Tapered velocity couplers for integrated optics: design

(в бумажном  и электронном виде)


Tapered velocity couplers for integrated optics: design
Авторы: A.F.Milton, W.K.Burns
Источник: Appl.opt., vol.14, No.5, pp.1207-1212 (1975)

Анализируется принцип работы сужающихся элементов связи с точки зрения преобразования мод между локально-нормальными модами.
Используется приближенный метод связанных мод с моделью пошаговой передачи для аналитической оценки  переноса энергии.
Это дает верхний предел для максимально разрешенного отклонения от синхронизма мод вдоль элемента связи, который позволяет работать элементу связи в удовлетворительном режиме.
Также анализ использовался для того, чтобы продемонстрировать важность получения большого общего изменения в модовом синхронизме, чтобы минимизировать длину элемента связи.

Остальные рисунки далее.

Lateral displacement of optical beams at multilayered and periodic strustures

(в бумажном виде)

Lateral displacement of optical beams at multilayered and periodic strustures
Авторы: T.Tamir, H.L.Bertoni
Источник: JOSA, vol.61, No.10, pp.1397-1413 (1971)

Множество планарных структур, включая многослойные среды и периодические конфигурации оптико-решеточного типа, могут поддерживать электромагнитное поле в виде волн утечки. Возбуждая это поле падающий луч передает часть своей энергии структуре волн утечки; после распространения на некоторое растояние вдоль этой структуры эта энергия утекает назад и образует част отраженного луча. По отношению к потоку энергии, распространяющемуся вдоль, полный отраженный луч испытывает боковое смещение, которое проявляется или в виде смещения пучка вперед (эффект Гуса-Хенкен), или в виде смещения луча назад, что не показывали ранее. Получая общее выражение для поля, возбужденного  гауссовым пучком, падающим на структуру утечки, мы обнаружили, что отраженный луч может испытывать боковое смещение порядка ширины пучка; величина этого смещения пучка может поэтому  быть больше, чем максимальный сдвиг, возникающий на простой диэлектрической границе. В случае периодических структур все дифрагированные пучки высокого порядка сдвигаются всякий раз, когда сдвигается зеркально отраженный пучок. Подробно изучалась зависимость бокового смещения от ширины пучка, угла падения и расстояния распространения и обсуждается применимость бокового смещения к оптическим элементам связи.

Остальные рисунки далее.

Light waves in thin films and integrated optics

(в бумажном и электронном виде)

Авторы: P.K.Tien Источник: Appl.Opt., vol.10, No.11, pp.2395-2413 (1971)

Обзорная статья о развитии интегральной оптики.

Оглавление
1. Введение
2. Волноводные и излучательные моды
3. Волновое уравнение и распределение поля
4. Элементы ввода-вывода
5. Материалы и потери
6. Простая теория поверхностного рассеяния
7. Концентрация поля и модовые характеристики
8. Фазовое согласование и нелинейное взаимодействие между волноводными модами
9. Заключение

Отражение света в гофрированных волноводах и от их поверхности. Оптико-геометрическое приближение

Авторы: В.А.Сычугов, А.В.Тищенко, И.Чтыроки
Источник: Труды ИОФАН, т.48 (1994)

Проведен анализ процесса резонансного преобразования света в гофрированном волноводе и отражение света от поверхности гофрированного волновода. Были получены довольно простые и физически понятные выражения для коэффициентов связи и представлены рекоментадции для экспериментальных определений этих значений. Было определено взаимное отношение анормального отражения от гофрированного волновода к отражению волноводной моды.

The grating coupler: comparison of theoretical and experimental results

Авторы: A.Jacques, D.B.Ostrowsky
Источник: Opt.Comm., vol.13, No.1, pp.74-77(1975)

Предыдущие теоретические исследования решеточных элементов связи были расширены включением реального случая (двуслойный волновод с потерями), который мы изучили экспериментально. Были измерены как микроскопические параметры структуры (толщена, показатели преломления, глубина модуляции и т.п.), так и макроскопически параметры связи (эффективность связи, длины и т.д.). Совпадение между теоретическими предсказаниями и экспериментальными результатами было получено более точное для эффективностей связи, чем для длин связи и мы объяснили почему

Narrow-band resonant grating waveguide filters constructed with azobenzene polymers

(и в бумажном, и в электронном виде)

