2.7. Устройства на собственном электрооптическом эффекте (СЭОУ)

Устройства на собственном электрооптическом эффекте [2] (СЭОУ) являются еще одним видом бистабильных устройств, работа которых отличается от нелинейных резонаторов Фабри—Перо в двух важных аспектах. Во-первых, прохождение света в материале увеличивает коэффициент поглощения света этого же материала на рабочей длине волны. Именно из-за возрастающего поглощения света под действием света этот класс бистабильности обычно называется оптической бистабильностью [29]. В этом процессе благодаря эффекту поглощения света увеличивается удельный коэффициент поглощения света, что приводит к возникновению положительной обратной связи, которая переводит режим прохождения света из состояния с высоким пропусканием в состояние с низким пропусканием, т. е. противоположно тому, как это происходит в устройствах на основе резонатора Фабри — Перо. Указанные устройства не требуют применения резонатора и не имеют ограничений быстродействия, связанных с временем нарастания импульса в резонаторе. В них используются особенности резонансного поведения коэффициента поглощения, которые ограничивают ширину полосы частот (хотя и не жестко). Второе отличие СЭОУ состоит в том, что удельный коэффициент поглощения изменяется в соответствии с изменением приложенного электрического поля, вызывающего генерацию свободных носителей. Как было показано ранее, квантоворазмерные структуры на основе очень чувствительны к электрическим полям, приложенным перпендикулярно к слоям, образующим квантовые ямы. Сдвиг края поглощения, вызванный небольшими изменениями электрического поля, в таких квантоворазмерных структурах называется эффектом Штарка для носителей заряда, удерживаемых в квантовой яме [30]. Такой эффект оказывает очень сильное воздействие, в результате которого СЭОУ переключаются при мощности оптического излучения лишь по сравнению с достигнутыми до сих пор (только для входного сигнала) для ОЛЭФП. Однако дополнительно СЭОУ поглощают электрическую мощность (Кроме того, отметим, что представляется маловероятным получить СЭОУ таких же малых размеров, как устройства на резонаторах Фабри—Перо.) Таким образом, полная поглощаемая энергия

Рис. 2.11. Общая схема работы СЭОУ [2].

СЭОУ, по-видимому, является более высокой. Для того чтобы приложить электрическое поле в поперечном направлении к квантоворазмерным структурам, имеющим пренебрежимо низкие токи (в отсутствие свободных носителей), используют схему с указанной на ней полярностью включения элемента (рис. 2.11). На рис. 2.12 показаны характеристики СЭОУ, имеющего диаметр 100 мкм и управляемого при комнатной температуре энергией света Характеристики переключения в обоих направлениях не идентичны. Величина контраста ограничена исключительно сильным поглощением в сильно энергетической области резонанса поглощения (тот же механизм поглощения вызывает трудности с каскадированием ОЛЭФП на основе GaAs при комнатной температуре). Хотя быстродействие СЭОУ не ограничено потерями времени на нарастание поля в резонаторе, оно, однако, ограничено временной RC-постоянной, определяемой управляющей электронной схемой. В настоящее время самый короткий экспериментально полученный временной цикл составляет около 30 не, но в устройствах в интегральном исполнении возможны субнаносе-кундные времена.

Несмотря на ограничения, накладываемые на размер, быстродействие и контраст, прошедшие испытания несколько типов СЭОУ проявили себя исключительно хорошо. Как и в случае с устройствами на основе резонаторов Фабри — Перо, дальнейшие разработки в области материалов могут привести к значительному улучшению характеристик устройств данного типа. Характерной чертой, которая отличает СЭОУ от чисто оптических устройств, является то, что они могут быть сопряжены с электроникой сразу двумя путями; т. е. ими можно управлять чисто электронными способами, используя в качестве модуляторов света, или они могут быть включены в схему в качестве

фотодетекторов. Это их качество обоснованно делает вероятным то, что СЭОУ или какие-то ответвления от этой основной концепции будут играть важную роль в оптических вычислительных системах.