Інтегральна оптика - Студопедія
Інтегральна оптика– розділ сучасної оптики, що вивчає процеси генерації, поширення та перетворення світла в тонкоплівкових діелектричних хвилеводах, а також розробку принципів та методів створення на єдиній підкладці (інтеграція оптичних та оптоелектронних пристроїв (лазерів, модульаторів, дефлекторів, перемикачів).
Основою інтегральних оптичних пристроїв є планарні хвилеводи (тонкоплівкові та дифузійні.).
Планарні хвилеводи-світловоди, у вигляді тонкої плівки, товщиною h порядку довжини хвилі, нанесену на підкладку. Діелектричний світловод виготовляють методом катодного розпилення матеріалу хвилеводу на підкладку, методом епітаксійного нарощування рідкої або газоподібної фази, методом іонної імплантації.
Дифузні або градієнтні хвилеводи відрізняються плавним розподілом показників заломлення за перерізом. У цих хвилеводах немає чітко вираженої межі між хвилеводним шаром та підкладкою. Виготовляються вони дифузією будь-яких домішок у підкладку.
Локалізація світла у хвилеводі обумовлено повним внутрішнім відбитком на граничних поверхнях. Умова хвилеводного режиму полягає в тому, що показник заломлення плівки більший за показники заломлення підкладки та середовища над хвилеводом. Енергія у хвилеводі поширюється як хвилеводних мод. Моди характеризуються певним розподілом електромагнітного поля за перерізом хвилеводу і власними значеннями хвильового вектора , Параметр -кут падіння променя на середовище, що визначає фазову швидкість поверхневої хвилі, відіграє роль показника заломлення для даної хвилі.
У діелектричному хвилеводі із заданими параметрами показників заломлення діелектричного хвилеводу, підкладки, середовища надхвилеводом і товщини хвилеводу існує кінцеве число хвилеводних мод, що визначається дискретним рядом значень.
У тонкоплівкових хвилеводах визначальну роль грає хвилеводна дисперсія.
Хвильоводна дисперсія- це залежність показника заломлення для даної хвилі від відносної товщини плівки. Для поверхневої хвилі m-го порядку існує критична товщина плівки, критична частота та довжина хвилі. Зі збільшенням m на 1 критична товщина плівки. зростає на . У разі перевищення критичних параметрів хвилеводний режим відсутній.
Нелінійні оптичні явища в оптичних мікрохвильоводахвиникають при великих значеннях напруженості електричного поля навіть при невеликій потужності збудження.
В оптичних мікрохвильоводи фазовий синхронізм взаємодіючих мод можливий за рахунок хвилеводної дисперсії. Для різних мод однієї поляризації. Це дозволяє використовувати для нелінійних взаємодій ізотропні середовища з великою нелінійною сприйнятливістю. Для ефективного нелінійного перетворення потрібна достатня величина інтеграла перекриття полів взаємодіючих мод. Для нелінійних перетворень застосовуються титандифффузні хвилеводи в ніобаті літію.
Широко застосовується генерація другої гармоніки. для передачі ІЧ-випромінювання гетеролазера у видиме випромінювання. Процес генерації другої гармоніки представляється як зв'язок двох хвилеводних мод рівних частот та значень хвильових векторів з однієюз мод подвоєної частоти та значенням хвильового вектора. Умови синхронізму мають вигляд
з урахуванням та ,
отримуємо важливу умову для умови синхронізму:
.
Для плівки ZnS товщиною 0,314 мкм вирощеною на підкладці ZnO відхилення товщини плівки становить лише 0,006 мкм (2%).
Активні елементи інтегральної оптики
Модулятори, перемикачі, сканери використовуються для керування параметрами хвильової лазерної моди. Це амплітуда, фаза. Поляризація моди. Принцип роботи цих пристроїв ґрунтується на зміні показника заломлення матеріалу мікрохвильовода під дією електричного або магнітного полів або пружної деформації. Найбільшого поширення набули електрооптичні та акустооптичні пристрої керування світлом. Вони ґрунтуються на бреггівській дифракції на фазових решітках, що індукуються електричним полем або акустоповерхневими хвилями.
Технологія інтегральної оптики
Найбільш важливим є отримання хвилеводних шарів та формування необхідної конфігурації планарних елементів.
Хвильові шари виходять нанесенням на підкладку плівок з іншого матеріалу, або збільшенням показника заломлення приповерхневих шарів підкладки радіаційним, хімічним, термічним або іншим впливом. Для нанесення плівок використовують методи термічного та катодного розпилення. При створенні монокристалічних шарів застосовують різні способи епітаксійного вирощування. Підвищити показник приповерхневого шару можна за рахунок іонообмінної дифузії, електродифузії, імплантації іонів. Застосовуються методи одержання хвилеводів шляхом термодифузії з напиленої на підкладку металевої плівки.
Для формування необхідної конфігурації окремих планарних елементів та складених із них оптичнихІнтегральних вузлів застосовується фотолітографія. Для створення монолітних схем інтегральної оптики застосовують напівпровідникові сполуки, монокристали діелектриків, ніобат і танталат літію широко використовуються для виготовлення різних типів інтегрально-оптичних модуляторів, дефлекторів, перемикачів, акустооптичних пристроїв обробки інформації.
Література
Маркузе Д. оптичні хвилеводи. Пер англ м.1974р.
Ільїн В.Г. ідр Оптика граданів у книзі Успіхи наукової фотографії. Т23, М1985 р.
Содха М.С. Гхатак О.К. Неоднорідні оптичні хвилеводи пров. М.1980 р.
Ільїн В.Г. та ін. Оптика граданів УФН 1985 т.23, с106.
Moore D. GRIN-4: gradient index optical imaging systems “Applied Optics” 1984v.23,p.1699.
Marchand E.W. Gradient index optics N.Y. 1978.
ПаригінВ.М. Балакший В.І. Оптична обробка інформації. М. 1984.
Гауер Д. Оптичні системи зв'язку М. 1989
Хінрікус Техніка оптичного зв'язку. Фотоприймачі. М.1988.
Чи не знайшли те, що шукали? Скористайтеся пошуком:
Вимкніть adBlock! і оновіть сторінку (F5)дуже потрібно