18151

Классификация интегрально-оптических элементов и схем

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Лекция 18. Классификация интегральнооптических элементов и схем Все интегральнооптические элементы ИОЭ разбиты на 3 класса: структурные элементы; интегральнооптические схемы первого уровня интеграции; интегральнооптические схемы второго уровня интег...

Русский

2013-07-06

1.23 MB

26 чел.

Лекция 18.

Классификация интегрально-оптических элементов и схем

Все интегрально-оптические элементы (ИОЭ) разбиты на 3 класса:

  1.  структурные элементы;
  2.  интегрально-оптические схемы первого уровня интеграции;
  3.  интегрально-оптические схемы второго уровня интеграции.

Структурные элементы – наиболее простые элементы ИОС. К этому классу относятся наиболее простые элементы, которые образуют элементарную волноводную конфигурацию. Перечень этих элементов следующий:

  1.  волноводы оптические:
  2.  полосковые;
  3.  планарные.
  4.  активные эпитаксиальные слои:
  5.  излучательные;
  6.  приемные.
  7.  волноводные переходы;
  8.  изгибы полосковые:
  9.  круглые;
  10.  параболические;
  11.  ступенчатые.
  12.  разветвление и пересечение полосковое:
  13.  Y – разветвление;
  14.  – разветвление;
  15.  Т – разветвление;
  16.  Х – пересечение.
  17.  связанные волноводы (можно передавать энергию от одного к другому):
  18.  полосковый и полосковый;
  19.  полосковый и планарный.
  20.  линзы волноводные:
  21.  линза Люнеберга;
  22.  геодезическая линза.
  23.  дифракционные решетки;
  24.  фоточувствительные волноводные слои;
  25.  буферные слои;
  26.  призмы волноводные.

С помощью этих элементов обеспечивают:

  1.  ввод излучения в схему и вывод с помощью волноводных переходов, дифракционных решеток, фоточувствительных слоев, планарных линз;
  2.  связь волновода различной ширины, глубины и высоты друг с другом (волноводные переходы);
  3.  деление мощности на два и более каналов (различные разветвления);
  4.  ответвление мод излучения из одного канала в другой (связанные оптические волноводы).

Для удобства основные структурные элементы сведены в таблицу, которая показана на рис 18.1.

Рис.18.1. Основные структурные элементы

 

Основными структурными элементами любой интегральной схемы являются волноводы. Их изготавливают из стекла, плавленого кварца, керамики.

Известны следующие варианты изготовления оптических волноводов:

  1.  полосковые:
  2.  гребенчатый;
  3.  утопленный;
  4.  погруженный.
  5.  планарные:
  6.  выступающие;
  7.  погруженные;
  8.  утопленные.

Варианты изготовления гребенчатых волноводов следующие:

  1.  распыление:
  2.  высокочастотное;
  3.  реактивное;
  4.  электронно-лучевое;
  5.  термическое.
  6.  полимеризация:
  7.  плазменная;
  8.  высокочастотная;
  9.  электронно-лучевая;
  10.  фотополимеризация;
  11.  термическая.
  12.  эпитаксия:
  13.  жидкофазная;
  14.  парофазная;
  15.  металлоорганическое осаждение;
  16.  молекулярно-лучевая.

Варианты изготовления погруженных и утопленных волноводов следующие:

  1.  диффузия;
  2.  имплантация ионов;
  3.  облучение.

Основные характеристики волноводов из ниобата лития приведены в табл.18.1.

Таблица 18.1.

Способ

Ионы оксида

Δn

α дБ/см, λ=0,63 мкм

Ионный обмен

Ag+, Te+

0.03, 0.12

0.7…1.3

Диффузия обратная

Li2O

0.003

0.1…0.3

Диффузия прямая

Ti+

0.03

0.3…1.0

Технологические приемы изготовления волноводов показаны на рис.18.2.

Рис.18.2. Технологические приемы изготовления волноводов

Изгибы полосовых волноводов

На рисунке 18.3 показан S-образный изгиб волновода с двумя секциями.

Рис. 18.3. S – образный изгиб волновода

Одним из важнейших параметров в волноводах являются потери. Если радиус изгиба определяется из неравенства:

    (18.1)

где

- расстояние вдоль подложки, при котором амплитуда волны падает в (е) раз,  то потери будут незначительными.

Связь волноводов осуществляется благодаря перекрытию электромагнитных полей в зоне изгиба и определяется соотношением:

        (18.2)

где  

, – значения показателей преломления волновода в зоне изгиба

Волноводные разветвления

Разветвление и пересечение полосковых волноводов используется для деления световой мощности, фильтрации и преобразования мод.

Y – разветвления могут быть симметричными и несимметричными. При больших углах и , и при неравенстве этих углов оптическая мощность делится несимметрично. При малых углах и при разных значениях ширины полосковых волноводов всегда находятся углы и , при которых мощности будут равны.

Разветвитель Т – типа позволит разделить мощности в соотношениях:   0,75:1;   1:1;   1:0,75.

Рис. 18.4. Волноводные разветвления и пересечения.

Х – пересечение может быть использовано в качестве переключающего канала с использованием эффекта Покельса и явления ПВО.

