Хвилевідні фільтри на основі явищ аномального відбивання пропускання

Звернемося до рисунка 5.1.5, на якому зображений хвилевід з одною границею промодульованою дифракційною решіткою. Нехай період решітки такий, що за границею середовищ покривний шар–хвилевід може існувати лише один дифракційний порядок. Відповідно в покривному шарі може існувати лише один (нульовий) порядок.

Тоді після взаємодії початкової хвилі з решіткою маємо такі процеси:

1. Дифракція порядку на пропускання (поле ).

2. Дифракція порядку у хвилевід.

3. Дифракція порядку на відбивання (поле ).

4. Відбивання хвилевідної хвилі від нижньої границі.

5. Дифракція хвилевідної хвилі у порядок на відбивання. Цей порядок розповсюджується в тому самому напрямку, що й порядок і формує поле .

6. Дифракція хвилевідної хвилі у порядок у покривне середовище. Цей порядок розповсюджується в тому ж напрямку, що і порядок і формує поле .

Додамо, що згідно з пунктом 2.3. у хвилеводі встановлюється деяке стаціонарне поле.

Можна показати, що для ідеального хвилеводу та напрямку опромінення, яке збігається з напрямком збудження хвилевідних мод, поля і однакові за амплітудою, але розрізняються за фазою на . Водночас поля і , які теж розповсюджуються в одному напрямку, однакові за фазою.

Отже, в результаті інтерференційного сумування поле в підложці має нульову амплітуду, а в покривному шарі навпаки підсилюється. Таке явище отримало назву аномального відбивання-пропускання. Якщо, змінювати довжину хвилі, то таке явище наступає при іншому куті освітлення структури.

Типові залежності коефіцієнтів відбивання та пропускання для такої структури наведені на рисунку 5.1.6.
Крива 1 – крива залежності інтенсивності випромінювання, яке пропущено структурою. Крива 2 – крива залежності інтенсивності відбитого випромінювання від структури. Стовідсоткове відбивання (поглинання) спостерігається для кута .

Напівширина області, в якій спостерігається явище аномального відбивання, пропускання залежить від глибини модуляції решітки. Чим менше глибина модуляції, тим вужче крива. Якщо структуру освітлювати поліхроматичним випромінюванням, то напівширина спектральної лінії, яку можна виділити за допомогою такого фільтра може бути дуже вузькою і за порядком збігатися з подібною характеристикою для інтерференційних фільтрів, тобто не перевищувати 20 .

Подібне явище спостерігається і для неідеального хвилеводу та решітки, яка формує більше ніж один дифракційний порядок, але загашення і підсилення відбуваються не в повному обсязі.