 |
|
Эффект Гуса – Хенхена
В 1947 году Гусом и Хенхеном было установлено, что ПВО волны от границы раздела двух диэлектриков происходит не в точках A,B,C, как показано на рисунке 3.5, а в некоторой области пространства, расположенного в слое с АПП=n0, (в соответствии с рисунком 3.6). Глубина проникновения волны (в слой с АПП=n0) h » l, где l – длина волны в указанном слое. На рисунке 3.7 показан один из вариантов взаимного расположения векторов 
в электромагнитной волне в процессе отражения света.
Рисунок 3.6 – Суть эффекта Гуса – Хенхена
Вектор напряженности магнитной компоненты поля 
принадлежит плоскости рисунка, ортогонален вектору фазовой скорости волны 
и вектору 
. Вектор 
линейно поляризован в плоскости, ортогональной плоскости рисунка.
Волна, соответствующая рисунку 3.7, носит название ТЕ моды оптического излучения. Смысл ТМ моды поясняет рисунок 3.8. В данном случае, вектор 
направлен от плоскости рисунка ортогонально плоскости рисунка. В обоих случаях ТЕ и ТМ – мод, взаимное расположение векторов 
подчиняется правилу правого винта.
Если длина траектории волны в верхнем слое ПОВ равна S (в соответствии с рисунком 3.6), фаза волны в окрестности точки A получает приращение пространственной компоненты на величину
. (3.4)
Если вектор 
волны, распространяющейся в волноводном слое, поляризован ортогонально плоскости рисунка 3.7 (ТЕ – мода), величину 
можно представить в виде
. (3.5)
Рисунок 3.7 – ТЕ мода Рисунок 3.8 – ТМ мода
Если вектор поляризован в плоскости рисунка 3.8 (ТМ – мода), величина
, (3.6)
где jm – квантовое значение угла j2> 
, показанного на рисунке 3.3, а.
3.6 Условие поперечного резонанса для планарного волновода
Заметим, что по оптическим волноводам распространяются не «лучи» а световые пучки конечной ширины. На рисунке 3.9 показан механизм двойного переотражения одного из таких пучков в режиме ПВО.
Согласно рисунка 3.9, волна 1 в точке D и волна 2 перед отражением от границы nС ® n0 в точке A имеют одинаковые фазы, поскольку принадлежат одному волновому фронту AM.
При распространении волны 1 по траектории DC она получает приращение пространственной компоненты фазы
(3.7).
Рисунок 3.9 – Механизм двойного переотражения одного пучка в режиме ПВО
Волна 2, распространяясь по траектории ABC, получает приращение фазы
, (3.8)
где dА = dB = d, и определяется формулами (3.5) и (3.6), в зависимости от поляризации волны.
Разность приращений пространственных компонент фаз (3.7) и (3.8)
. (3.9)
В установившемся режиме распространения света по волноводу волны типа 1 и 2 интерферируют в точке С.
Условие непогашения волн 1 и 2 в точке C аналогично условию интерференционных максимумов, которое имеет вид
(3.10)
Выражая DC, AB, BC через толщину волноводного слоя d и проводя элементарные тригонометрические преобразования, получаем условие поперечного резонанса для планарного волновода из формул (2.7 ¸ 2.10) в виде
, (3.11)
где m = 0, 1, 2, 3…
Угол jm имеет индекс m, поскольку он квантован согласно (3.11) (то есть не может иметь произвольные значения).
Планарные волноводы широко применяются в современных оптических трактах связи. Они являются компонентами полупроводниковых оптических квантовых генераторов, модуляторов света и оптических переключателей.