Cấu trúc đơn mode cho tín hiệu microwave/millimeter-wave sử dụng ống dẫn sóng hình chữ nhật có khoảng tần số đƣợc xác định khi sử dụng tần số cắt của mode TE10 và TE20 nhƣ sau:
f (2.15)
=
Cao Văn Lợi - D08VT3 26
=
(2.17) trong đó là tần số cắt của mode TE10, là tần số cắt của mode TE20, a là chiều dài của mặt cắt ngang, c là vận tốc ánh sáng trong chân không, n3 là chỉ số chiết suất của tín hiệu microwave/millimeter-wave trong tinh thể LiTaO3 đƣợc trình bày cụ thể hơn trong phần cấu trúc thiết bị. Thiết kế kích thƣớc thích hợp của mặt cắt ngang (a b), ống
dẫn sóng hình chữ nhật chỉ hỗ trợ mode TE10 hoạt động trong khoảng tần số thiết kế đƣợc biểu diễn nhƣ hình sau:
Hình 15. Sự phân tán đường cong trong ống dẫn sóng hình chữ nhật. Kích thước mặt cắt ngang được thiết kế là a b = 2.0 0.4 mm2
Cấu trúc dẫn đơn mode cho tín hiệu microwave/millimeter-wave đƣợc tạo ra là một trọng điểm để có đƣợc hiệu suất chuyển đổi cao. Nếu thiết bị không đƣợc thiết kế nhƣ là một cấu trúc dẫn đơn mode tại các dải tần số hoạt động, tín hiệu microwave/ millimeter- wave đƣợc tạo ra có thể đƣợc ghép tới đa mode, những tín hiệu đƣợc truyền với các hằng số pha khác nhau. Sau đó, trong trƣờng hợp không hợp pha tín hiệu sẽ khó bù giữa hai sóng ánh sáng và microwave/millimeter đã đƣợc tạo, và có thể điều chỉnh đáp ứng ra của tín hiệu. Kết quả là, mức độ tín hiệu tạo ra trở nên nhỏ.
Để sử dụng các hệ số phi tuyến lớn nhất của LiTaO3, các sóng ánh sáng đƣợc thiết lập để đƣợc phân cực dọc theo trục z của tinh thể. Chúng ta cũng đặt trên trục z song song
Cao Văn Lợi - D08VT3 27
với tinh thể. Vì vậy, tín hiệu microwave/millimeter-wave đƣợc tạo ra bởi DFG với hệ số d33 là phân cực theo hƣớng z và nó sẽ ghép tới mode TE của ống dẫn sóng hình chữ nhật. Bằng cách thiết kế kích thƣớc thích hợp (a b), ống dẫn sóng hình chữ nhật chỉ hỗ trợ hoạt động ở TE10 trong dải tần số đƣợc thiết kế biểu diễn nhƣ Hình 15.
Ví dụ, khi thay đổi kích thƣớc của ống dẫn sóng hình chữ nhật ở một giá trị khác với tần số thiết kế là 30 GHz ta sẽ tạo ra một khoảng đơn mode sau:
Hình 16. Sự phân tán đường cong trong ống dẫn sóng hình chữ nhật. Kích thước mặt cắt ngang được thiết kế là a b = 1.2 0.4 mm2
Giữa hai sóng ánh sáng và tín hiệu microwave/millimeter-wave đƣợc tạo ra có mối quan hệ về pha đƣợc thể hiện qua giá trị của . Chúng ta xét trƣờng hợp đơn giản khi = 0 tƣơng ứng với tần số thiết kế là 15 GHz. Khi đó, theo phƣơng trình (2.8) ta có:
= jK3 A1 A*2 (2.18) Hệ số hiệu dụng cho tín hiệu microwave/millimeter-wave đƣợc tạo ra là:
Cao Văn Lợi - D08VT3 28 = n3√ ( ) (2.19) với fcmn = = √( ) ( ) (2.20) trong đó c là vận tốc ánh sáng trong chân không, là hệ số hiệu dụng cho tín hiệu microwave đƣợc tạo ra ghép với mode TE10 và là chỉ số nhóm của các sóng ánh sáng , đƣợc xác bởi = c / .β và tƣơng ứng là các hằng số pha và tần số góc của sóng ánh sáng.
Biên độ trƣờng của tín hiệu microwave/millimeter-wave đƣợc tạo ra dọc theo hƣớng hoạt động y tại vị trí Lt tính theo công thức:
A3(Lt) = ∫ ( ) (2.21)