Wykoaie modulatoa światłowodowego w techologii optoelektoiki zitegowaej Obudowa mikofalowa U-owek Światłowód Klej pzewodzący Podłoże aludowe Mikofalowe złącze SMA Dopowadzeie mikofalowe 4-maj-4 Optoelektoika II, Wytwazaie modulatoa 1
Okeśleie założeń techiczych i paametów pacy Zadaiem jest wykoaie stuktuy modulatoa umożliwiającej moolityczą itegację ze źódłami światła i detektoami. Częstotliwość pacy: 3 GHz w układzie o stałych skupioych, 2GHz w układzie o stałych ozłożoych Układ pzezaczoy do pacy w dugim i tzecim okie telekomuikacyjym (λ = 13, 155m) 4-maj-4 Optoelektoika II, Wytwazaie modulatoa 2
Wybó mateiałów i techologii Mateiały: Podłoże - GaAs Światłowód - heteostuktua GaAs/AlGaAs Defiiowaie stuktu - fotolitogafia o ozdzielczości 1 µm Stuktua modulatoa - itefeomet Macha-Zehdea Techologia wytwazaia: stadadowa chemicza obóbka układów mikoelektoiczych (główie moka chemia). Obudowa: obudowa mikofalowa pzystosowaa do pacy b.w.cz. z pzepustami światłowodowymi 4-maj-4 Optoelektoika II, Wytwazaie modulatoa 3
4-maj-4 Optoelektoika II, Wytwazaie modulatoa 4 Paamety mateiałowe (1) = = = 3,4 3,4 3,4 3 4 5 4 2 6 5 6 1 33 32 311 23 22 21 13 12 11 o o Idykatysa optycza GaAs
4-maj-4 Optoelektoika II, Wytwazaie modulatoa 5 Paamety mateiałowe (2) V m / 1 1.43 1.43 1.43 12 41 41 41 63 62 61 53 52 51 43 42 41 33 32 31 23 22 21 13 12 11 = = Teso współczyików elektooptyczych GaAs Klasa symetii: (układ kubiczy) m 43
Stuktuy światłowodów paskowych (a) (c) (b) (d) a) światłowód paskowy (wyiesioy), b) wbudoway światłowód paskowy, c) światłowód gzbietowy, d) stip loaded waveguide 4-maj-4 Optoelektoika II, Wytwazaie modulatoa 6
Heteostuktua i podstawowe kofiguacje elektod (1) Ti/Au/Au - elektody a) 2 um Al.32 Ga.968 As 1,6 um GaAs 5 um Al.32 Ga.968 As światło 1,3 um podłoże GaAs 4-maj-4 Optoelektoika II, Wytwazaie modulatoa 7
Heteostuktua i podstawowe kofiguacje elektod (1) Ti/Au/Au - elektody b) 3 um GaAs 4 um Al.32 Ga.968 As światło 1,3 um podłoże GaAs 4-maj-4 Optoelektoika II, Wytwazaie modulatoa 8
Paamety modulatoa elektooptyczego W d elektody L GaAs AlGaAs Podłoże GaAs światłowód paskowy Zmiaa fazy Napięcie "półfalowe" φ V 11 π 2π L 3 = 41VΓ λd d λ = 3 2L Γ 41 4-maj-4 Optoelektoika II, Wytwazaie modulatoa 9
Całka pzekycia jako fukcja d/w y dla modulatoa elektooptyczego Γ [%] 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 2 4 6 E <1> E <11> - d/wy Całka pzekycia Γ = d V E el E opt 2 da Gdzie w y jest połówkową szeokością modu w światłowodzie paskowym 4-maj-4 Optoelektoika II, Wytwazaie modulatoa 1
Szybkość modulatoa (MZ) 3. C/L [pf/cm] 12. BL [GHz cm] f=1/ πrc 2. 8. 1. 4. Szacowaie: odległość elektod d = 1 µm szeokość elektody W = 1 µm daje d/w =,1 BL ~ 4 pz y długości L = 1 cm B = 4 GHz...1.1 1. 1. d/w Pojemość a jedostkę długości dla kofiguacji elektod paskowych w GaAs jako fukcja stosuku odległości/szeokości elektod. Pokazao także paamet pasmo-długość (BL) dla R=5Ω. 4-maj-4 Optoelektoika II, Wytwazaie modulatoa 11
