Щука А.А. Электроника (2005) (1152091), страница 123
Текст из файла (страница 123)
С помощью многократных ростовых операций и селективного травления на одной пластине размещены электронные устройства и фотонные устройства. Пространственное разделение фотонной и электронной частей может производиться как путем вертикальной, так и горизонтальной интеграции (рис. 7.6).
Рис. 7.В. Схема вертикальной и горизонтальной интеграции электроники и фотоники ВеРтикально-интегрированной стрултуре различные слои материалов разделены полу"золирующимн материалами такой толщины, чтобы избежать паразитных связей между различными участками, )~ недостаткам вертикально-интегрированных структур можно отнести непланарное рас"оложение электрических соелиненнй между фотонными и электронными частями схемы Это затрудняет изготовление сложных схем.
Горизонтальная геометрия позволяет разнести в пространстве электронную н фотонную части и тем самым уменьшить пара- знтные связи. Часть /И. Квантовая и оптическая электронике 888 При проектировании оптических интегральных схем необходимо придерживаться трех принципов: К СохРанение объема сигнала. Это означает, что оптоэлекгРонное пРеобРазование ин. формации должно происходить без потерь информации. Другими словами, объем сит нала определяется соотношением И= Т4г Е =- сопзй где Т вЂ” дличельность сигнал а, Р— ширина спектра частот, б = (п(Р, ! Рь) — — динамический диапазон, Р, -- мощность сигнала, Р„, — мощность шума.
Этот принцип определяет возмо;кносгь изменения па раметров сигнала в процессе оптоэлектронного преобразования. 2, Оптимальность структуры. Этот принцип выражает необратимость фотон-электрон ного и электрон-фотонного преобразования сигнала в одной систеьче.
При оптоэлек тронном преобразовании потери информации должны быль минимальными. С этол целью фотоприемные звенья следует формировать в полупроводнике с меньшей ши риной запрещенной зоны, чем излучающие звенья. 3. Информативность преобразования. Принцип заключается в том, что при равных информационных объемах сигначов в результате оптоэлектронного преобразования информативность ансамбля фотонов больше информативности ансамбля электронов. Это следует из физических свойств электронов и фотонов, Электрон обладает зарядом и спином и вектор скорости электрона при его движении определяется векторами внешнего электрического и магнитного полей. Фотон двизкется с постоянной скоростью и независимо от внешних электромагнитных полей.
На рис. 7.7 приведена интегрально-оптическая схема, выполняющая функцию спектроанализатора. Рис. 7лъ Интегрально-оптическая схема слектроанализатора. 1 — генератор света (лазер), 2 в градиентные линзы Френеля; 3 — встречно-штыревой преобразователь поверхностной акустической волны, 4 — фотодетектор; 5 в валновод; б — слой оксида цинка; 7 в подложка На кремниевой подложке нанесен слой оксида цинка, использующийся в качестве элеи троакустического преобразователя. Дифракционные линзы Френеля обладают высокой дифраьционной эффекгивносг костью (> 90%) при небольшой мощности потоков (> 200 мВт]. Сложный высокочастотный сигнал возбуждает поверхностную акустическую волну го карти. (ПАВ) и создает в передней фокальной плоскости Фурье-линзы соответствующую к р " ю ПАВ ну Распределения пространственных частот.
Эта картина движется со скоростью аисгвеиКоллимированный пучок дифрагирует на определенном распределении пространс ние, ко. ных частот. Частотному спектру радиосигнала соответствует Фурье-преобразовали торос фокусируегся в плоскости линейки фотодетекторов, 589 7, Введение в интегральную оптику Подложка спектроанализатора изготавливаетоя из кремния. Так как кремний не обладает пьезоэлектрическими свойствами, то наносится акустооптическая пленка.
Кремниевая подложка позволяет интегрировать элементы. Например, изготавливать пленочные линзы Люнеберга н другие элементы. Такого типа интегр;пьно-оптическис спсктроанализаторы работают в полосе частое до 500 МГц с лазерным источником в ближнем ИК-диапазонс, >!?оно>п>т>гь>е лнтеграиьло-оплцшескле схемы изготавливают в основном на базе соедннс- > ь ний А В'. На рис. 7.8 приведен пример интегрально-оптической схемы, состоящей нз лазера с распределенной обратной связью модулятора и детектора.
