Плоские диэлектрические волноводы

В диэлектрических волноводах поле существует как внутри диэлектрика, так и во внешнем пространстве. Мы познакомимся со свойствами волн в таких системах на примере плоского диэлектрического волновода или слоя (рис. 10.9). [c.335]

Рйс. 1.3.1. Трехслойный плоский диэлектрический волновод (а). Траектории лучей при распространении в волноводе направляемой волны б -, угол падения луча на границу раздела 0 отсчитывается от нормали к границе. [c.22]

На рис. 2,7.1 показана структура, которую мы будем рассматривать в этом параграфе. Она представляет собой трехслойный плоский диэлектрический волновод с границей раздела полупроводник — воздух, расположенной при 2 = 0. Волновод бесконечен в направлении оси у, координата д —О соответствует центру области с показателем преломления йг. Для того чтобы получить картину излучения в дальней зоне в направлении, перпендикулярном плоскости перехода, мы определим [c.89]

В начале нашего рассмотрения мы изучим основные свойства направляемых волн в диэлектрических структурах общего вида. Оптические моды представляются как решение характеристического уравнения, к которому сводятся уравнения Максвелла, удовлетворяющие граничным условиям, определяемым геометрией волновода. Этот подход мы применим затем к планарному диэлектрическому волноводу и получим выражения как для ТЕ-, так и для ТМ-мод. Физика локализованного распространения объясняется при этом с помощью явления полного внутреннего отражения плоских волн от диэлектрических границ раздела. [c.438]

Обращаясь к рис. 11.28, рассмотрим слоистый диэлектрический волновод с подложкой, состоящей из периодической слоистой среды с показателями преломления и п . Волноводный слой имеет показатель преломления такой, что где — показатель преломления другой граничной среды (для воздуха = 1). Локализованное распространение формально можно рассматривать как зигзагообразное распространение плоской волны в сердцевине (п ), которая испытывает полное внутреннее отражение на границе раздела х = -t со средой с низким показателем преломления (nj и брэгговское отражение на границе х = О с периодически слоистой средой. Для высокого брэгговского отражения необходимо, чтобы угол падения удовлетворял условию Брэгга или, более точно, чтобы условие распространения внутри слоистой среды выполнялось в пределах запрещенных зон (см. разд. 6.6). [c.516]

Обычно плоский резонатор образован сколотыми торцами лазерной структуры. РОС- и РБО-резонаторы основаны на принципе когерентного отражения при дифракции на периодических неоднородностях среды. Распределенные отражатели имеют вид диэлектрического волновода с гофрированной границей, так что периодической неоднородностью служит вариация толщины волновода. При этом период модуляции Л должен удовлетворять условию Брэгга [c.115]

Рис. 2.6.5. Схематическое изображение асимметричного плоского трехслойного диэлектрического волновода и пояснение смысла некоторых величин, входящих в выражения, определяющие поле в волноводе. Максимуму поля соответ ствует координата ( //2) — где хз расстояние от максимума поля до границы раздела диэлектриков 2—3 и d Х2- хз.

МАТРИЦА РАССЕЯНИЯ ПЛОСКОГО ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СЛОЯ В ЗАПРЕДЕЛЬНОМ ПРЯМОУГОЛЬНОМ ВОЛНОВОДЕ [c.10]

Информация о структуре электромагнитного поля в прямоугольном волноводе с плоским диэлектрическим слоем важна для более глубокого понимания происходящих в нем процессов. В поперечном сечении распределение электромагнитных полей совпадает с полем основной волны (в одноволновом приближении) как в областях запредельных волноводов, так и в области диэлектрического слоя. При распределении полей в продольном направлении необходимо учитывать существование отраженных волн как от границ диэлектрического слоя, так и от сечений запредельный — регулярный волноводы. [c.25]

На основе волноводно-диэлектрических структур с запредельной связью можно создать резонансные элементы с весьма большой нагруженной добротностью [57, 58]. Рассмотрим волноводно-диэлектрический резонатор в виде диэлектрического цилиндра в запредельном волноводе, возбуждаемого прямоугольным волноводом с распространяющейся волной Н,о (рис. 2.2). При его анализе используем те же предположения, что и в случае плоского диэлектрического слоя ( 1.1). Единственное отличие будет состоять в том, что распределение полей в продольном направлении в области диэлектрического цилиндра будем описывать с помощью ранее введенных функций. С учетом сделанных замечаний результирующее электрическое поле Еу запишем в следующем виде [c.42]

С ростом длины запредельного волновода I значения th 0 и th 0 стремятся к единице и поэтому относительная полоса пропускания А/ //о согласно (3.19) будет уменьшаться. С физической точки зрения такое поведение достаточно очевидно, так как увеличение I ослабляет связь звена с генератором и нагрузкой. Это справедливо как для структур с плоскими диэлектрическими слоями, так и для структур с диэлектрическими неоднородностями цилиндрической формы. [c.80]

