Münster 1999 – wissenschaftliches Programm

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DF: Dielektrische Festkörper

DF 2: Elektrische und optische Eigenschaften II

DF 2.2: Vortrag

Montag, 22. März 1999, 15:10–15:30, R2

Modellierung integriert akustooptischer Bauelemente — •U. Rust und H. Herrmann — Angewandte Physik, Universität-GH Paderborn, D-33095 Paderborn

Integriert akustooptische Bauelemente im Material Lithiumniobat bieten attraktive Lösungen für Anwendungen in der modernen optischen Nachrichtenübertragung und optischen Meßtechnik. Sie basieren auf der kollinearen Wechselwirkung von akustischen Oberflächenwellen (SAW – surface acoustic wave) und optischen Moden in durch Titan-Eindiffusion erzeugten Wellenleiterstrukturen. Obwohl die Entwicklung dieser Bauelemente in den letzten Jahren sehr weit fortgeschritten ist, stand bisher noch eine vollständige, quantitative Modellierung aus.

In einem piezoelektrischen Material wie Lithiumniobat werden SAWs als ein vierkomponentiges Vektorfeld beschrieben — bestehend aus den mechanischen Auslenkungen entlang den drei Raumachsen sowie einem elektrischen Skalarpotential. Grundvoraussetzung für die Modellierung akustooptischer Bauelemente ist die Berechnung der SAW-Feldverteilungen in akustischen Wellenleitern. Dabei ist insbesondere der lokale Einfluß des Titan-Diffusionsprofils auf die elastischen und piezoelektrischen Eigenschaften des Kristalls zu berücksichtigen.

Eine direkte Lösung der Wellengleichungen ist nur mit erhöhtem numerischen Aufwand, z. B. mit der Finite-Elemente-Methode (FEM) möglich. Es stellt sich allerdings heraus, daß bei der betrachteten Kristallorientierung eine Feldkomponente stark dominant ist. Dies motiviert eine Näherung, die an die skalare Helmholtzgleichung und an die Effektiv-Index-Methode für optische Moden angelehnt ist.

Ergebnisse dieser beiden Lösungsansätze werden diskutiert und mit experimentellen Resultaten verglichen.