DE1924994B2 - Dielectric wave rider - Google Patents

Dielectric wave rider

Info

Publication number
DE1924994B2
DE1924994B2 DE19691924994 DE1924994A DE1924994B2 DE 1924994 B2 DE1924994 B2 DE 1924994B2 DE 19691924994 DE19691924994 DE 19691924994 DE 1924994 A DE1924994 A DE 1924994A DE 1924994 B2 DE1924994 B2 DE 1924994B2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
waveform
strip
waveguide
guide strip
dielectric
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE19691924994
Other languages
German (de)
Other versions
DE1924994C3 (en
DE1924994A1 (en
Inventor
Enrique Alfredo Jose Rumson N.J. Marcatili (V.St.A.)
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
AT&T Corp
Original Assignee
Western Electric Co Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Western Electric Co Inc filed Critical Western Electric Co Inc
Publication of DE1924994A1 publication Critical patent/DE1924994A1/en
Publication of DE1924994B2 publication Critical patent/DE1924994B2/en
Application granted granted Critical
Publication of DE1924994C3 publication Critical patent/DE1924994C3/en
Expired legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/122Basic optical elements, e.g. light-guiding paths

Description

gewählt ist, wobei λ die Wellenlänge der optischen Wellenenergie im freien Raum ist, dadurch gekennzeichnet, daß die andere Querschnittsabmessung (t) des Führungsstreifens (10, 20, 42) in einer Richtung (F i g. 3:yX in der der Brechungsindex (m; π (1 -Δ)) der Materialien (11,12; 21, 26; 43, 44) auf beiden Seiten des Führungsstreifens (10, 20, 42) verschieden ist, so gewählt ist, daß er nur die Grundschwingungsform jeder von zwei orthogonal polarisierten Schwingungsformfamilien führt, und daß das entlang einer parallel zur Querschnittsabmessung ic liegenden Fläche (13, 22) des Führungsstreifens (10, 20, 42) angeordnete Material (12, 26, 44) so gewählt ist, daß es die Grundschwingungsform einer der beiden Schwingungsformfamilien unterdrückt.is chosen, where λ is the wavelength of the optical wave energy in free space, characterized in that the other cross-sectional dimension (t) of the guide strip (10, 20, 42) in a direction ( Fig. 3: yX in which the refractive index ( m; π (1 -Δ)) of the materials (11, 12; 21, 26; 43, 44) on both sides of the guide strip (10, 20, 42) is different, is chosen so that it only has the fundamental waveform of each of leads two orthogonally polarized waveform families, and that the material (12, 26, 44) arranged along a surface (13, 22) of the guide strip (10, 20, 42) lying parallel to the cross-sectional dimension ic is selected so that it is the fundamental waveform of one of the both waveform families suppressed.

2. Dielektrischer Wellenleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material (12, 26, 44) zur Unterdrückung der Grundschwingungsform bei der Frequenz der optischen Wellenenergie einen höheren Brechungsindex (n\) als der Führungsstreifen (10,20,42) aufweist.2. Dielectric waveguide according to claim 1, characterized in that the material (12, 26, 44) for suppressing the fundamental waveform at the frequency of the optical wave energy has a higher refractive index (n \) than the guide strip (10, 20, 42).

3. Dielektrischer Wellenleiter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Material (12, 26, 44) ein Metall ist.3. Dielectric waveguide according to claim 2, characterized in that the material (12, 26, 44) is a metal.

4. Dielektrischer Wellenleiter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Material (12, 26, 44) verlustbehaftet ist.4. Dielectric waveguide according to claim 2, characterized in that the material (12, 26, 44) is lossy.

Die Erfindung betrifft einen dielektrischen Wellenleiter zur Übertragung optischer Wellenenergie nur einer Schwingungsform mit einem länglichen verlustarmen dielektrischen Führungsstreifen mit dem Brechungsindex η, der im wesentlichen rechteckigen Querschnitt besitzt, in eine verlustarme dielektrische Unterlage mit kleinerem Brechungsindex eingebettet ist und dessen eine Querschnittsabmessung w in einer Richtung, in der der Brechungsindex der Unterlage auf beiden Seiten des Führungsstreifens den gleichen Wert η(\-Δ) hat (Δ = positive Zahl < 1), entsprechend der BeziehungThe invention relates to a dielectric waveguide for the transmission of optical wave energy of only one waveform with an elongated, low-loss dielectric guide strip with the refractive index η, which has an essentially rectangular cross section, is embedded in a low-loss dielectric base with a smaller refractive index and whose one cross-sectional dimension w in one direction, in which the refractive index of the base on both sides of the guide strip has the same value η (\ - Δ) (Δ = positive number <1), according to the relationship

gewählt ist, wobei λ die Wellenlänge der optischen Wellenergie im freien Raum ist.is chosen, where λ is the wavelength of the optical wave energy in free space.

Bei der Übertragung elektromagnetischer Wellen über einen Hohlleiter oder einen anderen Wellenleiter ist es allgemein bekannt, daß sich die Energie mit einer oder mehreren Schwingungsformen oder chrakteristisehen Feldmustern ausbreiten kann, und zwar in Abhängigkeit von der Querschnittsabmessung und der Form des jeweiligen Wellenleiters sowie der Betriebsfrequenz. In typischer Weise gilt für jede gegebene Frequenz, daß, je größer die QuerschnittsabmessungenWhen transmitting electromagnetic waves via a waveguide or another waveguide It is well known that energy is characterized by one or more waveforms or characteristics Field patterns can spread, depending on the cross-sectional dimension and the Shape of the respective waveguide and the operating frequency. Typically applies to any given Frequency that the larger the cross-sectional dimensions

ίο des Wellenleiters sind, um so größer die Anzahl der Schwingungsformen ist Im Normalfall ist es erwünscht, die Fortpflanzung auf eine bestimmte Schwingungsform zu begrenzen, da deren Ausbreitungseigenschaften günstig für die bestimmte Anwendung sind, und da eine Ausbreitung mit mehr als einer Schwingungsform zu einem Energieverlust, einer Umwandlungs-Rückumwandlungsverzcrrung und anderen störenden Einflüssen Anlaß gibt.
Wenn die gewünschte Schwingungsform gerade die sogenannte dominante Schwingungsform und die Wellenlänge der elektromagnetischen Energie groß genug sind, bestehen keine Schwierigkeiten, die Quersohnittsabmessungen des Wellenleiters so zu beschränken, daß außer der dominanten Schwingungsform keine anderen Schwingungsformen geführt werden können. Dieses Mittel läßt sich jedoch nicht anwenden, wenn die gewünschte Schwingungsform nicht die dominante Schwingungsform ist oder wenn ein Hohlleiter mit größerem Querschnitt zur Verringerung
ίο of the waveguide, the greater the number of waveforms. Normally, it is desirable to limit the propagation to a certain waveform, since its propagation properties are favorable for the specific application, and since propagation with more than one waveform leads to energy loss , conversion-reverse conversion distortion and other disturbing influences.
If the desired waveform just the so-called dominant waveform and the wavelength of the electromagnetic energy are large enough, there are no difficulties in restricting the cross-sectional dimensions of the waveguide so that no other waveforms can be guided besides the dominant waveform. However, this means cannot be used if the desired waveform is not the dominant waveform or if a waveguide with a larger cross section is used to reduce it

jo der Dämpfung oder aus anderen Gründen vorgeschrieben ist. Solche übergroßen Hohlleiter (Multimoden-Hohlleiter) können von Natur aus mehr als eine Schwingungsform weiterleiten und daher zu Störungen führen. In solchen Fällen muß man daher zujo the attenuation or prescribed for other reasons is. Such oversized waveguides (multimode waveguides) can inherently have more than one Pass on the waveform and therefore lead to disturbances. In such cases one must therefore

j5 komplizierter aufgebauten Hohlleitern übergehen, beispielsweise einem wendeiförmigen Hohlleiter.j5 pass over more complicated waveguides, for example a helical waveguide.

