RU1805436C - Волноводный модул тор света - Google Patents

Abstract

Использование: интегральна  оптика, в оптических системах обработки информации дл  модул ции интенсивности световых пучков или выполнени  логических операций . Сущность: модул тор снабжен двум  высокоотражающими зеркалами, образующими резонатор Фабри-Перо, фотохром- ный несущий слой расположен внутри резонатора, а подложка волновода выполнена из прозрачного оптического материала . Пропускание резонатора сильно зависит от потерь, определ ющихс  коэффициентом поглощени  фотохромного материала, что позвол ет осуществить модул цию, например , окрашивающего излучени , падающего на резонатор из воздуха, путем изменени  интенсивности каналируемого обесцвечивающего излучени . При этом изИзобретение относитс  к интегральной оптике и может быть использовано в оптических системах обработки информации дл  модул ции интенсивности световых пучков или выполнени  логических операций. Цель изобретени  - повышение эффективности модул ции управл емого свободного светового пучка путем повышени  менение интенсивности каналируемого обесцвечивающего излучени  .может быть осуществлено высокоэффективными интегрально-оптическими модул торами. Дл  увеличени  рабочего поперечного сечени  модулируемых световых пучков в резонатор введен второй несущий волноводный слой, расположенный на поверхности первого несущего волноводного сло , выполненный из прозрачного материала с показателем преломлени , превышающим показатель преломлени  первого несущего сло , и снабженный средством дл  вывода излучени  в подложку, а зеркала выполнены высокоотражающими как дл  окрашивающего, так и дл  обесцвечивающего излучени . Кроме того, в резонатор введен дополнительный несущий волноводный слой, выполненный из фотохромного материала и расположенный на свободной поверхности подложки, а модул тор снабжен средством дл  возбуждени  в дополнительном волноводе направл емого обесцвечивающего излучени . Это позвол ет использовать модул тор в качестве логического элемента М, поскольку состо ние высокого пропускани  резонатора может быть достигнуто только при одновременном обесцвечивании двух фотохромных несущих слоев. 2 з.п.ф- лы, 3 ил. глубины модул ции при одновременном уменьшении внесенных потерь. Сущность изобретени  по сн етс  фиг.1-3, На фиг.1а,б прин ты следующие обозначени : 1 - плоскопараллельна  диэлектрическа  подложка, 2 - перва  поверхность подложки, 3 - втора  поверхность подложки , 4 - первый волноводный слой, 5 - опти-, (Л С 00 О СП . ы ON

Description

ческий изолирующий слой, 6 - высокоотражающее зеркало, 7 - рабоча  зона, 8 - источник квазимонохром.атического коллимированного управл емого излучени  с длиной волны Ас, 9 - средство дл  возбуждени , в волноводе каналируёмого ива- зим он охроматйческ ого управл ющего излучени  с длиной волны Ав.

На фиг.2а,б и фиг.З обозначены: 10 - второй волновсщны й слой, 11 - средство дл  вывода управл ющего излучени  из волновода в подложку, 12 - дополнительный волноводный слой, 13 - дополнительное средство дл  возбуждени  в дополнительном волноводе каналируемого квазимонохроматического управл ющего излучени .

На первой поверхности 2 плоскопарал- лельной диэлектрической подложки 1 имеетс  первый волноводный слой 4, выполненный из фотохромного или фото- рефрактиеного материала, и оптические изолирующие слои 5. В области рабочей зоны 7, освещаемой источником 8 квазимонохроматического коллимированного управл емого излучени , на поверхности оптического изолирующего сло  расположено первое высокоотражающее зеркало 6. Симметрично с ним на второй поверхности 3 подложки 1 расположено второе высокоотражающее зеркало б. С помощью средства 9 в первом волноводном слое 4 возбуждаетс  каналируемое управл ющее излучение. Средство 9 содержит источник квазимонохроматического управл ющего излучени , элементы св зи с первым волно- водным слоем и средство дл  изменени  интенсивности 8 управл ющего излучени , причем упом нутые источник, элементы св зи и средство дл  изменени  интенсивности могут быть интегрированы на общей подложке 1. Два высокоотражающих зеркала 6 образуют резонатор Фабри-Перо, Показатели преломлени  и толщины сред внутри резонатора выбраны по соотношению

/o°n(z) Ас/2- (1)

где m - целое чирло; d0 - рассто ние между высокоотражающими зеркалами, n(z) - профиль показател  преломлени  внутри- резонаторной среды вдоль нормали к зеркалам в состо нии высокого пропускани  резонатора.

