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Prismenkoppler

Resonanzbedingung

Die Einkopplung von Licht in die wellenleitende Schicht des Prismenkopplers ist vergleichbar mit der Einkopplung in einen Wellenleiter mit Hilfe eines Kopplungsprismas. In beiden Fällen muss der Einfallswinkel des eingestrahlten Lichts die Bedingung zur Propagation des Lichts im Wellenleiter erfüllen, d.h. das Licht muss im Wellenleiter totalreflektiert werden und die Phasenbedingung für Moden muss gegeben sein. Ist der Brechungsindex der wellenleitenden Schicht gleich dem des Prismas, entspricht der Kopplungswinkel dem Ausbreitungswinkel im Wellenleiter. Sind die Brechungsindizes verschieden, so lassen sie sich mit Hilfe des Snellius-Brechungsgesetzes ineinander umrechnen.

Abb.1

Licht wird an der FTIR-Grenze totalreflektiert, koppelt aber über das evaneszente Feld aus (Frustrated Total Internal Reflection). Am äußeren Rand des Wellenleiters wird es totalreflektiert ohne auszukoppeln (Total Internal Reflection).

Im Gegensatz zur üblichen Einkopplung in Wellenleiter setzt im Prismenkoppler das Kopplungsprisma nicht direkt auf dem Wellenleiter auf, sondern ist durch eine Kopplungsschicht mit niedrigem Brechungsindex getrennt. Licht wird am Boden des Kopplungsprismas totalreflektiert und wirkt über das evaneszente Feld auf den Wellenleiter. Hier wird eine resonante Mode induziert, welche nur kurz im Wellenleiter propagiert und dann wieder auskoppelt und mit dem direkt reflektierten Licht das Prisma verlässt. Bei Resonanz tritt außerdem ein Phasensprung um π auf, der die Polarisation des reflektierten Lichts ändert.

Dieses Verhalten lässt sich auch mit Hilfe der Fresnel'schen Formeln für Schichtsysteme simulieren.

Da praktisch keine Intensitätsverluste bei dem Kopplungsprozess entstehen, lässt sich der Resonanzwinkel nicht durch Messung der Intensität des reflektierten Lichts bestimmen. Man verwendet daher einen um π gegenüber der Eingangspolarisation gedrehten Analysator, welcher Licht nur nach resonanter Reflexion durchlässt.

Im Prismenkoppler sind die Resonanzwinkel für TE- und TM-polarisiertes Licht deutlich getrennt, so dass sie beide füreinander als Referenz dienen können und die Messung unempfindlich gegenüber Intensitäts- und Temperaturschwankungen wird.

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