19 Лекция 19
19. Физико-химические и физико-технологические основы новых направлений технологий
19.1. Оптоэлектроника
Оптоэлектроника - раздел электроники, охватывающий использование эффектов взаимодействия электромагнитных волн оптического диапазона с электронами в веществах и методы создания оптоэлектронных приборов и устройств, использующих эти эффекты для генерации, передачи, хранения, обработки и отображения информации.
Интегральная оптика
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.
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 (тонкопленочный волновод), либо в ее приповерхностном слое, например локальной диффузией или ионным легированием (диффузионный волновод). Световедущий слой интегрально-оптического волновода имеет больший, чем подложка и окружающая среда, показатель преломления, что обусловливает возможность локализации оптического излучения в нем 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 толщиной.
К явлениям, возникающим в интегрально-оптическом волноводе, относятся: существование собственных волноводных 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 (приемники оптического излучения).
Основными материалами, используемыми для создания элементов и устройств, являются полупроводниковые материалы (например, GaAs,GaAlAs,ZnS,ZnSe,PbSnTe), материалы, в которых ярко выражены электрооптические, акустооптические и магнитооптические свойства (например,LiNbO3,LiTaO3,TeO2), а также оптические материалы (например, кварц, стекло, отдельные полимеры), отличающиеся значительной прозрачностью в различных участках оптического диапазона и высокой однородностью.