Оптический полупроводниковый переключатель

(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт электроники Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Гончаренко Игорь Андреевич Есман Александр Константинович Кулешов Владимир Константинович Пилипович Владимир Антонович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт электроники Национальной академии наук Беларуси(57) Оптический полупроводниковый переключатель, содержащий первый волноводный брэгговский отражатель, первый объединитель, который оптически связан с входом первого волноводного брэгговского отражателя, управляющий вход и информационный вход,который является входом первого объединителя, отличающийся тем, что дополнительно содержит второй объединитель, второй волноводный брэгговский отражатель и разветвитель, выходы которого связаны соответственно с входами первого и второго объединителей, первый волноводный брэгговский отражатель через второй объединитель оптически связан со вторым волноводным брэгговским отражателем, выход которого является выходом устройства, управляющим входом устройства является вход разветвителя, при этом оптическая длина волновода между разветвителем и первым объединителем 1, оптическая длина волновода между разветвителем и вторым объединителем 2, должны удовлетворять соотношениям 1(2-)2,3(2-1)2,где 1 - показатель преломления волноводов с длинами 1, 2 для излучения управляющего сигнала, распространяющегося по ним на длине волны 1, - длина волновода, соединяющего входы первого и второго волноводных брэгговских отражателей по наикратчайшему пути,8340 1 2006.08.30 2 - эффективный показатель преломления волновода с длинойдля излучения, распространяющегося по нему на длине волны информационного сигнала 2,3 - показатель преломления волноводов с длинами 1, 2 для излучения информационного сигнала, распространяющегося по ним на длине волны 2, - целое число,2 - длина волны информационного сигнала. Изобретение относится к технике связи и может использоваться в оптоэлектронных информационных сетях и интерфейсах вычислительных и измерительных систем. Наиболее близким по технической сущности является оптический переключатель 1,содержащий оптически последовательно связанные информационный вход, циркулятор,объединитель, первый волноводный брэгговский отражатель, который имеет тепловой контакт с температурным контроллером и подключен к блоку питания, при этом управляющий вход через ответвитель оптически связан с циркулятором, выход которого является выходом устройства. Данное устройство имеет недостаточно высокое быстродействие, так как все выходные сигналы дважды проходят через циркулятор и волноводный брэгговский отражатель,что ограничивает максимальную частоту переключения. Техническая задача - увеличение быстродействия. Поставленная техническая задача в заявленном устройстве решается тем, что в устройство, содержащее первый волноводный брэгговский отражатель, первый объединитель, первый объединитель оптически связан с входом первого волноводного брэгговского отражателя, управляющий вход и информационный вход, который является входом первого объединителя, введен дополнительно второй объединитель, второй волноводный брэгговский отражатель и разветвитель, выходы которого связаны соответственно с входами первого и второго объединителей, первый волноводный брэгговский отражатель через второй объединитель оптически связан со вторым волноводным брэгговским отражателем, выход которого является выходом устройства, управляющим входом устройства является вход разветвителя, при этом оптическая длина волновода между разветвителем и первым объединителем 1, оптическая длина волновода между разветвителем и вторым объединителем 2 должны удовлетворять соотношениям(1) 1(2-1)2 ,(2) 3(2-1)2 ,где 1 - показатель преломления волноводов с длинами 1 и 2 для излучения управляющего сигнала, распространяющегося по ним на длине волны 1, - длина волновода, соединяющего входы первого и второго волноводных брэгговских отражателей по кратчайшему пути,2 - эффективный показатель преломления волновода с длинойдля излучения, распространяющегося по нему на длине волны информационного сигнала 2,2 - длина волны информационного сигнала,3 - показатель преломления волноводов с длинами 1, 2 для излучения информационного сигнала, распространяющегося по ним на длине волны 2,2 - эффективный показатель преломления волновода с длинойдля излучения, распространяющегося по нему на длине волны информационного сигнала 2, -целое число. Совокупность признаков позволяет увеличить быстродействие переключения за счет сокращения длины взаимодействия информационной и управляющей волн, коррекции фазовых соотношений в входных и выходных сигналах. При этом быстродействие устройства определяется временем прохода излучения через 1/2 длины устройства - через первый 2 8340 1 2006.08.30 или второй волноводный брэгговский отражатель. Кроме этого, предлагаемое устройство является более простым и поэтому более надежным. Сущность изобретения поясняется на фигуре, где 1 - первый объединитель, 2 - первый волноводный брэгговский отражатель (ВБО), 3 - второй объединитель, 4 - второй ВБО, 5 разветвитель. В заявленном устройстве первый объединитель 1 оптически последовательно связан с первым ВБО 2, вторым объединителем 3 и вторым ВБО 4, а также с выходом разветвителя 5, который также оптически, через второй объединитель 3 связан со вторым ВБО 4. В конкретном исполнении объединители 1, 3, разветвитель 5 - волноводные структуры, выполненные в полупроводниковом материале / с длиной оптического контакта волноводов 10 мкм 2. ВБО 2, 4 - волноводы, выполненные в этом же материале с вытравленными на их поверхности брэгговскими отражателями. Моделирование показало, что при толщине волновода 1 мкм, его длине 0,2 мм и периоде ВБО 0,2 мкм контраст переключения в проходящем излучении с 21,52 мкм достигает величины 30 дБ. Полупроводниковый переключатель работает следующим образом информационный сигнал на длине волны 21,52 мкм поступает через первый объединитель 1 на вход первого ВБО 2 и далее через второй объединитель 3 - на вход второго ВБО 4. В исходном состоянии, при отсутствии управляющего сигнала, 2 не попадает в спектры отражения первого 2 и второго ВБО 4 и информационный сигнал с минимальными потерями мощности проходит на выход устройства. Во втором состоянии (включено) на вход разветвителя 5 поступает управляющий сигнал на длине волны 10,9 мкм, где он разветвляется на два сигнала половинной мощности. Первый из управляющих сигналов через волновод длины 1 поступает на вход первого ВБО 2, второй - на вход второго ВБО 4, где он генерирует неравновесные носители с концентрацией 1,21018 см-3. В процессе генерации неравновесных носителей показатель преломления в объеме первого ВБО 2, а потом в объеме второго ВБО 4 изменяется на величину 10-3. В результате спектр отражения обоих ВБО в соответствующие моменты времени сдвигается, и значение длины волны информационного сигнала 2 попадает в спектры отражения обоих ВБО. После отражения от первого ВБО 2 информационный сигнал через первый объединитель 1 поступает в разветвитель 5. Информационный сигнал, отраженный в объеме второго ВБО 4, через второй объединитель 3 поступает также в разветвитель 5, где обе части отраженного информационного сигнала складываются в фазе. Для этого длины волноводных плеч 1 и 2 и их дисперсионные свойства на длине волны 2 выбираются в соответствии с выражением (2). Оптические длины волноводов 1 и 2 на длине волны 1 выбираются в соответствии с выражением (1), чтобы короткий управляющий сигнал в обоих ВБО вызывал изменение интенсивности одного волнового цуга. В этом случае максимальная частота переключения в устройстве будет определяться временем прохода информационного сигнала объема одного из ВБО, так как длины первого 2 и второго ВБО 4 одинаковы. При использовании описанного выше оптического переключения энергетическая эффективность составляет 20 пДж на импульс. Длина первого 2 и второго ВБО 4 составляет 0,1 мм, время прохода излучения через один из отражателей составляет 1,2 пс. Источники информации 1. Патент 2001215541 А, 2001. 2.,.,. . . -//. . . - 2003. - .15. - - . 36-38. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3