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

62048. Выполнение практических заданий из различных предметных областей. Исследование зависимостей 540.9 KB
  Несколько смежных ячеек образующих прямоугольный блок диапазон 6.Для копирования формул в диапазон ячеек используют автозаполнение 10.Самый быстрый и наглядный способ перемещения диапазона ячеек перетаскивание 14.
62049. Демократические выборы и политические партии 23.62 KB
  Запишем определение мажоритарной избирательной системы. Мажоритарная избирательная система Какие же плюсы это системы Запишем. Плюсы системы: Минусы системы: кто избирается в РФ по данной избирательной системе на сколько лет избирается...
62050. Способы и средства транспортировки пострадавших 17.04 KB
  Транспортировка пострадавших требует от спасателей знания приемов и навыков выполнения этой работы в зависимости от состояния пострадавшего и степени его травмирования наличия специальных средств для транспортировки...
62051. Виртуальное путешествие по Литве 20.02 KB
  Цель: Сделать урок разнообразным и интересным, познакомить с обычаями и культурой. Задачи: Образовательная: познакомить с Литвой, её географией, литературой. Воспитательная: воспитывать любовь к родной стране, интерес к её географии, литературе: сказкам и легендам.
62052. Птицы осенью 16.75 KB
  Птички улетели Стали дни короче Солнышка не видно Тёмны тёмны ночи Появление таблички Перелётные птицы Как вы думаете о чём мы будем говорить сегодня на уроке Отвечают на вопросы Выдвигают гипотезы.
62053. Осень 18.86 KB
  Задачи: Образовательные: познакомить детей с понятием окружающий мир; расширить представление обучающихся о приметах осени; формировать у детей понятия живая и неживая природа. Но ведь природа тоже бывает разная живая и неживая.
62054. Внутрішня будова Землі. Мінерали та гірські породи 53.02 KB
  Сформувати в учнів поняття про властивості гірських порід та мінералів. Сприяти розвитку навичок дослідження обєктів природи при описі зразків гірських порід та мінералів за зовнішніми ознаками.