SU1492341A1

SU1492341A1 - Тонкопленочна электрооптическа линза

Info

Publication number: SU1492341A1
Application number: SU864170490A
Authority: SU
Inventors: Сергей Иосифович Божевольный; Сергей Викторович Зайцев; Евгений Михайлович Золотов; Петр Самуилович Радько
Original assignee: Ярославский политехнический институт
Priority date: 1986-12-30
Filing date: 1986-12-30
Publication date: 1989-07-07

Abstract

Изобретение относитс к интегральной оптике и может найти применение в устройствах оптической обработки информации. Цель изобретени - увеличение светосилы и разрешающей способности, а также повышение надежности. Тонкопленочна электрооптическа Френелевска линза выполнена в виде двойной симметричной встречноштыревой структуры электродов 3-6, сформированной на поверхности волновода 1, расположенного на подложке 2 из электрооптического материала. Центры электродов располагаютс на границах зон Френел , а длина их перекрыти обеспечивает дополнительный набег фазы в четверть длины волны. Применена система питани при помощи дипол рных блоков 9 и 10, обеспечивающа независимую регулировку напр женности электрического пол в первой зоне Френел , что позвол ет при конструировании сократить длину соответствующих электродов, а следовательно повысить светосилу и надежность линзы. 2 ил.

Description

ее

1C

ее

4

Изобретение относитс к устройствам , выполн ющим функции линз в тонкопленочном волноводе, и может быть использовано в различного рода интегрально-оптических устройствах.

Цель изобретени - увеличение све тосилы и разрешающей способности, а также повышение надежности.

На фиг. 1 изображено устройство, разрез; на фиг. 2 - то же, вид сверху .

Устройство содержит тонкопленочный волновод 1, сформированный на подлйжке 2 из электрооптического материала , электроды 3-6, образующие двойную встречно-штыревую структуру, симметричную относительно оси линзы и устройства ввода 7 и вывода 8 излучени , а также два бипол рных блока 9. и 10 питани .

Устройство работает следующим образом .

При подаче напр жени на систему электродов 3-6 устройства в волноводе 1 за счет линейного злектроопти- ческого эффекта измен етс эффективный показатель преломлени волновод- ной моды. Величина изменени пропорциональна приложенному напр жению и зависит от интеграла перекрыти пол моды с полем электродов. Изменение эффективного показател преломлени приводит к по влению дополнительного

электрода до оптической оси определ етс соотношением

XK

Af( 2Ю 2п

Г () У L 4п J

10

15

k 0,1,2,...

где Д - длина волны излучени в вакууме;

f - фокусное рассто ние линзы; п - эффективный показатель преломлени волноводной среды. При этом ширина Ak К-ого электрода подчин етс соотношению

20

Ik 4-1 U

Л

мин

,

2К

X

i кч-1

- Хгк

2,

где

S

25

30

- минимальна ширина, обеспечиваема фотолитографическим процессом.

Длина электродов выбираетс таким образом, чтобы при подаче определенного напр жени на выходе из системы электродов излучение приобретало дополнительный набег фазы в четверть длины волны. В этом случае, как показывают наши расчеты эффективности такой линзы , фазовый фронт сход щейс волны наилучшим образом аппроксимируетс фазовым фронтом волны на выходе из

предлагаемой электрооптической линзы, набега фазы излучени после прохожде- 35 т.е. данные параметры электродной ни системы электродов, пJ)ичeм этот

системы Френелевской электрооптической линзы вл ютс оптимальными с точки зрени фокусирующих свойств.

набег противоположен по знаку дл соседних зазоров вследствие противоположности направлени пол электродов , а его величина пропорциональна длине электродов. Если набег фазы равен четверти длины волны излучени , значит разность набега фазы в соседних зазорах, соответствующих зонам Френел , равна половине длины волны. Поскольку интеграл перекрыти полей моды и электронов зависит от рассто ни между электродами, т.е. от размера зоны Френел , то эту зависимость следует компенсировать выбором длины электродов, причем длина электродов обратно пропорциональна величине напр жени , требуемого дл создани , электрооптической Френелевской линзы.

Дл аппроксимации фазового фронта сход щейс световой волны центры электродов должны располагатьс на границах соответствую1чих зон Френел так, что рассто ние Х от центра К-ого

Af( 2Ю 2п

Г () У L 4п J

k 0,1,2,...

