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

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


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

14887. Саят құстары және олардың жаратылыстағы ерекшеліктері 75 KB
  Саят құстары және олардың жаратылыстағы ерекшеліктері Академик Әлкей Марғұлан Дала данышпанының таяуда табылған €œСаят құстары€ атты зерттеу мақаласы өз өмірінің қысылтаяң тұстарында жазылған. 1934-1939 және 1947-1953 жылдары академиялық іргелі ғылыммен айналысудан ше
14888. ТҮРКІСТАННЫҢ ИСЛАМ ӘЛЕМІНДЕГІ ЕРЕКШЕ ОРНЫ 101.5 KB
  ТҮРКІСТАННЫҢ ИСЛАМ ӘЛЕМІНДЕГІ ЕРЕКШЕ ОРНЫ Мұртаза БҰЛҰТАЙ Ислами әдебиеттерде көбінесе €œЙесе€ Йеси деп аталатын заманауи Түркістан шаһарының діни тарихи әлеуметтік маңызын екшемес бұрын €œТүркістан€ сөзінің мағнасын сәл талдап көрелік. VIIғасырда Орта Аз
14889. ҚАЗАҚТЫҢ ҰЛТТЫҚ АҒАШ ОЮ-ӨРНЕГІНІҢ ЭТНО-МӘДЕНИ ҚЫЗМЕТІ 56.5 KB
  ҚАЗАҚТЫҢ ҰЛТТЫҚ АҒАШ ОЮӨРНЕГІНІҢ ЭТНОМӘДЕНИ ҚЫЗМЕТІ F. Құрманқұлова Ы.Алтынсарин атындағы № 49 мектепгимназия Тараз қ. Қазақстан Республикасының Президенті Н.Назарбаев өзінің 2003 жылғы 4 сәуірде Қазақстан халқына арналған Жолдауында Біз өз мәдениетіміздің құ...
14890. ҰЛТТЫҚ ҚОЛ ӨНЕР - ЭСТЕТИКАЛЫҚ ТӘРБИЕНІҢ НЕГІЗІ 40.5 KB
  ҰЛТТЫҚ ҚОЛ ӨНЕР ЭСТЕТИКАЛЫҚ ТӘРБИЕНІҢ НЕГІЗІ Ахман Сұхбан Л.Н.Гумилев атындағы Еуразия Ұлттық университеті Астана қаласы Халқымыз қолөнерді ертеден қастерлеп бағалай білген. Атадан балаға ұласып келе жатқан осы дәстүр кейбір жерлерде ұмытыла бастағ...
14891. ЭТНОМӘДЕНИЕТ ҚҰНДЫЛЫҚТАРЫ – ОТАНСҮЙГІШТІК ҚАСИЕТТЕРДІ ҚАЛЫПТАСТЫРУ ҚҰРАЛЫ 44 KB
  ЭТНОМӘДЕНИЕТ ҚҰНДЫЛЫҚТАРЫ ОТАНСҮЙГІШТІК ҚАСИЕТТЕРДІ ҚАЛЫПТАСТЫРУ ҚҰРАЛЫ Ә.О. Қамақ Тараз мемлекеттік педагогикалық институты Тараз қ. Адамзат тарихының беттерін ақтара отырып әлем құрлықтарында өмір кешкен халықтар ғасырлар бойы тәуелсіздік үшін күрес
14892. ҰЛТТЫҚ ӨНЕР ШЕБЕРІ С.А. ТӨЛЕНБАЕВТЫҢ ШЫҒАРМАШЫЛЫҒЫ 50.5 KB
  ҰЛТТЫҚ ӨНЕР ШЕБЕРІ С.А. ТӨЛЕНБАЕВТЫҢ ШЫҒАРМАШЫЛЫҒЫ А.Ә. Сихаев. Н.Б. Раимов Тараз мемлекеттік педагогикалық институты Тараз қ. Бұл мақаладағы біздің мақсатымыз қазақтың топ оюөрнек өнерінің тарихи сыры мен оны дамытушы шеберлердің маңызын аша түсу болып санала
14893. Ұлттық суретшілердің рухани әлемі 126.5 KB
  Ұлттық суретшілердің рухани әлемі Қазақстан Республикасы мемлекеттік саясатының әлеуметтікмәдени дамуы жөніндегі тұғырнамасында Республикада тұратын барлық халықтар мәдениетінің өзіндік ерекшелігіне тиісті көңіл бөлінетіндігі және кез келген мәдениет қайтала
14894. Ұлттық театрды дамытудағы шешендік өнердің орны 197.5 KB
  Ұлттық театрды дамытудағы шешендік өнердің орны Жұмыстың жалпы сипаттамасы Зерттеудің өзектілігі. Театр мен шешендік өнер адам баласының ақылой мен сезім пернелерін сөз бен іс арқылы білдіруге талпынған пиғылынан туындаған рухани негізі ортақ екі түрл...
14895. Этнос туралы ұғым. Этностардың пайда болу заңдылықтары 199 KB
  €œЭтнос€ туралы ұғым. Этностардың пайда болу заңдылықтары €œЭтнос€ гректiң еtпоs тайпа халық деген сөзiнен шыққан. Ғылымда €œхалық€ терминiнiң орнына €œэтнос€ терминi орынды қолданыла бастады. Бұл термин этностың негiзгi тарихи түрi €œтайпа€ €œұлыс€ €œнар