Формирование и исследование погруженных волноводов в стекле на длине волны 1,55 мкм
ВВЕДЕНИЕ
К интегрально-оптическим волноводным элементам относятся интегрально-оптические разветвители, направленные ответвители, резонаторы и делители излучения. Все они относятся к классу пассивных интегрально-оптических элементов, используются в основном в системах оптической связи и формируются диффузионными методами в стеклянных подложках.
В основе всех этих элементов лежат канальные интегрально-оптические волноводы. Работоспособность всех перечисленных интегрально-оптических элементов напрямую зависит от качества интегрально-оптических волноводов и их модового состава на определенных длинах волн.
Волновод – это физическая структура, которая направляет электромагнитные волны в оптическом спектре (обычно видимый или инфракрасный свет) по пути, по которому волны могут распространяться с минимальными потерями энергии. Оптические волноводы можно найти в различных приложениях, включая телекоммуникации, датчики и медицинские устройства.
Планарные волноводы обычно используютс
СОДЕРЖАНИЕ
Введение…………………………………………………………..……………….5
1 Общие определения ...………….….……………………..…..………....……....7
2 Структура и свойства стекла, применяемого в качестве подложки……….9
3 Методы изготовления интегрально-оптических элементов в стекле…...13
3.1 Метод ионного обмена.………………………………...……………..13
3.2 Метод твердотельной диффузии………………………………….….17
3.3 Электростимулированная миграция ионов………………………….20
3.3.1 ЭСМИ без маскирующего слоя…………………….................24
3.3.2 ЭСМИ при сплошной блокирующей маске…………….........24
3.3.3 ЭСМИ в случае маски с отверстиями………….…….............25
4 Формирование в стеклах интегрально-оптических волноводных элементов…………………………………………………………………………26
4.1 Получение маскирующих слоев алюминия на стеклянных подложках………………………………………………………………………..26
4.2 Фотолитография…………………………………………….……..….29
4.3 Получение интегрально-оптического элемента методом ионного обмена в стеклянной подложке……………………...………………………….32
4.4 Полученный результат………………………………………………..33
5 Изготовление и исследование погруженных волноводов…………………..35
5.1 Решение уравнения диффузии……………………………………….35
5.2 Требования к канальным волноводам……………………………….42
5.3 Получение погруженных волноводов в стекле К8………………….43
5.4 Исследование погруженных волноводов……………………………46
5.5 Изготовление и исследование погруженных волноводов в стекле от фотопластин……………………………………………………………………...49
5.6 Определение пространственных размеров распределения интенсивности моды…………………………………………………………..50
Заключение………………………………………………………………..53
Список использованных источников……………………………………54
Приложения …………………………………….56
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Никитин В.А., Яковенко Н.А. Физические технологии оптоэлектроники : лабораторный практикум. Краснодар: Кубанский гос. ун-т, 2019. 139 с.
2. Создание интегрально-оптических разветвителей 1×4 в стекле ионным обменом из расплава соли KNO3 / М.М. Векшин, М.А. Куплевич, В.А. Никитин, Н.А. Яковенко // Сборник научных трудов VII Международной конференции по фотонике и информационной оптике – Москва : НИЯУ МИФИ, 2018. – С. 316-317.
3. Никитин, В.А. Электростимулированная миграция ионов в интегральной оптике / В.А. Никитин, Н.А. Яковенко. – Краснодар : 2003. – 154 с.
4. Изготовление канальных волноводов в стеклах : современные проблемы физики, биофизики и инфокоммуникационных технологий, коллективная монография. Выпуск 7 – Авторская редакция. / Н.А. Головатенко, В.А. Никитин, Н.Н. Новосельцев, А.Ш. Тхатель – Краснодар : ЦНТИ, – 2018. – С. 38-48.
5. Никитин, В.А. Разработка и изготовление заглубленных разветвителей 1 × 8 в стеклянных подложках / В.А. Никитин, В.В. Сердюков, Н.А. Яковенко // X Международная конференция по фотонике и информационной оптике: Сборник научных трудов. Москва : НИЯУ МИФИ, – 2021. – С. 367, 368.
6. Никитин, В.А. Разработка и изготовление заглубленных разветвителей 1 × 8 в стеклянных подложках : X Международная конференция по фотонике и информационной оптике: Сборник научных трудов / В.А. Никитин, В.В. Сердюков, Н.А. Яковенко. – Москва : НИЯУ МИФИ, – 2021. – С. 367, 368.7. ColorChip // System On Glass : [сайт]. – 2023 – URL: https://www.color-chip.com/product-overview-2/ (дата обращения 28.04.2023)
8. Teem Photonics // Integrated photonics : [сайт]. – 2023 – URLhttps://www.teemphotonics.com/integrated-photonics/pics-and-plcs/
9. Broquin J.-E., Honkanen S. Integrated photonics on glass: a review of the ion-exchange technology achievements // Applied. Sciences. 2021. 11, Paper 4472
10. Михно, В.А. Изготовление интегрально-оптического разветвителя с симметричной формой каналов / В.А. Михно, М
В основе структуры силикатного стекла, то есть стекла, содержащего в качестве основного компонента кремнезем, лежат ионы (SiO4)4–, образующие тетраэдры, в центре которых располагается малый ион Si4+ радиусом 0,039 нм, а в вершинах находятся более крупные ионы O2–, имеющие радиус 0,132 нм. Расстояние от центра тетраэдра до центра ионов O2– составляет 0,162 нм, а между соседними ионами O2– – 0,265 нм.
Соединяясь друг с другом вершинами, эти тетраэдры образуют непрерывную в одном, двух или трех измерениях пространственную структуру. Взаимным расположением тетраэдров в структуре, их упорядоченностью определяются основные свойства материала.
В общем случае в центре кислородных тетраэдров могут находиться и другие стеклообразователи (B, P, Ge), при этом стекла носят названия боратных, фосфатных или германатных.
Как правило, большое число таких тетраэдров (многогранников) имеют общие вершины, занятые так называемыми мостиковыми ионами кислорода.
Ионы кислорода, принадлежащие лишь