обеспечена внешними зеркалами, или кольцевого резонатора соответственно.
Существенным для работы прибора является то, что первоначальный отклик системы на входное излучение, происходящий во входном оптическом транзисторе, происходит в соответствии со срывными, а следовательно, быстрыми во времени (порядка пикосекунд) и с высокой крутизной характеристиками. Дальнейшее формирование выходного сигнала осуществляется также системой, находящейся в режиме оптической бистабильности. Предусиление усиление усиление по мощности, так упрощенно можно характеризовать последовательное формирование выходного сигнала в системе. Однако следует помнить, что кольцевой резонатор, находящийся в контакте с обоими волноводами по уровню сильной связи, перекачивает оптическую энергию в себя, усредняя нерегулярные флуктуации, связанные с отдельными волноводами, и наоборот, усиливая эффекты, свойственные системе и определяемые параметрами, позволяющими изменять вид характеристик и выходные данные оптического процессора.
Переходим к рассмотрению этих параметров. Из формулы (5), связывающей входной i и выходной I оптические сигналы, следует: семь параметров G1 = 3/(3 - θ 2 1 ), G01, G02, θ01, θ02, d, Δβo/ в принципе способны изменить свойства процессора или повлиять на его характеристики.
G1 коэффициент передачи фазового модулятора зависит от первоначальной расстройки θ1 внутреннего резонатора оптического транзистора, изменяется с помощью напряжения на электроде фазового модулятора. Влияет на порог чувствительности и динамический диапазон характеристики (фиг.2): с увеличением θ1 т.е. при стремлении θ1 к предельной величине
Figure 00000012
интенсивность накачки I0 уменьшается.
G01 внутренний коэффициент усиления оптического транзистора. В заявляемом устройстве влияние G01 оказывается не таким значительным, как в "чистом" оптическом транзисторе. Только при больших изменениях G01 происходит понижение порогового значения оптической бистабильности I0 и трансформация характеристик. Изменение G с помощью токов накачки J1 лазеров или напряжения V2 на фазовом модуляторе позволяет проводить точную регулировку оптического транзиcтора первого каскада обработки оптического сигнала.
G02 внутренний коэффициент усиления оптического транзистора и цепи обратной связи оптической бистабильности, образованной делителем оптической активности и кольцевого резонатора. Является основным параметром, регулирующим число оптической бистабильности ветвей на характеристике i f(I) (фиг. 3 5), увеличивается при увеличении токов накачки лазеров в кольцевом резонаторе и напряжения V3 на электродах кольцевого резонатора (подстройке KP к резонансу). С ростом величины G02 увеличивается чувствительность всей системы.
θ01 величина начальной расстройки оптического транзистора. Характер влияния на выходные параметры такой же, как и θ1 (фиг.6), что и понятно, так как оба эти параметра в конечном итоге изменяют настройку резонатора оптического транзистора, но степень влияния θ01 меньше, чем θ1 ввиду отсутствия предельного значения (фиг. 6), поэтому θ01 изменяется в больших пределах с широкими возможностями плавного изменения вида характеристик и выходных параметров устройства. Регулировка осуществляется изменением величин токов J1 в лазерах А, В, С, D и/или напряжения на управляющих электродах фазового модулятора V2.
θ02 величина начальной расстройки оптического транзистора и всей системы, фактор, определяющий резонансное состояние и характеризующий остроту резонанса оптического процессора, изменяется в широких пределах (фиг.7). Совместно с d-фактором контролирует вид характеристики, площадь гистерезисной петли, величину уровня оптической накачки I0. θ02 задается при изготовлении, изменяется и регулируется напряжением V3 на электродах кольцевого резонатора и уровнем инжекции в лазерах оптического транзистора, т.е. токами I2.