Для данной комбинации показателей преломления отражательную способность подложки можно увеличить за счет установки достаточного большого числа двойных слоев, для которых частота излучения попадает в центр полосы непрозрачности. При этом удобно представить отражательную способность К диэлектрического зеркала как функцию параметра, называемого отношением стоячей волны V и учитывающего распределение поля, локализованного у передней поверхности всей системы [25]. Этот параметр широко используется в микроволновой технике [21] для характеристики импедансного рассогласования в волноводе. В нашем случае V является отношением максимума и минимума амплитуды поля, образующегося в результате интерференции с усилением и ослаблением между начальной и отраженной плоской волной. В отсутствие отражения амплитуда поля вдоль направления распространения постоянна. Если же существует и отраженная волна, то интерференция приводит к появлению стоячей волны и амплитуда поля записывается в виде [c.195]

Рис. 5.11. Частотные характеристики коэффициентов отражения и прохождения в задаче дифракция Яю-волны яа диэлектрическом клине в плоском волноводе (а=10° ei=1+0/ 62=6,8 (1-1-0,001 /))

Рис. 2.9.1, Представление ДГС—РО-лазера как симметричного пятислойного диэлектрического плоского волновода.

На рис. 4.2 показана зависимость коэффициента связи к двух запредельных волноводно-диэлектрических резонаторов с плоским слоем от относительного расстояния /сл = /з +между диэлектрическими слоями при различных значениях б2. Аналогичные зависимости приведены для внешней добротности Qe на ри С. 4.3, где /вх = = — расстояние между внешней плоскостью слоя и сечением запредельный—регулярный волноводы. Все графики рис. 4.2 и 4.3 рассчитаны при условии, что для заданных ег и Л/а ширина диэлектрического слоя обеспечивает такое значение центральной частоты [о, при котором (ЛД)о— 0,7, т. е. соответствует центральной частоте регулярного прямоугольного волновода исключением является случай, когда Л/а= 1,5 и (Л/ ,)о 0,6. [c.89]

Нормальные волны типа Е и типа Н определяют полный пабор направляемых волн плоского диэлектрического волновода при [c.339]

В 3 дано описание ДГС-лазера как диэлектрического волновода, а в 4 рассматривается распространение волны в симметричном трехслойиом плоском диэлектрическом волноводе. Центральный слой — это область в ДГС-лазере, в которой происходит генерация света и которая называется активным слоем. Трехмерное волновое уравнение для электрического поля оптической частоты выводится из уравнений Максвелла. Далее выводится дифференциальное уравнение, описывающее распространение электрического поля, поляризованного перпендикулярно направлению распространения, — поперечного электрического поля (ТЕ). Аналогичные уравнения описывают поперечные магнитные поля (ТМ), в которых магнитное поле поляризовано перпендикулярно направлению распространения. Эти поля зависят от двух пространственных переменных и времени, и решение волнового уравнения для них получается методом разделения переменных. Как следует из решений волновых уравнений, показатель преломления активного слоя должен быть больше показателей преломления прилегающих слоев, чтобы в трехслойной структуре происходило волноводное распространение излучения. Граничные условия для электрического и магнитного полей также выводятся из уравнений Максвелла. Применение этих граничных условий на границах раздела диэлектриков (гетеропереходах) приводит к дисперсионному уравнению, являющемуся уравнением на собственные значения, которое дает набор дискретных значений постоянной распространения. Получающиеся для этих дискретных значений конфигурации электрического и магнитного полей называются модами. [c.33]

ПЛОСКИЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ВОЛНОВОДЫ Гомолазеры [c.44]

Для того чтобы в Трехслойном плоском диэлектрическом волноводе волна распространялась главным образом в центральном слое, он должен иметь диэлектрическую проницаемость, более высокую, чем диэлектрические проницаемости наружных слоев [13]. В гомолазере трудно количественно оценить разность показателей преломления центральной излучающей области и прилегающих пассивных областей. Концентрации примесей, распределение температуры, концентрация инжектированных свободных носителей — все это влияет на профиль показателя преломления. Однако эти влияния малы и, как показано ниже, приводят к изменениям показателя преломления на величину порядка 10" В итоге показатель преломления в центральном слое гомолазера больше показателей преломления окружающих его пассивных областей иа величину 10- . [c.44]

В этой части параграфа из уравнений Максвелла будет получено приведенное волновое уравнение. Маркузе [1, 3] дал полное описание конфигураций поля (мод) в плоском волноводе, и мы, где это возможно, будем придерживаться терминологии и методов вывода, использованных в работах [1, 3]. При ознакомлении с теорией плоского диэлектрического волновода очень-полезна также работа Капани и Бурке [2]. Мы рассмотрим как ТЕ-моды, в которых электрическое поле поляризовано перпендикулярно направлению распространения, так к ТМ-моды, в которых перпендикулярно направлению распространения поляризовано магнитное поле. [c.48]

