К настоящему времени сложилось положение, когда скорость передачи информации ограничивается быстродействием электронных потоков, входящих в элементы системы передачи информации. Возникает необходимость передачи информации другими способами, прежде всего с помощью света. Замена электронных потоков световыми позволяет надеяться на увеличение скорости быстродействия на много порядков, однако сопровождается принципиальными трудностями. Это связано с тем, что в электронных потоках носителями информации являются заряженные частицы, управляемые достаточно просто электрическими и магнитными полями. В световых же потоках носителями информации являются нейтральные частицы - фотоны, управление которыми затруднено. Управлять этими потоками можно изменением показателя преломления, точнее, либо действительной, либо мнимой его составляющей. Изменение мнимой составляющей показателя преломления приводит к затуханию светового потока. Для управления величиной затухания используются неоднородные полупроводниковые структуры, чаще всего p-n-переходы. Световой поток распространяется параллельно электродам. Приложение к структуре напряжения изменяет соотношение между i-областью, где носители отсутствуют, и легированными n- и p-областями, где происходит дополнительное рассеяние света на свободных носителях. Таким образом осуществляется управление величиной затухания света приложенным напряжением (см. [1]). Управление действительной частью показателя преломления достигается чаще всего за счет электрооптического эффекта. Однако использование приборов оптоэлектроники, основанных на этом эффекте, имеет свои недостатки. Во-первых, для изменения показателя преломления необходимы достаточно сильные электрические поля, а, во-вторых, электрооптический эффект основан на влиянии электрического поля на кристаллическую решетку (процесс достаточно инерционный), что ограничивает скорость модуляции светового луча. В предлагаемом сообщении обращается внимание на возможность влияния свободных электронов, имеющихся в твердом теле, на изменение показателя преломления. Таким твердым телом может служить материал на основе GaAs, широко применяемый как в микро-, так и в оптоэлектронике. Для структур на основе GaAs является существенным то, что GaAs может быть легирован ионами до высокой концентрации, что в свою очередь приводит к высокой концентрации свободных носителей. Поэтому показатель преломления в такой среде зависит не только от показателя преломления собственно кристаллической решетки, но и от свободных носителей (плазменный эффект) согласно соотношению n = n_p^1/2sqrt(1 - (omega/omega_p)²)sqrt где n_p - показатель преломления кристаллической решетки, omega - частота света, omega_p=(Ne²/varepsilon_pm)^1/2 - плазменная частота, varepsilon_p=n_pvarepsilon₀ - диэлектрическая проницаемость кристаллической решетки, m - эффективная масса носителя. Выбор в качестве материала GaAs для предложенных целей обусловлен тем, что электроны в GaAs имеют весьма малую эффективную массу. Поэтому для GaAs n-типа показатель преломления за счет свободных носителей изменяется при концентрации электронов N=10¹⁹см^-3 на величину Delta n=0.02 по сравнению с показателем преломления решетки. Такой разницы в показателе преломления достаточно для формирования направляющих слоев (волноводов) в полупроводниковых структурах. Еще более предпочтительным является материал InSb, имеющий еще меньшую эффективную массу свободного носителя. Время изменения показателя преломления, вызванного действием электрического поля, приводящего к изменению концентрации свободных электронов, определяется временем максвелловской релаксации (10^-14-10^-16) с, что значительно меньше времени изменения показателя преломления кристаллической решетки при электрооптическом эффекте. Основой использования МДП структуры в качестве волновода служит возможность создания в такой структуре обедненного слоя. Такая структура является трехслойной (свет распространяется параллельно контакту) с показателями преломления n₁ - диэлектрика, n₂ - обедненного слоя и n₃ - высоколегированной n-области. Отметим, что в работе [2] в качестве направляющей структуры использовалась p-i-n-структура. На наш взгляд использование такой структуры неэффективно в виду значительной величины эффективной массы дырок. Из-за этого Delta n на границе с p-областью будет значительно меньше, что приведет к значительному ухудшению направленного распространения света. Расчет ширины L обедненного (волноводного) слоя в зависимости от приложенного к МДП структуре напряжения не составляет труда [3]. Связь приложенного к структуре напряжения u в единицах kT/e с величиной L определяется соотношением u = (Ld)/(2L²_D) + (L²)/(L²_D), (2) где d - ширина диэлектрического слоя, L_D=(n_pvarepsilon₀kT/e²N)^1/2 - длина Дебая. Отметим, что свет будет распространяться по волноводу только в том случае, когда L превосходит длину световой волны. [!tb] Зависимость нормированного эффективного показателя преломления b планарного однородного оптического волновода от нормированной толщины (или частоты) V для различных индексов мод m и различных безразмерных напряжений x: сплошные кривые - x=8, штриховые - x=3, пунктирные - x=0. Для каждого семейства кривых с одинаковым x при возрастании V и одинаковом b индекс моды возрастает - m=1,2,3.4] может быть записана для TE-мод в виде Vsqrt(1-b)sqrt + arctg [sqrt((b+a)/(1-b))sqrt Здесь частота V=K_lambdaL_Dsqrt(evarphi/kT)sqrt, где varphi - контактная разность потенциалов металл-полупроводник; эффективный коэффициент преломления b=[(beta/K_lambda)²-n²₃]/(n²₂-n²₃); beta - размерное значение постоянной распространения; K_lambda - абсолютное значение волнового вектора; a=(n²₃-n²₁)/(n²₂-n²₃); x=U/varphi, где U - приложенное напряжение; m=1,2,3,... При x=0 соотношение (3), как и должно быть, переходит в стандартное выражение, приведенное в [4], но отличается от него множителем sqrt(1+x)sqrt в левой части. Полагая в дисперсионной зависимости b=0, m=1, определим частоту отсечки для основной моды V = (arctg)/()sqrt(a)sqrt Так как в соответствии с расчетом, приведенным в [4], характеристики b (V) слабо зависят от a, при численных расчетах мы приняли значение a=1. Результаты расчетов для первых трех мод при разных x приведены на рисунке.

Подсчитывается количество просмотров абстрактов ("html" на диаграммах) и полных версий статей ("pdf"). Просмотры с одинаковых IP-адресов засчитываются, если происходят с интервалом не менее 2-х часов.

Дата начала обработки статистических данных - 27 января 2016 г.