автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.20, диссертация на тему:Методы обработки радиотехнической информации в оптоэлектронных системах с полупроводниковыми лазерами

I и ин

• 5 ДПР 1993

ЦЕНТРАЛЬНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ "КОМЕТА"

На правах рукописи

ЕВТИХИЕВ НИКОЛАЙ НИКОЛАЕВИЧ

МЕТОДУ ОБРАБОТКИ РАДИОТЕХНИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ В ОПТОЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМАХ С ГОЛУПЕОБОДНИКОВЫМИ ЛАЗЕРАМИ

05.12.20 - "Оптические системы локации, связи и обработки информации"

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Автор:

Москва - 1993г.

Работа выполнена в научно-исследовательском институте Радиооптики

Официальные оппоненты: академик РАН,

доктор физико-математических наук, профессор, Гуляев Ю. В.

доктор физико-математических наук, профессор, Галкин С. А.

член-корреспондент АТН, доктор технических наук, профессор, Новтонкк ЕФ.

Ведущая организация: Физический институт РАН им. IL Е Лебедева

Зашита диссертации состоится ¿•Е^/^-^1993 г.

в час. мин, на заседании специализированного совета Д 115.05.01 в Центральном научно-исследовательском институте "Комета" по адресу: Москва,109280, Велозаводская ул., д.5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ЦНИИ "Комета". Автореферат разослан " £ £ " 1993 г.

Просим принять участие в работе совета или прислать отзыв в одном экземпляре, заверенный печатью организации.

Ученый секретарь специализированного совета

0>/

Е Г. Ивакин

Актуальность темы. Значительно возросший в последнее время интерес к оптоэлектронной обработке информации и, естественно, к её элементной базе, обусловлен широкими возможностями, открывающимися при создании новых типов оптоэлектронных процессоров. Именно оптоэлектронных, поскольку достигнуто понимание того, что совмещение преимуществ оптики и высокой надежности и гибкости электроники позволяет построить новый класс вычислительных и управляющих информационных систем, обеспечивающих производительность на уровне 10"^ операций в секунду и выше. С другой стороны, совершенствование элементной базы и, в первую очередь, внедрение в оптоэлектронные процессоры полупроводниковых лазеров, вызвало создание новых типов процессоров, появление которых ранее было невозможным, цифровых оптоэлектронных вычислительных систем и суперкомпьютеров на их основе [1,2], новых, классов акустоопти-ческих процессоров, работающих в аналоговом и цифровом режимах [3,4], средств обработки и формирования изображений, в том числе в радиодиапазоне [5,б], оптических нейроподобных устройств, в том числе с ассоциативной памятью [7,8].

Внедрение полупроводниковых лазеров в оптические устройства обработки информации, возможность значительного улучшения при этом рабочих характеристик последних, а также возможность реализации новых алгоритмов обработки информации, выявили необходимость разработки новой оптоэлектронной схемотехники, особенно применительно к радиотехническим и вычислительным системам. Созданные в последние годы новые типы антенн [э], методы получения изображений с высоким разрешением, в том числе в радиолокаторах с синтезированной апертурой (РСА), и в системах с адаптивными фазированными антенными решетками (АФАР) [ю] привели к необходимости создания вычислительных и управляющих устройств нового поколения, которые уже не могут быть реализованы на базе обычной электронной техники, так как последняя не обеспечивает либо режима реального масштаба времени, либо точности, либо динамического диапазона. В этой связи появились новые оптоэлектронные средства, которые позволяют проводить высокоразрешающий спектральный анализ [II], формировать изображение в РСА, создавать практически универсальные оптоэлектронные цифровые вычислители [12.^.

Быстрое развитие архитектуры оптических процессоров не позволило, с одной стороны, учесть все особенности применения в них полупроводниковых лазеров, с другой стороны - разра-

ботать оптимальные схемы построения подобных процессоров для наиболее перспективных применений оптоэлектронной техники. Есе это требовало фактически создания нового класса оптоэлектронных систем обработки информации с полупроводниковыми лазерами. Причем, проведение теоретических исследований по физике полупроводниковых лазеров и определению оптимальных структур, обладающих повышенной мощностью и полосой модуляции, а такие разработка новых типов устройств оптической обработки информации требовали широкого круга экспериментальных исследований, подтверждающих теоретические выводы.

Особое внимание, уделяемое разработке новых типов полупроводниковых лазеров, совершенствованию их характеристик и разработке методики их применения в информационных, в первую очередь,радиотехнических, системах неслучайно, так как это приводит не только к улучшению рабочих характеристик последних, но и к качественным их изменениям. Полупроводниковые лазеры, созданные в начале бС-х годов, очень быстро стали использовать в различных информационных и измерительных системах, системах передачи информации по ВОЛС [13,14] . Возможность прямой модуляции током накачки, малые размеры, высокая эффективность и надежность сделали их незаменимыми источниками излучения. С их развитием связано и все развитие интегральной оптики, оптоэлектроники, оптических датчиков и т.д. Резкое продвижение вперед по совершенствованию их рабочих характеристик произошло в начале 60-х годов в связи с созданием сложных гетероструктурных лазеров со встроенными волноводами [15] , квантоворазмерными слоями [1б] , в том числе работающих в видимом диапазоне при комнатной температуре. Все это позволило не только упростить их применение в аппаратуре, но и существенно видоизменить её самоё. Так, например, получение возможности прямой модуляции излучения в полосе свыше 10 ГГц и передачи цифровой информации со скоростью свыше 5 Гбит/с позволило перейти к созданию трансконтинентальных световодных линий связи и обработке информационно-насыщенных потоков данных/ В последние годы появились линейные и матричные лазерные структуры, в том числе матрицы вертикальных лазеров до 10° штук в массиве ,

что во многом меняет ситуацию в системах оптической обработки, позволяя совместить источник излучения л пространственный транспарант. Получение лазеров на квантоворазмерных структурах с пороговым током менее I мА ГюП , позволило перейти к непосредствен-

ному включению их в электронные схемы, з том числе логические, что ускорило создание нового, поколения оптоэлектронных кодлснен-тов. Однако, многие вопросы, особенно связанные с динамикой лазеров, когерентностью их излучения так л не были решены. Ке всегда ясны были механизмы, оказывающие влияние на модуляционные возможности, а, значит, нельзя было л оптимизировать лазерные структуры, как с точки зрения расширения полосы модуляции, так и получения максимального динамического диапазона при передаче сигналов. Особенно это касается использования лазеров в таких радиотехнических устройствах, как адаптивные фазированные решетки, оптоэлектронные вычислители и т.д.

Особо следует отметить еще одно направление в области развития полупроводниковых лазеров, оказывающее существенное влияние на оптоэлектронику - создание полупроводниковых лазеров повышенной мощности [^133- В первую очередь от этого зависит совершенствование многоканальных лазерных устройств, систем оптической обработки информации, работающих в реальном маситабе зреме-ни, высокоскоростных вычислителей. Принципиально задним шагом в этом направлении явилось создание фазированных решеток полупроводниковых лазеров, обеспечивающих как максимальную на сегодняшний день мощность в непрерывном реяиме генерации, так и высокую пространственную когерентность излучения. Были созданы различные структуры, з том числе включающие и внешние элементы резонаторов лазеров, которые должны обеспечить устойчивую фазовую синхронизацию лазерных каналов (например, решетки V - разветви-телей), однако полной ясности з вопросах функционирования подобных сложных систем, понимания механизмов, приводящих к неустойчивости фазировки, не было. Не было и моделей таких решеток,как У - разветвители, дифракционно-связанные решетки, учитывающих реальные, а не идеализированные явления, происходящие з них. Кроме того, не ясны были и их динамические возможности. Зсз это затрудняло использование фазированных решеток лазеров з различных системах.

Таким образом, необходимость в разработке новых методов и средств оптоэлектронной обработки информации, в первую очерэдь для радиотехнических и вычислительных систем, непрерывно возрастающие потребности з подобных устройствах, а значит и необходимость создания оптимизированной элементной базы на основе новых физических эффектов, определили актуальность темы дан-

О о

ной работы.

