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

20 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

83856. Хирургическая анатомия сердца, магистральные сосуды и клапаны сердца. Коронарные артерии 119.51 KB
  Хирургическая анатомия сердца Голотопия. Пространственная ориентация сердца и его отделов выглядит следующим образом. По отношению к срединной линии тела при мерно 2 3 сердца располагается слева и 1 3 справа.
83857. Принципы операций при врождённых и приобретённых пороках сердца 50.28 KB
  К врожденным порокам сердца относятся: дефект межпредсердной перегородки: дефект межже.тудочковой перегородки который приводит к сбросу крови в правый желудочек через дефект в мышечной или мембранозной части перегородки: незаращенный артериальный проток ductus rteriosus Боталлов. Дефект межпредсердной перегородки ушивание дефекта у больных с наличием легочной гипертензии или пластика перегородки заплатой из аутоперикарда синтетической ткани при большом диаметре дефекта. Дефект межжелудочковой перегородки: радикальная операция ...
83858. Хирургическая анатомия лёгких. Корень лёгкого 45.58 KB
  Сегмент участок легкого вентилируемый бронхом третьего порядка. На медиальной поверхности каждого легкого располагаются его ворота. Здесь находятся составляющие корень легкого анатомические образования: бронх легочные артерии и вены бронхиальные сосуды и нервы лимфатические узлы. Скелетотопически корень легкого располагается на уровне VVII грудных позвонков.
83859. Хирургическая анатомия полости груди. Техника пункции и дренирование плевральной полости 50.76 KB
  Техника пункции и дренирование плевральной полости. В грудной полости располагаются три серозных мешка: два плевральных и один перикардиальный. Между плевральными мешками в грудной полости расположено средостение в котором помещается комплекс органов куда входят сердце с перикардом грудная часть трахеи главные бронхи пищевод сосуды и нервы окруженные большим количеством клетчатки.
83860. Хирургическая тактика при проникающем ранении груди. Торакотомия. Обработка лёгочных артерий, лёгочных вен и бронхов 54.15 KB
  Гемоторакс скопление крови в полости плевры в результате повреждения кровеносных сосудов или стенки сердца. Диагностику проводят рентгенологически и с помощью пункции плевральной полости. Гемопневмоторакс скопление крови и воздуха в плевральной полости. Пневмоторакс скопление воздуха в плевральной полости в результате повреждения плевры.
83861. Лечение пневмоторакса 50.16 KB
  при повреждении париетальной плевры: внутренний при ране лёгкого или повреждении бронха т. при повреждении висцеральной плевры. закрытый однократное попадание воздуха и разобщение полости плевры с атмосферой; открытый постоянное сообщение плевральной полости с атмосферным воздухом во время вдоха воздух через рану проникает в плевральную полость а при выдохе выходит наружу: клапанный поступление воздуха только в плевральную полость изза наличия клапана нарастающее накопление воздуха в плевральной полости. Этапы помощи при...
83862. Долевое и сегментарное строение лёгких. Трахея и главные бронхи. Особенности лёгочных артерий и лёгочных вен 282.9 KB
  Длина трахеи 915 см ширина 1527 см. Место разветвления трахеи на два бронха получило название бифуркации трахеи. С внутренней стороны место разделения представляет собой вдающийся в полость трахеи полулунный выступ – киль трахеи. Главные бронхи асимметрично расходятся в стороны: правый более короткий 3 см но более широкий отходит от трахеи под тупым углом над ним залегает непарная вена; левый бронх длиннее 45 см более узкий и отходит от трахеи почти поп прямым углом над ним проходит дуга аорты.
83863. Резекция лёгкого. Хирургическая тактика при раке и доброкачественных опухолях лёгкого 50.4 KB
  Техника резекции лёгкого заднебоковой доступ; пневмолиз выделение из сращений; вскрытие медиастиналыюй плевры; обработка корня: последовательно вначале артерию затем вену и в конце бронх при раке вену артерию бронх; удаление легкого; проверка герметичности культи бронха физраствор в плевральную полость смотрят наличие пузырьков воздуха при раздувании; дренаж в плевральную полость; ушивание раны. Радикальные операции на легких выполняют при раке легкого туберкулезе легких бронхоэктатической болезни хронической пневмонии...
83864. Пункция перикарда и ушивание раны сердца. Техника выполнения 46.5 KB
  Пункция перикарда Показания: с диагностической или лечебной целями преимущественно при выпотных перикардитах. Ушивание раны сердца оперативный доступ обычно по ходу раневого канала; продольное вскрытие перикарда широким разрезом кпереди от диафрагмального нерва; наложение узловых или Побразных швов на рану; освобождение полости перикарда от сгустков крови; ушивание перикарда редкими швами.