Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Микрооптика. Учебное пособие
.pdf
с процессами оптического поглощения, то такие модуляторы называются абсорбционными.
По отношению характерных геометрических размеров рабочей области модулятора к длине световой волны и вытекающим отсюда отличиям в системах ввода излучения различают объемные и волноводные
модуляторы. Первые работают с плоскими волнами и гауссовыми пучками. Вторые являются составными элементами оптических интегральных схем и волоконной оптики.
61
10. ЗАДАЧИ
Задача 1. Полупроводниковый лазер, работающий на длине волны
λ = 0,6728 мкм, имеет площадь p–n-перехода, определяемую размерами
0,3 см × 0,05 см. Пороговый ток через p–n-переход составляет 4 А. При
превышении порогового значения по току в 1,375 раза значение напря-
U
жения на диоде
= 0,35. Определить:
диф
1) плотность тока в пороговом и рабочем режиме; 2) коэффициент
полезного действия.
Задача 2. Электронно-дырочный переход полупроводникового ла-
зерного диода имеет площадь, определяемую размерами
говый ток через диод составляет
превышении порогового значения по току и напряжению на диоде U из-
лучаемая мощность составит P Вт. Определить:
1) плотность тока с пороговом и рабочем режимах;
2) КПД. Необходимые числовые данные приведены в табл. 2.
= 2,2 В. Дифференциальная эффективность лазера
д
.dd
Поро-
12
.I
В рабочем режиме при k-кратном
пор
Таблица 2
Варианты для задачи 2
Номер
варианта
1 2,45 0,48 10 1,1 1,7
2 5 0,52 5 1,3 1,8
3 1,0 0,62 7 1,5 1,6
Длина
образца,
мм
Ширина
образца,
мм
Коэффициент
превышения
тока над порого-
вым уровнем k
62
Пороговый
ток I
пор
Напряжение
на диоде U
Окончание табл. 2
Коэффициент
превышения
тока над порого-
вым уровнем k
Пороговый
ток I
пор
Напряжение
на диоде U
Номер
варианта
Длина
образца,
мм
Ширина
образца,
мм
4 2,5 0,68 3 1,7 1,9
5 1,8 0,85 2 1,8 2,0
6 1,52 0,58 10 2,0 2,2
7 1,8 0,41 5 2,2 2,1
8 2 0,48 7 3,3 2,5
9 0,55 0,52 3 4,4 2,6
10 1,3 0,62 2 4,0 1,7
11 2,5 0,68 10 1,1 1,8
12 3,8 0,85 5 1,3 1,6
13 1,52 0,48 7 1,5 1,9
14 1,8 0,52 8 1,1 2,0
15 2,8 0,62 2 1,3 2,2
16 1,8 0,68 10 1,5 2,1
17 2 0,85 5 1,7 2,5
18 1,1 0,48 7 3,3 2,6
Задача 3. Спроектировать волокно таким образом, чтобы в нем рас-
пространялась только одна мода на длине волны λ. Показатель преломления сердцевины равен
n
(табл. 3).
1
Номер варианта
1 1,460 1,55
2 1,505 1,31
3 1,686 0,85
4 1,7 1,31
5 1,495 1,55
Варианты для задачи 3
Показатель преломления
сердцевины n
1
63
Таблица 3
Длина волны, мкм
Окончание табл. 3
Номер варианта
Показатель преломления
сердцевины n
1
Длина волны, мкм
6 1,505 0,85
7 1,688 1,31
8 1,7 1,55
9 1,590 0,85
10 1,510 1,31
11 1,686 1,55
12 1,705 0,85
13 1,490 1,31
14 1,52 1,55
15 1,69 0,85
16 1,7 1,31
17 1,470 1,55
18 1,515 0,85
Задача 4. Найти число мод, распространяющихся в плоском диэлек-
трическом световоде с размером сердцевины 2a на длине волны λ. По-
n
казатели преломления сердцевины и оболочки равны
1
и
n
соответ-
2
ственно (табл. 4).