Ледва работы являлась разработка принивпов построения сяитвх а методов оптоэлектрояао'2 обработка ;;к'4ормадии, з первую очередь радиотехнической, на основе использования полупроводниковых лазеров, их теоретическое и экспериментальное исследование; а такие совершенствование структуры полупроводниковых лезероз и лазерных Сазкровзнккх решеток для повнсекгл ::х скорое га^с з :.:с2ност::ь::с .са-рактерастгн.

Выполненные з диссертации теоретические и экспериментальные исследования отличаются от других исследований в этой области следующим положениями, определяющими научную новизну:

1. Еа основе анализа возможностей оптоэлектронных систем аналоговой и цифровой обработки информации, использующих современную элементную базу, показано, что большое количество задач

по обработке радиосигналов в реальном масштабе времени могут быть более успешно решены в оптоэлектронных процессорах, в том числе -формирование изображения в радиолокаторах с синтезированной апертурой, спектральный анализ с еысоким разрешением в широкой полосе частот и другие.

2. Теоретически и экспериментально доказано, что в оптических анализаторах спектра с пространственным и временным интегрированием с использованием полупроводниковых лазеров могут быть достигнуты лучшие рабочие характеристики по разрешения, динамическому диапазону и иассогабаратяки параметрам, чем в обычных оптических и электронных спектроанализатерах.

Разработан метод спектрального анализа с временным интегрированием с использованием вращающихся волновых ""ронтов, реализованный в схеме жесткого интерферометра с полупроводниковым лазером. Достигнутое при этом совмещение пространственного и временного интегрирования позеолило значительно расширить полосу анализа при сохранении высокого частотного разрешения.

3. Предложены, разработаны и исследованы теоретически п экспериментально методы формирования изображений в радиолокаторе с синтезированной апертурой РСА в реальном масштабе -.рекени, в том числе при использовании акустооптаки. НсИде:: оптимальны;; метод обработки сигналов, позволявши:: .'ормрег-з-гь изображен;: е при ,:ез~

личных вариантах синтезирования апертуры - боковом обзоре, обратном синтезировании, в том числе с использованием томографических и голографических методов.

4. Разработан и экспериментально исследован новый метод многоканальной корреляционной обработки сигналов, в котором достигается значительный выигрыш по динамическому диапазону. Предложена и исследована гибридная трехмерная оптоэлектронная микросхема в виде слоистой структуры, связанной волоконно-оптическими шайбами, использующая конвейерный принцип обработки сигналов. На её основе могут быть построены системы формирования изображения в РСА, многоканальные корреляторы, вектор-матричные перемножители.

5. Впервые определена, исходя из возможностей современной элементной базы, оптимальная структура оптоэлектронного цифрового вычислителя для работы в качестве спецпроцессора с использованием вектор-матричного принципа построения, двумерной обработки

и оцифровки изображений и т.д., в задачах управления фазированными антенными решетками.

6. На основе теоретического анализа динамической модели лазера показано, что влияние утечек тока из активной области является одной из основных причин ухудшения динамики современных полупроводниковых лазеров. Экспериментально определено, что структура 'ГиЙьР меза лазера, с заращиванием полуизолирующими слоями, является близкой к оптимальной, что подтверждается получением в ней полосы модуляции свыше 12 ГГц.

7. Построена первая теоретическая модель неидеальной фазированной решетки сильно связанных полупроводниковых лазеров типа

У - разветвителей или решеток с дифракционной связью, учитывающая дополнительные слабые взаимодействия. Показано, что даже слабое взаимодействие между прямолинейными участками каналов приводит к срыву генерации основной супермоды с переходом к двухлепест-ковому распределению света в дальней зоне дифракции.

Теоретически и экспериментально доказано, что в фазированных неидеальных решетках с дифракционной связью можно получить устойчивую генерацию в однолепестковом режиме в дальнем поле при пространственной синхронизации нескольких супермод при использовании угла скоса относительно осей каналов генерации.

8. Впервые экспериментально показано, что динамические характеристики решеток лазеров практически неотличимы от подобных же характеристик отдельных лазеров, с учетом двух типов релаксационных колебаний в переходных процессах - характерных для одиночных лазеров и характерных для установления супермодового режима во всей решетке.

Практическое значение результатов состоит в том, что они служат теоретической и экспериментальной базой для широкого использования методов и средств оптической обработки информации в радиотехнических и вычислительных системах и непосредственно направлены как на создание таких средств, так и на решение задач в области разработки новых лазерных полупроводниковых структур и излучателей на их основе.

Результат исследования свойств полупроводниковых лазеров таких как демпфирование релаксационных колебаний и его связь со степенью волноводного ограничения, особенности взаимодействия между параллельными каналами в фазированных решетках полупроводниковых лазеров, положены в основу разработок новых лазерных излучателей, таких как гибридный излучатель на базе полупроводникового лазера и полевого транзистора, новой структуры фазированной лазерной решетки полупроводниковых лазеров.

Развитые в работе методы применения полупроводниковых лазеров в системах оптической обработки информации позволили создать новые оптические устройства, такие как оптоэлектронная гибридная микросхема для радиотехнических и вычислительных комплексов, системы формирования изображения в реальном масштабе времени для радиолокатора и нейроподобные устройства. В ряде случаев созданные методики применения полупроводниковых лазеров позволили существенно улучшить характеристики существующих систем обработки информации, такие как спектроанализаторы с временным и пространственным интегрированием, многоканальные корреляторы электрических сигналов. Многие из этих устройств защищены авторскими свидетельствами .

Исследования выполнены в соответствии с Межотраслевой программой "Оптоэлектроника", Межвузовской программой "Оптические процессоры", Координационным планом АЛ СССР по проблеме "Голография", Выводы и результаты диссертационной работы используются в НИИРО,

МНМИП, НИИ "Дельта", НИИ "Пульсар", МИФИ, ЛГТУ, МГТУ им.Баумана, ТИАСУР, ФИАН, НИИ "Полюс".

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. Методы создания устройств оптоэлентронной обработки информации в реальном масштабе времени для радиотехнических систем,использующих полупроводниковые лазеры, позволяющие осуществлять как аналоговую так и цифровую обработку сигналов, в том числе для спектрального анализа, формирования радиоизображений, управления АЗДР и т.д.

2. Методика использования полупроводниковых лазеров в оптических анализаторах спектра с пространственным и временным интегрированием и результаты моделирования подобных систем, позволившие экспериментально получить рабочие характеристики, которые по динамическому диапазону, разрешению превышают рабочие характеристики традиционных оптоэлектронных и электронных спектроанализа-торов.

Создание оптоэлектронного спектроанализатора с временным интегрированием на базе жесткого интерферометра с разрешением порядка 0,01 кГц и многократное расширение полосы анализа и числа отсчетов по спектру при переходе к двумерному анализу на основе разработанной схемы. Экспериментальное подтверждение схемы.

3. Создание схемотехники оптоэлектронных средств формирования изображения в радиолокаторе с синтезированной апертурой (РСА) в реальном масштабе времени, в том числе для малой высоты полета, голографического и томографического принципов синтезирования и т.п., на основе полупроводниковых лазеров, ПЗС матричных фотоприемников и акустооптики.

Создание принципов построения многоканальных систем формирования изображения в РСА на базе линеек полупроводниковых излучателей света, обеспечивающих высокую надежность и динамический диапазон, высокую эффективность использования света.

4. Создание и экспериментальное подтверждение принципов построения оптоэлектронных гибридных многослойных микросхем с волоконными лайбами, работающих в конвейерном режиме и обеспечивающих многоканальный корреляционный анализ, формирование изображения РСА, вектор-матричное перемножение.

5. Разработка принципов формирования оптимальной структуры оптоэлектронного цифрового процессора, построенного с использованием вектор-матричного перемножения и использущего разработанные методы обработки данных в двумерном виде, в том числе с оцифровкой изображений, коммутацией информационных потоков в трехмерном пространстве, с итерационным режимом получения решения, в том числе для управления фазированной антенной решеткой.

Методика использования полупроводниковых лазеров, линеек на их основе и быстродействующих линеек фотоприемников в оптоэлект-ронных цифровых вычислителях.

