RU83626U1

RU83626U1 - OPTICAL PLANAR WAVEGUIDE

Info

Publication number: RU83626U1
Application number: RU2008138274/22U
Authority: RU
Inventors: Евгений Петрович Гребенников; Александр Георгиевич Девятков
Original assignee: Открытое Акционерное Общество ЦНИТИ "Техномаш"
Priority date: 2008-09-26
Filing date: 2008-09-26
Publication date: 2009-06-10

Abstract

Оптический планарный волновод, включающий центральный оптически прозрачный волноводный слой, граничные слои, устройство ввода излучения и устройство вывода излучения в виде дифракционной решетки, отличающийся тем, что дифракционная решетка устройства вывода излучения выполнена с переменной глубиной модуляции, возрастающей по длине решетки в направлении от начала вывода излучения по следующей экспоненциальной зависимости: ! σ=А ехр (В х), ! где σ - глубина модуляции, нм; ! х - текущая координата по длине решетки, мкм; ! А - эмпирический коэффициент, равный А=0,01÷10, нм; ! В - эмпирический коэффициент, равный В=1÷200, мкм-1.An optical planar waveguide including a central optically transparent waveguide layer, boundary layers, a radiation input device and a radiation output device in the form of a diffraction grating, characterized in that the diffraction grating of the radiation output device is made with a variable modulation depth increasing along the length of the grating in the direction from the beginning of the output radiation according to the following exponential dependence:! σ = A exp (B x),! where σ is the modulation depth, nm; ! x is the current coordinate along the length of the lattice, microns; ! A is an empirical coefficient equal to A = 0.01 ÷ 10, nm; ! B is an empirical coefficient equal to B = 1 ÷ 200, μm-1.

Description

Полезная модель относится к оптике и может быть использована для повышения равномерности распределения излучения - освещенности на выходе устройства вывода излучения, выполненного в виде дифракционной решетки.The utility model relates to optics and can be used to increase the uniformity of the distribution of radiation - illumination at the output of the radiation output device, made in the form of a diffraction grating.

Из уровня техники известен оптический планарный волновод с устройством вывода излучения в виде углового формирователя (RU 2006130399 А, G02B 6/34, 2008.02.27). Для обеспечения равномерной освещенности на выходе формирователя нерабочая поверхность волновода наклонена по отношению к рабочей поверхности в плоскости, ортогональной направлению зубьев углового формирователя на определенный угол, зависящий от соотношения параметров волновода, который не является оптимальным для волноводов с различным показателем преломления.The prior art optical planar waveguide with a radiation output device in the form of an angular shaper (RU 2006130399 A, G02B 6/34, 2008.02.27). To ensure uniform illumination at the shaper output, the non-working surface of the waveguide is inclined with respect to the working surface in a plane orthogonal to the direction of the teeth of the angular shaper by a certain angle, depending on the ratio of the waveguide parameters, which is not optimal for waveguides with different refractive index.

Известен также оптический волновод, включающий оптическое устройство ввода и устройство вывода излучения в виде дифракционной решетки (см. Х.- Г.Унгер. Планарные и волоконные волноводы, Москва, «Мир», 1980 г., стр.139). Однако данное решение не обеспечивает высокой равномерности распределения излучения на выходе волновода.An optical waveguide is also known, including an optical input device and a radiation output device in the form of a diffraction grating (see H.-G. Unger. Planar and fiber waveguides, Moscow, Mir, 1980, p. 139). However, this solution does not provide a high uniformity of the radiation distribution at the output of the waveguide.

Полезная модель направлена на повышение равномерности распределения излучения - освещенности на выходе устройства вывода излучения, выполненного в виде дифракционной решетки.The utility model is aimed at increasing the uniformity of the distribution of radiation - illumination at the output of the radiation output device, made in the form of a diffraction grating.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в оптическом планарном волноводе, включающем центральный оптически прозрачный волноводный слой, граничные слои, устройство ввода излучения и устройство вывода излучения в виде The solution of this problem is achieved by the fact that in an optical planar waveguide including a central optically transparent waveguide layer, boundary layers, a radiation input device and a radiation output device in the form

дифракционной решетки, согласно полезной модели, дифракционная решетка устройства вывода излучения выполнена с переменной глубиной модуляции, возрастающей по длине решетки в направлении от начала вывода излучения по следующей экспоненциальной зависимости:diffraction grating, according to a utility model, the diffraction grating of the radiation output device is made with a variable modulation depth increasing along the length of the grating in the direction from the beginning of the radiation output according to the following exponential dependence:

σ=А ехр(В х),σ = A exp (B x),

где σ - глубина модуляции [нм];where σ is the modulation depth [nm];

х - текущая координата по длине L решетки [мкм]x is the current coordinate along the length L of the lattice [μm]

0≤х≤L;0≤x≤L;

А - эмпирический коэффициент, равный А=0,01÷10 [нм];A is an empirical coefficient equal to A = 0.01 ÷ 10 [nm];

В - эмпирический коэффициент, равный В=1÷200 [мкм^-1].B is an empirical coefficient equal to B = 1 ÷ 200 [μm ^-1 ].