Связанные волноводы

Волноводы такого типа показаны на рисунке 18.5.

Рис. 18.5. Связанные полосковые волноводы.

Волноводные линзы

К волноводным линзам относят:

  1.  линзу Люнеберга;
  2.  геодезическую линзу.

Линза Люнеберга – это часть сферы на поверхности световода. Недостаток такой линзы определяется трудностью подбора материала с показателем преломления больше чем у волновода.

Параметры линзы Люнеберга:

 

Геодезическая линза представляет собой углубление или возвышение над поверхностью подложки, поэтому ее свойства не зависят от показателя преломления. Если углубление напыляется зеркальным покрытием, тогда у линзы отсутствует хроматизм.

Параметры геодезической линзы:

Дифракционные решетки

Дифракционные решетки применяются для двух целей:

  1.  для ввода излучения в волновод;
  2.  для образования резонатора на поверхности волновода.

На рисунке 18.6 показаны дифракционные решетки.

Рис. 18.6. Дифракционные решетки

Применяются два типа резонаторов на базе дифракционных решеток, которые показаны на рисунке 18.7:

  1.  резонатор с распределенным Брэгговским отражением (РБО);
  2.  резонатор с распределенной обратной связью (РОС).

Рис. 18.7. Резонаторы на базе дифракционных решеток

Дифракционные волноводные линзы

Дифракционные волноводные линзы могут располагаться в параллельных пучках и в наклонных пучках.

В параллельных пучках используют линзы следующего типа:

  1.  Френелевская дифракционная линза;
  2.  Брегговская дифракционная линза.

В наклонных пучках используются линзы следующего типа:

  1.  прямые с переменным шагом;
  2.  искривленные с переменным шагом.

На рисунке 18.8 показаны дифракционные волноводные линзы приведенных выше типов.

Рис. 18.8. Дифракционные волноводные линзы


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

59742. Сценарій уроку Масляна 38.5 KB
  Тиждень перед Великоднім постом називається Масляна. Щодня жінки, молодь і діти гуляли, пригощались варениками з сиром. Набиралися сил перед довгим постом. Молодь збиралась на вечорниці і гуляла до ранку (досвітки).
59743. Сценарій уроку: Де коза ходить, там жито родить 41 KB
  В цей вечір ватаги дівчат і дітей ходять по хатах і щедрують. Сценарій бажано доповнити книжковою виставкою Щедрий вечір добрий вечір. Щедрий вечір Розкажіть онуку...
59744. Сценарій уроку Золота осінь 44 KB
  Осінь завжди красива барвиста. Осінь ведуча одягнена у однокольорове плаття на якому нашите листя клена. На сцені 5 дітей: 1й: Непомітно зявилася осінь Заходить Осінь вклоняється тим хто в залі Все коротшає день щодоби Глянь берізки уже злотокосі І в дубів багряніють чуби.
59745. Прийди, прийди, весно, прийди, прийди, красна 45.5 KB
  До залу заходить Весна дівчина у квітчастому вбранні на голові віночок з квітів. ВЕСНА: Добрий день мої любі друзі Я Весна я Весна. ВЕСНА: Яка ж бо ти люта сестро Лютуй не лютуй а час твій пройшов. ВЕСНА: Так сестро це було та все пройшло.
59746. Сценарій уроку: Святий Спас прийшов до нас 46 KB
  У серпні Спас крім 19-го святкується ще двічі 14-го та 29-го. Правда назва його Спас мені не зрозуміла. Що воно означає ВЕДУЧА: На Русі свято відоме під назвою Спаса від слова спаситель рятівник яким православна церква іменує Ісуса Христа.
59747. Сценарій уроку: Несу кутю на покутю… 41.5 KB
  Дійові особи: Батько; мати; Оленка старша дочка 1012 р. БАТЬКО: Піду кину сіна вівцям коням та корові. БАТЬКО: Заходячи в хату. БАТЬКО: Обовязково зайду а потім піду кликати Мороза вечеряти з нами.
59748. Сценарій уроку Вечорниці 44.5 KB
  На передньому плані появляється Галя яка поспішає на вечорниці. Галя йде потім зупиняється: Он хтось стоїть чи не Степан Голохвастов уздрівши її: А на ловця і звір біжить ціпціп куріпочко Галя хоче його обійти а Голохвастов заступа їй дорогу Голохвастов...
59749. Сценарій уроку: Різдвяний вертеп 38.5 KB
  ДІТИ: Христос рождається ГОСПОДАР: Славімо його ЗВІЗДАР: Щедрий вечір добрий вечір Мир українській світлій хаті ЗВОНАР: дзвонить виступає вперед хору Добрий вечір тому Хто в цьому дому Старому молодому І Богу святому. Всі проходять до хати і співають: Добрий вечір тобі пане господарю радуйся...
59750. Сценарій уроку Жнива на Україні 40.5 KB
  Жнива складаються з зажинок жнив і обжинок. Тому жнива завжди були святою справою. Жнива починались за тиждень до Петра 12 липня або після нього і обовязково в легкі жіночі дні: середу пятницю суботу.