第1章光波導(dǎo)原理與器件概述

第1章光波導(dǎo)原理與器件概述第一頁(yè)，共52頁(yè)。光導(dǎo)波原理與器件第1章

光波導(dǎo)原理與器件概述第2章

光波導(dǎo)的基本理論第3章光波導(dǎo)器件與傳感器第4章光波導(dǎo)的制備技術(shù)第5章光波導(dǎo)的耦合理論與耦合器第6章光波導(dǎo)調(diào)制技術(shù)第7章光纖和光纖技術(shù)第二頁(yè)，共52頁(yè)。第1章光導(dǎo)波原理與器件概論

1.1導(dǎo)波光學(xué)的發(fā)展概況

1.2導(dǎo)波光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)成及優(yōu)點(diǎn)

1.3光波導(dǎo)器件的進(jìn)展

1.4光波導(dǎo)技術(shù)發(fā)展前景和趨勢(shì)

長(zhǎng)春理工大學(xué)第三頁(yè)，共52頁(yè)。1.1.1導(dǎo)波光學(xué)基本概念

1.1.2導(dǎo)波光學(xué)產(chǎn)生及發(fā)展過(guò)程

1.1導(dǎo)波光學(xué)的發(fā)展概況

第1章光導(dǎo)波原理與器件概論長(zhǎng)春理工大學(xué)第四頁(yè)，共52頁(yè)。

二十世紀(jì)六十年代激光的出現(xiàn)，使半導(dǎo)體電子學(xué)、導(dǎo)波光學(xué)、非線(xiàn)性光學(xué)等一系列新學(xué)科涌現(xiàn)出來(lái)。二十世紀(jì)七十年，由于半導(dǎo)體激光器和光導(dǎo)纖維技術(shù)的重大突破，使以光通信、光信息處理、光纖傳感、光信息存儲(chǔ)與顯示等為代表的光信息科學(xué)與技術(shù)得到迅速發(fā)展，導(dǎo)波光學(xué)已經(jīng)成為光信息科學(xué)與技術(shù)的基礎(chǔ)。為了便于理解導(dǎo)波光學(xué)的含義，我們從相關(guān)的基本概念講起。

第1章光導(dǎo)波原理與器件概論長(zhǎng)春理工大學(xué)第五頁(yè)，共52頁(yè)。1.1.1導(dǎo)波光學(xué)基本概念

1、導(dǎo)波光學(xué)：導(dǎo)波光學(xué)是研究光在光波導(dǎo)中傳輸規(guī)律及其應(yīng)用的學(xué)科。它的研究對(duì)象是以光波導(dǎo)現(xiàn)象為基礎(chǔ)的光子學(xué)和光電子學(xué)系統(tǒng)。光波導(dǎo)：光波導(dǎo)一般指導(dǎo)光薄膜，定義為有一維或二維限制的狹窄的導(dǎo)光通道元器件。光子學(xué)：光子學(xué)定義為光的產(chǎn)生、發(fā)射及相互作用的微觀量子理論。光電子學(xué)：光電子學(xué)是由光學(xué)和電子學(xué)相結(jié)合而形成的新技術(shù)學(xué)科。第1章光導(dǎo)波原理與器件概論長(zhǎng)春理工大學(xué)第六頁(yè)，共52頁(yè)。2、集成光路：集成光路指在光波導(dǎo)上制造微型的光學(xué)元件，并互連耦合為具有一定功能的光學(xué)系統(tǒng)，用以實(shí)現(xiàn)光的發(fā)射、傳輸、偏轉(zhuǎn)、調(diào)制和探測(cè)功能的光路系統(tǒng)。第1章光導(dǎo)波原理與器件概論長(zhǎng)春理工大學(xué)第七頁(yè)，共52頁(yè)。1.1.2導(dǎo)波光學(xué)產(chǎn)生及發(fā)展過(guò)程