d-фактор определяет уровень засветки по соседнему каналу в конфигурации с делителем оптической активности важнейший параметр любого коммутационного устройства, d = (C 4 1 +C 4 2 )/(C 2 1 C 2 2 ), С1, С2 коэффициенты в разложении профиля волны по модам смесителя. В заявляемом устройстве d-фактор определяет поведение всего устройства: вид характеристики, площадь и ширину гистерезиса (фиг. 8). Предельное значение равно единице, вблизи этой величины система проявляет оптически бистабильное поведение с широким гистерезисом при любых значениях остальных параметров, которые (при d __→ 1) способны лишь видоизменять гистерезисную петлю, но не способны трансформировать ее в кривую дифференциального усиления. Регулируется напряжением на электродах делителя оптической активности, большие величины d>5 приводят к уверенной характеристике дифференциального усиления. Таким образом существуют области значений d-факторов, при которых с уверенностью реализуются либо гистерезисный цикл (память), либо кривая дифференциального усиления. Существенным оказывается то, что регулировка в незначительной степени затрагивает всю систему, поскольку изменения показателя преломления происходят лишь в области делителя оптической активности, но эффект проявляется во всей системе при фиксированных на этот момент остальных параметрах, т.е. фактор d слабо связан с другими параметрами.
Δβo разность констант распространения мод в волноводах и смесителе в основном позволяет при своем увеличении понизить значение уровня накачки (чувствительность), причем без изменения вида характеристики. Регулируется напряжением на электродах волноводов и делителе оптической активности - U1 и U2 (фиг.9 и 10).
Следует отметить, что проявление оптической бистабильности в системе при d и Δβo отличных от нуля, свидетельствует о возможности реализации этих характеристик в реальных системах, в которых невозможно достижение ни точного совпадения между фазами мод в заданном сечении, ни абсолютная развязка между каналами.
Параметры оптического процессора даны в таблице.
Устройство работает следующим образом.
Величины токов через лазеры I1 и I2 (фиг.1 и 10) выбираются такими, чтобы интенсивность оптического излучения в кольцевом резонаторе, являющемся, по существу, резонатором всей системы, не превышала порогового значения интенсивности нелинейного эффекта в материале кольцевого резонатора. Первоначально резонатор находится в состоянии расстройки от резонанса, это "нижнее" состояние по выходной интенсивности. При превышении некоторой пороговой величины интенсивности света (по любой причине: увеличение излучения лазеров, подстройка к резонансу фазового модулятора, изменение показателя преломления из-за изменения напряженности электрического поля в области модулятора и в резонаторе) происходит просветление фазового модулятора и кольцевого резонатора за счет нелинейных свойств материала настройка в резонанс. Если выполняется зависимость n n0 + n2Ip, то при достижении пороговой величины Ip влияние второго слагаемого оказывается значительным и система начинает автоматически подстраиваться к резонансу, причем процесс развивается лавинообразно из-за высокой добротности кольцевого резонатора и обратной связи в оптическом транзисторе, обеспечиваемой зеркалами, и в переключателе делителя оптической активности в силу сильной связи между модами колебаний и большого коэффициента G02 в цепи обратной связи. Излучение изменяет оптическую длину nL (L длина окружности кольцевого резонатора или расстояние между зеркалами A-B, C-D) по направлению к резонансу, увеличивается внутреннее поле Ip, что еще больше изменяет показатель преломления, увеличивает nL, и система стремится к резонансному состоянию. При этом в процессе с увеличением Ip увеличивается оптическое поле в лазерах из-за инжекции света, понижается плотность носителей, показатель преломления в активной области лазеров увеличивается, происходит срыв лазера в режим стимулированного излучения, что еще более увеличивает мощность светового поля в системе.
В первоначальном состоянии интерферометр Фабри-Перо (ИФП) и кольцевой резонатор расстроены, суммарной мощности лазеров недостаточно для превышения порога нелинейных эффектов, при этом величины внешнего оптического сигнала, усиленного в оптическом транзисторе и области связи 4 (фиг. 1) на каскаде оптической бистабильности связанных мод, оказывается достаточно, чтобы вызвать описанный процесс изменения свойств кольцевого резонатора и всей системы, что, в конечном итоге, завершается переходом в "верхнее" по интенсивности света состояние. Следует отметить, поскольку ячейка волновод кольцевой резонатор является бистабильной с обратной связью, осуществляемой резонатором, то перекачка энергии входного сигнала, усиленного в оптическом транзисторе, в резонатор происходит скачком и поэтому с самого начала процесса отклика (системы на входное возмущение), формирование выходного сигнала определяется срывными с высокой крутизной характеристиками, замкнутыми в самосогласованный цикл: бистабильный срыв передаваемого сигнала возбуждает резкий рост интенсивности в кольцевом резонаторе и других ячейках устройства (с вытекающими последствиями, описанными ранее), но это возрастание интенсивности воспринимается ячейкой волновод резонатор, как увеличение интенсивности накачки, т.