Рие. 5.8. Акустооптичний керуючий пристрій: 1 — п’єзокристал;

2 — керуючі електроди;

3. — відокремлювальний шар;

4. — Хвилевід; 5 — підкладка

Найбільший інтерес для по­будови планарних акустооп-

тичних керованих пристроїв представляють не об’ємні, а поверх­неві звукові хвилі (хвилі Релея), які можуть поширюватися в дуже тонкому поверхневому шарі, сполученому з оптичним хвилево­дом, що дозволяє досягти найбільшої ефективності акустооптич- ної взаємодії.

Рис. 5.9. Акустооптичний пристрій на поверхневих хвилях

Ці хвилі збуджуються на поверхні підкладки (рис. 5.9) за допо­могою ґратки І, що має крок, який дорівнює половині довжини робочої релеєвскої хвилі, і утвореної зустрічними металевими електродами. На них подаються напруги, що чергуються за зна­ком, що виключає можливість

збудження паразитних об’ємних звукових хвиль.

Хвиля Релея створює на по­верхні підкладки біжучу періо­дичну структуру (ґратку), на якій може дифрагувати поверх­нева світлова хвиля 2, 8. Глиби­на модуляції й період цієї струк­тури залежать від інтенсивності й частоти звуку, що дає мож­ливість здійснювати різні ви­ди акустооптичної модуляції світла.

Так, світловий пучок, від­битий від звукової ґратки під

бреггівським кутом, модулюється по амплітуді при зміні частоти звуку або його інтенсивності.

У режимі випромінювання зміна періоду звукової ґратки при­водить до зміни кутів випромінювання, що використовується для створення дефлекторів світла.

Внаслідок ефекту Допшіера частота світла, дифрагованого на звуковій ґратці, зміщується на значення, що дорівнює або кратне частоті звуку. Це явище застосовується для частотної модуляції світла. У якості акустооптичних матеріалів використовують кварц, ніобат літію, окис цинку, арсенід галію, полістирол.

Поширення ВОЛЗ зумовило розробку та виробництво не тільки найсучасніших випромінювачів, але й таких елементів керування, як оптичні комутатори, циркулятори, вентилі тощо.

Комутатором називається пристрій для оперативної зміни ар­хітектури ВОСПІ, оперативної маршрутизації оптичних інформа­ційних потоків у мережах доступу й локальних мереж, тобто вони призначені для зміни напрямку світлових потоків у ВОСПІ.

Під комутатором (перемикачем) зазвичай розуміється пристрій з одним входом (портом) і двома можливими виходами.

Крос-комутатор — це пристрій з декількома входами (порта­ми) і декількома виходами. При цьому використовуються матриці передачі для кожного стану.

Існує велика кількість типів оптичних комутаторів на основі різних ефектів — електромеханічні, електрооптичні, термооптич- ні, акустооптичні, засновані на нелінійних ефектах та ін.

Принцип роботи електромеханічних комутаторів аналогічний роботі звичайних електромагнітних реле з поворотом дзеркал, призм і скляних пластин. Вони мають непогані електричні харак­теристики, але малу швидкодію й чутливі до вібрацій. При кіль­кості входів/виходів — (1—2)/1600 комутатор забезпечує час пе­ремикання t_xlbp - (10...500) мс, втрати — (0,3...1,5) дб, споживану потужність — (2...20) мВт.

До останнього часу у ВОСПІ використовувалися, в основному, електронні комутатори. В оптичних мережах розрізняють 4 рівні швидкостей перемикання f_nep:

• низькі швидкості перемикання (і_пер ~ 10 °с) достатні для опе­рацій автоматичної конфігурації встаткування, наприклад, автоматичне оптичне байпасне (аварійне) перемикання — ОБП (OBS) для обходу блоку, що вийшов з ладу. При цьому потрібні більші ємності комутаторів для великої мережі;

• середні швидкості (f ~ 10 ° с) достатні для здійснення за­хисного перемикання кілець або альтернативних маршрутів у мережах для комутації мережного потоку (трафика) з одного волокна в інше. Для цього достатня ємність комутатора 2x2;

« ВИСОКІ ШВИДКОСТІ (£_Пер - 10 ⁹ с) потрібні для комутації потоків даних. При цьому £ має бути істотно менше часу проход­ження оброблюваного пакета;

• дуже високі швидкості (£ - 10“¹² с = 1 пс) потрібні для зов­нішньої модуляції світлового потоку потоком біт даних, тобто для В - 10 Гбіт/с £_пер ~ 100 пс.

