Интегральная оптика для систем передачи и обработки информации - Семенов А.С.
ISBN 5-256-00738-6
Скачать (прямая ссылка):
В настоящее время отсутствуют какие-либо промышленные разработки интегрально-оптических мультиплексоров и демультп-плексоров, поэтому трудно указать конкретные параметры подрб-
46
AX1 « X (ДА/А),
(2.18)
AX2 = X (A hffQ [{nJniy-Ц.
(2.19) ных устройств. Однако на основе результатов исследований лабораторных макетов многих устройств такого типа можно привести некоторые обобщенные их характеристики: область рабочих длин волн составляет 0,8... 1,6 мкм; число каналов — до 5 при минимальной разности длин волн каналов до 5 нм и перекрестных помехах —15 дБ; дифракционная эффективность решетчатых структур в OB — 75...90%. Следует отметить, что при увеличении интервала длин волн между соседними каналами до 100 нм перекрестные помехи могут быть уменьшены до —40 дБ. Указанные параметры не являются предельными и обусловлены существующим уровнем технологии интегральной оптики и потенциально могут быть значительно улучшены [64].
2.4. ИНТЕГРАЛЬНО-ОПТИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ НА
ОСНОВЕ АПЕРИОДИЧЕСКИХ РЕШЕТЧАТЫХ СТРУКТУР
Решетчатые почти периодические структуры с периодом, монотонно изменяющимся по длине дифракционной решетки (апериодические решетки), представляют большой интерес для интегральной оптики, так как открывают широкие возможности для разработки и создания целого ряда новых пространственно-селективных планарных волноводных устройств. Такие решетки можно получать гофрированием поверхности OB и модуляцией показателя преломления волновода при формировании и записи на поверхности волновода интерференционной картины от двух когерентных оптических пучков с плоским и цилиндрическим волновыми фронтами (рис. 2.12). В рассматриваемой геометрии период получаемой решетки является монотонной функцией координаты Л (z) = Кэ/{2п2 sin[ (9о+6)/2]}, где K3— Длина волны экспонирующего излучения. Полагая N(z)=X/A(z), можно показать, что в параксиальном приближении, когда [z—Zo) <С -С (аг+Ь2)1/2 (см. рис. 2.12,а),
N(z) &N (г0)+Л (г—г0), X
(2.20)
Рис. 2.12. Схема голографической записи апериодических дифракционных решеток на поверхности планарного OB (а) и пространственно-селективного фильтра на основе апериодической дифракционной решетки в планарном OB (б)
47 где параметр А характеризует изменение периода решетки, который в нашем случае уменьшается с увеличением г и зависит от условий записи и рабочей длины волны к. Апериодическая решетка на поверхности OB с параметрами, удовлетворяющими условию вывода излучения | п*т—A^ | <1 л0, «2, будет работать как выводное фокусирующее устройство с фокусным расстоянием Fm (в среде с показателем преломления п2), зависящим от к, индекса моды т и параметра А [63]:
На основе апериодических решетчатых структур могут быть созданы фокусирующие устройства ввода в OB, например излучения полупроводникового лазера либо устройства согласования OB с волоконными световодами. Апериодические решетчатые структуры находят применение при разработке широкополосных отражательных фильтров, коэффициент отражения которых в зависимости от к может меняться в результате изменения апериодичности решетки. С их помощью возможно осуществить пространственно-селективную фильтрацию излучения в OB и разработать на их основе частотно-селективные мультиплексоры и де-мультиплексоры каналов информации с различными оптическими несущими частотами, а также реализовать многоканальные лазеры с РОС и РБЗ.
На рис. 2.12,6 представлена схема пространственно-селективного фильтра на основе апериодической решетчатой структуры в OB. Его работа основана на избирательном брэгговском отражении излучения с различными длинами волн от различных участков решетчатой структуры, что позволяет провести их пространственное разделение либо объединение в общем передающем * тракте. Следует отметить очевидное конструктивное и технологическое преимущество такого мультиплексора-демультиплексора каналов по сравнению с другими вариантами, причем он пригоден для работы с небольшим числом каналов информации. Для оценки коэффициента отражения такого устройства в зависимости от режима его работы можно использовать выражение (1.44) либо (2.8) для резонансного случая, в которых вместо L или L* нужно взять эффективную длину ?Эф решетки, на которой в пределах ширины брэгговского резонанса AAб имеет место отражение. Полагая, что изменение периода по длине решетчатой структуры линейно, т. е. ограничиваясь приближением (2.20), можно найти
Одной из разновидностей апериодических решеток в пленарных OB являются решетчатые структуры с искривленными штрихами, имеющие постоянный или изменяющийся период. Теория связанных мод для искривленных дифракционных решеток является обобщением уравнений связанных волн для однородных неограниченных решеток. Полученные в [105] соответствующие уравнения в общем случае должны решаться численными мето-
48
Fm « {«§- [п'п-N (Z0)WIAn..
(2.21)
L3ttl = KAAElAA.
(2.22) дам«, однако для частного случая искривленных по дуге окружности решеток с постоянным радиусом кривизны эти уравнения допускают аналитическое решение. Анализ показывает, что применение в интегральной оптике дифракционных решеток с искривленными штрихами позволяет значительно расширить возможности дифракционных элементов: увеличить углы ввода излучения, относительную ширину полосы пропускаемых частот, сфокусировать волйоводные пучки при их отражении от таких решеток. Решетчатыеструктуры с концентрическими штрихами находят применения B^ планарных спектрографах поверхностных световых волн [106], веерообразные структуры применяются как перестраиваемые отражательные фильтры в тонкопленочных лазерах. На основе апериодических решетчатых структур, как уже отмечалось, созданы различные типы планарных френелевских линз, разрабатываются брэгговские модуляторы с улучшенными характеристиками. Несомненно, что дальнейшее исследование решетчатых структур с переменным периодом для интегральной оптики приведет к новым достижениям и успехам.