Таблица 4
Варианты для задачи 4
Номер
варианта
Толщина серд-
цевины, мкм
Длина
волны, мкм
Показатель
преломления
сердцевины n
Показатель
преломления
оболочки n
1
1 10 0,85 1,490 1,485
2 5 1,55 1,505 1,5
3 10 0,85 1,686 1,6
4 25 1,31 1,7 1,68
5 18 1,55 2 1,7
6 1,5 0,85 2,05 2
7 1,8 1,31 1,6 1,5
64
2
Окончание табл. 4
Номер
варианта
Толщина серд-
цевины, мкм
Длина
волны, мкм
Показатель
преломления
сердцевины n
Показатель
преломления
оболочки n
1
8 2 1,55 1,68 1,6
9 0,5 0,85 1,7 1,68
10 1 1,31 2 1,7
11 5 1,55 2,01 2
12 10 0,85 1,55 1,5
13 25 1,31 1,68 1,6
14 18 1,55 1,72 1,68
15 1,5 0,85 2,05 1,7
16 1,8 1,31 2,08 2
17 2 1,55 1,6 1,5
18 11 0,85 1,75 1,6
Задача 5. Вычислить значение числовой апертуры NA и максималь-
ного угла ввода излучения в волокно
с показателями преломления сердцевины и оболочки, равными
для ступенчатого волокна
max
n
1
соответственно (табл. 5).
Таблица 5
Варианты для задачи 5
и
2
n
2
Номер варианта
1 1,490 1,485
2 1,505 1,5
3 1,686 1,6
4 1,7 1,68
5 1,495 1,480
6 1,505 1,501
7 1,688 1,670
8 1,7 1,58
Показатель преломления
сердцевины n
1
65
Показатель преломления
оболочки n
2
Окончание табл. 5
Номер варианта
Показатель преломления
сердцевины n
1
Показатель преломления
оболочки n
2
9 1,590 1,585
10 1,510 1,5
11 1,686 1,650
12 1,705 1,685
13 1,490 1,485
14 1,52 1,5
15 1,69 1,67
16 1,7 1,683
17 1,470 1,465
18 1,515 1,507
Задача 6. Имеется ступенчатое оптическое волокно с показателем
преломления сердцевины n и разностью между сердцевиной и оболочкой Δ. Найти диаметр сердцевины волокна, в котором будет распространяться только одна мода на длине волны λ (табл. 6).
Таблица 6
Варианты для задачи 6
Номер
варианта
Показатель
преломления
сердцевины n
1 1,460 0,27 1,55
2 1,505 0,15 1,31
3 1,686 0,05 0,85
4 1,7 0,24 1,31
5 1,495 0,2 1,55
6 1,505 0,35 0,85
7 1,688 0,38 1,31
8 1,7 0,42 1,55
9 1,590 0,15 0,85
Разность показателей
преломления между серд-
цевиной и оболочкой Δ, %
Длина
волны, мкм
66
Окончание табл. 6
x
Номер
варианта
10 1,510 0,05 1,31
11 1,686 0,24 1,55
12 1,705 0,2 0,85
13 1,490 0,15 1,31
14 1,52 0,05 1,55
15 1,69 0,24 0,85
16 1,7 0,2 1,31
17 1,470 0,15 1,55
18 1,515 0,05 0,85
Показатель
преломления
сердцевины n
Разность показателей
преломления между серд-
цевиной и оболочкой Δ, %
Длина
волны, мкм
Задача 7. Однородный точечный источник света расположен вплот-
ную к стеклянной пластинке толщиной t. Волокно со ступенчатым профилем показателя преломления прислонено к пластинке, и его ось пересекает точечный источник, как показано на рис. 17.
Рис. 17. Ввод излучения от точечного источника в волокно
со ступенчатым профилем показателя преломления
Числовая апертура волокна NA, диаметр оболочки
[мкм], а пока-
2
затель преломления пластины n.
а) Какая доля излучения источника будет введена в волокно?
б) Как изменится результат при толщине пластинки t/4 и t/8 мкм?
