Оптические волны в кристаллах - Ярив А.
Скачать (прямая ссылка):
ные области гофрированного волновода отражают различные длины волн. Волна с определенной длиной волны X1 будет отражаться от того участка гофра, период которого Л, удовлетворяет условию A1 = Xj/(2ncosa), в то время как волна с другой длиной волны X2 отразится от участка, период которого A2 удовлетворяет условию A2 = X2/(2л cosa). Таким образом, эти две длины волны, которые первоначально входили в один и тот же пучок, разделяются пространственно. Доля светового излучения с длиной волны X1, которая отражается, зависит от длины участка волновода, для которой длина волны X1 попадает внутрь «запрещенной» зоны распространения. Она является, таким образом, функцией плотности штрихов и постоянной связи, которые в данном волноводе определяются высотой и профилем гофра.
Основанный на этой идее демультиплексор по длине волны был Направляемые волны и интегральная оптика
509
x, - 6070a x2 = 6270a
_________________/
б
РИС. 11.25. о — фото, полученное при двукратном экспонировании, показывает отражение на двух различных длинах волн от двух различных областей дифракционной решетки разделителя пучка; б — схематическое представление эксперимента, результаты которого приведены на рис. а; штриховые линии обозначают границы гофрированной области, а сплошные — контуры лазерных пучков.
продемонстрирован на одномодовом волноводе толщиной 0,95 мкм [18, 19]. Период решетки изменялся от 2930 до 3210 A на расстоянии 6,5 мм, а высота ее неоднородностей в стекле приблизительно равнялась 500 A. При угле падения 48° отраженные лучи на двух длинах волн 6070 и 6270 A пространственно разделялись расстоянием 4 мм. Экспериментальное наблюдение такого разделения иллюстрируется на рис. 11.25. і 510
Глава 5
РИС. 11.26. Частотно-избирательиые ответвители для использования в волоконно-оптической связи.
11.9.2. НАПРАВЛЕННЫЕ ОТВЕТВИТЕЛИ НА РЕШЕТКАХ
Направленная связь между двумя различными волноводами может быть сделана частотно-избирательной и весьма эффективной при условии, что достигнута синхронизация фаз с помощью периодического пространственного возмущения показателя преломления. При этом в зависимости от периода решетки могут быть реализованы как попутная, так и встречная связи. Согласно условию (11.8.30), для попутной связи на длине волны X0 требуется решетка с периодом Л = X0/(ла — /jft), в то время как для встречной связи на такой же длине волны период решетки должен быть равен Л = X0/(/ja + + nh), где пи, пь — эффективные показатели преломления для мод волноводов а и Ь соответственно. Поскольку относительная ширина полосы сильной связи порядка 1 /N (т. е. ДХ/Л » 1 /N), где N — число периодов, очевидно, что ответвитель на встречной связи обладает большей частотной избирательностью (т. е. узкой шириной полосы) на меньшей длине взаимодействия. Однако такой ответвитель труднее изготовить, так как для этого нужно иметь решетки с очень небольшим периодом. На рис. 11.26 показан схематически ответвитель на встречной связи для применения в волоконно-оптических линиях связи. Для подробного ознакомления со спектральными характеристиками и конструкциями направленных ответвите-лей на решетках мы отсылаем интересующегося читателя к работам [20, 21].
11.10. ДРУГИЕ ПЛАНАРНЫЕ ВОЛНОВОДЫ
При рассмотрении характеристик ТЕ- и TM-мод в разд. 11.2 мы предполагали, что волноводы сделаны из диэлектрических материа- Направляемые волны и интегральная оптика
511
лов с показателем преломления волноводного слоя я2> большим, чем показатели преломления двух граничащих сред (т. е. п2 > л, 3). Это условие является необходимым для существования полного внутреннего отражения на границах, которое ответственно за локализованное распространение излучения. В данном разделе мы рассмотрим два других типа планарных волноводов, в которых это ограничение снимается.
11.10.1. ВОЛНОВОДЫ С МЕТАЛЛИЧЕСКИМ ПОКРЫТИЕМ
Рассмотрим слоистую волноводную структуру (рис. 11.2) с металлической подложкой (среда III). Показатель преломления п} металлической подложки является комплексной величиной. Например, комплексные показатели преломления меди, золота и серебра при X = 6328 A равны соответственно /J3 = 0,16 - /3,37; 0,16 - /3,21 и 0,067 — /4,05. Коэффициенты отражения этих металлических поверхностей крайне высоки (почти 100%), особенно при скользящем падении (в ~ 90°), вследствие большой мнимой части (большого коэффициента экстинкции) и малой вещественной части показателя преломления п3. Действительно, если л3 — чисто мнимое число, то волна в среде III всегда затухает. Коэффициент отражения света от такой идеальной металлической поверхности всегда равен 100% независимо от угла падения и состояния поляризации. Таким образом, идеальный металл, подобный этому, может обеспечивать полное отражение, необходимое для локализованного распространения. Среда с чисто мнимым показателем преломления имеет отрицательную диэлектрическую проницаемость и нулевую оптическую проводимость. Для меди, золота и серебра мы имеем соответственно п\= -11,33 - /1,08; -10,28 - /1,03 и -16,40 - /0,54. Заметим, что мнимая часть величины я2, которая пропорциональна оптической проводимости ff, мала для всех трех металлов.