6. Динамическая модель полупроводникового лазера, в том числе использующая метод эквивалентных схем, и результаты ее анализа, устанавливающие , что полупроводниковый лазер на основе пяти-слойной ТибаДбР структуры с заращиванием полуизолирующими р-ГпР+Ре слоями обеспечивает максимальную полосу модуляции, что вызвано высокой концентрацией носителей тока в активном слое.

Экспериментально полученное значение ширины полосы модуляции излучения - 12 ГГц, длительность передаваемого фронта - 35 пс.

7. Теоретическая модель неидеальной сильно связанной решетки полупроводниковых лазеров и результаты ее анализа, показывающие, что нестабильность основной супермоды в решетке определяется слабой связью междд параллельными каналами генерации. Экспериментальное подтверждение модели, пути стабилизации пространственного распределения света путем создания структуры У -разветвите^ лей с развязкой между каналами, либо дифракционно-связанной решетки с наклоном зеркал по отношению к оси структуры. В последнем случае достигается пространственная фазировка максимумов нескольких мод, участвующих в генерации. Показано, что в решетках наблюдается два вида переходных процессов - связанных с установлением генерации в каналах и супермодового режима во всей решетке.

Апробация работы. По теме диссертации сделано 18 докладов: на Всесоюзных конференциях по оптической обработке информации (Ленинград, 1988; Фрунзе, 1990), Всесоюзных конференциях "Проблемы оптической памяти" (Тбилиси, 1965; Ереван, 1987; Телави, 1990), Всесоюзной конференции "Применение лазеров" (Таллин, 1987), Международном семинаре по акустооптике (Ленинград, 1990), Всесоюзной конференции "Оптика лазеров" (Ленинград, 1990), Всесоюзной школе-семинаре "Голография и оптическая обработка информации"

(Фрунзе, 1986), Международной конференции Г¿РОС '91 (Ленинград, 1991), Международных конференциях "Оптические вычисления" (Тулон, 1988; Солт Лейк Сити, 1989; Кобе, 1990; Солт Лейк Сити, 1991), Конгрессе международной комиссии по оптике (Гармиш Партенкирхен, 1990), Европейской конференции по квантовой электронике (Дрезден, 1989), Международной конференции "Аэрокосмические датчики" (Орландо, 1992).

Результаты работы докладывались на заседаниях научно-технических советов Минрадиолрома СССР по оптоэлектронике и оптической обработке информации, на заседаниях совета по программе "Процессоры" Госкомобразования СССР, на заседании научного Совета АН СССР по проблеме "Голография" (1988), на научных семинарах, советах и совещаниях в НИИ Радиооптики, МНИИП,.- НИИР5, МИШ, ЛГТУ, МИРЭА, «ЖАН, ВЦКП АН СССР, СПП АН СССР, МАИ, Центре Оптической обработки информации в Университете Карнеги-Меллона (г,Питтебург, США), Институте оптики в Университете Париж-Юг (Париж, Франция), Высшей школе телекоммуникаций (Париж, Франция).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 52 работы, в том числе 6 авторских свидетельств.

Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и списка цитированной литературы.

С0Д2РлАШ2 РАБОТЫ

Во введении представлены основные данные по содержанию диссертации: обоснована актуальность проводимых исследований и их практическая значимость, сформулирована цель исследования, приведены основные достижения, полученные в процессе проведения исследований и разработок, сформулированы основные положения, выносимые на защиту, кратко изложено содержание глав диссертации.

8 главе первой изложены принципы построения оптоэлектронных средств обработки информации, основывающихся на аналоговых и цифровых методах её представления. Сформулированы основные преимущества оптоэлектронных систем по сравнению с электронными, предельные возможности по быстродействию, точности и надежности. Показано, что при создании аналоговых процессоров, в том числе для спектрального анализа, обработки и формирований изображений преимущества оптики раскрываются наиболее широко. В то же время, . внедрение цифровых методов обработки информации в оптоэлектрони-ку позволяет значительно повысить точность и динамический диапазон, что при сохранении трехмерности оптоэлектронных схем позволяет сохранить высокую скорость обработки информации.

Показано, что наиболее явно преимущества оптоэлектронной обработки информации проявляются при её использовании в радиотехнических системах, при обработке сигналов в реальном масштабе времени. Здесь используются и аналоговая и цифровая обработка информации, причем в ряде случаев только они и обеспечивают реальный масштаб времени.

Развитие оптоэлектронных систем однозначно определяется совершенствованием элементной базы, в первую очередь полупроводниковых лазеров, Сформулированы основные принципы создания оптоэлектронных средств обработки информации с полупроводниковыми лазерами, пути их совершенствования.

Б главе второй изложены результаты теоретических и экспериментальных исследований динамики полупроводниковых лазеров, предназначенных для систем высокоскоростной передачи и обработки информации .

Высокие требования по быстродействию полупроводниковых лазеров определяют необходимость оптимизации их характеристик и структуры на основе моделирования работы, учитывающего физические эффекты, оказывающие влияние на выходные параметры и сравнения этих

результатов с экспериментом.

На основе учета таких явлений, как пространственные изменения распределения носителей тока и фотонов, пространственное и спектральное выжигание дыр, пространственная и временная зависимости распределения показателя преломления от распределения носителей тока и фотонов, сформирована система уравнений наиболее полно охватывающая динамику полупроводниковых лазеров, в том числе влияние демпфирующих факторов на полосу модуляции и амплитуду релаксационного максимума. Пользуясь феноменологическим подходом показано, что все демпфирующие эффекты, такие как вклад спонтанного излучения в лазерную моду, диффузия носителей из активной зоны, нелинейности, вызванные двухфотонннм поглощением и др. могут быть объединены в эффективном насыщении коэффициента усиления, соответствующим насыщению в двухуровневой системе. Анализ модели лазера проведен в приближениях малого и большого сигнала,что позволило перекрыть интересующие виды модуляции - ВЧ модуляции в линейном режиме и импульсной модуляции пикосекундными импульсами.

Показано, что в приближении малого сигнала выходные характеристики лазера наиболее наглядно и просто могут быть проанализированы при представлении его в виде электрической эквивалентной схемы, что одновременно позволяет наиболее просто производить согласование лазера с электронными управляющими элементами. Доказано, что на скоростные характеристики лазера оказывают влияние две группы причин - внутренние и внешние. Внешние причины определяются тем, что, собственно, лазерная структура помещается в корпус и стыкуется со схемой управления. Так,даже контактная проволочка длиной 0,3 мм приводит к появлению последовательной структуре индуктивности порядка нескольких десятых наногенри. Показано, и экспериментально подтверждено, что многие реактивные компоненты могут быть значительно уменьшены при использовании полосковой линии непосредственно замыкающейся на контактную площадку диода.

Внутренняя группа причин связана с особенностями лазерной структуры - наличием встроенного волновода и утечками тока из активной области. Весь анализ проводился в рамках приближения эквивалентных схем и подтвержден экспериментальными измерениями. Исследовано большое число лазеров с различной структурой и изготовленных из различных материалов. Показано, что среди внутренних причин основной являются утечки носителей тока из активной

области, и что даже токовых боковых ограничений, характерных для ВН-структуры,недостаточно для значительного их снижения.

Для экспериментальной проверки теоретических результатов был создан уникальный измерительный комплекс, обеспечивающий измерение всех характеристик лазеров в полосе от 50 МГц до 17 ГГц и при импульсной модуляции с длительностью на уровне 50 пс, работающий в автоматическом режиме. Одновременно контролировался и спектральный состав излучения с разрешением порядка 300 МГц. Проведено тестирование скоростных фотоприемников.

Экспериментальные измерения подтвердили теоретические результаты. Наибольшая полоса модуляции по спаду на 3 дБ, порядка 12 ГГц получена в образцах Гп 6аА$>Р лазеров с зарощенной полуизолирующими слоями (р-Тк р легированный железом), неьои . В этих структурах достигается и максимальное боковое токовое ограничение, так как слои р-ТиР имеют сопротивление порядка 10^+ 10® Ом/см. Подобный результат является рекордным в нашей стране.