е. событие, еще более ускоряющее срыв в "верхнее" состояние. Причем ввиду усиления оптической связи ячейки волновод резонатор из-за изменения показателя преломления (поскольку величина n в делителе оптической активности определяет коэффициент и длину связи между модами), эффект оказывается самоподдерживающимся и ускоряющимся в направлении увеличения внутрирезонаторной интенсивности.
Так реализуются характеристики, позволяющие использовать заявляемое устройство как ячейку памяти либо как оптический "триод", при этом используется начальный участок характеристик в области высокой чувствительности (фиг. 2, 6-9), перестройка достигается с помощью электрических регулировок через электроды: изменением электрического поля в оптическом транзисторе и кольцевом резонаторе, а также контролем над величинами тока в лазерах (см. таблицу).
Резкий характер возрастания мощности света определяет высокие значения коэффициента усиления до 40 дБ. В устройствах со срывными механизмами работы практическая крутизна характеристики ограничена фундаментальными процессами: релаксацией среды (с временами порядка 10-12 10-13 с), диссипацией энергии, флуктуациями оптического поля в резонаторе, а также несовершенством реальных резонаторов.
Реализация "процессорного" режима достигается при работе в мультистабильной области кривых (фиг.3 5) при соответствующих значениях параметров.
Итак, входной оптический сигнал i, поступающий в E или F оптический контакт, вызывает просветление фазового модулятора (ограниченного зеркалами 9) оптического транзистора, подстройку фазового модулятора к резонансному состоянию, как следствие подстройку к резонансу оптического транзистора, увеличение излучения лазеров оптического транзистора, увеличение оптического поля в области оптического транзистора и делителя оптической активности, перекачку энергии в кольцевой резонатор в обоих направлениях (по часовой стрелке и против), что приводит к инициированию нелинейных эффектов в среде резонатора, перестройку к резонансу кольцевого резонатора, включение в режим лазерной генерации лазеров оптического транзистора, усиление формируемого оптического сигнала в G02 раз, еще большее усиление оптического поля в резонаторе, передачу этого возмущения по цепи обратной связи в делителе оптической активности и оптического транзистора и т. д. повторение процесса. В результате усиленный сигнал I излучается с любого из выходов A, B, C, D.
В режиме вычислений (фиг.3 5) происходит запоминание входных импульсов с предварительным усилением в оптическом транзисторе до тех пор, пока система не перейдет в следующий разряд (по интенсивности света).
Пример.
Материалы, используемые для изготовления устройства: трехкомпонентные (например, GaAlAs) и четырехкомпонентные (например, InGaSP) твердые растворы, композиционный состав которых зависит от диапазона перекрываемых длин волн оптического излучения. Технологические процессы: жидкостная газофазная, мосгидридная и молекулярно-лучевая эпитаксии. Конструкция и структура активных ячеек оптического процессора в составном (гибридном) варианте изготавливаются по вышеуказанной технологии и устанавливаются в протравленные окна в кольцевой резонатор и волновод. Крепление производится с помощью припоя на основе индия. В интегрально-оптическом варианте предлагаются следующие структуры:
1. В основе лазеров применяется двойная гетероструктура. Наиболее простой случай реализуется при создании распределенного активного слоя по всему кольцевому резонатору и волноводам. Формирование такого активного слоя по вертикали происходит при росте гетероструктуры, в планарном плане ограничение активного слоя производится за счет размеров контактных площадок, повторяющих вид элементов процессора. Другим вариантом ограничения является изготовление узкого активного слоя в погруженной зарощенной гетероструктуре.
2. В интегрально-оптическом варианте зеркала изготовляются в виде распределенной обратной связи или как распределенные брэгговские зеркала методом голографической литографии с химическим травлением.
Рассмотренные выше конструкции могут быть реализованы на квантоворазмерных структурах.

