Направленные ответвители и пассивные элементы

Направленные ответвители

В интегрально-оптических системах возможно получение направленных ответвлений - устройств, обеспечивающих обмен мощностью между колебаниями, распространяющимися в параллельных волноводах. Примеры направленных ответвлений приведены на рисунке 4.5.

В одном из них (рис. 4.5, а) использован эффект связи между волноводами, расположенными близко друг от друга. В другом направленном ответвителе (рис. 4.5, б) при приложении со стороны одного из волноводов обратного напряжения к границе раздела между металлом и полупроводником (барьеру Шотки) возможна перекачка мощности в другой волновод.

Интегрально-оптические пассивные элементы - линзы, призмы

В интегрально-оптическом исполнении могут быть и пассивные оптические элементы - линзы, призмы. При создании этих элементов локальное изменение показателя преломления, а, следовательно, и хода световых лучей достигается локальным изменением толщины элемента. Поясним это несколько более подробно. Известно, что фазовая скорость распространения света в объеме какого-либо слабопоглощающего вещества v = с/п, т. е. зависит от показателя преломления среды п (с - скорость света в вакууме). В тонкопленочных же волноводах v = с/γ,где γ - фазовый коэффициент замедления волны (моды), который зависит от материала волновода и граничащих с ним сред, а также от типа распространяющегося по волноводу колебания. При переходе из тонкопленочного волновода с коэффициентом замедления γ₁ в волновод с коэффициентом γ ₂ изменяется направление распространения света, т. е. свет преломляется. Закон преломления света аналогичен закону Снеллиуса:

.

Коэффициент замедления колебаний изменяется в зависимости как от толщины пленки (чем толще пленка, тем больше γ), так и от ее показателя преломления. Поэтому если волновод выполнен из одного материала, но имеет разную толщину, то при переходе света из области с толщиной d₁в область толщиной d₂направление распространения света изменяется (рис. 4.6).

Из-за этого при распространении в ступенчатом волноводе нескольких колебаний с разным коэффициентом γ происходит пространственное разделение этих колебаний.

Для разделения колебаний вместо соединения двух волноводов различной толщины можно использовать двухмерную призму. Если такую призму изготовить в тонкопленочных волноводах (рис. 4.7), то в области скачкообразного изменения толщины пленки будет происходить преломление и отражение колебаний, т. е. их пространственное разделение.

Для фокусировки излучения в интегральной оптике используются системы с плавно меняющимися параметрами - тонкопленочные линзы.

Первые такие линзы создавались путем изменения толщины волновода на участке, имитирующем по форме обычную объемную линзу. В качестве линзы можно также использовать волноводную пленку, форма которой изображена на рис. 4.8.