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

63179. Юридична відповідальність. Особливості юридичної відповідальності неповнолітніх 23.96 KB
  Розкрити зміст понять юридичної відповідальності крайньої необхідності необхідної оборони; ознайомити з видами юридичної відповідальності та конституційними принципами юридичної відповідальності...
63180. Правомірна поведінка і правопорушення 27.83 KB
  Мета: розкрити поняття правомірна поведінка правопорушення юридична відповідальність; навчити учнів користуватися правовою термінологією застосовувати отримані знання в подальшому житті...
63182. Перші землероби та скотарі на території України 21.74 KB
  План зразок 1 Коли на території України існувала найдавніша цивілізація 2 Чому відкрита вченими культура була названа трипільською і 3 Які заняття були головними в трипільців и 4 Якими знаряддями праці вони користувалися...
63183. ТЕМАТИЧНЕ ОЦІНЮВАННЯ ЗА ТЕМОЮ «ВИНИКНЕННЯ ТА РОЗВИТОК КИЇВСЬКОЇ РУСІ» 19.09 KB
  У 907 році київський князь Олег згідно з легендою літопису повісив на воротах Константинополя свій щит. а показати жителям міста свою приязнь до них; б підкреслити: Візантія віднині під владою Олега; в символічно засвідчити перемогу Київського князя над містом.
63185. Культура та вірування людей за первісних часів 23.4 KB
  Мета: ознайомити учнів із розвитком знань мистецтва та релігійних вірувань перших людей; показати прикладний характер знань давньої людини звязок релігійних уявлень із господарською діяльністю наших предків.
63187. Узагальнення матеріалу з теми «Життя людей за первісних часів» 21.58 KB
  Після цього уроку учні зможуть: називати основні поняття із якими ознайомилися впродовж вивчення теми; називати хронологічні межі палеоліту неоліту енеоліту та бронзового віку основні заняття людей за різних періодів первісного суспільства...