Оптика фемтосекундных лазерных импульсов - Ахманов С.А.
ISBN 5-02-013838-Х
Скачать (прямая ссылка):
Из предыдущего рассмотрения следует, что необходимым условием взаимности согласующих устройств является одинаковость модового состава волноводных структур. Учитывая распределение полей мод трехмерных OB и ВС,
120 можно сделать вывод, чте только в случае одномодовых волноводных структур с близкими параметрами возможна реализация высокоэффективных взаимных устройств связи.
В настоящее время методом перевернутого чипа созданы высокоэффективные устройства для стыковки одномодовых канальных волноводов ОИС, сформированных в подложке ниобата лития, с одномодовыми ВС, уложенными в V-образные канавки, вытравленные в кремниевой подложке соответствующей ориентации. Чип с ОИС специальным клеем крепится к кремниевой подложке, ориентированной по плоскости (100). Эффективная связь OB и ВС обеспечивается при зазоре между торцами волноводных структур менее 20 мкм. При оптимизации параметров одномодовых канальных OB (значения Дп, профиля показателя преломления и размеров волноводного канала) по отношению к параметрам стыкуемых одномодовых ВС и применении иммерсии эффективность согласования волноводных структур составляет свыше 90% (потеря на стыковке — менее 0,5 дБ) [70].
Для достижения предельно низких потерь на стыковку одномодовых OB и ВС за счет оптимального совмещения торцов структур применяют высокоточные микропозиционеры с тремя линейными и двумя угловыми степенями свободы, управляемые от ЭВМ по сигналу обратной связи, пропорциональному пропусканию (эффективности согласования) стыкуемых волноводных структур. Достигнутая в эксперименте эффективность стыковки одномодовых канальных OB на основе ниобата лития с кварцевыми одномодовыми ВС, предназначенными для работы на длине волны X= 1,3 мкм, составляет свыше 92%, что соответствует суммарным вносимым потерям (с учетом потерь на отражение 0,1 дБ) не более 0,35 дБ.
Для улучшения пространственного распределении поля в одномодовом ВС и повышения эффективности согласования применяют различные оптические согласующие элементы: микролинзы, градиентные линзы, фоконы и т. п. Например, при вытягивании конца одномодового ВС в виде конуса удалось снизить оптические потери в месте стыка OB и ВС до уровня 0,1 дБ [149]. Описание конструктивного исполнения стыковочных устройств для одномодовых волноводных структур можно найти, например, в работах [70, 149].
Что касается согласования одномодовых волноводных етруктур методом распределенной связи, то в этом направлении, как это уже отмечалось выше, имеются существенно большие трудности практического характера. Достигаемая в эксперименте эффективность согласования одномодовых волноводных структур не превышает нескольких десятков процентов и еще далека от предсказываемых теоретически результатов [70].
В настоящее время разработаны различные устройства согласования многомодовых волноводных структур. Однако все разновидности подобных устройств не являются универсальными. Большинство из них имеют принципиальные ограничения по максимально достижимой эффективности согласования для различных направлений распространения излучения, т. е. не являются взаимными и, как правило, обеспечивают только эффективный вывод излучения из волновода в ВС.
В устройствах связи планарных OB с многомодовыми ВС, основанных на туннелировании мощности оптического излучении через поверхность OB1 для выполнения условия фазового синхіроиизма волн показатель преломления сердцевины ВС пв должен быть больше показателя преломления волноводного слоя
121 OB, а торец световода должен быть срезан под углом 0вс = aresin (n*n/nB), где п*п — эффективный показатель преломления п-й моды волновода, для которой необходимо обеспечить максимальную эффективность согласования. Для тунне-лирования оптической энергии из OB срез ВС прижимается или приклеивается к поверхности планарного OB. Выбором оптимальных параметров OB и ВС устройства связи такого типа обеспечивают эффективность ввода излучения в многомодовый ВС, близкую к 100%. При обратном направлении распространения излучения (из многомодового ВС в OB) вводится мощность, переносимая низшими модами световода. Эффективность ввода излучения в этом случае не превышает нескольких процентов и соответствует оценкам, получаемым на основе теоремы Лиувилля с помощью выражения (5.9).
В другом варианте аналогичного устройства связи многомодовых OB и ВС для обеспечения фазового согласования волн световод со снятой оболочкой прижимается боковой поверхностью к поверхности OB под определенным углом между осью ВС и ^направлением распространения излучения в планарном волноводе. Достигаемая в эксперименте эффективность ввода излучения в ВС — порядка 90%.
Еще одна разновидность устройств согласования многомодовых волноводных структур основана на использовании излучения поверхностной волны в прилегающую среду с большим показателем преломления (обычно в подложку) на суживающемся крае OB. Поскольку угловая ширина диаграммы направленности излучения на суживающемся крае волновода обычно не превышает единиц градусов, это позволяет осуществить связь таких OB с многомодовыми ВС. Соединение со световодом производится на участке ввода излучения из OB в прилегающую к нему среду. Эффективность ввода излучения в ВС достигает 90%.
