Диссертация (1097819), страница 50
Текст из файла (страница 50)
Таким образом при заполненииуглубления слоем (рис. 5.23 (е)) до планарной поверхности дальнейшийрост слоя практически прекращается. Пересыщение снимается дополнительной подложкой с максимальной скорость роста, расположенной на расстоянии0.2 · · · 0.3 мкм от основной подложки. После удаления 2 3 в кипящем растворе 3 4 структура промывалась и просушивалась. Таким методом изготавливались волноводный — образный разветвитель, на (рис.
5.24) и волноводнаяструктура (рис. 5.25).Поляризационно — избирательный направленный ответвитель схематическиизображен на рис. 5.24. Известно, что использование погруженных волноводов наоснове гетеропереходов 1− ( =0.4)/ дают высокий коэффициентпередачи. Параметры этих волноводовявляются более гибкими, а потери нарассеяние, более низкими. На рис. 5.24представлена экспериментальная зависимость коэффициента передачи —разветвителя от угла разветвления Θ,определенного как отношение суммарноймощности в двух выходных плечах кмощности во входном плече. Эти данныеРисунок 5.24: Схематическое представлениеразветвителя на погруженных волноводах наоснове гетероструктуры 1− ( = 0.4)/и измереннаязависимость его коэффициента передачи от угларазветвленияΘ.показывают, что на основе погруженных гетероструктурных волноводов изготовленных методом молекулярно — лучевой эпитаксии может быть создан —разветвитель с коэффициентом передачи более 90% (потери ∼ 1 дБ). Известно, что наименьшие потери на изгибах имеют волноводы, поперечные размерыкоторых малы по сравнению с сечением обычного одномодового оптическоговолокна.
При этом возможны потери при стыковке планарных волноводов соптическими волокнами292Рисунок 5.25: Сепаратор мод на основе 1− ( = 0.4)//2(a) и выделенные модыи(б), поляризованный лазерный луч фокусировался объективом МИР — 20 на вход волновода при этомпотери света превышали сотни процентов, прошедший свет регистрировался ЛФД или ФЭУ.Поляризационно — селективную связь внутри волноводов можно получить,если сделать параметры или Δ такими, чтобы они имели сильную зависимость от поляризации.
Разница в показателях преломления подложки и волновода Δ = 0.08 · · · 0.1, предположительно была одинакова для — и —мод волноводов (рис. 5.24). (Создание разного показателя преломления для — и — мод в ветвях 1 и 2 в — ответвителе технологически реализуемо).Следовательно, эффективная ширина волноводов и величина также зависятот поляризации. Эта разница может быть увеличена или уменьшена выборомпараметров волноводов созданных рассмотренной выше технологией. Таким образом; соответствующий выбор параметров волноводов и длины взаимодействия позволяет получить = и = /2.
Как правило, из— за ограничений величины | − | устройство имело относительно большую длину (≈ 1 см). В этом случае при вводе излучения в волновод 1 в немсохранится мода, а мода перейдет в волновод 2. При соблюдении технологических допусков поляризационный расщепитель этого типа является чистопассивным и в нем не нужны электроды, изображенные на рис. 5.25. Однакоэлектродами появляется возможность управления величиной Δ и уменьшениядлины волновода.293Если в один из волноводов введён сигнал единичной мощности, то эффективность передачи во второй волновод на выходе дается выражением(5.5) = cos2 (Δ/2)где — протяженность электродов на участке сдвига фазы.В этом случае зависимость от поляризации достигается за счет того, что наодин из волноводов металлический электрод наносится непосредственно, а надругой — через буферный слой. Металлическая пленка нагружает — модуи изменяет ее постоянную распространения, но практически не влияет на — моду.
Таким образом, Δ можно сделать конечной величиной, в то времякак Δ ∼ 0. Выбрав величину такой, что для излучения, введенного вненагруженный волновод, = /2 и ∼√3 (это необходимо, что-бы избежать потерь — компоненты) мы обеспечим распространение — моды в исходном волноводе, в то время как — мода попадает во второйволновод. На практике трудно удовлетворить одновременно обоим условиям.Для смягчения технологических требований и обеспечения возможности вводасигнала в любой из волноводов можно использовать слабую поляризационнуюзависимость и сильную поляризационную зависимость наведенного электрооптически Δ в полупроводнике.Выводы: Из результатов двулучепреломления кристаллов диарсенида цинка и рассмотренных вариантов структур видно, что диарсенид цинка эффективно сепарирует моды оптических импульсов и в совокупности с волноводами различного типа может быть создан прибор для операции де интерливингаоптических импульсов в волоконно — оптических системах связи работающихв области 1.3 мкм.
Волноводные структуры созданные нами для проведенияэкспериментов изложенных в статье были всего лишь лабораторными структурами [274, 275]. Параметры этих структур могут быть оптимизированы дляконкретных технических задач. Технология получения волноводов допускаетсоздание практически значительно более сложных и совершенных структур длярешения многих задач оптоэлектронных систем.294Рисунок 5.26: Зависимости полосы пропускания от длины волны для разных фильтров Вуда на дифосфидекадмия (1 — 4) и дифосфиде цинка (5 — 6) толщин фильтров42,5.96 —,мкм: 1 —14,2 —173,3 —57,4 —52,5 —32.Оптические фильтры на кристаллах дифосфидов и диарсенидовцинка и кадмия.В работе [276] показано, что диарсенид цинка может является эффективнымфильтром в спектральной области 1.2 ÷ 15 мкм и имеет резкий коротковолновый край с крутизной ∼ 1.6%, причем для поляризованного излучения прикомнатной температуре эта граница составляет 1.32 и 1.28 мкм для поляризаций ‖ и ⊥ соответственно.
