Стр. 51 - ИНТЕГРАЛЬНАЯ ОПТИКА

И Н Т Е Г Р А Л Ь Н А Я О П Т И К А
51
Поскольку возбуждение определенной моды происходит при определен-
ном значении угла m ϕ , с помощью одной призмы можно осуществить возбуж-
дение различных мод, изменяя угол падения оптического пучка. Падающий пу-
чок необязательно должен быть перпендикулярен поверхности призмы, как по-
казано на рис. 3.5. Но если направление падения пучка неперпендикулярно по-
верхности призмы, условие преломления на поверхности раздела требуют из-
менения выражения (3.5) для угла m ϕ .
Процесс перекачки оптической энергии через перекрывающиеся “хвосты”
мод иногда называют оптическим туннелированием по аналогии с туннельным
эффектом в квантовой механике при прохождении частиц через энергетические
барьеры. Моды волновода слабо связаны с модой призмы, поэтому деформация
форм мод сравнительно небольшая.
Для достижения полного внутреннего отражения светового пучка на гра-
нице п n - 1 n должно выполнятся условие
( )
п 1 arcsin nn
c m =ϕ>ϕ , (3.6)
где с ϕ – критический угол полного внутреннего отражения.
Длина L , на которой происходит взаимодействие между модами призмы
и волновода, определяется размерами призмы. Из теории слабосвязанных мод
следует, что полный обмен энергией между фазово-согласованными модами
имеет место, если длина взаимодействия в направлении оси z удовлетворяет
соотношению
2
π
=κ L , (3.7)
где κ – коэффициент связи. Коэффициент κ зависит от п n , 1 n и 2 n , опреде-
ляющих форму “хвостов” мод, а также от зазора s между призмой и волново-
дом. Из выражения (3.7) можно определить длину, необходимую для полной
перекачки:
κ
π
=
ϕ
=
2 cos m
W L . (3.8)
Таким образом, для заданной длины L значение коэффициента связи,
требуемое для полной перекачки, определяется следующим образом:
W
m
2
cos ϕ π
=κ . (3.9)
При выводе условия полной перекачки (3.9) предполагается, что ампли-
туда электрического поля равномерно распределена по всей ширине W пучка
излучения. На практике это никогда не реализуется. В том случае, если ампли-
туда пучка света имеет гауссово распределение по ширине W , то при помощи
данного устройства можно добиться максимальной эффективности связи, рав-
ной примерно %80.
Для достижения %100-ной связи, даже в случае равномерного распреде-
ления энергии по ширине пучка, правая граница пучка должна точно проходить
через вершину прямого угла призмы. Если он проходит справа от этой точки, то
часть падающей оптической энергии будет либо отражаться, либо непосредст-