67
Варианты для задачи 7
Таблица 7
Номер
варианта
Толщина
пластины, мм
1 1 0,15
2 5 0,2
Числовая
апертура
волокна NA
Диаметр
оболочки
волокна x
2
50 1,5
62,5 1,6
преломления
Показатель
пластины n
3 10 0,21 125 1,68
4 25 0,14 250 1,7
5 18 0,18 50 2
6 1,5 0,25 62,5 1,5
7 1,8 0,15
8 2 0,2
125 1,6
250 1,68
9 0,5 0,21 50 1,7
10 1 0,14 62,5 2
11 5 0,18 125 1,5
12 10 0,25 250 1,6
13 25 0,15
14 18 0,2
50 1,68
62,5 1,7
15 1,5 0,21 125 2
16 1,8 0,14 250 1,5
17 2 0,18 50 1,6
18 11 0,25 62,5 1,68
Задача 8. Показатель преломления полупроводникового матери-
ала равен n. Предположим, что полосковый волновод изготовлен за
счет увеличения показателя преломления узкой полоски примерно на
1 %. Глубина волновода x = 2 мкм. Какова наибольшая ширина волновода, обеспечивающая одномодовую генерацию на длине волны λ?
Считать, что показатель преломления внутри волновода постоянен
или, что эквивалентно, профиль показателя преломления –
ступенча-
тый (табл. 8).
68
Варианты для задачи 8
Таблица 8
Номер
варианта
1 1,31 3,5
2 1,55 3,6
3 0,85 2,68
4 1,31 2,7
5 1,55 2
6 0,85 3,5
7 1,31 3,6
8 1,55 1,68
9 0,85 1,7
10 1,31 3,5
11 1,55 3,6
12 0,85 2,68
13 1,31 2,7
14 1,55 2
15 0,85 3,5
16 1,31 3,6
17 1,55 1,68
18 0,85 1,7
Длина
волны, мкм
Показатель
преломления n
Задача 9. На поверхности пленочного волновода толщиной
дится гребенчатый волновод толщиной
того волновода, следовательно,
()dd
12
.d
Полная толщина гребенча-
2
мкм. Показатель преломления
d
1
нахо-
подложки равен 1,5, а пленки 1,503. Если показатель преломления гребенчатого волновода такой же, как у пленки, является ли такой волновод одномодовым или нет на длине волны 0,85 мкм (табл. 9)?
69
Варианты для задачи 9
Таблица 9
Толщина
Номер
варианта
10 1 2,5 1,7 2 1,31
11 1 1,8 2 2,01 1,55
12 5 1,5 1,5 1,55 0,85
13 2 1,8 1,6 1,68 1,31
14 2,5 2 1,68 1,72 1,55
15 1,8 5 1,7 2,05 0,85
16 1,5 2 2 2,08 1,31
17 1,8 2,5 1,5 1,6 1,55
18 1 1,8 1,6 1,75 0,85
пленочного
волновода,
мм
1 1 5 1,5 1,503 1,31
2 5 2 1,5 1,505 1,55
3 2 2,5 1,6 1,686 0,85
4 2,5 1,8 1,68 1,7 1,31
5 1,8 1,5 1,7 2 1,55
6 1,5 1,8 2 2,05 0,85
7 1,8 2 1,5 1,6 1,31
8 2 5 1,6 1,68 1,55
9 0,5 2 1,68 1,7 0,85
Толщина
гребенчатого вол-
новода, мм
Показатель
преломления
пленочного
волновода n
Показатель
преломления
гребенчатого
волновода n
1
2
Длина
волны,
мкм
Задача 10. На рис. 18 показан спектральный объединитель типа «фа-
зар», называемый также фазированной линейкой волноводов. На рисунке приведено идеализированное устройство. В реальном фазаре волноводы изгибаются по плавным траекториям и для сокращения потерь
на изгиб не имеют резких изломов, показанных на рисунке. Кроме того,
приемные волноводы в правой части расположены на
Роуланда.
дуге окружности
На рисунке для примера показан спектральный объединитель 1 × 8.
Канальный волновод переходит в планарный волновод, как показано
70
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]