Схем. Характеристики интегрально-оптических

Лекция 1

Концепция и основные понятия интегральной оптоэлектроники. Назначение и состав интегрально-оптических схем. Характеристики интегрально-оптических схем.
Интерес к использованию для передачи и обработки информации оптических пучков вместо традиционных электрических токов и радиоволн появился в самом начале 60-х гг., когда развитие лазерной техники привело к созданию необходимых для этого надежных источников когерентного излучения. Лазерные пучки могут распространяться в атмосфере, однако атмосферные изменения оказывают нежелательные воздействия на оптические характеристики, причем такие изменения имеют место не только от одного дня к другому, но и, буквально ежесекундно, от одного мгновения к другому. С другой стороны, лазерные пучки можно приспособить для обработки информационных сигналов, однако для этого требуются различные оптические элементы, например призмы, зеркала, модуляторы, детекторы. Подобные элементы обычно устанавливают на оптической скамье длиной до нескольких метров, которую для исключения влияния вибраций подвешивают на специальные опоры (либо ставят на них). Такие схемы приемлемы для проведения лабораторных экспериментов по оптике, однако их использование для прикладных целей существенно затруднено. Поэтому в конце 60-х гг. появилась концепция «интегральной оптики», согласно которой провода и радиолинии заменяют на оптические волоконные световоды, по которым (а не по воздуху) передают оптические сигналы; при этом обычные электрические интегральные схемы заменяют на миниатюризированные оптические интегральные схемы (ОИС). В конце 70-х гг. ситуация сложилась таким образом, что ряд факторов способствовал выходу интегральной оптики за пределы лабораторий в области практического использования; к таким факторам следует отнести разработку оптических волокон с малыми потерями и элементов связи, создание надежных полупроводниковых лазеров непрерывного действия на основе GaAlAs и развитие методов фотолитографии, с помощью которых можно получать линии шириной, лежащей в субмикронном диапазоне. К настоящему времени разработана богатая элементная база интегральной оптики: разветвители и сумматоры, спектральные, модовые и поляризационные фильтры, модуляторы, коммутаторы, дефлекторы и др. На ее основе реализуются монолитные ОИС, выполняющие передачу и прием сигналов со спектральным уплотнением, анализ спектров сигналов, реализующие вычислительные функции и аппаратную оптическую обработку информации.
Следует отметить тесную взаимосвязь волоконной и интегральной оптики, обусловленную одинаковым характером передачи оптического излучения. В данном курсе буду рассматриваться гибридные элементы, например соединения волокно-волновод и др.