Трансфазор представляет собой оптический аналог электронного транзистора и является оптически бистабильным прибором, способным переключаться в одно из двух четко различимых состояний за время, измеряемое пикосекундами. Он может иметь такие же малые размеры, как и электронный транзистор. Для поддержания бистабильного состояния в трансфазоре требуется мощность порядка 10 мВт и энергия переключения порядка 10 фемто Дж. На основе трансфазора реализуется функционально полная система логических элементов, из которых можно строить любые логические схемы и функциональные узлы вычислительных машин.
Для образования основных логических элементов И, ИЛИ и НЕ в оптических компьютерах можно использовать бистабильные оптические устройства. Такое устройство представляет собой резонатор Фабри-Перо, заполненный нелинейным веществом (например антимонид индия - InSb). Показатель преломления данного вещества зависит от интенсивности падающего пучка, поэтому на выходе можно получить два стабильных состояния, одно из которых условно принимается за "0", а другое за "1".
Один и тот же трансфазор (оптический транзистор) может служить как элементом И, так и элементом ИЛИ, в зависимости от подведённых к нему пучков. Если два падающих пучка подобраны так, что ни один из них сам по себе не способен переключить трансфазор, а оба вместе обладают достаточной интенсивностью для его переключения, то образуется оптический элемент И. Если же падающие пучки подобраны так, что любой из них способен переключить трансфазор, образуется оптический элемент ИЛИ. Элемент НЕ можно создать, используя в качестве выходного сигнала отражённый пучок. Так как он является инверсией прошедшего пучка, то повышение интенсивности падающего пучка приводит к снижению интенсивности на выходе и наоборот (смотри рисунки).
|
|
Резонатор Фабри-Перо
В качестве бистабильного оптического элемента применяется резонатор Фабри-Перо, заполненный нелинейной средой, показатель преломления которой n зависит от интенсивности I по закону: 
. Прозрачность резонатора T зависит от фазового набега между зеркалами:
В резонаторе, заполненном нелинейной средой, полный фазовый набег зависит от интенсивности:
где 
- константа, 
. Схема совместного решения уравнений (1) и (2) представлена на рисунке (a).
Пересечение прямой с наклоном 
с кривой пропускания резонатора дает положение рабочей точки - результат совместного решения (1) и (2). Прослеживая за изменением положения рабочей точки при изменении входной мощности Iвх, можно построить зависимость 
, приведенную на рисунке (б):
Среда, заполняющая резонатор, и имеющая кубическую нелинейность, характеризуется двумя важными параметрами: величиной нелинейного коэффициента n2 и временем релаксации нелинейного отклика Tнл (инерционностью).
На рисунке (в) систематизированы экспериментальные данные по различным нелинейным материалам:
Из рисунка видно, что вещества обладающие сильной нелинейностью, имеют достаточно большое время переключения, поэтому выбирают вещества с наиболее оптимальными значениями n2 и Tнл (обведены кружками).
Схематически интерферометр Фари-Перо изображён на рисунке:
Заключение.
Оптические транзисторы лежат в основе квантовых компьютеры которые способны решать некоторые задачи принципиально по-другому, выходя на совершенно недостижимые уровни быстродействия для классических, электрических компьютеров.В данный момент ведется активная работа в данном направлении как на наших так и на заграничных предприятиях, такие как Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики (ИТМО), Физический институт РАН им. П.Н.Лебедева и Санкт-Петербургский академический университета и Max Planck Institute с их разработкой «quantum optical transistor». Будущее компьютеров за данной технологией.
|
|
Спасибо за внимание.