Модулятори-перемикачі на основі ефекту тунельної перекачуванни світла, або модулятори-перемикачі на зв’язаних хвилеводах

Основу електрооптичних модуляторів-перемикачів на базі зв’язаних хвилеводів складають два (або більше) близько розташованих паралельних керованих хвилеводи. На рисунку 4.1.2, представлений модулятор-перемикач X-типу. При збудженні одного з них у процесі розповсюдження випромінювання відбувається перерозподіл енергії між хвилеводами, який залежить від прикладеної до керуючих електродів напруги. Суть явища перерозподілу енергії полягає в наступному. Якщо хвилеводи розташовані на невеликій відстані , то хвости хвилевідних мод, які виходять за межі хвилеводів, перекриваються. Отже, виникає розподілений зв’язок між полями хвилеводів. Такий розподілений зв’язок має низку унікальних властивостей. Насамперед, це те, що для його виникнення не потрібні інші конструктивні елементи. Треба тільки зсунути хвилеводи на достатньо малу відстань. Зв’язок такого типу має неперервний характер. Наприклад, якщо змінювати відстань між хвилеводами вздовж структури, отримаємо в кожному місці свій коефіцієнт зв’язку. Це дозволяє формувати складні інтегрально-оптичні пристої, наприклад, на одній хвилевідній лінії формувати модулюючі пристрої з різним функціональним призначенням.

Еомплексні амплітуди електричного поля змінюється у хвилеводах за закономірністю:

, (4.1.4)

де – коефіцієнт зв’язку. Спочатку енергія з хвилеводу 1 перекачується в хвилевід 2, а потім починається обернений процес.

Отже, у системі з двох хвилеводів виникає щось подібне до коливного процесу.

Повна перекачування енергії між хвилеводами відбувається на так званій довжині зв’язку . Якщо на довжині відбувається повна перекачування енергії, то такий стан системи називається схрещеним. Якщо, перекачування енергії не відбувається і світло виходить з того ж самого хвилеводу, в який поступало, то такий стан системи називають паралельним.

Відзначимо, що як випливає з (4.1.4) фази випромінювання в хвилеводах зсунуті на .

Додамо, що 100-відсоткова ефективність перекачування відбувається лише у випадку, коли константи розповсюдження мод в обох хвилеводах абсолютно узгоджені. Відповідно товщини та коефіцієнти заломлення хвилеводів повинні ретельно контролюватися.

Головний недолік таких елементів – неможливість на практиці реалізації 100 % ефективності. Наприклад, неможливе виготовлення хвилеводів з довжиною, яка точно дорівнює . Проте схему можна зробити двосмуговою і одночасно змінювати асиметрично параметри у двох хвилеводах. Окрім цього, напругу можна подавати на таку схему на різні лінії з різною полярністю. Тоді в одному хвилеводі показник заломлення буде збільшуватися, а в другому – зменшуватися.

. (4.1.5)

Отже, маємо відносну зміну константи розповсюдження удвічі більшу, ніж у системі з одним електродом.

На рисунку 4.1.3 представлений Y-розголужувач, якій працює за аналогічним принципом, але перекачування енергії хвилі відбувається одночасно у два канали.