|
| |
|
Слаботочка Книги  Зеркала Рис. 7.8. Пассивные интегрально-оптические элементы: а - линза; б - зеркало; е - направленный ответвитель Рис. 7.9. Методы ввода (вывода) излучения в планарные волноводы: а - линзовый; б - призменный; в - через дифракционную решетку; г -с помощью клина; д - голографический (1 - голограмма; 2 - нарушенный участок световода) Утолщение действует подобно изменению п, так как скорость распространения волны зависит от толщины волновода. Наилучшее планарное «зеркало» образует брэгговская дифракционная решетка (рис. 7.8,6), при этом для 100%-го отражения необходимо изготовить не менее нескольких сотен штрихов. Возможно создание зеркала путем протравливания волновода «насквозь» - при этом достаточно лишь одной канавки. Действие направленного ответ-вителя (рис. 7.8,в) было рассмотрено при объяснении эффекта оптического туннелирования. Проблема ввода-вывода - одна из ключевых для интегральной оптики - решается многими способами, но поиски оптимального решения продолжаются. Поперечный линзовый ввод (рис. 7.9,й) требует неотражающей торцовой поверхности волновода, очень точной юстировки и фактически применяется лишь при лабораторных исследованиях. Призменный ввод (рис. 7.9,6), основанный на оптическом туннелировании и позволяющий достигать почти 100%-ной эффективности, удобен и в исследованиях, и в практических разработках; основные недостатки - нарушение плоскостности структуры, введение дополните ьного элемента гибридности, увеличение габаритных размеров. Наиболее важными являются дифракционный ввод (рис. 7.9,е) и ввод с помощью клина (рис 7 9,г). В последнем случае излучение вводится через подложку, поэтому поверхность ИО-схемы остается свободной. Этот же метод используется для соединения разнородных элементов внутри схемы, например сильнолегированной активной области лазера и слабо..егированно ю све.оводущего слоя полупроводника. Перспективен голографический ввод (рис. 7.9,(5), основанный на том, что структура поля излучения, вытекающего из волновода на нарушенном участке, записывается на голограмму, а для ввода используется принцип обратимости лучей при записи и воспроизведении голограмм. Важнейшее достоинство метода - возможность через один элемент ввести излучение в большое число волноводов и тем самым обеспечить когерентность потоков в .многоэлементной сложной ИО-схеме. Основной тип излучателя для ИО-схем - полосковый гетеролазер с распределенной обратной связью (рассмотрен в § 5.2). Отметим два специфических момента: во-первых, в ИО-схемах такой лазер может использоваться не только для генерации, но и в режиме усиления и, во-вторых, при этом возможна оптическая накачка лазера. В фотоприемниках ИО-схем могут использоваться те же принципы детектирования излучения, что и в традиционных фотоприем- Фоторсзист п-Sl П IiiGrJs 7272. - n"-eaAs - Металл Рис. 7.10. Интегрально-оптические фотоприемники с р-и-переходом (а) и с барьером Шотки (6) пиках. На рис. 7.10 представлены структуры с р+-п-переходом и с барьером Шотки. Основная проблема заключается в сопряжении фотоприемника с волноводом. Перспективным представляется и использование ИО-фоторезисто-ров, однако это направление пока не развито. Элементы управления (потоками излучения в ИО-схеме и преобразователи оптической волны фактически представляют собой те же :плоские волноводы или участки подложки, но изготовленные из оптически активных веществ - нелинейно-, акусто-, электрооптических и др. Характерная особенность интегрально- оптических элементов заключается в их избирательности, способности выполнять заданные функции лишь при определенном модо-вом (и тем более спектральном) составе излучения. При изготовлении описанных ИО-элементов опробовано много различных материалов (табл. 7.2). Для их синтезирования на поверхности подложки или внутри нее используются способы, в основном заимствованные из тонкопленочной и полупроводниковой технологий; часть этих способов разработана или модифицирована специально для задач интегральной оптики. Тонкие пленки различных стекол (Si02, ТагОб и др.), а также электрооптических поликристаллических диэлектриков изготавливаются осаждением из газовой фазы (как в производстве оптических волокон), методом электронно-лучевого вакуумного испарения, посредством ионно-плазменного распыления в высокочастотном разряде. Полимерные пленки наносятся из растворов методами окунания, пульверизации, центрифугирования так, как это делается в фотолитографии. Полупроводниковые ИО-структуры создаются способом эпитаксиального выращивания: газофазного (главным образом типа МОС), жидкофазного, из молекулярных пучков. Широко распространен метод создания ИО-структур, основанный на изменении оптической плотности части материала подложки путем легирования ее различными примесями; при этом используются ионная имплантация, термическая диффузия, ионный обмен - - процесс направленного дрейфа ионов в нагретом стекле, помещенном в электрическое поле. Рисунок интегрально-оптической схемы создается так же, как в микроэлектронике: методами литографии, ионно-плазменного травления, локальной эпитаксии. Таблица 7.2 Материалы интегрально-оптических элементов .Элементы Основные используемые материалы Характеристика материалов Лазеры Фотонриемники Волноводы Пассивные оптические элементы (линзы, призмы и др.) Преобразователи (модуляторы, де-4)fle«Topbi, биста-блльные элементы и др.) * Н - редкоземельный элемент. GaAlAs, GaAs, InGaAsP Si, GaAs, GaAlAl, InGaAs, PbSnTe SiOs, TaiOb, TiOz, NbzOs, фоторезисты, полиуретан, эпоксидные смолы ТагОз, NbOs LiNbOs, LiTaOs, SiOa, RsFeOij*, ZnOa, ZnS, GaP, GaAs Полупроводники » Стекла, полимеры «Тяжелые» стекла Электро-, магнито-, акустооптические диэлектрики; полупроводники; нелинейно-оптические полимеры 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 |