Układ zastępczy modulatoa shut R Z(f) seial R GaAs światłowód AlGaAs bufo GaAs podłoże 4-maj-4 Optoelektoika II, Wytwazaie modulatoa 12
Pojektowaie itefeometu M-Z: pzykład x N S z ~ w w N F α N S 1 2 3 4 ~ w z=-l S z= z=d N S Pzekój popzeczy światłowodu paskowego (a) i widok z góy symetyczego złącza typu Y z pzejściem ściętym (b). 1 - odciek posty, 2 - pzejście ścięte, 3 - światłowody spzężoe, 4 - światłowody izolowae 4-maj-4 Optoelektoika II, Wytwazaie modulatoa 13
Wybae paamety złącza Y Heteostuktua: Al.1Ga.9As/GaAs Długość fali: λ=1.3 µm Światłowód paskowy: a=1 µm, t=.9 µm, w=4 µm Kąt połówkowy a =.5 1.5 w a LD Długość pzejścia ściętego: LS=.5 mm Długość obszau ozwidleia LR=1 2 mm LS LR Odległość pomiędzy amioami itefeometu: LD=3 1 µm 4-maj-4 Optoelektoika II, Wytwazaie modulatoa 14
Modelowaie popagacji wiązki światła (1) 4-maj-4 Optoelektoika II, Wytwazaie modulatoa 15
Modelowaie popagacji wiązki światła (2) 4-maj-4 Optoelektoika II, Wytwazaie modulatoa 16
Modelowaie popagacji wiązki światła (3) 4-maj-4 Optoelektoika II, Wytwazaie modulatoa 17
Stuktua światłowodowego itefeometu Macha-Zehdea 4 5 5 15 8 7 91.66 dla stuktuy 4 4 4 15 5 5 5 4 8 4-maj-4 Optoelektoika II, Wytwazaie modulatoa 18 8
Maski fotolitogaficze światłowodowego modulatoa Macha-Zehdea 4-maj-4 Optoelektoika II, Wytwazaie modulatoa 19
Fotogafie fagmetów stuktuy modulatoa Macha- Zehdea 4-maj-4 Optoelektoika II, Wytwazaie modulatoa 2
Schemat pocesu techologiczego wytwazaia modulatoa elektooptyczego w heteostuktuze GaAs/AlGaAs PODŁOŻE EPTAKSJA FOTOLITOGRAFIA TRAWIENIE ŚWIATŁOWDÓW FOTOLITOGRAFIA METALIZACJA AuGeNi/Au WTAPIANIE KONTAKTÓW POMIARY OSTRZOWE ŁUPANIE NA STRUKTUTRY MONTAŻ 4-maj-4 Optoelektoika II, Wytwazaie modulatoa 21
Pojekt kostukcji końcowej Podłoże aludowe Obudowa mikofalowa U-owek Światłowód Dopowadzeie mikofalowe Klej pzewodzący Elemet dodatkowy Mikofalowe złącze SMA 4-maj-4 Optoelektoika II, Wytwazaie modulatoa 22
Pzepust światłowodowy 1 2 3 4 Uwaga: elemet 2 polaczyc z elemetem 1 pzy pomocy kleju elemet 3 polaczyc z elemetem 2 pzy pomocy kleju 1. kopus obudowy mikofalowej 2. tulejka ustalajaca 3. koszulka zabezpieczajaca 4. swiatlowod w scislej tubie 4-maj-4 Optoelektoika II, Wytwazaie modulatoa 23
Liia mikopaskowa liia zasilająca liia paskowa otwoy pod wzmaciacz 4-maj-4 Optoelektoika II, Wytwazaie modulatoa 24
Typowe paamety modulatoów światłowodowych Paamet Watość Jedostka Pasmo 2,5 * (2) ** GHz Robocza długość fali Wybae oko telekomuikacyje (13, 15) m Staty 5 db Staty odbiciowe (ORL) >4 db Maksymala powadzoa moc optycza <1 mw Wsp. ekstykcji >2 db Efektywość modulacji fazy 1 Rad/V Włóko światłowodowe stadad SM lub PM Wauki pacy stadad lub typowe laboatoyje Itefeomet Macha-Zehdea 4-maj-4 Optoelektoika II, Wytwazaie modulatoa 25
Pytaia kotole 1. Naysować schemat kompletego modulatoa światłowodowego (w obudowie z dopowadzeiami). Kótko schaakteyzować każdy z elemetów. 2. Wymieić paamety pacy modulatoa światłowodowego. Podać jedostki i pzybliżoe watości. 3. 4-maj-4 Optoelektoika II, Wytwazaie modulatoa 26