Интегральная оптика для систем передачи и обработки информации - Семенов А.С.
ISBN 5-256-00738-6
Скачать (прямая ссылка):
В ИО-модуляторах бегущей волны, выполненных на основе OB на GaAs, полоса частот модуляции может быть более расширение ной, чем в модуляторах на LiNbOs- В настоящее время разработаны ИО-модуляторы бегущей волны на основе GaAs1 которые выполнены по схеме волноводного интерферометра типа Маха — Цендера на -полосковых OB и обеспечивают на А,= 1,15 мкм при L'1/2 = 17,3 В глубину модуляции 99% в полосе 6,5 ГГц [166]. В [167] сообщается о разработке двух вариантов ИО-модуляторов бегущей волны поляризационного типа на основе GaAs, в которых на Л= 1,3 мкм достигнута глубина модуляции свыше 90% при /У 1/2 =11 В В полосе 16 ГГц И при U 1/2 = 38 В в полосе свыше 20 ГГц. При этом удельная потребляемая СВЧ-мощность в подобных модуляторах становится сравнимой с удельной потребляемой мощностью аналогичных (модуляторов на основе LiNbO3.
6.6. АКУСТООПТИЧЕСКИЕ МОДУЛЯТОРЫ И
ДЕФЛЕКТОРЫ
Поверхностные акустические волны (ПАВ) также используются для периодической імодуляции показателя преломления OB, которая вызывается механическими напряжениями, возникающими при возбуждении ПАВ в планарном волноводе. Из множества известных типов ПАВ в планарных акустооптичес-ких устройствах используются в основном волны Рэлея, у которых имеются две составляющие деформации: продольная (в направлении распространения волн) и поперечная (в направлении нормали к поверхности твердого тела). В слоистой структуре фазовая скорость ПАВ при длинах волн, сравнимых с толщиной слоя, зависит от частоты, поэтому ПАВ обладают дисперсией.
'Возбуждение ПАВ осуществляется преимущественно пьезопре-образователями, которые представляют собой планарную двухфазную систему встречно-штыревых электродов, нанесенную на поверхность пьезоэлектрика. Такие пьезопреобразователи достаточно эффективны. Для каждого материала существует оптимальное число пар электродов, при котором потери минимальны, а полоса частот максимальна.
Модуляторы на основе ПАВ позволяют сконцентрировать энергию упругих волн вблизи поверхности подложки с OB, пьезопреобразователи для ПАВ миниатюрны и изготавливаются методами планарной технологии. Поэтому ПАВ широжо применяются в интегральной оптике [29, 77—83]. Тонкопленочные акустооптические устройства дифракционного типа могут также применяться в ОИС для обработки оптических сигналов. Наиболее существенными параметрами в этом случае являются эффективность дифракции, полоса рабочих частот, быстродействие и число разрешимых положений светового пучка.
Наибольшей эффективностью обладают модуляторы, работающие в режиме брэгговской дифракции. На рис. 6.8 показана картина дифракции оптического волноводного пучка на дифракционной решетке, создаваемой бегущей акустической волной р. OB.
.147 Рис. 6.8. Дифракция оптического волноводного пучка на ПАВ в пла-нарном OB )
Для осуществления дифракции Брэгга апертура ПАВ (длина взаимодействия L между оптическим и акустическим пучками) должна удовлетворять условию 1>Л2Д (Л — длина ПАВ), а угол падения оптического пучка должен равнять углу Брэгга 0Б> который определяется соотношением (2.7). Максимальную глубину модуляции (или дифракции) можно определить из следующего выражения [19, 29]:
T1 = Sin2 [(лД) (IO7 AJ2 Pa Г L/2 а)1 /2], (6.14)
где M2=IifbP2Ipvа3; р — соответствующая !компонента тензора фотоупругости; р — плотность ,материала OB; va — скорость акустических волн; Pa — полна» акустическая мощность; Г — интеграл нерекрытия поля моды OB и возмущения диэлектрической проницаемости е OB; а — толщина акустического пучка.
Модуляторы, основанные на дифракции Брэгга, можно использовать в качестве дефлекторов и переключателей. Если частоту акустического сигнала поддерживать постоянной, то оптический пучок можно отклонить на угол 20Б. И наоборот, меняя частоту акустической волны, можно менять углы дифракции (отклонения) оптического пучка.
При отклонении оптических 'волноводных пучков важным параметром являете» число разрешимых точек N. Есл'И оптический пучок имеет ширину Ь, удовлетворяющую условию А, то после акустической дифракционной решетки в диаграмме излучения в дальней зоне будет наблюдаться ряд дифракционных максимумов, которые имеют угловую ширину, определяемую по спаду интенсивности J їв 2 раза:
A Q1 = XIb (6.15)
с угловым разделением максимумов
AQ2 = VA- (6.16)
При изменении длины ПАВ относительно А, точно удовлетворяющей условию Брэгга, оптический пучок сканируется по углу, а его интенсивность меняется вдвое в диапазоне углов
Д03 = 2 A/L. (6.17) Количество разрешимых точек
N = AQ3IAO1 = 2 Ab/XL. (6.18)
.148 Другой важной характеристикой сканирующих устройств является частотный диапазон акустического сигнала, в пределах которого они могут эффективно работать. Уменьшение вдвое интенсивности дифрагирующего оптического пучка, связанное с угловой отстройкой 0Т условия Брэгга, определяет верхний предел частотного диапазона:
Af лі 2 v&A/KL. (6.19)
Для увеличения этого диапазона устройств применяются преобразователи более сложной конструкции ,и структуры по сравнению со встречно-штыревым преобразователем — аподизирован-ные и изогнутые, веерообразные, последовательно включенные и др. [77]. Следует иметь в виду, что частотные зависимости эффективности акустооптического взаимодействия для ТЕ- и ТМ-мод в оптических волноводах различны [168].