Narrow-band resonant grating waveguide filters constructed with azobenzene polymers
Авторы: R.J.Stockermans, P.L.Rochon
Источник: Appl.Opt., vol.38, No.17, pp.3714-3719 (1999)

Резонантные решеточно-волноводные структуры использовались для изготовления узкополосных оптических фильтров.
Азополимерные пленки напылялись на поверхности плоских волноводов и поверхностные рельефные решетки вытравливались на них для использования в качестве элементов связи.
Эта техника является простым одношаговым процессом и дает эффективные решетки с высокой точностью.
Узкие резонантные пики наблюдались в проходящем и отраженном спектре этих структур.
Толщина и показатель преломления волновода были точно определены из этих резонансов при использовании теории мод.
Эти параметры использовались затем в изготовлении оптических фильтров.
Сообщается о ширине полосы менее 1нм и уменьшении проходящего сигнала на 60%.
Измерения этих значений ограничивались расходимостью пробного пучка.

Остальные рисунки далее

Integrated optics components and devices using periodc structures

Авторы: T.Suhara, H.Nishihara
Источник: IEEE JofQE, vol.QE-22, No.6, pp.845-867 (1986)

Проведен обзор исследований по интегралльно-оптическим компонентам и устройствам, использующим периодические структуры, с акцентом на работы авторов с использованием техники электронно-лучевой записи. Периодические структуры влючают статичные решетки и динамичные, образованные с помощью акусто-оптического (АО) и электро-оптического (ЭО) эффектов. Они обеспечивают множество пассивных функций и имеют большое значение для контроля волноводных мод. Обзор сделан с интегральной точки зрения, включая самые недавние результаты. Во-первых, приведены теоретические основы и обсуждена техника электронно-лучевай записи, включая записывающую систему. Во-вторых, описаны пассивные компоненты (решеточные отражатели, фильтры, линзы, элементы связи и т.д.) и элементы для контроля и обнаружения волноводных мод (АО- и ЭО- решеточные элементы и фотодетекторы). В-третьих, представлены интегрально-оптические устройства, такие как спектральные мультиплексоры,анализаторы RF-спектра, оптические диски и другие. И наконец обсуждались возможности будущих применений

Grating efficiency theory as it applies to blazed and holographic gratings

(в бумажном виде)

Grating efficiency theory as it applies to blazed and holographic gratings
Авторы: E.G.Loewen, M.Neviere, D. Maystre
Источник: Appl.Opt., vol.16, No.10, pp.2711-2721(1977)

Разработанная недавно точная теория использовалась для исследования поведения диффракционной эффективности, как решеток с блеском, так и голографических.
Для оказания помощи дизайнерам спектрометрических систем мы рассмотрели всю область углов блеска для треугольного профиля и все модуляции синусодального гофра в первом и втором порядках.
Некоторые типы установок включали в себя аллюминий.
Дана полезная классификация решеток обоих типов при использовании их от близкого УФ до ИК области.
Представлены сравнения, показывающие хорошое согласие между теорией и экспериментом.

Рисунков интересных нет, одни только графики функций

Содержание:
I. Введение
II. Решетки первого порядка
  A. Решетки с блеском
      1.Теория бесконечной проводимости
      2. Отклонение от Литтроу
      3. Конечная проводимость
      4. Решетки с блеском скалярной области    
      5. Электромагнитная область
  В. Голографические решетки
      1.Теория бесконечной проводимости
      2. Отклонение от Литтроу
      3. Конечная проводимость
      4. Скалярная область    
      5. Электромагнитная область
III. Использование решеток во втором порядке
   А. Скалярная область
   В. Электромагнитная область
IV. Экспериментальные сравнения
V. Заключение

A theoretical analisys of etched grating couplers for integrated optics

Авторы: K.Ogawa, W.S.C.Chang, B.L.Sopori, F.J.Rosenbaum
Источник: IEEE J.ofQE, vol.QE-9, No.1, p.29 (1973)

Приближенный метод решения задачи гофрированного волновода с прямоугольным профилем методом линий передач

Chirped gratings in integrated optics

Авторы: A.Katzir, A.C.Livanos, J.B.Shellan, A.Yariv
Источник: IEEE JQE, vol.QE-13, No4, pp.296-304(1977)