Показано, что в этом типе лазеров широкая полоса модуляции достигается при сильном сглаживании релаксационного максимума. При этом достигнута передача фронта импульса не короче 35 пс. Экспериментальная оценка постоянной демпфирования привела к величине ее отношения к резонансной частоте порядка 1,1*10® с-*, что примерно в три раза превышает ранее приведенные другими авторами значения. Подобное расхождение получило объяснение в просчитанной модели лазера, учитывающей наличие дополнительных слоев в структуре, окружающих активную область. При этом во внимание принималась влияние многомодовости и Нелинейной рефракции. Показано, что именно наличие дополнительного волноводного ограничения в пя-тислойной структуре позволяет при малой толщине активного слоя, порядка 0,1 мкм, необходимого для высокоскоростной модуляции, добиться широкой полосы модуляции и сглаживания передаточной характеристики.

Экспериментально подтверждена также вероятность дальнейшего расширения полосы модуляции за счет использования короткого внешнего резонатора или, так называемого, метода "расстроенной нагрузки". При этом выигрыш по полосе модуляции составляет примерно 25%

При работе лазера в информационных системах при передаче высоких информационных потоков значительное влияние на информацион-

ную змкссть передачи сказывают собственные шуш лазера. Теоретически и экспериментально показано, что основным механизмом, определяющим величину шумовой компоненты в выходном излучении при модуляции вблизи релаксационного максимума, являются флуктуации числа фотонов.

Теоретический и экспериментальный анализ лазера с точки зрения электрических эквивалентных схем позволил рассчитать л проверить возможности интеграции лазера и полевого транзистора з гибридном варианте в полосе 1,5 ГГц при входном сопротивлении 50 Ом с гашением релаксационных выбросов при фронтах до 200 пс.

В главе третьей приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований фазированных решеток полупроводниковых лазеров с целью создания на их основе мощных и когерентных источников излучения для оптоэлектронных систзм обработки информации в радиодиапазоне.

Проведен анализ состояния разработок в области фазированных решеток полупроводниковых лазеров с целью выявления структур с максимальной устойчивостью фазировки каналов и показано,что наилучшие результаты достигнуты в решетках либо с внешними элементами в резонаторе, либо в специальных структурах, обеспечивающих дополнительную связь между каналами, как, например, при использовании дифракционной связи, неравномерного шага каналов и др.

Проанализирована работа решетки в различных режимах при различных уровнях связи между каналами. Модель основывалась на электромагнитной теории с учетом поперечной неоднородности активной зоны (каналы генерации) и суперпозиции отдельных мод с формированием светового распределения, характерного для так называемых "су-пермод". Иодель просчитана как аналитически, в различных приближениях, так и численно. Были сделаны выводы, показавшие, что устойчивое однолепестковое дальнее поле (режим основной супермоды) может быть получено в решетках типа ВДВ (со встроенным диэлектрическим волноводом) при малых скачках показателя преломления на границах каналов, так как с ростом ЛИ происходит уменьшение разности порогов возбуждения между основной л вксшзй супзрмодами.

Для дальнейшего теоретического л экспериментального нсследо- -ваняя был:: взять: напболзе сильно внутрзнне-сзлзанкые фазированные решетки V -разветзителей л дифракционно-связанные решетки, поскольку стабилизация сснозной сугтермодк зависит, з первую очередь,

от величины межканальной связи. Фазированные решетки V -развет-вителей по своей организации, как показывает теоретический анализ, должны обеспечивать режим основной супермоды во всем диапазоне токов накачки. Однако, приведенные результаты исследования спектральных, динамических и пространственных их характеристик говорят о противоположном, что указывает на необходимость учета всех механизмов, полностью или частично подавляющих влияние собственно У -разветвителей.

На основе построенной теоретической модели неидеального V -разветвителя, учитывающей слабую связь между параллельными участками каналов в решетке, аналитически и численно показано, что пороги возбуждения высших "супермод" очень быстро растут при появлении указанного слабого фактора и сравниваются с порогом основной "суперыоды" уже при величине мнимой части коэффициента связи К"= 0,7 см-1 при длине решетки в 200 мкм. Эта тенденция увеличивается с ростом числа волноводов. Для стабилизации режима генерации основной моды необходимо подавление вышеуказанной связи между каналами в решетке. Подобный вывод хорошо согласуется с результатами проведенных экспериментов.

Для получения устойчивой генерации необходимо либо увеличение расстояния между каналами, либо уменьшение коэффициента связи. 3 первом случае, однако, происходят резкие изменения структуры дальнего поля, как у изреженной антенной фазированной решетки. Для реализации второго пути нами была разработана новая структура решетки У -разветвителей с протравливанием межканального расстояния, что должно по расчетам привести к устойчивой и стабильной генерации в основной "супермоде". Аналогичного результата можно достичь, как это показано в работе, с помощью введения опто-электронной обратной связи, либо при использовании пары "ведущий-ведомый". Так, в режиме селективной обратной связи область стабильной генерации в режиме основной моды в У -разветвителе увеличивалась в 1,4 раза при одновременном переходе в одночастотный режим генерации.

Более существенные успехи были достигнуты при исследовании фазированных дифракционно-связанных решеток, также относящихся к сильно связанны»! структурам. В этих релетках существует общая для всех каналов область вблизи зеркал, обеспечивающая замешивание излучения различных каналов и их синхронизацию и фазировку. Рас-

четная модель подобной решетки строилась в предположении, что поле в ней может быть описано как поле в слоистой структуре с учетом отражения в дифракционном промежутке. Учитывался также возможный скос зеркал относительно осей каналов решетки. Целью анализа являлось определение оптимальной геометрии, при которой порог фундаментальной моды является минимальным. В результате расчетов были получены осцилляции порогов супермод при изменении длины дифракционной области. При взятых параметрах реальных решеток оптимальной длиной этой области является величина 75 мкы, при которой пороги двух первых супермод максимально отделены от остальных и имеют наименьшие величины. Эксперименты подтвердили правильность расчетов и всего теоретического подхода к подобным решеткам. Значительное практическое значение имеет также вывод о том, что наличие скоса зеркал ыодет приводить к стабилизации однолепесткового режима генерации в данной зоне за счет угловой синхронизации максимумов двух первых "супермогд". В частности, теоретические расчеты и результаты экспериментов показали, что при угле скоса 0,7° при расстоянии между каналами в решетке в 50 мкм достигается режим однолепестковой генерации в дальнем поле, причем ширина главного максимума всего на 20% превышает дифракционный предел.

Построена также модель динамики фазированной решетки при ВЧ-модуляции. Модель полностьи подтверждена экспериментальными результатами. Она основана на системе скоростных уравнений с учетом наличия многих каналов и связи между ними'. Показано, что в выходном излучении решетки долкно присутствовать два вида неустойчи-востей (релаксационных процессов), которые определяют как форму ч/ передаваемого импульса тока накачки(так и зависимость от времени пространственного распределения излучения. Первый из них обычен для всех типов лазеров и определяется релаксационными процессами в среде носителей тока и фотонов, а второй, с характерными временами порядка 2 не, определяет установление "супермодового" режима решетки как целого. Это время соответствует примерно 400 проходам фотона в резонаторе.

Приведены результаты экспериментальных измерений когерентности излучения различных полупроводниковых лазерных структур,имеющие большую практическую ценность с точки зрения использования в системах оптической обработки информации. В частности, показано, что когерентность современных 6аАеА$ лазеров, наиболее подхо-

дящих для таких систем, достигает 25 мм, а длина когерентности решеток У -разветвителей - 5 мм, что является достаточным для большинства неголографических применений.

3 главе четвертой теоретически и экспериментально исследуются оптоэлектронные анализаторы спектра различных типов. Они имеют широчайшую область применения в радиотехнических системах - от радиоастрономии и радиоразведки, до анализа речевых сигналов. Во всех этих случаях в спектрах исследуемых сигналов и изображений лежит искомая информация, либо максимально отношение сигнал/шум при обнаружении. Во многих случаях теш поступающей информации, количество параллельных спектральных каналов, используемых одновременно, однозначно определяют необходимость использования опто-электронных методов и устройств, которые могут обеспечивать как панорамный сверхширокополосный режим, так и режим сверхвысокого разрешения.

