12.3. Светоуправляемые оптические переключатели
На рис. 12.6 представлена схема светоуправляемого пространственного переключателя оптического потока, где: 1 — полупроводниковый прозрачный кристалл на основе CdTe, 2 — туннельно прозрачный диэлектрический слой, 3 — электроды, 4 — поляризатор, 5 — призма (Рошона, Николя и др.), выполняющая функцию пространственного разделения ортогонально поляризованных оптических потока, 6 — отражательная призма.
При наличии Есм и отсутствии Рупр, информационный поток, пройдя через поляризатор 4, становится плоскополяризованным. При этом, если состояние поляризации входного сигнала совпадает с плоскостью поляризации элемента 4, он проходит полностью на ПК, если же плоскости поляризации Ринф и ПК не совпадают, то часть РИ1|ф теряется. Если Ринф неполяризован, теряется половина его энергии. При указанных выше условиях (Есм = Ео и Рупр = 0) плоскополяризован-ный луч проходит через ПК без изменения состояния поляризации и попадает на поляризационно-делительную призму 5, проходя на один из ее выходов.
При поступлении управляющего сигнала Рупр поляризационный коммутатор поворачивает плоскость поляризации информационного потока на 90° и он, попадая на поляризационно-делительную призму 5, проходит на ее второй выход и падает на отражательную призму 6, изменяющую траекторию 2-го луча в нужном направлении.
Отметим, что, как и для затвора, использующего ПК, так и для коммутатора в представленном виде теряется половина энергии входного информационного потока. В реальных устройствах для уменьшения потерь входной неполяризованный поток поступает сначала на поляризационно-делительную призму, подобную 5 на рис. 10.3, после чего каждый из полученных ортогонально поляризованных потоков направляется на соответствующий ПК. Очевидно, в этом случае указанная призма будет выполнять ту же роль, что и элемент 4, а выходные сигналы будут также ортогонально поляризованы, поэтому и они направляются на соответствующие поляризационно-объединительные призмы, на выходе которых образуются неполяризованные сигналы.
Для опытных образцов светоуправляемых коммутаторов, использующих ПК, были получены следующие результаты. Время переключения: длительность фронтов по уровню 0,1 — в канале неотклоненного луча передний фронт 12 мкс, задний 10 мкс, в канале отклоненного луча передний фронт 12 мкс, задний 15 мкс. Пороговая мощность управляющего сигнала 2,3 мВт, напряжение смещения 400 В.
Необходимо отметить, что описанные затворы и переключатели были разработаны в Ленинградском физико-технологическом институте АН СССР в середине 80-х годов и на тот период были на уровне лучших мировых достижений.
В качестве примера последних достижений можно привести светоуправляемый коммутатор, описанный в работе [187]. Разработанный светоуправляемый коммутатор основан на использовании направленного ответвителя, изготовленного на базе нелинейной полупроводниковой структуры GalnAsP/InP с нанесенной на часть поверхности структуры дифракционной решеткой Брэгга. На рис. 12.7 представлена схема этого коммутатора.
Рис. 12.7. Схема свегоуправляемого полупроводникового коммутатора
Упомянутая структура прямоугольной формы состоит из трех слоев: нижний выполнен из соединения InP, его толщина 100 нм, средний — GalnAsP, его толщина 450 нм, и верхний — InP при толщине 399 нм. На верхней грани волноводной структуры нанесены волноводные каналы, образующие направленный ответвительХ-ти-па. В средней ее части нанесена дифракционная решетка Брэгга. Период решетки 232,5 нм. Длина всей структуры 5 мм, волноводной — 3 мм. Ширина выступов, образующих волноводы, равна 1,5 мкм. При поступлении оптического сигнала .мощностью менее 5 мВт на длине волны 1550 нм на порт 1 сигнал отражается от Брэггов-ского отражателя на порт 2. При мощности оптического сигнала более 12 мВт вследствие нелинейного эффекта в полупроводниковой структуре изменяется показатель преломления среды и в результате изменяется период дифракционной решетки Брэгга. При этом излучение проходит на порт 4. Представленная структура является симметричной. Поэтому, если исходный сигнал поступает на вход порта 2, то переключенный сигнал выйдет из порта 3. Из описания работы этого переключателя следует, что представленная структура является бистабильной. Испытания коммутатора дали следующий результат: длительность переднего фронта импульса на выходе порта 2 равна ~6...8 не, заднего ~4...5 не. На выходе порта 4 — передний фронт ~15...2О не, задний < 10 не. Коммутатор срабатывает при входной мощности 12 мВт, возвращается в исходное состояние при входной мощности < 5 мВт.