Интегральная оптика для систем передачи и обработки информации - Семенов А.С.
ISBN 5-256-00738-6
Скачать (прямая ссылка):
Другая возможность согласования планарных OB основана на применении дифракционно-решетчатых структур различного типа, сформированных как в материале одного из волноводных слоев, так и иа поверхности волноводов, расположенных в непосредственной близости друг от друга. Примером такого метода согласования OB может служить составной волновод с фазовой брэг-говской дифракционной решеткой с наклонными слоями, сформированной в материале покрывающего верхнего волновода вследствие модуляции его показателя преломления (рис. 5.8,в).
.124 Период решетки Л и угол наклона ее слоев % выбираются в соответствии с условием (1.59). К достоинствам таких устройств связи следует отнести их высокую селективность и эффективность согласования, достигающую на эксперименте свыше 80%, а также возможность согласования мод произвольного индекса. Кроме того, устройства связи на основе фазовых брэгговских дифракционных решеток, формируемые непосредственно в материале волноводного слоя модуляцией его показателя преломления, имеют, как правило, небольшую длину зоны связи (примерно 100 мкм) и позволяют согласовать моды любого наперед заданного индекса для обоих волноводных структур как в прямом, так и обратном направлении распространения световой волиы.
Торцевая стыковка планарных OB позволяет осуществлять согласование планарных волноводов из материалов с высоким (например, арсеиид галлия, ниобат лития) и низким показателями преломления на общей подложке. Волноводы стыкуются своими торцами таким образом, чтобы обеспечить оптимальное согласование полей их мод. В реальном устройстве (рис. 5.9,6) в отличие ¦от идеальной модели (рис. 5.9,а) волноводы разделены небольшим (примерно 1 мкм) промежутком, в котором расположен буферный слой, а плоскость контакта стыкуемых OB образует угол порядка нескольких градусов к их оси.
Детальный анализ торцевого соединения планарных OB показывает, что при оптимальном выборе параметров волноводов эффективность согласования основной ТЕ[-моды может достигать ~85% для OB из арсеиида галлия и стекла и ~96% для ииобата лития и стекла, т. е. ограничена в основном потерями на отражение [70]. Отклонение геометрии реальных OB от идеальной модели приводит к снижению эффективности согласования OB и к возникновению преобразования модового состава оптического излучения на стыке волноводов как для проходящего, так и отраженного излучения. В частности, при достаточно больших зазорах между торцами OB начинают сказываться дифракционные потери оптического излучения. На практике из-за неперпендикулярности торца OB к своей оси эффективность согласования основной моды для волноводов из ниобата лития и стекла составляет 92%, а для структуры типа арсенид галлия — стекло — 64%. Торцевое соединение планарных OB рассматриваемого типа может найти применение, например, при разработке переходных узлов для согласования волноводов с высокими показателями преломления с одномодовыми ВС.
5.8. СОГЛАСОВАНИЕ ИСТОЧНИКОВ ИЗЛУЧЕНИЯ С ОПТИЧЕСКИМИ ВОЛНОВОДАМИ И ВОЛОКОННЫМИ СВЕТОВОДАМИ
Важнейшее место в проблеме согласования различных волноводных структур занимает вопрос эффективного ввода излучения источников в OB и ВС. Как известно, наиболее подходящими источниками излучения для ОИС и ВОЛС являются полупроводниковые светоизлучающие диоды (СИД) и полупроводниковые лазеры. Сравнительные характеристики СИД и полупроводниковых лазеров можно найти, например, в [3]. По основным параметрам, и в первую очередь по спектральным характеристикам, диаграмме направленности излучения и полосе частот модуляции, СИД значительно уступают лазерам. Тем не менее
.125 благодаря относительно низкой стоимости, простоте изготовления, высокой надежности, более слабой, чем у лазеров, зависимости мощности излучения от температуры они находят широкое применение в локальных линиях связи небольшой протяженности со скоростью передачи информации порядка 100 Мбит/с.
По способу вывода излучения из области рекомбинации носителей СИД разделяются на два вида: фронтальные с широкой излучающей площадкой, в которых излучение выводится в направлении, перпендикулярном плоскости р—«-перехода, и торцевого типа. Первые имеют излучающую площадку с характерными размерами 0,05 ... 1 мм, и их излучение распределено довольно изотропно в пространстве, что приводит к большим потерям при вводе излучения в OB и ВС из-за существенного различия их фазовых объемов (ом. выражения (5.7), (5.9)).
Для применений в BOJIC более перспективны СИД торцевого типа, и особенно суперлюминесцентные светоизлучающие диоды, которые обладают лучшей диаграммой направленности излучения вследствие частичного волноводного удержания света в активной области, а размеры их излучающих площадок соизмеримы с поперечными размерами одномодовых OB и ВС. Условия согласования таких диодов с OB и ВС близки к условиям согласования полупроводниковых лазеров с низкой когерентностью и достаточно широким спектром излучения. Поэтому мы рассмотрим главным образом методы согласования полупроводниковых лазеров с OB и ВС.
Основным требованием, предъявляемым к полупроводниковым лазерам с точки зрения обеспечения эффективного и надежного их согласования с OB и ВС, является стабильность режима генерации в одной поперечной моде. В настоящее время разработаны мезаполосковые и канальные лазерные структуры, поле излучения которых может быть аппроксимировано гауссовым распределением. Следует отметить, что, вообще говоря, лазерный пучок обладает значительным астигматизмом. В отличие от пассивных волноводов в полупроводниковых лазерах существенный вклад в распределение поля мод вносит волноводный эффект, связанный с усилением излучения. Этот вклад особенно значителен в лазерах с полосковым контактом. Волновой фронт таких лазеров в плоскости р—«-перехода искривлен и мнимое изображение перетяжки лазерного пучка в этой плоскости находится на расстоянии нескольких десятков микрометров за зеркалом резонатора, в то время как действительное изображение перетяжки его пучка в перпендикулярной плоскости лежит на зеркале [70].
