Электрорадиоэлементы устройства функциональной микроэлектроники и технология радиоэлектронных (стр. 41 из 102)
Волоконно-оптический ответвитель, волоконно-оптический элемент, предназначенный для разделения энергии оптического излучения, распространяющегося в одном волоконном световоде (входном канале), между несколькими волоконными световодами (выходными каналами). В зависимости от числа выходных каналов различают двух-, трѐх- и nканальные волоконно-оптические ответвители (соответственно наз. ответвителями T-типа, Y-типа и типа «звезда»). В волоконно-оптическом ответвителе разделение энергии оптического излучения осуществляется либо с помощью оптического (напр. кубич. призмы, рис. 1.16.4 а) или волоконнооптического (напр. селфока, рис. 1.16.4 б) элементов, расположенных в области соединения волоконных световодов, либо определѐнным соединением волоконных световодов (рис. 1.16.4, в, г).
Основные характеристики волоконно-оптического ответвителя: величина вносимых потерь энергии оптического излучения, коэффициент ответвления – показывает, в каком соотношении распределяется энергия оптического излучения между выходными каналами.
191
Волоконно-оптический соединитель, устройство, предназначенное для соединения волоконно-оптических элементов между собой (кабельные волоконно-оптические соединители) или с оптоэлектронными элементами (приборные волоконно-оптические соединители) в волоконно-оптических линиях связи. Различают неразъемные и разъемные волоконно-оптические соединители. Неразъѐмные волоконно-оптические соединители осуществляют жѐсткое, фиксированное соединение элементов. Простейший неразъѐмный волоконно-оптический соединитель представляет собой стеклянную трубку, внутренний размер которого больше внешнего диаметра волокна (рис. 1.16.5). Для фиксации соединения, такой волоконнооптический соединитель заполняется склеивающими компаундами (напр.
эпоксидной смолой).
б)
Рисунок 1.16.3 Одножильный (а) и многожильный (б) волоконнооптический кабели: 1 – волоконный световод; 2 – оболочка волоконного световода; 3 – упрочняющие элементы; 4, 5 – защитная оболочка; 7 – несущий трос.
2
 |  |
1 6
193
г)
Рисунок 1.16.4. Схематическое изображение волоконно-оптических ответвителей, в которых разделение энергии оптического излучения осуществляется с помощью призмы (а), с помощью селфока (б), удалением оболочки волоконных световодов в области их соединения (в), изменением формы торцевых поверхностей, соединяемых волоконных световодов (г): 1 – входной волоконный световод (канал); 2 – кубическая призма; 3 – полупрозрачное зеркальное покрытие; 4 – выходные волоконные световоды (каналы); 5 – селфок; 6 – область соединения волоконных световодов; 7 – торцевые поверхности волоконных световодов, имеющие форму среза; 8 – базовая кварцевая призма; стрелками указано направление распространения оптического излучения.
а) б)
Рисунок 1.16.5. Конструкция волоконно-оптического кабеля с центральным (а) и периферийным (б) расположением упрочняющих элементов: 1 – защитная оболочка; 2 – волоконный световод; 3 – упрочняющий элемент.
Рисунок 1.16 6. Неразъѐмный волоконно-оптический соединитель в виде стеклянной трубки квадратного сечения: 1 – волокно; 2 – стеклянная трубка.
3
Рисунок 1.16.6. Схематическое изображение разъѐмного волоконнооптического соединителя: 1 – волоконно-оптический кабель; 2 –наконечники;
195
3 – накидные гайки; 4 – втулка.
Разъѐмные волоконно-оптические соединители обеспечивают многократное соединение и разъединение элементов. Такие соединители изготовляют в основном разборными (рис. 1.16.6). Различают активные и пассивные разъемное волоконно-оптические соединители. Активные волоконно-оптические соединители, в отличие от пассивных, позволяют при соединении многоволоконных волоконно-оптических элементов осуществлять перекоммутацию соединяемых волокон (т. н. переключение каналов передачи оптических сигналов). Основными параметрами волоконно-оптического соединителя являются собственные потери (обычно 0,1–1 дБ), величина которых зависит от расстояния между торцевыми поверхностями соединяемых волокон, рассогласования (радиального, продольного и углового смещений) волоконных световодов или оптоэлектронного элемента со световодом, а также качества обработки торцевых поверхностей волоконного световода.
