Оптические вычисления - Арратуна Р.
Скачать (прямая ссылка):
участку зарождается домен и, во-вторых, осуществляется переход ячейки в
насыщенное состояние за счет перемещения доменной стенки под действием
силы, порождаемой приложенным полем. Если поле выключить на промежуточной
стадии, ячейка может остаться в размагниченном состоянии с двумя
доменами.
Рис. 1.16. Зависимости намагниченности насыщения и поля анизотропии от
температуры для магнитооптического материала, обладающего точкой
компенсации. Внизу показана типичная петля гистерезиса при комнатной
температуре и соответствующей нагретому участку повышенной температуре.
38
Часть I. Пространственные модуляторы света
Нагревательный элемент
Островок ' магнитооптического материала
Рис. 1.17. Схема магнитооптического модулятора с термической адресацией.
Нагревающий элемент перекрывает часть площади магнитооптической ячейки.
Нагревающие элементы в одном ряду соединены, и адресация осуществляется с
помощью х-шины. Адресация в столбцах осуществляется магнитными (/-шинами.
На пересечении х- и (/-шины разделены изолирующим слоем,
не показанным на схеме.
Рис. 1.18. Модулятор 256x64 элементов с разветвленной системой шин для
соединения с управляющей электронной схемой [21]. Размеры модулятора -
32X8 мм.
Глава 1. Магнитооптические модуляторы света
39
Экспериментальная реализация этой концепции схематично показана на рис.
1.17 и 1.18 [8, 21]. Тонкопленочное сопротивление нанесено на край
переключающей ячейки и соединено с тонкопленочной металлической адресной
шиной. При пропускании токового импульса выделяется омическое тепло, и
материал снизу под резистором нагревается. Магнитное поле для
переключения создается второй металлической шиной, располагаемой
перпендикулярно первой.
Типичная переключающая характеристика показана на рис. 1.19. Нагрев до
достаточно высокой температуры требует около 15 мкс. После чего импульс
магнитного поля переключает ячейку за время ^10 мкс (сумма интервалов
времени, требуемых на зарождение доменов и перемещение магнитной доменной
степки по ячейке). Следовательно, в пределе могут быть получены 40 ООО
тепловых циклов в секунду.
1.5.2.2. Проблемы перекрестной адресации [22]
В магнитооптическом модуляторе с перекрестной г/-адресацией нагревающие
резисторы вдоль одного ряда ячеек соединены
Linrrtd
4
¦ж-rfrH "
Ток нагрев81
'Магнитку
е"
'Выходноий
СИГНЛНТ ;
Рис. 1.19. Матрица переключения линейно-поляризованного света с 512
объединенными на одном чипе переключающими ячейками, расположенными с
шагом в 62,5 мкм. На изображении тонкопленочной структуры, полученном с
помощью электронного микроскопа, видны зигзагообразно расположенные
ячейки, нагревающие элементы и тонкопленочная адресная шина. Справа внизу
показаны типичные переключающие характеристики.
40
Часть I. Пространственные модуляторы света
последовательно. В перпендикулярных им канавках размещены шины, по
которым подаются импульсы магнитного поля. Чтобы добиться устойчивого
переключения, резисторы должны быть близко расположены к управляющим
магнитным шинам. Переключающее поле задается выражением
Я1 = ТТ' (1П)
2ла1
где I - протекающий в магнитной управляющей шине ток, a d\ - расстояние
от центра управляющей шины до резистора (см. рис. 1.17 и 1.18).
Переключение определяется условием | 7/1 | [ H]i Ms | нагретого
материала* Поле на наиболее удаленном
крае от управляющей шины равно Н2-Il2nd2. Это поле должно превышать поле
насыщения Hs "холодного" материала, т. е. должно выполняться неравенство
Я2>7/5. Чтобы избежать переключения соседних ячеек, поле
Я3 = -^- (1.12)
2па3
должно быть меньше | Hh-Ms|, где d3 - расстояние от центра магнитной
управляющей шины до резистора в соседнем столбце ячеек. Таким образом,
ток I ограничен условием
- <|ЯЙ -М5|нагретого <- (1.13)
или
2nd1\Hk-Ms\<I<2nd3\Hh-Ms\. (1.14)
Это условие определяет точность, с которой должны быть изготовлены
резисторы.
Примером типичной экспериментальной разработки данного типа является
матрица 100X100 ячеек, расположенных с шагом в 100 мкм и с канавками в 10
мкм. Площадь резистивного нагревателя при этом должна быть 10X10 мкм2.
При сравнительно свободном размещении ячеек di составляет 15 мкм, а ток,
который пропускают по магнитной управляющей шине и определяют из условия
H\=I/2ndl, составляет около 470 мА (считается, что переключающие поля
составляют 5 кА/м). Расстояние до следующего нагревателя составляет около
90 мкм. Это дает фактор защищенности от переключения соседних ячеек в
90/15 = 6.
Для перемещения образовавшейся магнитной доменной стенки из нагретой
области через всю ячейку материал следует подбирать таким, чтобы
выполнялось условие Д8< <//2лй?3" 1 к А/м.
Глава I. Магнитооптические модуляторы света
41
1.5.2.З. Проблемы теплоотвода и электромиграция
В реальных устройствах нельзя пренебрегать омическими потерями в
магнитных управляющих шинах. Рассматривая переключающее поле Н на
расстоянии = (ш+а) от центра
шины, получим, что омические потери на расстоянии I от шины определяются
