ИНТЕГРАЛЬНО-ОПТИЧЕСКИЙ ПОЛЯРИЗАЦИОННЫЙ РАСЩЕПИТЕЛЬ

Предлагаемое устройство относится к оптическим поляризационным элементам. Известен интегрально-оптический расщепитель на основе интерферометра Маха-Цендера, в котором временная задержка оптического сигнала при прохождении плеч интерферометра поляризационно чувствительна. Одно из плеч интерферометра обладает выраженным модовым двулучепреломлением. В качестве анизотропного материала, определяющего поляризационные характеристики всего устройства, служит нитрид кремния, из которого формируется часть волноведущего слоя в одном из плеч. (Shani, Y. Four-port integrated optic polarization splitter [Текст] / Y.Shani, C.Henry // Appl. Optics. - 1990. - Vol.29, №3. - P.337-339).
Недостатком данного устройства является использование составного волновода с разнотипными материалами сердцевин, при изготовлении которого технологически сложно получить согласование постоянных распространения волноводных мод. В данном расщепителе в случае рассогласования волноводных мод в состыкованных друг с другом каналах возникают потери мощности оптического излучения и возможна неполная перекачка энергии из канала в канал.
Целью предлагаемого устройства является разделение ТЕ и ТМ поляризованных волноводных мод в оптических системах передачи и обработки информации.
Цель достигается тем, что в одном из плеч интегрально-оптического интерферометра Маха-Цендера формируется модовая анизотропия за счет нанесения металлической пленки и диэлектрического буферного слоя на поверхность волновода для организации различия времени прохождения ТЕ-мод и ТМ-мод.
В результате проведенного математического анализа было доказано, что предлагаемое устройство позволяет пространственно разделить волноводные моды с ортогональной поляризацией.
На рисунке 1 изображено устройство поляризационного расщепителя для систем связи. Устройство содержит стеклянную подложку, на которой находится микроволноводный интерферометр Маха-Цендера, состоящий из входного и выходного разветвителей и двух плеч одинаковой длины. Поверх одного из плеч интерферометра наносятся буферный диэлектрический слой и металлическая пленка.
Устройство работает следующим образом. Оптическое излучение от лазера вводится на вход интерферометра, с помощью входного разветвителя оно разделяется на два луча одинаковой интенсивности. За счет нанесения металлической пленки в одном из плеч интерферометра в волноводе формируется анизотропная среда, при прохождении которой ТЕ и ТМ поляризованные волны имеют различную фазовую скорость. Анизотропия не изменяет скорость ТЕ-волны и ее время распространения по обоим плечам интерферометра будет одинаково. ТМ поляризованная волна в плече интерферометра с металлической пленкой будет распространяться с более низкой фазовой скоростью. Металлическая пленка будет неизбежно поглощать часть мощности излучения, избежать поглощения ТМ поляризованной волны возможно только за счет введения буферного слоя между волноведущим слоем и металлом, а также путем варьирования толщины самой металлической пленки. На выходе интерферометра лучи, проходя через второй разветвитель, образуют интерференционную картину, которая будет зависеть от вносимого сдвига фазы. Если сдвиг фазы составляет 180°, то вся мощность входного сигнала будет выведена в выходной порт №1; если сдвиг фазы составляет 0°, то, наоборот, сигнал будет выведен через порт №2. Длина металлической пленки может быть подобрана так, что для ТМ-волн вносимый сдвиг фаз между волнами на выходе интерферометра будет составлять 180°. Для ТЕ поляризации сдвиг фазы между волнами на выходном разветвителе будет равен 0°. Таким образом, ТЕ-волна и ТМ-волна будут разведены по разным выходным портам поляризационного расщепителя.
Реализация поляризационного расщепителя на основе эффекта плазменного резонанса позволяет управлять фазовой скоростью ТМ-поляризованных волн. Использование металлодиэлектрических канальных волноводов в стекле дает возможность создать простой и эффективный интегрально-оптический поляризационный расщепитель для пространственного разделения различных поляризационных компонент оптического излучения.