2.10. Предельные параметры и вычислительные возможности ОБУ

При выполнении заданных логических операций оптическим устройством оптические характеристики нелинейного материала должны измениться на определенную величину. Это находит свое отражение в том, что уровень возбуждения в материале, например плотности экситонов или свободных носителей, достигает определенного уровня. Отсюда следует, что ключевым подходом к минимизации затрат энергии на переключение является сведение объема материала к минимуму. Данная стратегия, кроме того, приводит к повышению быстродействия и степени интеграции. Однако здесь будут возникать трудности чисто технологического характера, если качество материала не отвечает предъявляемым требованиям. Тем не менее в устройствах на основе резонаторов Фабри—Перо лучшие характеристики удается получить именно благодаря применению особо малых толщин резонатора [36], однако возможности технологии все же ограничивают минимально возможные толщины, поскольку толщину резонатора подбирают исходя из реально достижимых параметров поглощения и рассеяния света в материале [23]. Толщина резонатора Фабри — Перо должна составлять не менее половины длины волны света (для GaAs около 1/8 мкм). Если бы материалы обладали исключительно высокой степенью нелинейности, тогда было бы выгодно использовать даже еще меньшую толщину резонатора, чтобы сократить время нарастания поля в резонаторе и чувствительность к температуре и длине волны. Следует заметить, что уменьшение поперечного размера до величины порядка длины волны представляет гораздо более трудную проблему по сравнению с получением минимальной толщины резонатора. При этом дифракционные потери света могут быть уменьшены за счет применения соответствующих волноводных структур, для изготовления которых, по-видимому, можно использовать метод травления [26], или, возможно, имплантацию. Хотя все это может быть непосредственно выполнено для активного материала, следует помнить, что создание структур

на основе резонаторов Фабри — Перо со специальными зеркалами, по всей видимости, приведет к значительному увеличению толщины и потребует применения специальных волноводных режимов работы устройства. В целом зеркала, созданные на основе четвертьволновых слоев с переменной концентрацией методом МЛЭ [37] или методом химического осаждения из паров металлоорганических соединений [38], могли бы изготовляться тем же способом, что и объемные слои GaAs или квантоворазмерные структуры на GaAs в ОЛЭФП.

Резонаторы Фабри — Перо, использующие современные материалы при соответствующей оптимизации, способны работать в области частот Большое быстродействие потребует либо гораздо более качественных материалов, чем имеющиеся в настоящее время, либо применения более сложных методик, которые усилят процесс релаксации. Отвод тепла от больших матриц с плотным размещением элементов, работающих в гигагерцовом диапазоне, может быть исключительно трудной задачей, однако методики охлаждения также совершенствуются. Матрица в 10б ячеек, потребляющая энергию в на ячейку на частоте в 1 ГГц, будет рассеивать мощность в 1 Вт. Промышленно освоенные охлаждающие микроэлементы [40] могут отводить до с площади в несколько квадратных миллиметров. Более того, эти охлаждающие элементы обеспечивают получение температуры до 77 К без применения жидкого азота, что дает возможность воспользоваться более «удачными» характеристиками полупроводников при этой температуре, чем при комнатной.

Различие в архитектуре создает определенные трудности при сравнительной оценке производительности вычислительных систем. В частности, мерой при оценке может служить число битов, обрабатываемых в секунду Так, самые быстрые компьютеры на сегодня обрабатывают около Ожидается, что эта величина возрастет на один или два порядка, прежде чем будут реализованы оптические компьютеры. И хотя до сих пор были продемонстрированы только очень маленькие матрицы оптических элементов, переход к большим матрицам (по порядку величины до ) не представляется слишком сложным. Были также продемонстрированы возможности получения скоростей далеко за пределами 1 ГГц. А основываясь на том предположении, что затраты энергии будут уменьшены до такой степени, что проблемы отвода тепла не будут стоять так остро, получим, что отдельная матрица может обрабатывать от 1015 до Использование нескольких матриц, матриц большего размера или более быстродействующих устройств, может увеличить эту цифру даже на несколько порядков. Длительность оптического цикла составляет только поэтому в дальнейшем для оптических устройств

достижим терагерцевый диапазон. Вполне реальные возможности оптических вычислительных устройств должны, несомненно, стимулировать интенсивные исследования в этой области.