1.6. Обсуждение результатов и перспектив

Магнитооптическая технология, основанная на монокристаллических (гранатах, делает возможной реализацию пространственных модуляторов с большим числом переключающих ячеек при микроскопических размерах ячейки (от 50 до 100 мкм). Максимальная площадь модулятора теперь ограничивается

7,5 см размером существующих гранатовых подложек. Тем не менее на подложке этого размера могли бы быть получены модуляторы с числом элементов и шагом 100 мкм или с числом элементов и шагом 50 мкм.

Переключающие характеристики и характеристики оптического пропускания определяются большим числом параметров, наиболее существенными из которых являются следующие:

1. Магнитные параметры: поле анизотропии, намагниченность насыщения и соответствующее переключающее поле, поле насыщения и подвижность магнитной доменной стенки.

2. Оптические параметры: угол поворота плоскости поляризации, коэффициент поглощения и соответствующий показатель качества материала (ПКМ).

Все эти параметры могут меняться и зависят от состава гранатовой пленки. Широкий диапазон возможных вариантов замещений ионов в решетке граната обеспечивает большое число способов оптимизации материала. Тем не менее до сих пор не было возможным оптимизировать все параметры в одном модуляторе, сделанном из конкретного материала. Например, оптические свойства могут быть улучшены путем замещения висмутом. Однако это одновременно приводит к

увеличению поля анизотропии и переключающих полей. С другой стороны, уменьшение поля анизотропии и переключающих полей до низкого уровня ухудшает оптические свойства.

За последние годы исследований в области материаловедения наметился значительный прогресс в понимании роли различных вариантов замещения и оптимизации состава. Существует реальная надежда на дальнейший успех на пути оптимизации сразу всех параметров.

Главным недостатком существующих в настоящее время устройств является низкий коэффициент пропускания света, определяемый фарадеевским вращением плоскости поляризации, поглощением в материале и толщиной магнитооптической пленки.

Для материалов с высокой степенью замещения висмутом и большими углами поворота плоскости поляризации в существующих устройствах пока не удается достичь оптимальной толщины пленки. Для длины волны в середине видимой области спектра оптимальная толщина составляла бы около 10— 12 мкм. Однако современная технология позволяет получить до 5—7 мкм. Таким образом, здесь имеются возможности для улучшения параметров. Фарадеевское вращение плоскости поляризации уменьшается при смещении в красную и инфракрасную области спектра. С другой стороны, имеются «окна» в коэффициенте «поглощения» в инфракрасной области, где ПКМ оказывается на несколько порядков больше, чем в видимой области. Когда для оптической обработки информации используется лазерное излучение в инфракрасной области, имеется возможность создания модуляторов света с намного более высокими оптическими коэффициентами пропускания, чем в видимой области. Трудность, однако, состоит в том, что толщина магнитооптического слоя должна быть намного большей, чем в видимой области, чтобы получить лучший коэффициент пропускания (обычно в интервале до 100 мкм). Это делает технологию изготовления модулятора более сложной. В оптической обработке сигналов может представлять особый интерес получение углов фарадеевского вращения плоскости поляризации в 45 или даже 90°. В видимой области это возможно только при высоком коэффициенте поглощения. Как было показано с помощью простого устройства, в инфракрасной области могут быть получены углы поворота плоскости поляризации в 90° в гранатовых материалах при оптических коэффициентах пропускания до 90% [19, 20, 26]. Однако до сих пор подробно не изучена возможность создания высокоразрешающих пространственных модуляторов в инфракрасной области.

При сравнениитермомагнитной адресации и адресации с помощью ионно-имплантированных центров образования доменов в устройстве «лайтмод» становится очевидным, что для

последнего возможны более высокие скорости переключения .(около 1 мкс). При этом скорости различаются приблизительно в 25 раз. Пиковые мощности управляющих сигналов в обеих концепциях имеют один порядок величины. Однако средние мощности управляющих сигналов для переключения одного и того же числа ячеек за заданное время намного меньше в «лайтмоде» вследствие больших скоростей и соответственно меньшего времени адресации ячейки.

Вследствие резкого снижения поля анизотропии в зависимости от температуры, характерного для подхода термомагнитного переключения, имеется больше возможностей для оптимизации параметров материала. Таким образом, основанные на термомагнитном переключении реальные модуляторы содержат большое количество висмута и соответственно обладают большей эффективностью модуляции света.

Что касается электронных цепей управления, то в сетях управления магнитных адресных шин, вырабатывающих импульсы тока обеих полярностей в несколько сотен мА, должны использоваться мостиковые схемы. Управляющие каскады шин термической адресации могут быть собраны из простых транзисторных переключателей. Это является преимуществом подхода термической адресации, в частности, если рассматриваются только модуляторы с малым числом шин, но большим числом ячеек на одну шину. Кроме того, малое число нагревающих резисторов позволяет уменьшить управляющие токи до миллиампер, что открывает возможность их использования для управляющих цепей с очень высокой степенью интеграции. Например, линейки элементов, показанные на рис. 1.19, управляются л-канальными МОП-микросхемами с 64 выходными каналами на чип.

Степень качества и плоскостности магнитооптической гранатовой пленки не представляет особых проблем. Слои граната изготовляются только с тремя-четырьмя дефектами на квадратный сантиметр, и отклонение оптических и магнитных параметров по площади 7,5 сантиметровой пленки составляет только несколько процентов. Статистические отклонения по площади матричного модулятора в основном происходят из-за тонкопленочной технологии изготовления металлических шин, резистивных слоев или ионно-имплантированных областей.

Проблемы «проколов» в масках и сложности травления являются очень жесткими, если требуется изготовить модуляторы с высоким разрешением. В настоящее время выход изготовления модуляторов с большим числом ячеек все еще остается низким.

Размер ячеек обычно может изменяться от 10 до 100 мкм. Так как канавки между ячейками не могут быть сделаны меньше 10 мкм, при толщинах пленок, необходимых для достижения

хорошей эффективности, оптические маскирующие потери уменьшаются вместе с размером ячейки, и относительно большая площадь модулятора оказывается покрыта адресными линиями. Потребляемые пиковые мощности не уменьшаются значительно с размером ячейки. То же самое справедливо и для времени переключения. Метод термической адресации в любом числе требует более 25 мкс, и для «лайтмода» время переключения в субмикросекундной области будет определяться в основном управляющей электроникой из-за необходимости производить переключения высоких пиковых токов.

Автор весьма благодарен м-ру Вильяму Е. Россу (Лит-тон Дэйта Системе) за предоставление рис. 1.2, 1.12, 1.20 и

1.22, а также профессорам В. Толксдорфу, С. П. Клейтесу, Дж. П. Крумме, П. Хансену, В. Витгеру и К. П. Шмидту из Исследовательской лаборатории компании Филипс, г. Гамбург, за предоставление информации и сведений по термомагнитным модуляторам и свойствам гранатов.