Оптическая обработка данных
Не следует думать, что оптические устройства просто придут на смену электронным устройствам. Наоборот, наибольшую пользу от них следует ожидать там, где их не смогут заменить никакие другие средства. Оптические волокна, обладающие способностью передавать колоссальные объемы информации, все шире используются для связи, включая и линии связи между вычислительными машинами. Если вычислительные операции будут выполняться оптическими устройствами, то, очевидно, и связь между вычислительными системами лучше всего осуществлять с помощью оптических волокон.
Оптические переключатели можно изготавливать в виде тонких кристаллов. Современная техника выращивания кристаллов и тонкопленочная технология позволяют получать тонкие листы очень большой площади. Если оптическое изображение спроецировать непосредственно на такой большой лист, каждый элемент которого представляет собой оптический переключатель, то на выходе можно получить запись спроецированного изображения в цифровой форме. Получив такую запись, можно выполнять ее дальнейшую обработку различного вида, в том числе и увеличение изображения. Мы в достаточной мере раскрыли возможности и преимущества оптических переключающих устройств.
Однако следует иметь в виду, что на пути к промышленной реализации результатов экспериментальных работ лежит немало трудностей. В своих исследованиях мы столкнулись с проблемой работы при низких температурах. Создание элементов, работающих при комнатной температуре, значительно упростило бы конструкцию и эксплуатацию оптических вычислительных машин. Ширина запрещенной зоны антимонида индия мала и уменьшается при повышении температуры. С помощью лазера на окиси углерода с длиной волны 10 мкм нам удалось получить оптическое переключение при комнатной температуре. Без сомнения, новые лазеры и новые вещества с нелинейными оптическими свойствами позволят увеличить быстродействие и эффективность оптических переключателей.
Вопрос создания материалов с необходимыми свойствами является ключевым в проблеме реализации оптической вычислительной машины. На практике желательно, чтобы переключатель потреблял как можно меньшую мощность. Энергоемкость оптических переключающих устройств измеряется произведением интенсивности падающего на кристалл света на площадь лицевой поверхности кристалла. Отсюда следует, что сокращение размеров устройства снижает потребляемую мощность. Однако устройство не может быть меньше площади сечения пучка лазера, которая ограничена возможностью фокусирующей системы.
Кроме того, с уменьшением размеров устройства возникает проблема перегрева. Следует отметить и другой факт — стремление к уменьшению мощности, затрачиваемой на переключение, противоречит условию повышения быстродействия, которое в свою очередь прямо зависит от энергии светового излучения на входе оптического ключа. При решении вопросов создания конструктивных элементов для оптических вычислительных машин размеры переключающих устройств, скорость срабатывания и потребляемая мощность должны рассматриваться с учетом их взаимного влияния и связи с оптическими и тепловыми свойствами нелинейной среды и функциями переключателя.
Выбор подходящего вещества и поиски новых веществ с нелинейными характеристиками являются, пожалуй, самой главной задачей в создании оптических переключателей. И все же, несмотря на значительные трудности, мы считаем, что создание оптического компьютера —перспектива вполне реальная и многообещающая.
На пути к фотонному компьютеру
Чтобы построить оптический компьютер, необходимо изготовить и соединить между собой большое количество различных элементов. В 70-х годах была разработана технология тонких пленок, прозрачных для лазерного излучения. Для взаимного соединения элементов оптических интегральных схем в принципе можно использовать волноводы, однако работа в этом направлении пока не проводилась. Новую оптическую технологию можно было бы использовать для построения оптического компьютера с архитектурой, или логической организацией, такой же, как и в обычной ЭВМ.
Основным достоинством вычислительной машины на оптических элементах с обычной архитектурой было бы ее высокое быстродействие. Логические схемы из оптических элементов могут выполнять до 1000 млрд. логических операций в секунду, в то время как максимальная скорость электронных переключающих устройств не превышает 1 млрд. операций в секунду. Оптические переключатели к тому же обладают свойствами, позволяющими рационализировать конструкцию вычислительных машин. Если через транзистор пропустить несколько токов, они смешаются; в интерферометре оптические пучки не смешиваются, и поэтому один кристалл может выполнять несколько различных переключательных операций. К примеру, в кристалле одновременно может быть пять оптических каналов, образуемых разными лазерными пучками, и в каждом канале могут выполняться самостоятельные операции.
