ОПТОЭЛЕКТРОННЫЙ ЛОГИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ Советский патент 1973 года по МПК H04N5/335 

1

Изобретение относится к оптоэлектронным логически. элементам и может быть использовано при конструировании малогабаритных быстродействующих вычислительных машин.

Известны оптоэлектронные логические элементы, осуществляющие логические функции посредством дискретного отклонения луча света при поступлении на входы соответствующих сигналов. Для отклонения луча используют двупреломляющие кристаллы, отклоняющие перпендикулярно поляризованные обыкновенный и необыкновенный лучи на разные углы, а переключение поляризации света осуществляют посредством вращения плоскости поляризации в электрооптических кристаллах, к которым прикладывают входные электрические сигналы, необходимая амплитуда которых определяется полуволновым напряжением, характерным для используемого электрооптического материала. При различных комбинациях входных сигналов свет выходит из такой системы по разным путям, что и позволяет осуществить логические функции.

Однако известные логические элементы имеют большие размеры, обусловленные нрименением электрооптических и двупреломляющих кристаллов, и требуют входных напряжений больщой амплитуды.

Целью изобретения является микроминиатюризация, уменьщение амплитуды входных

сигналов и расширение функциональных возможностей элемента.

Для этого диэлектрическая нленка разделена по крайней мере до половины рабочей площади на два одипаковых по толщине слоя третьим прозрачным заземленным электродом.

В элементе можно использовать диэлектрические пленки с узкой экситонной линией в спектре поглощения, которая исчезает в электрическом поле напряженностью 10 -10- в/см (например пленки CdS, а также CdTe, Pb/z и другие). Если такую систему осветить пучком света, перпендикулярным нлоскости системы, то ввиду сильного изменения пропускания под действием электрического поля в зависимости от входных сигналов, поданных на соответствующие электроды, различные участки системы будут или не будут пропускать свет. Так как для достижения больщого измепенпя пропускания света в области экситонных линий мож:но применить пленки толщиной меньще 10 см, то требуемая напряженность электрического поля достигается при уровне входных сигналов, меньшем 1 -10 в, а толщина всей системы определяется толщиной подложки (например слюда толщиной 10-20 мкм).

Минимальные размеры системы в плоскости подложки ограничены лищь дифракцией и технологической возможностью изготовления

и могут составлять менее 100 мкмX100 мкм. Инерция исчезновения экситонных линий поглощения под действием электрического поля не превышает сек, поэтому предложенное устройство обладает большим быстродействием.

Изобретение пояснено чертежом.

На чертеже приведена схема конструкции пленочного логического оптоэлектронного элемента - полусумматора.

Элемент содержит диэлектрическую пленку 1 с узкой экситонной линией в спектре поглощения, по обеим сторонам пленки расположены прозрачные проводящие электроды 2 и 3, например тонкие пленки хрома или двуокиси олова, третий прозрачный электрод 4, разделяющий пленку на два одинаковых по толщине слоя 5 и 6 и перекрывающий половину рабочей площади всего элемента. Пленочная диафрагма 7 из непрозрачного материала имеет окна а и б над рабочими участками элемента и служит для исключения влияния областей пленки 1 с неоднородным распределением электрического поля вблизи границ электродов. Всю систему пленок изготавливают последовательным нанесением на прозрачную подлол ку 8.

Элемент работает в качестве оптоэлектронного полусумматора следующим образом. Элемент освещается потоком 9 монохроматического света с длиной волны, равной длине волны экситонной линии в спектре поглощения пленки. Электрические входные сигналы Ui и Uz подают на электроды 2 и 3 в виде одинаковых импульсов напряжения, величина которых достаточна для разрушения экситонной линии, а электрод 4 заземляют. В отсутствие входных сигналов Ui и Uz все участки пленки непрозрачны, поэтому свет через окна а и б не проходит. Если подан входной сигнал Ui, а сигнал Uz отсутствует, то в пленке 1 под окном айв слое 5 пленки 1 под окном б существует электрическое поле, которое просветляет указанные слои, однако, ввиду отсутствия электрического поля в слое 6, свет проходит лищь через окно а и не проходит через окно б из-за поглощения в слое 6. Из симметрии системы входов следует, что та же самая ситуация имеет место при наличии сигнала L/z в отсутствии сигнала Ui. Наконец, при одновременном наличии сигналов Ui и Uz электрическое поле отсутствует в пленке 1 под окном а и присутствует в слоях 5 и б под| окном б, так что свет проходит через окно б и не проходит через окно а.

Логические свойства элемента наглядно представлены таблицей, в которой единица соответствует наличию электрического входного или светового выходного сигналов, а ноль соответствует отсутствию входных и выходных сигналов.

Таким образом видно, что левая и правая части системы осуществляют логические функции «ИСКЛЮЧАЮЩИЕ ИЛИ и «И соответственно, а элемент в целом представляет собой полусумматор.

Одним из вариантов исполнения такого элемента является полусумматор с электрическими, а не со световыми, выходами, конструкция которого отличается от описанной только тем, что на нижней стороне подложки под

окнами а и б расположены пленочные фотоприемники. Размещение на одной прозрачной подложке множества оптоэлектронных элементов и осуществление связей между ними при помощи пленочных межсоединений позволяет получить интегральную оптоэлектронную логическую схему с больщим числом элементов на единицу площади. В частности, комбинация из двух полусумматоров и элемента «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ представляет собой полный сумматор.

Предмет изобретения

Оптоэлектронный логический элемент на основе диэлектрической пленки, обладающей электрооптическим эффектом, заключенной между двумя прозрачными электродами, являющимися входами, отличающийся тем, что, с целью микроминиатюризации, уменьшения амплитуды входных сигналов и расширения функциональных возможностей элемента, диэлектрическая пленка разделена по крайней мере до половины рабочей площади на два одинаковых по толщине слоя третьим прозрачным заземленным электродом.

а,, г

//

It