Die Entwicklung des optischen Masers (Lasers) als Quelle kohärenter Strahlung bei optischen Wellenlängen hat die Probleme bei der Führung elektromagnetischer Wellenenergie wesentlich vergrößert. Wegen der außerordentlich kleinen Wellenlängen hat keines der obenbetrachteten Verfahren bisher zu einem praktischen Hilfsmittel für eine Übertragung mit gutem Wirkungsgrad geführt.The development of the optical maser (laser) as a source of coherent radiation at optical wavelengths has greatly increased the problems of conducting electromagnetic wave energy. Because of the exceptionally small wavelengths, none of the methods considered above has so far become practical Aid for a transmission with good efficiency led.

v-, Bei einem bekannten dielektrischen Wellenleiter der eingangs genannten Art (»Optical Waveguide of Macroscopie Dimensions in Single Mode Operation« von R.A. Kaplan in der Zeitschrift »Proceedings of the Institute of Electrical and Electronic Engineers«, August v-, In a known dielectric waveguide of the type mentioned ("Optical Waveguide of Macroscopic Dimensions in Single Mode Operation" by RA Kaplan in the journal "Proceedings of the Institute of Electrical and Electronic Engineers", August

5(i 1963 und einem Aufsatz »Single-Mode-Guide Laser Components« von E.R. Schineller in der Zeitschrift »Microwaves«, Januar 1968) soll durch eine besondere Bemessung der Dicke des Wellenleiters die Ausbreitung auf die Grundschwingungsform beschränkt werden. Im einzelnen weist die bekannte Anordntang als eingebetteten Führungsstreifen ein transparentes dielektrisches Medium in Form einer Flüssigkeit zwischen zwei in geringem Abstand angeordneten Glasplatten auf, deren Brechungsindex etwas größer als der der Flüssigkeit ist.5 (i 1963 and an article »Single-Mode-Guide Laser Components «by E.R. Schineller in the magazine »Microwaves«, January 1968) is said to be through a special By dimensioning the thickness of the waveguide, the propagation can be limited to the fundamental waveform. in the The known arrangement has a transparent dielectric as an embedded guide strip Medium in the form of a liquid between two closely spaced glass plates, whose Refractive index is slightly larger than that of the liquid.

bo Die Dicke der Flüssigkeitsschicht ist nach der angegebenen Beziehung für w bemessen, die Breite aber Undefiniert.bo The thickness of the liquid layer is measured according to the given relationship for w , but the width is undefined.

Ein weiteres Studium dieses Typs von Wellenleitern hat gezeigt, daß die Eigenschaften einer solchenFurther study of this type of waveguide has shown that the properties of such

b5 Anordnung bezüglich der Führung der Schwingungsformen komplizierter sind als in den obengenannten Aufsätzen angegeben wird.b5 Arrangement with regard to the guidance of the waveforms are more complicated than indicated in the above-mentioned articles.

Die Erfindung beruht auf der Feststellung, daß einThe invention is based on the finding that a

dielektrischer Wellenleiter jeweils Paare von orthogonal polarisierten Schwingungsformfamilien führen kann und daß Diskontinuitäten und andere Unvollkommenheiten im Wellenleiter eine Kopplung und damit eine Umwandlung zwischen den orthogonal polarisierten Schwingungsformfamilien ebenso wie zwischen der Grundschwingungsform und den höheren Schwingungsformen der gleichen Polarisation bewirker. Wenn also ein dielektrischer Wellenleiter wirklich nur eine einzige Schwingungsform führen soll, muß dafür gesorgt werden, daß neben den Schwingungsformen höherer Ordnung für die gleiche Polarisation auch die Schwingungsformen des" orthogonalen Polarisation nicht geführt werden. Der vorgenannte bekannte Wellenleiter mit einer plattenförmigen Schicht Undefinierter Breite stellt daher höchstens theoretisch, nicht aber in der Praxis einen Wellenleiter für nur eine einzige Schwingungsform dar, da die Diskontinuitäten und andere Unvollkommenheiten immer ei.ie Umwandlung in die jeweils orthogonal polarisierten Schwingungsformfamilien bewirken.dielectric waveguide can lead pairs of orthogonally polarized waveform families and that discontinuities and other imperfections in the waveguide are coupling and therefore coupling Conversion between the orthogonally polarized waveform families as well as between the Fundamental waveform and the higher waveforms of the same polarization. if So a dielectric waveguide should really only carry a single waveform, must be taken care of be that in addition to the higher order waveforms for the same polarization, the waveforms of the "orthogonal polarization are not guided. The aforementioned known waveguide with a plate-shaped layer of undefined width is therefore at most theoretically, but not in in practice a waveguide for only a single waveform, since the discontinuities and other imperfections are always transformed into the orthogonally polarized waveform families cause.

Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, einen dielektrischen Wellenleiter zu schaffen, der eine Übertragung mit nur einer einzigen Schwingungsform im engen Sinn, also nicht mit einem Paar von Schwingungsformen ermöglicht.The invention is therefore based on the object to provide a dielectric waveguide that has a Transmission with only a single waveform in the narrow sense, i.e. not with a pair of Forms of oscillation made possible.

Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung von einem dielektrischen Wellenleiter der eingangs genannten Art aus und ist dadurch gekennzeichnet, daß die andere Querschnittsabmessung des Führungsstreifens in einer Richtung, in der der Brechungsindex der Materialien auf beiden Seiten des Führungsstreifens verschieden ist, so gewählt ist, daß er nur die Grundschwingungsform jeder von zwei orthogonal polarisierten Schwingungsformfamilien führt, und daß das entlang einer parallel zur Querschnittsabmessung w liegenden Fläche des Führungsstreifens angeordnete Material so gewählt ist, daß es die Grundschwingungsform einer der beiden Schwingungsformfamilien unterdrückt To solve this problem, the invention is based on a dielectric waveguide of the type mentioned and is characterized in that the other cross-sectional dimension of the guide strip in a direction in which the refractive index of the materials is different on both sides of the guide strip is chosen so that it only guides the fundamental waveform of each of two orthogonally polarized waveform families, and that the material arranged along a surface of the guide strip lying parallel to the cross-sectional dimension w is selected so that it suppresses the fundamental waveform of one of the two waveform families

Auf diese Weise überträgt der Führungsstreifen nur die Grundschwingungsform der einen Polarisiationsrichtung, auch dann, wenn durch Unvollkommenheiten des Führungsstreifens an sich eine Umwandlung in die orthogonale polarisierte Grundschwingungsform stattfinden könnte. Wie nachfolgend noch genauer dargelegt wird, besteht aber die notwendige Voraussetzung, den Führungsstreifen so zu dimensionieren, daß wenigestens die Grundschwingungsform beider orthogonaler Polarisationsrichtungen geführt werden können, von denen dann die eine unterdrückt wird.In this way, the guide strip only transmits the fundamental waveform of one polarization direction, even if imperfections in the leader strip per se lead to a transformation into the orthogonal polarized fundamental waveform could take place. As explained in more detail below is, but there is the necessary requirement to dimension the guide strip so that at least the fundamental waveform of both orthogonal polarization directions can be guided, of which then one is suppressed.