Показано, что использование полупроводниковых лазеров в подобных устройствах приводит к их качественным изменениям вследствие появления дополнительного информационного входа через ток накачки лазера и высокой динамики собственно лазера. Высокая чувствительность , избирательность и параллельность оптоэлектронных спектроанализаторов накладывают жесткие требования на характеристики используемых лазеров - когерентность их излучения, мощность, линейность передаточной характеристики, полосу модуляции и т.д. Проведенный анализ возможностей современных полупроводниковых лазеров, в первую очередь, с использованием подходов и результатов, описанных в предыдущих главах, позволил разработать методики их применения в различных схемах спектрального анализа. Например, определены условия применения подобных лазеров по когерентности в высокоразрешающем спектральном анализе с временным интегрированием. Через все типы спектроанализаторов проведен единый подход к их анализу с точки зрения аппаратной функции, учитывающей и все особенности источников света.

Наибольшую широкополосность анализа при одновременном высочайшем быстродействии обеспечивают акустооптические анализатор спектра с пространственным интегрированием, широко применяемые в настоящее время в радиоастрономии. Проведены результаты теоретического и экспериментального исследования подобных устройств. Выработаны критерии достаточности когерентности излучения полу-

проводниковых лазеров для получения необходимого пространственного спектрального разрешения. В частности, показано, что число разрешимых точек по спектру порядка 2000 может быть достигнуто только при достаточно высокой временной когерентности Р 10^, где Р - отношение длины волны излучения к полуширине его спектра. Показано также, что подобный спектрометр может быть построен с использованием фазированных решеток лазеров, что обеспечивает режим анализа в реальном масштабе времени за счет подъема энергетики, что может быть существенно важным при спектральном анализе быстропротекающих процессов, одиночных сложных, но коротких радиосигналов и т.д. Экспериментальные измерения проводились в макете базового спектрометра радиотелескопа: РАТАН-600 и позволили получить разрешение по спектру на уровне 860 кГц при числе точек анализа свыше 500.

Значительные перспективы открываются перед исследованным в работе оптоэлектронным анализатором спектра конвейерного типа с опорной маской. Показано, в том числе в последующих главах, что такой прибор является базовым для создания целой серии средств обработки информации, таких как многоканальные корреляторы, формирователи изображения в радиолокаторе с синтезированной апертурой, вектор-матричные перемножители и т.д. Сочетание возможностей конвейерной обработки, обеспечиваемой ПЗС фотоприемником и лазером с временной модуляцией излучение обеспечивают новые методики и алгоритмы обработки информации, разработанные и описанные в данной работе, в том числе создание нового класса устройств в виде оптоэлектронных объемных микросхем.

Наиболее полно возможности полупроводниковых лазеров открываются при создании спектроанализаторов с временным интегрированием интерференционного типа. Исходя из общих особенностей подобных схем и их аппаратной функции, определены критерии применимости различных элементов в схеме анализаторов спектра, в первую очередь с вращающимися волновыми фронтами. Определены также достижимые параметры анализатора по полосе анализа, разрешению по частоте и числу разрешимых точек. В частности показано, что при числе разрешимых точек 1СС0, длине волны генерации лазера 0,64 мкм и требовании не более чем полуторанратного ухудшения разрешения ло сравнению с идеальной системой, длина когерентности должна быть не меньше, чем 1,6 мм. В созданной экспериментальной установке

контролировались все характеристики лазера, в том числе компенсировалась нелинейность передаточной характеристики. При этом частотное разрешение составило 13 Гц (расчетное значение II Гц) при полосе анализа 1,3 кГц.

Ыце большее значение имеет исследованный двумерный анализатор спектра сигналов с большой базой. Разработанная уникальная схема, включающая как акустооптический анализатор спектра с пространственным интегрированием, так и пьезоэлектрический анализатор спектра с временным интегрированием, осуществила возможность мультидиапазонного высокоразрешающего спектрального анализа с выбором любого участка спектра исследуемого сигнала. Так в исследуемом макете отдельные каналы тонкого анализа разнесены на 50 кГц, что обеспечивает полную полосу анализа на уровне 20 МГц при тонком частотном разрешении в канале - порядка 20*80 Гц.

Глава пятая посвящена исследованию оптических средств формирования изображения в радиолокаторе с синтезированной апертурой (РСА) - всепогодном и высокоэффективном средстве получения двумерных (в координатах "дальность-азимут") изображений объекта с высоким разрешением. Исторически это было первое серьезное применение оптических средств обработки информации, не потерявшее актуальности и теперь только на новом качественном уровне.

На основе детального анализа путей и методов формирования изображения в ГСА определены требования к оптоэлектронным средствам, работающим в реальном масштабе времени. Показано, что алгоритм фокусировки по координатам "дальность" и "азимут" может быть разделен на два независимых алгоритма, реализуемых в оптоэлектрон-ном процессоре с управлязмпи лазером и ПСЗ фотоприемником. Рассмотрены и проанализированы различные его варианты: с использованием акустооптического ввода сигналов, ввода сигналов через полупроводниковый лазер с акустооптическим диспетчером и т.д. Зо всех этих случаях оптозлектронная система построена по принципу многоканального масочного конвейерного коррелятора с временным интегрированием, который подробно рассмотрен в предыдущей главе в варианте масочного спектроанализатора.

Показано, что характеристики выходного изображения зависят ке только от геометрии получения множественных отражений от ловер-хности, но от ограничений, накладываемых на динамический диапазон в изображении корреляционной методикой. Определены предельный ди-

намический диапазон при прямом синтезировании и при использовании дополнительной обработке эыходного сигнала. Показано, что во втором случае динамический диапазон в изображении увеличивается на 6 дБ я уровень боковых лепестков в изображении не превышает 14 дБ. Дальнейшее улучшение изображения зсзможно при аподизации, что подтверждается как расчетными так и экспериментальными данными, а также при переходе на несущую частоту, то есть лри работе РЛС не точно в перпендикулярном к линии полета направлении.

Приведены результаты анализа различных оптоэлектронных методов распределения сигналов по каналам дальности - с вводом сигнала в источник излучения или пространственно-временной модулятор света. Определены требования к компонентам процессора. Показано экспериментально, что в обоих случаях происходит формирование изображения с параметрами, соответствующими расчетным.. Существенного выигрыша по массогабаритным характеристикам можно достичь при использовании предложенных интегрально-оптических методов создания формирователя изображения. Показано, что при этом оптимальным является переход к формированию трехмерных схем процессоров, позволяющих использовать в них ПЗС матрицы.

Альтернативным вариантом к системам, описанным выше, является схема, использующая многоэлементный излучатель, предложенная и разработанная в работах автора и означающая переход к созданию нового класса оптоэлектронных процессоров, представляющих собой гибридную оптоэлектронну трехмерную микросхему типа "сэндвич" с переносом изображения между слоями излучатель-маска-фотоприемная матрица с помощью волоконных шайб. В этом случае каждому каналу дальности соответствует свой собственный олемент в линейке свето-диодов, представляющий собой по форме сильно вытянутый, в направлении перпендикулярном оси линейки, прямоугольник. Его изображение, переносимое без изменения размеров сначала на маску, а затем на ПЗС матрицу двумя волоконными ¡пайбами, засвечивает один из столбцов ПЗС матрицы, что позволяет реализовать используемый б обычных объемных схемах формирователя изображения РСА. алгоритм обработки поступающей информации. Энергетические характеристики подобного процессора также заметно улучшены по сравнению с обычными за счет иного управления светодиодной линейкой при переходе от амплитудно-импульсной к шисотно-импульсной модуляции. Приведены результаты экспериментальной проверки разработанного процессора, подтверждающие высокую перспективность предложенных принципов.

Приведены такие разработанные пути адаптации подобных процессоров к условиям полета, в том числе за счет использования управляемых масок на базе жидкокристаллических модуляторов, а также возможность интеграции оптоэлектрсннкх микросхем на обычной печатной плате,в том числе для увеличения количества каналов дальности. Отмечается, что на базе подобной объемной структуры опто-электронной микросхемы моано строить целый класс процессоров различного назначения.