推動(dòng)導(dǎo)波光學(xué)發(fā)展的動(dòng)力來(lái)自于人們要制造小型化光學(xué)元件和集成化光學(xué)系統(tǒng)，即制造結(jié)構(gòu)緊湊，性能穩(wěn)定的集成光路。制造集成光路首先要解決的就是光源小型化，因此，導(dǎo)波光學(xué)是伴隨半導(dǎo)體激光器的發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的。1962年7月，在固體器件研究國(guó)際會(huì)議上，美國(guó)麻省理工學(xué)院林肯實(shí)驗(yàn)室的學(xué)者克耶斯和奎斯特報(bào)告了砷化鎵材料的光發(fā)射現(xiàn)象，這是半導(dǎo)體激光器的雛形。第1章光導(dǎo)波原理與器件概論長(zhǎng)春理工大學(xué)第八頁(yè)，共52頁(yè)。半導(dǎo)體激光器以材料的p-n結(jié)特性為基礎(chǔ)，因此，半導(dǎo)體激光器常被稱(chēng)為二極管激光器或激光二極管。20世紀(jì)60年代初期的半導(dǎo)體激光器是同質(zhì)結(jié)型激光器，它是在一種材料上制作的p-n結(jié)二極管在正向大電流注入下，電子不斷地向p區(qū)注入，空穴不斷地向n區(qū)注入。第1章光導(dǎo)波原理與器件概論長(zhǎng)春理工大學(xué)第九頁(yè)，共52頁(yè)。半導(dǎo)體激光器發(fā)展的第二階段是異質(zhì)結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體激光器，它是由兩種不同帶隙的半導(dǎo)體材料薄層，如GaAs,GaAlAs所組成。它是利用異質(zhì)結(jié)提供的勢(shì)壘把注入電子限制在GaAsp-n結(jié)的p區(qū)之內(nèi)，以此來(lái)降低閾值電流密度，其數(shù)值比同質(zhì)結(jié)激光器降低了一個(gè)量級(jí)，但單異質(zhì)結(jié)激光器仍不能在室溫下連續(xù)工作。

第1章光導(dǎo)波原理與器件概論長(zhǎng)春理工大學(xué)第十頁(yè)，共52頁(yè)。1970年，實(shí)現(xiàn)了激光波長(zhǎng)為900nm室溫連續(xù)工作的雙異質(zhì)結(jié)GaAs-GaAlAs激光器。其結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是在p型和n型材料之間生長(zhǎng)了僅有0.2μm厚的，不摻雜的，具有較窄能隙材料的一個(gè)薄層，因此注入的載流子被限制在該區(qū)域內(nèi)(有源區(qū))，這樣注入較少的電流就可以實(shí)現(xiàn)載流子數(shù)的反轉(zhuǎn)。第1章光導(dǎo)波原理與器件概論長(zhǎng)春理工大學(xué)第十一頁(yè)，共52頁(yè)。在半導(dǎo)體激光器件中，目前比較成熟、性能較好、應(yīng)用較廣的是具有雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)的電注入式GaAs二極管激光器。隨著異質(zhì)結(jié)激光器的研究發(fā)展，人們想到將超薄膜(<20nm)的半導(dǎo)體層作為激光器的激活層，以致于能夠產(chǎn)生量子效應(yīng)。由于MBE，MOCVD技術(shù)的成熟，在1978年出現(xiàn)了世界上第一只半導(dǎo)體量子阱激光器(QWL)。子阱半導(dǎo)體激光器與雙異質(zhì)結(jié)(DH)激光器相比，具有閾值電流低、輸出功率高，頻率響應(yīng)好，光譜線(xiàn)窄和溫度穩(wěn)定性好和較高的電光轉(zhuǎn)換效率等許多優(yōu)點(diǎn)。第1章光導(dǎo)波原理與器件概論長(zhǎng)春理工大學(xué)第十二頁(yè)，共52頁(yè)。QWL在結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)是它的有源區(qū)是由多個(gè)或單個(gè)阱寬約為10nm的勢(shì)阱所組成，由于勢(shì)阱寬度小于材料中電子的德布羅意波的波長(zhǎng)，產(chǎn)生了量子效應(yīng)，連續(xù)的能帶分裂為子能級(jí)。因此，特別有利于載流子的有效填充，所需要的激射閾值電流特別低。半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)中應(yīng)用的主要是單、多量子阱，單量子阱(SQW)激光器的結(jié)構(gòu)基本上就是把普通雙異質(zhì)結(jié)(DH)激光器的有源層厚度做成數(shù)十nm以下的一種激光器，通常把勢(shì)壘較厚以致于相鄰勢(shì)阱中電子波函數(shù)不發(fā)生交迭的周期結(jié)構(gòu)稱(chēng)為多量子阱(MQW)。第1章光導(dǎo)波原理與器件概論長(zhǎng)春理工大學(xué)第十三頁(yè)，共52頁(yè)。長(zhǎng)春理工大學(xué)第十四頁(yè)，共52頁(yè)。1.2導(dǎo)波光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)成及優(yōu)點(diǎn)

