Лабораторные работы по сапр веамprop
жүктеу/скачать 0,87 Mb.
|
labbeam11 (1)
- Бұл бет үшін навигация:
- Перед началом работы изучить описание САПР BeamPROP.
| Лабораторная работа №5.
Исследование многослойной структуры Х-образного планарного ответвителя. Цель работы: Изучение программного пакета САПР BeamPROP (демоверсия). Изучение принципов распространения излучения в планарной многослойной структуре. Исследование характеристик Х-образного планарного ответвителя. Приборы и принадлежности: Автоматизированное рабочее место на базе компьютера с установленным программным обеспечением. 3. Теоретическая часть. Х-образный планарный ответвитель является элементом электрооптического интегрально-оптического модулятора переключающего типа (рис.1). Рис.1. Оптический модулятор или переключатель с полным внутренним отражением. Он представляет собой два скрещенных одномодовых канальных оптических волновода с углом пересечения (обычно < 10). Для уменьшения потерь мощности область пересечения погруженных канальных волновода выполняют с увеличенным показателем преломления 2n+n0, где n=n1-n0. Потери мощности в таком волноводном пересечении обусловлены в основном отражением направляемых волн на границе раздела сред с различными показателями преломления. Углы пересечения трехмерных оптических волноводов могут быть как больше, так и меньше критического угла кр полного внутреннего отражения. Для построения переключателей и коммутаторов на пересекающихся оптических волноводах представляют интерес малые углы пересечения <</2. При разработке оптических интегральных схем с разветвленным волноводным трактом могут использоваться углы пересечения /2. Основная мода в одном из плеч разветвителя в области пересечения волноводов из-за их связи возбуждает симметричную и асимметричную моды пересекающихся волноводов, которые имеют разные постоянные распространения. Их разность определяет мощность мод в обоих выходных волноводах: где - длина электродов переключателя, W – ширина волновода. Электрооптическим эффектом называется изменение показателя преломления, изменение поглощения (электропоглощение) или изменение рассеяния, вызванное приложением электрического поля к веществу, через которое распространяется свет. Приложив напряжение U к электродам, с помощью электрооптического эффекта можно управлять и тем самым переключать мощность в выходных волноводах. Расчеты показывают, что в переключателе на Ti:LiNbO3 – волноводах при W=3 мкм, =0,60, n=6*10-3, L=1 мм и зазоре между электродами d=1 мкм на длине волны =1,3 мкм для полного переключения оптической мощности требуется напряжение переключения Uп=2,5 В, при этом защищенность между выходными каналами переключателя от переходных влияний составляет –30 дБ. Переключатели на Х-образных пересекающихся волноводах могут быть выполнены на основе многомодовых трехмерных волноводов. В этом случае переключатель работает как электрооптически управляемый отражатель. В таком переключателе распределение полей мод имеет более сложный характер, а уровень перекрестных помех между каналами возрастает. Анализ пересечений многомодовых трехмерных волноводов обычно проводят в приближении геометрической оптики, что оправдано уже при числе мод М свыше 10. Если имеется область с повышенным показателем преломления, распределение мощности между выходными волноводами определяется в основном границей выхода из области пересечения, где для некоторых направлений лучей выполняется условие полного внутреннего отражения. При кр распределение мощности между волноводами становиться симметричным и Т4=1-Т31/2. Критические углы полного внутреннего отражения для канальных волноводов вне и в области их пересечения практически совпадают: Т3 и Т4 – коэффициенты передачи мощности. 4. Практическая часть. Перед началом работы изучить описание САПР BeamPROP. Двойным щелчком открыть BeamDEMO. Загрузить модель Х-образного ответвителя (переключателя) C:\BEAMDEMO\EXAMPLES\ Xcouple.ind используя меню File \ Open или соответствующую кнопку. Упражнение 1. Исследование проходящего излучения в волноводе многослойного типа. В работе исследуется Х-образный ответвитель, каждое плечо которого состоит из трех слоев расположенных на подложке, сверху находится покрытие. Структура ответвителя изображена на рис.2(а, б).
