Материал: 1700

16

9.3 Вопросы для самопроверки

1.Нарисуйте картину распространения света в оптическом волноводе в приближении геометрической оптики.

2.Поясните условия, при которых наблюдается явление полного внутреннего отражения на плоской границе раздела двух диэлектрических сред.

3.Как реализуется призменный ввод излучения в оптический

волновод?

4.Каким образом параллельный световой пучок, распространяющийся по планарному оптическому волноводу, фокусируется геодезической линзой?

5.Как можно реализовать электрооптическую модуляцию оптического излучения в устройствах волноводной фотоники?

6.Как реализуется акустооптическая модуляция в планарных оптических волноводах?

7.Как можно реализовать фотоприемные устройства для волноводной фотоники?

8.Как реализуется инжекционный гетеролазер, который может быть интегрирован в устройства волноводной фотоники?

Раздел 10 Планарные волноводы 10.1 Содержание раздела

Классификация оптических волноводов. Геометрическая оптика планарных волноводов: классификация мод, волноводные моды пленочных структур, дисперсионное уравнение, эффективная толщина, градиентные волноводы. Электромагнитная теория планарных волноводов: волновые уравнения для пленочных и градиентных структур*, ТЕ- и ТМмоды, распределение полей, ортогональность мод, эффективная толщина.

10.2 Методические указания по изучению раздела

При изучении раздела «Планарные волноводы» следует обратить внимание на методы геометрической оптики и электромагнитной теории, применяемых при анализе распространения волн в планарных волноводах, на структуру полей ТЕ- и ТМ-мод, на поперечное распределение полей в различных волноводных модах, на дискретный спектр волноводных мод и сплошной спектр излучательных мод.

17

10.3Вопросы для самопроверки

1.В чем отличие полосковых волноводов от планарных?

2.Чем пленочные волноводы отличаются от градиентных? Какими технологическими методами формируются пленочные и градиентные волноводы?

3.Какие компоненты электрического и магнитного полей присутствуют в ТЕ-модах?

4.Какие компоненты электрического и магнитного полей присутствуют в ТМ-модах?

5.Какая лучевая картина соответствует излучательной моде подложки некоторой пленочной волноводной структуры?

6.Какие значения может принимать эффективный показатель преломления волноводной моды?

7.Какие значения может принимать эффективный показатель преломления излучательной моды?

8.Запишите волновое уравнение для ТЕ-мод.

9.Нарисуйте поперечное распределение поля Ey(x) для моды ТЕ2.

10.Что такое эффективная толщина волновода? Зависит ли она от номера моды?

11.По какому закону изменяется поле волноводной моды в пределах волноводного слоя планарного волновода?

12.По какому закону изменяется поле волноводной моды в оптически однородной покровной среде планарной структуры?

Раздел 11 Полосковые волноводы 11.1 Содержание раздела

Типы полосковых волноводов и технология изготовления*. Метод эффективного показателя преломления. Моды полосковых волноводов.

11.2 Методические указания по изучению раздела

При изучении раздела «Полосковые волноводы» следует обратить внимание на изложение метода эффективного показателя преломления.

11.3 Вопросы для самопроверки

1.Нарисуйте структуру внедренного полоскового волновода в поперечном сечении и укажите соотношения между показателями преломления используемых элементов и окружающей среды.

2.Нарисуйте структуру приподнятого полоскового волновода в поперечном сечении и укажите соотношения между показателями преломления используемых элементов и окружающей среды.

18

3.Для волновода гребенчатого типа нарисуйте его модель, используемую в методе эффективного показателя преломления.

4.Нарисуйте структуру электрического поля моды E11y в пленочном полосковом волноводе погруженного типа.

5.Нарисуйте структуру электрического поля моды E01x в пленочном полосковом волноводе погруженного типа.

6.Укажите технологические методы формирования полосковых волноводов.

Раздел 12 Модуляция оптического излучения

12.1 Содержание раздела

Описание электрооптического и фотоупругого эффектов. Электрооптическая модуляция оптического излучения в оптических волноводах. Акустооптические модуляторы и дефлекторы*.

12.2 Методические указания по изучению раздела

При изучении раздела «Модуляция оптического излучения» следует обратить внимание на механизмы изменения показателя преломления за счет электрооптического и акустооптического эффектов, а также на преимущества волноводных электрооптических модуляторов перед объемными аналогами.

12.3 Вопросы для самопроверки

1.Какие оптические параметры кристалла без центра симметрии изменяются при приложении к нему низкочастотного электрического поля?

2.Какие оптические параметры среды изменяются при распространении в ней акустической волны?

3.Как можно реализовать фазовый волноводный электрооптический модулятор?

4.Как можно реализовать амплитудный волноводный электрооптический модулятор?

5.В чем состоят преимущества волноводных электрооптических модуляторов перед объемными аналогами?

6.Что такое полуволновое напряжение электрооптического модулятора?

7.Каким должно быть направление электрического поля в волноводном электрооптическом модуляторе на ниобате лития для достижения минимального полуволнового напряжения?

8.Как можно реализовать акустооптическую модуляцию в планарных оптических волноводных структурах?

19

9. Что такое угол Брэгга и как он связан с частотой акустической волны?

13 Темы практических занятий

На практических занятиях студенты рассматривают варианты задач. Целью занятий является углубление понимания процессов, происходящих при распространении световых волн в безграничных средах и волноводных структурах, при взаимодействии электромагнитного излучения с веществом, релаксации за счет взаимодействия с термостатом, генерации оптического излучения в лазерах, управлении характеристиками лазерного излучения. Уделяется внимание таким характеристикам лазерного излучения, как поляризация, монохроматичность, когерентность излучения; расходимость световых пучков.

Перед практическими занятиями студент должен повторить лекционный материал, ответив на вопросы для самоконтроля по необходимой теме, а также просмотреть рекомендации по решению типичных задач этой темы. Темы практических занятий приведены ниже:

1.Уравнения Максвелла. Плоские световые волны в безграничных

средах.

2.Описание квантовых ансамблей и процессов релаксации.

3.Взаимодействие электромагнитного излучения с веществом.

4.Оптические резонаторы.

5.Характеристики лазерного излучения. Уширение спектральных

линий.

6.Твердотельные, газовые и полупроводниковые лазеры.

7.Планарные оптические волноводы.

13.1Уравнения Максвелла. Плоские световые волны в безграничных средах

13.1.1 Примеры решения задач по теме «Уравнения Максвелла. Плоские световые волны в безграничных средах»

Задача 1. Из уравнений Максвелла в дифференциальной форме и материальных уравнений для изотропной непроводящей среды получить

волновое уравнение для вектора электрической напряженности E , считая свободные заряды отсутствующими.

Решение. Применяем операцию rot к уравнению rot E Bt ,

Определите амплитуду напряженности магнитного поля для данной волны.

Решение. Используя соотношение для амплитуд напряженности

известное значение W0 0 0 120 Ом, получаем Hm 0,133 мА/м.

Ответ: Hm 0,133 мА/м.

диэлектрическая пленка имеет поверхностный электрический заряд с плотностью = 20 Кл/м2. Определите поле вектора электрической

индукции, создаваемое данной пленкой в ближней и дальней полуплоскости.

2. На обкладке плоского конденсатора, расположенной при z 0 и имеющей бесконечную проводимость, равномерно распределен поверхностный электрический заряд с плотностью = 10 Кл/м2.

Определите поле вектора электрической индукции вблизи обкладки, при z 0 .