1.2.1導(dǎo)波光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)成

1.2.2導(dǎo)波光學(xué)系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

第1章光導(dǎo)波原理與器件概論長(zhǎng)春理工大學(xué)第十五頁(yè)，共52頁(yè)。1.2.1導(dǎo)波光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)成

導(dǎo)波光學(xué)系統(tǒng)一般由光源、耦合器、光波導(dǎo)器件、光調(diào)制器和光探測(cè)器等組成。與傳統(tǒng)的、非集成的離散光學(xué)元件系統(tǒng)相比，導(dǎo)波光學(xué)系統(tǒng)具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊和性能穩(wěn)定等特點(diǎn)。

離散光學(xué)系統(tǒng)是將有一定幾何尺寸的光學(xué)元器件固定在大型的光學(xué)平臺(tái)或光具座上所構(gòu)成的光路系統(tǒng)。系統(tǒng)的大小約是幾平方米的數(shù)量級(jí)，光束的粗細(xì)約為5-10mm的范圍。光束一般通過(guò)空氣在各個(gè)光學(xué)元器件之間進(jìn)行傳輸。由于受到介質(zhì)對(duì)光的吸收、色散和散射等因素的影響，系統(tǒng)光能損耗較大，組裝、調(diào)整也比較困難。第1章光導(dǎo)波原理與器件概論長(zhǎng)春理工大學(xué)第十六頁(yè)，共52頁(yè)。

導(dǎo)波光學(xué)系統(tǒng)是在同一塊襯底上盡量制作多個(gè)微型的光學(xué)元器件，因而不存在離散光學(xué)器件所具有的組裝問(wèn)題，不僅可以保持光學(xué)元器件相對(duì)位置不變，而且對(duì)振動(dòng)和溫度等環(huán)境因素的適應(yīng)性也比較強(qiáng)。另外，由于各個(gè)光學(xué)元件用襯底內(nèi)部或表面上形成的光波導(dǎo)連接起來(lái)，因此，光波容易控制和保持其能量。第1章光導(dǎo)波原理與器件概論長(zhǎng)春理工大學(xué)第十七頁(yè)，共52頁(yè)。1.2.2導(dǎo)波光學(xué)系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

首先，集成光路與光纖一樣，信號(hào)的載體是光波，光波的頻率比電子手段產(chǎn)生的電磁振蕩高得多，因而可能加載頻帶寬極寬的信號(hào)，而且避免了電路的導(dǎo)線(xiàn)固有的電容和電感導(dǎo)致的頻率限制效應(yīng)。這樣，集成光路的光信號(hào)的傳輸帶寬及與此相應(yīng)的傳輸信息量，比電子電路系統(tǒng)的電信號(hào)的傳輸帶寬和信息量超過(guò)若干數(shù)量級(jí)。導(dǎo)波光學(xué)系統(tǒng)具有體積小、性能穩(wěn)定可靠、效率高、功耗低、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。第1章光導(dǎo)波原理與器件概論長(zhǎng)春理工大學(xué)第十八頁(yè)，共52頁(yè)。其次，雖然電子計(jì)算機(jī)已經(jīng)進(jìn)入大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的時(shí)代，但其運(yùn)算速率始終受限于固體電子器件中電子運(yùn)動(dòng)的速度，而光子計(jì)算機(jī)以光速運(yùn)動(dòng)的光子為工作的基礎(chǔ)，其理論計(jì)算速率可高達(dá)1010～1011次/秒，它比目前計(jì)算速率最快的電子計(jì)算機(jī)高100～1000倍。第1章光導(dǎo)波原理與器件概論長(zhǎng)春理工大學(xué)第十九頁(yè)，共52頁(yè)。第三，空間上多道陣列、多頻段以致三維立體的光學(xué)存儲(chǔ)及處理的特點(diǎn)，使光存儲(chǔ)和處理的容量可達(dá)到1018kbit的“海量信息”。如果用集成光路來(lái)實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的邏輯運(yùn)算、傳送和處理，則可制成體積小、速度快、容量大的“全光計(jì)算機(jī)”。光子計(jì)算機(jī)與電子計(jì)算機(jī)相比有著并行處理、信號(hào)互不干擾、開(kāi)關(guān)速度快、光速傳遞、寬帶以及信息容量極大的優(yōu)點(diǎn)。