Решетки с переменным шагом (Chirped gratings) изготавливались записью интерференционной картины от коллимированного лазерного пучка и сходящегося пучка, полученного цилиндрической линзой. Представлен анализ поведения таких решеток как функция от длины волны, угла между излучающимися пучками, числа F линзы и ее положения. Чтобы вычислить мощность, излученную в воздух, уравнения связанных мод решались для случая волновода с неравномерно гофрированной поверхностью. В эксперименте решетки с переменным шагом вытравливались на поверхности оптического волновода и использовались для вывода света из волновода. Было обнаружено, что свет фокусируется вне волновода и часть мощности, излученная в воздух, сравнима с теоритическими вычислениями. Было обнаружена, что точка факуса вне волновада перемещается на 1см при изменении длины волны на 500А, что сходится с теоритическими вычислениями.

Electromagnetisme theorique

На французском
Авторы: G.Cerutti-Maori, R.Petit,M.Cadilhac
Источник: C.R.Acad.Sc.Paris, v.268,pp.92-95

Точный метод решения задачи дифракцонной эффективности решетки с произвольным методом

Electromagnetic study of transmission gratings

Авторы: M.Neviere
Источник: Appl.Opt.,vol.30,No.31,pp.4540-4547(1991)

В статье изучены характеристики фоточувствительных решеток с треугольным профилем, использованных на пропускание, в видимой и в близкой инфракрасной области при помощи электромагнитной теории. Устройства, рассмотренные здесь, связывают решетки с треугольным профилем с призмой на гипотенузе в конфигурации, называемой grism, таким образом, что для выбранной длины волны отколения от призмы и от решетки компенсируют друг друга. Для помощи дизайнерам спектрометрических систем мы покрыли всю области длин волн и, соответственно, всех углов наклона решеток. Мы изучили влияние эффективности решетки при увеличении плотности полос и рассмотрели оптимальный выбор угла падения

Resonant grating-waveguide structures for visible and near-infrared radiation

(в бумажном виде)

Resonant grating-waveguide structures for visible and near-infrared radiation

Авторы: A.Sharon, D.Rosenblatt, A.A.Friesem

Источник: JOSA A, vol.14, No.11, pp.2985-2993 (1997)

В статье представлена новая лучевая модель, основанная на многолучевой интерференции световых волн в диэлектрических резонансных решеточно-волноводных структурах. Модель разъясняет, что именно фазовое отношение между падающей плоской волной и волнами, дифрагированными от резонансной решеточной структуры, отвечает за интерференцию этих волн. В результате этой интерференции падающая волна может полностью отразиться при некоторой длине волны и угле падения. Модель описывает и анализирует это резонансное поведение решеточно-волноводных структур как функцию от длины волны и угла падения.

Анализ проверен экспериментально для полупроводниковых (InGaAsP/InP) структур на длине волны 1.55мкм, а также для диэлектрических (нитрид кремния/SiO2) структур на длине волны 0.6мкм. Все эти структуры были изготовлены при помощи электронно-лучевой литографии и химического осаждения. Измеренные результаты показывают, что субнанометровые резонансные ширины полос более 6000 могут быть достигнуты при отношениях контраста 50 в относительно компактных структурах

Остальные рисунки далее.

Дифракционные решетки на поверхности GaAs, полученные методом интерференционного фототравления

Источник: ЖТФ, т.46, в.7,стр.1505-1510 (1976)
Авторы: Ж.И.Алферов, Д.Н.Горячев, С.А.Гуревич, М.Н.Мизеров, Е.Л.Портной, Б.С.Рывкин

Изложены различные аспекты исследований, связанных с изготовлением дифрационных решеток на поверхности GaAs методом интерференционного фототравления и их контролем. Теоретически показано, что форма решеток в этом случае, независимо от величины их шага, должна быть синусоидальной. Обсуждены и проверены способы неразрушающего контроля фазовых интерференционных решеток. Показано, что решетки, изготовленные методом интерференционного фототравления, близки по форме к синусоидальным. Указанный метод позволяет получать высокоэффективные решетки с пространственной частотой более 4000 лин./мм.

Periodic structures for integrated optics

Источник: IEEE J.QE, vol.QE-13, No.4, pp.233-253(1977)
Авторы: A.Yariv, M.Nakamura

Эта статья изучает теории и применение периодических тонкопленочных волноводов. Рассматриваются решения мод, оптические фильтры, лазеры с распределенной обратной связю, лазеры с разпределенным брэгговским отражателем, решеточные элементы связи и фазовое согласование при нелинейном взаимодействии.

