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

6 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

16403. Пример расчета эффективности неравномерных капиталовложений с по-мощью функций ЧПС, ВНДОХ и Подбор параметра 112 KB
  Финансовые функции Excel. Пример расчета эффективности неравномерных капиталовложений с помощью функций ЧПС ВНДОХ и Подбор параметра. Рассмотрим следующую задачу. Вас просят дать в долг 10000 руб. и обещают вернуть через год 2000 руб. через два года 4000 руб через три год
16404. Пример расчета эффективности неравномерных капиталовложений с по-мощью функций НПЗ, ВНДОХ и Подбор параметра 111 KB
  Финансовые функции Excel. Пример расчета эффективности неравномерных капиталовложений с помощью функций НПЗ ВНДОХ и Подбор параметра. Рассмотрим следующую задачу. Вас просят дать в долг 10000 руб. и обещают вернуть через год 2000 руб. через два года 4000 руб через три год
16405. Финансовые функции Excel ПЛПРОЦ, ОСНПЛАТ 71 KB
  Финансовые функции Excel ПЛПРОЦ ОСНПЛАТ. Рассмотрим пример вычисоения основных платежей платы по процентамобщей ежегодной платы и остатка долга на примере ссуды 100000руб. на срок 5 лет при годовой ставке 2 представленной на рисунке: Ежегодная плата вычисляется в ячей
16406. Финансовые функции Excel ПРОЦПЛАТ, ОСПЛТ 72.5 KB
  Финансовые функции Excel ПРОЦПЛАТ ОСПЛТ. Рассмотрим пример вычисления основных платежей платы по процентам общей ежегодной платы и остатка долга на примере ссуды 100000руб. на срок 5 лет при годовой ставке 2 представленной на рисунке: Ежегодная плата вычисляется в ячей...
16408. Финансовые функции Excel. Пример расчета эффективности капиталовложений с помощью функции ПС 145.5 KB
  Финансовые функции Excel. Пример расчета эффективности капиталовложений с помощью функции ПС. Рассмотрим следующую задачу. Вас просят дать в долг 10000 руб. и обещают возвращать по 2000руб. в течении 6 лет. Будет ли выгодна эта сделка при годовой ставке 7 В приведенно на рисунке...
16409. Финансовые функции Excel. Пример расчета эффективности капиталовложений с помощью функции ПЗ 144.5 KB
  Финансовые функции Excel. Пример расчета эффективности капиталовложений с помощью функции ПЗ. Рассмотрим следующую задачу. Вас просят дать в долг 10000 руб. и обещают возвращать по 2000руб. в течении 6 лет. Будет ли выгодна эта сделка при годовой ставке 7 В приведенно на рисунке...
16410. Практическое задание: использование функции вертикального просмотра (ВПР) 65.5 KB
  Практическое задание: использование функции вертикального просмотра ВПР Функция ВПР ищет значение в крайнем левом столбце справочной таблицы и возвращает значение в той же строке из указанного столбца таблицы. Синтаксическая форма ВПРискомое_значение;таблица;...
16411. ФУНКЦИИ EXCEL. ВВОД ФУНКЦИЙ В РАБОЧЕМ ЛИСТЕ EXCEL 133.75 KB
  Лекция 1. ФУНКЦИИ EXCEL Функции Excel это специальные заранее созданные формулы которые позволяют легко и быстро выполнять сложные вычисления. Их можно сравнить со специальными клавишами на калькуляторах предназначенных для вычисления квадратных корней логарифмов и про...