4.3. Елементи зв’язку між оптичними хвилеводами

4.3.1. Зв’язок між плоскими планарними хвилеводами

Коли оптичне випромінювання введено у планарний хвилевід, дуже часто виникає необхідність перевести його в інші структури. Однією із найпростіших є проблема передачі оптичної потужності між двома плоскими планарними оптичними хвилеводами.

Найпростішою схемою зв’язку двох плоских планарних хвилеводів є просте накладання одного хвилеводу на інший (рис.7). Хвилеводні плівки, які знаходяться при цьому одна під іншою, мають показники заломлення, які більші за показники заломлення інших середовищ, які входять в таку структуру. У такому разі зв’язок між двома хвилеводними плівками здійснюється за рахунок затухаючих полів, які проникають у проміжний шар з показником заломлення n2.

Рис.7. Передача енергії між тонкоплівковими хвилеводами

Інший метод зв’язку двох хвилеводів, який є більш практичним, був розроблений з допомогою гібридної технології. У цьому методі два тонкоплівкові хвилеводи розміщуються на одній спільній підкладці (рис.8), однак, в даному випадку вони не перекриваються. Третій додатковий шар з’єднує ці два хвилеводи з допомогою звужених країв.

Рис.8. Зв'язок хвилеводів через проміжний шар із звуженнями

Для двох розглянутих вище схем потрібна єдина підкладка, тому, вони є непридатними для зв’язку двох тонкоплівкових хвилеводів, які розміщені на різних підкладках. В останньому випадку дві плівки можуть бути складені одна до одної верхніми поверхнями через проміжний шар з більш низьким показником заломлення, так що передача енергії між хвилеводами може проходити через затухаючі поля. Однак, більш зручно в такому випадку використовувати ґратку (рис.9). Для максимальної передачі енергії з одного хвилеводу в інший довжина ґратки і довжина перекриття двох хвилеводів повинні бути рівними довжині зв’язку. При використанні такої схеми з ґраткою ефективність зв’язку може досягати 65%.

Рис.9. Зв'язок двох планарних хвилеводів з допомогою ґратки

4.3.2. Зв'язок між плоскими та канальними хвилеводами

Більшість схем інтегральної оптики побудовані на основі канальних хвилеводів. Якщо випромінювання було раніше введено у плоский хвилевід, то у такому разі виникає необхідність передачі його у канальний хвилевід.

Найпростішим рішенням такої проблеми є поступове зменшення ширини планарного оптичного хвилеводу до тих пір, поки вона не зрівняється з шириною канального хвилеводу (рис.10). Оптичний пучок, проходячи таку структуру типу «рупора», втрачає частину енергії через розсіяння і перетворення мод. Ці втрати можна зменшити, якщо рупорний перехід зробити достатньо довгим і (або) змінити його форму.

Рис.10. Рупорний перехід для передачі енергії з планарного хвилеводу в канальний хвилевід

При передачі енергії з планарного хвилеводу шириною 50 мкм у канальний хвилевід шириною 3 мкм з допомогою лінійно звужуючого рупорного переходу довжиною 2 мм була досягнута ефективність зв’язку 90%.

Іншим рішенням вищезгаданої проблеми може бути використання планарного хвилеводу зі скошеним кінцем (рис.11). Такий скошений кінець відіграє роль призми в елементі зв’язку. Поверхнева хвиля, яка поширюється у такому планарному хвилеводі, повинна повністю відбиватися від скошеного краю. Передача енергії з планарного хвилеводу в канальний, який розміщують поблизу скошеного краю, проходить через затухаюче поле. Одна з проблем, які існують з таким елементом зв’язку, полягає в тому, що для отримання високої ефективності зв’язку і одномодового режиму роботи необхідно мати точний і чітко обмежений зазор між двома хвилеводами.

Рис.11. Елемент зв’язку на основі планарної призми