ID: 18152

Название работы: Интегральные оптические схемы (ИОС) первого уровня интеграции

Категория: Лекция

Предметная область: Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Описание: Лекция 19. Интегральные оптические схемы ИОС первого уровня интеграции К этому классу относятся ИОС способные выполнять оптические магнитооптические электрооптические и некоторые другие функции. Конструктивно ИОС состоят из нескольких структурных элементов.

Язык: Русский

Дата добавления: 2013-07-06

Размер файла: 220.84 KB

Работу скачали: 21 чел.

Лекция 19.

Интегральные оптические схемы (ИОС) первого уровня интеграции

К этому классу относятся ИОС способные выполнять оптические, магнитооптические, электрооптические и некоторые другие функции.

Конструктивно ИОС состоят из нескольких структурных элементов.

Классификация ИОС первого уровня интеграции следующая:

1.  модуляторы:
2.  фазовые;
3.  амплитудные;
4.  поляризационные.
5.  переключатели каналов:
6.  на базе электрооптического эффекта;
7.  на базе акустооптического эффекта.
8.  направленные ответвители:
9.  неуправляемые;
10.  управляемые (за счет использования для управления электрооптического и акустооптического эффектов).
11.  разветвители:
12.  неуправляемые;
13.  управляемые.
14.  интегральные источники излучения:
15.  некогерентные: светоизлучающие диоды (СИД) и люминесцентные светодиоды (СЛД);
16.  когерентные: лазеры.
17.  приемники излучения:
18.  фотодиоды;
19.  фототранзистор.
20.  дефлекторы:
21.  электрооптические;
22.  поляризационные.
23.  фильтры:
24.  спектральные;
25.  поляризационные.
26.  конвекторы (преобразователи мод):
27.  поляризационные;
28.  модовые.
29.  оптические транзисторы;
30.  атенюатор;
31.  ячейки памяти;
32.  источники – приемники излучения.

Классификация ИОС первого уровня интеграции приведена на рис.19.1.

Рис.19.1.Классификация ИОС первого уровня интеграции

Наиболее широкий класс ИОС первого уровня интеграции являются модуляторы. Необходимость их разработки связана с тем, что при непосредственной модуляции излучения питающим током граничная частота модуляции составляет несколько ГГц. Модуляторы позволяют увеличить частоту модуляции более чем на порядок.

Основные типы модуляторов следующие:

1.  амплитудные (электрооптические, магнитооптические, акустооптические, термооптические, электропоглощающие)
2.  фазовые (электрооптические, магнитооптические, акустооптические)
3.  поляризационные (электрооптические, магнитооптические, акустооптические).

Для изготовления модуляторов используют следующие материалы:

- полупроводники InP, GaAs;

- полупроводниковые гетероструктуры AlGaAs/GaP;

- сегнетоэлектрики LiNbO3 , LiTa O3.

Частота модуляции  модуляторов с сосредоточенными параметрами 18 ГГц. В  модуляторах бегущей волны – 100 ГГц. Особенность модуляторов  является управление низкими напряжениями.

Схема фазового модулятора с управлением бегущей волной показана на рис.19.2.

Рис.19.2. Схема фазового модулятора с управлением бегущей волной

Изменение показателя преломления под действием управляющего напряжения определяется соотношением:

    (19.1)

где

r – электрооптический коэффициент;

Е – напряженность электрического поля.

В амплитудных модуляторах модуляция может быть получена за счет:

1.  изменения фазы излучения при его прохождении через поляризатор;
2.  отвода энергии из волновода или ее поглощение;
3.  изменения фазы в двух потоках излучения, формируемых в интерферометрической схеме.

Пример схемы амплитудного модулятора, основанного на последнем принципе и использующий интерферометр Маха – Цендера ( рис.19.3)

Рис.19.3. Схема амплитудного модулятора с использованием

интерферометра Маха-Цендера:

Управляющее напряжение 2 – 8 В;  управляющая мощность 13 – 50 мВт.

Модуляторы дифракционного типа

В таких модуляторах применяют акустооптические или электрооптические эффекты, под воздействием которых в волноводе создается периодическая решетка с переменным показателем преломления.

Наилучшим материалом для создания такого модулятора является LiNbO3.

Схема модулятора показана на рисунке 19.4.

Рис.19.4. Схема модулятора дифракционного типа

Поляризационные модуляторы

В таких модуляторах  под  действием электрического поля вращается плоскость поляризации. Схема модулятора приведена на рисунке 19.5.

Рис.19.5. Схема поляризационного модулятора

Источники излучения

Для интегральной оптики источники излучения должны обладать рядом особенностей:

1.  технологичность,
2.  способность согласования с другими элементам интегральной схемы;
3.  одномодовый режим роботы,
4.  высокое быстродействие.

В настоящее время применяют три типа интегральных источников излучения:

1.  полосковые с резонатором Фабри-Перо;
2.  динамические одномодовые лазерные диоды:
3.  с распределенным Брегговским отражением (РБО);
4.  с распределенной обратной связью (РОС).

Схема этих источников излучения показана на рисунке 19.6.

Рис.19.6. Динамические одномодовые лазерные диоды

1.  полосковые лазерные диоды с непрямолинейным резонатором, в том числе с полуволновым и четвертьволновыми  резонаторами.

На рисунке 19.7 показана схема полуволнового резонатора.

Рис.19.7.  Полуволновой резонатор

Преимущества излучателей с непрямолинейным резонатором:

1.  улучшенная характеристика «выходная мощность – ток накачки»;
2.  большая стабильность излучения, чем в лазерах с прямолинейным резонатором.

Интегральные фотоприемники

Основные типы интегральных фотоприемников:

1.  лавинные фотодиоды (ЛФД);
2.  p-i-n фотодиоды.

Постоянная времени фотоприемников: 10 -100 пс., полоса пропускания: 1010 - 1011 Гц.

Особенностью фотоприемников ИОС является ограничение их апертуры волноводом и то, что они образуют единую интегральную структуру с другими элементами с использованием вертикальной топологии.

Типичная схема интегрального фотоприемника показана на рис. 19.8.

Рис.19.8. Схема интегрального фотоприемника