А - эмпирический коэффициент, равный А=0,01÷10 [нм], преимущественно А=0,1÷1,0 [нм];A is an empirical coefficient equal to A = 0.01 ÷ 10 [nm], mainly A = 0.1 ÷ 1.0 [nm];

В - эмпирический коэффициент, равный В=1÷200 [мкм^-1], преимущественно В=5÷50 [мкм^-1].B is an empirical coefficient equal to B = 1 ÷ 200 [μm ^-1 ], mainly B = 5 ÷ 50 [μm ^-1 ].

При выводе излучения из планарного волновода с использованием дифракционной решетки значение доли выводимого из волновода излучения на единице длины (плотность мощности) дифракционной решетки зависит от степени связи дифракционной решетки с волноводом, которая определяется глубиной модуляции σ. Заявленное выполнение выводящей дифракционной решетки с глубиной модуляции, возрастающей по длине решетки в направлении от начала вывода излучения по экспериментально определенной экспоненциальной зависимости, компенсирует потери, возникающие в волноводе по длине решетки за счет возрастания степени связи дифракционной решетки с волноводом, что обеспечивает постоянство выводимой плотности мощности по длине решетки и, соответственно, равномерность распределения излучения на выходе устройства вывода излучения.When radiation is removed from a planar waveguide using a diffraction grating, the fraction of radiation output from the waveguide per unit length (power density) of the diffraction grating depends on the degree of coupling of the diffraction grating to the waveguide, which is determined by the modulation depth σ. The claimed embodiment of the output diffraction grating with a modulation depth that increases along the length of the grating in the direction from the beginning of the output of radiation by an experimentally determined exponential dependence compensates for the losses that occur in the waveguide along the length of the grating due to an increase in the degree of coupling of the diffraction grating to the waveguide, which ensures a constant output power density along the length of the grating and, accordingly, the uniformity of the radiation distribution at the output of the radiation output device.

На чертеже схематично представлен общий вид оптического планарного волновода.The drawing schematically shows a General view of an optical planar waveguide.

Оптический планарный волновод включает центральный оптически прозрачный волноводный слой 1, граничные слои 2 с меньшим показателем преломления, устройство 3 ввода излучения (например, в виде дифракционной решетки) и устройство вывода излучения в виде дифракционной решетки 4, форма которой может быть любой из числа известных (синусоидальная, треугольная, трапециевидная и пр.), выполненной с переменной глубиной модуляции, возрастающей по длине решетки в направлении от начала вывода излучения по следующей экспоненциальной зависимости:An optical planar waveguide includes a central optically transparent waveguide layer 1, boundary layers 2 with a lower refractive index, a radiation input device 3 (for example, in the form of a diffraction grating) and a radiation output device in the form of a diffraction grating 4, the shape of which can be any of a number of known ( sinusoidal, triangular, trapezoidal, etc.), made with a variable modulation depth, increasing along the length of the grating in the direction from the beginning of the radiation output according to the following exponential dependence:

σ=A e^Bx; σ = A e ^Bx;

х - текущая координата по длине решетки [мкм]x is the current coordinate along the length of the grating [μm]

0≤х≤L;0≤x≤L;

Оптический планарный волновод функционирует следующим образом.An optical planar waveguide operates as follows.

Распространяющийся по планарному волноводу 1 поток излучения рассеивается на гребнях (неровностях) дифракционной решетки 4 устройства вывода излучения, интерферирует и выводится - излучается наружу под углом, определяемым параметрами дифракционной решетки 4. Интенсивность выводимого из волновода излучения на каждом малом участке дифракционной решетки 4 пропорциональна степени связи, которая определяется глубиной The radiation flux propagating along a planar waveguide 1 is scattered on the ridges (irregularities) of the diffraction grating 4 of the radiation output device, interferes and is output - radiated outward at an angle determined by the parameters of the diffraction grating 4. The intensity of the radiation emitted from the waveguide at each small portion of the diffraction grating 4 is proportional to the degree of coupling which is determined by the depth

модуляции σ. По мере продвижения вдоль заявленной дифракционной решетки 4 растет глубина модуляции σ и, соответственно, растет степень связи дифракционной решетки 4 с волноводом, что обусловливает возрастание доли выводимого из волновода излучения, которое компенсирует потери излучения, связанные с выводом этого излучения наружу, обеспечивая тем самым равномерность распределения излучения вдоль дифракционной решетки 4 на выходе волновода.modulation σ. As you move along the declared diffraction grating 4, the modulation depth σ increases and, accordingly, the degree of coupling of the diffraction grating 4 with the waveguide increases, which leads to an increase in the fraction of radiation extracted from the waveguide, which compensates for the radiation loss associated with the output of this radiation outward, thereby ensuring uniformity radiation distribution along the diffraction grating 4 at the output of the waveguide.

Claims

An optical planar waveguide including a central optically transparent waveguide layer, boundary layers, a radiation input device and a radiation output device in the form of a diffraction grating, characterized in that the diffraction grating of the radiation output device is made with a variable modulation depth increasing along the length of the grating in the direction from the beginning of the output radiation according to the following exponential dependence:

σ = A exp (B x),

where σ is the modulation depth, nm;

x is the current coordinate along the length of the lattice, microns;

A is an empirical coefficient equal to A = 0.01 ÷ 10, nm;

B is an empirical coefficient equal to B = 1 ÷ 200, μm ^-1 .