Лазеры сверхкоротких световых импульсов - Херман Й.
Скачать (прямая ссылка):
g = (dlU) J $\E\*dS. (6.3)
s
С помощью выражений (6.1) и (6.2) условие полной 100%-ной модуляции излучения в OB для однородного управляющего электрического поля (см. рис. 6.1,?) может быть представлено в виде
Ulf2L = Pkdln*'rug, (6.4)
где Uif2 — полуволновое напряжение; I — числовой параметр, зависящий от типа волноводного модулятора.
W . ч . и
Lffl
4
6}
Ы
Рис. 6.1. Расположение электродуь электрооптического волноводного модулятора (переключателя):
л — копланарная система электродов для диэлектрических OB с горизонтальной составляющей электрического поля <g її ; б — то же с вертикальной составляющей электрического соля $; в — полосковая система электродов для полупроводниковых OB иа проводящей подложке; / — электроды; 2 — OB; 3 — подложк:
.137 Под шириной полосы ,пропускания частот А/ модулятора (переключателя) обычно понимают разность между двумя ближайшими частотами, на которых эквивалентная глубина модуляции излучения по интенсивности г) уменьшается на 50% (3 дБ) по отношению К Tjmax*
Вносимые И О - у с т р о й с ТВ ом потери а (которые обычно выражаются в децибелах) определяется отношением разности интенсивности излучения на входе /о и ,максимальной интенсивности на его выходе /max К <И H ГЄ H С И В H ОСТИ I0 Г
a= IOlg [(/„-/„„)//„]. (6.5)
Для модуляторов переключающего типа (переключателей) защищенность (изоляция или развязка) G между пространственно разнесенными каналами от переходных влияний, которая определяет уровень перекрестной помехи (отношение сигнал-шум) в данном канале, представляется в виде
G = 10 Ig (IJI1), (6-6)
где G выражено в децибелах; h и I2 — интенсивности оптического сигнала в канале 1 без утечки света из соседнего канала 2 и помехи соответственно. В большинстве волноводных устройств, которые могут работать как переключатели, защищенность между каналами G совпадает с максимальной глубиной модуляции т)тах-
Время переключения т для переключателей связано с шириной полосы А/ соотношением
T =1/2 яд/. (6.7)
Электрооптический эффект, как известно [73, 74], является практически безынерционным. Поэтому на его основе принципи-' ально возможно создание модуляторов и переключателей с быстродействием около 10~12 с и верхней граничной частотой до сотен гигагерц. Однако в реальных условиях оптическая и модулирующая волны имеют различные скорости распространения, поэтому в модуляторах бегущей волны, обладающих наибольшим быстродействием, необходимо принимать специальные меры по согласованию групповых скоростей световой и СВЧ-волн. Если такое согласование не обеспечено, то граничная частота модуляции, обусловленная фазовым рассогласованием волн, есть [73]
/гр ~ с Ins} № L, (6.8)
где с — скорость света в вакууме; е — диэлектрическая проницаемость ,материала OB. Для ниобата лития и реальных параметров модулятора /гр«2 ГГіц. На частотах /</гР емкость системы электродов С определяет ширину полосы модулятора Af (и, следовательно, время переключения т переключателя):
д/=1/лЯС, (6.9)
где R — сопротивление нагрузки, которое должно быть согласовано с выходным сопротивлением ВЧ-генератора. Для копланар-
.138 ной системы электродов (см. рис. 6.1,а, б) их емкость равна [74]
С = гэфЬЖ'(г0)/Ж(г0), (6.10)
где /"о= (2w\/d+ 1)_I; w — ширина электродов; еэф= (ео/2) (1 + + е/ео); єо — диэлектрическая проницаемость вакуума; Ж (го) — полный эллиптический интеграл второго рода; Ж'(то)~ = Ж(Y 1—г2о). Для анизотропных OB, например из ниобата лития, є=(єжєу)1/2, где е* = 28, 8,,=43. Следует отметить, что в достаточно широком диапазоне соотношения размеров электродов их емкость С может быть представлена в виде [73]
С = (2/я) гэф L In [4 (2 w/d + 1)]. (6.11)
Для реальных устройств с емкостью системы электродов около 4 пФ и нагрузкой 50 Ом полоса пропускания составляет 1,6 ГГц.
Целью любой конструкторской разработки волноводного модулятора или переключателя для ОИС является достижение большой ширины полосы пропускания А/ при низкой управляющей мощности P (малом полуволновом напряжении І/і/2)- Один из возможных путей минимизации значения Ui/2L — это оптимизация геометрического параметра d/g. Для получения оптимальной конструкции модулятора (переключателя) необходимо оптимизировать интеграл перекрытия полей g в зависимости от ширины межэлектродного зазора d, ширины распределения поля волноводной моды, используемой конфигурации электродов (определяющей компоненты электрического ПОЛЯ St И S X ) и относительных размеров электродов и OB.
В настоящее время разработано большое число различных типов волноводных модуляторов и переключателей [63—66, 73, 74, ИЗ]. Для различных практических приложений и построения ОИС для обработки информации наиболее перспективны электрооптические модуляторы интерференционного и переключающего типов, модуляторы бегущей волны, электрооптичеокие переключатели на связанных OB, акустооптические модуляторы и дефлекторы и некоторые другие устройства.
6.2. ЭЛЕКТРООПТИЧЕСКИЕ МОДУЛЯТОРЫ
ИНТЕРФЕРЕНЦИОННОГО ТИПА
