18152

Интегральные оптические схемы (ИОС) первого уровня интеграции

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

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.

Русский

2013-07-06

220.84 KB

22 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


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

29949. Особенности города как среды обитания. Зоны повышенной опасности в городе. Службы, обеспечивающие безопасность города, и правила их вызова 34.5 KB
  Службы обеспечивающие безопасность города и правила их вызова Ответ: Особенности города как среды обитания: наличие большого количества различных видов транспорта и высокая интенсивность дорожного движения; как правило разноплановая застройка от одноэтажных зданий до высотных сооружений; наличие различных предприятий в том числе и потенциально опасных; сосредоточение на ограниченной площади множества коммуникаций электросети водопровод канализация телефонные линии газопровод. Безопасность города обеспечивается...
29950. Организация отдыха на природе и соблюдение необходимых мер безопасности во время его проведения 34 KB
  2 вопрос: Терроризм: основные понятия и признаки Ответ: Терроризм в соответствии с Уголовным кодексом РФ совершение взрыва поджога или иных действий создающих опасность гибели людей причинения значительного имущественного вреда либо наступления иных общественно опасных последствий если эти действия совершены в целях нарушения общественной безопасности устрашения населения либо оказания воздействия на принятие решений органами власти а также угроза...
29951. Особенности состояния водоемов в разное время года. Основные правила безопасного поведения на воде 630.5 KB
  Основные правила безопасного поведения на воде Ответ: Водоемы опасны в любое время года. Зимой большая часть водоемов покрывается льдом который тоже является источником опасности особенно после первых морозов и во время оттепелей. Правила безопасности поведения на зимних водоёмах: надежен только лед зеленоватого или синеватого оттенка а желтоватый лед опасен; наиболее опасен лед в местах впадения рек и ручьев у крутых берегов и на изгибах русла; места где поверх льда выступает вода обычно свидетельствуют о наличии промоины...
29952. Правила ориентирования на местности 32.5 KB
  В солнечный полдень направление тени в умеренных широтах Северного полушария указывает на север. Если часовую стрелку направить на солнце то биссектриса угла между этой стрелкой и направлением на 12 часов летом на 1 час будет линией север юг. Ночью направление на север можно определить по Полярной звезде. Направление на север и юг можно определить и по местным признакам: зимой снег больше подтаивает на южных склонах холмов бугров и северных скатах ям канав и других углублений; лишайники и мхи гуще растут с северной...
29953. Чрезвычайные ситуации природного характера. Общая характеристика чрезвычайных ситуаций природного характера, их классификация 31.5 KB
  Общая характеристика чрезвычайных ситуаций природного характера их классификация Ответ: Чрезвычайная ситуация природного характера это неблагоприятная обстановка на определенной территории сложившаяся в результате опасного природного явления которое может повлечь за собой человеческие жертвы ущерб здоровью людей материальные потери и нарушение условий жизнедеятельности населения. Классификация чрезвычайных ситуаций природного характера: Ситуации геофизического характера извержения вулканов и землетрясения; Ситуации...
29954. Природные чрезвычайные ситуации геологического происхождения: землетрясения, извержения вулканов, оползни и обвалы. Их последствия, мероприятия по защите населения! 36.5 KB
  Наиболее типичные последствия землетрясений: опасные геологические явления обвалы камнепады оползни снежные лавины сели; цунами сейши наводнения; пожары; паника; травмирование и гибель людей; повреждение и разрушение сооружений и зданий; выбросы радиоактивных аварийно химически опасных и других вредных веществ; транспортные аварии и катастрофы; нарушение работы систем жизнеобеспечения. Меры по защите населения от землетрясений: строительство на территориях подверженных землетрясениям сейсмостойких сооружений и...
29955. Природные чрезвычайные ситуации метеорологического происхождения: ураганы, бури, смерчи и их последствия; меры, принимаемые по защите населения 34.5 KB
  Последствиями воздействия ураганов бурь и смерчей являются повреждение и разрушение зданий и сооружений линий электропередачи и связи заносы и завалы на дорогах уничтожение посевов сельскохозяйственных культур повреждение и гибель кораблей. Чаще всего они поражаются летящими предметами и обрушивающимися конструкциями зданий и сооружений. Меры по защите от ураганов бурь и смерчей: точный прогноз и своевременное оповещение населения; уменьшение воздействия вторичных поражающих факторов пожаров прорывов плотин аварий на различных...
29956. Природные чрезвычайные ситуации биологического происхождения: эпидемии, эпизоотии, эпифитотии; меры, принимаемые по защите населения 43 KB
  Эпизоотия это одновременное прогрессирующее во времени и пространстве в пределах определенного региона распространение инфекционной болезни среди большого числа одного или нескольких видов животных значительно превышающее обычно регистрируемый на данной территории уровень заболеваемости. Эти чрезвычайные ситуации возможны при наличии и взаимодействии трех непременных элементов: возбудителя инфекционной болезни путей его передачи и восприимчивых к этому возбудителю людей животных и растений. Основные мероприятий направленные на...
29957. Теоретические подходы к изучению мышления в зарубежной психологии 53 KB
  Теоретические подходы к изучению мышления в зарубежной психологии Мышление это процесс познавательной деятельности индивида включает в себя анализ синтез обобщение условий и требований решаемой задачи и способов ее решения. В настоящее время мышление изучается не только психологией но и философией логикой физиологией кибернетикой лингвитсикой. Мышление как ассоциация представлений Психология мышления стала специально разрабатываться лишь в XX в. Поэтому представители ассоциативной психологии не считали нужным специально исследовать...