Интегральная оптика для систем передачи и обработки информации - Семенов А.С.
ISBN 5-256-00738-6
Скачать (прямая ссылка):
В настоящее время исследования оптических волноводных методов обработки информации направлены на разработку и построение оптических волноводных процессоров для обработки сигналов (ОИС для обработки сигналов) и оптических волноводных процессоров для цифровой оптической обработки данных (логические и цифровые ОИС). В них используются интегральные операции фурье^гареобразования в планарных OB, на основе которых построены различного типа интегрально-оптические спектроаиали-заторы, корреляторы и конвольверы высокочастотных сигналов; электрооптические аналого-цифровые и цифро-аналоговые методы преобразования сигналов; разнообразные методы построения логических и цифровых ОИС, основанные на нелинейных свойствах как материала самого OB (внутренняя нелинейность), так и внешней обратной связи [83].
В оптически управляемых ИО-устройствах и ОИС используется нелинейная зависимость показателя преломления или поглоще-' ния материала OB от поля световой волны, обусловленная главным образом нелинейной восприимчивостью третьего порядка [85]. Наиболее пригодны для этих целей OB на основе полупроводниковых соединений A111Bv, в частности GaAs. Что касается методов построения коммутирующих ОИС, то, по-видимому, самым перспективным является волноводное переключение и коммутация с помощью электрооптически управляемых направленных ответвителей на основе связанных канальных или полосковых OB, хотя практический интерес представляют и другие типы волноводных коммутационных элементов.
При разработке и создании ОИС для обработки информации основными проблемами являются выбор материалов для OB и ОИС в целом и базовых волноводных элементов, на основе которых могут быть построены различные функциональные ОИС. Для построения волноводного тракта ОИС применяются различные типы трехмерных (канальных и полосковых) OB. Выбор того или иного типа OB определяется конструктивно-технологическими и схемотехническими особенностями построения конкретных ОИС с учетом свойств самих OB. Основными базовыми волноводными элементами ОИС могут служить волноводные переключатели на
.168 основе электрооптически управляемых направленных ответвителей, пересекающихся или разветвляющихся OB, электрооптически управляемые волноводные интерферометры (модуляторы) типа Маха — Цендера, волноводные F-образные разветвители и соединители, а также пассивные волноводные фокусирующие и дифракционные элементы. Наряду с перечисленными другими необходимыми активными элементами ОИС для обработки информации являются источники излучения (полупроводниковые лазерные диоды) и фотоприемники, электро- и акустооптически управляемые дифракционные элементы, предназначенные для модуляции и отклонения оптических пучков в планарных OB с помощью электрооптического эффекта либо ПАВ. Рассмотренные базовые волноводные элементы, как правило четырехполюсные, хорошо стыкуются между собой и с другими оптическими элементами и допускают большую гибкость в реализации сложных ОИС на общей подложке в гибридном или монолитном исполнении.
ляются интегрально-оптические спектроанализаторы аналоговых высокочастотных сигналов (ОИС-спектроанализаторы). Схема ОИС-спектроанализатора приведена на рис. 7.1. В зависимости от вида взаимодействия световой волны с возмущением в OB различают акустооптические и электрооптические ОИС-спектроанализаторы электрических высокочастотных сигналов. Электрооптические ОИС-спектроанализаторы не получили пока еще широкого распространения на практике из-за ограниченного динамического диапазона обрабатываемых сигналов и требуют дальнейших исследований. Подавляющее большинство работ в этом на-правлении посвящено исследованиям и созданию акустооптиче-ских ОИС-спектроанализаторов, в которых для обработки электрического сигнала используются ПАВ [81, 83].
Типичный ОИС-спектроанализатор состоит из следующих основных частей: входного преобразователя электрического сигнала в пространственно-модулированный оптический сигнал, вклю-
7.3. СПЕКТРОАНАЛИЗАТОРЫ АНАЛОГОВЫХ ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ СИГНАЛОВ
Наиболее разработанными в настоящее время яв-
SM
S(t) — входной сигнал; / — полупроводниковый лазер; 2 — планарный OB; 3, 5 — планар-лые волноводные линзы; 4 — встречно-штыревой преобразователь; 6 — линейка фотодетекторов; 7, S- поглотители ПАВ и оптического (недифрагировав-шего) пучка соответственно
Рис. 7.1. Схема ОИС-спект-роанализатора на ПАВ:
2
7
.169 чающего приемник входного электрического сигнала, смеситель и усилитель промежуточной частоты и встречно-штыревой преобразователь для возбуждения ПАВ; оптической волноводной системы, осуществляющей с помощью планарных волноводных линз формирование в OB параллельного пучка оптического излучения от внешнего состыкованного с OB полупроводникового лазера и фурье-преобразование пространственно-модулированного оптического сигнала; выходного преобразователя оптического сигнала в электрический, представляющего собой линейку или матрицу фотоприемников. Такой ОИС-спектроанализатор может быть выполнен в виде гибридной ОИС на основе планарного OB из ниобата лития либо аморфного диэлектрика (например, Ta2O5 или ХСП) с изолирующим слоем SiO2 на кремниевой подложке, состыкованной с полупроводниковым лазером и матрицей фотоприемников [83].