Подложка 1 выполнена из материала, прозрачного по крайней мере на длине волны Ас. Оптический изолирующий слой выполнен из материала, прозрачного дл  излучени  с длинами волн А в А с, с показателем преломлени  , где пп - показатель преломлени  первого волноврдного сло . Высокоотражающие зеркала выполнены , например, в виде металлических пленок. В случае фотохромного волноводного сло 

управл емое излучение может быть окрашивающим , а управл ющее - обесцвечивающим , В этом случае средство 9 обеспечивает по крайней мере два состо ни  интенсивности в. В одном из них (состо ние ДА) отношение IB к интенсивности с таково, что в области рабочей зоны волноводного сло  скорость рбесцвечивани  фотохромного материала превышает скорость окрашивани . В другом состо нии (состо 5 ние НЕТ) отношение 1вЛс таково, что скоро-. сть обесцвечивани  меньше скорости окрашивани . В случае фоторефрактивного волноводного сло  управл емое излучение  вл етс  неактиничным, а управл ющее 0 актиничным. В этом случае средство 9 также обеспечивает по крайней мере два указанных состо ни  интенсивности ID. Водном из них выполн етс  соотношение (1), а в другом осуществл етс  расстройка резонанс5 ного услови  (1) на величину пор дка полуширины аппаратной функции разона- тора. .

Модул тор, показанный на фиг.1 ,б отличаетс  от модул тора на фиг.1а лишь тем,

0 что одно из зеркал расположено на первой поверхности подложки, а между этим зеркалом и волноводным слоегй имеетс  второй оптический изолирующий слой,

Модул тор, изображенный на фиг.2а,б

5 отличаетс  от модул тор а на фиг.1 а,б лишь тем, что между первым зеркалом 6 и первым еолноводным слоем 4 имеетс  второй волноводный слой 10, рабоча  зона которого снабжена-средством 11 дл  вывода излу0 чени  из волновода в подложку, причем зеркала 6 выполнены высокоотражающими как дл  управл емого, так и управл ющего излучени . Первый волноводный слой выполнен из фотохромного материала с пока5 зателем преломлени  пп. Второй волноводный слой 10 выполнен из прозрачного дл  управл емого и управл ющего излучени  материала с показателем преломлени  . Составной волновод

0 каналирует две группы мод: моды, имеющие

эффективный показатель преломлени 

и локализованные, в основном, в

. первом волноводном слое, и моды с ,

локализованные, в основном, во втором вол5 новодном слое, Средство 11 выполнено, например , в виде гофрированного участка поверхности второго волноводного сло , смежной с оптическим изолирующим слоем, причем период Л гофрировки выбран по соотношениюA AB/Nm ,(2) где Nm - эффективный показатель преломлени  рабочей моды, , а высота гофра известным методом выполнена возрастающей по ходу направл емой волны и обеспечивающей равномерное распределение плотности мощности управл ющего излучени  по сечению выведенного в подложку пучка.

Модул тор, показанный на фиг.З, отличаетс  от модул тора на фиг.16 лишь тем, что между второй поверхностью 3 подложки 1 и зеркалом 6 имеютс  дополнительный волноводный слой 12 и оптические изолирующие слои 5, а модул тор снабжен дополнительным средством 13 дл  возбуждени  в дополнительном волноводе каналируемого квазимонохроматического управл ющего излучени , причем дополнительный волноводный слой выполнен из фотохромного или фоторефрактивного материала.

Модул тор, изображенный на фиг,1а,б в случае фотохромного волноводного сло  работает следующим образом. Максимальное пропускание Т резонатора равно

( 1 - R Г А

(3)

( 1 - R А )2 где R - коэффициент отражени  зеркал дл  управл емого излучени , А exp(-.«ch), a c

- коэффициент поглощени  управл емого излучени , h - толщина фотохромного сло . При состо нии НЕТ интенсивности в фото- хромный материал окрашиваетс  и пропу- скание резонатора уменьшаетс  как

вследствие увеличени  ас, так и возможного нарушени  услови  резонанса (1), При переходе в состо ние ДА интенсивности е управл ющего обесцвечивающего излучени  фотохромный материал обесцвечиваетс  и пропускание Т резонатора увеличиваетс  как вследствие уменьшени  Ос, так и уменьшени  расстройки от условий резонанса (1). Диэлектрическа  подложка толщиной 2-4 мм может быть выполнена из кварца, первый волноводный слой толщиной h. 100 мкм - из фотохромного стекла Corning № 5. Оптические изолирующие слои могут быть приготовлены термическим распылением порошка SI02. Высокоотражающие зеркала с коэффициентом отражени  0,9 могут быть приготовлены путем термического распылени  алюмини . Если в качестве управл емого излучени .используетс  излучение He-Cd лазера с длиной волны генерации Ас 0,32 мкм. а в качестве управл ющего излучени  - излучение Аг-лазера с длиной волны генерации АВ 0,51 мкм, то управл емое излучение будет приводить к

окрашиванию рабочей зоны волноводного сло , а управл ющее - к обесцвечиванию.

Коэффициенты поглощени  фотохромного стекла Corning N 5 на длине волны 0,32 5 мкм составл ют 3 в обесцвеченном состо нии и 7 см в окрашенном состо нии , Без резонатора и при выполнении подложки из -того же фотохромного стекла согласно выражени м (1), (2) минимальное

0 пропусканиеТ0 0,23, максимальное пропускание TI 0,239 дл  h 100 мкм, d 2 мм. При этом глубина модул ции m 0,04, внесенные потери составл ют 6,2 дБ. Из выра- хсени  (3) следует, что при наличии

5 резонатора и выполнении подложки из прозрачного материала минимальное пропускание модул тора с указанными выше параметрами равно 0,35, максимальное пропускание 0,60, глубина модул ции m

0 0,42, внесенные потери менее 3 дБ, т.е. по сравнению с прототипом одновременно увеличиваетс  глубина модул ции и уменьшаютс  внесенные потери.