Claims (1)

  1. Оптический процессор, содержащий нелинейный кольцевой резонатор, два волновода с лазерами и электродами, размещенными над ними, а также области связи, отличающийся тем, что волноводы и кольцевой резонатор соединены в областях связи с образованием смесителей оптических мод с соблюдением соотношения одномодовый волновод и кольцевой резонатор образуют двухмодовый смеситель и над областями связи размещены электроды.
RU9393008436A 1993-02-12 1993-02-12 Оптический процессор RU2097815C1 (ru)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU9393008436A RU2097815C1 (ru) 1993-02-12 1993-02-12 Оптический процессор
US08/194,666 US5446579A (en) 1993-02-12 1994-02-14 Optical processor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU9393008436A RU2097815C1 (ru) 1993-02-12 1993-02-12 Оптический процессор

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU93008436A RU93008436A (ru) 1995-11-27
RU2097815C1 true RU2097815C1 (ru) 1997-11-27

Family

ID=20137244

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU9393008436A RU2097815C1 (ru) 1993-02-12 1993-02-12 Оптический процессор

Country Status (2)

Country Link
US (1) US5446579A (ru)
RU (1) RU2097815C1 (ru)

Families Citing this family (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5710798A (en) * 1992-03-12 1998-01-20 Ntp Incorporated System for wireless transmission and receiving of information and method of operation thereof
US6009115A (en) * 1995-05-25 1999-12-28 Northwestern University Semiconductor micro-resonator device
US7106917B2 (en) 1998-11-13 2006-09-12 Xponent Photonics Inc Resonant optical modulators
US6665476B2 (en) * 2000-09-29 2003-12-16 Sarnoff Corporation Wavelength selective optical add/drop multiplexer and method of manufacture
US6839491B2 (en) * 2000-12-21 2005-01-04 Xponent Photonics Inc Multi-layer dispersion-engineered waveguides and resonators
WO2002050575A2 (en) * 2000-12-21 2002-06-27 Cquint Communications Corporation Resonant optical modulators
US6865314B1 (en) 2001-01-11 2005-03-08 Steven M. Blair Tunable optical wavelength filters and multi-level optical integrated circuits
EP1446687B1 (en) 2001-10-30 2012-05-09 Hoya Corporation Usa Optical junction apparatus and methods employing optical power transverse-transfer
US6907169B2 (en) 2001-10-30 2005-06-14 Xponent Photonics Inc Polarization-engineered transverse-optical-coupling apparatus and methods
US6870992B2 (en) * 2001-11-23 2005-03-22 Xponent Photonics Inc Alignment apparatus and methods for transverse optical coupling
US7037913B2 (en) * 2002-05-01 2006-05-02 Bristol-Myers Squibb Company Bicyclo 4.4.0 antiviral derivatives
US6819837B2 (en) 2002-05-31 2004-11-16 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Method of temporarily adjusting the index of refraction of ring resonator with precision laser micromachining
JP2004061799A (ja) * 2002-07-29 2004-02-26 Canon Inc 二次元光導波装置、およびそれを用いた光電融合配線基板
US7894418B2 (en) * 2002-08-15 2011-02-22 The Boeing Company Mixed analog and digital chip-scale reconfigurable WDM network
US20050135733A1 (en) * 2003-12-19 2005-06-23 Benoit Reid Integrated optical loop mirror
WO2008024512A2 (en) * 2006-08-24 2008-02-28 Cornell Research Foundation, Inc. Optical logic device
JP4271239B2 (ja) * 2007-01-05 2009-06-03 株式会社東芝 レーザ誘導光配線装置
CN101800397B (zh) * 2010-04-09 2011-05-18 浙江大学 一种用半波耦合环形谐振腔选模的半导体激光器
US9939711B1 (en) 2013-12-31 2018-04-10 Open Portal Enterprises (Ope) Light based computing apparatus
US10545529B1 (en) 2014-08-11 2020-01-28 OPē, LLC Optical analog numeric computation device
US9948454B1 (en) 2015-04-29 2018-04-17 Open Portal Enterprises (Ope) Symmetric data encryption system and method
CN112072459B (zh) * 2020-08-12 2021-08-24 武汉云岭光电有限公司 一种半导体激光器
CN112134140B (zh) * 2020-09-07 2021-09-17 南京邮电大学 一种电调控的有源耦合腔激光器
CN113406839B (zh) * 2021-05-07 2023-03-21 华南师范大学 一种多逻辑功能的太赫兹微纳光学逻辑器件及其操作方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1755246A1 (ru) * 1988-12-13 1992-08-15 Всесоюзный научно-исследовательский институт электроизмерительных приборов Оптический транзистор

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
US, патент, 5001523, кл. H 01 L 31/12, 1992. *

Also Published As

Publication number Publication date
US5446579A (en) 1995-08-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2097815C1 (ru) Оптический процессор
US5475704A (en) Optical processor with booster output
Bleich et al. Controlling extended systems with spatially filtered, time-delayed feedback
US5001523A (en) Optical transistor
RU2105389C1 (ru) Полностью оптический регенератор
EP0380983B1 (en) Semiconductor optical switch and array of the same
EP3051339A1 (en) Optical device and method for generating an amplitude-modulated optical output signal
US6222966B1 (en) Adiabatic Y-branch waveguide having controllable chirp
JP2659187B2 (ja) 光フィルタ素子
US6169757B1 (en) Intermodal phase difference controller for beam angle modulation in index guided semiconductor devices
Bennion AN EXPIRIMENTAl. NONLINEAR OPTICAL. WAVECIIDE DEVICE
US3366792A (en) Laser intracavity phase modulator
NL151856B (nl) Inrichting voor het moduleren van de straling van een laser.
Kawaguchi Polarization-bistable vertical-cavity surface-emitting lasers: application for optical bit memory
RU2107938C1 (ru) Нелинейный оптический транзистор
JP2695740B2 (ja) 全光学再生器
RU2129721C1 (ru) Способ переключения и модуляции однонаправленных распределенно-связанных волн (варианты) и устройство для его осуществления
JP2710563B2 (ja) 光プロセッサ
CA2267018C (en) Optical wavelength converter with active waveguide
KR100299641B1 (ko) 광프로세서
JP2655600B2 (ja) 光フィルタ素子
Chang Integrated Optics at 10.6-mu m Wavelength
Whinnery Status of integrated optics and some unsolved problems
Wilkinson Integrated optics-devices
JPH0561002A (ja) 導波形光アイソレータ及び光サーキユレータ