Физика/6.Радиофизика.

Савченко О.В.

Себряковский филиал Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета, Россия

Оптические импульсы

в активных планарных волноводах

В устройствах и системах интегральной оптики и оптоэлектроники используются разнообразные элементы, в основу работы которых положено направленное пространственное усиление (активные среды различной физической природы) и поглощение импульсных электромагнитных волн. К ним относятся, например, лазерные источники с РОС, как с охватом всей длины активной области, так и в качестве резонансных отражателей, находящихся в начале и в конце активной среды; устройства селективного усиления, фильтрации, распределения волн и т.д. Наиболее перспективно конструктивное с учётом всех свойств выполнение таких элементов на слоистых композиционных структурах, в которые могут входить неоднородные, нелинейные, анизотропные, киральные слои с тем или иным типом поглощения (усиления).

В связи с этим весьма актуальным является исследование причин, вызывающих искажение импульсных волн при их прохождении по структурам со сложной внутренней средой. Из них можно выделить спектрально неоднородное затухание несущих волн, групповую, волноводную и материальную дисперсию, спектральный состав импульсов, неоднородности распределений материальных характеристик волноведущей среды, условий возбуждения волноведущей системы и т.д.

Изучено влияние спектрально-неоднородной дисперсии несущих волн и затухания (усиление) в композиционной среде на распространение прямоугольного оптического импульса для нескольких случаев знака поглощения однородных внешних слоев и вида профиля комплексной диэлектрической проницаемости.

Численные расчеты проводились для самых разных параметров волноведущей среды и оптического импульса. Выполнены расчеты искажения прямоугольного импульса для прозрачного центрального слоя с биквадратичным распределением диэлектрической проницаемости, когда окружающие слои слабопоглащающие с равными коэффициентами поглощения. При этом рассматривался как одномодовый, так и маломодовый режимы распределения. Для того чтобы выявить влияние каждого из искажающих факторов в отдельности, расчеты проводились сначала при прозрачном и слабопоглащающем волноведущем слое с постоянными материальными характеристиками, а затем, с учетом их пространственного изменения и переменного затухания, коэффициенты поглощения всех трех сред принимали отрицательные и положительные значения. В качестве несущих рассматривались магнитные волны и . В одномодовом режиме (несущей является волна ) за счет затухания (усиления) направляемой волны происходит фазовое перемешивание различных частей импульса.

Когда материальные характеристики волноведущей среды постоянны, то даже для узкополосных импульсов из-за непостоянства группового замедления несущей волны (рис.1) в пределах полосы частот, занятых импульсом, происходит существенное искажение огибающей при малых пройденных расстояниях.

Рис. 1. Зависимость приведенного группового замедления первых пяти - волн

от приведенного размера однородного планарного волновода.

Если создается распределение материальных характеристик (диэлектрической проницаемости), фокусирующее поле в серединной плоскости центрального слоя, то групповое замедление достигает своего максимального значения в частотном интервале (рис.2) и максимум амплитуды деформируется значительно слабее.

Рис. 2. Зависимость приведенного группового замедления

центрального слоя.

Наличие затухания (усиления) искажает энергетический спектр импульса в соответствии с зависимостью коэффициента затухания (усиления) несущей волны от приведенного размера волновода. При достаточно больших его значениях, которые в пределе совпадают с коэффициентом поглощения окружающих слоев, импульс полностью разваливается для небольших значений продольной координаты . В двумодового режима распространения существенно значение при передаче оптического импульса приобретает величина разности групповых замедлений, которая для обычного волновода представляет собой весьма значительную величину (рис.1).

Добавление этого искажающего фактора к спектрально-неоднородному затуханию (усилению) приводит к тому, что прямоугольный импульс подвергается сильному ослаблению (усилению) с деформируемой огибающей, и на прямом устройстве мы, по сути дела, воспринимаем совершенно другой импульс.