Die Dimensionierungsbeziehungen für die andere Querschnittsabmessung werden nachfolgend noch im einzelnen unter Berücksichtigung der jeweiligen Umstände behandelt.The sizing relationships for the other Cross-sectional dimensions are detailed below, taking into account the respective circumstances treated.

Die Verwendung einer Beschichtung von Wellenleitern ist bekannt (US-PS 33 50 654). In einem Fall wird ein Wellenleiter mit einem zylindrischen Kern von einem Mantel aus einem Material mit kleinerem Brechungsindex als der des Kerns umgeben, und auf dem Mantel befindet sich eine Beschichtung aus einem lichtabsorbierenden, undurchsichtigen Material. In einem anderen Fall wird anstelle des zylindrischen Kerns eine dünne Platte verwendet, die auf beiden Seiten Schichten aus einem Material mit kleinerem Brechungsindex als der der Platte trägt, gefolgt von einer Beschichtung aus iichtabsorbierendeni Material. Durch geeignete Wahl der Dicke des Kerns bzw. der dünnen Platte soll eine Schwingungsform-Selektion erfolgen, und zwar für den Kern in zwei zueinander senkrechten Ebenen und für die dünne Platte in einer Ebene, derart, daß nur eine Schwingungsform geführt wird. Auch im Fall der dünnen Platte kann jedoch wiedemm ein Paar orthogonaler Schwingungsformen auftreten. Die lichtabsorbierende Beschichtung dämpft in beiden Fällen die gesamte unerwünschte Lichtenergie und verhindert ein Austreten aus dem bzw. Eintreten inThe use of a coating of waveguides is known (US-PS 33 50 654). In one case it will a waveguide with a cylindrical core of a cladding made of a material of smaller size Refractive index than that of the core, and on the clad there is a coating of one light-absorbing, opaque material. In another case, instead of the cylindrical Core used a thin plate, which on both sides layers of a material with smaller Index of refraction than that of the plate, followed by a coating of light absorbent material. By suitable choice of the thickness of the core or the thin plate, a waveform selection should be made take place, namely for the core in two mutually perpendicular planes and for the thin plate in one Level in such a way that only one waveform is guided. However, even in the case of the thin plate again a pair of orthogonal waveforms occur. The light-absorbing coating cushions in both cases all unwanted light energy and prevents exit or entry into

in den Wellenleiter, ist also an einer Schwingungsform-Selektion nicht beteiligtin the waveguide, is therefore in a mode selection not involved

Bei sehr kleiner Differenz zwischen den Brechungsindizes des Führungsstreifens und der Unterlage kann der Führungsstreifen nach der Erfindung um viele Größen-If the difference between the refractive indices of the guide strip and the base is very small, the Guide strips according to the invention by many sizes

ij Ordnungen größer als die Wellenlänge der geführten Energie im freien Raum sein und überträgt trotzdem nur eine Schwingungsform. Falls gewünscht, können die Abmessungen des Führungsstreifens aber auch der Wellenlänge der geführten Energie im freien Raumij orders greater than the wavelength of the guided Being energy in free space and still only transmits one form of vibration. If desired, the Dimensions of the guide strip but also the wavelength of the guided energy in free space

.'ο vergleichbar gemacht werden. Die einzige Beschränkung bezüglich der minimalen Abmessungen des Führungsstreifens ergibt sich durch das zur Herstellung des Wellenleiters benutzte Verfahren.
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der
.'ο be made comparable. The only limitation on the minimum dimensions of the guide strip results from the method used to manufacture the waveguide.
Developments of the invention are the subject of

j) Unteransprüche.j) subclaims.

In den Zeichungen zeigtIn the drawings shows

F i g. 1 ein optisches System mit einem dielektrischen Wellenleiter,
F i g. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel eines dielektri-
F i g. 1 an optical system with a dielectric waveguide,
F i g. 2 a first embodiment of a dielectric

in sehen Wellenleiters nach der Erfindung,in see waveguide according to the invention,

F i g. 3 und 6 bis 11 zur Erläuterung einen dielektrischen Wellenleiter und die magnetische Feldverteilung entlang zwei zueinander senkrechten Richtungen quer zur Ausbreitungsrichtung,F i g. 3 and 6 to 11 for explanation dielectric waveguide and the magnetic field distribution along two mutually perpendicular directions across the direction of propagation,

i'i Fig.4 den Einfluß auf die Feldverteilung durch Anordnung eines Materials hoher Admittanz nahe einer Seite des Wellenleiterstreifens,i'i Fig.4 the influence on the field distribution Placing a high admittance material near one side of the waveguide strip,

Fig.5 ein alternatives A.usführungsbeispiel der Erfindung.Fig.5 shows an alternative embodiment of the Invention.

•4(1 Die folgende Erläuterung ist auf die Führung optischer Wellen einschließlich Wellenenergie im infraroten, sichtbaren und ultravioletten Teil des Frequenzspektrums gerichtet. Demgemäß zeigt F i g. 1 ein optisches System mit einer Quelle 1 für optische• 4 (1 The following explanation is based on the leadership optical waves including wave energy in the infrared, visible and ultraviolet parts of the Frequency spectrum directed. Accordingly, FIG. 1 shows an optical system with a source 1 for optical

4") Wellenenergie und einem Linsensystem 2, das die aus der Quelle 1 emittierte Wellenenergie auf ein Ende eines dielektrischen Wellenleiters 3 eines im folgenden noch genauer zu beschreibenden Typs fokussiert.4 ") wave energy and a lens system 2, which consists of of the source 1 emitted wave energy onto one end of a dielectric waveguide 3 as follows focused on the type to be described more precisely.

Am Ausgangsende des Wellenleiters 3 fokussiert einAt the output end of the waveguide 3, a focused

">(i zweites Linsensystem 4 aus dem Wellenleiter 3 kommende Energie auf einen Verbraucher 5."> (i second lens system 4 from waveguide 3 incoming energy to a consumer 5.

F i g. 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines dielektrischen Wellenleiters 3 nach der Erfindung mit einem transparenten (verlustarmen) dielektrischenF i g. 2 shows a first embodiment of a dielectric waveguide 3 according to the invention a transparent (low-loss) dielectric

v-, Streifen 10 mit dem Brechungsindex π, der in ein zweites transparentes dielektrisches Material 11 mit etwas kleinerem Brechungsindex π(1 — Δ) eingebettet ist. v-, strip 10 with the refractive index π, which is embedded in a second transparent dielectric material 11 with a somewhat smaller refractive index π (1 - Δ).

Dabei ist Δ eine positive Zahl kleiner als 1.Here, Δ is a positive number smaller than 1.

Entlang der freien (oberen) Seite des Streifens 11 undAlong the free (upper) side of the strip 11 and

bo in Kontakt mit diesem ist eine Schicht aus einem dritten Material 12 angeordnet, dessen Eigenschaften im folgenden noch genauer erläutert werden sollen.bo in contact with this is a layer of a third Material 12 arranged, the properties of which will be explained in more detail below.

