Что такое оптические интегральные микросхемы?

Оптическими называют такие ИМС, которые используют электромагнитные излучения оптического диапазона. Они, в отличие от оптоэлектронных ИМС, не превращают оптические сигналы в электрические и наоборот, а обрабатывают непосредственно оптические сигналы.

Назначения. Основным назначением оптических ИМС является генерирование и непосредственная обработка электромагнитного излучения оптического диапазона для повышения быстродействия, плотности компоновки, помехоустойчивости, уменьшение потерь энергии.

Классификация. Оптические ИМС, как и обычные, классифицируют по конструктивно-технологическим исполнением. Различают полупроводниковые, пленочные и гибридные оптические ИМС. Сегодня развитые пленочные оптические ИМС. Оптические ИМС классифицируют также по выполняемым функциям. Выделяют оптические интегрированные передатчики, модуляторы, ретрансляторы, приемники и т.д.

Условные изображения и обозначения. Оптические ИМС собственной системы условных изображенний и обозначений не имеют. Как и другие ИМС, на схемах их обозначают квадратами или прямоугольниками с указанием или без указания
выполняемых функций. В условном их познании на первом месте стоит цифра «3», означает «другие» ИМС.

Строение. Поскольку сейчас крупнейшего развитие получили пленочные оптические ИМС, то их строение подобно строению обычных пленочных ИМС. Основными элементами их конструкции является стеклянная подложка, плоские диэлектрические
световоды с дифракционной решеткой и без них, направленные оптические разветвители, устройства ввода и вывода информации, световодные лазеры и тому подобное. Типовые конструкции плоских диэлектрических световодов приведены на рис. 1. В них, как и в объемных световодах, сердцевина должна быть оптически гуще, чем среда (n2> n3), которая его окружает.

Конструкции плоских диэлектрических световодов

Рис. 1 Конструкции плоских диэлектрических световодов (n2 и n3 показатели преломления светопроводной пленки и подложки):  W = 0,3 … 10 мкм; d = 3 … 100 мкм

Изготавливают плоские диэлектрические световоды как из органических, так и с неорганических материалов, в диапазоне микрометровых волн являются прозрачными и имеют малые потери энергии (табл. 2.17).

Таблица 2.17 Материалы диэлектрических световодов

Материалы диэлектрических световодов

Для ввода светового луча в световод могут быть использованы выпуклые линзы, треугольные призмы, дифракционные решетки, клиновидные пленки, капли фоторезиста (рис. 2).

Ввод светового луча в световод

Рис. 2. Ввод светового луча в световод

Изменение направления распространения света на оборотний (отражения) в световодах достигается созданием на одной из их граней дифракционной решетки (Рис. 3).Дифракционные решетки в плоских световодах

Рис. 3. Дифракционные решетки в плоских световодах

Расстояние между ее штрихами Безымянный должны удовлетворять условие Брэгга:

Безымянный

где m — порядок дифракции.
Направлено ответвления светового потока для обмена мощностью в случае близкого размещения световодов с одинаковыми постоянными распространениями волн достигается изменением направления прохождения световода (рис. 4, а). Желаемого эффекта можно достичь также приложением обратного напряжения до барьера Шотки со стороны одного из
волноводов (рис. 4, б).

Конструкции световодных направленных разветвителей, которые используют: а - связь близко расположенных световодов; б - обратное смещение барьера Шоттки

Рис. 4. Конструкции световодных направленных разветвителей, которые используют: а — связь близко расположенных световодов; б — обратное смещение барьера Шоттки

Безымянный

Рис. 5. Световоды и лазеры (а, б), фотоприемники (в, г)

Кроме рассмотренных выше пассивных элементов, оптические ИМС используют также активные элементы (лазеры, светодиоды, фотодиоды), варианты конструкции некоторых приведены на рис. 5. В изображенных на рис. 5 лазерах торцевые зеркальные отражающий поверхности заменено дифракционной решеткой, которые обеспечивают необходимый положительную распределенную обратную связь. Имея отмеченные выше элементы конструкции, можно обеспечить
непосредственное обработки светового сигнала без преобразования его в электрический сигнал.

Работа. В оптических ИМС для генерации световой энергии могут быть использованы светодиоды или полупроводниковые лазеры, в которых торцевые зеркальные поверхности заменены дифракционной решеткой. Введение светового излучения в световод может быть осуществлено несколькими методами (рис. 2). Все они предполагают использование дополнительных элементов ввода (линзы, призмы, дифракционной решетки, клиновидного конца световода, капли фоторезиста и т.п.), которые направляют световой луч в световод. Распространение света по плоскому световоду происходит подобно тому, как и в его объемном аналоге, то есть оно основывается на явлении полного внутринего отражения светового луча от границы раздела двух смежных сред с различными показателями преломления. Оно наблюдается тогда, когда световой луч падает из оптически более густой среды на границу его раздела менее оптически густой средой под углом, большим предельного.
Направлено ответвления (переключение) световой энергии в оптических ИМС достигается обеспечением связи световодов или их близким размещеннием, или искусственно, например, обратным смещением барьера Шоттки (рис. 4). Модуляцию светового потока в оптических ИМС осуществляется с помощью тонкопленочных модуляторов, основанных на зависимости коэффициента преломления или поглощения света некоторых материалов (ниобата и танталата лития, ферит-граната, отдельных полупроводниковых материалов) от напряженности электрического или магнитного поля. Фотоприемниками световой энергии в оптических ИМС есть некоторые тонкопленочные гетероструктиры, барьеры Шоттки тому подобное.

Свойства. Оптические ИМС имеют все преимущества как ИМС (высокая надежность, обусловленная малым количеством контактов; по сравнению низкая цена и идентичность параметров, обусловленные групповым характером производства), так и положительные черты оптической связи (высокое быстродействие, широкополосность, которая обусловлена высокой частотой электромагнитных колебаний; высокая плотность заполнения оптических каналов и т.д.). А отсутствие взаимных превращений световой энергии в электрическую и наоборот обеспечивает сравнительно малые потери, малые искажения сигналов.

Применение. Оптические ИМС применяют для построения быстродействующих, широкополосных, высокопроизводительных и экономичных систем обработки и передавания информации, в том числе оптических линий связи.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

CAPTCHA image
*