Optoelektronik Tümleşik Devreler HSarı 1

Ebat: px

Şu sayfadan göstermeyi başlat:

Download "Optoelektronik Tümleşik Devreler. 2008 HSarı 1"

Bercu Muhtar
8 yıl önce
İzleme sayısı:

1 Optoelektronik Tümleşik Devreler 2008 HSarı 1

2 Kaynaklar: R. G. Hunsperger, Integrated Optics: Theory and Technology, 3rd Edition, Springer Series in Optical Science, Springer-Verlag, HSarı 2

3 Optoelektronik Tümleşik Devreler Neden optoelektronik tümleşik devreler? Üstünlükleri: Bant aralığı Boyutların küçülmesi, ağırlığın azalması, düşük güç tüketimi Artan güvenirlik Darbelere karşı dayanıklılık ve optik elemanlar arasında hizalanma kolaylığı Olumsuzlukları: Fabrikasyonun pahalı oluşu (şimdilik!) 2008 HSarı 3

4 Optoelektronik Tümleşik Devreler Genellikle iki türlü optoelektronik tümleşik devre yapılmaktadır Hibrit yapılı tümleşik optoelektronik devreler Monolitik tümleşik optoelektronik devreler Hibrit yapılı tümleşik optoelektronik devreler: İki veya daha fazla farklı alttaş üzerine yapılmış optoelektronik devre elemanları bir araya getirilerek oluşturulan tümleşik devreler (LiNbO3 üzerinde akusto-optik modülatör, Si fotodedektör dizisi, GaAlAs heteroyapılı lazer) Üstünlükleri Her optoelektronik elemanın performansı arttırılır Var olan teknoloji kullanılarak çok verimli devre elemanları yapılabilir Olumsuzlukları Optik devre bileşenleri arasında ısıl genleşme ve titreşimden dolayı oluşabilecek hizalanma (misalignment) sorunları 2008 HSarı 4

5 Optoelektronik Tümleşik Devreler Monolitik Tümleşik Optoelektronik Devreler Bütün optoelektronik devre elemanları için aynı alttaşın kullanılması ile yapılan tümleşik devrelerdir Bu tür yapılarda ışık kaynağına da ihtiyaç duyulacağından ışık elde etmeye uygun (direk bant aralıklı) alttaşların kullanılması gerekir Üstünlüğü Seri üretim yapmaya uygun ve bu sebepten üretimi ucuz 2008 HSarı 5

6 Optoelektronik Tümleşik Devreler Malzemeler Optoelektronik Tümleşik Devreler için Alttaş Malzemeleri Pasif optik elemanlar Kuartz LiNbO 3 (Lithium niobate) Silisyum Aktif (ışık üretimini olanaklı kılan) GaAs GaAlAs GaAsP GaInAs Diğer direk bant aralıklı III-V ve II-VI yarıiletken malzemeler 2008 HSarı 6

7 RF Spektral Çözümleyici Radar Yükseltici Lazer Fotoalgılayıcı Dizisi Mercek Oluşan ses dalgası Çalışma İlkesi: Fotoalgılayıcı dizideki her algılayıcı belli bir frekansı algılar Algılayıcının çıkışı gelen rf nin güçüyle orantılıdır Üstünlüğü: Sadece birkaç optik elemandan oluşur (benzer işlem elektronik olarak yapıldığında binlerce devre elemanına ihtiyaç duyulmaktadır) 2008 HSarı 7

8 Optik Çiftlenim Elektronik tünellemenin benzeri optikte de görülür. Optik tünelleme ilkesi ile Fiberden dalga kılavuzlarına Dalga kılavuzları arasında enerji transferi yapılabilir Yeterince yakın iki optik dalga kılavuzu arasında çiftlenim olur. Optik enerji, birinci dalga kılavuzundan ikinci dalga kılavuzuna aktarılır Bu enerji aktarımı dalga kılavuzlarının etkileşme mesafesine bağlı olarak dalga kılavuzu boyunca periyodik olarak salınmaya devam eder 1 2 s Çiftlenmemiş dalga klavuzları s Çiftlenmiş dalga klavuzları 2008 HSarı s > s 8

9 Optik Çiftlenim x z y 1 2 L W s W Çiftlenim Katsayısı, κ 2h qe κ = β + 2 qs 2 2 W(q h ) W: Dalga kılavuzlarının genişliği s: Dalga kılavuzları arası mesafe h, β: y ve z doğrultusunda yayılma sabiti q: sönüm katsayısı 2008 HSarı 9

10 Optik Çiftlenim P 1 (z) P 0 (z) P 1 (L) z L P o (0) Çiftlenmiş dalga kılavuzları I P o (z) e -αz z P 1 (z) π mπ L = + 2 κ κ Tam aktarım için m=0, 1, HSarı 10

11 Çiftlenmiş Dalga Klavuzlu Modülatörler Çiftlenmiş dalga kılavuzlarının kırılma indisi (dolayısı ile β değeri) uygulanan gerilimle değiştirilebilir β nin farklı olması, çiftlenim katsayısını (κ) nın da değişmesine, dış gerilimle modüle edilmesine olanak sağlar V Genişlik (w), mesafe (s) ve uzunluk (L) gibi parametreleri sabit olan birbirine yeterince yakın dalga kılavuzlarındaki κ değeri gerilimle orantılı olarak değişecektir V α β α κ 2 qs 2h qe κ = β W(q + h ) HSarı 11

12 Yüksek Frekans Dalga Şekli Çözümleyici Optik atma (pulse) doğrultusu Çiftlenmiş dalga kılavuzları Elektrik sinyalin yayılma doğrultusu Çiftlenmiş optik sinyal Fotoalgılayıcı Dizisi i(x) x 2008 HSarı 12

13 Akusto-Optik Frekans Kaydırıcı LiNbO 3 Alttaş GaAlAs Lazer diyot θ B θ B Fiber kablosuna Ses dalgasının hareketliliğinden dolayı optik dalganın frekansı ± mf o kadar kaymaya uğrar ν= ± mf o m: kırınıma uğrayan dalganın derecesi f o : ses dalgasının frekansı 2008 HSarı 13

14 Akusto-Optik Frekans Kaydırıcı SWSAWOM (Standing Wave Surface Acoustic Wave Optical Modulator) GaAlAs Lazer diyot GaAlAs Lazer diyot GaAlAs Lazer diyot 2008 HSarı 14

Benzer belgeler

12. Ders Yarıiletkenlerin Elektronik Özellikleri

12. Ders Yarıiletkenlerin Elektronik Özellikleri 12. Ders Yarıiletkenlerin lektronik Özellikleri T > 0 o K c d v 1 Bu bölümü bitirdiğinizde, Yalıtkan, yarıiletken, iletken, Doğrudan (direk) ve dolaylı (indirek) bant aralığı, tkin kütle, devingenlik,