Интегральная оптика для систем передачи и обработки информации - Семенов А.С.
ISBN 5-256-00738-6
Скачать (прямая ссылка):
Электрические ИО-АЦП имеют ряд преимуществ перед другими методами аналого-цифрового преобразования. Во-первых, ИО-АЦП такого типа имеют достаточно простую конструкцию, так как на каждый двоичный разряд в этом случае требуется только по од-
га7 IO6 IO3 /.отсчст/с
8
Рис. 7.7. Зависимость максимально допустимой длительности импульса выборки тд от частоты дискретизации f для -значений числа разрядов M= = 2 (/); 4 (2); 6 (3) [80]
Рис. 7.8. Зависимость достижимого числа разрядов N от частоты дискретизации f для Я=0,85 мкм:
1 — мощность аналогового сигнала 10 Вт; 2 — 1 Вт; 3 — длительность импульса выборки тл = 50 пс; / — область, соответствующая модуляторам с сосредоточенными параметрами; // — модуляторам бегущей волны [80]
.179 ному модулятору и одному фотоприемнику. Во-вторых, такой АЦП обеспечивает развязку аналогового сигнала от оптических импульсов, осуществляющих выборку, что устраняет нежелательные искажения сигналов. В-третьих, высокое быстродействие ИО-АЦП (свыше 1 ГГц) с очень короткими импульсами выборки обеспечивается при применении полупроводниковых лазеров с синхронизацией мод. Несмотря на то что полоса пропускания выходных электронных цепей электрооптического ИО-АЦП должна соответствовать частоте дискретизации, ни к одной цепи не предъявляется требование пропускания более широкой полосы, соответствующей спектру коротких оптических импульсов выборки. Разработанные ИО-АЦП представляют собой гибридную ОИС на основе ниобата лития, а в перспективе они могут быть выполнены как монолитные ОИС на основе полупроводниковых соединений A111Bv1 в частности GaAs.
Разработаны и экспериментально реализованы ИО-АЦП и других типов: ИО-АЦП на основе матрицы волноводных модуляторов поляризационного типа или матрицы волноводных электрооптически управляемых модуляторов Фабри — Перо, а также на основе волноводных акустооптических дефлекторов, которые могут быть выполнены в виде составных OB на кремниевой подложке. Общий принцип построения ИО-АЦП остается прежним, изменяется лишь метод преобразования аналогового электрического сигнала в ОИС (рис. 7.9). Однако в этом направлении нужны еще дополнительные исследования.
Наряду с ИО-АЦП разрабатываются и ИО-ЦАП. Для их построения используются волноводные электрооптические модуляторы на основе интерферометра Маха — Цендера и пространственные электрооптические модуляторы на дифракционных решетках в планарном OB [83]. Схема 4-разрядного электроопти-
Рис. 7.9. Схема 4-разрядного электрооптического АЦП на основе волноводных модуляторов Фабри—Перо: / — линейка полупроводниковых лазеров; 2 — зеркала резонатора Фабри—Перо; 3 — подложка с ОИС; 4 — электроды смещения; 5 — сигнальные электроды; 6 — канальные OB; 7 — линейка фотодетекторов; 8— усилители; 9 — компараторы; 10 — усилитель входного аналогового сигнала
.180
Рис. 7.10. Схема 4-разрядного электрооптического ЦАП на основе волноводного модулятора Маха—Цендера:
1 — подложка с ОИС; 2 — интерферометр; 3 — электроды смещения; 4 — сигнальные электроды ческого ИО-ЦАП на основе волноводного модулятора интерфе-рометрического типа приведена на рис. 7.10. Такой ИО-ЦАП сформирован на монокристалле ниобата лития Z-среза, имеет длину 16 мм и может управляться 4-битовым словом. Для этого-сигнальные электроды смещения модулятора выполнены в виде набора четырех электродов с длинами L, 2L, 4L и 8L соответственно. При управляющем полуволновом напряжении ?Л/2 = = 2,6 В, прикладываемом ко всем сигнальным электродам, глубина модуляции оптического излучения на выходе модулятора достигает 93%. Для осуществления цифро-аналогового преобразования сигналов электрические напряжения 4-битовой цифровой схемы должны быть преобразованы к напряжению U\/2 для всех разрядов и поданы на соответствующие сигнальные электроды ИО-ЦАП. Интенсивность оптического сигнала на выходе модулятора пропорциональна аналоговому представлению входного цифрового сигнала.
В схеме ИО-ЦАП на электрооптических дифракционных решетках электрический вход каждого дифракционного элемента пространственного модулятора выполнен так, что при одном и том же приложенном напряжении дифракционные эффективности смежных элементов различаются в 2 раза. Интенсивность излучения в планарном OB пропорциональна аналоговому представлению поступившего на модулятор цифрового кода. Быстродействие таких ИО-ЦАП определяется собственной емкостью системы сигнальных электродов устройства и может достигать нескольких гигагерц. Однако развитие этого направления требует дальнейших исследований и конструктивно-технологических проработок ИО-ЦАП.
7.6. ОПТИЧЕСКИЕ ИНТЕГРАЛЬНЫЕ СХЕМЫ ДЛЯ
РАСПОЗНАВАНИЯ НАБОРОВ ДАННЫХ, ФИЛЬТРАЦИИ
И КОДИРОВАНИЯ СИГНАЛОВ
Волноводные модуляторы интерференционного типа являются основным конструктивным элементом ИО-логических элементов и более сложных ОИС, выполняющих различные функциональные преобразования и обработку оптических и электрических сигналов. ITa основе волноводных интерферометров Маха— Цендера созданы ОИС волноводных процессоров для распознавания (фильтрации) наборов данных, многофункциональные • ОИС, выполняющие логические операции и кодирование (декодирование) импульсных оптических сигналов, ОИС для временной фильтрации и преобразования электрических сигналов [83].
