Стр. 103 - ИНТЕГРАЛЬНАЯ ОПТИКА

И Н Т Е Г Р А Л Ь Н А Я О П Т И К А

103

планарных волноводных устройств, для работы которых существенно задание

определенных фазовых соотношений.

Ограничивающими факторами, влияющими на динамический диапазон и

уровень помех в реальных ОИС, являются оптические потери в ОВ и волновод-

ных элементах и связанные с ними пространственные шумы оптического излу-

чения. Волноводная дисперсия, принципиально не устранимая в интегральной

оптике, не позволяет создавать бездисперсионные элементы и схемы, сохра-

няющие свои характеристики в широкой полосе частот.

Предельные возможности ОИС для обработки информации обусловлены

тремя наиболее важными их характеристиками: минимальными размерами вол-

новодных элементов, быстродействием и уровнем потребляемой мощности.

Существуют два ограничения, препятствующие уменьшению размеров

волноводных элементов ОИС. Первое – минимальные размеры области локали-

зации оптического излучения из-за конечного значения длины волны излуче-

ния. Анализ показывает, что в наиболее распространенном на практике диапа-

зоне длин волн 0,8 - 1,6 мкм для реальных параметров ОВ минимальные разме-

ры области локализации оптического излучения порядка 1 мкм. Этот предел

локализации оптического излучения приводит к тому, что по отношению к

электронным интегральным схемам на кремнии минимальные поперечные раз-

меры отдельных ОИС оказываются значительно большими. Поэтому следует

ожидать, что для разработки ОИС можно будет воспользоваться технологиче-

скими достижениями микроэлектроники. Второе связано с предельной мини-

мальной длиной взаимодействия, необходимой для обеспечения эффективности

преобразования и переключения оптических волн в ОИС. Для построения вы-

сокоэффективных ИО-устройств на основе различных физических эффектов

(акусто-, магнито-, электрооптических, поляризационных, нелинейных и др.)

необходимо обеспечить длину взаимодействия оптического излучения и соот-

ветствующего поля, эта длина много больше длины волны излучения и соизме-

рима с протяженностью волноводного устройства или всей ОИС. Типичные

размеры ОИС варьируются примерно от единиц до десятков миллиметров.

Быстродействие оптических систем определяется шириной полосы опти-

ческого сигнала. Соединения оптических компонентов с электронными схемами

ограничивает быстродействие ОИС. Основным ограничением скорости обра-

ботки оптических сигналов является задержка сигнала при его распространении

в ОВ, а также уширение оптических импульсов. Задержка оптического сигнала τ

при его распространении в ОВ определяется длиной схемы

L

c

и групповой ско-

ростью оптической волны. Для типичных параметров ОВ τ/

L

c

~10 пс/мм.

Уширение оптических импульсов играет заметную роль в волноводных

элементах, обладающих дисперсией. В ОВ, применяемых для построения ОИС,

дисперсию практически можно не учитывать из-за малости линейных размеров

ОИС. Однако в ОВ с периодической модуляцией параметров дисперсия может

приводить к существенному уширению и искажению формы оптических им-

пульсов. Быстродействие ОИС практически не ограничивается быстродействи-

ем полупроводниковых лазерных излучателей, совместимых с ОИС. Полупро-