Лазеры сверхкоротких световых импульсов - Херман Й.
Скачать (прямая ссылка):
где Wi и 8; — радиус перетяжки и угловая расходимость исходного гауссового пучка; п и пл — показатели преломления среды (ВС) перед градиентной линзой и на ее оси соответственно.
118 Сравним (5.44) и (5.47), чтобы установить область применения приближения гомоцентрических пучков для описания преобразования гауссовских пучков с помощью градиентной линзы:
Г1 - Г?г = / ^jtgLi-Oi- у = / ^Ki T2Sin2 L1Ф j \2 Г2г \ п QiJnll(S)i ) \ Si )
Видно, что различие Г,-г и Гг обусловлено влиянием конфокального параметра (длины ближней зоны) zKi гауссового пучка [24, 153]. При этом, как нетрудно показать, используя [153], радиус сформированной линзой перетяжки wri всегда меньше радиуса изображения перетяжки wriil исходного гауссового пучка:
(Ш>;и)2 = і/[І + (2кізд,
где Zp — расстояние от перетяжки исходного гауссового пучка до передней фокальной плоскости линзы. При zKi/zP<C 1 отношение w'i/w'iu=1 и гауссов пучок превращается в гомоцентрический, а косой луч в нем становится меридиональным. На практике при Zp/zK^5 отношение w'i/w'iи^0,96 и расчет параметров градиентных линз для согласования реальных волноводных структур можно проводить с помощью зависимостей и соотношений, полученных для гомоцентрических пучков.
Таким образом, на практике для обеспечения оптимального согласования BCl с OB (ВС2) при выборе и расчете параметров согласующих градиентных линз можно пользоваться соотношениями (5.44) — (5.46). При этом оптическая длина P1 линзы JIl должна быть выбрана в пределах 0,25;? P1^O1SP, а линзы Л2— в диапазоне P2^lO,25Р. Длины линз P1 и P2 должны удовлетворять соотношению (5.46), а их параметры должны быть таковы, чтобы d^O. Для удобства выбора параметров согласующих осе-симметричных градиентных линз на рис. 5.6 приведены зависимости увеличения и расстояния S,- от P,-. Задав длину Pi линзы Jll, из рис. 5.6 находим ее увеличение Г]. С помощью выражения (5.46) находим увеличение Г2 линзы Л2, аналогично определяем ее длину P2. Зная P1 и P2 и фокусирующий параметр Ф, нз рис. 5.6 определяем S1 и S2 и, следовательно, зазор d между торцами градиентных линз.
Применение двух согласующих градиентных линз для стыковки волноводных структур обеспечивает расширение допуска на возможные поперечные и продольные смещения линз относительно-друг друга, так как в этом случае совмещаются увеличенные изображения перетяжек оптических пучков с радиусами W'\ = Y\W\ и Wr2 = t2w2, причем wri = wr2 (см. рис. 5.5).
Таким образом, с увеличением Г, и, следовательно Г2 увеличиваются допуски на поперечные смещения оптических согласующих элементов в соединителе и одновременно уменьшаются допуски на их угловые смещения. Однако с ростом увеличения растет зазор между торцами линз и одновременно расширяются допуски на продольные смещения. Для уменьшения зазора d необ
11Э> ходимо увеличивать Фі либо уменьшать Ф2. Следовательно, для выбора параметров градиентных линз необходимо подобрать оптимальную комбинацию увеличения, зазора и фокусирующего параметра линз, обеспечивающую эффективное согласование волноводных структур с требуемыми допусками.
При согласовании реальных трехмерных OB и ВС в общем случае необходимо учитывать различную геометрию (эллиптичность) поперечного сечения волноводных структур. Поэтому для эффективного согласования таких волноводных структур требуется применение анаморфотных оптических согласующих элементов. В этом направлении сделаны всего лишь первые шаги и нужны дальнейшие исследования оптических согласующих элементов для оптимального согласования различных типов волноводных структур.
При значительной расходимости излучения на выходе OB или полупроводникового лазера согласующие градиентные линзы должны иметь достаточно большую числовую апертуру. Однако среда с параболическим профилем показателя преломления обладает хорошими фокусирующими свойствами только в параксиальном приближении, поэтому эффективность градиентных линз как согласующих элементов в ряде случаев оказывается недостаточно высокой. Повышение эффективности согласования в этом случае возможно, например, предварительным коллимированием излучения на входе градиентной линзы с помощью других фокусирующих элементов или увеличением ее числовой апертуры путем придания сферической формы ее торцевой поверхности.
Оптические согласующие элементы типа плавных волноводных переходов представляют также практический интерес для стыковки ВС с полупроводниковыми излучателями и ОИС. Основные свойства плавных волноводных переходов рассмотрены в гл. 3. Плавный переход представляет собой фокон, если он выполнен на самом ВС путем плавного изменения диаметра его сердцевины. Несмотря на достаточно высокую эффективность фоконов как согласующих элементов, невысокая воспроизводимость их параметров затрудняет применение фоконов на практике для согласования одномодовых волноводных структур.
5.6. УСТРОЙСТВА СОГЛАСОВАНИЯ ОПТИЧЕСКИХ
ВОЛНОВОДОВ С ВОЛОКОННЫМИ СВЕТОВОДАМИ
Устройства, обеспечивающие эффективную передачу оптической мощности между волноводными структурами, являются одними из важнейших компонентов систем передачи и обработки оптической информации. Помимо выполнения ими своей главной функции — обеспечения минимальных потерь света при стыковке волноводных структур, они заметно влияют на размеры, массу, устойчивость к вибрации, шумовые характеристики всей системы.
