Интегральная оптика для систем передачи и обработки информации - Семенов А.С.
ISBN 5-256-00738-6
Скачать (прямая ссылка):
K = K ехр (tv)/sin (26б), (2.17)
где v = 0 для совпадающих по поляризации падающих и рассеиваемых мод планарного OB (обе ТЕ или TM) и v=n/2 для волн ортогональных поляризаций, т. е. если одна из волн ТЕ, а вторая TM.
Следует отметить, что брэгговская дифракция на планарных характеристических решетках позволяет осуществить практически все основные преобразования планарной оптики: изменение масштаба одномерного изображения (в частности, расширение и сжатие светового пучка), спектральное пространственное преобразование входного изображения, а также его пространственную фильтрацию с образованием корреляционной функции. Таким образом, планарные характеристические решетки могут рассматриваться как новый тип элементов планарной оптики, которые выполняют спектральное преобразование Ханкеля, а не фурье-преобразование в отличие от планарных линз. 44 Рис. 2.9. Дифракционная решетка характеристической формы в планарном OB
Обозначения те же, что и яа рис. 2.8
Рис. 2.10. Спектральная характеристика отражательного фильтра в планарном OB [63]
Применение периодических решеток в интегральной оптике привело к разработке большого числа планарных волноводных устройств, таких, как устройства ввода и вывода излучения, полосовые фильтры и конверторы мод, модуляторы и дефлекторы дифракционного типа, лазеры с РОС и РБЗ. С их помощью проводится фазовое согласование и пространственно-селективная фильтрация поверхностных волн в OB.
Работа полосовых отражательных фильтров и конверторов мод основана на резонансном отражении либо преобразовании поверхностных волн на дифракционно-решетчатой структуре в OB. Условие резонанса (см. выражения (1.60) и (1.65)) задает рабочую длину волны отражательного фильтра, а выражение (1.44) дает зависимость коэффициента отражения Rm поверхностной волны т-го порядка от расстройки б. На практике расстройка б может изменяться в результате вариации частоты или длины волны излучения.
На рис. 2.10 показана зависимость коэффициента отражения Rm от произведения бL для KL= 1,84, что соответствует /?тах~0,9. Ширину полосы основного максимума отражения фильтра по длине волны Ал определяют из выражения (2.16), а максимальный коэффициент отражения фильтра соответствует условию точного резонанса (6 = 0).
Значение Rmax для различных длин волн излучения при фиксированной длине решетки L различно (рис. 2.11). Фильтры с минимально узкой шириной полосы должны удовлетворять условию KL ^ л. При К?>я боковые лепестки в спектральной характеристике фильтра становятся сравнимыми с основным максимумом.
0,6 ZKL /к, мт
Рис. 2.11. Зависимость максимального коэффициента отражения фильтра Яшах от параметра 2КL/k для длин воли 0,6328 (/); 0,86 (2); 1,15 мкм (3) [63]
45 Разработка узкополосных фильтров на заданную длину волны X накладывает определенные ограничения как на допустимое значение отклонения от резонанса б, обусловленное неточностью задания периода решетки Л, так и на допустимые изменения эффективного показателя преломления OB ft гп вследствие неоднородности его толщины h по длине решетчатой структуры. Отклонения в периоде решетки AA приводят к сдвигу резонансной длины волны фильтра на
а неоднородность толщины планарного волновода Ah вызывает изменения положения максимума коэффициента отражения фильтра с изменением длины волны X и, следовательно, приводит к уширению его полосы на
Экспериментальная реализация и исследования узкополосных отражательных фильтров, имеющих полуширину резонанса порядка нанометра и коэффициент отражения /?тах«0,8... 0,9, которые получены как гофрированием поверхности OB, так и модуляцией показателя преломления материала волновода, показывают хорошее согласие расчетных и экспериментальных результатов. Это оправдывает разработку методов синтеза оптических волноводных фильтров с заданными частотными характеристиками, работающих в режиме отражения или пропускания.
Экспериментальные работы, посвященные пространственно-сс-лективной фильтрации излучения в OB с помощью периодических решетчатных структур [63, 64, 104], демонстрируют новые возможности применения ОИС в BOJIC с частотным уплотнением каналов. Следует отметить перспективность для этих целей пленок халькогенидных стеклообразных полупроводников (ХСП), позволяющих создавать в них как оптическими методами, так и с помощью электронно-лучевой обработки разнообразные фазово-рельефные структуры в объеме планарного волновода. Реально достижимые характеристики дифракционных решеток брэгговско-го типа в планарных OB позволяют создавать на их основе высокоэффективные частотно-селективные устройства для мультиплексирования и демультиплексирования каналов информации с различными оптическими несущими частотами. Из сравнительного анализа пространственно-селективных фильтров на основе брэг-говских решетчатых структур, образованных модуляцией показателя преломления волновода и гофрированием его поверхности, можно сделать вывод, что наименьшее искажение пространственной формы сигнала и, следовательно, частотной характеристики достигается в OB на основе ХСП, когда решетки сформированы в объеме самого волновода.