Ємність 16 х 16 уже вважається великою, хоча для електронних комутаторів норма 2048 х 2048 каналів.

До інших показників комутаторів належать; ослаблення сигна­лу в режимі «вимкнено» відносно режиму «увімкнено» (може змі­нюватися від 10 до 50 дб); внесені втрати; відношення потужності сигналу на потрібному виході до сигналів на інших виходах; по­ляризаційні втрати комутатора.

Електрооптичні комутатори (ЕСК) працюють на основі електро­оптичного ефекту на оптичних хвилеводах і волоконних світлово- дах і фактично являють собою керовані спрямовані відгалужувані (інакше кажучи, це модулятор з коефіцієнтом модуляції М_мод = 1).

Для одиночного керованого спрямованого відгалужувана одер­жимо комутатор 2 х 2. але ємність можна збільшити шляхом їхньої інтеграції. Швидкість перемикання ЕОК £_пер = 10... 100 пс. Конст­руктивно виконується на підкладці з LiNbOg.

ЕОК можуть також виконуватися за схемою інтерферометра Маха —- Цандлера.

У термооптичних комутаторах використовується явище зміни коефіцієнта переломлення під дією температури.

Оптичні ізолятори й циркулятори за призначенням, застосу­ванням і принципом роботи аналогічні НВЧ-вентилям і циркуля­торам. Вони широко використовуються у BOJI3 із оптичними під­силювачами й часто вбудовані в НП-лазери для зменшення впливу відбитої хвилі, тобто як пристрої, що погоджують і розв’язують. Як відомо з техніки НВЧ, вентилі й циркулятори є невзаємними пристроями й загалом у них використовуються магнітооптичні ефекти Фарадея й Коттона — Мутона.

Оптичні ізолятори забезпечують проходження променя тільки в один бік за рахунок того, що при проходженні променя відбувається обертання площини поляризації на деякий кут, а при зворотному проходженні цього самого променя цей кут подвою­ється. Отримана поляризація виключає проходження променя у зворотному напрямку.

Оптичні циркулятори направляють світловий потік у сусідній (за стрілкою) канал і можуть бути триплечові або У-циркулятори і чотириплечові. Принцип їхньої роботи аналогічний до роботи ізоляторів, але конструкції складніші.

Найпоширенішим способом створення оптичних структур ІМС є іонна імплантація. Так, джерело випромінювання в інтеграль­ному виконанні може бути реалізоване імплантацією цинку

1 ^ п

з енергією ЗО кеВ і дозою 10 см в арсенід галію /і-типу, легова­ний телуром крізь захисний шар А1. Після відпалу при 1173 К про­тягом 3 год глибинар-л-переходу досягала 1 мкм. Структура лазер­ного діода створюється зазвичай сколюванням торцевих

1. спилюванням бічних граней.

На основі арсеніду галію імплантацією протонів можна реалі­зувати інтегральні фотоприймачі. Переміщення фотонів здійсню­ється по хвилеводу, створеному в арсеніді галію. Для виготовлення такого хвилеводного фотоприймача з бар’єром Шотткі застосо­вується імплантація протонів з енергією 300 кеВ і дозою

2. • ІО¹⁵ см”² у шарі епітаксіального хвилеводу на основі арсеніду галію.

Методом імплантації протонів можна також виготовити інте­гральні фотоприймачі у хвилеводі на основі твердих розчинів АІ^-Са^^Ав.