第1章光導(dǎo)波原理與器件概論長(zhǎng)春理工大學(xué)第二十頁(yè)，共52頁(yè)?？偟膩?lái)說(shuō)，用集成光路代替集成電路的優(yōu)點(diǎn)包括帶寬增加，波分復(fù)用，多路開(kāi)關(guān)，耦合損耗小，尺寸小，重量輕，功耗小，成批制備，可靠性高等。由于光和物質(zhì)的多種相互作用，還可以在集成光路的構(gòu)成中，利用諸如光電效應(yīng)、電光效應(yīng)、聲光效應(yīng)、磁光效應(yīng)、熱光效應(yīng)等多種物理效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)新型的器件功能。

第1章光導(dǎo)波原理與器件概論長(zhǎng)春理工大學(xué)第二十一頁(yè)，共52頁(yè)。第二十二頁(yè)，共52頁(yè)。1.3.1光波導(dǎo)寬帶光調(diào)制器

1.3.2光波導(dǎo)開(kāi)關(guān)

1.3光波導(dǎo)器件的進(jìn)展

1.3.4高密度信息讀取器1.3.3光波導(dǎo)頻譜分析器

第1章光導(dǎo)波原理與器件概論長(zhǎng)春理工大學(xué)第二十三頁(yè)，共52頁(yè)。至今已經(jīng)實(shí)用化了的制成品仍然比較少。本節(jié)將對(duì)集成光路中成熟程度比較高的若干光波導(dǎo)器件進(jìn)行介紹。

光波導(dǎo)器件可以分為無(wú)源器件和有源器件。集成光路則是將這些分立器件有機(jī)地集成在同一塊襯底上而構(gòu)成的。第1章光導(dǎo)波原理與器件概論長(zhǎng)春理工大學(xué)第二十四頁(yè)，共52頁(yè)。1.3.1光波導(dǎo)寬帶光調(diào)制器

在將來(lái)的相干光通信中，人們打算使用10GHz的頻帶或者更高的頻帶。為能夠制作出具有數(shù)千兆赫通帶寬度的光調(diào)制器，研究人員正進(jìn)行著不懈的努力。已經(jīng)有大量的行波型光調(diào)制器的報(bào)道，它們屬于馬赫－澤德干涉儀型的。其調(diào)制帶寬取決于波導(dǎo)光與微波的速度匹配程度。圖1.2就是一個(gè)已經(jīng)達(dá)到了實(shí)用化水平的調(diào)制器的例子。第1章光導(dǎo)波原理與器件概論長(zhǎng)春理工大學(xué)第二十五頁(yè)，共52頁(yè)。第1章光導(dǎo)波原理與器件概論長(zhǎng)春理工大學(xué)第二十六頁(yè)，共52頁(yè)。其插入損耗為2dB，驅(qū)動(dòng)電壓為5V，具有7GHz的調(diào)制帶寬。用這種調(diào)制器進(jìn)行了4Gbit/s的傳輸實(shí)驗(yàn)，傳輸距離達(dá)到l32km。為了實(shí)現(xiàn)更寬帶域的速度匹配，使用圖1.2b)所示的屏蔽電極，得到了40GHz的帶寬特性。另外，也有諧振型光調(diào)制器的報(bào)道，它采用約100mW的調(diào)制輸入電功率，得到了33-40GHz帶寬的超高速調(diào)制。

第1章光導(dǎo)波原理與器件概論長(zhǎng)春理工大學(xué)第二十七頁(yè)，共52頁(yè)。1.3.2光波導(dǎo)開(kāi)關(guān)

將多個(gè)LiNbO3波導(dǎo)開(kāi)關(guān)集成在同一塊襯底上，可以構(gòu)成具有多個(gè)輸入端和輸出端的N×N或者l×N光學(xué)開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)。其主要的應(yīng)用目標(biāo)是制作成未來(lái)的光纖通信系統(tǒng)中的光交換機(jī)以及時(shí)段分割通信系統(tǒng)中的發(fā)射信息與接收信息的器件。

