11.4.3. Оптический перекрестный переключатель и устройства с деформируемыми зеркалами
На рис. 11.4, а показана схема перекрестного переключателя. На каждом из пересечений горизонтальных и вертикальных линий имеется специальный переключатель, позволяющий соединять горизонтальную входную линию с вертикальной выходной. Черные кружки обозначают перекрытый переключатель. На один выход поступает информация лишь с одного входа, но с одного входа информация может передаваться на несколько выходов. На рис. 11.4, б показано схематическое изображение перекрестного переключателя, реализованного на основе ПМС. Точки обозначают области прозрачности ГТМС, соответствующие установленному состоянию переключателя на рис. 11.4, а. Система линз задает горизонтальную развертку света, поступающего от входных источников, ограничивая его распространение по вертикали. Свет, проходящий через ПМС, фокусируется на фотоприемниках с помощью системы линз, собирающих свет в вертикальной плоскости, ограничивая его распространение по горизонтали.
На рис. 11.5 изображена оптическая система, основанная на применении деформируемых зеркальных устройств (ДЗЕУ), действующих как матрица перестраиваемых отражающих свет
Рис. 11.4. Схематическое изображение оптического перекрестного переключателя: а — состояние переключателя; б — перекрестный переключатель на основе пространственного модулятора света.
(кликните для просмотра скана)
элементов, а не как модулятор пропускания. Соответственно рабочая поверхность отражающего модулятора свет не пропускает, а отражает его в обратном направлении. Светоделительный элемент используется для разделения света, подаваемого от лазера, и отраженного обратно света. Система устройств шлирен-оптики используется для блокировки света, отраженного от областей между зеркальными дефлекторными ячейками. В качестве источника света можно использовать полупроводниковые лазеры [32], которые удается модулировать с частотой до 3 ГГц. В качестве фотоприемников целесообразно использовать p-i-n фотодиоды [5, 6]. По мнению автора, в будущем источники и приемники света будут выполняться интегрально, непосредственно на чипах электронных схем.
Были разработаны ДЗЕУ мембранного и рычажного типа [33]. На рис. 11.6 показан фрагмент ДЗЕУ, в котором упругая мембрана покрывает сверху двумерную матрицу МДП-транзисторов, изготовленных на кремниевом чипе. Подача сигнала на транзистор вызывает локальное притяжение мембраны и приводит к появлению углубления, возникающего непосредственно над транзистором, что вызывает фазовую задержку отраженного света. Пространственный фильтр преобразует фазу света в амплитуду сигнала, отображающую состояние ячейки. Состояние матрицы транзисторов устанавливается построчно (одновременно для всех ячеек в строке) путем приложения напряжений на клеммы к верхней части устройства. Устройства с рычажной
Рис. 11.6. Устройство на основе деформируемого зеркала.
системой отклонения луча имеют маленькие отражающие свет элементы, закрепленные за один угол на ручажках. Характеристики мембранного ДЗЕУ, изготовленного на Texas Instruments, и результаты выполнения с его помощью спектрального анализа описаны в [34].
Оптические перекрестные системы в целом характеризуются большей производительностью, чем электронные переключатели, но при этом одновременно и большими временами переключения. Для обсуждаемых здесь задач это не выглядит помехой, потому что все остальные элементы процессора должны успевать перестраиваться за то же время, что и оптические переключатели. На затраты времени также влияет объем данных, которые необходимо передать в сам оптический переключатель для переключения его в нужное состояние. Преимущество использования кремниевых чипов для оптических переключателей состоит в том, что схема адресации в этом случае может размещаться непосредственно на чипе. Соответственно может быть использована декодирующая схема, если, конечно, требуется переключать не слишком большое число ячеек.
