[其他]光學系統

無效

• 申請號: 87105128
• 申請日: 1987-06-17
• 公開（公告）號: CN87105128A
• 公開（公告）日: 1988-05-11
• 發明（設計）人: 本杰明·歐文·格林;麗貝卡·魯恩·米勒德;約瑟夫·奧倫斯坦;戴國洲;姆林納爾·撒克爾;利厄·魯比·威廉斯
• 申請（專利權）人: 美國電話電報公司
• 主分類號: H04B9/00
• 分類號: H04B9/00;G02F2/00
• 代理公司: 中國專利代理有限公司
• 代理人: 吳秉芬,林長安

一般說來，本發明是關于光學系統，例如光通信系統和光計算機。

光學系統，例如光通信系統和光計算機的使用和不斷發展，是由于這種系統有能力，或者說有可能傳輸和/或處理大量的信息，其速度之快是純電子系統所不及的。

上述的光學系統，一般包括一個或多個電磁射束發射源，例如一個或多個半導體激光器;處理由源發射的電磁射束的一個器件（或多個器件）;一個或多個檢測處理過的電磁射束的檢測器。由源發射的電磁射束被傳送到一個處理器件上（或多個處理器件上），然后通過空氣、真空或通過諸如光纖的光波導傳送到多個檢測器。

用于光學系統的處理裝置包括，例如開關（將電磁射束從系統的一個光波導轉換到另一個光波導的裝置），幅度調制器（改變電磁射束強度的器件）和多路復用器/多路分離器（用來把多個光波導傳送的電磁射束集中到一個光波導上的器件，或反之）。目前這些器件一般用電一光材料制造，例如鈮酸鋰。這種處理是用電子學方法實現的，例如一個開關包含一個或多個平面波導（一般在光通信中使用其他形式的光波導，例如光通信系統中的光纖），是用淀積摻雜的方法在鈮酸鋰基片上形成的，例如鈦。在基片表面形成平面波導所要求的圖形，然后用加熱基片擴散摻雜到基片之中，從而形成平面波導。另外在一個或多個平面波導的背面形成電極。為了產生開關作用，將一個電壓加到這些電極之間，從而導至鈮酸鋰產生局部的光學極化變化，使之局部改變折射系數，因此改變光從一個平面光波導到另一個平面光波導的光路。重要的是開關速度依賴于電極的圖形結構。例如，當電壓加在塊形電極時，開關時間由電極的時間常數R.C所限制，一般為幾個毫微秒（ns）。去掉所施加的電壓引起光學極化的變化和折射系數變化的消失幾乎是同時發生的）。結果，周期時間（相繼兩個開關動作間隔時間）被限制在幾個毫微秒范圍內（不小于）。重復速率（每單位時間內開關操作的次數等于周期時間的倒數）被限制在3×10⁸HZ數量級之內。另一方面，當使用一種行波（傳輸線型）電極圖形時，幾百微微秒（ps）的開關時間和周期時間是容易做到的，得到的重復速率可高達3×10⁹HZ。

為了實現如此之短的周期時間和較高的重復速率，本發明所建議和探索的裝置采用純光學方法來處理。也就是，所建議的裝置一般包含一個作為處理電磁射束（下文稱為信號束）的傳輸介質的材料區。重要的是選擇傳輸介質，當用第二個電磁射束（下文稱為控制束）照射時，該介質呈現非線性光學響應（折射系數和/或光學吸收的變化），利用這種非線性光學響應束實現對信號光束的處理。

捷威爾等人披露了一種使用純光學處理的典型裝置。J.L.Jewell????et????al.，“Parallel????Operation????and????Crosstalk????Measurements????in????GaAs????Etalon????Optical????Logic????Devices，”Applied????Physics????Letters，Vol.48，No。20，19????May????1986，pp.1342-1344。這一裝置是一個砷化鎵（GaAs）樣品塊，它包含一層GaAs層（一種無機半導體材料），其厚度小于1μm，夾在兩層介質鏡面之中。鏡面的設計是使其對于約890nm波長的電磁射束呈現較高的反射率，同時對波長約為800nm的電磁波束具有較低的反射率。并且將這個樣品塊設計成在890nm波長情況下傳輸曲線上出現一個峰值。在工作時，當沒有控制束照射到GaAs上的情況下，890nm波長的信號束受到較小的吸收，因此大部分被傳輸了。另一方面，當用具有800nm波長的控制束照射砷化鎵的情況下，砷化鎵上的價帶電子被激發為導帶電子，改變了砷化鎵的折射系數，因此（實際上是同時的）使樣品塊的傳輸峰離開了890nm，結果使具有890nm波長的信號束受到較低的傳輸。取決于GaAs的厚度，樣品塊傳輸的減小呈現為一個衰退期特性τ，（在切斷控制束后，傳輸系數衰減到原來數值1/e時的時間間隔），其范圍為200ps-15ps。重要的是上述衰退期限制了該器件的速度，也就是說，在樣品塊的傳輸上產生一個大的衰減后，直到第一次傳輸衰減已經絕大部分消失之前，不能第二次接通控制射束，其典型值約取2τ。因此，取決于砷化鎵的厚度，該器件的周期時間（兩個相繼的低傳輸率狀態的間隔時間）的范圍為400ps-30ps。因此，重復速率的范圍為2.5×10⁹HZ-3.3×10⁹HZ。