Сначала подробно рассматривается однородный трехслойный волновод, его моды, ТЕ и ТМ, условие нормировки.

Далее через формализм связанных волн находят влияние произвольного  периодического изменения показателя преломления. Связь между разными модами при гофрировании. А также рассматривают поперечный интеграл перекрытия

Рассматривают гофрированную область волновода определенной длины.  Решетка не как элемент ввода/вывода, а как преобразователь мод и отражатель.

Рассказывается, как делают гофрированную поверхность

Использование в РОС-лазерах (очень подробно на нескольких страницах)

Небольшая глава про использование в качестве элементов ввода/вывода

И очень коротко про периодические волноводы для нелинейного взаимодействия.

About the theory of optical grating coupler-waveguide systems

Источник: Opt.Comm., vol.8, No.2, pp.113-117(1973)
Авторы: M.Neviere, R.Petit, M.Cadilhac

Перевод

Хорошо известно, что фоточувствительные решетки могут использоваться для ввода/вывода света в/из волновода. Чтобы исследовать явление ввода/вывода, в качестве первого шага теоретического изучения, мы рассамтриваем здесь дифракцию планарной электромагнитной волны на фоточувствительной решетке, лежащей на диэлектрическом оптическом волноводе. Используя точный электромагнитный метод мы нашли четкие резонансы, уже описанные у Hope, и связали их с наличием мод в оптическом волноводе.

Periodic structures in integrated optics

Источник: J.Appl.Phys, vol.44,No.7,pp.3146-3152(1973)
Авторы: C.Elach, C.Yeh

Изучались тонкопленочные диэлектрические волноводы с периодическим показателем преломления, периодической подложкой или периодической поверхностью. Поле определялось из уравнений Максвелла при помощи теоремы Фложе (Floquet). Исследованы диаграмма Бриллоина (Brillouin) и области взаимодействия. Приведены вычисления ширины полосы и коэффициентов затухания областей взаимодействия как функции от оптической длины волны. Обсуждались применения в активных и пассивных интегрально-оптических системах

Theory and design of periodic couplers

(в электронном и бумажном виде)

(тоже хочу перевести)

Источник: Appl.Opt., v.11,No.10, pp126-133 (1972)
Авторы: J.H.Harris, R.K.Winn, D.G.Dalgoutte

Теория периодических элементов связи исследуется с точки зрения теоремы обратимости и с помощью модифицированного метода рассеяния Борна. Представлены условия изготовления для некоторых конфигураций элементов связи. Вычисления эффективности и размера аппертуры сравнивались с опубликованными ранее данными для решеточных и брэгговских элементов связи

Оглавление:
Введение
Анализ эффективности связи
Приближенное решение проблемы обратимости
Конструирование элементов связи
Заключение

Резонансная дифракционная связь гофрированного и регулярного оптических волноводов

Источник: Кв.электроника, т.16, №3, стр.620-626 (1989)
Авторы: В.А.Киселев, С.Н.Шапошников

Исследована резонансная дифракционная связь между двумя оптическими волноводами, на поверхности одного из которых сформирована гофрированная синусоидальная решетка. Теория развита для диффузионных волноводов, характеризующихся плавно неоднородным поперечным распределением показателя преломления, и охватывает случаи как Н-, так и Е-волн. Приведены зависимости коэффициента резонансной связи от длины поверхностных волн и от разности эффективных показателей преломления для этих волн в волноводах с разными поперечными профилями показателя преломления.

Излучение поверхностных световых волн на гофрированном участке тонкопленочного волновода

(в бумажном виде)

Излучение поверхностных световых волн на гофрированном участке тонкопленочного волновода.
Источник: Кв.электроника, №7, стр.1519-1525 (1974)
Авторы: А.А.Зленко, В.А.Киселев, А.М.Прохоров, А.А.Спихальский, В.А.Сычугов

В работе изучено влияние интерференционных эффектов на процесс излучения поверхностных световых волн на гофрированном участке тонкопленочного волновода.
Показано, что наиболее резко интеренференционные эффекты выражены при гофрировании пленки со стороны подложки.
Эксперементально подтверждена сильная зависимость коэффициента затухания волны от толщины пленки и периода модуляции ее толщины.
Даны рекомендации по эффективному вводу излучения в пленку.

