Интегральная оптика для систем передачи и обработки информации - Семенов А.С.
ISBN 5-256-00738-6
Скачать (прямая ссылка):
Однако если показатели преломления волноводных структур значительно отличаются, например при согласовании ВС на основе кварцевого стекла с канальным OB на основе LiNbO3, то фазовое согласование волн с постоянными распространения ?0 и ?i обеспечивается двумя способами; во-первых, применением периодической модуляции параметров волноводных структур на участке их связи с периодом А, удовлетворяющим условию
;?0-?,-±2n/A, (5.14)
и, во-вторых, изменением фазовой скорости волны в многослойных OB со скошенными кромками, когда в качестве прилегающей к волноводу среды, в которую происходит туннелирование мощности, применяется другой волновод с большим показателем преломления по сравнению с показателем преломления подложки или оболочки первого OB.
Метод распределения связи по сравнению со стыковкой в торец теоретически обеспечивает большую эффективность согласования волноводных структур. В этом случае неполное согласование полей возбуждающей и возбуждаемых волн приводит лишь только к снижению коэффициента связи К, что легко можно компенсировать либо выбором длины зоны связи L в соответствии с (1.43) либо изменением условий связи. Однако реализация этого метода вызывает трудности практического характера. При переходе оптического излучения из среды с низким показателем преломления в среду с высоким показателем преломления значи-
105 тельную роль играет рассеяние излучения на поверхности волноводных структур, что предъявляет высокие требования к качеству поверхностей OB и ВС. Современный уровень технологии получения OB с большими показателями преломления (например, OB на основе LiNbO3) не позволяет обеспечить достаточно эффективное согласование волноводных структур методом распределенной связи. Кроме того, круглое поперечное сечение ВС не является оптимальным при сочленении ВС и планарных OB, так как распределения их полей существенно различаются. Для устранения этого недостатка предложено использовать ВС прямоугольного поперечного сечения, ленточного типа и т. п., приближающиеся по своим характеристикам к OB. Находит также применение распределенная связь OB и ВС, срезанных под определенным углом й. своей оси. Оптическая мощность на длине зоны среза световода из OB туннелирует в ВС и назад, однако такие устройства связи являются невзаимными.
Если можно изготовить волноводные структуры с торцами высокого качества, то на практике предпочтительнее использовать стыковку в торец. Наиболее пригодны для этого OB на основе GaAs, LiNbO3 и особенно волноводы с увеличенными поперечными размерами: планарные градиентные в стеклах, на основе эпи-таксиальных слоев твердых растворов A111Bv полосковые OB, а также канальные OB с поперечным сечением, приближающимся к круговому.
5.3. РАСЧЕТ ЭФФЕКТИВНОСТИ СОГЛАСОВАНИЯ
ОДНОМОДОВЫХ ВОЛНОВОДНЫХ СТРУКТУР
Для практики наибольший интерес представляют устройства связи одномодовых волноводных структур: OB и ВС, источников излучения с OB и ВС. Такие устройства могут быть" выполнены взаимными, т. е. с одинаковой эффективностью связи в обоих направлениях (например, ОИС — ВС и наоборот). Определенного внимания заслуживают и устройства связи многомодовых волноводных структур.
Эффективность согласования для устройств связи с модовой селективностью может быть определена независимо для каждой моды, тогда как элементы связи многомодовых волноводных структур, как правило, характеризуются общей эффективностью связи. Однако известны случаи, когда можно определить относительные эффективности возбуждения (связи) отдельных мод и для многомодовых волноводных структур. Поэтому полезно детально рассмотреть методику расчета эффективности согласования одномодовых волноводных структур, которая при определенных допущениях может быть применена и для расчета эффективности согласования многомодовых волноводных структур.
Эффективность возбуждения Tjvli по мощности произвольной моды OB полем моды ВС и наоборот определяется выражением, аналогичным (5.12):
Tlvii= I^I2 = II1Fov ^dSj', (5.15)
106 где Cw — амплитудный коэффициент возбуждения (i-Й моды OB полем v-й моды ВС; [.і= {т, п} — обобщенный индекс моды OB, т = 1, 2, 3, ..., п = 1, 2, 3, ...; v={/, р} —обобщенный индекс LPip-моды ВС, I = О, 1, 2, 3, ..., р= 1, 2, 3, ... Здесь, как и в (5.12), функции Tqv и Tiv нормированы на единичную переносимую мощность.
Распределение ЭЛеКТрИЧеСКОГО ПОЛЯ LPip-MOflM многомодово-го ВС с параболическим профилем показателя преломления описывается функциями Лаггера — Гаусса [18, 37]:
Tzp (г) = (У 2 г j W0)1 LiplIl (2rVo) exp ( - г Vo).
радиус пятна
(5.16)
основной LPoi-MO-
где ^0 = {2а/ [kn (0) V 2А]} 1^2 ды ВС.
Для описания распределения электрического поля основной LPoi-моды реальных градиентного многомодового и одномодового ВС достаточно хорошим приближением является функция Гаусса, которая с учетом используемой геометрии стыковки волноводных структур (наличие поперечных Ах, А у угловых 0 и осевых A z смещений торца ВС относительно OB (рис. 5.2)) в общем случае может быть задана в виде ,
