ОБЩИЕ СВОЙСТВА ФОКУСИРУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ

Оптике не обойтись без элементов, осуществляющих такие операции, как интегрирование, фокусировка, коллимирование, Фурье–преобразования и другие, какие обычно выполняет объемная линзовая оптика. В интегральной оптике эти устройства должны остаться планарными, и в конструктивной их основе должен быть микроволновод как основной компонент, Такие линзовые устройства, технологически и функционально интегрированные с микроволноводом, относятся к интегрально–оптическим фокусирующим устройствам – аналогам обычной линзовой оптики.

Хорошо известно, что фокусирующими свойствами обладают такие системы, в которых разные части светового пучка проходят различные оптические пути. В интегрально–оптических волноводах этого можно достичь изменением либо толщины пленки, либо состава материала волновода, что обусловливает изменение его показателя преломления. Можно получить фокусирующий эффект и тогда, когда толщина и состав материала волновода остаются неизменными. В таком случае необходимо нанести волноводную пленку на подложку сложной формы.

Фокусирующие системы – один из основных функциональных узлов интегрально–оптических спектроанализаторов, корреляторов и ряда других систем оптической обработки информации.

Первые экспериментальные варианты планарных линз создавались изменением показателя преломления волноводного слоя при изменении его толщины на участке, имитирующем по форме поперечное сечение обычной объемной линзы. Такие линзы обладали всеми видами оптических искажений – аберраций, характерных для объемных их аналогов. Разрешающая способность таких планарных линз ограничивается в первую очередь сферической аберрацией и аберрацией комы – этим обусловлены их плохие фокусирующие свойства и размазанность получаемого изображения.

Применяемые сейчас в интегральной оптике планарные линзы можно разделить на три типа: типа дифракционной решетки (рис. 4, а), геодезические (рис. 4, б), линзы Люнеберга (рис. 4, в). Независимо от того, к какому из перечисленных типов принадлежит линза, она должна удовлетворять ряду общих требований, предъявляемых к такому типу элементов интегральной оптики. Во–первых, размер фокального пятна линзы должен быть по возможности минимальным, ограниченным только дифракционным пределом. Во–вторых, качество фокусировки не должно зависеть от ширины входного пучка в пределах входной апертуры и, наконец, структура линзы должна быть технологичной и обеспечивать возможность тиражирования без ухудшения основных характеристик.

Рис. 4. Структура интегрально–оптических линз.

Одна из качественных характеристик линз в интегрально–оптических устройствах обработки информации – величина относительного уровня боковых лепестков диаграммы интенсивности на линии фокуса. Чем качественнее линза, тем большая часть излучения концентрируется в основном лепестке на ее оптической оси.