18150

Основные характеристики диэлектрических световодов для интегральной оптики

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Лекция 17. Основные характеристики диэлектрических световодов для интегральной оптики. Схемонесущие материалы в интегральной оптике Интегральная оптика ИО – это оптика тонких пленок технология изготовления элементов ИО схожа с технологией изготовления элементо

Русский

2013-07-06

358.04 KB

5 чел.

Лекция 17.

Основные характеристики диэлектрических световодов для интегральной оптики.

Схемонесущие материалы в интегральной оптике

Интегральная оптика (ИО) – это оптика тонких пленок, технология изготовления элементов ИО схожа с технологией изготовления элементов микроэлектроники.

Основное назначение элементов интегральной оптики – различные функциональные преобразования сигналов: модуляция, переключение каналов, создание мультиплексоров и демультиплексоров, излучающих и фотоприемных устройств. Интегральные элементы применяются также в ВОД для измерения физических величин, в ВОЛС, в оптических-вычислительных машинах.

Достоинства ИО:

  1.  минимальные габариты;
  2.  более низкие управляющие напряжения;
  3.  меньше потребляемой мощности;
  4.  большая надежность.

Основой ИО является диэлектрический волновод, схема которого показана на рисунке 17.1.

Рис.17.1. Диэлектрический волновод: 1 – защитный слой;

2 – диэлектрический волновод; 3 – подложка

, и - показатель преломления защитного слоя, волновода и подложки соответственно.

Если предположить, что пленка волновода не ограничена по координате z и в волноводе распространяется плоская волна вдоль оси z с постоянной распространения , то изменение напряженности электрического поля по координатам х и у для каждой из областей 1–2–3  (покрытие-пленка-подложка) определяется соотношением:

      (17.1)

– параметр,  характеризует значение показателя преломления в 1, 2 или 3 областях.

– волновое число;

– постоянная распространения, характеризующая распространение излучения в световоде и зависящая от того, под каким углом излучение распространяется по отношению к оси волновода.

Аналогичное уравнение можно записать также для изменения напряженности магнитного поля. При этом в соотношении (17.1) необходимо заменить параметр на .

Решением этого уравнения является либо синусоидальные, либо экспоненциальные функции в каждой из областей в зависимости от соотношения между , и .

На рис.17.2. показаны разные типы мод, распространяющиеся в структуре интегральной схемы в зависимости от соотношения (17.2).

Рис.17.2. Типы мод, распространяющиеся в структуре интегральной схемы:

а – радиационная воздушная мода; б – радиационная мода подложки;

в – удерживаемая в световоде мода; г – нереализуемая мода; д – нестабильная мода.

– толщина диэлектрической пленки.

Число поддерживаемых в волноводе мод зависит от толщины диэлектрического волновода, от соотношений показателей преломления , и .

Для волновода, так же как и для световода, существует частота отсечки электромагнитного излучения , ниже которой теряются волновые свойства пленки и длины волны среза , равная:

    (17.2)

При работе с определенной длиной волны излучения для обеспечения распространения необходимого количества мод необходимо подбирать показатели преломления сред , и .

Если (над волноводом находится воздух), то разница показателей преломления между подложкой и пленкой должна быть:

         (17.3)

– количество мод, распространяемых в волноводе;

– толщина волновода;

– длина волны излучения, распространяющейся в волноводе.

Если в качестве подложки использовать арсенид галия (GaAs), для которого него , а и толщина пленки , тогда .

Чем меньше толщина пленки, тем большая часть энергии распространяется за пределами волновода, поэтому вводят понятие эффективной толщины волновода. Эффективная толщина волновода – это та толщина, в пределах которой распространяется 99% всей энергии:

    (17.5)

– реальная толщина пленки;

– расстояние сверху и снизу волновода, при которых энергия уменьшается в e раз по отношению к максимальной.

Существует минимум эффективной толщины волновода, который равен:

         (17.6)

Если подложка GaAs на длине волны мкм, эффективная минимальная толщина пленки должна составлять мкм.

При разработке устройств ИО существует ряд принципиальных ограничений. Первое ограничение связано с минимально возможной толщиной пленки, которая должна удовлетворять неравенству:

     (17.7)

Если взять мкм, то минимально возможная толщина пленки мкм.

Для эффективного управления схемами необходимо обеспечить взаимодействие пучка излучения с управляющим полем на некоторой длине L (второе ограничение):

         (17.8)

– изменение показателя преломления под действием электрического поля.

Схемонесущие материалы в интегральной оптике

Одна из основных проблем ИО – это проблема материалов.

При выборе материала учитывают следующие свойства:

  1.  акустооптические;
  2.  электрооптические;
  3.  качество волновода;
  4.  возможность интеграции с источником излучения;
  5.  возможность интеграции с приемником излучения;
  6.  возможность интеграции с электронными управляющими схемами;
  7.  сложность технологии.

Все схемонесущие материалы ИО могут быть разбиты на три класса:

  1.  монокристаллы;
  2.  поликристаллы;
  3.  аморфные материалы.

В  монокристаллах используют акустооптический и электрооптический эффекты, но как волноводы они плохие (большое поглощение).

Для создания лазерных структур применяют следующие композиции материалов:

для  лазера на длине волны мкм;

 для  лазера на длине волны мкм.

Для фотоприемных устройств берутся композиции с другим содержанием компонентов.

В качестве поликристаллов применяют материалы . В этих материалах лучше реализуется электрооптический эффект. На базе этих материалов делают модуляторы, переключатели, направленные ответвители. К ним также относится и пъезокерамика (ЦТСЛ).

Аморфными материалами являются различные стекла нитрит кремния, фотохромные материалы. В основном такие материалы применяются для изготовления волноводов.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

9958. Формы оформления договоров 35 KB
  Формы оформления договоров Устная сделка. Простая письменная форма. нотариально удостоверенная форма. Государственная ре...
9959. Расторжение договора 45 KB
  Расторжение договора. Пролонгация - продление договора. Расторжение договора по взаимному согласию: деньги потрачены, какие-то действия...
9966. Парольная защита офисного электронного документооборота 85 KB
  Парольная защита офисного электронного документооборота Статья посвящена исследованию программных аспектов парольной защиты электронных документов. Проведена оценка эффективности распространенных программных средств взлома паролей. Показаны примеры программной р...