Professur für Opto- und Festkörperelektronik






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Systeme optique intégré à base de silicium

Des composants optiques intégrés peuvent être combinés aux systèmes du traitement du signal et peuvent être mis en application dans différents systèmes matériels. Les principales fonctionnements de tels composants sont relativement semblables à ceux du systeme optique conventionnel, des fibres optiques et de l'ingénierie de micro-onde aux fréquences optiques. Les signaux optiques augmentent dans l'espace libre (micro-optique) et dans des guides d'ondes diélectriques (les guides d'ondes de commutation ). L'intérêt spécial d'une telle série d'équipements de recherches dans le monde entier est l'utilisation des avantages du traitement des signaux optiques et de la transmission du signal, tels que la largeur de bande élevée de transmission, la fiabilité de transmission et la moindre atténuation du signal optique, qui est exigée par les réseaux informatiques rapidement croissants. En outre, le systeme optique intégré dans les microsystems peut être utilisé comme capteurs et actionneurs. L'avantage du silicium est la compatibilité à la technologie standard de la microélectronique. Des circuits électroniques, optoélectroniques et optiques peuvent être mis en application sur un substrat (silicium) réduisant les coûts de fabrication et augmentant la fiabilité du dispositif. La transformation des signaux optiques dans les signaux électriques peut être également réalisée sur une puce jusqu' à une longueur d'onde de 1,1 µm. l'inconvénient du silicium à ce moment est qu'il ne peut pas encore produire de la lumière pertinente et qu'il n'y a aucune méthode rapide apropriée de modulation pour le rayonnement optique.

Des structures optiques intégrées basées sur les structures optiques de guide d'ondes sont fabriquées par le département de l'électronique d'Opto- et semi-conductrice en coopération avec le centre de Microtechnologies (ZfM). Le guide d'ondes se compose d'un système diélectrique de couche sur le silicium, le guide d'ondes de bande se compose de SiON.

Un projet de recherche principal du département est le développement d'un système de transmission multiplexé par longueur d'onde avec le multiplexeur et le démultiplexeur optiques intégrés.

Les structures de base simples construites en reliant les guides d'ondes optiques sont par exemple:

Branchement en Y:


Cet élément sert en exécutions optiques intégrées de commutation comme diviseur ou comme combinateur des sorties de puissance optiques. Elles sont appliquées dedans des démultiplexeurs comme filtres sélectifs et également comme convertisseurs en utilisant une combinaison de deux branchements.

Coupleurs directionnels optiques:




Ils sont utilisés en tant qu'éléments passifs pour la division de puissance, pour la modulation et la commutation des signaux légers , comme filtres de longueur d'onde,. Dans la prochaine figure un coupleur d'interférence de deux modes (TMI) et une extension de section de la région d'insertion est montré.

Miroir de guide d'ondes:




Des miroirs de guide d'ondes sont connus pour leurs capacités de l'interférence importante de la voie d'accès optique en plaçant deux guides d'ondes avec des angles de 90 degrés excentrés entre eux. Les coins sont réalisés avec des angles de 22.5 degrés et de 45 degrés. L'utilisation de la métallisation en aluminium peut guider les vagues optiques jusqu' à 90% par coin. Avec l'utilisation de tels miroirs de guide d'ondes, des connexions extrêmement courtes peuvent être réalisées entre les composants séparrés.

Filtre de longueur d'onde (alignement échelonné optique):




Alignement 1x5 échelonné optique fabriqué pour une longueur d'onde centrale de 780nm. Cet élément optique intégré est basé sur le principe " des alignements échelonnés " dans des guides d'ondes optiques coudés.

principe d'exécution:
L'alignement échelonné optique est fondamentalement dispersif. La phase à la fin de l'alignement du guide d'ondes est proportionnelle à la longueur du guide d'ondes induviduel. Puisque la longueur de guide d'ondes augmente linéairement, une différence de fréquence peut causer une différence de phase qui dépend linéairement au rayon des guides d'ondes. Pour cette raison, le front d'onde est déplié sans n'importe quelle influence de la courbure. Le résultat est que la position du point focal est déplacée dans le niveau. Cette position dépend de la différence de longueur d'onde, toutefois la longueur de foyer demeure inchangée. En raison de la dispersion caractéristique de l'alignement échelonné optique, l'indice de réfraction pertinent dépend de la longueur d'onde. Puisque les deux types du mode de base (mode de TE et de TM) peuvent être écartés, il doit être considéré dans le cas de la conception.
De tels agencements conviennent aux télécommunications et aux applications de communication de données et également aux tâches de capteur.

Installation d'essai et méthode de mesure pour la détermination des pertes optiques dans des guides d'ondes
L'installation d'essai comprend les composants suivants:
  • deux unités xyz-xyz-du positinnement avec une exactitude de réglage plus petit que 1µm et une résolution de 200 nm
  • 2 unités de parenthèse avec une résolution d'environ 3 degrés.
  • supports et plats mécaniques pour imposer les puces de silicone et la fibre optique
  • He-Ne-Laser (632.8 nm)
  • Objectifs de microscope [ 40 x 0.65; 20 x 0.40 ] pour coupler le rayon laser
  • Microscope
  • ´powermeter´ optique
  • diverses autres pièces (monomodal- et à plusieurs modes de fonctionnement-fibre [ diamètre de 125/9 µm et de 500/100 µm ])
  • table vibration-amortie
La mesure de transmission est utilisée pour la détermination des pertes optiques dans le guide d'ondes.





 
registre de source
1. Schauwecker, B.; Arnold, und Radehaus, zukünftiger Mikrosysteme de M. de Siliziumbasis-wesentlicher Bestandteil d'aud de C.:Integrierte Optik/Optoelektronik; Tagungsband MST 97, pp 207-212, 13,-14,10,97 Chemnitz
2. G. Wolfrum, B. Schauwecker,M. Arnold, M. Schumann, T. Raschke, C. Radehaus: Fiber Optic WDM and Nanotechnology for Space Applications; 2nd Round Table on Micro/Nano Technologies for Space, pp.91-94, 15-17 October 1997 ESTEC Noordwijk, The Netherlands
3. B. Schauwecker: Arbeitsbericht, Integrierte Optik auf Silizium, TU Chemnitz, Lehrstuhl Opto- und Festkörperelektronik, Oktober 1997
 
Contact
Dr. M. Arnold, Prof. Dr. rer. nat. C. Radehaus
TU Chemnitz, Fakultät Elektrotechnik und Informationtechnik
Professur Opto- und Festkörperelektronik
Reichenhainer Str. 70
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BOUCADAIR mohamed - HMAMA abdelhamid, 30-06-99