Остальные рисунки далее.

О дифракционном вводе излучения в тонкопленочный волновод

(в бумажном виде)

О дифракционном вводе излучения в тонкопленочный волновод
Источник: Кв.электроника, №7, стр.1578-1583 (1974)
Авторы: В.А.Киселев

Рассмотрен тонкопленочный оптический волновод с гофрированной (по синусоидальному закону) поверхностью, которая выполняет роль фазовой дифракционной решетки.
При произвольном отношении периода решетки к длине световой волны и относительно малой глубине модуляции толщины пленки (т.е. в условиях слабой связи) определены соотношения параметров волновода с параметрами возбуждающего его светового пучка, обеспечивающие наиболее эффективный ввод излучения в определенную моду.

Efficiency-enhanced third-order grating coupler

(есть в бумажном и электронном виде)

Efficiency-enhanced third-order grating coupler
Источник: Appl.Optics, vol.38, No.14,p.3003-3007 (1999)
Авторы: S.Ura, T.Fujii, T.Suhara, H.Nishihara

Краткое содержание
Решеточный элемент связи третьего порядка с периодом решетки в 3 раза большим, чем для решетки первого порядка, обсуждается с точки зрения увеличения эффективности. Отражающая пленка расположена между оптическим буферным слоем и подложкой под решеточно-волноводной структурой. Распределение мощности для каждой дифрагированной волны зависит от толщины оптического буферного слоя из-за интерференционных эффектов. Толщина подобрана таким образом, чтобы подавить 1-й и 2-й порядки и усилить энергию в выводящейся в воздух волне, сгенерированной 3-м дифракционным порядком. Был изготовлен образец и он исследовался на длине волны 0.82мкм. Измеренная эффективность выводы была 40%, тогда как теоретически предсказанная была 60%

Оптические явления в плоском четырехслойном волноводе с дифракционной решеткой

Источник: Оптика и спектроскопия, т.44, вып.6, стр.1147-1152 (1978)
Авторы: А.С.Кузали

Краткое содержание
Рассмотрено излучение поверхностных световых волн с протяженного участка плоского четырехслойного волновода с дифракционной решеткой. Изучено влияние интерференционных явлений на процесс излучения. Показано, что наличие промежуточного слоя связи приводит к тому, что в рассматриваемой системе интерференционные эффекты выражааются гораздо более резко, чем в случае трехслойного волновода с решеткой. Обсуждаются возможные применения четырехслойного волновода с решеткой

Analysis and Design of Grating Couplers

Источник: Appl.Phys., vol.14, 1977 (235)
Авторы: T.Tamir, S.T.Peng

Краткое содержание
На основе точного анализа возмущений волноводных свойств диэлектрических решеток были разработаны простые критерии для изготовления решеточных элементов связи, которые передают энергию луча в или из оптического волновода. Рассматривались решетки с произвольным профилем гофра и приведены точные формулы для параметров утечки для решеток с симметричным профилем. Результаты охватывают ТЕ- и ТМ-моды, а также применимы как к мелким, так и к глубоким гофрам решеток. Подробно изучено поведение параметра утечки в прямоугольных решетках; эти решетки затем использовались в качестве основных конфигураций для предсказания характеристик других решеточных профилей. Особое внимание уделенно трапециедальным и треугольным профилям. Также обсуждались решетки с ассиметричным профилем.

High-efficiency input coupling into optical waveguides using gratings with double-surface corrugation

High-efficiency input coupling into optical waveguides using gratings with double-surface corrugation
Источник: Applied Optics, vol.34, No.4, p.604 (1995)
Авторы: J.C.Brazas, L.Li, A.L.McKeon

Волноводно-решеточные элементы связи, которые имели гофрированную поверхность на обоих границах волновода, были изготовлены посредством напыления волноводного материала в высоком вакууме на рельефную решетку, вытравленную в подложке.
Боковой сдвиг между двумя решетками вдоль направления решеточного вектора создавался во время напыления, когда нормаль подложке была расположена под углом к направлению напыления материала.
Ряд волноводных толщин, имеющих одинаковые углы напыления, исследовался для наблюдения влияния толщины волновода и соответствующего сдвига между решетками на branching-коэффициент и эффективность ввода.
Были получены branching-коэффициенты около 98% и эффективности ввода, близкие к теоретическому пределу для падающего гауссова пучка.




Остальные рисунки далее