Заключение
Предсказания всегда трудны, однако прогнозы на будущее фотонно – кристаллических устройств довольно-таки оптимистичны. Уже сейчас создаются полупроводниковые лазеры и мощные одномодовые светотодиоды с использованием трехмерных фотонно-кристаллических резонаторов, волноводные оптические цепи с 900-ными поворотами, оптические лимитеры, суперпризмы, фотонные волокна. Через несколько лет большинство этих устройств появится на мировом рынке высоко-технологичных изделий. Но, все-таки, главная перспектива для таких структур – это интегральный фотонно-кристаллический процессор – фотонный микрочип. Основные предпосылки для его создания уже сделаны – определена структура логических ячеек, созданы фотонные цепи, в недалеком будущем обязательно появится фотонно-кристалический аналог транзистора. Оценки показывают, что при существующем темпе развития первые фотонные микрочипы могут появиться через 10…15 лет. Основные его черты, очевидно, будут следующими – это будет полностью трехмерная структура в виде куба, внутри будут размещаться оптические цепи и логические элементы, используемая логика – матрично-тензорная. Два противоположных ребра куба будут служить для ввода и вывода информации с использованием обычной оптики или микролинз, хотя на первом этапе это могут быть электрически управляемые полупроводниковые одномодовые светодиоды. Два других ортогональных ребра должны служить для ввода управляющих оптических сигналов, поступающих с других подобных процессоров, причем спектральный диапазон входных и управляющих сигналов должен быть различным. Последние два ребра куба должны служить входом для излучения оптической накачки, питающей оптические транзисторы. Такой фотонно-кристаллический куб должен соединяться оптическими межсоединениями с 4 подобными процессорами, каждый из которых, в свою очередь, - также с 4 кубами, и такая плоско-объемная структура в конечном итоге должна образовать нейронную сеть со способностью к имитации человеческого интеллекта.
Рассматривая развитие электронных микрочипов – от момента создания первого процессора фирмой Intel в 1970 году до их повсеместного использования прошло 25…30 лет - можно предположить аналогичную тенденцию и для оптического компьютера. Тогда 2025…2030 годы станут годами его расцвета.
Список литературы
1. Moore G.E. Progress in digital integrated electronics //IEEE IEDM Tech. Dig., 1975, P. 11-13.
2. Meindl J.D. Low power microelectronics: retrospect and prospect //Proc. IEEE, 1995, V. 83, P. 619-635.
3. McAulay A.D. Optical Computer Architectures: the Application of Optical Concepts to Next Generation Computers, John Wiley & Sons, New York, NY (1991).
4. Arrathoon R. ed. Optical Computing: Digital and Symbolic, Marcel Dekker, New York, NY (1989).
5. Feitelson D. G., Optical Computing: A Survey for Computer Scientists, MIT Press, Cambridge, MA (1988).
6. Carts Y.A. Optical computing nears reality //Laser Focus World, 1990, V. 26, P. 53-54.
7. Craft N.C., Prise M.E. Processor does light logic //Laser Focus World, 1990, V. 26, P. 191-200.
8. McCormick F.B., Cloonan T.J., Tooley F.A.P., Lentine A.L., Saisan J.M., Brubaker J.L., Morrison R.L.,Walker S.L., Crisci R.J., Novotny R.A., Hinterlong S.J.,Hinton H.S., Kerbis E. Six-stage digital free-space optical switching network using symmetric self-electro-optic effect devices //Appl. Opt., 1993, V. 32, P. 5153-5171.
9. Dammann H., Gortler K. Holographic lens //Opt. Commun., 1971, V. 3, P. 312-316.
10. Lentine A.L., Miller D.A.B., Henry J.E. et al. Optical logic using electrically connected quantum well PIN diode modulators and detectors //Appl. Opt., 1990, V. 29, P. 2153-2163.
11. Guilfoyle P. S., Zeise F.F., Stone R.V. DOC II: 32-bit digital optical computer, opto-electronic hardware and software //Proc. SPIE, 1991, V. 1563, P. 267-278.
12. Guilfoyle P.S., Mitkas P.A., Berra P.B. Digital optoelectronic computer for textual pattern matching //Proc. SPIE, 1990, V. 1297, P.124-132.
13. Guilfoyle P.S., Rudokas R.S., Stone R.V., Roos E.V. Digital optical computer II: performance specifications //Optical Computing Technical Digest, 1991, P. 203-206.
14. Guilfoyle P.S., McCallum D.S. High-speed low-energy digital optical processors //Optical Engineering, 1996, V. 35, P. A3-A9.
15. Yablonovitch E., Inhibited spontaneous emission in solid-state physics and electronics //Phys. Rev. Lett., 1987, V. 58, P. 2059 - 2061.
16. Yablonovitch E., Gmitter T.J., Leung K. M. Photonic band structure: The face-centered-cubic case employing nonspherical atoms //Phys. Rev. Lett., 1991, V. 67, P. 2295-2297.
17. Photonic & Sonic Band-Gap Bibliography, http://home.earthlink.net/~jpdowling/pbgbib.html#Y.
18. Денисюк Ю.Н. Об отображающих свойствах волновых полей //ДАН СССР, 1962, V. 144, p. 1275-1278.