第1章光導(dǎo)波原理與器件概論長(zhǎng)春理工大學(xué)第二十八頁(yè)，共52頁(yè)。1、分支型開(kāi)關(guān)陣列。在器件長(zhǎng)度比較短、適合于集成化的器件中大都采用LiNbO3分支開(kāi)關(guān)。當(dāng)波導(dǎo)寬4μm時(shí)，電極長(zhǎng)度為0.8mm，即使做成如圖1.3所示的1×4光學(xué)開(kāi)關(guān)陣列，開(kāi)關(guān)工作部分的長(zhǎng)度也僅僅只有3mm。第1章光導(dǎo)波原理與器件概論長(zhǎng)春理工大學(xué)第二十九頁(yè)，共52頁(yè)。2、方向耦合器型開(kāi)關(guān)陣列。通常方向耦合器器件長(zhǎng)度約為5mm，即使不要求比較嚴(yán)格的制作精度，也可以在比較低的電壓下獲得比較高的消光比，因而首先用于制作集成化光學(xué)開(kāi)關(guān)陣列。圖1.4所示是以Z切割LiNbO3為襯底，制作出的用于1.3μm波長(zhǎng)的4X4光學(xué)開(kāi)關(guān)陣列。第1章光導(dǎo)波原理與器件概論長(zhǎng)春理工大學(xué)第三十頁(yè)，共52頁(yè)。

在現(xiàn)在的光纖系統(tǒng)中，使用的幾乎都是不具有偏振波面保存特性的單模光纖，因此出現(xiàn)了會(huì)受到偏振光影響的光學(xué)器件難于原封不動(dòng)地集成進(jìn)集成光路的難題。圖1.5所示是解決了上述難題而不受偏振光影響的8×8光學(xué)開(kāi)關(guān)陣列例子。第1章光導(dǎo)波原理與器件概論長(zhǎng)春理工大學(xué)第三十一頁(yè)，共52頁(yè)。1.3.3光波導(dǎo)頻譜分析器

集成光路RF頻譜分析器是將波導(dǎo)型布拉格器件與波導(dǎo)透鏡組合起來(lái)，對(duì)射頻(RF)信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)頻譜分析的器件，如圖1.6所示。第1章光導(dǎo)波原理與器件概論長(zhǎng)春理工大學(xué)第三十二頁(yè)，共52頁(yè)。1、混合型。作為寬帶域IOSA的波導(dǎo)材料，最合適的是具有優(yōu)秀的高頻聲表面波濾波器(SAW)特性的LiNbO3，這時(shí)候需要將其制作成外貼光源與光檢測(cè)器的混合型集成光路。從理論上講，這種混合集成光路可以做到1GHz的帶寬，1MHz的分辨率，響應(yīng)速度為lus。這些利用電先效應(yīng)的IOSA的缺點(diǎn)是，需要有能夠把時(shí)序信號(hào)變換為并行信號(hào)的電子電路；但是它的優(yōu)點(diǎn)是具有超高速響應(yīng)的可能性。第1章光導(dǎo)波原理與器件概論長(zhǎng)春理工大學(xué)第三十三頁(yè)，共52頁(yè)。2、準(zhǔn)單片型。IOSA所需要的光檢測(cè)器與其它的光學(xué)器件有可能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)單片集成化。作為這種準(zhǔn)單片型IOSA的襯底，選用Si比較合適。雖然含有主檢測(cè)器的單片集成化的IOSA至今尚未制作出來(lái)，但是采用衍射型透鏡，制作出了將檢測(cè)器以外的器件全都集成在一起了的典型器件，而且它的正常運(yùn)作也得到了確認(rèn)。在IOSA之中，迄今為止在應(yīng)用方面還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)盡善盡美的性能，在分辨率的改善、通帶寬度最大值的探討以及全集成化等方面，為今后留下了不少的研究課題。第1章光導(dǎo)波原理與器件概論長(zhǎng)春理工大學(xué)第三十四頁(yè)，共52頁(yè)。頻譜分析雖然用電子電路也可以完成，但是當(dāng)采用光學(xué)器件來(lái)完成時(shí)，因其具有并行處理功能，而使得測(cè)量的高速化和實(shí)時(shí)處理成為可能，而且通過(guò)將其制作成集成光路還可以使它在結(jié)構(gòu)上更加小型化?，F(xiàn)在的研究開(kāi)發(fā)主要著眼于雷達(dá)信號(hào)的處理，將來(lái)有可能將其應(yīng)用于電波望遠(yuǎn)鏡、各種激光探測(cè)、遙感以及通信等廣泛的信息處理領(lǐng)域。特別是在衛(wèi)星搭載中，為了滿(mǎn)足體積小、重量輕的需求，它將成為一種重要的器件。第1章光導(dǎo)波原理與器件概論長(zhǎng)春理工大學(xué)第三十五頁(yè)，共52頁(yè)。1.3.4高密度信息讀取器