где Д - длина волны излучени в вакууме;

0

Ik 4-1 U

Л

мин

,

2К

X

i кч-1

- Хгк

2,

где

S

5

0

предлагаемой электрооптической линзы т.е. данные параметры электродной

Дл длины электродов нельз привести точную расчетную формулу, поскольку она зависит от распределени пол оптической моды, ориентации всег кристалла и пол ризации волны. Однак методика расчета длины электродов известна и можно записать, что

00

L, -А ( J Е(у) 1 (y)dy),

- 00

где г - соответствующий электрооптический коэффициент; соответствующа компонента пол системы электродов , нормированное распределение амплитуды волноводной моды.

Е(у) )

Требование создани линз с достаточно большой апертурой приводит к ограничению величины напр жени , подаваемого на электроды, до / 20 В,

514

поскольку размер крайних зон Френел составл ет 2 мкм и напр женность электрического пол достигает в этом случае величины В/м, что соответствует величине пробо в воздухе Ерр 4 9-10 В/м. Длина электродов, индуцирующих первую зону Френел при разности потенциалов 20 В, получаетс пор дка фокусного рассто ни линзы, что приводит к увеличению размера светового пучка в фокусе и уменьшению разрешающей способности линзы, поскольку излучение, фокусируемое кра ми линзы, пересекает центральную область и частично рассеиваетс . Пусть и и (yi и напр жени дополнительных и сточников, причем «. / 1 . Использование двойной встречно-штыревой структурь электродов при подаче напр жени U на электрод 3, oiU - на электрод 4, - на электрод 5, -U- на электрод 6 (фиг.2) приводит к тому , что разность потенциалов во всех зонах Френел , кроме первой, равна ()и, а в первой составл ет 2eiU. Поскольку их отношение равно 2oi/oi-1, то выбира oL можно добитьс увеличени напр женности пол в первой зоне по сравнению с остальными и, следова- тельно, уменьшени длины электродов, расположенных на границе первой зоны до желаемого размера. Наиболее удобно при этом добиватьс одинакового размера с электродами, индуцирующими вторую зону Френел .

Пример. Предлагаема тонкопленочна линза была реализована на основе планарного волновода в ниоба- те лити , полученного термодиффузией пленки титана. Структура электродов (фиг.2) состоит из 26 пар электродов с длинами от 0,2 до 3 мм и рассто ни ми между ними от 3 до 40 мкм. При подаче напр жени 10 В на электрод 3 30 В - на электрод 4; -30 В - на электрод 5, -10 В - на электро- 6 устройство фокусирует параллельный пучок света, распростран ющийс в волноводе , шириной 600 мкм на рассто нии 10 мм от электродов с эффективностью 80%. Использование двойной встречно- штыревой структуры электродов позвол ет уменьшить длину электродов.

Q 5 5

5

1 6 .

индуцируюш х первую зону Френел , с 9 (дл 20 В обычной структуры электродов) до 3 мм и соответственно увеличить эффективность дифракции и разрешающую способность, согласно нашим расчетам, примерно в 2 раза.

Claims

Формула изобретени

Тонкопленочна электрооптическа линза, включающа оптический волно- вод, расположенный на подложке из электрооптического материала, устройство ввода и вывода излучени , систему электродов, расположенных на поверхности волновода, и блока ПИТАНИЯ , отличающа с тем, что, с целью увеличени светосилы и разрешающей способности линзы, а также повышени надежности, система электродов вьшолнена в виде двух изо- лированн гх встречно-штьфевых структур-электродов , симметричных относительно оси линзы, блок питани состоит из двух бипол рных источников напр жени различной величины с объединенным общим электродом, положительные полюса источников напр жени соединены с первой встречно-штыревой структурой электродов, а отрицательные полюса источников напр жени соединены со второй встречно-штыревой структурой электродов, при этом рассто ние Х| от центра каждого штыревого электрода до оптической оси определ етс соотношением

-(1 + 2/ ) .Г А (1 + 2/k/)V

2п

4п

40

5

0

где k О, i1, i2, +3.., номер электрода;

Д - длина волны излучени в вакууме;

f - фокусное рассто ние линзы;

п - эффективный показатель пре- I ломлени волновода, а длины штыревых электродов при заданных напр жени х бипол рных источников выбраны таким образом, что дополнительный набег фазы излучени на выходе каждой пары смежных штыревых электродов равен .

SB .

nn n nin rf nn

,

..,. , , . ,- l

-t

Ц)иг.1