Призмовий елемент введення-виведення

Призмовий елемент введення-виведення широко застосовується в лабораторній практиці.

В основі роботи призмовго елемента введення-виведення полягає той факт, що при явищі повного внутрішнього відбивання відбита хвиля занурюється в межуюче середовище. Схему роботи елемента наведено на рисунку 3.1.1

Розташуємо призму біля поверхні хвилеводу на невеликій відстані . Направимо на призму під деяким кутом лазерний пучок. Причому кут між пучком і нормаллю до поверхні призми такий, що реалізується повне внутрішнє відбивання пучка від нижньої поверхні призми. При цьому в зазорі між призмою та хвилеводом утворюється стояча хвиля (мода призми) з константою розповсюдження . Якщо – достатньо малий зазор (близько декількох десятих довжини хвилі), то можна стверджувати, що, якщо б у хвилеводі розповсюджувалася певна мода , її “хвіст” теж знаходився б у проміжку і перекривався з хвостом моди . При цьому повинна виконуватися умова синхронізму між цими модами (збігання фазових швидкостей):

. (3.1.1)

Тоді хвіст хвилі, яка утворилася в призмі починає «перекачуватися» в хвилевід. Образно кажучи, хвилі однаково куди повертатися в призму, чи в хвилевід.

Природно, що коефіцієнт ефективності введення випромінювання залежить від величини зазору. Чим більше , тим менше ефективність введення.

– довжина зв’язку, обмежена розмірами призми. , яка необхідна для повної перекачуванни енергії визначається співвідношенням:

, (3.1.2)

де – так званий коефіцієнт зв’язку мод, який залежить від показників заломлення призми, хвилеводу, матеріалу та величини зазору. Для досягнення ефективного зв’язку (100-відсоткового введення випромінювання у хвилевід) величина повинна бути підібрана так, щоб не допустити перевипромінювання моди хвилеводу знову до призми. Якщо довжина контакту між призмою та хвилеводом більше ніж , яка визначається виразом (3.1.2), почнеться зворотний процес перекачування енергії з хвилеводу до призми.

До недоліків призмового елементу введення-виведення можна віднести, те, що матеріал, з якого зроблена призма повинен, як правило, мати показник заломлення , більший ніж показник заломлення хвилевідного шару. Це випливає з наступного. На практиці, дуже часто показник заломлення підкладенки близький до показника хвилевідного шару (наприклад, дифузійні хвилеводи). В такому випадку хвилевідні моди розповсюджуються практично вздовж поверхні хвилеводу ( ) і . Тоді з (3.1.1) випливає, що оскільки то .

Здебільшого всього призму виготовляють з рутилу ( ) або з монокристала фосфіду галію ( ).