1.17 ИНТЕГРАЛЬНО-ОПТИЧЕСКИЕ СХЕМЫ И ЭЛЕМЕНТЫ
1.17.1 Интегрально-оптические схемы
Интегральная оптика, раздел оптоэлектроники, охватывающий изучение оптических явлений, возникающих в тонких слоях прозрачных материалов, и разработку методов создания интегрально-оптических элементов и устройств, в которых эти явления используются для генерации, преобразования и передачи световых сигналов. Методы интегральной оптики обеспечили возможность объединения (интеграции) миниатюрных оптических и оптоэлектронных элементов. Важнейшим интегрально-оптическим элементом является миниатюрный световод – интегрально-оптический волновод – тонкий (порядка длины световой волны, обычно 0,1–10 мкм) световедущий слой, созданный либо на поверхности диэлектрической подложки, например эпитаксиальным наращиванием или напылением (тонкоплѐночный волновод, рис. а), либо в еѐ приповерхностном слое, например локальной диффузией или ионным легированием (диффузионный волновод, рис., б, в, г).
а) б)
в) г)
Рисунок 1.17.1. Типы интегрально-оптических волноводов: а – планарный; б – приподнятый полосковый; в – внедрѐнный полосковый; г – гребенчатый полосковый; n1, n2, n3– показатели преломления диэлектрической подложки, световедущего слоя и окружающей среды соответственно.
Световедущий слой интегрально-оптического волновода имеет больший, чем подложка и окружающая среда, показатель преломления, что обуславливает возможность локализации оптического излучения в нѐм вследствие полного внутреннего отражения. В зависимости от характера изменения показателя преломления по сечению световедущего слоя различают ступенчатые и градиентные интегрально-оптические волноводы, по конструктивному исполнению – планарные и полосковые. Полосковые интегрально-оптические волноводы (в отличие от планарных) имеют ширину, величина которой соизмерима с их толщиной.
К явлениям, возникающим в интегрально-оптическом волноводе, относятся: существование собственных волноводных мод с дискретным спектром фазовых скоростей или излучательных мод с дискретным спектром фазовых скоростей или излучательных мод (в зависимости от соотношения показателей преломления световедущего слоя, подложки и окружающей среды, а также величины угла падения света на границы их раздела); резонансная связь волноводных мод нескольких волноводов; зависимость эффективного (действующего) показателя преломления от геометрических размеров волновода и др. Использование этих явлений обеспечило возможность создания различных интегрально-оптических схем, состоящих из таких интегрально-оптических элементов, как акустооптические, электрооптические и магнитооптические модуляторы и дефлекторы света, частотные фильтры, переключатели, фазовращатели, направленные ответвители и др. В устройствах интегральной оптики широко применяются также оптоэлектронные элементы, например инжекционные лазеры, обычно гетеролазеры (источники оптического излучения), фототранзисторы, фотодиоды, фоторезисторы (приѐмники оптического излучения).
Основными материалами, используемыми для создания элементов и устройств интегральной оптики, являются ПП материалы (напр., GaAs, GaAlAs, ZnS, ZnSe, PbSnTe), материалы, в которых ярко выражены электрооптические, акустооптические и магнитооптические свойства (напр., LiNbO3, LiTaO3, TeO2), а
197
также т.н. оптические материалы (напр., кварц, стекло, отд. полимеры), отличающиеся значительной прозрачностью в различных участках оптического диапазона и высокой однородностью.
Использование методов интегральной оптики значительно расширяет возможности оптических и оптоэлектронных устройств, обеспечивает их микроминиатюризацию, позволяет на принципиально новом уровне создавать оптические линии связи, системы оптический обработки информации и др.