Введение к работе
Актуальность том- В подовлгащєи большинстве теоретических работ, посвяваиных анализу периодических диэлектрических волпо-водных структур.' исследуются діяракцкопньга преобразования плоских поворхнослюх волн в волноводных реаатках с прямолинейными итрихами- Однако на практике ограніиаяная апертура источников лазерного галучания в гаггогралыга-оптичосгавс устройствах обработки кпфоргаїдсі приводит к возбужден]'» попсрочно^-ограїшчошшх в плоскости волновода световых пучков- При стиковка полупроводниковых лазеров н волоконных световодов с устройствами на осново планерных волноводов такта возникает расходягиася поверхностные волны-D этих случаях' использование кваэиперкодичоскнх рогаток с искрив-лошшни горихами и плавно изкеняювеися амплитудой гофра позволяет Фокусировать ПОПОРОЧНО-ОГРВНИЧвНШЮ волны В ПЛОСКОСТИ сппиоского волновода или прилегатакх к ному средах с одновроиошпи осувост-влонися распределенной обратной связи» частотной Фильтрации, вывода поверхностных сватовых волн п т- п- Причем в фокальной области MossT располагаться, например, присяная плоаадка фотодотекто-ра. торец канального сили волоконного) световода- Кроме того, для некоторых приложения представляют интерес №йволипойныо волповод-ные розетки, осуцествлякено фокусировку лазерного излучения ПРИ его вводе в оптический волновод- -.Наряду с этим в последнее время с в связи с созданном оптических систем храпения и обработки ка-1 ФормацгаР привлекают к себе особое внимание фокусиругеяэ дгорак-циоипыэ устройства считывания сигнала с оптнчоских и магпнтоопти-ческих дисков-
Сложность теоретического анализа квазкпериодичоских волпо-водных решеток с искривленными нгрихаян обусловлена сугоствонвоА
_ 4 -
зависшость» эффективности дифракционного преобразования поперечно-ограниченных поверхностных воли как от попаренного распределения их Фазы и интенсивности, так и от изменения периода решетки, амплитуды гофра и радиуса кривизны еприхов вдоль участка дтрак-ционаой связи- В связи с этим до сих пор отсутствует теоретическое описание в замкнутом аналитическом виде дифракционных процессов, протекающих в фокусирующих волноводкых гофрдаованиых решетках-
Другой малоизученной к настоящему времени проблемой являются оптические процессы в системо из двух дифракционно-связанных гофрированного и пленарного волноводов, представляющей практический интерес для создания монолитных интегрально-оптических схем» оптическая связь между различными активними элементами которых осуществляется с помощью общего для них пассивного волновода- Использование дифракционной связи позволяет комбинировать волновод-пио полупроводниковые лазеры или Фотоприешшки с например, на арсенида галлюР с интегрально-оптическими модуляторами, частотными Фильтрами и другими устройствами с создаваемые, как правило, на основе ниобата литюР- в результате при значительно различавшихся дисперсионных характеристиках дифракционно-связанных волноводов повышается спектральная селективность устройств на их основе и эффективность управления Фазовой расстройкой под действием элвктро-олтнческого эФФокта- Последнее следует учитывать при создании волноводных частотных фильтров и пленарных модуляторов света на связанных волноводах-
Наряду с использованием дифракционных преобразований поверхностных волн, распространявдихся параллельно друг другу, в последнее время все больший практический интерес приобретают интегрально-оптические устройства, используююзе ноколлипоарныо ди-
- В -
фракционные преобразования поверхностных воли в пикированных волноводах- Так.. на основе этих преобразования созданы уэкополос-ныв частотные фильтры, волноводные мульти- и депультиплексоры. подовые и поляризационные преобразователи и другие устройства, осувествляющие пространственное разделение падашего и дифрагированного световых ПУЧКОВ-
Однако необходимо отметить, что все эти устройства реализованы на основе волноводных решеток с прямолинейными штрихами- Если же использовать квазипериодическйе волноводные решетки с искривленный штрихами, то одновременно с неколлинеаркыми дифракционными преобразованиями поперечно-ограниченных поверхностных волн можно Фокусировать их в заданной области оптического волновода пли прилегаших к нему Средах- Среди фокусирующих волноводных устройств такого рода особый интерес представляют устройства считывания информации с оптических и магнитооптических дисков, в которых сканирование светового пучка, падаюиего на криволинейную ровотку. осуввствляотся с помощью возбуждаемой в поперечном ему направлении поверхностной акустической волны.