Рис. 2.5.12,0 показывает влияние молярной доли арсеинда алюминия X на распределение ннтенснвиости света в направлении, перпендикулярном плоскости р — п-перехода, для трехслойного плоского диэлектрического волновода, изображениого иа рис. 2.3.2. Длина волны равна 0,90 мкм (1,38 эВ), Толщина активного слоя, равная 0,2 мкм, постоянна, а меняется состав пассивных областей. На рис. 2,5.12, а видно, что значительное ослабление ограничения происходит при уменьшении X от 0,2 до 0,1. На рис. 2.5.12,6 представлена зависимость ограничения от й для X = 0,3 При уменьшении толщины активного слоя оптическое поле все больше распространяется в слон АЬ.зОзо.уАз, и все меньшая доля общей интенсивности излучения приходится иа активный слой. На рис. 2.5.12, в показано, что в случае больших ё, когда становятся разрешенными моды высшего порядка, при увеличении порядка моды уменьшается доля интенсивности света, приходящаяся на активный слой. Поэтому чем ниже порядок моды, тем больше коэффициент оптического ограничения. [c.70]

Рис. 2.6.13. Зависимость коэффициента оптического ограничения для основноа моды от толщины активного слоя в GaAs—A] Gai As симметричном трехслойном плоском диэлектрическом волноводе, а — зависимость Г от d в области изменения d от 0,05 до 2,0 мкм б— зависимость Г от d в области изме-иення d от 0,0 до 0,1 мкм.

Рис. 2.5.14. Зависимость коэффициента оптического ограничения для основной моды и мод высшего порядка от толщины активного слоя в GaAs—" А1о,зОао.7Аз симметричном трехслойиом плоском диэлектрическом волноводе.

Рис. 2.6.2. Картина, поясняющая фазовое условие, из которого вытекает дисперсионное уравнение для трехслойиого асимметричного плоского диэлектрического волновода сдвиги Гуса —Хэнхена не учитываются, я —траектории лучей б — взаимное расположение траекторий лучей и фазовых фронтов в — геомет )ическая схема для определения оптических длин путей АВ и СР

Рис. 2.6.7. Сравйейие коэффициентов оптического ограиичеиия в симметричном и асимметричном трехслойных плоских диэлектрических волноводах при Ло = 0,90 мкм (1,38 эВ). а — симметричные структуры с х = у = 0,3 и х = = у = 0,2 и асимметричная с х = 0,3, у = 0,2 б — симметричные структуры с X = у = 0,3 и х = у = 0,1 и асимметричная с х = 0,3, у = 0,1.

Рис. 2.9.4. Представление ДГС-лазера с РВ как четырехслонного плоского диэлектрического волновода.

Описано несколько различных подходов к решению волнового уравнения. Наиболее удобная форма дисперсионного уравнения для определения постоянной распространения в симметричных и асимметричных трехслойиых плоских диэлектрических волноводах была получена на основе модели зигзагообразных воли. Коэффициент оптического ограничения, представляющий собой долю энергии моды, заключенную внутри активного слоя. [c.128]

К настоящему времени природа этих явлений изучена достаточно хорошо. Установлено, что резонансное запирание диэлектрических слоев связано с возбуждением в них (как в плоских диэлектрических резонаторах) соответствующих собственных колебаний. Общей закономерностью проявления резонансов в слое является существование четко выраженных частотных зон, где такие резонансы проявляются, и зон, где они не существуют. Необходимым условием их существования является возбуждение в слое высших пространственных распространяющихся гармоник при отсутствии таковых в свободном пространстве. Эти пространственные гармоники — волны Флоке — оказываются как бы запертыми в слое и в этом смысле резонансы в диэлектрическом слое полностью идентичны известным резонансам в многомодовых волноводах 1224, 225, 249, 250]. [c.120]

Для симметричного плоского диэлектрического ДГС — РО-волновода, изображениого на рнс. 2.9.1, границе раздела полупроводник — воздух соответствует г= 0. Волновод бесконечен в направлении оси у, и центр активной области из GaAs лежит в плоскости л = 0. В этой структуре х>у и пз> = [c.104]

В настоящей программе реализован алгоритм вычисления на ЭВМ ЕС-1022 элементов матрицы рассеяния плоского диэлектрического слоя в прямоугольном волноводе. Программа состоит из одного модуля, С помощью оператора 01 ряд переменных объявляется комплексным. Размерности переменных задаются оператором 02. Одномерный массив АА(200) используется для формирования значений Л/Л, одномерный массив 00(7) формирует строку значений Ыа, двумерные массивы НН(200,7) и ТТ(200,7) используются для накопления значений 15п1, 52 и последующего вывода их в виде таблицы. [c.118]

