Hajautettu takaisinkytkentä optisissa planaarirakenteissa

Abstract

Tiedonsiirtonopeuksien kasvu on asettabut vaikeuksiakoherenttien optisten järjestelmien kehittämiseen. Nämä järjestelmät edellyttävät lähetinkomponenttina toimivaltapuolijohdelaserilta kapeaa spektrinleveyttä ja stabiiliakeskiaallonpituutta. Tällaisia komponentteja ovat DFB-laserit, joissa laseroinnillevälttämätön takaisinkytdinkytkentä saadaan hajautetusta takaisinkytkennästä. Ilmiötä kuvataan coupled-wave malleilla, jotka edel-lyttävätaaltojohteessa etenevän valon etenemisehtojen analyyttistaratkaisua. Aluksi käsitellään planaariaaltojohteiden yleistä teoriaa. Yksinkertaisim- massa mahdollisessa aaltojohteessa(symmetrinen planetaariaaltojohde) etenemään pääsevällevalolle(eteneville muodoille) etsitään analyyttiset ratkaisutkahdellaeri tavalla: sädeapproksimaatiolla ja suoraan ratkaisemalla Helmholzin aaltoyhtälö aaltojohteen rakenteelle. Numeerisista ratkai- sutavoista esitellään kollokaatiomenetelmä, jolla voidaan löytää ratkaisu kaikille planaarisille aaltojohderakenteille. Hajautettua takaisinkytkentää kuvaavista julkaistuistamalleista esitellään kaksi: tasoaalloille ja häiriöttömänaaltojohteen eteneville muodoille kehitetyt mallit. Tasoaaltomallissa aaltojohteen etenevää muotoa kuvataan homogeenisessa väliaineessa samalla nopeudella etenevällä tasoaallolla. Toisessa mallissa oletetaan, että takaisin kytkevässä häiriöllisessä rakenteessa etenevät samat muodot kuin häiriöttömässä. Mallit tekevät yleistyksiä, jotka rajoittavat niiden tarkkuutta,ja käytännön aaltojohteiden analyyttiset ratkaisut ovat useinmahdottomia löytää. Tässä työssä on kehitetty uusi kollokaatiomenetelmään perustuvanumeerinen coupled-wave malli. Malli soveltuu takaisinkytkennän laskemiseen kaikissa planaarisissa aaltojohteissa ja kaiken muotoisille hiloille. Mallissa käsitellään totaalisia eteneviä kenttiä, joista muotojen osuus etenevästä energiasta saadaan laskettua erikseen. Mallia sovelletaan käytännön laser- rakenteeseen, jossa on ensimmäisen kertaluokan hila, ja saatuja tuloksia verrataan etenevien muotojen mallin tuloksiin. Kun hila on matala, eli kun etenevien muotojen mallin oletukset toteutuvat, tulokset vastaavat toisiaan hyvin. Ennen kuin uuden mallin tarkkuus on kiistatta osoitettu, sen antamia tuloksia on vielä verrattava sellaiseen coupled-wavemalliin, joka ottaa huomioon myös energian kytkeytymisenvuotomuotoihin. /Kir10