В случае неколлияеариых дифракционных преобразований исследуемая задача становится векторной, что значительно усложняет анализ фокусируших розеток, так как требуется совместное рассмотрение электрического и магнитного полей поверхностных волн-Вследствие этого к настоящему времени появилось лгаь незначительное число работ по неколлинеарному резонансному отраженна сфокусированных волн в гофрированном тонкопленочном волноводе и полностью отсутствует работы по их неколлинеарному дифракционному излучению-
Цель диссертационной работы состояла в теоретическом исследовании коллинеарных и неколлинеаркых дифракционных прообразом-
- в -
ний сфокусированных поверхностных волн в кваэкпериодических вол-новодных решетках с искривленными штрихами И реэоиансно-дифракшг онной связи между поверхностными волнами в параллельных регулярном и гофрированном оптических волноводах с произвольными слоисто-неоднородными поперочкыми распределениями диэлектрической проницаемости-
Научная новизна- В диссертационной работе представлены к заїздіте следующие новые научные положения;
і- Развитый аналитический метод позволяет описать коллинеар-ные и неколлинеарные процессы резонансного отражения с или прохо-жденияэ и дифракционного излучения поперечно-ограниченных поверхностных Н- и Е-волн в квазипериодическэП решетке с искривленными штрихами, сформированной на поверхности оптического волновода с произвольным поперечным распределением диэлектрической проницаемости- В параксиальном случае решение исследуемой дифракционной задачи сводится к системе алгебраических уравнений с переменными коэффициентами для амплитуд собственных сфокусированных волн гофрированного волновода- Полученное дисперсионное уравнение для Фокусируицей волноводиой решетки описывает всевозможные дифракционные преобразования поверхностных световых волн в первом порядке.
2- Использование кольцевой волноводиой решетки сконцентрн-ческини вггрихами обеспечивает широкоапертурную фокусировку излучения при дифракционном возбуждении оптического волновода параллельным световым пучком под углом, близким к нормальному- Оптимальная сирина такой реаетки * в зависимости от ее внутреннего радиуса ^х определяется соотнесением:
(егГСУо^Э - erfC/aR^) « ехр[-«R ] ,
KnaRJi
г до а - коэффициентдифракционного излучения. R2 « Rx + W
-
с целью минимизации излучательных потерь при резонансных преобразованиях поверхностных световых волн, распространяющихся по дифракционно-связанным регулярному и гофрированному волноводам в одном направлении, рсшотку следует Формировать на поверхности волновода с большим эффективным показателем преломления- В этом случае коэффициенты резонансной связи и дифракционного излучения являхтея. соответственно, величинами первого и второго порядка малости при относительно слабой модуляции толщины гофрированного волновода.
-
В предложенном в диссертации нланарком лазеро с кольцевым резонатором, состоящим из дифракционно-связанных регулярного активного и гофрированного пассивного волноводов, теоретически описаны условия генерации двух типов мод различного порядка- В частности, определены зависимости порогового коэффициента усиления и параметра фазовой расстройки от коэффициента резонансной связи, существенно различающиеся для двух возмояашх типов продольных мод.
Практическая ценность работы состоит в том. что построенная в ней теория дифракционных преобразований поперечно-ограниченных поверхностных волн в фокусирующей волноводноП реаотко с разнообразными поперечными распределениями диэлектрической проницаемости, а также представленные результаты конкретных расчетов позволяет провести предварительный анализ и оптимизация параметров различных интегрально-оптических устройств стаких как даяракциоп-иыо устройства ввода и вывода, частотные фильтры, дифракционные резонаторы, волноводные устройства считывания информации с оптических и магнитооптических дисков и др.э. в которых одновременно с дифракционным преобразованием поверхностных световых волн осу-
- в - .
иествляется их Фокусировка в заданной области волновода или при-легаших к нему средах- Результаты проведенного детального исследования резонансно-дифракционной связи между регулярным и гофрированным волноводами, оптические и геометрические параметры которых существенно различаются, целесообразно использовать не только при разработке отдельных волноводных устройств смодуляторов. фо-топриемников. мульти- и демультиплексоров и т-п-э. но и при создании монолитных интегрально-оптических схем, в которых данные активные элементы, изготавливаемые, как правило, из разнородных материалов сниобат лития, арсенид галлия и др-э. формируются на основе общего для них пассивного волновода-
Апробация работы и публикации- Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на семинарах отдела колебаний ИОФАН» на їх Международной школе по когерентной оптике сУжгород, ювээ и на конференции "Оптоэлектронные информационные системы и средства" сиосква. юооэ.
По материалам диссертации опубликовано о печатных работ, список которых приведен в конце автореферата-
Структура и объем работы- Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы- Общий объем диссертации составляет юз страницы машинописного текста, включая 2* рисунка и список литературных ссылок из ив наименований- В конце каждой главы даются краткие выводы по изложенным в ней результатам, а в заключении сформулированы основные результаты работы
