LE COUPLEUR DIRECTIONNEL
Guidage de la lumière
La propagation des ondes est un phénomène physique associé à l'évolution et à la progression d'une onde au sein d'un milieu.
On distingue généralement deux catégories: la propagation dans l'espace libre (vide, air, milieu massif comme le verre, etc.) et la propagation guidée (fibre optique, guide d'onde, les coupleurs directionnels etc.)
Ces propagations sont régies par la loi de Snell-Descartes (n1 sin(r)=n2 sin(i2)) qui formule la dépendance entre l'angle de réflexion r et l'angle de réfraction (i2) d'un rayon incident (i1) à l'interface de deux milieux d'indices de réfraction respectivement n1 et n2.
Ainsi
un milieu diélectrique entouré d'un second milieu
d'indice de réfraction plus faible forment un piège
pour la lumière: c'est le principe du confinement de la
lumière.
Les propriétés du guidage de la lumière se propageant dans un milieu sont décrites par l’optique géométrique d’une façon approximative.
L’optique géométrique est valide quand les dimensions d'un guide sont beaucoup plus grandes que la longueur d'onde considérée.
On
se propose alors d’appliquer ce principe à un guide
diélectrique planaire, avec une forme simplifiée,
constitué d'une couche mince d'indice de réfraction nf
et entourée d’un substrat d'indice ns.
La lumière est confinée par réflexion totale aux interfaces couche-guidante/substrat et couche- guidante/revêtement.
Réflexions des rayons lumineux
On peut voir sur les schémas précédents que si l'angle i est petit, i < is, alors ic le rayon lumineux est réfracté et s'échappe de la couche guidante à travers le revêtement, donc la lumière n'est pas confinée, de tels modes sont dits des modes de radiation.
Alors
que si ic < i < is le rayon est réfracté par
l'interface couche-guidante/substrat, puis entièrement
réfléchi à l'interface
couche-guidante/revêtement et enfin réfracté dans
le substrat à travers lequel la lumière s'échappe
de la structure.
En
conclusion, pour les angles is, ic < i <90° la lumière
est confinée dans la couche guidante, suite à la
réflexion totale aux deux interfaces, et se propage en forme
de zigzag dans la couche guidante, de tels modes sont dits modes
guidés.