|
| |
|
Слаботочка Книги Функциональные возможности оптронов Электрорадиокомпонент илн устройство Оптронный аналог Импульсный трансформатор Переключатель Переменный резистор, потенциометр Переменный конденсатор, варикап Электрическая батарея Линия связи Полевой транзистор, радиолампа Бистабильиое устройство, триггер Датчик (преобразователь неэлектрических воздействий в электрические сигналы) Электронно-оптический преобразователь Диодная и транзисторная оптопары; оптоэлектронный переключатель; оптоэлектронный развязывающий усилитель Тиристорная, транзисторная и резистор-иая оптопары; оптоэлектронный коммутатор Резисторная оптопара и ее комбинации Оптопара с фотоварикапом Диодная оптопара и ее наборы Волстрон Оптопара с управляемым оптическим каналом Регенеративный оптрон и его комбинации Оптопара с открытым оптическим каналом, оптопара с управляемым оптическим каналом Оптрон с оптическим входом и выходом Функциональные возможности оптронов очень широки (табл. 7.1). Отметим, что в каждой строке таблицы оптрон выступает не просто как аналог того или иного традиционного элемента, а как прибор, осуществляющий заданную функцию принципиально по-иному, с добавлением новых важных свойств. Так, переменные резисторы на основе оптопар не содержат подвижных механических контактов - источников шумов и ненадежности; волстрон, в отличие от металлического провода, кроме передачи сигнала обеспечивает и электрическую развязку, помехозащищенность, скрытность. Несомненно, что по мере совершенствования конструкций и технологии, улучшения параметров функциональная значимость оптронов в микро- и оптоэлектронике будет возрастать. 7.2. ИНТЕГРАЛЬНАЯ ОПТИКА Определение. Интегральная оптика (ИО) представляет собой раздел оптоэлектроники, связанный с изучением и использованием генерации, направленного распространения, преобразования электромагнитных волн оптического диапазона в тонкопленочных волноводах и других пленочных оптических и оптоэлектронных элементах, совместно образующих миниатюрные твердотельные устройства-оптические интегральные схемыК В этом определе- Оптические схемы не тождественны электронным, их сходство основано лишь «а общности функционального назначения. 8-88 223 НИИ подчеркнем два момента. Во-первых, интегральная оптика представляет раздел оптоэлектроники, а не оптики (как нередко утверждается), и обусловлено это тем, что ИО-устройства практически всегда (за исключением некоторых простейших примеров) содержат активные оптоэлектронные элементы (лазеры, фотоприемники, другие преобразователи). Во-вторых, в интегральной оптике применяются не одиночные элементы (пленочные волноводы, лазеры и др.), а их комбинации; при этом связь, взаимодействие элементов друг с другом является определяющим фактором, как физическим, так и технологическим. Реально оптическая интегральная «схема» (рис. 7.5) изготавливается на плоской подложке площадью в несколько квадратных сантиметров, ее тоикопленочные элементы располагаются на поверхности подложки (или компланарно непосредственно под нею). Плоские оптические волноводы представляют собой тонкопленочный аналог волоконно-оптических световодов (см. гл. 9), а функционально - аналог металлических проводников и составляют основу ИО-схемы: они соединяют активные пленочные элементы, обеспечивая выполнение устройством требуемого функционального назначения. Поскольку и активные элементы геометрически подобны волноводам, в определенном смысле можно считать, что вся схема состоит из волноводов. Оптоэлектронный характер ИО-схем позволяет реализовать входы и выходы, а также источники питания как в оптической, так и в электрической форме. Количественным критерием, по которому пленочный элемент относится к сфере интегральной оптики, является соизмеримость толщины пленки и длины волны излучения: лишь при этом возникают качественные отличия от традиционной «объемной» оптики. Физическую основу интегральной оптики составляют волновые процессы в плоских оптических волноводах, обычно диэлектрических, иногда полупроводниковых; в этой связи правомерен термин «волноводная оптика», который нередко используется в публикациях расчетно-теоретического характера. Конструктивно - технологические особенности нового направления связаны с расположением пленочных элементов в одной плоскости (в Плане) - отсюда происходит термин «планарная S оптика», также получивший неко- Рис 7 5. Интегрально-оптический торое распространение. При его приемник ВОЛС: употреблении обычно имеется в / - подложка; 2 -волоконный элемент ВИДу Не ТОЛЬКО указаННЫЙ ГеО-Евода; 3 - спектральные фильтры; 4- .,„ г„™„„,,й гЪяктАП ИЛ и ТП ЧТО встроенные лазеры; 5 - фотоприемники МеТриЧеОКИИ фЗКТОр, НО И Ш, 41U  при изготовлении ИО-элементов широко используются процессы планарной технологии микроэлектроники: эпитаксия, диффузия, иоино-лучевая обработка, фотолитография и др. Приборную сушность нового направления определяет интеграция функционально различных оптических и оптоэлектронных элементов в единое устройство, в схему; отсюда и термин «интегральная оптика», получивший наиболее широкое распространение. Физические основы. РТнтегральная оптика тесно переплетается с волоконной, базируясь на тех же качественных представлени-я::, физических эффектах, математическом аппарате модовой и лучевой теорий (см. гл. 9). Специфика данного рассмотрения обусловлена: отличием геометрии прямоугольного плоского волновода от цилиндрического волоконного; более сушественной ролью неидеальностей в граничных плоскостях, что связано с технологией получения плоских волноводов; необходимостью анализа не только пассивных (как в волоконной оптике) волноводов, но и активных, образуемых усиливающими, фоточувствительными, преобразующими средами; относительно малой длиной волноводов в ИО-схеме (до единиц сантиметров). Модельная абстракция ИО-светопровода представляется в виде плоской сандвич-структуры (рис. 7.6), в которой все три среды бесконещы в направлениях х и у, а среды 2, 3 полубесконечны в направлении z. Излучение в среде / распространяется вдоль х, в направлении у все параметры волны одинаковы, т. е. задача двухмерная. Для каналирования оптической энергии в среде / обязательна ее большая оптическая плотность (ni>n2, Пз); волновод предполагается асимметричным, т. е. (щ-Пз)/(«1-«г)!-При сделанных предположениях должны учитываться лишь отражения на границах 1-2 и /-3, при этом определяющими являются процессы на границе /-2. Условие существования гп направленных мод в плоском асимметричном волноводе, подобное аналогичному условию для цилиндрических волокон, имеет вид: -(У>(2m-Ы) «1 \ к J (7.3) Покрытие 3 Волновод 1 1 Подло>ика 2   Рис. 7.6. Модель интегрально-оптического волновода 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 [74] 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 |