現(xiàn)在讀取光盤(pán)等高密度的光信息，使用的是高密度信息讀取器，又稱(chēng)光盤(pán)拾波器。最終目的是為了減小體積、減輕重量、提高性能和改善工藝，制成讀取器件的集成光路化。到目前為止，雖然其性能還沒(méi)有哪一種能夠達(dá)到實(shí)用化的程度，但是，由于作為民用設(shè)備，存在著極大的潛在市場(chǎng)，人們普遍把它看作是集成光路的重要應(yīng)用領(lǐng)域而進(jìn)行著積極的開(kāi)發(fā)和研究。

第1章光導(dǎo)波原理與器件概論長(zhǎng)春理工大學(xué)第三十六頁(yè)，共52頁(yè)。圖1.7中繪出了光集成光盤(pán)拾波器的結(jié)構(gòu)。IODPU是將讀出專(zhuān)用拾波器的光學(xué)系統(tǒng)全部集成化的器件，具有輸出對(duì)應(yīng)于光盤(pán)反射的讀出信號(hào)以及聚焦與跟蹤伺服用的誤差信號(hào)的功能。第1章光導(dǎo)波原理與器件概論長(zhǎng)春理工大學(xué)第三十七頁(yè)，共52頁(yè)。在該器件的結(jié)構(gòu)中，集成了以SiO2/Si為襯底和玻璃薄膜波導(dǎo)為基礎(chǔ)的聚光光柵耦合器(FGC)、光柵光束分離器(TGFBS)和光電二極管(PD)。

第1章光導(dǎo)波原理與器件概論長(zhǎng)春理工大學(xué)第三十八頁(yè)，共52頁(yè)。1、讀出信號(hào)檢測(cè)。由半導(dǎo)體激光器(LD)發(fā)射光是發(fā)散的波導(dǎo)光，被聚焦光柵耦合器(FGC)聚焦到光盤(pán)上，而由光盤(pán)反射回來(lái)的光再次經(jīng)由同一個(gè)FGC被耦合進(jìn)波導(dǎo)之中。TGFBS是衍射效率為50%的布拉格光柵，它將反射回來(lái)的光波面一分為二，并且因?yàn)槠D(zhuǎn)而偏離光軸，在比較弱的透鏡作用下，被聚焦于兩個(gè)檢測(cè)點(diǎn)。通過(guò)使用這種具有復(fù)合功能的光柵器件，達(dá)到了簡(jiǎn)化器件結(jié)構(gòu)的目的。在兩個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的兩側(cè)各有兩個(gè)光電二極管(PD)，也就是說(shuō)共有四個(gè)PD被設(shè)置在Si襯底的表面，為了將波導(dǎo)光高效率地耦合進(jìn)PD，把襯底與波導(dǎo)層之間的緩沖層制作成錐形，形成一種波導(dǎo)層逐漸靠近Si表面的結(jié)構(gòu)。讀出的信號(hào)為四個(gè)PD所得到的光電流的總和。第1章光導(dǎo)波原理與器件概論長(zhǎng)春理工大學(xué)第三十九頁(yè)，共52頁(yè)。2、聚焦誤差檢測(cè)。如果光盤(pán)出現(xiàn)往遠(yuǎn)處的擾動(dòng)，返回的光就會(huì)聚焦于檢測(cè)點(diǎn)的前方，使得位于內(nèi)側(cè)的PD中產(chǎn)生比較大的光電流；如果光盤(pán)出現(xiàn)往近處的擾動(dòng)，返回的光就會(huì)聚焦于檢測(cè)點(diǎn)的后方，使得位于外側(cè)的PD中產(chǎn)生比較大的光電流。根據(jù)內(nèi)外側(cè)PD中光電流的差值，就可以得出誤差信號(hào)。

