1.5 Методы оптического индуцирования волноводно оптических элементов и структур

1.5.1 Голографический метод

Суть метода – интерференция двух пучков на поверхности образца, вследствие чего образуются минимумы и максимумы светового поля. Под действием поля проявляется фоторефрактивный эффект – изменяется показатель преломления. Таким образом, в объеме образца формируется периодическая дифракционная структура. Наведение фоторефрактивной решетки объясняется пространственным распределением интенсивности. Период решетки задается углом падения θ и длиной волны излучения. Векторная диаграмма изображена на рисунке1.2[8].

Рисунок 1.1– Интерпретация двулучевой записи

Рисунок 1.2 – Векторная диаграмма для двухволнового взаимодействия света

1.5.2 Контактный метод

Периодические и непериодические канальные волноводные структуры могут индуцироваться с помощью когерентного либо некогерентного излучения и амплитудных транспарантов, размещенных на поверхности волновода. При освещении транспаранта дифракционные эффекты проявляются на расстояниях, превышающих толщину волноводного слоя, составляющую, как правило, единицы микрометров. Таким образом, топология индуцируемых в планарном волноводе канальных структур определяется топологией транспаранта.

Одномерные непериодические фоторефрактивные решетки (одномерность означает изменение коэффициента преломления вдоль одной координаты) могут создаваться в фоторефрактивных кристаллах с использованием однопучковой оптической схемы, в которой топология фоторефрактивной решетки определяется амплитудным транспарантом. Голографический метод неприменим в случае фоторефрактивных решеток в объемных образцах, особенно с заметным оптическим поглощением [7].

Основными достоинствами однолучевых схем с амплитудным транспарантом являются возможности:

• получения профилей показателя преломления волноводных элементов близких к ступенчатому;

• создания одномерных фоторефрактивных решеток с непериодической топологией, задаваемой структурой амплитудного транспаранта и распределением интенсивности светового пучка;

• индуцирование фоторефрактивных решеток в образцах с заметным поглощением света, если направления распространения света на этапах формирования фоторефрактивной решетки и их исследования ортогональны.

Рисунок 1.3 – Однолучевая схема с амплитудным транспарантом

1.5.3 Проекционный метод

Проекционный метод заключается в формировании изображения амплитудного транспаранта на фоточувствительной поверхности или в объеме среды с помощью оптической системы, позволяющей масштабировать размеры изображения. Этот метод обладает большей гибкостью в сравнении с контактным и голографическим. Он позволяет формировать в фоточувствительной среде как периодические, так и непериодические волноводные структуры с возможностью варьирования характерных размеров их элементов, используя один и тот же амплитудный транспарант. На рисунке 1.4 приведена схема эксперимента для проекционного формирования фоторефрактивной решетки. В данном случае источником излучения является лазер. Коллиматором лазерный пучок расширяется до нужного диаметра (по уровню половинной интенсивности) для однородного освещения амплитудного транспаранта.

Рисунок 1.4 – Схема проекционного индуцирования фоторефрактивной решетки:

1 – лазер; 2 – коллиматор; 3 – амплитудный транспарант; 4 – цилиндрическая линза; 5 – образец.

Изображение нужной структуры с помощью цилиндрической линзы проецируется на поверхность образца с необходимым коэффициентом масштабирования, что достигается изменением расстояния между линзой и плоскостью транспаранта. Цилиндрическая линза позволяет масштабировать изображение транспаранта в направлении вектора дифракционных структур, сохраняя его размер в направлении вдоль их элементов.