Введение к работе
Актуальность темы: В настоящее"время""интегРальная'аптика-^ИО)
находится на этапе перехода or создания отдельных ИО элементов к их обьединению в схемах различных устройств, создаваемых в пленарном исполнении. В связи с этим, особую значимость приобретают планарные зііеиенін Формирования световых пучков. Эти элементы призваны обеспечивать взаимную оптическую стыковку отдельных элементов между собой и с внешними по отношению к планерному устройству элементами (оптическими волокнами и т.д.), а также связывать волноводные световые пучки с падающими на устройство объемными световыми пучками. В состав этой группы элементов входят такие, как волноводные Фокусир ующіле устройства, элементы ввода/вывода оптического излучения из волновода, от-ветвители, мультиплексоры и др.. По принципу работы, элементы этой группы можно разделить на активные и пассивные. Активные устройства, Функционирование которых во времени обеспечивается непременным наличием управляющего внешнего воздействия (например, планарные ілєктро-опгические линзы, дефлекторы и переключатели), позволяют получать управляемые устройства Формирования пучков. Однако, их применение при построении нерегулируемых устройств, (разветвителей каналов и др.) нецелесообразно, поскольку требование наличия внешнего воздействия усложняет элемент и приводит к дополнительному потреблению энергии
В данной работе представлены результаты исследований пассивных МО элементов Формирования световых пучков. Такие элементы не потребляют энергию в процессе Функционирования, работая без внешнего управления, а их воздействие на световые пучки определяется собственной конструкцией элементов и остается неизменным во времени. Из всего набора пассивный ппанарных элементов, при проведении исследований ограничились тремя базовыми типами таких устройств, позволяющими создавать совместно с активными элементами законченные в Функциональном
отношении варианты оптических схем различных видов ИО устройств, например, устройств обработки радиочастотных сигналов (спектроанали-заторов, корреляторов). Рассматриваемые элементы представлены волно-водными Фокусирующими элементами, устройствами ввода/вывода оптического излучения из волновода и пленарными диафрагмами. Несмотря на большое число известных теоретических и экспериментальных исследований элементов этих групп, многие принципиальные вопросы их построения и Функционирования недостаточно проработаны и требуют дополнительного рассмотрения.
Цель и задачи работы: Целью диссертационной работы является выявление особенностей Физических принципов Функционирования пассивных ИО элементов Формирования светового пучка, разработка пригодных для практического использования методов расчетов параметров и свойств этих элементов, а также улучшение их рабочих характеристик.
Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи: провести комплекс теоретических и экспериментальных исследований прохождения волноводных пучков через пассивные элементы, определить принципы оптимизации их параметров и рассмотреть возможности улучшения их рабочих характеристик за счет модификации конструкций и технологических приемов изготовления этих элементов.
Научная новизна: 3 ходе выполнения работы впервые получен ряд оригинальных результатов, основными из которых являются следующие:
Выявлены особенности Функционирования ИО геодезических линз (ГЛ) сферической формы при освещении приободных участков апертуры.
Получены аналитические выражения, описывающие гладкие кривые каустики и семейства волновых Фронтов для ГЛ с произвольной Формой углубления.
Обнаружена способность ГЛ проявлять свойства отрицательной волно-водной линзы.
Проведено теоретическое описание конических ГЛ и определены опти-
мальные геометрические параметры углублений для коррекции аберраций в режиме отрицательной волноводной линзы.
Экспериментально продемонстрирован режим пространственного деления падающего волноводного пучка на конической ГЛ.
Разработана методика определения параметров поперечного профиля показателя преломления (ПП> в градиентном волноводе, использующая интєрфєромєтричєский метод для измерений характеристик мод.
Проведено описание картины интерференции попутных сферических волн с учетом некомпенсируеиой начальной разности Фаз.
Разработана и изготовлена универсальная пленарная диафрагма.
Разработаны методики изготовления и получены образцы элементов ввода/вывода излучения на базе участков градиентных волноводов с переменной толщиной, имеющие рекордно узкие диаграммы направленности шириной до 15 - 30 угловых минут.
Научная и практическая ценность: В результате проведенных исследований теоретически и экспериментально рассмотрены принципы и выявлены особенности работы ряда базовых пленарных пассивных элементов Формирования световых пучков. Предложены методики расчетов их свойств и выработаны рекомендации по оптимизации конструкционных параметров и рабочих характеристик. Предложены и реализованы принципы построения и методы изготовления различных пассивных ИО .устройств, позволившие получить ряд волноводных элементов с рекордными характеристиками или с расширенными Функциональными возможностями. Результаты рассмотрения в работе модели интерференции попутных сферических волн могут быть использованы в традиционной объемной оптике при решении ряда задач в интерферометрии.
Полученные в ходе выполнения работы новые результаты позволяют создавать пассивные ИО элементы с улучшенными характеристиками, автоматизировать разработку волноводных устройств и, упрощая технологию их изготовления, приблизить переход к их промышленному производству.
Составленные на основе разработанных методик программы дли расчетов характеристик и определению параметров сферических ГЛ и пленарных волноводов внедрены на ПО "Завод Арсенал" (г.Киев) и Научно-исследовательском инженерно внедренческом Центре приоритетных технологий ,ОПТИт-ческой техники (г.Киев).
Основные защищаемые положении: Выносимые на защиту основные результаты работы могут быть сформулированы следующим образом!
Теоретическое описание и разработанные методики расчетов основных характеристик волноводных световых пучков при прохождении через ГЛ с углублениями различной формы
Теоретическое обоснование и экспериментальное подтверждение возможности использования Г/1 в качестве отрицательных волноводных линз
Новая методика неразрушающего контроля параметров поперечного распределения ПП в мало- и одномодовых пленарных градиентных волноводах с использованием иммерсирования поверхности образца и интєрфє-рометрического метода регистрации
Теоретическое описание картины интерференции двух попутных сферических волн с учетом их начальной разности Фаз. Методика определения начальной разности Фаз по взаимному расположению полос в исходной интерференционной картине
Новая конструкция пленарной диафрагмы, универсальной для волнот водных мод разных порядков и поляризаций .
Реализация сужения в 3 - 5 раз диаграммы направленности элементов ввода/вывода оптического излучения из пленарных волноводов, построенных на базе структур с двумерным градиентом распределении показателя преломления.
Апробация работы: Основные результаты, изложенные в диссертационной работе, обсуждались на III Всесоюзной конференции молодых ученых "Теоретическая и прикладнен оптика"(С.Петербург,198S), III Всесоюзной конференции "Метрология в дальнометрии" (Харьков,1980), VI Все-
союзной и VII Международной конференциях "Оптика лазеров" (С.Петер-гербург,1970, 1993), IV Европейской конференции по материалам и технологиям "Восток -Запад" (С.Петербург,1773), симпозиуме "Прикладная опіика -74" (С.Петербург,1974), Международной конференции OPDIM'75 (Киев,1995), Международной конференции GRIN'95 (Варшава,1995).
Публикации: По материалам диссертации опубликована 21 печатная работа. Список основных публикаций приведен в конце автореферата.
Структура и объем: Диссертация состоит из четырех глав, введения, заключения, списка литературы и двух приложений. Общий объем - 194 страницы, в том числе 52 рисунка на 37 страницах. Список литературы содержит 120 наименований.