Свет переводится из слоя в слой с помощью сужаюгцегося волновода из А!СаАз. В этом волноводном слое должна осуществляться модуляция света. Показатель преломления этого слоя должен быль больше, чем у находящегося под ним слоя. В волноводной области наряду с модуляцией могут быть выполнены функции переключения света, фильтрация, модовая селекция н т. и. Рнс.?.В.
Фрагмент интегрально-оптической схвмы (сгрелквыи обозначены световые потоки) В области детектора промодулированный свет попадает в поглощающую область р — и-перехода на СаАз. Поле обратного смешения превра>цвет электронно-дырочныс пары в фототок. Изготовление монолитных интегрально-оптнчсских схем сопряжено с рядом проблем. Среди главных следует выделить технологические: эпитаксназьное наращивание слоев с нужными электрооптичсскими свойствами, селслтивное травление, рост через маску и др. Решив эти и другис проблемы, можно будет надеяться на создание интегральнооотическнх схслц превосходящих полупроводниковые ИС по скорости обработки информации, высокой помехоустойчивости.
Они найдут широкое применение в системах оптической обработки информации, включая волоконно-оптические линии связи. Особое внимание будет уделено оптическим вычислительным машинам. Контрольные вопросы Что такое юпегральная олз нка! Какие элсмсн гы нлтегрвльнь>з олт>зчвск>зл устройств вы знаств? Что являстсн элементной базой интегральной олзнкн? Часть Ш. Квантовая и опмческая электроника 590 Что прсдсчавлягот собой интегрально-оптические линзы? Что представил~от собой иитеграчьно-оптические модуляторы? Как осувзествляется детектирование опти геских сигналов в устройствах интегральной оптики? 7, Что такое интегрально-оптическая схема7 8, Назовите области перспективного применения интегрально-опгических схем. Рекомендуемая литература 1 Голубков В.
С., Евтихиев Н. Н., Папуловский В. Ф. Интегральная оптика в информационной технике. — Мс Радио и связь. 1985. 2 Курбатов Л. Н, Оптоэлектроника видимого и инфракрасного диапазона спелтра. — Мс Изд МФТИ, 1999. З, Свечников Г. С.
Интегральная оптика. — Киса, Наукова думка. 1988. ч Интегральная оптика. Под ред. Т. Тамира. — М..' Мир, 1978, 8. Введение в оптоэлектронику Опвгоэлектроллка представляет собой раздел электроники, в котором изучаются эффекты и явления взаимного преобразования электромагнитного излучения оптического диапазо- на (0,5 — 20,0 мкм) с электрическими сигналами в твердом теле и методы создания прибо- ров и устройств, использующих эти эффекты для генерации, передачи, хранения и обра- ботки информации.
В оптоэлектронике условно выделяют фотонику и оптронику. В гротонике исследуются методы создания устройств, предназначенных для хранения, передачи, обработки и отображения информации, представленной в виде оптических сиг- назов, В рамках олтроликл развиваются методы создания оптронных схем — электронных устройств с внутренними оптическими связями. Обработка и хранение информации оптическими методами является центральной задачей оптоэлектроники. Оптическая обработка информации основана на использовании в каче- стае носителя информации оптического излучения, а в качестве преобразователей информации оптических и оптоэлектронных элементов.
Отличительной особенностью оптической обработки информации является естественная пространственная многоканальность, которая обеспечивает одномоментную обработку больших информационных массивов. Оптическая обработка информации позволяет производить аналоговые и цифровые операции над информационными сигналами. В зависимости от характера используемого излучения различают когереитную и некогерентную обработку оптической информации. 8.1. Элементная база Отличительной особенностью оптоэлектронных приборов является использование электрически нейтральных квантов оптического излучения, с высокой частотой колебаний и соответственно малым значением длины волны оптического излучения, матой расходимостью светового луча и возможностью его острой фокусировки.
В этом плане наибольшее предпочтение отдается когерентным излучателям. 8 1.1. Некотерентные излучатели ГУекогерелгллые излучатели представляют собой светодиоды на основе полупроводниковой структуры, излучающей свет при пропускаиии тока через р — и-перехол в прямом направлении. различают два механизма возбуждения светодиода: ннжекция носителей заряда и уларная ионизация. В основе спонтанной генерации света лежат процессы инжекции неосновных носителей ~арада в акгивную область р — и-структуры.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