Приведены результаты экспериментального исследования различных схем оптоэлектронных процессоров формирования изображения как по дальности так и по азимуту. На их основе, а также на основе численных модельных расчетов, проведен анализ возможностей процессоров по динамическому диапазону и разрешению в формируемом изображении. Показано, что при использовании одиночных матриц с количеством элементов 800x800 реально получить в оптоэлектронном процессоре разрешение по азимуту на уровне 5-10 м, а по дальности -на уровне 3 м. Важнейшей характеристикой в изображении является его динамический диапазон. На его величину оказывают влияние как параметры используемых в процессоре элементов, так и принципиальные особенности методов накопления сигнала и его преобразования. Приведены разработанные варианты повышения динамического диапазона за счет дополнительной параллельно-последовательной обработки сигнала, что позволяет довести его величину до 28 дБ з теоретическом пределе.

Показаны разработанные принципы построения системы обработки сигнала при его кваэиголографическом методе приема многоэлзмент-ной приемной антенной решеткой. Б этом случае схема приема радиотехнической информации в точности соответствует оптимальному для оптоэлектронного многоканального коррелятора входному сигналу, что позволяет создать систему формирования изображения с очень высоким разрешением по дальности (свыше I м) при предложенных методах организации предварительной обработки данных при их накоплении, в том числе за счет использования стрсбируемых приемников.

Приведены результаты анализа томографического варианта приема и обработки сигналов з РСА, з том число при получении сверхвысокого разрешения в "прожекторном" варианте. Предложены принципы построения оптоэлектрснных процессоров формирования изображения

р"2

*

з этом случае. Показано, что многомерность подобных процессоров наиболее полно отвечает требованиям томографического подхода, в том числе, и особенно, при работе в реальном масштабе времени. Отсутствие необходимости перехода от попарных координат к обычным, декартовым, простота реализации двумерного ¿урье-преобразова-ния позволили разработать схему оптоэлектронного процессора не только обеспечивающего высокое разрешение, необходимое для "прожекторного" варианта РОА, но и позволяющего проводить автоматически коррекцию формируемого изображения в зависимости от условий полета в реальном масштабе времени в оптической части схемы.

Глава шестая посвящена оптоэлектронным вычислительным устройствам, использующим принципы цифровой, а не аналоговой обработки информации. Показано, что широкие возможности оптоэлектроники в вычислительной технике определяются такими ее преимуществами как одновременная параллельная обработка массивов данных, субнаносе-кундная модуляция света, являющегося переносчиком информации, глобальный характер связей, организуемых в трехмерном пространстве. Основное внимание уделено двум вариантам вычислителей - оптическим цифровым и нейролодобным процессорам, наиболее полно использующим все преимущества полупроводниковых лазеров.

Проведен анализ различных методов цифровой обработки и определены оптимальные методы представления данных, которые позволяют использовать все преимущества оптики. Показано, что наиболее полно сочетаются возможности оптики и требования вычислительной техники при использовании либо метода управляющих операторов, либо итерационного подхода при векторном представлении данных. Проанализированы основные варианты осуществления вычислительных операций в методе управляющих операторов и пути их реализации в опто-электронном процессоре, использующем схемотехнику вектор-матричного леремножителя. Показано, что реализация его в акустооптичес-ком варианте с линейкой полупроводниковых лазеров позволяет получить быстродействие на уровне 10^*10^ операций в секунду при имеющейся элементной базе. Определены' требования к ней, приведены результаты экспериментального исследования элементов л узлов процессора, его функциональная схема, алгоритмы обработки поступающей цифровой информации.

Б настоящее время, как это показано в данной главе, максимально эффективными с точки .зрения простоты реализации высокого

быстродействия, язляются итерационные бимодальные процессоры, сочетающие принципы аналоговых и цифровых вычислений. Показано, что в подобных процессорах достигается квадратичный рост быстродействия при увеличении размерности входных данных.

Подробно проанализирована .'задача оптимального управления диаграммой направленности многоэлзментной фазированной антенной решеткой и поаазано, что используемые э ней алгоритмы обработки данных, основанные на решении систем линейных уравнений, наиболее оптимально соответствуют оятоэлектронному вектор-матричному перз-множителю, особенно в бимодальной его реализации. Подробно разработаны не только алгоритмы обработки информации, но и схемотехника процессора, в том числе всех его функциональных элементов и узлов. 3 частности, показано, что при количестве элементов в &АР свыше 50, быстродействие подобного процессора превышает быстродействие "Крей-2" уже в несколько раз, при дальнейшем росте преимущества с увеличением числа элементов.

Приведены результаты исследований и разработок в области создания новой элементной базы оптоэлэктронных цифровых процессоров и сетей вычислителей, в том числе многомерных, таких как оптоэлзк-тронные двумерные АЦП, оптоэлектронные коммутаторы типа и

другие.

Подробно лсследованы возможности построения оптоэлэктронных процессоров нейроподобного типа. Показано, что именно в оптике наиболее полно реализуются их возможности -за счет параллельности обработки, возможности реализации ассоциативных структур памяти и присущей оптике глобальности трехмерных связей. Проанализированы различные модели нейрозкчислений с точки зрения их реализации в оптике. Просчитаны возможности подобных методов и устройств их реализующих. Разработаны новые методы построения оптоэлектронного процессора оптимального как с точки зрения выполнения нейровычис-лений, так и с точки зрения реализации нелинейной модели Хопфилда, использующей вектор-матричный переыножитель. Предложена схема процессора, использующая кзазятрехмарное пространственно-частотное представление данных б акустооптотесясм процесссрз. Показаны возможности подобных процессоров дгл решения обратной задачи РСА, управления сложными системами, для шогоаараметрической ди&гностлкл.

В заключении сформулированы основные результаты, полученные в диссертации.

1. На основе анализа возможностей оптоэлектронных систем аналоговой и цифровой обработки информации показано, что многие задачи по обработке больших массивов радиотехнической информации в реальном масштабе времени могут быть наиболее успешно решены в оптоэлектронных процессорах.

2. Разработаны рекомендации по применению различных типов лазеров в оптических системах обработки информации и определены требования к их характеристикам.

3. Теоретически разработаны и экспериментально подтверждены принципы построения анализаторов спектра, в том числе акустоопти-ческих, с пространственным и временным интегрированием, в которых достигаются рабочие характеристики, превышающие соответствующие величины для традиционных оптоэлектронных и электронных спектро-анализаторов. В частности, получено разрешение в 500 кГц при полосе 400 МГц в анализаторе спектра с пространственным интегрированием и 13 Гц при полосе 1,3 кГц - с временным интегрированием.

Разработана схема двумерного анализатора спектра на основе жесткого интерферометра и полупроводникового лазера с совмещенным пространственным и временным интегрированием, обеспечивающая многократное расширение полосы анализа при сохранении частного разрешения.

4. Разработаны, теоретически проанализированы и экспериментально проверены принципы оптоэлектронного формирования изображения в радиолокаторе с синтезированной апертурой (РСА), в том числе для режимов: бокового обзора, малой высоты полета, томографического и голографического синтеза апертуры в реальном масштабе времени. Определены возможности и рабочие характеристики устройетв, их реализующих.

Предложен и экспериментально проверен новый подход к построению систем формирования изображения на основе многоканального коррелятора с линейкой полупроводниковых излучателей. Подобный формирователь отличается повышенной надежностью, низкими массогаба-ритными и энергетическими характеристиками.

5. Предложен принципиально новый класс оптоэлектронных про-

цессоров, построенных в виде многослойной гибридной микросхемы с волоконными шайбами. Реализуя конвейерный режим обработки информации, они могут служить в качестве многоканальных корреляторов, спектроанализаторов, вектор-матричных перемножителей, ней-ропроцессоров и коммутаторов сигнальных каналов.

6. Определена, исходя из возможностей современной элементной базы, оптимальная архитектура оптоэлектронного цифрового процессора, использущего принципы вектор-матричного перемножителя. Показано, что подобные устройства наиболее эффективны для работы в качестве специализированных процессоров, например, для управления фазированными антенными решетками, где они могут реализовать быстродействие свыше 10^ операций/с, в том числе и при использовании итерационного режима работы.

