4.3.3. Оптическая связь плоских волноводов с подложкой и между собой

Подпись: Рис. 4.5. Вывод излучения в подложку через сужающийся край волноводаПодпись: Рис. 4.6. Оптическая связь между наложенными друг на друга волно-водами

Вывод излучения из волновода в подложку относительно просто осуществить, используя сужающийся (клиновидный) конец волновода (рис. 4.5). Волноводная мода, подойдя к клиновидному участку, испытывает многократные отражения, но с постоянно уменьшающимися углами падения на поверхностях раздела как с подложкой, так и с покровным слоем. Как только угол падения окажется меньше угла φП внутреннего отражения для поверхности раздела волновод — подложка (для границы раздела волновод—покровный слой это согласно (4.2) и (4.3) произойдет позже, так как пПзаметно больше п0), начинается преломление волноводной моды в подложку. При одном преломлении выводится только часть энергии волноводной моды, поэтому волна продолжает зигзагообразно распространяться вдоль сужающегося края волновода, каждый раз излучая все меньшую и меньшую энергию в подложку (на рисунке это условно отражено укорочением стрелок). На каком-то этапе угол падения на верхнюю границу может стать меньше соответствующего угла внутреннего отражения φ0 и энергия станет излучаться в воздух (штриховые стрелки), что приводит к потерям. Чтобы этого не происходило, сужение конца волновода должно быть плавным. Реально достигаемая эффективность вывода энергии в подложку составляет 50—70%. Необходимо также учитывать, что излучаемый в подложку пучок расходящийся: 1—20° в зависимости от угла сужения конца волновода (вблизи волновода, как изображено на рисунке, пучок сходящийся, вдали — расходящийся). Это в большинстве случаев ограничивает применение сужающего конца волновода, особенно если при его помощи вводить излучение из подложки в волновод.

Для передачи световой энергии из одного волновода в другой торцевое (стыковое) соединение, несмотря на его принципиальную простоту, в интегрально-оптических устройствах применяют относительно редко. Способ передачи световой энергии из одного планарного волновода в другой иллюстрирует рис. 4.6. Между волноводами в области их перекрытия имеется тонкий слой материала с показателем преломления п0<пВ; как обычно, пВбольше коэффициента преломления подложки пП. За счет наложения волноводов друг на друга через слой с меньшим показателем преломления п0 происходит оптическое туннелирование. Для эффективной передачи энергии промежуточный слой должен быть тонким и однородным по толщине, а константы распространения двух волноводов одинаковыми. Кроме того, как и в случае призменного и решеточного элементов связи, должна тщательно выбираться длина взаимодействия.

Введение в оптоэлектронику


*****
Новосибирск © 2009-2017 Банк лекций siblec.ru
Лекции для преподавателей и студентов. Формальные, технические, естественные, общественные, гуманитарные, и другие науки.