Интегральная оптика для систем передачи и обработки информации - Семенов А.С.
ISBN 5-256-00738-6
Скачать (прямая ссылка):
Управляемые направленные ответвители на связанных OB со ступенчатым фазовым рассогласованием ±A? могут быть выполнены многосекционными с четным числом секций управляющих электродов [163]. В этом случае фазовые диаграммы состояний переключателя оказываются более сложными.
В общем случае электрооптические переключатели на основе направленных ответвителей чувствительны к поляризации световых волн. В коммутирующих ОИС для обработки информации это не представляет особой трудности, так как в OB всегда можно задать необходимую поляризацию световых волн. При использовании таких переключателей и коммутирующих ОИС на их основе в BOJIC необходимо учитывать чувствительность переключателя к поляризации излучения. Радикальным решением этой проблемы является разработка оптических переключателей, нечувствительных к поляризации, в которых электрическое поле одинаковым образом воздействует на моды ортогональных поляризаций. Выбором специальной системы электродов либо соответствующей ориентации монокристаллической подложки ниобата лития можно создать переключатели и модуляторы, нечувствительные к по-144 ляризации [19]. При разработке ОИС на основе полупроводниковых соединений A111Bv, обладающих оптической изотропностью, проблема создания поляризационно-нечувствительных переключателей и модуляторов может быть существенно упрощена.
6.5. ЭЛЕКТРООПТИЧЕСКИЕ МОДУЛЯТОРЫ БЕГУЩЕЙ
ВОЛНЫ
Как уже отмечалось, быстродействие и ширина полосы интегрально-оптических модуляторов и переключателей света различных типов, использующих электрооптический эффект, в основном определяются конфигурацией и схемой включения электродов. Принято различать модуляторы с электродами в виде сосредоточенной цепи и передающей линии с согласованными им-педансами. Все ранее рассмотренные модуляторы относятся к первому типу, и их быстродействие ограничено характерным временем т, зависящим от значений RnC цепи. В настоящее время предельная частота модуляции в таких модуляторах на основе LiNbO3 достигает порядка 1,5 ГГц [74]. Если же использовать передающую линию бегущей волны, то быстродействие и эффективность модуляции определяются частотой модулирующего сигнала и различием фазовых скоростей оптической и модулирующей волн в модуляторе. Кроме того, параметрами модулятора, влияющими на его характеристики, являются: электрооптические коэффициенты кристалла Гц, затухание модулирующей СВЧ-волны ам, диэлектрическая проницаемость кристалла е на частоте модулирующей волны, от значения которой зависит ее фазовая скорость и волновое сопротивление линии.
Как показывают оценки, применение асимметричных микротю-лосковых СВЧ-линий бегущей волны позволяет создавать модуляторы на основе LiNbO3 с шириной полосы модуляции до 10...18 ГГц. В основном разрабатываются и исследуются модуляторы бегущей волны трех типов: фазовые на одном полосковом или канальном волноводе, амплитудные на связанных OB и модуляторы интерферометрического типа. На рис. 6.7,а показан фазовый электрооптический волноводный модулятор бегущей волны. Фазовые модуляторы требуют дополнительных устройств при использовании в линиях связи, а модуляторы на связанных OB имеют довольно сложную конфигурацию электродов, на которые должны подаваться два независимых модулирующих сигнала. Интерферо-метрические модуляторы бегущей волны наиболее перспективны для ВОЛС.
На рис. 6.7,6 показана зависимость волнового сопротивления Zb от геометрии и параметров электродов. Видно, что при отношении w/d^a\ волновое сопротивление симметричной копланар-ной линии Zb = 50 Ом. Следует иметь в виду, что волновое сопротивление линии Zb зависит и от коэффициента ам, определяемого толщиной металлического электрода. Для снижения модулирующего напряжения целесообразно уменьшать зазор d. При
.145 Рис. 6.7. Фазовый электрооптический волноводный модулятор бегущей волны на канальном OB в LiNbO3 (а) и зависимость волнового сопротивления линии Zb для симметричной (/) и асимметричной (2) копланарных линий и копланар-ных СВЧ-волноводов (3) от отношения зазора между электродами d к ширине полоскового электрода w (б)
На рис. 6.7,а: I — подложка LiNbo3; 2 — коплаиариая полосковая линия; 3— канальный OB; 4— лниня модулирующей волиы с волновым сопротивлением Zb; 5 — сопротивление нагрузки До [20J
уменьшении d для сохранения волнового сопротивления СВЧ-линий Zb неизменным (равным волновому сопротивлению СВЧ-трак-та) нужно уменьшать и ширину узкого электрода w, чтобы отношение wjd оставалось неизменным. Однако необходимо учитывать, что при малых w (<10 мкм) затухание СВЧ-волны резко возрастает, поэтому целесообразно выбирать линию с большим значением w.
В настоящее время разработаны ИО-модуляторы бегущей волны интерферометрического типа, которые выполнены на основе канальных диффузионных волноводов в монокристалле LiNbOs Z-ореза, пригодны для работы в диапазоне длин волны 1,3...1,6 мкм и имеют полосу частот модуляции по уровню в 3 дБ до 17 ГГц [164]. В таком модуляторе на X = 0,83 мкм вносимые потери не превышают 7 дБ, U 1/2 = 3,5 В, что соответствует удельной потребляемой СВЧ-мощноети менее 12 мкВтт/МГц. Сравнение ИО-модуляторов бегущей волны, выполненных на LiNbO3 Z-среза по схеме волноводного интерферометра типа Маха—Цендера и управляемого направленного ответвителя с системой электродов в виде копланарной и асимметричной микрополосковой линии соответственно, показывает, что при одной и той же полосе частот модуляции и поперечных размерах канального OB в первом случае требуется примерно в 2—3 раза меньшая управляющая СВЧ-мощность. Таким образом, по потребляемой СВЧ-мощности модуляторы бегущей волны интерферометрического типа по сравнению с модуляторами на связанных OB оказываются предпочтительнее [і165].