7. Проведено теоретическое обобщение представлений и моделей динамики полупроводниковых лазеров, в том числе с использованием подхода эквивалентных схем. Выявлено, что токи утечки из активной области являются одним из основных источников снижения полосы модуляции современных типов полупроводниковых лазеров со встроенным волноводом.

На базе проведенного анализа определено, что лазерная пяти-слойная меза-структура на основе 1п(уйб&Р с эаращиванием ГпР^е полуизолирующими слоями, является одной из наиболее быстрых. Экспериментально подтверждено, что в указанных структурах достижима полоса модуляции свыше 12 ГГц, при длительности фронта в случае импульсной модуляции не хуже 35 не и отсутствием переходных пич-ков по фронту. Дальнейшее расширение полосы модуляции как минимум на 25% при одновременном подавлении боковых продольных мод может быть получено при использовании короткого внешнего резонатора, работающего в качестве дисперсионной нагрузки.

Создан уникальный измерительный комплекс, позволяющий проводить исследования в диапазоне частот до 18 ГГц в автоматическом режиме, как оптических, так и электрических характеристик.

8. Теоретически и экспериментально показано, что на основе метода эквивалентных схем можно спроектировать и изготовить гиб-

ридный излучатель на базе лазера и полевого транзистора, обеспечивавший необходимое согласование по входу Св том числе на R я 50 Ом) в заданной полосе частот. Экспериментально получено согласование в полосе 1,3 ГГц.

9. Построена модель неидеальной решетки лазеров с сильной связью. Показано, что з подобных решетках С Y-разветвители, дифракционно-связанные каналы) неустойчивость однолоепесткового распределения света в дальней зоне определяется слабым взаимодействием между параллельными участками каналов генерации. Предложены и экспериментально проверены способы стабилизации однолепесткового распределения в дальней зоне путем подавления указанной связи либо пространственной синхронизации максимумов распределения света, соответствующих'разным супермодам, при скосе зеркал лазера относительно оси структуры.

10. Экспериментально показано, что динамические свойства фазированных решеток лазеров не хуже, чем у одиночных лазеров такого se типа, кроме наличия двух характерных релаксационных частот, соответствующих установлению режима генерации в отдельном канале и режима генерации супермоды во всей решетке.

Основные материалы диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Антонов В.А., Бочинский С.Н., Быковский O.A., Евтихиев H.H., Есиков 0. С., Кириллов И. А., Ларкин А. И. Исследование возможности диагностики сложных систем в реальном масштабе времени. ## Проблемы голографии. -1977. -Выпуск 9. -С. 217-227.

2. Евтихиев Н. Н., Есиков 0.С. Акустооптические голографкческие процессоры. ## Проблемы голографии. -1979. -Выпуск 12. -С. 33-33.

3. Bukovski Yu.A., Evtikhiev N.M., Larkin А.I. Nd:YAG laser for holography// Conf. CERN. Photonics applied to nuclear physics: Abstracts.-Strastbourg, 1982, CERN-82-01.

4. Арутюнов В. A. , Евтихиев H. H., Есепкина Н. А., Забродская В. П., Лавров А.П. Оптические корреляторы с опорными масками и сканирующими ПЗС фотоприемниками## Препринт МИФИ. -1987. -Москва-N010-87. -19с.

5. Бахрах Л. Д. , Евтихиев Н. Н., Перепелица В. В. Система оптической обработки сигналов голографического радиоолокатора для наблюде-

ния за поверхностью с небольшой высоты## Вопросы радиотехники. -

1987. -Вып. 2. -С. 57-65.

6. Евтнхиев H.H. , Есепкина H.A., Бондардев С. Ю., Лавров А.П. .Перепелица В. В. Вопросы практической реализации интерференционных оптических анализаторов спектра свременным интегрированием^ I Всес. конф. по оптич. odpad. информации: Тезисы докл. -Ленинград, 1988, с. 47.

7. Бондарцев С. D., Евтихиев H. Н., Есепкина Н. А., Лавров А. П., Перепелица В. В. Акустооптический спектроанализатор с временным интегрированием, использующий полупроводниковый лазер и ПЗС-фотоприеыник## Квант, электроника. -1988. -т. 15, N4. -С. 847-849.

8. Евтихиев H. Н., Лукашин А. В., Морозов В. Н., Сумароков М. А., Швейкин В. И., Эйнасто М. В., Шидловский В.Р. Модуляция в полосе до 5ГГц InGaAsP лазера на подложке р-типа с заралшванием полу-изолируадими слсшш## Письма в ЖГФ. -1988,т. 14,вып. -17. -С. 15801583.

9. Евтихиев H. Н., Койякова М. Ш., Лукашин А. В., Пак Г. Т. Высокочастотная аналоговая модуляция полупроводникового лаэера## Квант, электроника.-1988. -т. 15, N10.-С.213-215.

10. Evtikhiev N.N., Esepkina N.A., Lavrov А.Р., Perepelitsa V.V. Time intergrating acousiooptic spectrum analyser// Proc. SPIE.-

1988. -v. 963, -p. 419-425.

11. Evtikhiev N.M., Lukashin A.V., Horozov V.M., Tarasov P.V., Shidlovsky V.P. High-speed InGaAsP planar-burried DH-lasers with seniinsulating current blocking regions// II Europ. Conf. on Quant. Electr. : Abstracts.-1989, Dresden, GDR, p. 49-51.

12. Голдобин И. С., Евтихиев H. H., Плявенек A. Г., Якубович С. Д. Фазированные интегральные решетки инхекционных лазеров## Квант, электр. - 1989.- т. 16,N10. - С. 1^7-1994.

13. Евтихиев H.H., Лазарев В.Р., Перепелица В.В. Исследование полупроводниковых лазерных решеток У-разветвителей## Препринт МИФИ. - 1989. - N 046-89. - 22 с.

14. Evtikhiev N.N. .Esepkina N. А., Kruglov S.K., Perepelitsa V.V., Pruss-Zhukovski S. A hybrid acoustooptic spectrun analyser for radioastronony with semiconductor lasers// J.of Modern Optics.-

1989. -v. 36, N 12. - p. 1551 -1558.

15. Евтихиев H. H., Лазарев В. H., Кобякова M. Ш., Пак Г. Т., Перепелица В.3. Анализ влияния связи мехду каналами на оптические характеристики лазерных решеток У-разветвителей## Квант, электр. - 1989.- т. 16, H 6,- С. 1198-1201.

16. Бондарцев С.0. , Евтихиев H.H. , Есепкина H.A., Лавров А.П., Перепелица В.3. Вопросы практичческой реализации интерференционных оптических анализаторов спектра с временным интегри-рованием## Акустооптические устройства ССб.статей}. Ленинград: ЛФТИ, 1989. - С. 48-55. Ь

17. Евтихиев H.H. Полупроводниковые лазеры в системах оптической обработки информации.^1 Оптические вычислители СCd. статей). Ленинград: ЛФТИ, 1989. - С. 165-170.

18. Evtikhiev N.N., Esepkina N.A., Kruglov'A., Perepelitsa V.V., Pruss-Zhukovski S.V. Hybrid acoustooptic spectrua analyser for radioastronoay// Int.conf.Optical Conputing: Abstracts.- 1989, SAlt-Lake City, USA.- p.172-174.

19. Бахрах Л.Д., Евтихиев H.H., Перепелица B.B. Оптическая обработка сигналов приемных адаптивных антенных решеток/.? Радиотехника. - 1990.- т. 12,N 50.- С.50-61.

20. Evtikhiev N.M., Esepkina N.A., Lavrov А.Р., Sino A., Perepelitsa V. V. Optical conveyor radiosignal processors// Int. School -Seminar Acoustooptics: Proceedings- 1990, Leningrad,p.319-382.

21. Бахрах Л.Д, Евтихиев H.H., Перепелица B.B. Метод обработки сигналов PCА, работающего в прожекторном режиме## Вопросы радиоэлектроники, сер. Общие вопросы радиоэлектроники.- 1990. - • вып. 17. - С. 15-24.

22. Бахрах Л. Д., Евтихиев Н. Н., Перепелица В. В. Оптическая обработка сигналов РСА## Там же. - С.3-14.

