Optinen kytkin

Työn tavoitteena on tutustua erilaisiin III-V-puolijohteista valmistettaviin optisiin kytkimiin ja tutkia lähemmin digitaalisen optisen kytkimen toimintaa ja valmistamista. Digitaalisen optisen kytkimen toiminta perustuu adiabaattiseen muodon kehittymiseen ja sen hyvänä puolena on lähes digitaalinen vaste kytkentäjännitteeseen ja verrattain suuret toleranssit valmistuksen epätarkkuuksille. Kytkimen toiminnan kannalta on olennaista, että siinä käytetään yksimuotoisia aaltojohteita, joiden taitekerrointa voidaan muuttaa dynaamisesti. Työn pääpaino on sopivan harjannevalokanavan tutkimisessa käyttäen apuna tietokonemallitusta. Työn osana kirjoitettiin tietokoneohjelmat, joilla optisten rakenteiden muotokentät voidaan laskea kaksi- ja kolmiulotteisille valokanaville. Tavoitteena on löytää sellainen harjannevalokanava, joka toimii yksimuotoisesti pienistä valmistuksen ja toiminta-aallonpituuden epätarkkuuksista huolimatta. Työssä on perehdytty myös taitekertoimen muuttamisen erilaisiin menetelmiin. Vaihtoehtoina olivat elektro-optinen efekti sekä varauksenkuljettajatiheyden muuttamiseen perustuvat menetelmät. Kytkimen ohjauksessa päätettiin käyttää taitekertoimen muuttamista suoralla virran injektiolla, koska siten saavutetaan kaikista suurin efekti, joka on lisäksi isotrooppinen. Taitekertoimen muutosta valituissa materiaaleissa, InP:ssä ja GaInAsP:ssa, tutkittiin työn osana kirjoitetulla tietokoneohjelmalla. Aaltojohteen sähköisiä ominaisuuksia tutkittiin, jotta voitaisiin selvittää toiminnan kannalta optimaaliset seostukset. Seostuksien valinnalla pyritään aikaansaamaan sellainen pin-liitos, jossa injektoitava virta aikaansaa mahdollisimman suuren spatiaalisen varauksenkuljettajatiheyden. Toinen seostuksien valintaan vaikuttava tekijä on liitoksen sähkönvastus, koska liiallinen tehonkulutus ja lämpeneminen saattaa tuhota komponentin. Viimeisessä kappaleessa on tehty alustavat mallitukset itse digitaaliselle kytkimelle. Tarkemmat mallitukset on tarkoitus tehdä kun ensimmäiset aaltojohteet on valmistettu ja mitattu