2. Измерение эффективных показателей преломления с помощью призменного элемента связи.

На рис.2 показан принцип работы призменного элемента ввода излучения в волновод. Призма изготавливается из прозрачного материала с показателем преломления n_p, большим возможного показателя преломления измеряемой пленки. Плоская волна, падающая под углом на границу раздела призма – покровный сой (как правило воздух или иммерсионная жидкость), испытывает полное внутреннее отражение, если угол удовлетворяет следующему условию:

> _c = Arcsin(n_c/n_f), (3)

где _с – критический угол полного внутреннего отражения.

Рис.2. Схема призменного элемента ввода излучения в планарный волновод.

При выполнении условия (3) суперпозиция падающей волны и волны, испытавшей полное внутреннее отражение, дает стоячую волновую волну вдоль вертикальной оси X = 0 поле экспоненциально затухает вдоль Х.

Если поверхности призмы и пленки (оптического волновода) достаточно близко приблизить друг к другу (на расстоянии порядка долей микрона), то оптическая энергия из области призмы будет предаваться через тонкий зазор в область пленки с помощью туннельного эффекта. Согласно теории слабой связи условием возбуждения моды в волноводе является фазовое согласование полей в призме и пленке: n_p sin = N.

В случае возбуждения планарного волновода, т.е. когда энергия из призмы перекачивается в пленку, на экране (Рис.2.) наблюдается темная линия, называемой m–линией. Каждая из таких m–линий соответствует возбуждаемой в планарном волноводе моде с определенным номером m = 0, 1, 2, ... поляризация ТЕ или ТМ.

Очевидно, что появление m–линий соответствует строго определенным дискретным значениям углов _m и соответственно углов падения на призму _m. Измерив углы падения _m, , согласно закону преломления света Снелиуса и условию (3) рассчитываются эффективные показатели преломления волновых мод:

N_m= n_psin[ ] (4)

где - преломляющий угол призмы.

3. Схема измерений методом модовой спектроскопии (m – спектроскопии).

На рис.3. изображена оптическая схема измерений эффективных показателей преломления влновых мод. Она состоит из лазера

7

Рис.3. Оптическая схема измерений методом модовой спектроскопии; 1 – лазер; 2 – линза–расширитель пучка; 3 – поляризатор; 4 – щелевая диафрагма; 5 – коллиматор; 6 – фокусирующая линза; 7 – устройство прижима призмы к образцу; 8 – призма; 9 – исследуемый образец; 10 – экран; 11 – плоскость столика гониометра с устройством крепления и перемещения призмы.

(используется He – Ne лазер, длина волны излучения = 633 нм), расширителя пучка, коллиматора, поляризатора, щелевой диаграммы, фокусирующей линзы, призмы (призма из фосфида галлия с n_p = 3,326 и преломляющим углом 45⁰; величину преломляющего угла уточнить у преподавателя), устройства крепления призмы и прижима к ее контактной грани образца и их линейного перемещения в плоскости поворотного столика гониометра, а также экрана для наблюдения m – линий.