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

23 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

27850. Требования к устройствам АВР и расчет их параметров 47.5 KB
  Требования к устройствам АВР и расчет их параметров. Требования к устройствам АВР и расчёт их параметров. Причём до включения АВР линия должна быть отключена. Пуск органов АВР являются тип реле напряжения: Из уставок выбирается меньшая.
27851. Токовая защита трансформаторов от многофазных КЗ со ступенчатой характеристикой выдержки времени 137 KB
  Токовая защита трансформаторов от многофазных КЗ со ступенчатой характеристикой выдержки времени. Ставится двухступенчатая защита: т. В ряде случаев защита дополняется защитой от однофазного КЗ на стороне НН. В городских замкнутых сетях напряжением до 1 кВ для селективного отключения одного трансформатора должна предусматриваться токонаправленная защита.
27852. Защита трансформаторов 6-10 / 0,4 кВ от КЗ на землю 78 KB
  В нейтрали ток не должен превышать 25 от номинального тока трансформатора. ZТР – полное электрическое сопротивление трансформатора питающего сеть. Xот≈Х1т Раз так то достаточно МТЗ для защиты трансформатора . Если расстояние от трансформатора до линии 30 метров то защиту от однофазных замыканий на землю можно не ставить.
27853. Дифференциальная токовая защита трансформатора: особенности выполнения в зависи 130.5 KB
  в связи с этим в обмотке реле появляется дополнительная составляющая тока небаланса. Он в 68 раз больше номинального тока трансформатора. Время полного затухания переходного тока намагничивания может достигать нескольких секунд но по истечении времени 0305 сек.
27854. Дифференциальная токовая отсечка трансформатора: схема и расчет. Общая оценка дифференциальных защит трансформаторов 58 KB
  1Отстройка от бросков тока намагничивания достигается ICP с учётом действия реле РНТ. А в схемах косвенного действия времени срабатывания реле тока и выходного промежуточного реле. Если трансформаторы тока выбраны так что их погрешность не более 10 то отстройка от броска тока намагничивания обеспечивается также отстройка и от тока максимального небаланса при внешних КЗ при условии дополнительного различия тока циркуляции. токовой отсечки – простота однако изза большого тока срабатывания защиты отсечка не уменьшает чувствительность.
27855. Схемы соединения обмоток трансформаторов напряжения 232 KB
  Если напряжение более 500 В то между предохранителями и системой – разъединитель. Реле 456 – включены на фазное напряжение относительно нулевой точки вторичных междуфазных напряжений. Реле 123 – включены на линейное напряжение. не может контролировать фазное напряжение относительно земли.
27856. Дифференциальная защита трансформатора с реле РНТ-565 (схема, расчет) 179 KB
  Звезда треугольник€ – 11 питание со стороны звезды КСХ’= КСХ€=1 со стороны НН треугольник в минимальном режиме работы питающей системы ЭС и при максимальном сопротивлении питающего трансформатора. Ток срабатывания защиты берётся со стороны питания. МДС с одной стороны равна МДС другой стороны. стороны трансф.
27857. Дифференциальная защита трансформатора с торможением (схема, расчет) 86 KB
  для отстройки защит от броска тока намагничивания и от максимальных значений установившегося первичного тока небаланса максимального расчётного необходимо соответствующим образом выбрать ток срабатывания защиты минимальный и число витков торм. Далее расчёт витков НТТ основной и неосновной обмоток и максимальный первичный ток небаланса выполняется точно так же как и для реле РНТ в соответствии с таблицей. Дополнением к этому расчёту является выбор числа витков тормозной обмотки. FСРмин=100 А витков FРАБ=IРАБWРАБ Fторм=IтормWторм...
27858. Причины отклонения частоты в энергосистеме. Автоматическая частотная разгрузка 38.5 KB
  Смысл АЧР заключается: при дефиците мощности частота начинает снижатся в сети уже при частоте равной 48 Гц система разваливается. АЧР отключает наименее ответственные потребители восстанавливая таким образом баланс мощности. Величина мощности отключаемой устройством АЧР должна определятся с учётом того что в общем случае мощность потребляемой нагрузки зависит от частоты и снижается вместе с ней. 1 2...