|
| |
|
Слаботочка Книги Устройства интегральной оптики. Ряд ИО-устройств прошел стадию лабораторных проработок и получил статус полупромышленной продукции; среди них могут быть выделены оптические коммутаторы, аналого-цифровые преобразователи (АЦП), анализаторы спектра радиосигналов и в первую очередь ИО-датчики (см. § 73) В интерференционном волноводном модуляторе (рис. 7.11,й) входной оптический поток разводится по двум идентичным каналам, разделенным в пространстве. При подаче на электроды управляющего сигнала V (t) изменяется показатель преломления (волноводы изготовлены из электрооптического материала, обычно ниобата лития), вследствие чего возникает фазовый сдвиг между волнами в двух каналах. На выходе интерференция этих волн преобразует фазовую модуляцию в модуляцию интенсивности суммарного потока. Использованная здесь структура представляет интерферометр Маха - Цандера - элемент, широко распространенный в интегральной оптике; в общем случае изменение длины оптического пути в одном из плеч интерферометра может осуществляться при воздействии ие только электрического поля, но и света, температуры, давления и т. п. Оптический переключатель по конструкции подобен направленному ответвителю (см. рис. 7.8,е), но изготавливается из электрооптического материала и снабжен металлическими электродами; при подаче сигнала на электроды изменяется коэффициент связи. Объединение элементов, аналогичных описанным, позволяет проектировать более сложные коммутационные устройства (например, переключатель 4X4 на рис. 7.11,6): характерными для этих устройств являются широкая полоса частот (более 10° Гц), высокая скорость переключения (до 10" с), низкие управляющие напряжения (0,1 ... 10 В). Аналого-цифровой преобразователь (рис. 7.12) представляет собой решетку из N однотипных интерферометров Маха - Цандера, длины которых Li = 2-iLi {1 = 2, 3, 4,...). Фаза волны одного плеча относительно другого в каждом модуляторе изменяется на ВхоВ  УТТЛ Рис. 7.11. Интегрально-оптические коммутационные устройства: а - интерференционный модулятор; б - переключатель 4X4 (/ - подложка; 2 -волновод; 3 - металлические электроды)  Рис. 7.12. Интегрально-оптический аналого-цифровой преобразователь: 3 - лазер; 2 - решетка модуляторов; 3 - фотоприемники; 4 - усилители фотосигналов; 5 - компараторы величину, пропорциональную LiU{t). Выходной световой поток каждого модулятора детектируется отдельно, и фотосигналы после усиления сравниваются в N: электронных компараторах с пороговым уровнем. Таким образом, входной сигнал U{t) преобразуется в цифровую форму, причем выход каждого модулятора дает один двоичный разряд. Особый интерес к ИО-АЦП обусловлен тем, что для реализации N разрядов необходимо N компараторов, тогда как для электронного АЦП требуется 2- компараторов Отсюда следует, что при использовании оптических средств достигается резкое упрощение схемы и, как следствие, снижение потребляемой мощности и повышение быстродействия (спектр преобразуемого сигнала может превышать 1 ГГц). По входным и выходным сигналам ИО-АЦП полностью совместим с традиционными интегральными микросхемами - это обстоятельство является решающим фактором их быстрого внедрения. В интегрально-оптическом анализаторе спектра (рис. 7.13) радиолокационный сигнал возбуждает в планарном волноводе поверхностную акустическую волну (ПАВ), на которой дифрагирует распространяющийся по этому волноводу лазерный луч. При этом каждой частоте радиосигнала соответствуют определенные длина акустической волны и угол отклонения дифрагированного луча и, как следствие, определенный элемент в линейке фотоприемников (фотодиодов или ФПЗС). Особенность этого устройства, как и других ИО-устройств, - очень широкая полоса частот анализируемых сигналов (выше Г ГГц).  ВЦ-вход А Рис. 7.13. Интегрально-оптический спектроанализатор: 1 - лазер; 2 - линзовый расширитель луча; 3 - фокусирующая лииза; 4 - линейка фотоприемников; 5 - возбудитель встречно-штыревого типа; 6 - поверхностная акустическая волна Рис. 7.14. Оптическое бистабильное устройство (а) и разновидности его передаточных характеристик (б, в) I.., Л, а)  Отметим в заключение, что описанные устройства, как правило, гибридны (лазеры, фотоприемники находятся вне подложки),, однако имеется принципиальная возможность их полной интеграции. Оптическая бистабильность. Успехи современной микроэлектроники основываются, в частности, на обычно забываемом факте,, что транзисторы характеризуются ярко выраженной нелинейностью характеристик. Это позволяет создавать высокоэффективные бистабильные устройства, в которых слабое воздействие на входе приводит к значительным изменениям на выходе. А такие устройства - техническая основа обработки дискретных двоичных информационных сигналов в вычислительной технике. Поэтому вопрос о возможности реализации бистабильных устройств является принципиальным при оценке перспектив различных направлений в развитии информатики. Поиски оптической бистабильности начаты в середине 1970-х гг., об их важности свидетельствует то, что в начале 1980-х гг. по этой проблеме образовано Европейское сообщество. Наибольшие успехи достигнуты при использовании сред, обладающих тем или иным видом оптической нелинейности. В объемной модели прибора, называемого иногда оптическим транзистором, такая среда помещается внутри резонатора Фабри - Перо (рис. 7.14,й). Феноменологическое описание его работы выглядит следующим образом. Поступающий на вход поток (/i, Ki) выводит структуру в предпороговое состояние, при этом прозрачность ее низка и сигнал на выходе мал (/g--O). Подача управляющего сигнала (/2, Лг), даже малого по интенсивности, резко просветляет структуру, и выходной сигнал становится значительным (,/3-/1 )• Отличие в 236 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 |