2.3.3.1 .Thiết bị đo Prism Coupler 2010
3.1. Nguyờn lớ hoạt động linh kiện chia quang 1xN
Hỡnh 3.1 minh họa mụ hỡnh chip chia cụng suất quang 1x2, bao gồm dẫn súng kờnh thẳng W0 được nối với hai dẫn súng kờnh thẳng W1, W2 qua dẫn súng kờnh uốn cong S1. Cỏc kờnh dẫn súng (W0, S1, S2, W1, W2) cú độ rộng và chiều dày kờnh bằng w, khoảng cỏch hai kờnh W1 và W2 bằng h, gúc giữa hai kờnh uốn cong S1và S2 bằng α và bỏn kớnh uốn cong lần lượt R1, R2. Hoạt động linh kiện chia quang cú thể phõn tỏch hai quỏ trỡnh: 1) quỏ trỡnh dẫn súng trong kờnh thẳng W0 2) quỏ trỡnh dẫn súng trong cỏc kờnh uốn cong S1, S2 và cỏc kờnh thẳng W1, W2. Tại mỗi quỏ trỡnh cần thoả món điều kiện dẫn súng nhất định thỡ quỏ trỡnh dẫn súng mới xảy ra và hiệu suất truyền dẫn ỏnh sỏng mới cao.
Hỡnh 3.1. Mụ hỡnh chip chia cụng suất quang 1x2.
3.1.1. Dẫn súng kờnh thẳng
Để ỏnh sỏng lan truyền trong dẫn súng kờnh thẳng, W0, W1, W2 cần thỏa món[12,19,25]:
Chiết suất của cỏc kờnh dẫn thẳng bằng no, lớn hơn chiết suất mụi trường xung quanh (n3) và gúc tới của tia sỏng trong kờnh dẫn lớn hơn gúc tới hạn phản xạ toàn phần tại mặt phõn cỏch mụi trường giữa kờnh dẫn và mụi trường xung quang.
Tạo ra súng dừng trong kờnh dẫn súng thẳng và số mode dẫn trong kờnh lớn hơn hoặc bằng 1. W2 W1 W0 α R1 w h S1 S2 R2
3.1.2. Điều kiện chia cụng suất quang
Ánh sỏng khi lan truyền được trong phần dẫn súng thẳng W0 và đến dẫn súng uốn cong S1, tại đõy cú hai trường hợp xảy ra [13,16,17,30,39,42,47,54]:
Ánh sỏng ―chệch‖ khỏi kờnh dẫn súng và lọt vào mụi trường xung quanh, dẫn đến sự tổn hao do uốn cong. Điều này thường do kờnh dẫn súng uốn cong cú bỏn kớnh cong nhỏ hoặc do gúc chia kờnh (α) lớn nờn làm cho phương truyền súng bị uốn ―mạnh‖, dẫn đến gúc phản xạ toàn phần trong kờnh dẫn thay đổi mạnh và nhỏ hơn gúc tới hạn.
Khi bỏn kớnh cong đủ nhỏ hoặc gúc chia đủ nhỏ thỡ ỏnh sỏng đến phần rẽ nhỏnh sẽ chia rẽ trờn hai kờnh dẫn súng.
Giả sử ỏnh sỏng được chia ra trờn hai nhỏnh và khụng tớnh sự tổn hao do uốn cong của dẫn súng, cụng suất trờn cỏc nhỏnh này được tớnh như sau [1-8].
MCF MCF in e e P P 1 1 (3.1) MCF in e P P 1 1 2 (3.2)
Trong đú MCF (Mode Conversion Factor) là hệ số chuyển đổi mode, được tớnh:
2 2 2 2 2 1 3 ) tan( n n n n MCF (3.3)
Trong đú n1, n2 lần lượt là chiết suất trờn hai nhỏnh S1, S2, nlà chiết suất trung bỡnh hai nhỏnh (n = (n1+n2)/2), α gúc giữa hai nhỏnh, n3 là chiết suất mụi trường bao quanh chip chia cụng suất.
Khi MCF >> 0.47 thỡ chờnh lệch chiết suất giữa hai nhỏnh đủ lớn và khi đú xảy ra hiện tượng chuyển đổi Mode dẫn súng tức ỏnh sỏng cú xu hướng lan truyền sang kờnh dẫn súng cú chiết suất lớn hơn. Lỳc này linh kiện chia quang 1x2 đúng vai trũ như một linh kiện khoỏ quang.
Khi MCF < 0.47 thỡ cụng suất ỏnh sỏng chia đều trờn hai nhỏnh dẫn súng.
Lỳc này chip chia 1x2 đúng vai trũ như một linh kiện chia cụng suất quang. Vậy MCF < 0.47 là điều kiện quan trọng trong linh kiện chia cụng suất quang.
3.1.3. Tổn hao trong dẫn súng chia cụng suất quang 1x2 (PS1x2)
Tổn hao quang trong dẫn súng PS 1x2 bao gồm tổn hao lan truyền và tổn hao do bức xạ tại kờnh dẫn súng uốn cong. Tổn hao lan truyền như đó được trỡnh bày trong chương 2 bao gồm 3 dạng: tổn hao do hấp thụ, do tõm tỏn xạ, do tỏn xạ bề mặt. Tổn hao do bức xạ tại phần uốn cong trờn kờnh dẫn súng sinh ra do sự uốn cong kờnh dẫn súng nờn gúc giữa phương lan truyền ỏnh sỏng và trục của
dẫn súng thay đổi. Sự thay đổi gúc như đó chứng minh trong chương 1 sẽ làm thay đổi cấu trỳc mode của dẫn súng, cỏc mode bậc cao sẽ bị khỳc xạ và đi vào mụi trường xung quanh của kờnh dẫn súng sinh ra sự tổn hao do bức xạ.