Типы диэлектрических микроволноводов

Основой интегральных оптич. устройств являются пленарные волноводы (тонкоплёночные и диффузные). Тонкоплёночные волноводы формируются в виде однородной диэлектрич. плёнки толщиной h порядка длины световой волны l, нанесённой на однородную диэлектрич. подложку с более низким показателем преломления (рис. 1,а). Диффузные (или градиентные) волноводы отличаются плавным распределением показателя преломления по сечению (рис. 1,б). В этих волноводах нет чётко выраженной границы между волноводным слоем и подложкой. Изготавливаются они обычно диффузией к--л. примесей в подложку. Для передачи излучения по заданной траектории и связи между отд. элементами И. о. применяются также канальные (или полосковые) волноводы, ширина к-рых соизмерима с их толщиной (рис. 1, в). Локализация света в волноводе обусловлена полным внутренним отражением на граничных поверхностях, поэтому для осуществления волноводного режима необходимо, чтобы показатель преломления плёнки n₀ был больше показателей преломления подложки n₁ и среды над волноводом n₂. Энергия в волноводе распространяется в виде волноводиых мод, характеризующихся определ. распределением эл--магн. поля по поперечному сечению и собственными значениями волнового вектора k=2pn*/l. Параметр n*=n₀sinq (q - угол падения луча на отражающую среду), определяющий фазовую скорость оптич. поверхностной волны, играет роль эфф. показателя преломления для данной волны. В диэлектрическом волноводе с заданными параметрами n₀, n₁ n₂ и h существует конечное число волноводных мод, определяемое дискретным рядом значений (m=1, 2, ..., М). Чем выше порядок т поверхностной волны, тем меньше её эфф. показатель преломления и сильнее проникновение её за пределы тонкой плёнки в подложку. В тонкоплёночных волноводах определяющую роль играет волноводная дисперсия, т. е. зависимость n* от относительной толщины плёнки kh. С уменьшением относительной толщины плёнки уменьшается n*, приближаясь к своему ниж. пределу n₁ (обычно полагают, что n₂[n₁). Соответственно этому пределу существует критич. толщина плёнки (или критич. длина волны света, критич. частота w) для поверхностной волны m-ro порядка. С увеличением m на единицу критич. толщина возрастает на . Используя плёнку соответствующей толщины, можно ограничить число волноводных мод диэлектрич. волновода желательным образом. При значениях h (или w) меньше критического волноводный режим отсутствует. Пленарные линзы и призмы. Зависимость эфф. показателя преломления от толщины плёнки позволяет воздействовать на оптич. характеристики пленарных волноводов и создавать интегрально-оптич. элементы преобразования светового потока (линзы, призмы) простым уменьшением или увеличением толщины волноводного слоя. Преломление лучей может происходить за счёт увеличения (или уменьшения) показателя преломления по сечению волновода к центру или к краям. В И. о. применяются также т.н. геодезические линзы, к-рые работают за счёт прогиба волноводной плёнки в вертикальной плоскости. Траектория сфокусированных лучей в этой линзе совпадает с кратчайшими геодезич. линиями изогнутой поверхности.