Zur Erläuterung und zur Vereinfachung der mathematischen Berechnungen ist der Streifen 10 mitTo explain and to simplify the mathematical calculations, the strip 10 is with

hi rechteckigem Querschnitt dargestellt. Der Führungsstreifen wird nur im wesentlichen, rechteckigen Querschnitt haben. Im allgemeinen hängt die Querschnittsform des Streifens 10 von dem speziellen Herstellungs- shown with a rectangular cross-section. The guide strip will only have an essentially rectangular cross-section. In general, the cross-sectional shape of the strip 10 depends on the particular manufacturing process.

verfahren ab. In typischer Weise werden die Kanten des Streifens entweder abgerundet sein, wodurch der Querschnitt eine mehr elliptische Form annimmt, oder die Kanten werden unregelmäßig sein. Außerdem wird sich in typischer Weise der Brechungsindex nicht plötzlich ändern, sondern langsam von einem Wert in einem dielektrischen Material auf einen zweiten Wert in einem benachbarten Material übergehen. Trotz dieser Abweichungen von der idealen Form entspricht die Betriebsweise des Wellenleiters den zu betrachtenden Prinzipien, und die tatsächlichen Abmessungen des Streifens entsprechen im wesentlichen, wenn nicht sogar genau, den im folgenden definierten Abmessungen. proceed from. Typically, the edges of the Strip either be rounded, whereby the cross-section assumes a more elliptical shape, or the edges will be irregular. In addition, the refractive index will typically not change change suddenly, but slowly from one value in one dielectric material to a second value in pass over to an adjacent material. Despite these deviations from the ideal shape, the Operation of the waveguide the principles under consideration, and the actual dimensions of the The strips correspond essentially, if not exactly, to the dimensions defined below.

Vor einer weiteren Erläuterung der Erfindung dürften einige allgemeine Bemerkungen zu der Feldverteilung in einem dielektrischen Wellenleiter, der voneinander verschiedene dielektrische Materialien enthält, von nutzen sein. Demgemäß sind die F i g. 3 und 6 bis 11 zur Erläuterung aufgenommen worden. F i g. 3 zeigt den Querschnitt eines dielektrischen Wellenleiters, der einen Führungsstreifen 20 aufweist, welcher in eine Unterlage 21 mit etwas niedrigerer Dielektrizitätskonstante eingebettet ist. Für die folgende Beschreibung ist die obere Fläche des Streifens 20 in Berührung mit einem Material 26 gezeigt, dessen Brechungsindex n\ kleiner als der des Streifens 20 und der Unterlage 21 ist. Beispielsweise kann das Material 26 Luft sein, für die /Ji = 1 ist.Before further elucidating the invention, a few general remarks on the field distribution in a dielectric waveguide which contains mutually different dielectric materials should be useful. Accordingly, Figs. 3 and 6 to 11 have been added for explanation. F i g. 3 shows the cross section of a dielectric waveguide which has a guide strip 20 which is embedded in a substrate 21 with a somewhat lower dielectric constant. For the following description, the upper surface of the strip 20 is shown in contact with a material 26 whose refractive index n \ is less than that of the strip 20 and the backing 21. For example, the material 26 can be air for which / Ji = 1.

Ganz allgemein sind die sich entlang des Streifens 20 ausbreitenden Schwingungsformen durch elektrische und magnetische Feldverteilungen gekennzeichnet, die Komponenten in der Ausbreitungsrichtung und in zwei zueinander senkrechten Richtungen quer zur Ausbreitungsrichtung besitzen. Wenn jedoch nur die Hauptfeldkomponenten betrachtet werden, lassen sich die Schwingungsformen zweckmäßig in zwei Familien unterteilen, deren elektrische Felder in zwei zueinander senkrechten Richtungen quer zur Ausbreitungsrichtung polarisiert sind. In F i g. 3 ist eine dieser Richtungen, die senkrecht zur Streifen-Luft-Grenzfläche 22 verläuft, mit y- Richtung bezeichnet, und die andere Richtung, die parallel zu der genannten Grenzfläche verläuft, mit x- Richtung bezeichnet.Quite generally, the waveforms propagating along the strip 20 are characterized by electrical and magnetic field distributions which have components in the direction of propagation and in two mutually perpendicular directions transverse to the direction of propagation. However, if only the main field components are considered, the waveforms can expediently be divided into two families, the electric fields of which are polarized in two mutually perpendicular directions at right angles to the direction of propagation. In Fig. 3, one of these directions, which runs perpendicular to the strip-air interface 22, is denoted by the y-direction, and the other direction, which runs parallel to said interface, is denoted by the x- direction.

Die Fig.6 bis 8 zeigen qualitativ die magnetischen Feldverteilungen der drei Schwingungsformen niedrigster Ordnung für beide Familien von Schwingungsformen, die ein Streifen der Breite w führen kann. F i g. 9 zeigt die Schwingungsform der nächst höheren Ordnung, die zur Erläuterung als eine verschwindende oder nichtgeführte Schwingungsform dargestellt ist.6 to 8 show qualitatively the magnetic field distributions of the three lowest order waveforms for both families of waveforms that a strip of width w can carry. F i g. 9 shows the waveform of the next higher order, which is shown for explanation as a vanishing or non-guided waveform.

Grundsätzlich ist jede der Schwingungsformen für beide Familien von orthogonal polarisierten Schwingungsformen durch eine sinusförmige Feldverteilung innerhalb des Führungsstreifens 20 sowohl für die x- als auch y-Richtung sowie durch eine exponentiell abnehmende Feldstärke in der Unterlage 21 und der umgebenden Luft gekennzeichnet So ist gemäß F i g. 6 die Schwingungsform EHoq der niedrigsten Ordnung durch einen sinusförmigen Feldverlauf 30 innerhalb des Streifens 20 in der x-Richtung mit weniger als einer halben Führungswellenlänge gekennzeichnet, wobei eine Führungswellenlänge λχ für die Schwingungsform der Oten Ordnung in der A'-Richtung gegeben ist durchIn principle, each of the waveforms for both families of orthogonally polarized waveforms is characterized by a sinusoidal field distribution within the guide strip 20 for both the x and y directions and by an exponentially decreasing field strength in the substrate 21 and the surrounding air G. 6, the waveform EHoq of the lowest order is characterized by a sinusoidal field profile 30 within the strip 20 in the x-direction with less than half a guide wavelength, a guide wavelength λ χ for the waveform of the Oth order in the A 'direction being given by

}.x = 2w Tl
L
}. x = 2w Tl
L.

ί2Δί2Δ

und durch exponentiell abnehmende Feldverteilungen 31 und 32 in der Unterlage 21. Wegen der Symmetrie der Anordnung zur y-Richtungsachse ist die Amplitude der Feldverteilung symmetrisch mit Bezug auf die Mitte des Wellenleiters.and by exponentially decreasing field distributions 31 and 32 in the base 21. Because of the symmetry the arrangement to the y-directional axis, the amplitude of the field distribution is symmetrical with respect to the center of the waveguide.

"i Die in Fig. 10 gezeigte Feldverteilung in det /-Richtung (für die q = 0 ist) ist der Feldverteilung in der x-Richtung ähnlich, da sie einen sich sinusförmig ändernden Bereich 70 und exponentiell Bereiche 71 und 72 aufweist. Da jedoch die dielektrischen Materia"i The field distribution in the det / direction shown in FIG. 10 (for which q = 0) is similar to the field distribution in the x-direction, since it has a sinusoidally changing region 70 and exponentially regions 71 and 72 the dielectric materia

in lien oberhalb und unterhalb des Führungsstreifens 2C verschieden sind, ist die Feldverteilung in der y-Richtung nicht symmetrisch mit Bezug auf die Mitte de; Streifens 20.in lines above and below the guide strip 2C are different, the field distribution in the y-direction is not symmetrical with respect to the center de; Strip 20.

