Интегральная оптика для систем передачи и обработки информации - Семенов А.С.
ISBN 5-256-00738-6
Скачать (прямая ссылка):
Анализ различных вариантов архитектуры волноводных коммутирующих ОИС матричного типа проЕеден в работах [197, 198]. Сравнение архитектуры таких ОИС проведено с точки зрения: обеспечения заданного типа соединений входных и выходных каналов (блокирующий или неблокирующий и т. п.); необходимого числа элементарных переключателей, в том числе управляемых; общих и дифференциальных вносимых потерь; достижимой защищенности между каналами от переходных влияний, которая связана с перекрестными помехами на отдельном переключателе; максимально реализуемой размерности матричной коммутирующей ОИС на Л'X-V каналов.
При допустимом уровне защищенности между каналами от переходных влияний для всей схемы не хуже —И дБ, ЧТО COOT-вествует скорости появления ошибки Ю-9 бит и общих вносимых потерях не более 11 дБ для каждого канала максимальная
.203 размерность матричной коммутирующей ОИС может достигать 16x16 каналов для архитектуры ОИС по схеме Бениса [198J. Однако реализация на практике архитектуры ОИС с таким числом коммутируемых каналов представляет достаточно сложную в технологическом отношении радачу. В настоящее время на основе ниобата лития Z-среза разработаны и экспериментально реализованы неблокирующие коммутирующие ОИС на 8X8 и IX 16 каналов с уровнем перекрестных помех до —30 и —10 дБ соответственно [199, 200].
Представляют также интерес матричные коммутирующие ОИС на основе пересекающихся (канальных и полосковых) OB с зеркалами полного внутреннего отражения и на основе волноводных брэгговских ответвителей в планарных OB [83]. Архитектура таких ОИС имеет много общего (рис. 7.21). Для построения переключателей на зеркалах полного внутреннего отражения могут применяться как одномодовые, так и многомодовые OB. С целью улучшения характеристик (уменьшения напряжения переключения и снижения перекрестных помех) в коммутирующих ОИС на основе пересекающихся OB коммутационный элемент выполняет с протяженной областью пересечения и связи (непосредственной или распределенной) соединяемых OB [201]. В такой ОИС, выполненной по схеме 4x4 канала на шести элементарных переключателях «а подложке из ниобата лития общей длиной 40 мм, на длине волны 0,83 мкм напряжение и время переключения составляют соответственно ±5 В и 1 не, вносимые потери не превышают 6 дБ, а перекрестные помехи —25 дБ.
Матричные коммутирующие ОИС на волноводных брэгговских ответвителях характеристической формы имеют определенные
б).
Рис. 7.21. Варианты матричных коммутирующих ОИС JVXJV каналов на основе ответвителей на пересекающихся OB (а) и брэгговских ответвителей характеристической формы (б) для JV=4, а также схемы электродов их элементарных переключателей соответственно (в, г) 204 преимущества перед другими типами коммутирующих ОИС. Основное преимущество такого ответвителя заключается в том, что он имеет наименьшую длину при одном и том же управляющем напряжении. Кроме того, в отличие от волноводных направленных ответвителей брэгговские ответвители позволяют создавать неблокирующие матричные коммутирующие ОИС для коммутации произвольных входов и выходов независимо друг от друга, используя только один элементарный переключатель.
В коммутирующих ОИС брэгговские ответвители характеристической формы могут быть выполнены в виде прямоугольника или ромба. Ответвители второго типа предпочтительнее для ОИС, так как имеют пороговую переключательную характеристику и высокую эффективность переключения в отличие от ответвителей прямоугольной формы, которые имеют осциллирующую переключательную характеристику, неоптимальное распределение поля дифрагировавшей волны и не обеспечивают полного переключения световых потоков. Для повышения скорости переключения брэгговский ответвитель может быть выполнен многосекционным.
Разработана и экспериментально исследована матричная коммутирующая ОИС на 4x4 канала, выполненная на 16 брэгговских ответвителях характеристической формы, в которой используются планарно-канальные OB шириной 60 мкм в подложке из ниобата лития общей длиной 20 мм [195]. Такая ОИС обеспечивает коммутацию и переключение произвольных входных и выходных каналов за время порядка 100 пс на длине волны 0,63 мкм при напряжении переключения 5 В и уровне перекрестных помех —26 дБ. Основной трудностью, сдерживающей широкое применение коммутирующих ОИС на брэгговских ответвителях характеристической формы, является необходимость дополнительного согласования достаточно широких коммутируемых световых пучков в планарных OB с другими волноводными элементами (такими, как канальные и полосковые OB и волоконные световоды), имеющими существенно отличающиеся поперечные размеры.
Интересные взоможности для построения многофункциональных коммутирующих ОИС с улучшенными характеристиками открывают трехсекционные электрически управляемые направленные ответвители, переключатели на основе ответвителей на трех связанных OB с промежуточным волноводом, переключатели на ответвителях с усилением оптического сигнала, на основе нелинейных OB, оптически управляемые волноводные переключатели на основе квантоворазмерных структур на полупроводниковых соединениях A111Bv и др. [83]. В этом направлении сделаны лишь первые шаги, и требуются дальнейшие исследования по изучению и применению новых возможностей, которые открываются для разработки и построения многофункциональных коммутирующих ОИС, способных одновременно как обрабатывать, так и коммутировать оптические и электрические сигналы.
