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

29988. РЕШЕНИЕ ТРАНСЦЕНДЕНТНЫХ УРАВНЕНИЙ 5.23 MB
  Эти значения x называются корнями уравнения 3. ak например для уравнения вида ax2 bx c = 0 его корни выражаются формулой: . В большинстве же случаев аналитическую запись корней уравнения найти очень сложно или в принципе невозможно такие уравнения называются трансцендентными и поэтому приходится решать уравнение численным способом. Отделение корней На данном этапе определяются те интервалы области изменения переменной x в каждом из которых расположен один и только один корень уравнения 3.
29989. Таинственное похищение Первого звонка. Сценарий праздника 1 сентября 179.11 KB
  Сценарий праздника 1 сентября Действующие лица Первый звонок Витя Петя Четверка Пятерка Двойка Единица Клякса Маша Флеш моб танец Первый ведущий. На сцену выходит Первый звонок. Первый звонок. Здравствуйте ребята вы меня я надеюсь узнали Да я ваш добрый знакомый Первый Школьный Звонок.
29990. СЦЕНАРІЙ СВЯТА ПЕРШОГО ДЗВОНИКА 130.46 KB
  Зріє жито молодеДружно з квітами до школиЗнову молодість іде Ведучий 2:Вересень немов учительДвері школи відчинивШколярів дзвінком врочистимДо навчання запросив Ведучий 1: Здрастуй школо здрастуй ріднаЗдрастуй любий класВ першовересень привітноТи стрічаєш нас Ведучий 2: Пахнуть фарбою класи просторіОй як хочеться вже до книжокМи від степу і синього моряВсі злетілись на перший урок Ведучий 1: Я не знаю хвилини врочистішеЩасливіших не бачив очей.Подивіться як урочистоМалюки зустрічають цей день Ведучий 1: На лінійку запрошуються...
29991. Свято Першого дзвоника 2013-2014 н.р. 81 KB
  Лунає музикафанфари 1 й ведучийШановні друзі всі присутні Батьки сьогоднішні й майбутні Дорогі діти вчителі З найкращим святом на землі. Ведучий Тепла осінь як весна Далечінь така ясна. Зріє жито молоде Дружно з квітами до школи Знову молодість іде Ведуча Вересень немов учитель Двері школи відчинив Школярів дзвінком врочистим До навчання запросив Ведучий Здрастуй школо здрастуй рідна Здрастуй любий клас В першовересень привітно Ти стрічаєш нас 2й ведучий.1 й ведучийЦей день є визначним і радісним святом для кожного з...
29992. Свято Першого дзвоника – посвята першокурсників 66.5 KB
  У них мрії й недоспані ночі І тривога про завтрашній день Ведучий Знову двері до мудрості храму Де незгасне довічна хмарина Відчиня золотими ключами Рідна ненькомоя Україна. Пісня про Україну Ведучий Шановне товариство дорогі наші викладачі батьки та гості Щиро вітаємо всіх вас із . Ведучий Зустрічаймо їх теплими посмішками і радісними оплесками. ♬ Вихід першокурсників Ведуча Групу 1ф91керівник групи Олена Григорівна Лобур Ведучий Група 1 ф92 керівник групи _______________________Шатуніна Ведуча Групу 1ф93керівник групи...
29993. ПРАЗДНИК ПЕРВОГО СЕНТЯБРЯ 2013 г. 63.5 KB
  1ВЕДУШИЙ : Здравствуйте любимые учителя 2ВЕДУЩИЙ : Здравствуйте уважаемые родители и дорогие гости 1ВЕДУШИЙ: Сентябрь наступил закончилось лето Пришел праздник знаний учебы отметок 2ВЕДУШИЙ Дети родителиучителя С праздником вас поздравляем друзья 1 Школьник: СОСКУЧИЛСЯ ПО ШКОЛЕ Перегрелся на солнце я что ли Заскучал вдруг по собственной школе. Ну а сегодня праздничный час Вместе: С праздником мы поздравляем всех вас 2 ВЕДУЩИЙ: Пришло время пригласить на нашу праздничную линейку...
29994. Возможности использования современных информационных технологий при изучении разделов «Атомная физика и Физика Атомного ядра» в школьном курсе физики 806.1 KB
  Влияние информационных технологий на выбор форм методов и средств обучения физике 26 1. Глава 1 Современные технологии обучения в преподавании физики 1. Практика воспитания и обучения все чаще сталкивается с необходимостью доступного подчеркивающих взаимосвязь явлений мира на уровне макросистем также требует определенного наглядного объяснения объектов и явлений особенно если они принадлежать к микромиру или являются абстрактными обобщениями.
29995. Разработка технологического процесса изготовления оконных и дверных блоков из ПВХ 460.34 KB
  Пластиковые окна изобрели в Германии, в 30-ые года. Первые пластиковые окна производитель установил бесплатно в качестве рекламы, но первоначально их производство не увенчалось успехом. И популярными стали они намного позже, в года 60-ые и их популярность растет до сих пор, прежде всего, из-за их устойчивости к внешним воздействиям. И это обоснованно.
29996. Увеличение выпуска продукции Деталь Валик 8ТС. 200.195 411.53 KB
  Определяем число запусков в году: 2.6 13 293 Определяем массу проектируемой заготовки: m3= Р V 106 кг. где Р = 785 кг дм3 плотность материала; V объем заготовки; Определяем коэффициент использования металла проектируемой заготовки по формуле: Определяем стоимость проектируемой заготовки: где Ц1=9540 руб. Значения и определяем по таблицам 2 и 8 [9] заготовка = 240 мкм.