23. Евтихиев H.H. Полупроводниковые лазеры в радиотехнических системах##Изв.ВУЗов,сер. Радиоэлектроника.-1990.-N 8.-С.27-34.

24. Гайнуллин Д. Ф., Евтихиев Н. Н. , Перепелица В. В. Оптический ЛЧМ коррелятор с временным интегрированием, полупроводниковым лазером и ПЗС-фотоприемником## Там же.- С.88-91.

25. Evtikhiev N.N., Esepkina N. A., Lavrov А.P. Optical processor #ith LEDs array// ISFCC'91: Proceedings. - 1991.-Leningrad.-v.l, p. 164-198.

26. Doldiy Y. A, Evtikhiev N.N., Korolev A.N., Shestak S.A. The features of the synthetic aperture radar signal correlation in the optical processor with the CCD matrix detector// Там же. - v. 2, p. 76-79.

27. Evtikhiev N.N., Odinokov S., Savitski A., Vasilev A. Spatial filtering polarization logic using anisatropic gratings// Там же. -v. 2, p. 72-73.

28. Evtikhiev N.N., Esepkina N. A., Lavrov A. P., Sino A.D. Optical conveyor processing of radiosignals// Intern.J. of Optical Computing.- 1990.-v.l.- p.101-112.

29. Evtikhiev N.N., Lukashin A.V., Morozov V.N., TarasovP.V., Shidlovski V.R. InGaAsP lasers with semiinsulating layers for high speed infornation systens// J. Optical Conputing and processing. - 1991. - v. 1, M 5. -p. 504-510.

30. Evtikhiev N.N., Konyev V.P., Lasarev V.N., Perepelitsa V.V., Ridjkov O.V. Optimization of the field patterns of monolitic phased locked diffraction coupled semiconductor laser arrays// Laser Physics.-1991.-y. 1,M S.- p.504-310.

31. Arhontov L.B., Evtikhiev H.N., Kiselev B.S., Hikaelyan A.L., Shkitin V. A. LiKbO based multichannel electrooptical light modulators// Proc.SPIE.- 1991.- v. 1621.- p. 126-137.

32. Evtikhiev N.N., Krasilenko V., Savitski A., Zabolotnaya S. All-digital multilevel matrix bit-parallel multiplier// ISFOC'91: Proceedings. - 1991.-v. 2.-p.79-82.

33. Евтихиев H. H., Перепелица В. В. Оптическая реализация квадратичной нейронной сети## Межд. симпозиум-Оптическая память и нейронные сети: Тезисы.- 1991. - Звенигород.

34. Ananev И., Evtikhiev H., Esepkina M., Lavrov A. Adaptive acoustooptical processor for observation of pulsars// Proc. SPIE. - 1992. - v. 1704. - p. 382-389.

35. Dolgiy V. A., Evtikhiev N. N., Esepkina N. A., Korolev A. N., Lavrov A. P. SAR system optoelectronic compact processor with LEDs array// Там же. -p. 115-124.

36. A.C. N 600576 СССР. Способ оперативной обработки информации## Антонов В. А., Евтихиев H. Н. , Быковский Ю. А., Ларкин А. И.. -Опубликовано в Б. И. - 1973. - N 12.

sr.

37. A.C. H 646660 СССР. Cnocod голографической записи и воспроизведения электрических сигналов// Бочинский С. Н., Быковский Ю.А. , Евтихиев H. Н., Есиков 0. С., Ларкин А. И., Толокнов Н. А. - Опубл.

в Б. И. - 1979. - M 5.

38. A.C. N 683373 СССР. Способ многопараметрической оперативной обработки информации// Антонов В.А., Евтихиев H. Н., Быковский Ю. А., Ларкин А. И. - Опубл. в Б. И. - 1979. - N 32.

39. A.C. N 817661 СССР. Анализатор спектра сигналов// Евтихиев Н. Н., Есиков О.С. , Толокнов H.A. - Опубл.в Б.И. - 1981.- H 12.

40. A.C. H 1367817 СССР. Преобразование картины теплового поля в видимый диапазон// Евтихиев H. Н., Чернокожин В.В. - Опубл. в Б. И. - 1986. - N 5.

41. Положит.реш. по A.C. 4927057^22. Способ-формирования радиолокационного изображения путем корреляционной обработки с опорным сигналом и устройство по его осуществлегаш//Долгий В., Евтихиев Н., Королев-Коротков А. Н., Шестак С.А. - 15.01.91.

42. Положит, реш. по А. С. 4937308/25. Оптоэлектронное устройство// Долгий В. А. , Евтихиев H. Н. , Есепкина Н. А. , Королев-Коротков А. Н., Лавров А.П. , Шестак С. А. - 18.02.91.

Цитированная литература.

1. Guilfoile P.S. General purpose optical digital computer// Proc.SPIE. - v. 963. - p. 599-603.

2. Бурцев B.C. Тенденции развития супер-ЭВМ//.Препринт АН СССР - 1989.- Москва. - N241- 30с.

3. Есепкина Н. А. , Рыжков Н.Ф., Прусс-Жуковский С. В. Акустоопти-ческий спектрометр для радиоастрономии// Препринт CAO АН СССР 1984.- Ленинград,- N11Л.- 35с.

4. Gulyaev Yu.A., Proklov V.V., Sokolovsky S.V. Acoustooptic digital miltiplication Yia analog convolution in spectrum donain// Proc. Intern.School-seminar:Acoustooptics. -1990. -Leningrad. -

p. 180-195.

5. Psaltis D., Wagner K. Real time optical synthetic aperture radar CSARD processor//Opt. Eng. - 1982.-v. 21, N5.-p. 822-828.

6. Думаревский ¡0. Д., Kobtohdk H. Ф. , Савин А. И. Преобразование изображений з структуре полупроводник-диэлектрик//-М.:,

Наука, 1987.

7. Hilcaelyan A.L., Kiselev B.S., Kulakov N. Y. Optical inplenen-tation of the high order assosiative memory// Intern. J. of Optical computing. -1990. -v. 1, Ml. -p. 428-435.

8. Farhat N., Psaltis D., Prata A., Paek E. Optical implementation of the Hopfield model// Appl.Opt. - 1085. - v. 24, N10.-

p.1469-1475.

9. Пистояькорс A.A., Литвинов 0. С. Введение в теорию адаптивных антенн. - М.:, Сов.радио, 1991.

10. Монзинго Р. , Миллер Т7 Адаптивные антенные решетки. М.: , Радио и связь, 1S85.

11. Раре D. Acoustooptic signal processing. In: Optical signal processing. - N.Y.:, Academic Press, 1987.

12. Batacan P. Can physics make optics compute// Computers in Physics. - 1988.- N2.- p.9-39.

13. Калашников С. П., Молочев В. И., Попов D. М., Семенов Г. И. Запись и считывание информации излучением полупроводникового лазера для топографических запоминающих устройств//Квант. электр.- 1980.- т.12, N7.- с.1826-1832.

14. Баак К., Эльзе Г., Гроскопф Г., Вольф Г. Цифровая и аналоговая передача широкополосных сигналов по оптическим линиям// ТИИЭР. -1983. - т. 71, N2. - с. 8-20.

15. Богданкевич 0.В. , Дарзнек С.А., Елисеев П.Г. Полупроводниковые лазеры. -М.: , Наука, 1975.

16. Aracawa A, Yariv A. Quantum-well lasers-gain, spectra, dynamics// IEEE J. Quant. Electr.-1985.-v.QE-22,Nl.-p.l21-139.

17. Jewell J., Lee Y., McCall S., Scherer A., Olsson N., Harbison J. Two-dinensional array raicrolasers for photonic switching// Intern, conf. Photonic Switching: Abstracts. - Kobe, Japan.-1990. -p. 14-19.

18. Lau K., Bar-Chaim N., Derry P., Yariv A. High speed digital modulation of ultralow threshold CI mA3 GaAs single-quantum well lasers without bias// Appl.Phys.Lett. -1987.-v. 51, N2.-p.69-71.

19. Botez D. Recent developments in high-power single element fundamental node diode lasers// Laser focus.-1987.-p. 68-79.