13.6. Активные элементы интегрально-оптических систем

К активным элементам интегрально-оптических систем относятся приемники и источники оптического излучения.

Интегрально-оптические фотоприемники

О сновные требования к фотоприемнику определяются назначением системы, в которой он используется. Интегрально-оптические системы, как правило, весьма быстродействующие и широкополосные. Такими же, очевидно, должны быть и фотоприемники. Необходимо, чтобы их спектральные характеристики соответствовали спектральным характеристикам источников излучения. Обычно фотоприемник и волновод образуют интегральную (общую) структуру.

На рис. 13.15 изображена структура, в которой стеклянный волновод объединен с кремниевым фотодиодом. Свет вводится в стеклянный напыленный волновод 4 с помощью решеточного элемента связи 8 и попадает в кремниевую подложку 1 в том месте, где обрывается изолирующий слой 2 диоксида кремния (SiO₂), так как здесь волновод сужается. В области волноводного сужения сформирован р-п-переход, играющий роль приемника света. Выходной сигнал приемника снимается с электродов 5, 6.

К настоящему времени разработано множество типов интегрально-оптических фотоприемников, различающихся как конструктивным исполнением, так и материалами, из которых они изготовлены.

Интегрально-оптические источники излучения

К онструкции лазерных источников, используемых в интегрально-оптических схемах, многообразны. Перспективность тех или других источников излучения для интегральной оптики определяется, прежде всего, возможностью их технологической интеграции с другими компонентами схемы. Больше всего этому требованию удовлетворяют полупроводниковые инжекционные лазеры на гетероструктурах, т. е. на структурах, содержащих несколько слоев из различных полупроводниковых материалов. Что касается спектрального состава излучения, то в интегральной оптике используются в основном лазеры, излучающие в области длин волн от 0,8 до 1,7 мкм. Довольно широко применяются лазеры с распределенной обратной связью (РОС-лазеры). В таких лазерах положительная обратная связь осуществляется за счет того, что волна рассеивается на периодических неоднородностях и при этом возникают две связанные волны одинаковой частоты, распространяющиеся в противоположных направлениях.

Примером интегрально-оптического исполнения лазера может служить структура, изображенная на рис. 13.16. Рекомбинация носителей заряда и генерация светового излучения происходит в активном слое арсенида галлия р-типа, заключенном между двумя горизонтальными слоями GaAlAs р- и п-типа. Напряжение к лазеру подводится через электроды 1 и 4. В состав гетероструктуры входят также дополнительные слои 2 и 3 арсенида галлия р- и п-типа. Связь лазера с другими элементами схемы (модулятором, детектором) обычно осуществляется через сужающийся край слоя GaAs(на рисунке не показан).

13.7. Применение интегрально-оптических систем

Рассмотрим теперь пример систем, в которых используются интегрально-оптические элементы.

Р абота двухлучевого пленочного интерферометра (рис. 13.17) основана на том, что при изменении температуры изменяется толщина пленочного волновода, а, следовательно, и фазовая скорость распространяющегося в нем колебания

В качестве источника излучения в интерферометре используется Не—Nе-лазер 2. Излучение лазера вводится в пленочный волновод 3 из полиметилметакрилата (оргстекла) на кварцевой подложке 1 через сужающийся край пленки. После прохождения пленки и вывода через другой сужающийся край луч попадает на экран 4, где интерферирует с излучением, отраженным от пленки. При изменении температуры пленки изменяется фаза колебания, прошедшего через волновод, и происходит смещение интерференционной картины. Интерферометр позволяет фиксировать изменение температуры на сотые доли градуса.