Statt dessen ergibt sich eine Verlagerung in Richtung auf das Material mit der höheren Dielektrizitätskonstante, das in F i g. 3 das Material der Unterlage 21 ist Dies ist in Fig. 10 klar zu erkennen, in der die Spitzenamplitude des sinusförmigen Abschnittes dei Feldverteilung 70 in Richtung auf die Grenzfläche 22 zwischen dem Führungsstreifen und der Unterlage verlagert und entsprechend von der Grenzfläche 2i zwischen dem Führungsstreifen und Luft wegverschoben ist. Die exponentiell abnehmenden Teile 71 und 7i der Feldverteilung sind dementsprechend verschieden Ein größerer Teil der elektromagnetischen Wellenenergie befindet sich in der Unterlage und ein kleinerer Tei in Luft.Instead, there is a shift in the direction of the material with the higher dielectric constant, which is shown in FIG. 3, the material of the substrate 21 is This can be seen clearly in Fig. 10, in which the peak amplitude of the sinusoidal portion displaced dei field distribution 70 in the direction toward the boundary surface 22 between the guide strip and the base and correspondingly from the interface 2i between the guide strips and Air is displaced. The exponentially decreasing parts 71 and 7i of the field distribution are accordingly different. A larger part of the electromagnetic wave energy is in the substrate and a smaller part is in the air.

Damit jede Schwingungsform geführt werden kann muß der Führungsstreifen 20 die Feldverteilungen deiSo that each waveform can be guided, the guide strip 20 must have the field distributions dei

jo jeweiligen Schwingungsform sowohl entlang der x- ah auch der y-Richtung führen können. Nimmt mar Materialien gleicher magnetischer Permeabilität an, se ist dies dann realisiert, wenn sowohl die Steigung (erste Ableitung) als auch die Amplitude der sinusförmigerjo respective waveform can lead both along the x- ah as well as the y-direction. Assuming materials with the same magnetic permeability, this is realized when both the slope (first derivative) and the amplitude of the sinusoidal

j5 und exponentiellen Magnetfelder an der Grenzfläche zwischen dem Führungsstreifen 20 und den umgeben den Materialien gleich sind. Dies trifft klar zu für jede der Feldverteilungen in den F i g. 6 und 10. Folglich kanr die Grundschwingungsform EHoo für beide Familien vor orthogonal polarisierten Schwingungsformen vorr Streifen 20 geführt und weitergeleitet werden.j5 and exponential magnetic fields at the interface between the guide strip 20 and the surrounding materials are the same. This is clearly true for each of the field distributions in FIGS. 6 and 10. As a result, the fundamental waveform EHoo for both families can be guided and passed on in front of orthogonally polarized waveforms in front of strips 20.

Ein ähnlicher Fall ist für die Schwingungsformen der beiden nächst höheren Ordnungen (EH\q und Efyq) ir den F i g. 7 und 8 gezeigt. In beiden Fällen trifft eineA similar case is for the waveforms of the two next higher orders (EH \ q and Efyq) in FIG . 7 and 8 shown. In both cases one hits

•o' sinusförmig sich ändernde Feldverteilung (40 und 50] innerhalb des Streifens 20 exponentielle Feldverteilungen (41,42 bzw. 51,52) mit der richtigen Amplitude und Steigung.
Auf ähnliche Weise wird die Ordnung der Schwingungsformen, die entlang der y-Richtung geführt werden können, durch die Dicke f des Führungsstreifens begrenzt. Zur Erläuterung ist angenommen, daß der Führungsstreifen zu dünn ist, um irgendeine Schwingungsform höherer Ordnung führen zu können. Folglich ist die Schwingungsform der nächsthöheren Ordnung (EHp ι) entlang der y-Richtung in F i g. 11 an dei Grenzfläche 23 diskontinuierlich und demgemäß verschwindend dargestellt Zur Erläuterung ist also jede dei geführten Schwingungsformen EHoq, EH\q und EHi, durch eine Feldverteilung in der x-Richtung gemäO F i g. 6, 7 und 8 eine Feldverteilung in der y-Richtung gemäß F i g. 10 gekennzeichnet In diesem Fall ist 9 = 0.
• o 'sinusoidally changing field distribution (40 and 50) within the strip 20 exponential field distributions (41, 42 and 51, 52) with the correct amplitude and slope.
Similarly, the order of the waveforms that can be guided along the y-direction is limited by the thickness f of the guide strip. By way of illustration, it is assumed that the guide strip is too thin to guide any higher order waveform. Consequently, the waveform is of the next higher order (EHp ι) along the y-direction in FIG. 11 at the interface 23 is shown discontinuously and accordingly disappearing. For the purpose of explanation, each of the guided oscillation forms EHoq, EH \ q and EHi is represented by a field distribution in the x-direction according to FIG. 6, 7 and 8 show a field distribution in the y-direction according to FIG. 10 In this case, 9 = 0.

Für die in F i g. 9 gezeigte Schwingungsform EHz9 isiFor the in F i g. 9 waveform EHz 9 isi

der Führungsstreifen 20 zu schmal, und eine ansteigende Feldverteilung 61 und 62 an jeder Grenzfläche 22 und 23 macht es unmöglich, der Bedingung nach gleichet Steigung einer geführten Schwingungsform zu genügen Im Ergebnis wird eine eingekoppelte Schwingungsformthe guide strip 20 is too narrow, and an increasing field distribution 61 and 62 at each boundary surface 22 and 23 makes it impossible to satisfy the condition that a guided waveform has the same slope The result is a coupled waveform

oder irgendeine Schwingungsform höherer Ordnung nicht entlang des Streifens 20 geführt, sondern breitet sich Ober die gesamte Unterlage aus. Eine solche Schwingungsform wird als verschwindende Schwingungsform bezeichnetor some higher order waveform is not guided along the strip 20, but spreads over the entire substrate. Such a waveform is called a vanishing waveform

Aus der obigen Erläuterung ergibt sich, daß für eine Schwingungsform, die geführt werden soll, der Führungsstreifen groß genug sein muß, um die erforderliche Feldverteilung in zwei zueinander senkrechten Querrichtungen aufnehmen zu können. Dies bedeutet ferner, daß der Wellenleiter zumindest die Grundschwingungsform für jede der beiden orthogonal polarisierten Schwingungsformfamilien führt Ohne irgend eine spezielle Vorsorge kann daher ein dielektrischer Wellenleiter kein Wellenleiter für nur eine einzige Schwingungsform sein. Die Schwingungsformen höherer Ordnung lassen sich dagegen leicht durch eine Beschränkung der Querschnittsabmessungen des Führungsstreifens unterdrücken. Speziell ergeben sich zur Beschränkung auf die Grundschwingungsformen die Breite w und die Dicke ι des Führungsstreifens für den oben beschriebenen Wellenleiter zuFrom the above explanation it follows that for a waveform that is to be guided, the guide strip must be large enough to be able to accommodate the required field distribution in two mutually perpendicular transverse directions. This also means that the waveguide carries at least the fundamental waveform for each of the two orthogonally polarized waveform families. Therefore, without any special precautions, a dielectric waveguide cannot be a wave guide for only a single waveform. In contrast, the higher-order waveforms can easily be suppressed by restricting the cross-sectional dimensions of the guide strip. In particular, the width w and the thickness ι of the guide strip for the waveguide described above result for the restriction to the fundamental waveforms

1515th

2020th

0 < w <0 <w <

2m 12m 1

(2)(2)

+ tan + tan

- (t)' ψ - (t) 'ψ

2\n2 2 \ n 2

2.-7«2.-7 "

> t> t

2525th

3030th

tantan

- 1- 1

2.-7 η 2.-7 η

\T\\ T \

(3)(3) Gleichungen (2) und (3) angegebenen Grenzen, so daß die Wellenenergie besser innerhalb des Führungsstreifens gehalten wird. Dann kann der Wellenleiter mit einem kleineren Krümmungsradius gebogen werden, die Herstellungstoleranzen lassen sich vergrößern und die Handhabung der Wellenenergie kann mit größerem Wirkungsgrad vorgenommen werden.Equations (2) and (3) given limits so that the wave energy is better held within the guide strip. Then the waveguide can with be bent with a smaller radius of curvature, the manufacturing tolerances can be increased and the handling of the wave energy can be done with greater efficiency.

