Задача №7

Решетчатый элемент связи (рис.3.7,б) с периодом d=0,4 мкм, расположенный на планарном ОВ из GaAs (), используется для введения излученияHeNe лазера (). Постоянная распространения низший моды₁=3,6К. Определить порядок дифракционного максимума и угол, который должен составлять луч лазера с поверхностью ОВ для связи на этой моде. Определить d для =-/2 (случай распределенного зеркала).

Лекция 3

3.4. Пассивные элементы интегрально-оптических схем

3.4.1. Разветвитель выполняется аналогично разветвителям СВЧ-трактов (рис.3.10,а) на канальных ОВ. При большом количестве каналов используется схема “ёлочки” (рис.3.10,б) при d, обеспечивающем отсутствие связи.

3.4.2. Преобразователь мод (рис.3.10,в) обеспечивает преобразование моды H₁ в H₂, для чего используется два разветвителя, в одном из которых увеличением длины обеспечивается противофазность колебаний между каналами, а при их обратном суммировании получается мода H₂.

Рис.3.10. Элементы интегральных схем

3.4.3. Кольцевой фильтр (рис.3.10,г) обеспечивает выделение одной частоты f₁ из входного спектра f₁+f₂+f₃. Основой его являются два двухканальных направленных ответвителя, L_КР которых выбрана для полной перекачки энергии частоты f₁. Резонанс частоты f₁ также обеспечивается длиной кольца l=m₁ (т=1,2,…).

3.4.4. Особо следует отметить волноводные линзы. Линзы позволяют формировать нужный фронт волны, обеспечивать фокусировку и осуществлять, например, пространственное фазовое преобразование Фурье, что широко используется в обработке оптической информации (рис.3.11,а). Прямое и обратное одномерные преобразования Фурье имеют вид

(3.18)

ω и t – пространственные координаты; S() – спектр функции S(t).

Например, если в одной фокальной плоскости линзы поместить источник в виде  – функции или короткого пространственного импульса S(t), то в другой фокальной плоскости получим спектр этой функции S() с равномерным распределением. Для минимизации аберраций (квадратичных фазовых искажений) и комы (кубических фазовых искажений) применяются двояковыпуклые апланатические сферические или сфероидные линзы.

Одним из вариантов реализации линзы в ОВ является геодезическая линза (рис.3.11,б), которая представляет собой углубление в подложке, заполненное ОВ, которое обеспечивает более длинный путь для осевых лучей по сравнению с периферийными. При D=3 – 7 мм реализуется f=5–10 мм.

Другой вариант – это дифракционная линза Френеля (рис. 3.11,в), полученная нанесением на ОВ площадок с n₃, обеспечивающих за счёт расстояния L_Ф компенсацию фазы в нечётных зонах и фокусировку или, с допустимыми фазовыми искажениями, плоский фронт. Такая линза имеет  1,

но значительно проще в изготовлении. Линза является селективной, т.е. узко-полосной.

Рис.3.11. Волноводные линзы

Брэгговская линза (рис.3.11,г) – это разновидность дифракционной, но при использовании решетки с переменным периодом. В этом случае используется дифракция Брэгга (толстая решетка, L_Б >L_Ф, см. п.р. 7.2), и фокусировка в первом дифракционном максимуме.

3.4.5. Для оптической обработки оптической информации используются свойства решеток и линз. Рассмотрим пример оптической фильтрации. При этом и информация и фильтр представляются в виде управляемых транспарантов (слайдов) (рис.3.12). Исходная информация представляется в виде транспаранта .

В фокусе линзы Л1из прямого преобразования Фурье получим пространственный спектр этого транспаранта (– пространственные частоты). В этом же месте ставится транспарант, на котором записана частотная характеристика фильтра . Наложение фильтра и спектра исходного сигнала дает отфильтрованный спектр.

Рис. 3.12. Оптическая фильтрация

Линза Л2 обеспечивает обратное преобразование Фурье и в плоскости получим отфильтрованный сигнал. Маска в виде непрозрачного экрана работает, как ВЧ фильтр, в виде экрана с отверстием (диафрагмой) – как НЧ фильтр, их комбинация представляет собой полосовой фильтр. На основе этой схемы можно выполнить согласованную фильтрацию, коррелятор и т.д. Например, для распознавания образа (слово на странице текста, объект на карте, отпечатки пальцев и т.д.) в качестве фильтров могут использоваться голограммы.