Материалы для фотоники. Световод, связывающий оптические и электрические элементы цепи воедино

ДЖ. М . РОУЭЛЛ

ЕМОНСТРАЦИЯ работы лазе- жить поглощение света в стекле. За ра в 1960 г. навела на мысль, 4500 лет, прошедших со времени сачто когда-нибудь свет, заменив мого раннего из известных применелект ические сигналы, может стать ний стекла до середины нашего столе-

СВЕТОВОД, связывающий оптические и электрические элементы цепи воедино, может быть сформирован с помощью фотолитографии почти так же, как создаются элементы электронных цепей. На микрофотографии показан маленький участок с электрооптическим переключателем. Оптическим материалом является кристалл ниобата лития (LiNb03) (показан красным); металлические электрические контакты изображены синим цветом. Тонкая пленка титана наносится на поверхность кристалла через фотошаблон с необходимым контуром волновода. Титан вплавляется в кристалл; легированные титаном области служат в кристалле дорожками, в пределах которых скорость света меньше, чем в остальном материале кристалла. Резкое изменение скорости света заставляет падающие на стенки волновода световые лучи отражаться в него назад; в результате свет захватывается волноводом. Были созданы две такие дорожки: одна под узкой синей полосой в правой части микрофотографии, и другая чуть ниже и параллельно первой. Прикладываемое к металлическим контактам напряжение может «перебросить» свет из одного волновода в другой. Есть надежда, что когда-нибудь фотоника получит возможность дублировать не только пропускание и переадресацию, но и иные, присущие ныне лишь электронике функции. (Увеличено в 1600 раз.)

87

териалы для систем информации и связи» на с. 17). Система должна донести световой сигнал на большое расстояние, она также должна быть способной в передатчике превратить электрический сигнал в световой, а в приемнике преобразовать свет обратно в электрический сигнал. Для этих целей были созданы совершенно новые полупроводниковые соединения, свойства которых абсолютно не похожи на свойства кремния. Новые сплавы называют полупроводниковыми соединениями типа A ^lll —B по номерам групп периодической системы, к которым принадлежат составляющие их элементарные компоненты. Они используются в разнообразных твердотельных лазерах и светоизлучающих диодах для генерации световых сигналов, в электрооптических повторителях, усиливающих сигнал после прохождения через волокно, и в детекторах, превращающих сигнал в электронный импульс. Такие приборы, возможно, даже в большей степени, чем стекло, способствовали воплощению в жизнь смутного предвидения о коммуникации посредством фотонов.

Эволюция фотонной технологии привела, таким образом, к сложному симбиозу фотоники и электроники: информация, передаваемая только фотонами, генерируется, обрабатывается и сохраняется устройствами, в которых существенную роль играют как фотоны, так и электроны (см. статью Правина Чаудхари «Новые материалы в электронике» на с. 75). Чисто фотонные устройства, которые могли бы взять на себя не только передачу информации, но и другие функции, экономически пока не конкурентоспособны .

Не следует думать, что материалы для фотоники разрабатывались с упором лишь на проблему связи. Их совершенство и сложность, новые элегантные методы их получения отражают фундаментальные успехи науки о материалах, которые можно, по Требованию рынка, применить и для

НАУКИ-1986/№

ваниях материалов, называемыхНАСТОЯЩЕЕ время технология обычно нелинейными в силу того, чтофотоники в значительной мере

ПОПЕРЕЧНЫЕ СЕЧЕНИЯ двух основных видов оптических волокон (а); сердцевина волокна (цветная) проводит световые сигналы, а стеклянная оболочка (серая) удерживает в сердцевине основную часть света. Характер удержания зависит от профиля преломления, показанного изменяющимся цветовым тоном (а) и графически ф). (Показателем преломления называется отношение скорости света в вакууме к скорости света в среде.) Для левого волокна со ступенчатым профилем показатель преломления резко меняется на границе сердцевины и оболочки; световые лучи, падающие на границу под малым углом наклона, отражаются назад в сердцевину (с). Лучи, распространяющиеся под наклоном к оси волокна, пробегают ббльший