Оптика фемтосекундных лазерных импульсов - Ахманов С.А.
ISBN 5-02-013838-Х
Скачать (прямая ссылка):
Необходимость иметь достаточно большие значения An* ограничивает возможности создания эффективных и компактных решеточных линз в волноводах из ниобата лития и полупроводниковых соединений. Таким образом, все рассмотренные типы волноводных линз имеют определенные достоинства и недостатки. Выбор типа и характеристик линзы целиком определяется конкретной ОИС и ее назначением.
2.2. ВОЛНОВОДНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
НАПРАВЛЕНИЯ СВЕТОВЫХ ПУЧКОВ
Волноводные преобразователи направления осуществляют сдвиг, поворот, деление, отражение параллельных световых пучков, т. е. выполняют те же функции, что и плоскопа-
39 раллельные пластинки, клинья, призмы, полупрозрачные зеркала и другие элементы традиционной оптики. В основе их работы лежат те же способы управления световым пучком, что и в волноводных линзах: с помощью плавного изменения эффективного показателя преломления, движения по геодезическим линиям изогнутого волновода, дифракции на решетках.
Простейшие устройства для параллельного сдвига пучка могут быть выполнены на основе однородного по толщине волновода, нанесенного на цилиндрическое углубление в подложке. Комбинация двух пересекающихся цилиндрических поверхностей в подложке может действовать как расширитель или расщепитель пучка, падающего на точку пересечения [20].
Углубление в подложке конической формы действует как оптический клин и вызывает отклонение направления распространения пучка от первоначального. Важным условием действия такого дефлектора пучка, как и цилиндрических сдвигающих элементов, является наличие резкой границы между плоской и изогнутой частями волновода, что, к сожалению, вызывает сильное рассеяние излучения на границах.
Волноводы с радиально-симметричным углублением (или возвышением) в подложке могут действовать не только как геодезические линзы, но и как дефлекторы, расщепители или уголковые отражатели (рис. 2.7). Для уменьшения потерь излучения на рассеяние и использование одномодовых волноводов применяются углубления с закругленными краями. Интересно отметить, что для описания формы углубления как для дефлектора, так н отражателя используется одно и то же уравнение, в которое угол отклонения пучка входит параметром [20, 115].
Рис. 2.7. Дефлектор (расщепитель) (а) и уголковый отражатель волноводного пучка (б), выполненные соответственно в виде цилиндрического и конического углублений в подложке:
Л —радиус преобразующей части углублении; H0 — радиус закругленного край; d-2R — апертура
40 1 Большие возможности для деления и отклонения пучков предоставляют устройства, использующие изменение эффективного показателя преломления волноводной моды п* под диэлектрической полоской, сформированной на поверхности планарного OB. Поскольку п* зависит от толщины волновода h, то, нанося на поверхность OB полоску или делая в нем углубление определенной ширины, можно заставить волноводный пучок частично или полностью отражаться от такой полоски в зависимости от угла падения на нее [120]. Периодический набор таких полосок, шаг и ориентация которых удовлетворяет условию Брэгга для заданной длины волны излучения в OB, также может использоваться как делитель или дефлектор волноводного пучка.
2.3. ПРОСТРАНСТВЕННО-СЕЛЕКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ДИФРАКЦИОННОГО ТИПА
В настоящем параграфе рассматриваются практические аспекты некоторых применений дифракционно-решетча-тых структур в интегральной оптике. Наибольшее внимание уделяется наиболее исследованным решетчатым структурам периодического типа.
Дифракцию излучения на периодических структурах в плоскости OB можно использовать не только для деления либо отклонения световых пучков в планарных волноводах, но и для пространственно-селективной фильтрации [63]. Для определенности <5удем рассматривать OB с фазовой синусоидальной дифракционной решеткой, сформированной за счет слабой модуляции показателя преломления материала волновода (| би/иі | -С 1). На рис. 2.8 схематически показана подобная решетка, на которой возможна неколлинеарная дифракция поверхности волн в OB, когда направления распространения взаимодействующих волн не совпадают с вектором решетки К. В этом случае с учетом волноводного распространения излучения условие Вульфа—Брэгга принимает вид
N = 2 п'т sin еБ, (2.7)
где N = X/A; 6 б — брэгговский угол дифракции. В рассматриваемой геометрии фазовая дифракционнай решетка работает
Рис. 2.8. Дифракционно-решетча-тая структура для неколлинеар-ной дифракции волноводных пучков в планарном OB: Yo, It и Ir — интенсивности падающей, прошедшей и дифрагировавшей волн соответственно в режиме пропускания и ее дифракционную эффективность ^m в приближении взаимодействия плоских волн при отсутствии потерь в OB можно описать выражением, аналогичным (1.41);
Tlm = sin8 [(K2m + o8)'/2 L*]/[ 1 + (o/Km)2], (2.8)
где L* = L/cos 6 б —эффективная длина решетки;
6 = (A/2) ДАТ sin 0 Б; AN = 2п* sin 9Б —N. (2.9)
Коэффициент связи Km, как это уже отмечалось, зависит от индекса и поляризации мод волновода. Для TM-мод волновода его можно записать в виде
