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

18677. Стратегия построения модели и основные этапы моделирования 19.56 KB
  Стратегия построения модели и основные этапы моделирования. Принципы построения математической модели: 1. Адекватность соответствие модели целям исследования по уровню сложности и организации а также соответствие реальной системе относительно выбранного множест
18678. Прямые, косвенные, совокупные, совместные измерения 15.06 KB
  Прямые косвенные совокупные совместные измерения. Измерение совокупность операций по применению технического средства хранящего единицу физической величины обеспечивающих нахождение соотношения измеряемой величины с единицей и получения значения этой величин
18679. Создание подпрограмм ВП 16.88 KB
  Создание подпрограмм ВП. Виртуальный прибор используемый внутри другого виртуального прибора называется подпрограммой ВП. Использование подпрограмм ВП помогает легко управлять изменениями и отладкой блокдиаграмм. После того как ВП сформирован создана его иконка...
18680. Структуры в среде LabVIEW 19.12 KB
  Структуры. Структуры на блокдиаграмме используются для повторяющихся операций над потоками данных для выполнения операций над данными в определенном порядке и наложения условий выполнения операций. Среда LabVIEW содержит следующие структуры: цикл While по условию цикл ...
18681. Информационные процессы в ЦА 46.41 KB
  Информационные процессы в ЦА. 1. Представление информации это кодирование на какихлибо носителях. Т.к. информация представляется сигналами возникает задача рационального представления информации в аналоговом цифровом или аналогоцифровом АЦ смешанном виде. Ха...
18682. Условная энтропия. Энтропия сложной системы 47.76 KB
  Условная энтропия. Энтропия сложной системы. Энтропия сложной системы. Теорема сложения энтропий На практике часто приходится определять энтропию для сложной системы полученной объединением двух или более простых систем. Под объединением двух систем и с возможн...
18683. Принципы построения корректирующих кодов и их характеристики 24.75 KB
  Принципы построения корректирующих кодов и их характеристики. Коды делятся на: 1. Коды обнаруживающие ошибки. 2. Коды исправляющие ошибки. Все коды такого вида основаны на избыточности которую надо внести в кодовую комбинацию. Эта избыточность может быть введена ...
18684. Коды Хемминга с исправлением одиночной и обнаружением двойной ошибки 38.47 KB
  Коды Хемминга с исправлением одиночной и обнаружением двойной ошибки. Обычный код Хемминга исправляет одиночную ошибку.Необходимо знать сколько потребуется контрольных символов и куда их поставить. m число информационных символов k число контрольных символов ...
18685. Типы организационных структур 14.66 KB
  Типы организационных структур. Организационная структура аппарата управления форма разделения труда по управлению производством. Каждое подразделение и должность создаются для выполнения определенного набора функций управления или работ. Для выполнения функций