Открыть глобальные установки , записать в тетрадь параметры ответвителя. Открыть редактор слоев, записать параметры каждого слоя – 0-го, 1-го, 2-го. Н1 – высота первого волноводного слоя, Н2 – высота второго волноводного слоя, Нgap – высота слоя между волноводами. (Transparent – прозрачный). Открыть символьный стол. Записать параметры ответвителя в тетрадь. Записать параметры каждого плеча ответвителя, для этого стрелку мыши установить на нужном плече ответвителя и нажать правую кнопку мыши. 2. Установить мониторы проверок. Нажать кнопку выбора пути , посмотреть все пути, по которым распространяется излучение, затем нажать кнопку «Monitors…» - устанавливаем параметры, которые необходимо рассчитать. Затем кнопка «New» - будет указан номер монитора, номер пути и параметры, которые надо рассчитать. Рассчитываемые параметры будут показаны на графиках разными цветами. Следует установить для пути №1: монитор номер 1. Monitor Type: Total Power Снова нажать кнопку «New» - монитор номер 2. Monitor Type: Fiber Mode Power. Monitor Mode: 0 Снова нажать кнопку «New» - монитор номер 3. Monitor Type: WG Power. Для следующего пути №2. Снова нажать кнопку «New» - монитор номер 4. Monitor Type: Slab Mode Power. Monitor Mode: 0 Снова нажать кнопку «New» - монитор номер 5. Monitor Type: WG Power. Установить параметры излучения. Кнопка «Launch…» . Одномодовый режим излучения. 0 – мода. Launch Pathway: 1 Launch Type: Fiber Mode. Launch Tilt: Yes. Launch Mode: 0 Launch Position Y: H1/2. Запустить имитационную программу . Установить Display Mode в позицию Slice или Contour Map (XZ). Для наглядности можно просмотреть Contour Map (XY). Получить графики, зарисовать в тетрадь. Исследовать мощность проходящего излучения в Х-образном ответвителе многослойного типа в зависимости от: ширины волноводов; высоты волноводов; угла между волноводами; длины волны излучения; показателя преломления подложки. Построить графики зависимости мощности распространяющегося излучения по пути PWG и мощности основной моды P0 от изменяемых параметров. Нарисовать ответвитель с учетом расположения слоев, показать путь распространения света. Для этого в символьном столе (кнопка, или внутри имитационной программы) изменять Н1 и Н2 от 2 до 7 мкм с шагом 1. Общая высота системы height = H1 + H2 + Hgap – установить в соответствии с высотой слоев. Изменять ширину слоев width от 2 до 7 мкм с шагом 1. Изменять угол между слоями (волноводами) Angle 1; 1.25;1.5; 2. Изменять длину волны Free Space Wavelength 0.63; 0.85; 1.2. Изменять показатель преломления подложки Background index 1.45; 1.8; 2.2. Значение 2.2 соответствует показателю преломления LiNbO3. Отчет должен содержать: Название работы, цель работы, входные и изменяемые параметры волокна, рисунки, графики, ответы на контрольные вопросы. Контрольные вопросы. 2. Какова структура X – образного планарного ответвителя? 3. Как распространяется излучение по X–образному направленному ответвителю? 4. Какие параметры ответвителя и как влияют на проходящее излучение? 5. Что такое электрооптический эффект. 6. Как рассчитывают потери излучения в ответвителе? 7. Объяснить графики, полученные в ходе выполнения работы. Литература 1.А.Снайдер, Дж. Лав. Теория оптических волноводов. Пер. с англ.-М.: Радио и связь, 1987.- 656с., ил. 2. Волоконная оптика и приборостроение. Под ред. М.М.Бутусова.-Л.: Машиностроение, 1987.-328с., ил. 3. Дж.Гауэр. Оптические системы связи. Пер. с англ.-М.:Радио и связь,1989.-502с., ил. 4. Дональд Дж. Стерлинг. Техническое руководство. Волоконная оптика. Пер. с англ.-М.: Лори, 1998.-288с., ил. 5. Интегральная оптика. Под ред. Т.Тамира. Пер. с англ.-М.:Мир, 1978.-344с., ил. 6. А.С.Семенов, В.Л.Смирнов, А.В.Шмалько. Интегральная оптика для систем передачи и обработки информации. - М.:Радио и связь, 1990.-225с., ил. жүктеу/скачать 0,87 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|