19. Fogel I.S., Bendickson J.M., Tocci M.D., Bloemer M.J., Scalora M., Bowden C.M., Dowling J.P. Spontaneous emission and nonlinear effects in photonic bandgap materials //Pure Appl. Opt., 1998, V. 7, P. 393-407.
20. Борн М., Вольф Э. Основы оптики. - М.: Наука, 1973, с. 720.
21. Inoue K., Wada M., Sakoda K., Yamanaka A., Hayashi M., Haus J. W. //Jpn. J. Appl. Phys., Part 2, 1994, V. 33, P. L1463-L1465.
22. Tonucci R. J., Justos B. L., Campillo A. J., Ford C. E. Fabricating nanochannel glass //Science, 1992, V. 258, P. 782-783.
23. Rosenberg A., Shirk J. S. Photonic crystals: intensity-dependent transmission protects sensors //Laser Focus World, 2000, V. 36, P. 121-128.
24. Kobayashi H., Okano M., Tomoda K. Optical properties of three-dimensional photonic crystals based on III-V semiconductors at infrared to near-infrared wavelengths //Appl. Phys. Lett., 1999, V. 75, P. 905-907.
25. Yamamoto N., Noda S., Fabrication and optical properties of one period of a three-dimensional photonic crystal //Jpn. J. Appl. Phys., 1999, V. 38, P. 1282-1285.
26. Londergan J. T. , Carini J. P., Murdock D. P. Binding and Scattering in Two-Dimensional Systems: Application to Quantum Wires, Waveguides and Photonic Crystals, Springer-Verlag, New York, 1999.
27. Lee R.K., Painter O., Kitzke B., et al. Emission properties of a defect cavity in a two-dimensional photonic bandgap crystal slab //J. Opt. Soc. Am. B, 2000, V. 17, P. 629-633.
28. Fukaya N., Ohsaki D., Baba T. Two-dimensional photonic crystal waveguides with 600 bends in a thin slab structure //Jpn. J. Appl. Phys., 2000, V. 39, P. 2619-2623.
29. Johnson S. G., Fan S., Villeneuve P. R., Joannopoulos J. D., Kolodziejski L. A. Guided modes in photonic crystal slabs //Phys. Rev. B, 1999, V. 60, P. 5751-5758.
30. Lin H.-B., Tonucci R. J., Campillo A. J. //Appl. Phys. Lett., 1996, V. 68, P. 2927-2999.
31. Rosenberg A., Tonucci R. J., Bolden E. A. //Appl. Phys. Lett., 1996, V. 69, P. 2638-2640.
32. Tonucci R. J., Justos B. L., Campillo A. J., Ford C. E. //Science, 1992, V. 258, P. 782-783.
33. Lin H.-B., Tonucci R. J., Campillo A. J. //Opt. Lett, 1998, V. 23, P. 94-96.
34. Shirk J. S., Rosenberg A.,et al. //Appl. Phys. Lett., 1993, V. 63, P. 1880-1882.
35. Scalora M., Dowling J.P., Bowden C.M., Bloemer M.J. Optical limiting and switching of ultrashort pulses in nonlinear photonic band gap materials //Phys. Rev. Lett., 1994, V. 73, P.1368-1370.
36. Dowling J. P., Bowden C. M. Anomalous index of refraction in photonic bandgap materials //J. Mod. Optics, 1994, V. 41, P. 345-349.
37. Enoch S., Tayeb G., Maystre D. Numerical evidence of ultrarefractive optics in photonic crystals //Opt. Commun., 1999, V. 161, P. 171-176.
38. Kosaka H., Kawashima T., Tomita A., Notomi M., Tamamura T., Sato T., Kawakami S. Superprism phenomena in photonic crystals: Toward microscale lightwave circuits //J. Lightwave Technol., 1999, V. 17, P. 2032-2038.
39. Kosaka H., Kawashima T., Tomita A., Sato T., Kawakami S. Photonic-crystal spot-size converter //Appl. Phys. Lett., 2000, V. 76, P. 268-270.
40. Joannopoulos J. D., Meade R. D., Winn J. N. Photonic Crystals: Molding the Flow of Light (Princeton U. Press, Princeton, N. J., 1995).
41. Knight J.C., Birks T.A., Russell P.S.J., de Sandro J.P. Properties of photonic crystal fiber and the effective index model //J. Opt. Soc. Am. A, 1998, V. 15, P. 748-752.
42. Knight J.C., Birks T.A., Cregan R.F., Russell P.S.J., de Sandro J.P. Photonic crystals as optical fibres - physics and applications //Opt. Mater., 1999, V. 11, P. 143-151.
43. Ranka J.K., Windeler R.S., Stentz A.J. Visible continuum generation in air-silica microstructure optical fibers with anomalous dispersion at 800 nm //Opt. Lett., 2000, V. 25, p. 25-27.
44. Ranka J.K., Windeler R.S., Stentz A.J. Optical properties of high-delta air-silica microstructure optical fibers //Opt. Lett., 2000, V. 25, P. 796-798.
45. Wadsworth W.J., Knight J.C., Ortigosa-Blanch A., Arriaga J., Silvestre E., Russell P.S.J. Soliton effects in photonic crystal fibres at 850 nm //Electron. Lett., 2000, V. 36, P. 53-55.