Nachdem die Abmessungen des Führungsstreifens so begrenzt worden, sind, daß er nur die Grundschwingungsformen führen kann, werden Mittel vorgesehen, um eine der beiden orthogonal polarisierten Schwingungsformen zu unterdrücken und eine Ausbreitung mit nur einer Schwingungsform zu verwirklichen. Dazu wird eine Schicht aus verlustbehaftetem Material in Kontakt mit einer Fläche des Führungsstreifens angebracht Die Schicht 12 in F i g. 2 besteht aus einem Material, das in dem interessierenden Frequenzbereich verlustbehaftet ist Für die Schwingungsform, deren elektrisches Feld in erster Linie senkrecht zur Grenzfläche 13 zwischen dem Streifen 10 und dem verlustbehafteten Material verläuft, sind die Energieverluste durch die Schicht 12 verhältnismäßig gering. Für die Schwingungsform jedoch, die in erster Linie parallel zur Grenzfläche 13 polarisiert ist, sind die Verluste beträchtlich, und diese Schwingungsform wird im wesentlichen unterdrücktAfter the dimensions of the guide strip have been limited so that it can only guide the fundamental waveforms, means are provided to suppress one of the two orthogonally polarized waveforms and prevent propagation to realize only one form of oscillation. To do this, a layer of lossy material is placed in Made contact with a surface of the leader strip. Layer 12 in FIG. 2 consists of one Material that is lossy in the frequency range of interest For the waveform whose electric field primarily perpendicular to the interface 13 between the strip 10 and the Lossy material runs, the energy losses through the layer 12 are relatively low. For however, the waveform which is primarily polarized parallel to the interface 13 is the losses considerable, and this waveform is substantially suppressed

Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Schicht 12 statt aus einem im wesentlichen verlustbehaftetem Material aus einem Material hergestellt, das eine sehr hohe charakteristische Admittanz aufweist, die für die interessierende Frequenz etwa eine Größenordnung über der chrakteristischen Admittanz des Wellenleiters liegtIn an alternative embodiment of the invention, instead of an im substantial lossy material made from a material that has a very high characteristic admittance that is relevant to the Frequency is about an order of magnitude above the characteristic admittance of the waveguide

Da die Admittanz Keines Materials gegeben ist durchSince the admittance of any material is not given by

Y = Y =

Für diejenigen Fälle, in denen it2 — nf > 2 in2 ist, reduziert sich die Gleichung (3) aufFor those cases in which it 2 - nf > 2 in 2 , equation (3) is reduced to

3/.3 /.

Λη\ΙΪΛΛη \ ΙΪΛ

4m 12 T4m 12 T

(4)(4)

wobei /. die Wellenlänge der Energie im freien Raum ist.whereby /. the wavelength of the energy in free space is.

Aus Gleichung (2) läßt sich ersehen, daß theoretisch keine untere Grenze für die Breite des Führungsstreifens vorhanden ist Dies beruht auf der Symmetrie der in F i g. 6 gezeigten Feld verteilung, die immer die Möglichkeit gibt, daß die Steigung der sinusförmig und exponentiell sich ändernden Magnetfelder an den Grenzflächen für jede Streifenbreite gleich ist Andererseits wird die Dicke des Führungsstreifens durch die Tatsache beeinflußt, daß die Feldverteilung nicht 55 ist symmetrisch ist, und, wenn sie kleiner als die durch die Gleichung (3) gegebene Breite gemacht wird, die Feidbedingungen an der Grenzfläche 23 nicht befriedigtFrom equation (2) it can be seen that theoretically there is no lower limit for the width of the guide strip This is due to the symmetry of the in F i g. 6 field distribution shown, which always gives the possibility that the slope of the sinusoidal and exponentially changing magnetic fields at the interfaces is the same for each strip width, on the other hand, the thickness of the guide strip is determined by the Fact affects that the field distribution is not symmetrical, and if it is smaller than that by the 55 Equation (3) given width is made, the field conditions at the interface 23 is not satisfied

Wenn der Führungsstreifen vollständig in der Unterlage eingebettet ist, dann ist π gleich ii\ —Δ\ und die Gleichung (3) reduziert sich auf die Gleichung (2), so daßIf the guide strip is completely embedded in the substrate, then π equals ii \ - Δ \ and equation (3) reduces to equation (2), so that

I ω /ι wobei I ω / ι where

g der Leitwert g is the conductance

ε die Dielektrizitätskonstante ω die Kreisfrequenz und μ die Permeabilitätε is the dielectric constant ω is the angular frequency and μ is the permeability

sind, läßt sich eine hohe Admittanz entweder durch einen hohen Leitwert oder eine hohe Dielektrizätskonstante verwirklichen. In einigen Materialien jedoch, beispielsweise Metallen, werden diese Parameter komplex und ändern sich als Funktion der Frequenz. Da es keine bequeme Möglichkeit zu ihrer Trennung gibt, wird der Parameter N, der ein komplexer »Brechungsindex« ist, für das Material definiert zua high admittance can be achieved either by a high conductance or a high dielectric constant. However, in some materials, such as metals, these parameters become complex and change as a function of frequency. Since there is no convenient way of separating them, the parameter N, which is a complex "index of refraction," is defined for the material as

IU) fIU) f

wobei Co die Dielektrizitätskonstante des freien Raumeswhere Co is the dielectric constant of free space

2nf2Ä2nf2Ä

> t > 0.>t> 0.

