第1章 光波导原理与器件概述.ppt

1、混合型。作为宽带域IOSA的波导材料，最合适的是具有优秀的高频声表面波滤波器(SAW)特性的LiNbO3，这时候需要将其制作成外贴光源与光检测器的混合型集成光路。从理论上讲，这种混合集成光路可以做到1GHz的带宽，1MHz的分辨率，响应速度为lus。 这些利用电先效应的IOSA的缺点是，需要有能够把时序信号变换为并行信号的电子电路；但是它的优点是具有超高速响应的可能性。 第1章 光导波原理与器件概论 长春理工大学 2、准单片型。IOSA所需要的光检测器与其它的光学器件有可能实现准单片集成化。作为这种准单片型IOSA的衬底，选用Si比较合适。虽然含有主检测器的单片集成化的IOSA至今尚未制作出来，但是采用衍射型透镜，制作出了将检测器以外的器件全都集成在一起了的典型器件，而且它的正常运作也得到了确认。在IOSA之中，迄今为止在应用方面还没有实现尽善尽美的性能，在分辨率的改善、通带宽度最大值的探讨以及全集成化等方面，为今后留下了不少的研究课题。 第1章 光导波原理与器件概论 长春理工大学 频谱分析虽然用电子电路也可以完成，但是当采用光学器件来完成时，因其具有并行处理功能，而使得测量的高速化和实时处理成为可能，而且通过将其制作成集成光路还可以使它在结构上更加小型化。 现在的研究开发主要着眼于雷达信号的处理，将来有可能将其应用于电波望远镜、各种激光探测、遥感以及通信等广泛的信息处理领域。特别是在卫星搭载中，为了满足体积小、重量轻的需求，它将成为一种重要的器件。 第1章 光导波原理与器件概论 长春理工大学 1.3.4 高密度信息读取器 现在读取光盘等高密度的光信息，使用的是高密度信息读取器，又称光盘拾波器。最终目的是为了减小体积、减轻重量、提高性能和改善工艺，制成读取器件的集成光路化。到目前为止，虽然其性能还没有哪一种能够达到实用化的程度，但是，由于作为民用设备，存在着极大的潜在市场，人们普遍把它看作是集成光路的重要应用领域而进行着积极的开发和研究。 第1章 光导波原理与器件概论 长春理工大学 图1.7中绘出了光集成光盘拾波器的结构。IODPU是将读出专用拾波器的光学系统全部集成化的器件，具有输出对应于光盘反射的读出信号以及聚焦与跟踪伺服用的误差信号的功能。 第1章 光导波原理与器件概论 长春理工大学 在该器件的结构中，集成了以SiO2/Si为衬底和玻璃薄膜波导为基础的聚光光栅耦合器(FGC)、光栅光束分离器(TGFBS)和光电二极管(PD)。 第1章 光导波原理与器件概论 长春理工大学 1、读出信号检测。由半导体激光器(LD)发射光是发散的波导光，被聚焦光栅耦合器(FGC)聚焦到光盘上，而由光盘反射回来的光再次经由同一个FGC被耦合进波导之中。TGFBS是衍射效率为50%的布拉格光栅，它将反射回来的光波面一分为二，并且因为偏转而偏离光轴，在比较弱的透镜作用下，被聚焦于两个检测点。通过使用这种具有复合功能的光栅器件，达到了简化器件结构的目的。在两个检测点的两侧各有两个光电二极管(PD)，也就是说共有四个PD被设置在Si衬底的表面，为了将波导光高效率地耦合进PD，把衬底与波导层之间的缓冲层制作成锥形，形成一种波导层逐渐靠近Si表面的结构。读出的信号为四个PD所得到的光电流的总和。 第1章 光导波原理与器件概论 长春理工大学 2、聚焦误差检测。如果光盘出现往远处的扰动，返回的光就会聚焦于检测点的前方，使得位于内侧的PD中产生比较大的光电流；如果光盘出现往近处的扰动，返回的光就会聚焦于检测点的后方，使得位于外侧的PD中产生比较大的光电流。根据内外侧PD中光电流的差值，就可以得出误差信号。 第1章 光导波原理与器件概论 长春理工大学 3、跟踪误差检测。在没有误差的情况下，在关于LD-FGC线呈对称关系的PD中会有等量的光电流；在产生误差的情况下，光的对称性将会被破坏，而在对称的PD中的电流就会出现差值，从而得到误差信号。将IODPU搭载在传动装置上，通过利用误差信号对传动装置的闭环驱动，从而可以实现聚焦和跟踪。 第1章 光导波原理与器件概论 长春理工大学 1.4 光波导技术发展前景和趋势 1.4.1 光波导技术的研究热点 1.4.2 光波导技术的发展趋势 第1章 光导波原理与器件概论 长春理工大学 对于光波导的研究，多年来以美国、日本和欧洲为中心，在世界各地持续高涨。在近三十年里，薄膜制作技术研究精细加工技术都有了长足进步，并以这些技术为支柱，确立了各种材料制作光波导的方法，无源器件和有源器件制作中出现的问题也相继得到解决。目前所制作的光波导元器件的特性已经接近或达到设计指标。但是，要想把多个分离的光波导元器件集成在同一个衬底上形成集成光路还有许多问题要研究。 第1章 光导波原理