Резкими краями и высокой прозрачностьюв полосе пропускания характеризуются при комнатной температуре моноклинные кристаллы 4 , 2 , а также тетрагональные кристаллы соединенийэтой группы.Хроматическая поляризация в бирефрактивных кристаллах находит применение для создания поляризационно — интерференционных фильтров [277,278].Как было показано ранее, среди полупроводниковых кристаллов значительным двулучепреломлением обладают дифосфиды цинка и кадмия [277, 278](2.2, [84, 86, 278]).Спектральные характеристики фильтров Вуда на кристаллах 2 и 2для разных толщин пластинок кристаллов представлены на рис.
2.9. Оси поляризаторов устанавливаются параллельно или перпендикулярно, а оптическая295ось кристаллов лежит в плоскости пластины и составляет по отношению к главным направлениям поляризатора и анализатора угол ±45°.Спектр пропускания интерференционно — поляризационного фильтра имеет максимумы и минимумы в соответствии с соотношениями (2.7 — 2.9, 2.2).Фильтр с таким спектром используется для подавления одних и выделениядругих спектральных линий. Характеристиками фильтров Вуда и Ли являютсяполуширина полосы пропускания 1/2 и добротность [277].
Ширина пропускания фильтра и добротность определяются по формулам:1/2 =2( − ),2(5.6)(5.7) = 2 .Оптимальным считается толщина пластины (5 · · · 30) · − .Для уменьшениятолщины пластин при заданном соотношении 1/2 / используют материалы сбольшими значениями − .На рис. 5.26 (А) представлены зависимости полосы пропускания от длиныволны для разных толщин кристаллов.С увеличением толщины кристалла и уменьшением длины волны происходитсужение полосы пропускания и спектрального свободного интервала. Добротность 1/2 /Δ при этом остается постоянной равной двум.
На рис. 5.26 (В)представлены зависимости произведения 1/2 · от длины волны иллюстрирующие отличия в характеристиках фильтров для 2 и 2 . Для длин волн600 > > 700 нм при равных толщинах избирательность фильтров выше надифосфиде цинка.Для построения узкополосных фильтров могут быть использованы гиротропные свойства кристаллов (2.1). В этом случае основные параметры фильтра (5.6и 5.7):1/2 = − , =( +1) − ( ), − (5.8)(5.9)296Рисунок 5.27: Спектральная зависимость пропускания фильтра от длины волны для системы с кристаллом2где′ =мм для ,град: 1 — 0, 2 — 90.1 (1 − 21 )+2(2 + 1)1 (1 − 21 )+ 201 ,2((2 + 1)2 2 +2(( + 1) − 0 )√︃2 2 + 202 ,2(( + 1) − 0 ) =√︃ = 5.1√︃√︃исдля 2 и 2 соответственно (2.1).На рис.
5.27 представлены спектры пропускания кристалла толщиной 5.1 мм,помещенного между скрещенными поляризаторами, а на рис. 5.28 — зависимости полосы пропускания и 1/2 /Δ от длины волны для такой системы.Как следует из полученных результатов, зависимость полосы пропусканияимеет ассиметричную форму относительно максимума пропускания, кроме того с увеличением длины волны полуширина растет по степенной зависимости.Добротность фильтра колеблется около среднего значения равного двум. Полуширина такого фильтра может достигать десятки нанометров.Таким образом дифосфиды цинка и кадмия могут быть использованы для создания интерференционно — поляризационных фильтров в видимой и ближнейИК — областях спектра. Предпочтение при этом должно быть отдано дифосфиду цинка, из — за более высоких значений .297Рисунок 5.28: Зависимость полуширины линиидля системы с кристаллом2с = 5.11/2мм: 1, 2 —и добротности = 90°;фильтра от обратной длины волны3, 4 — 0°, определенные слева (2,4) и справа(1,3) максимумов пропускания соответственно.5.10Датчики температуры и модуляторы света на тетрагональныхкристаллах дифосфидов и диарсенидов цинка и кадмия.5.10.1 Датчики температуры на тетрагональных кристаллах дифосфидов идиарсенидов цинка и кадмия.В работах [279, 280] описаны датчики температуры проходящего и отражательного типов на основе тетрагональных кристаллов 2 и 2 .
Принципдействия этих датчиков основан не на температурном смещении края поглощения [281, 282], а на температурной зависимости удельного вращения плоскостиполяризации при распространении света вдоль оптической оси. Чувствительность таких датчиков определена на основе экспериментальных кривых спектрального распределения удельного вращения плоскости поляризации света при разных температурах [92, 279, 280]. Влияние температуры на другие физические параметры кристаллов (линейное расширение [89], показатель преломления [97] и др.), определяющих чувствительность датчиков, не учитывалась.Нами исследованы датчики температуры на основе кристаллов 2 и 2и проведен теоретический анализ чувствительности от температуры, параметров кристалла и длины волны зондирующего излучения.
В качестве материалы для датчиков использованы кристаллы полученные газофазным методом.Заданной толщины пластины получены путем скалывания по плоскостям спай-298Рисунок 5.29: Зависимости интенсивности света от времени после включения (А) и выключения (В)нагревателя кристалла2на длинах волн,нм: 1’ —5, 6’ —625,660,6, 7’ —1, 2’ —650,2, 3’ —640,3, 4’ —630,4, 5’ —635,620.ности кристалла или механической полировкой до высокой степени чистоты иплоскопараллельности. Оптическая ось кристалла во всех случаях совпадалас нормалью плоскости пластин и направлением распространения света.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