(5)(5)

6565

Vorteilhafterweise werden die Breite und Dicke groß gemacht, und zwar in Übereinstimmung mit den in denAdvantageously, the width and thickness become large made in accordance with the Die Anordnung eines Materials hoher Admittanz entlang des Führungsstreifens hat die Wirkung, daß die Feldverteilungen entlang der ^Richtung für die beiden unterschiedlich polarisierten Schwingungsformen so geändert wird, daß die unerwünschte Schwingungsform verschwindet, während die gewünschte Schwingungsform weiter geführt wird. Dies ist in F i g. 4 gezeigt, wo die magnetische Feldverteilung entlang der ^Richtung für die x- und ^polarisierten Schwingungsformen dargestellt ist Wenn die Admittanz der Schicht 12 wesentlich größer als die des Führungsstreifens ist, wird die magnetische Feldstärke für die x-polarisierte Schwingungsform an der Grenzfläche 13 im wesentli-The arrangement of a material of high admittance along the guide strip has the effect of changing the field distributions along the direction for the two differently polarized waveforms so that the undesired waveform disappears while the desired waveform is continued. This is in FIG. 4, where the magnetic field distribution along the ^ direction for the x- and ^ polarized waveforms is shown. If the admittance of layer 12 is significantly greater than that of the guide strip, the magnetic field strength for the x-polarized waveform at interface 13 in essential

chen Null. Sie steigt sinusförmig an und, wenn die Streifendicke kleiner als '/« einer Führungswellenlänge ist, wobei eine Führungswellenlänge Xy in der y-Richtung gegeben ist durchChen zero. It increases sinusoidally and, if the strip thickness is less than '/' of a guide wavelength, a guide wavelength X y in the y-direction being given by

(8)(8th)

π/2Vlπ / 2Vl

so steigt die Feldstärke an und erreicht ein Maximum an der Grenzfläche 14. Da die Steigung der Feldstärke innerhalb des Streifens 10 ansteigt, während die Steigung in der Unterlage 11 abnimmt, läßt sich die Bedingung hinsichtlich gleicher Steigung an der Grenzfläche 14 nicht befriedigen, und die Schwingungsform verschwindetso the field strength increases and reaches a maximum at the interface 14. Since the slope of the field strength increases within the strip 10, while the slope in the base 11 decreases, the The condition with regard to the same slope at the interface 14 is not satisfied, and the waveform disappears

Für die .^polarisierte Schwingungsfenn liegt jedoch das Magnetfeld an der Grenzfläche 13 nahe einem Maximum, nimmt innerhalb des Führungsstreifens auf ein Maximum zu und dann auf einen kleineren Wert an der Grenzfläche 13 ab. Für den Grenzfall, bei dem N = oo ist, hat das Feld ein Maximum an der Grenzfläche 13. In allen anderen Fällen läßt sich jedoch die Bedingung hinsichtlich gleicher Steigung an beiden Grenzflächen befriedigen, und die y-polarisierte Welle wird weitergeführtFor the. For the limit case in which N = oo, the field has a maximum at the interface 13. In all other cases, however, the condition with regard to the same slope at both interfaces can be satisfied, and the y-polarized wave is continued

Die Dämpfung je Längeneinheit für die y-polarisierte Welle ergibt sich zu:The attenuation per unit of length for the y-polarized wave results from:

(/2l(/ 2l

inin

Materialmaterial verlustarmlow loss BrechungsindexRefractive index 4040 verlustarmlow loss π(1-Δ·)π (1-Δ) 4141 verlustarmlow loss π{ί-Δ')π {ί-Δ ') 4242 verlustarmlow loss ππ 4343 verlustbehaftetlossy π(ί-Δ)π (ί-Δ) 4444

(9)(9)

wobei Im den Imaginärteil des Ausdruckes in der Klammer bedeutetwhere Im means the imaginary part of the term in brackets

Die Gleichung (9) zeigt, daß die Dämpfung der bevorzugten Schwingungsform mit steigendem N abnimmt Das Material der Schicht 12 hat daher vorzugsweise bei der interessierenden Frequenz eine sehr große Admittanz. Als Beispiel wird vorzugsweise ein Metall, dessen Admittanz bei der interessierenden Frequenz um eine Größenordnung über der des Wellenleiters liegt, benutztEquation (9) shows that the damping of the preferred waveform decreases with increasing N. The material of the layer 12 therefore preferably has a very large admittance at the frequency of interest. As an example, a metal whose admittance at the frequency of interest is an order of magnitude higher than that of the waveguide is preferably used

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.2 ist der Führungsstreifen 10 teilweise in eine Unterlage 21 mit einheitlichem Brechungsindex n(l — 4) eingebettet Da jedoch die Querabmessungen w und t des Führungsstreifens von der Differenz des Brechungsindex zwischen dem Streifen und dem umgebenden Medium abhängen, kann ein größerer Bereich von Abmessungsverhältnissen des Streifens mit Hilfe der in Fig.5 dargestellten Anordnung verwirklicht werden.In the embodiment of Fig.2 the guide strip 10 is partially in a substrate 21 with a uniform refractive index n - embedded However, since the transverse dimensions w and t of the guide strip from the difference in refractive index between the strip and the surrounding medium depend, can (l 4) a larger range of dimensional ratios of the strip can be realized with the aid of the arrangement shown in FIG.

Bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Material 40 urd 41 der Unterlage entlang der f-Abmessung des Streifens 42 nicht das gleiche wie das Material 43 entlang der ^Abmessungen des Streifens 42.In this embodiment of the invention that is Material 40 and 41 of the pad along the f-dimension of the strip 42 is not the same as the material 43 along the ^ dimensions of the strip 42.

Zur Erläuterung sei eine Anzahl unterschiedlicher Anordnungen betrachtet, die nachfolgend beschrieben werden.Let us explain a number of different ones Consider arrangements that are described below.

Anordnung 1Arrangement 1

IOIO

Aus den Gleichungen (2) und (3) ergibt sich das maximale Abmessungsverhältnis für diese AnordnungEquations (2) and (3) give the maximum aspect ratio for this arrangement

\ * /max \ * / max

2 tan2 tan

2\n2 2 \ n 2

(10) Anordnung 2(10) Arrangement 2

Für den Fall, bei dem πι = n(l— Δ) ist, d. h, die Materialien 43 und 44 gleich sind, werden sowohl w als t durch Gleichungen in der Form der Gleichung (2) gegeben. In diesem Fall ist keine untere Grenze für die Dicke des Streifens 42 vorhanden, und das Abmessungsverhältnis wird außerordentlich groß. Sowohl wals auch t werden jedoch vorteilhafterweise so groß als möglich gewählt Für diesen Fall ergibt sich das Abmessungsverhältnis zuFor the case in which πι = n (l - Δ) , d. That is, materials 43 and 44 are the same, both w and t are given by equations in the form of equation (2). In this case, there is no lower limit to the thickness of the strip 42, and the aspect ratio becomes extremely large. However, both w and t are advantageously chosen to be as large as possible. In this case, the dimensional ratio is given by

Anordnung 3Arrangement 3

Für den Fall, bei dem das Material 44 einen hohen Brechungsindex n\>n hat, muß die Dicke t kleiner als 1A einer Führungswellenlänge sein, und das Abmessungsverhältnis für maximales wund rergibt sich zuIn the case where the material 44 has a high refractive index n n , the thickness t must be less than 1 Å of a guide wavelength, and the aspect ratio for maximum wound is given by

Es zeigt sich, daß für jede der Anordnungen das Abmessungsverhältnis durch Veränderung des VerhältIt is found that for each of the arrangements, the dimensional ratio by changing the ratio nisses ΔΙΔ' geändert werden kann.nisses ΔΙΔ ' can be changed.

Es wurden zwei weitere Einzelheiten des dielektrischen Wellenleiters untersucht Die erste Eigenschaft betrifft diejenigen Abmessungen des Wellenleiters, die einen minimalen Krümmungsradius zulassen. Die zweiteTwo more details of the dielectric waveguide were examined. The first property relates to those dimensions of the waveguide that allow a minimum radius of curvature. The second Eigenschaft betrifft diejenigen Abmessungen des Wellenleiters, die für eine gegebene Übertragungsleistung zur höchsten elektrischen Feldstärke innerhalb des Streifens führen. Die letztgenannte Eigenschaft ist immer dann wichtig, wenn nichtlineare Vorgänge,Property concerns those dimensions of the waveguide which for a given transmission power to the highest electric field strength within of the strip. The latter property is always important when nonlinear processes,

4s beispielsweise eine Modulation, eine Frequenzverdopplung oder andere parametrische Operationen durchzuführen sind.4s, for example, modulation, frequency doubling or other parametric operations are to be carried out.

