Интегрально-оптический резонатор,нечувствительный к вращению

 

Изобретение относится к интегральной оптике и может использоваться в активных компонентах волоконнооптических систем связи и устройств оптической обработки информации. Цель изобретения - упрощение технологии изготовления устройства путем увеличения периода гофрировки. На противо- vxvA/v . положных поверхностях плоскопараллельной подложки 1 нанесены волноводные слои 2 и 3 с гофрированными участками (ГУ) 4-7, образующими пары сопряженных между собой обращенных дифракционных элементов связи. Расхфостраняющаяся по нолноводному слою 2 волна А после взаимодействия с ГУ 5 в виде волны В излучается в подложку 1, После ГУ 6 в волноводном слое 3 распространяется волна С, переиэлучаемая ; после взаимодействия с ГУ 7 в . ку 1 в виде волны D. Замкнутая Z-o6- разная форма оптического пути волны делает резонатор нечувствительным к вращению. Собственную частоту резонатора и амплитуду световой волны можно изменять с помощью средства 8.. Снижение потерь в устройстве достигатется выполнением глубины гофрировки одного из элементов связи в каждом слое монотонно возрастающей, а другого - монотонно убывающей вдоль хода волны. 2 з.п. -лы, 1 ил. в I А / ЛЛАЛ. / .. ff / I II С С в7

СОКИ СОВЕТСКИХ в ва

РЕСПУБЛИК

А1

„,SUÄÄ 1296980 yq С О2 В 6/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ГЮ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТКОЙ к в в тавававт св вщтваьат вт (21) 3757054/24-20 (22) 21. 66. 84 (46) 15.03.87. Ьюл. У 10 (71) Ленинградский политехнический институт им. М.И.Калинина (72) Ю.П.Удоев (53) 535.813(088.8}

- (56) Справочник по лазерам/Под ред.

А.М.Прохорова. М.: Советское радио, 1978, с. 2 °

ХЕЕ Journal oE Quantum Elektroп св, v. QE-13, У 4, 1977, с. 206208. (54) ИНТЕГРАЛЬНО-ОПТИЧЕСКИЙ РЕЗОНАТОР НЕЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ К ВРАЩЕНИЮ (57) Изобретение относится к интегральной оптике н может использоваться в активных компонентах волоконнооптических систем связи и устройств оптической обработки информации. Цель изобретения — упрощение технологии изготовления устройства путем увеличения периода гофрировки. На противоположных поверхностях плоскопараллель ной подложки 1 нанесены волноводные слои 2 и 3 с гофрированными участками (ГУ) 4-7, образующими пары сопряженных между собой обращенных дифракци онных элементов связи. Распространяющаяся по нолноводноиу слою 2 волна А после взаимодействия с ГУ 5 в виде волны В излучается в подложку 1. После ГУ 6 в волноводном слое 3 распространяется волна С, переизлучаемая после взаимодействия с ГУ 7 в по лож" ку 1 в виде волны D, Замкнутая Z-образная форма оптического пути волны делает резонатор нечувствительным к вращению. Собственную частоту резонатора и амплитуду световой волны можно изменять с помощью средства 8.

Снижение потерь в устройстве достига-. ется выполнением глубины гофрировки одного из элементов связи в каждом слое монотонно возрастающей, а друго" го — монотонно убывающей вдоль хода волны 2 з и ф лы I ил в

О (4) 1,2, (1) 3,4, (2) 1 129698

Изобретение относится к интегральной оптике и может быть использовано в активных компонентах волоконно-оптических систем связи и устройств оптической обработки информации.

Цель изобретения — упрощение технологии изготовления резонатора путем увеличения периода гофрировки.

На чертеже изображен разрез резонатора плоскостью, перпендикулярной и 1О к поверхности подложки и к направлению штрихов гофрировки..

На чертеже показаны: 1 - плоскопараллельная подложка, 2 — первый волноводный, например, градиентный слой; 3 — второй волноводный, например, градиентный слой; 4-7 — соответственно первый, второй, третий и четвертый гофрированные участки с прямолинейным направлением штрихов гофрировки, перпендикулярным плоскости;

8 — средство для изменения показателя преломления или поглощения волноводного слоя. Стрелками показан ход волны в резонаторе.

Подложка выполнена из диэлектрического или полупроводникового материала, оптически прозрачного на рабочей длине волны, Волноводные слои канализируют по крайней мере одну моду в каждом слое, причем эффективный показатель преломления рабочей моды

И первого волноводного слоя не обязательно равен эффективному показателю преломления И рабочей моды второ- З5 го слоя. Материал первого волноводного слоя может быть иным, чем материал второго волноводного слоя.

Периоды гофрировки удовлетворяют неравенствам

N +и — г>И + 1, 3

1 3

И +и i-— - -)И + 1 ц 9 A г

Ф

% где Л вЂ” период гофрировки i-го участка (i = 1,2,3,4); — длина волны в вакууме; 50

И и И вЂ” эффективные показатели преломления для рабочей моды соответственно в первом и втором во<пноводном слое.

Гофрированные участки 4 и 7 о6раэуют первую пару сопряженных между собой обращенных дифракционных элемментов связи, а участки 5 и 6 — вторую пару. Первая пара элементов связи расположена перекрестно относительно второй пары, т.е. сопряженные между собой элементы связи расположены на диагоналях четырехугольника, вершинами которого являются центры гофрированных участков.

