Интегральная оптика для систем передачи и обработки информации - Семенов А.С.
ISBN 5-256-00738-6
Скачать (прямая ссылка):
Используя резонансные свойства периодических решетчатых структур, можно таїкже модулировать интенсивность излучения в OB с помощью управления дифракционной эффективностью стационарной фазовой решетчатой структуры. Возможность такого вида модуляции интенсивности излучения при возбуждении объемных и поверхностных акустических волн экспериментально исследовалась в полупроводниковых и ХСП-волноводах на стационарных фазовых дифракционных решетках. Модуляторы такого типа расширяют возможности известных дифракционных планарных волноводных модуляторов и, по-видимому, найдут применение в интегральной оптике.
6.7. ИСТОЧНИКИ ИЗЛУЧЕНИЯ для ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ связи И ОПТИЧЕСКИХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ
Полупроводниковые инжекционные лазеры и светоизлучающие диоды являются наиболее подходящими источниками излучения для линий передачи и обработки информации. Малые размеры излучающей области (сравнимые с характерными поперечными размерами ВС и OB), высокое быстродействие и прямая токовая модуляция, совместимость с другими устройствами интегральной оптики в монолитных или гибридных ОИС, достаточно большая эффективность преобразования тока накачки в оптическое излучение, рекордно большие сроки службы ставят эти полупроводниковые излучатели вне конкуренции с другими источниками оптического излучения.
Светоизлучающие диоды. К достоинствам СИД относятся простота конструкции, линейность излучаемой мощности в большом диапазоне токов инжекции, высокая надежность и дешевизна. Недостатками являются широкая линия излучения (20...100 нм), невысокие внешняя квантовая эффективность и энергетическая яркость, широкая диаграмма направленности. Конструкция СИД должна обеспечивать минимальное внутреннее перепоглоще-
.149 ниє оптического излучения и максимально »возможную эффективность его ввода в ВС и OB. Обычно доля выводимого наружу излучения у СИД составляет 1 ...6%. По конструкции СИД делятся на два основных типа: поверхностные и торцевые.
Поверхностные СИД изготавливаются на основе гомоперехода или двойной гетероструктуры монокристаллических полупроводниковых соединений A111Bv, обеспечивающих наивысшую эффективность излучательной рекомбинации. Активная область СИД, в которой происходит рекомбинация, излучает через выходную поверхность прибора только в конусе углов меньших, чем угол полного внутреннего отражения на границе кристалла с окружающей средой. Поэтому диаграмма направленности излучения СИД при плоской выходной поверхности будет близка к ламбертовской (/0 aj/ocos 0). Для увеличения энергетической яркости в СИД поверхностного типа используются активные области малой площади и высокие плотности тока инжекции. Последние требуют применения конструкции, обеспечивающей наименьшее тепловое сопротивление активной области. Мощность излучения поверхностного СИД, выводимая в окружающую среду, равна [5]
P = BAQ « Pbh T (nj2nf, (6.20)
где В — энергетическая яркость; Л — площадь излучающей поверхности СИД; О — телесный угол излучения; Рви — мощность, генерируемая внутри кристалла; T — коэффициент пропускания, учитывающий ,потери на поглощение при прохождении через кристалл и потери, обусловленные отражением на границе кристалла и внешней среды. Если предположить, что .площадь активной области Л а «Л, TO
В ^T ^bhJU (п012п)Ч.:, (6.21) '
где п и п0 — показатели преломления активной области СИД и внешней среды соответственно; J — плотность тока; U — напряжение на р—га-щереходе СИД. Обеспечив незначительные внутренние потери на поглощение и высокий коэффициент отражения излучения на задней поверхности диода, можно почти вдвое увеличить яркость по сравнению с определяемой формулой (6.21). Это достигается в поверхностных СИД с двойной гетерострукту-рой.
Непосредственная стыковка поверхностного СИД с волоконным световодом (рис- 6.9) приводит к значительным потерям мощности излучения. Если излучение с диаграммой направленности, пропорциональной cos'"8 (т^ 1), вводится в ВС с площадью сердцевины, большей или равной Л, и невысокой числовой апертурой NA, то при учете только меридиональных лучей потери при стыковке составят [3]
а = 10 Ig {2Щт + 1.) (NAf]]. (6.22)
Следовательно, при т= 1 (ламбертов источник) и A71 = 0,l потери ,составят 20 дБ.
.150 Рнс. 6.9. Непосредственная стыковка ВС с СИД на основе двойной гетероструктуры GalnAsP/InP [5]:
/ — контактный слой я-1пР; 2— подложка п-InP; 3 — ВС; 4-п-InP; 5 — р-GaInAsP; 6 — активная область; 7 —p-InP; S — защитный слой SiO2; S — контактный слой р-InP; 10 — хладопровод
Для уменьшения потерь при стыковке можно использовать микролинзы, нанесенные на излучающую площадку СИД или торец ВС. По сравнению с непосредственным торцевым соединением СИД с ВС применение ВС со сферическим торцом увеличивает эффективность ввода излучения в 3—5 раз. Использование СИД со сферическими линзами (рис. 6.10) дает рост эффективности ввода излучения в 15—20 раз. Максимум эффективности ввода излучени» в ВС при использовании сферических линз и поверхностных СИД имеет место при отношении диаметров ВС и излучающей площадки СИД, не превышающем 5 (для ВС с ATl = 0,2) и 2,5 (для ВС с NA = 0,4) [115].