Изменение показател  преломлени 

5 при изменении степени окрашивани  фотохромного материала будет приводить к уменьшению величины Т0, т.е. к повышению глубины модул ции. В случае фотореактивного волноводного сло  основным следст0 вием включени  управл ющего излучени  будет изменение показател  преломлени . По сравнению с рассмотренным выше примером чисто фотохромного материала это будет приводить к увеличению максималь5 ного пропускани  резонатора и к уменьшению минимального пропускани , т.е. к увеличению глубины модул ции и уменьшению внесенных потерь.

Модул тор, показанный на фиг.2а,б ра0 . ботает следующим образом. С помощью средства 9 в двухслойном волноводе, содержащем первый волноводный слой из фотохромного материала, возбуждаетс  мода с . Так как эта мода локализована в

5 основном во втором волноводном слое, ее затухание мало. С помощью средства 11 в рабочей зоне управл ющее излучение выводитс  в подложку, причем вследствие усло- в.и  (2) выведенное излучение

0 распростран етс  по нормали к поверхности зеркала. Поскольку затухание управл ющего излучени  вследствие поглощени  в фотохромном слое мало, а средство 11 выполнено с возрастающим по ходу каналиру5 емой волны коэффициентом излучени  в . подложку, плотность мощности выведенного в подложку излучени  посто нна в поперечном сечении z const резонатора, что позвол ет увеличить рабочую поперечную апертуру управл ющего светового пучка без

уменьшени  глубины модул ции. При этом в силу дисперсии показател  преломлени  внутрирезонаторных сред при определенных значени х интенсивностей волн IB, 1с в состо нии ДА возможно выполнение услови  резонанса типа (1) дл  управл ющей волны, что приводит к возбуждению резонатора на длине волны Дв и, следовательно, к увеличению плотности мощности управл ющего излучени  в области фотохромного сло . В остальном работа модул тора по фиг.2а,б аналогична работе модул тора по фиг.1а,б.

Каждый из волноводных слоев в устройстве по фиг.З работает так же, как в модул торе по фиг.1. Отсюда следует, что в случае фотохромных слоев состо ние, высокого пропускани  резонатора может быть достигнуто только в том случае, когда обесцве- чивающее управл ющее излучение возбуждено одновременно в первом и дополнительном волноводных сло х, т.е. модул тор по фиг.З может выполн ть функции логического элемента И. В случае фотореф- рактивных слоев условие резонанса (1) и, следовательно, состо ние высокого пропускани  резонатора, может быть достигнуто как при возбуждении управл ющего излучени  только в одном из слоев, так и при одно-; временном возбуждении управл ющего излучени  в первом и дополнительном волноводных сло х. Таким образом, модул тор по фиг.З может выполн ть как функции логического элемента И, так и функции логического элемента ИЛИ.

Claims (3)

1. Формула изобретени  1. Волноводный модул тор света, содержащий диэлектрическую подложку с первой и второй взаимно параллельными поверхност ми, первый волноводный слой, выполненный из фотохромного или фоторефрактивного материала и расположенный на первой поверхности диэлектрическойподложки , источник квазимонохроматического управл емого

   излуче и , по крайней мере одно средство дл  возбуждени  в волноводном слое квазимонохроматического управл ющего излучени , отличаю щи и с   тем, что, с целью повышени  эффективности модул ции, модул тор снабжен отражающими по крайней мере дл  управл емого излучени  зеркалами , образующими резонатор Фабри-Перо, причем первый волноводный слой располо- .жен внутри этого резонатора, а диэлектрическа  подложка выполнена из прозрачного по крайней мере дл  управл емого излучени  материала.
2. 2. Модул тор по п.1, о т л и ч а ю щ и и с   тем, что, с целью увеличени  рабочей поперечной апертуры управл емого светового пучка, между одним из отражающих зеркал и первым волноводным слоем расположен второй волноводный слой, выполненный из прозрачного дл  управл ющего и управл емого излучений материала с показателем преломлени , превышающим показатель преломлени  первого волнового сло , и снабженный средством-дл  вывода канали- руемого излучени  в диэлектрическую подложку .
3. 3. Модул тор по п.1,отличающийс  тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей путем выполнени  логических операций, в резонаторе расположен дополнительный волноводный слой, выполненнный из фотохромного или фоторефрактивного материала , который расположен на второй поверхности диэлектрической подложки, а модул тор снабжен дополнительным средством дл  возбуждени  в дополнительном волноводном слое квазимонохроматического управл ющего излучени .

   а

   е

   з

   / з

   f/

   в

   X

   I

   6

   5 6

   //

   фиг.1

   ГУ

   т/ 7

   фи.Ј

   V

   9

   №

   Л

   5

   -7 ./

   -ff 12

   фиг.З