Излучение микрорадиоволн в свободное пространство и их прием осуществляется с помощью антенн. Конетруктивпо антенны могут быть выполнены различно. При дефектоскопии изделий чаще всего используются открытые срезы волноводов и диэлектрические антенны. Для количественной оценки качества контролируемого изделия применяют рупорные антенны, которые обладают более острой диаграммой направленности и создают вблизи раскрыва рупора электромагнитное поле, близкое к плоскому. [c.133]

О. р, встречаются и в природных условиях, причём экранирующие поверхности у них не обязательно хорошо проводящие. Напр., существует бисферич. О. р. Земля — ионосфера. Зе.мля является электропроводящим экраном, а ионосфера — рефракционным (из-за полного внутр. отражения волн). Аналогичные О, р., обычно представляющие собой отрезки волноводов диэлектрических (плоско-параллельных или цилиндрических), встречаются и в тйснике. [c.398]

Задача, раюсмотренная в 45 и 46, (представляет пра кти-ческий интерес в связи с применением металло-пластинчатых линз (см например, 34]). Эти линзы составлены из плоских волноводов, и решение задачи о диффракции в системе, изображенной на рис. 74, позволяет рассчитать коэффициенты отражения и прохождения на границе свободного пространства и металло-пластинчатой линзы подобно тому, как решение задачи о падении плоской волны на плоскую границу диэлектрика дает коэффициенты отражения и прохождения для обычной диэлектрической линзы. [c.242]

Следующим более сложным типом диэлектрического плоского волновода является четырехслойный волновод. Лазеры на четырехслойной гетероструктуре приготовлялись путем создания Р —п-перехода в слое GaAs, заключенном между слоями ALGai As и N — ALGai- As 71]. Такая структура назы-вается гетероструктурой с расширенным волноводом (РВ) [71— 3] она показана на рис. 2.9.4. Как видно на этом рисунке, As-волновод разделяется на тонкую активную область р-типа широкую пассивную область п-типа. Преимущество этой структуры состоит в том, что в ней возрастание толщины вол- [c.107]

Рассмотрим плоскую АР, состояш,ую из конечного числа открытых концов прямоугольных волноводов, одинаково ориентированных и расположенных произвольным образом в бесконечном идеальном проводяш,ем экране. Совместим начало системы координат с металлическим экраном, тогда расположение л-го излучателя будет характеризоваться координатами Хп, Уп (рис. 5.1). Пусть область обозначает пространство внутри волноводов, а область Уг—пространство над решеткой. Рассмотрим случай, когда область заполнена однородной изотропной средой с параметрами 61, хо, а область Уг — средой с параметрами ег, хо (б1,2, хо—диэлектрическая и магнитная проницаемости сред). При этом зависимость установившихся электромагнитных колебаний от времени принимается в виде е , где ю — круговая частота. [c.136]

Детальное изучение волноводно-диэлектрических резонаторов Является важным этапом, предшествующим проектированию запредельных волноводно-диэлектрических фильтров. Из всего многообразия структур, в которых возможны волноводно-диэлектри-- ские резонансы, ниже рассмотрены два простейших случая ди-алектрические неоднородности плоской и цилиндрической формы й прямоугольном волноводе. Выбор таких структур продиктован 1вумя обстоятельствами во-первых, конструктивной простотой резонансного звена во-вторых, возможностью создания в корпусах СВЧ микросхем запредельных областей прямоугольной формы. Последние легко осуществить за счет установки в корпусе дополнительных металлических перегородок. В результате оказывается осуществимой идея сопряжения устройств на запредельных волноводно-диэлектрических структурах с широко распространенными микррполосковыми устройствами СВЧ, что значительно расширяет- нх функциональные возможности [c.9]

Известны различные модификации запредельных волиоводно-диэлектриче-ских резонаторов с плоским слоем. Так, в работах [25, 27, 28] описаны резонаторы, содержащие прямоугольный волновод с диэлектрическим слоем и работающие в режиме двухполюсника. В работах [26, 29] рассмотрены резонаторы аналогичных типов, работающие в режиме четырехполюсника. Поперечное сечение резонатора может быть и цилиндрической формы [30, 72]. [c.10]

Запредельные волноводно - диэлекгриче-ские фильтры с плоскими слоями. На рис. 4.9а приведена экспериментальная зависимость. затухания от частоты двухзвенного фильтра радиорелейного диапазона 11 ГГц [122]. Диэлектрические СЛОЙ выполнялись из материала 22 ХС (е = 9.4) и имели размеры 2Х ХЗ,4Х7,2 мм , сечение регулярного волновода 3,4X23 мм, сечение за- [c.96]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...