Глубина гофрировки второго и четвертого участков монотонно нарастает, по закону @ (Е) -(а — Z) "г в.положительном направлении оси Z, а глубина гофрировки первого и третьего участков монотонно уменьшается в положительном направлении оси Z по этому же закону.

Периоды гофрировки выбраны по соотношениям

"г 1 з -Л = — -- (И вЂ” N ) 2 3 2 4

Вследствие плоскопараллельности подложки угол вывода световой волны из одного слоя равен углу ввода той же световой волны иэ одного слоя равен углу ввода той же световой волны в другой слой для каждой пары дифракци онных элементов связи, поэтому соотношения (3) и (4) выражают условие взаимной оптической связи первого и второго волноводных слоев с помощью обращенных дифракционных элементов.

При h, = И получаем =, но может отличаться от

1<4 г,з

Резонатор работает следующим образом.

Направляемая первым волноводным слоем 2 волна А с эффективным показателем преломления N, в результате взаимодействия с гофрированным участком 5 излучается в подложку, причем вследствие неравенства (1) возникает только одна дифрагированная волна В, направленная назад . При достаточно большой длины гофрированного участка

5 практически вся мощность волны А излучается в виде волны В. Ввиду соотношения (3), угол падения волны В на гофрированный участок б равен углу падения, при котором в волноводном слое 3 возбуждается направляемая волна С с эффективным показателем преломления N . Ввиду неравенства (2), волна С сонаправлена с волной

А. Вследствие монотонного возрастания по закону <з (Е)" (a — Z) глубины гофра участка 5 по ходу волны А и монотонного уменьшения по тому же

3 12969 закону глубины гофра участка 6 по ходу волны С, волна В апертурно согласована,с комплексно-сопряженной волФ ной В, которая излучалась бы участком 6 при падении волны, причем вол- 5 ны В и В являются плоскими однородными волнами. Ввиду этого практически вся мощность волны В переходит в волну С. В результате взаимодействия волны С с достаточно протяженным гоф- 10 рированным участком 7 происходит излучение в подложку, причем ввиду неравенства (2) возникает только одна дифрагированная волна D ° мощность которой практически равна мощности вол- 15 ны С. Ввиду соотношения (4) угол падения волны П на гофрированный участок 4 равен углу падения, при котором в волноводном слое 2 возбуждается направляемая мода А. 20

Вследствие монотонного возрастания по закону д(Z) -(а — Z), глубина гофра участка 7 по ходу волны С и монотонного уменьшения по тому же закону глубины гофра участка 4 по ходу волны А, волна D апертурно согласована с комплексно-сопряженной

Ф волной D,,Волны 0 и D+ являются плоскими однородными волнами. Ввиду это-го в волну А переходит практически 30 вся мощность волны D. Ввиду неравенства (i), волна А сонаправлена с волной С.

Таким образом, оптический путь волны оказывается замкнутым и резона- 35 тор является кольцевым, причем вследствие Z-образной формы оптического . пути он нечувствителен к вращению.

Наличие средства 8, изменяющего, например, показатель преломления волна- 40 водного слоя 2, приводит к изменению оптической длины пути волны в резонаторе и, следовательно, к изменению собственных частот резонатора. Если средство 8 изменяет показатель погло- 45 щения слоя 2, то изменяется затухание резонатора и, следовательно, амплитуда световой волны. Глубина гофра 6 может быть выполнена монотонно изменяющейся по другому, например экспо- 50 ненциальному закону. Дифрагированные волны в этом случае не являются однородными.

Предлагаемая схема резонатора позволяет увеличить рабочий период гоф- 55

2 рировки в --- раз что при N 3

N+1 составляет 1507.. Это упрощает конструкцию резонатора и, следовательно, технологию его изготовления, поскольку снижаются требования к виброэащищенности технологических установок, с помощью которых проводится гофрировка. Наличие двух волноводных слоев расширяет функциональные воэможности резонатора, поскольку один из слоев может быть использован, например, для ввода или генерации излучения, а другой — для вывода излучения или изменения собственных частот и затухания резонатора.

Формула и з обретения

1. Интегрально-оптический резонатор нечувствительный к вращению, содержащий подложку в виде плоско-параллельной пластины, волноводный слой на одной поверхности подложки, выполненный из электрооптического материала, два элемента связи в виде рельефна-фазовых решеток с параллельными штрихами гофрировки, средство для изменения показателя преломления волноводного слоя, причем укаэанные элементы связи сопряжены между собой, отличающийся тем, что с целью повышения технологичности конструкции путем увеличения периода гофрировки, в резонатор введен второй волноведущий слой с двумя аналогичными элементами связи, который расположен на противоположной поверхности подложки, причем элементы связи первого слоя оптически сопряжены с элементами связи второго слоя, а все элементы связи выполнены обращенными.

2. Резонатор по п.1, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью снижения потерь, глубина гофрировки одного из элементов связи в каждом слое выполнена монотонно возрастающей, а другого — монотонно уменьшающейся вдоль хода волны.

3. Резонатор по пп. 1 и 2, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в устройство введено средство изменения показателя поглощения волноводных слоев.

ВНИИНИ Заказ 775/48 Тираж 522 Подписное

Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4