Оптика фемтосекундных лазерных импульсов - Ахманов С.А.
ISBN 5-02-013838-Х
Скачать (прямая ссылка):
Для пересечений канальных OB, имеющих область с повышенным показателем преломления, распределение мощности между выходными волноводами определяется в основном границей выхода из области пересечения, где для некоторых направлений лучей выполняется условие ПОЛНОГО внутреннего отражения. При '0<§о0кр распределение мощности между волноводами становится симметричным и Ti = 1—T3^ 1/2. Критические углы полного внутреннего отражения для канальных OB вне и в области их пересечения практически совпадают: 0кр~'(2Ая/яо)1>'2
При малых углах между волноводами (начиная с 0^1,320кр» ~ 1,9(Ап/по)1/2) структуры с повышенным показателем преломления в области пересечения теряют свои преимущества вследствие значительных внутренних отражений, снижающих переходное ослабление, несмотря на то, что потери на излучение из канальных OB во всем диапазоне углов для такой структуры будут существенно меньше, чем для однородного пересечения.
Для анализа пересечений одномодовых канальных OB при малых углах 0 можно воспользоваться результатами работ [142, 143]. Проведенные расчеты для реальной трехмерной геометрии канальных OB в ниобате лития с использованием методов распространяющегося пучка и эффективного показателя преломления показывают, что для обеспечения развязки выходных плеч по уровню ниже —20 дБ углы пересечения 0 таких волноводов должны быть больше 20°. Однако для реализации переключателей и коммутаторов на основе пересекающихся OB с малыми потерями углы пересечения 0 не должны превышать 1°.
Применение полосковых OB открывает интересные возможности в создании пересечений трехмерных волноводов с числом плеч больше четырех (см. рис. 3.16,в). Поскольку в полосковом OB оптическое излучение практически полностью локализовано в планарном волноводе под диэлектрической полоской, это позволяет реализовать на их основе различные варианты пересечений OB в волноводном тракте ОИС. В рассматриваемом варианте пересечение полосковых OB выполнено путем удаления в области пересечения волноводов направляющих диэлектрических полосок, так что в области пересечения OB поверхностные волны направляются только планарным волноводом, на основе которого сформированы полосковые OB.
9t Таким образом, соединение полосковых OB в этом случае осуществляется с помощью планарного волновода через зазор. Длина зазора L не должна превышать расстояния Az, которое определяется из условия kn*u(W/2)2/Az^; I. Поэтому искажением исходного распределения электрического поля мод полоекового OB в результате дифракции на обрыве направляющей диэлектрической полоски в рассмотренном случае можно пренебречь. В результате удается реализовать как четырех-, так и многоплечие пересечения полосковых OB с низким уровнем потерь и перекрестных помех при минимальных углах пересечения осей волноводов 0 порядка нескольких градусов.
Наличие фазовой неоднородности (резкого скачка эффективного показателя преломления An*) на участке обрыва диэлектрической полоски в области пересечения полосковых OB приводит к тому, что на участках нерегулярности волноводов возникают дополнительные потери мощности. Расчеты показывают, что в зависимости от выбора параметров полосковых OB An* может составлять IO-4... IO-3, что соответствует уровню потерь не более 0,1 ... 0,5 дБ на длине волны 0,63 мкм. Потери мощности в пересечении полосковых OB складываются из потерь, обусловленных рассогласованием полей мод (см. выражение (3.46) и замечание по этому поводу в § 3.5), и потерь на фазовой неоднородности OB. Таким образом, для малых длин зазора L ¦& (50... 100) І потери в пересечении полосковых OB в первом приближении не зависят от индекса моды т. С увеличением An* потери линейно растут, а с увеличением длины волны К уменьшаются в области пересечения полосковых OB рассматриваемого типа. Для реальных параметров полосковых OB при углах пересечения, больших 5°, уровень перекрестных помех в соседних плечах не превышает —25... ... —30 дБ, а вносимые потери составляют не более 0,5 дБ.
Пересечения полосковых и канальных волноводов находят применение также при разработке многоканальных распределительных устройств для ОИС, звездообразных многоплечих ответвителей и других элементов волноводного тракта ОИС.
ГЛАВА 4
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ИНТЕГРАЛЬНОЙ ОПТИКИ
4.1. БАЗОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ОПТИЧЕСКИХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ И ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ ВОЛНОВОДНЫХ СТРУКТУР
При разработке и создании ОИС для обработки информации важнейшей проблемой является выбор материалов для OB и базовых волноводных элементов, на основе которых могут быть построены различные функциональные ОИС. Основны-92 ми критериями выбора материалов являются их высокое оптическое качество и малые потери, высокие значения электро- и акус-тооптических параметров, технологичность изготовления волноводных элементов и ОИС в целом, возможность интеграции на одной подложке большого числа активных и пассивных элементов. Трудности в создании ОИС, как уже отмечалось во введении, связаны с отсутствием высококачественного универсального материала, удовлетворяющего всем этим критериям.