Wenn Wm1x und im« die maximal zulässigen Streifen-Querschnittsabmessungen einer bestimmten Wellen-If Wm 1x and im «the maximum permissible strip cross-sectional dimensions of a certain shaft leiteranordnung für einen Betrieb mit einer einzigen Schwingungsform sind, ergeben sich für die optimale Breite ηόρι und die optimale Dicke topi für minimalen Krümmungsradius zu:are conductor arrangement for operation with a single waveform, the optimal width ηό ρ ι and the optimal thickness topi for the minimum radius of curvature result in:

Anordnung 1 /ι2η\ > 2. Iw2 Arrangement 1 / ι 2 - η \> 2. Iw 2

(a) für Krümmungen um die y-Achse wopl «0,68wmal (a) for curvatures about the y-axis w opl «0.68w times

(b) für Krümmungen um die x-Achse(b) for curvatures about the x-axis

Lapt L apt

»0,60t„»0.60t"

Anordnung 2 n, = η (1 — /I) (a) für Krümmungen um die y-Achse wap, « 0,68W111111 Arrangement 2 n, = η (1 - / I) (a) for curvatures about the y-axis w ap , «0.68W 111111

(13)(13)

(14)(14)

(15)(15)

b) für Krümmungen um die .x-Achseb) for curvatures around the .x axis

topl * 0,68 tmax . nordnung 3 H1 » η t opl * 0.68 t max . order 3 H 1 » η

[a) für Krümmungen um die y-Achse wopl * 0,68 wmax [a) for curvatures around the y-axis w opl * 0.68 w max

(16)(16)

(17)(17)

(b) Tür Krümmungen um die x-Achse(b) Door curvatures about the x-axis

t.„ * 0,60 r,„„ (18) t. "* 0.60 r,""(18)

Übereinstimmend damit sind die Abmessungen für maximale Feldstärke in jedem Fall die gleichen wie die oben angegebenen Abmessungen für minimale Krümmung. Zur Erzielung maximaler elektrischer Feldstärke erhält man daher für beide Abmessungen des Streifens gleichzeitig für jeden Wellenleitertyp optimale Werte auf die beschriebene Weise.Consistent with this, the dimensions for maximum field strength are the same as that in each case dimensions given above for minimum curvature. To achieve maximum electric field strength optimal values are therefore obtained for both dimensions of the strip simultaneously for each waveguide type in the manner described.

Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings

Claims (1)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Dielektrischer Wellenleiter zur Übertragung optischer Wellenenergie nur einer Schwingungsform mit einem länglichen verlustarmen dielektrischen Führungsstreifen mit dem Brechungsindex η, der im wesentlichen rechteckigen Querschnitt besitzt, in eine verlustarme dielektrische Unterlage mit kleinerem Brechungsindex eingebettet ist und dessen eine Querschnittsabmessung w in einer Richtung, in der der Brechungsindex der Unterlage auf beiden Seiten des Führungsstreifens den gleichen Wert π (1 -Δ) hat = positive Zahl < 1), entsprechend der Beziehung1.Dielectric waveguide for the transmission of optical wave energy of only one waveform with an elongated, low-loss dielectric guide strip with the refractive index η, which has an essentially rectangular cross-section, is embedded in a low-loss dielectric base with a smaller refractive index and whose one cross-sectional dimension w in a direction in which the refractive index of the base on both sides of the guide strip has the same value π (1 -Δ) = positive number <1), according to the relationship
DE19691924994 1968-05-17 1969-05-16 Dielectric waveguide Expired DE1924994C3 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US73019268A 1968-05-17 1968-05-17

Publications (3)

Publication Number Publication Date
DE1924994A1 DE1924994A1 (en) 1969-11-27
DE1924994B2 true DE1924994B2 (en) 1980-05-29
DE1924994C3 DE1924994C3 (en) 1981-02-19

Family

ID=24934330

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19691924994 Expired DE1924994C3 (en) 1968-05-17 1969-05-16 Dielectric waveguide

Country Status (5)

Country Link
BE (1) BE733160A (en)
DE (1) DE1924994C3 (en)
FR (1) FR2008735A1 (en)
GB (1) GB1266425A (en)
SE (1) SE346873B (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2542618A1 (en) * 1974-09-24 1976-04-08 Post Office POLARIZER, ISOLATOR, MIXER, DETECTOR WITH DIELECTRIC LIGHT WAVE GUIDE AND MANUFACTURING PROCESS

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2313202C2 (en) * 1972-03-30 1985-09-05 Corning Glass Works, Corning, N.Y. Optical waveguide
GB8522704D0 (en) * 1985-09-13 1985-10-16 British Telecomm Optical waveguide devices

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2542618A1 (en) * 1974-09-24 1976-04-08 Post Office POLARIZER, ISOLATOR, MIXER, DETECTOR WITH DIELECTRIC LIGHT WAVE GUIDE AND MANUFACTURING PROCESS

Also Published As

Publication number Publication date
DE1924994C3 (en) 1981-02-19
FR2008735A1 (en) 1970-01-23
DE1924994A1 (en) 1969-11-27
GB1266425A (en) 1972-03-08
BE733160A (en) 1969-11-03
SE346873B (en) 1972-07-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE2843763C2 (en) Optical switch and / or modulator
DE3501975C2 (en)
DE60129286T2 (en) Photonic crystal waveguide
DE1541725A1 (en) Magic tea with lattice
DE2804105C2 (en)
DE3012775C2 (en) Transition between two single-mode light guides
DE2459762A1 (en) CORRUGATED OPTICAL WAVE GUIDE
DE2019105B2 (en) Band pass filter for optical waves
EP0296676B1 (en) Non-reciprocal optical component, particularly for use as isolator or circulator
DE102013212752B4 (en) Integrated optical coupler device between integrated optical waveguides and a multimode optical fiber, as well as optoelectronic device and arrangement with such a coupler device
DE2124916A1 (en) Device for coupling light waves into thin-film light guides
DE102005056697A1 (en) Solid-state laser generator
DE112016006006T5 (en) Optical device and method for manufacturing the optical device
DE2934290A1 (en) METHOD AND DEVICE FOR ROTATING THE POLARIZING DIRECTION
DE2619327C2 (en) Electro-optical switch
DE1924994B2 (en) Dielectric wave rider
DE3829540C2 (en) Bent waveguide for an integrated optical circuit
EP0216212A2 (en) External optical resonator for a semiconductor laser
DE1804889A1 (en) Focusing device
DE1297248B (en) Optical transmitter or amplifier
DE1797403B1 (en) DEVICE FOR FOCUSING A BEAM
DE2332736A1 (en) INTEGRATED OPTICAL CIRCLE AND PROCESS FOR ITS MANUFACTURING
DE102016122511A1 (en) Dielectric waveguide track device
DE2510355A1 (en) OPTICAL SYSTEM USING FARADAY EFFECT TO BLOCK A LIGHT EMITTER AGAINST THE INCIDENCE OF REFLECTED RAYS AND APPLICATION IN A LASER AMPLIFIER
DE2710506A1 (en) BROADBAND DIRECTIONAL LINE

Legal Events

Date Code Title Description
C3 Grant after two publication steps (3rd publication)