Главная Обратная связь

Дисциплины:

Архитектура (936)
Биология (6393)
География (744)
История (25)
Компьютеры (1497)
Кулинария (2184)
Культура (3938)
Литература (5778)
Математика (5918)
Медицина (9278)
Механика (2776)
Образование (13883)
Политика (26404)
Правоведение (321)
Психология (56518)
Религия (1833)
Социология (23400)
Спорт (2350)
Строительство (17942)
Технология (5741)
Транспорт (14634)
Физика (1043)
Философия (440)
Финансы (17336)
Химия (4931)
Экология (6055)
Экономика (9200)
Электроника (7621)






Классификация и применение интегрально-оптических систем



 

Интегральная оптика зародилась в начале 70-х годов ХХ века на стыке современной оптики и квантовой электроники. Она изучает процессы генерации, распространения и преобразования оптического излучения в очень тонких прозрачных пленках (слоях) - пленочных волноводах и базируется на достижениях современной оптики и квантовой электроники, техники СВЧ, полупроводниковой электроники, физики кристаллов, а также технологии полупроводниковых приборов и интегральных электронных микросхем.

Интегрально-оптические системы содержат тонкопленочные генераторы излучения, пленочные волноводы, модуляторы, дефлекторы, направленные ответвители, фотодетекторы и другие элементы, выполненные на базе одного технологического процесса и на общей подложке.

Основу структуры представляет плоский диэлектрический волновод. Волноводные структуры могут быть сформированы на поверхности или в объеме диэлектрической подложки технологическими методами, близкими к методам создания электронных интегральных микросхем. Размещая на той же подложке источник и приемник излучения, и элементы, предназначенные для преобразования оптического излучения (модуляторы, дефлекторы, смесители, фильтры и другие), можно создавать малогабаритные интегрально-оптические устройства с повышенной надежностью, малой потребляемой мощностью и низкими управляющими напряжениями, способные выполнять разнообразные функции.

Рассмотрение общих принципов оптической волноводной обработки информации и методов построения ОИС для информационной техники тесно связано с классификацией ОИС и выбором для них базовых волноводных элементов и материалов. Оптические интегральные схемы можно классифицировать по различным признакам: по принципам построения, назначению, типу применяемых материалов и т. д. С практической точки зрения наиболее существенное различие ОИС связано с возможностью или необходимостью их стыковки с волоконными световодами.

В зависимости от типа соединений можно выделить три основных вида ОИС:

· требующие стыковки с волоконными световодами на входе и выходе;

· требующие стыковки с волоконными световодами только на выходе;

· не требующие стыковки с волоконными световодами.

Оптические интегральные схемы второго и третьего видов на входе стыкуются либо с излучателем (обычно полупроводниковым лазерным диодом), либо с другой ОИС, а ОИС третьего вида на выходе стыкуются либо с фотоприемниками, либо с другой ОИС.



С точки зрения функционального назначения можно выделить три основных класса ОИС для обработки информации:

· аналоговые ОИС для обработки сигналов;

· цифровые и логические ОИС для вычислительной техники;

· коммутирующие ОИС.

Примерами ОИС первого класса могут служить интегрально-оптические спектроанализаторы высокочастотных сигналов, корреляторы, конвольверы аналоговых и цифровых сигналов, аналого-цифровые преобразователи (АЦП) и цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП). К ОИС второго класса следует отнести арифметические и логические ОИС, мультистабильные ОИС и некоторые другие. Перечисленные ОИС по типу входных и выходных соединений относятся, как правило, к третьему виду. Наиболее разработанными в настоящее время являются коммутирующие ОИС, такие, как многоканальные переключатели и матричные коммутаторы, которые в силу своей универсальности могут быть выполнены, как ОИС всех трех видов. Оправданность предложенной классификации ОИС для обработки информации будет ясна из дальнейшего рассмотрения примеров конкретной реализации различных ОИС.

Интегрально-оптические устройства используются:

· в волоконно-оптических системах связи для пространственно-временного преобразования оптических сигналов, их частотной селекции, а также для «уплотнения» сигналов в оптических каналах;

· в системах обработки и хранения оптической информации (интегрально-оптические анализаторы спектра, корреляторы, аналого-цифровые и цифроаналоговые преобразователи);

· в качестве датчиков физических величин: температуры, давления, напряженности электрического поля и др.

Основой любого интегрально-оптического устройства являются оптические интегральные микросхемы (ОИС). Имеется два основных типа оптических интегральных микросхем.

К первому типу относятся монолитные схемы, в которых все элементы выполнены из одного материала. Так как подавляющее большинство оптических интегральных схем требует источников света и приемников, которые могут быть изготовлены только из активных материалов, монолитные интегральные схемы выполняются на основе активных материалов, например полупроводников.



Ко второму типу относятся гибридные схемы, в которых два или несколько видов материала каким-либо технологическим способом объединяются для оптимизации характеристик оптических элементов, входящих в состав оптической интегральной схемы.

Гибридные схемы обладают более широким спектром выполняемых операций, но из-за тепловых деформаций и вибраций возможно рассогласование элементов и даже отказы схемы. Вследствие этого по мере развития технологии доля используемых монолитных оптических интегральных схем возрастает.

В настоящее время разработаны практически все элементы, необходимые для создания интегрально-оптических схем: планарные волноводы с малыми потерями, элементы связи для ввода света в волновод и вывода из него, пленочные переключатели, ответвители, модуляторы, источники света и фотодетекторы, а также линзы, призмы, отражатели, поляризаторы и другие оптические элементы в тонкопленочном исполнении.

 

 


Эта страница нарушает авторские права

allrefrs.ru - 2019 год. Все права принадлежат их авторам!