第1章光導(dǎo)波原理與器件概論長(zhǎng)春理工大學(xué)第四十頁(yè)，共52頁(yè)。3、跟蹤誤差檢測(cè)。在沒(méi)有誤差的情況下，在關(guān)于LD-FGC線(xiàn)呈對(duì)稱(chēng)關(guān)系的PD中會(huì)有等量的光電流；在產(chǎn)生誤差的情況下，光的對(duì)稱(chēng)性將會(huì)被破壞，而在對(duì)稱(chēng)的PD中的電流就會(huì)出現(xiàn)差值，從而得到誤差信號(hào)。將IODPU搭載在傳動(dòng)裝置上，通過(guò)利用誤差信號(hào)對(duì)傳動(dòng)裝置的閉環(huán)驅(qū)動(dòng)，從而可以實(shí)現(xiàn)聚焦和跟蹤。第1章光導(dǎo)波原理與器件概論長(zhǎng)春理工大學(xué)第四十一頁(yè)，共52頁(yè)。第四十二頁(yè)，共52頁(yè)。1.4光波導(dǎo)技術(shù)發(fā)展前景和趨勢(shì)

1.4.1光波導(dǎo)技術(shù)的研究熱點(diǎn)

1.4.2光波導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

第1章光導(dǎo)波原理與器件概論長(zhǎng)春理工大學(xué)第四十三頁(yè)，共52頁(yè)。

對(duì)于光波導(dǎo)的研究，多年來(lái)以美國(guó)、日本和歐洲為中心，在世界各地持續(xù)高漲。在近三十年里，薄膜制作技術(shù)研究精細(xì)加工技術(shù)都有了長(zhǎng)足進(jìn)步，并以這些技術(shù)為支柱，確立了各種材料制作光波導(dǎo)的方法，無(wú)源器件和有源器件制作中出現(xiàn)的問(wèn)題也相繼得到解決。目前所制作的光波導(dǎo)元器件的特性已經(jīng)接近或達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)。但是，要想把多個(gè)分離的光波導(dǎo)元器件集成在同一個(gè)襯底上形成集成光路還有許多問(wèn)題要研究。

第1章光導(dǎo)波原理與器件概論長(zhǎng)春理工大學(xué)第四十四頁(yè)，共52頁(yè)。1.4.1光波導(dǎo)技術(shù)的研究熱點(diǎn)

當(dāng)前，光波導(dǎo)技術(shù)的研究熱點(diǎn)主要集中在如下幾個(gè)方面：1、降低光波導(dǎo)傳輸損耗。光波導(dǎo)傳輸損耗的大小直接影響到光波導(dǎo)技術(shù)在光電探測(cè)、光纖通信以及光信息處理等領(lǐng)域的推廣和應(yīng)用。光波導(dǎo)的傳輸損耗主要來(lái)自材料本身對(duì)光的吸收和散射。在平面波導(dǎo)的情況下，波導(dǎo)層和襯底層以及波導(dǎo)層和覆蓋層處的散射，在條形波導(dǎo)中，還會(huì)增加側(cè)面不光滑引起的散射等。散射帶來(lái)的背景噪聲會(huì)使信噪比降低，降低光波導(dǎo)傳輸損耗是導(dǎo)波光學(xué)首先要解決的問(wèn)題。第1章光導(dǎo)波原理與器件概論長(zhǎng)春理工大學(xué)第四十五頁(yè)，共52頁(yè)。2、提高集成度。導(dǎo)波光學(xué)最終要實(shí)現(xiàn)目的是光路器件的小型化和集成化，并制成大規(guī)模集成光路，從而提高光路的穩(wěn)定性和可靠性。對(duì)光路器件的尺寸要求通常為微米量級(jí)，隨著納米技術(shù)的發(fā)展，人們希望制作出尺寸更小的光波導(dǎo)器件，這樣可以提高集成度，使器件的性能得到提升。要制作高質(zhì)量的狹長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)，還需要研究與此相適應(yīng)的制作技術(shù)。第1章光導(dǎo)波原理與器件概論長(zhǎng)春理工大學(xué)第四十六頁(yè)，共52頁(yè)。3、提高調(diào)制器的消光比。在光通信、光計(jì)算以及集成光路系統(tǒng)當(dāng)中，經(jīng)常要對(duì)光信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，調(diào)制器的消光比通常是指在通和斷兩種狀態(tài)