Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Семенов А.С. -> "Интегральная оптика для систем передачи и обработки информации" -> 34

Интегральная оптика для систем передачи и обработки информации - Семенов А.С.

Семенов А.С., Смирнов В.Л., Шмалько А.В. Интегральная оптика для систем передачи и обработки информации — М.: Радио и связь, 1990. — 224 c.
ISBN 5-256-00738-6
Скачать (прямая ссылка): integralnayoptika1990.djvu
Предыдущая << 1 .. 28 29 30 31 32 33 < 34 > 35 36 37 38 39 40 .. 103 >> Следующая


Q = aXj2W, (3.51)

где Kb = lKIn* — длина волны в OB для локальной моды низшего порядка с эффективным показателем преломления п* в любой точке z; W — локальная ширина рупора в той же точке; а^ 1 — постоянная. Физический смысл соотношения (3.51) состоит в том, что для устранения преобразования мод и потерь на излучение стенки рупора должны расширяться медленнее дифракционного расширения пучка для каждого значения z. Так как 2Q=\dWldz\, то условие (3.51) соответствует параболической форме рупора:

W(z) = (2aKB\z\ + Wiy*, (3.52)

где Wo — W {z=0). При достаточно больших значениях Wmax (W7max^UZ0), что имеет место в случае согласования трехмерных и планарных OB, длина параболического рупора представляется в виде

^n=IKJ2aK- (3.53)

Расчет потерь, обусловленных преобразованием мод в рупорных структурах, показывает, что для рупора параболической формы верхний предел потерь мощности, вводимой в рупор, определяется величиной (а/4)2 [70]. Ha практике аппроксимация параболической формы рупора тремя линейными секциями, вписанными в параболу, дает коэффициент передачи мощности рупорной структуры, близкий к расчетному.

Параболическая форма рупора оказывается предпочтительнее линейной, так как при одной и той же длине рупорной структуры она вносит меньшие потери и позволяет на практике получать для основной моды коэффициент передачи мощности свыше 90%.

79 Сравнение рупорных структур различной формы показывае.т, что в рупоре экспоненциальной формы потери оптической мощности могут быть еще меньше. Из выражений (3.52) и (3.53) видно, что требуемая для выполнения условия (3.51) длина рупора значительно возрастает с увеличением перепада поперечных размеров соединяемых волноводов. Поэтому при paspaooTKte ОИС применяют, как правило, рупорные структуры с №тах<50 мкм.

3.7. ИЗГИБЫ И ИЗЛОМЫ ОПТИЧЕСКИХ волноводов

При разработке различных компонентов ОИС большое значение имеет выбор оптимальных изгибов трехмерных волноводов и ,проектирование устройств на их основе. На изогнутом участке OB изменяются характеристики распространения поверхностных волн и неизбежно возникают потери на излучение световой мощности. Потери на изгибе OB ограничивают минимально допустимый радиус кривизны изгиба его оси (рис. 3.11,а). Они возникают по двум причинам. Во-первых, на изгибе часть мощности излучается в прилегающую к волноводу среду. Во-вторых, в зависимости от радиуса кривизны OB изменяете» распределение поля его мод и могут возникать потери мощности из-за связи и преобразования мод в месте перехода прямого OB к изогнутому.

Случай изогнутого прямоугольного OB исследован в работе [12]. Полученные результаты (применимы и для основных типов трехмерных OB путем приведения реальной волноводной структуры к эквивалентному прямоугольному волноводу. Влияние изгиба оси OB приводит к появлению мнимой части постоянной рас-


\
\


Y пі
п f
L-J - пг — ч

г) ¦

Рис. 3.II. Изгиб (а), изломы (б, в) оси трехмерного OB и волноводные переходы с изломом (г) и изгибом (<?) оси OB (Л}=п'3+іп"3)

80 тгространенНя, обусловливающей потери на изогнутом участке OB. Потери на йзлучение могут быть снижены увеличением радиуса кривизны ^о\зогнутого участка OB и будут пренебрежимо малы, если R0 удовлетворяет следующему условию:

R0>24n* V11IX2, (3.54)

где dn= Ilyu — Расстояние по нормали к искривленной границе волновода вдоль подложки, на котором амплитуда поля волны в OB уменьшается в в раз. Типичные значения Ro — порядка 10 мм. Критерий (3.54) достаточно прост, но его не всегда легко выполнить. В таких случаях используют другие способы снижения потерь на изогнутых участках OB. Эти потери можно уменьшить увеличением разности показателей преломления сердцевины волновода и прилегающих к нему слева и справа сред и увеличением ширины волновода W, т. е. выбором параметров OB, чтобы обеспечить максимальную концентрацию пол» внутри волновода. Отметим, что при W>[^0A.2/(nn2i)]1/3, где Яі«/г*і, уменьшения потерь практически не происходит.

Для расчета потерь в изогнутых OB применяются теория связанных волн, метод объемных токов, метод распространяющегося пучка и некоторые другие. Они позволяют по заданным параметрам изогнутого трехмерного OB рассчитать коэффициент затухания направляемой волны на изогнутом участке волновода либо по допустимому уровню потерь определить соответствующие параметры изгиба OB.

С целью уменьшения размеров ОИС изогнутые участки OB могут быть заменены изломами оси волновода на достаточно большой угол (рис. 3.11,6, в). Такие изломы OB могут быть созданы как топологией волноводного тракта, так и формированием локального отражателя на боковой поверхности OB или подложке.

При изломе оси трехмерного OB на небольшой угол 0 (0 ^ 5°) для расчета коэффициента передачи мощности T и, следовательно, потерь можно воспользоваться результатами § 3.5 (см. (3.41) и (3.45)). Для уменьшения потерь мощности излом может быть выполнен в виде последовательно соединенных отрезков OB с резким изменением их параметров (ширины, сдвига оси, изменения показателя преломления прилегающей среды) на переходе к излому, чтобы, как и в случае изгиба OB, обеспечить максимальную концентрацию поля внутри волновода. В работе [130] получены простые приближенные расчетные формулы для определения относительных потерь мощности Exn- и -волн на излучение с излома в приближении планарного волновода, которые достаточно хорошо согласуются с экспериментальными данными.
Предыдущая << 1 .. 28 29 30 31 32 33 < 34 > 35 36 37 38 39 40 .. 103 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed