2.8. Факторы, ограничивающие предельные величины коэффициентов усиления, разветвления по выходу, объединения по входу

Оптические бистабильные устройства (ОБУ) (резонаторы Фабри—Перо, СЭОУ и др.) имеют очень большие, стремящиеся к бесконечности значения дифференциальных коэффициентов усиления при переключающей интенсивности . В литературе, например [31], встречались сообщения об экспериментально полученных коэффициентах усиления, превышающих 104. Здесь для простоты и наглядности под коэффициентом усиления, называемым далее просто усилением, подразумевается крутизна зависимости выходного сигнала от входного сигнала.

Рис. 2.12. Интенсивность на выходе СЭОУ в зависимости от входной интенсивности для нм. Диаметр СЭОУ - 100 мкм, напряжения питания обратной полярности — от 0 до 6 В, используется режим питания по-Чтоянного тока при 9,3 мкА. Для наглядности нулевые значения последовательно смещены относительно друг друга.

Однако имеется ряд соображений, ограничивающих получаемое на практике значение коэффициента усиления ОБУ. Так, если входной сигнал будет незначительно превосходить тогда время переключения будет существенно больше времени релаксации среды. Это явление, называемое критическим замедлением [32], возникает вследствие установления динамического равновесия между процессами возбуждения и релаксации атомов. Таким образом, чтобы использовать быстродействие, присущее ОБУ, и получить большую скорость переключения, необходимо, чтобы входной сигнал имел заметно большую интенсивность по сравнению с Далее, такие факторы, как нестабильность лазерного излучения (например, вследствие изменений температуры и неоднородности характеристик материалов), разброс значений коэффициента пропускания системы и возможного влияния старения прибора, диктуют необходимость увеличения входных сигналов по отношению к подпороговому значению интенсивности. Таким образом, получаемое на практике полезное усиление определяется скорее компонентами системы и соображениями надежности, чем параметрами самого нелинейного устройства.

Значение коэффициента усиления ОЛЭФП зависит преимущественно от параметров устройства. В данном случае коэффициент усиления определяется как отношение приращения энергии выходного сигнала к приращению энергии входного пучка света. Единственным фактором, ограничивающим время одиночного цикла переключения, является время нарастания поля в резонаторе. Обсуждавшиеся ранее в отношении ОЛЭФП факторы влияют на однородность выходного сигнала, но напрямую усиление не ограничивают. Так, если бы зондирующий пучок действительно не влиял на пропускание ОЛЭФП, то можно было бы получить произвольно большие значения коэффициента усиления, так как энергия зондирующего пучка при этом могла быть произвольно большой. Этого нет на практике, и именно взаимодействие зондирующего пучка с нелинейной средой ограничивает получаемое усиление. Например, в логическом вентиле ИЛИ-HE в отсутствие входного сигнала, если энергия зондирующего пучка крайне велика, именно это взаимодействие будет определять процесс возбуждения среды и соответственно сдвиг пика пропускания устройства относительно длины волны света. Следовательно, энергия выходного пучка не может быть сделана произвольно большой. Это ограничение усиления аналогично ограничению мощности в рефрактивных ОБУ на основе резонатора Фабри — Перо и может быть использовано для уменьшения шума в системе. В этом случае максимальное усиление приблизительно определяется коэффициентом пропускания зеркала, разделенным на удвоенную длину поглощения света (все параметры относятся

к длине волны зондирующего пучка) [33]. Усиление и коэффициент разветвления по выходу связаны между собой очень просто.

Усиление должно быть по меньшей мере таким же, как коэффициент разветвления по выходу, деленный на коэффициент пропускания системы от одного до следующего устройства.

Способы реализации разветвления по выходу и объединения по входу тесно связаны с архитектурой системы. Однако здесь они не рассматриваются. Отметим лишь, что наиболее желательным является значение коэффициента объединения по входу, равное 2. Данное утверждение определяется следующими причинами: (1) Чем меньше входов у вентиля, тем он проще и надежнее. Именно по этой причине почти все существующие логические устройства имеют два входа. (2) Коэффициент объединения по входу, равный 2, позволяет избежать ряд проблем, связанных с интерференцией входных сигналов, имеющих разную поляризацию. (3) В планарных матричных системах изображений с помощью ортогональных поляризаций несложно получить коэффициенты разветвления и объединения, равные 2. Для этого следует разместить призму Волластона в коллимирующем устройстве системы.