Введение к работе
Актуальность темы. Интерес к исследованию явления интерференции мод в интегрально-оптических устройствах обусловлен перспективностью их использования в' качестве различного рода датчиков, так как интерференционные метода контроля малых изменений различных величин являются наиболее чувствительными. С другой стороны, явление интерференции мод в интегрально-оптических устройствах может успешно использоваться для решения ряда задач, связанных с передачей и обработкой оптической информации.
В настоящее время явление интерференции мод достаточно подробно изучено только в планарных поверхностных волноводах и начинает использоваться в устройствах модуляции, переключения, а также спектрального и амплитудного разделения оптических сигналов, реализованных на основе титандиффузных канальных волноводов в ниобате литая. Это связано, в первую очередь, со значительными успехами, достигнутыми исследователями в изучении процесса диффузии титана и разработке надеиных методов расчета параметров этих волноводов. В то ке время пассивные устройства, использующие интерференцию мод, наиболее выгодно создавать у на основе волноводов в оптических стеклах, которые являются более дешевым материалом, обладающим высокой прочностью, прозрачностью и однородностью. Перспективным также является использование в этих устройствах заглубленных волноводов, которые по сравнению с поверхностными обладают Солее низкими потерями на распространение и лучше согласуются с оптическими волокнами. Однако недостаточное развитие надежных методов определения характеристик канальных, и заглубленных планарных волноводов значительно затрудняет исследования интерференции мод в этих .волноводах и реализацию ее практического применения. Мало исследована также зависимость параметров этих волноводов от условий их формирования, что не позволяет оценить возможности создания конкретных интерференционных интегрально-оптических устройств на их основе.
Цель настоящей работы; исследование явления инторфсрен-ции мод в заглубленных планарных и канальных ионообменных
волноводах, определение связи между видом картины интерференции мод в волноводах и технологическими параметрами процесса их формирования, поиск путей расширения функциональных возможностей волноводов на основе использования явления интерференции мод.
Достижение поставленной цели предполагает решение следующих задач: решение проблемы визуализации картины интерференции мод в канальных волноводах, разработка новых и развитие известных методов и методик определения профиля показателя преломления волноводов, изучение изменения параметров волно-дов в зависимости от условий их формирования.
Научная новизна результатов, полученных в соответствии с поставленной задачей заключается в следующем:
-
Предложен и реализован новый метод определения профиля показателя преломления многомодовых пленарных волноводов, в том числе и заглубленных, основанный на определении координат нулевых значений поля высшей моды волновода.
-
Исследовано явление интерференции мод в планарных заглубленных волноводах, полученных в кварцевых стеклах облучением протонами с энергией Е0 = 6,7 МэВ, и определены условия возникновения эффективной фокусировки распространящвгося в них излучения ТЕ- и ТМ- поляризаций. С учетом анизотропии опреде-^ лены параметры етих волноводов в диапазона доз существования.
-
Разработана численная модель распределения показателя преломления волноводов, сформированных в стекле К8 методом ионного обмена из расплава А&Ю3- NaNOs малых концентраций, определены зависимости параметров модели от условий формирования волноводов.
-
Обнаружен эффект фокусировки света в канальных волноводах с неэквидистантным спектром поперечных мод, получаемых в стекле из расплава AgN03- HaN03, и определены предельные значения технологических параметров,соответствующие этому эффекту. С помощью разработанной численной модели распределения показателя преломления установлено, что эффект фокусировки обусловлен интерференцией мод в этих волноводах. Показаны возможности использования интерференции мод в многомодовых канальных волноводах для решения задач оптического согласования и разделения каналов.'
-
Найдено аналитическое выражение зависимости периода фокусировки, возникающей в результате интерференции мод в много-модовых канальных волноводах, сформированных при помощи проводящей маски, от технологических параметров процесса изготовления.
-
Разработана методика оценки основных параметров планврных дифракционных решеток на основе ионообменных волноводов по картине интерференции света в области решетки.
На защиту выносятся:
-
Результаты исследования явления интерференции мод в пленарных заглубленных волговодах, сформированных в кварцевом стекле облучением протонами.
-
Меимодовая интерференция и эффект фокусировки в канальных ионообменных волноводах с неэквидистантным спектром мод, прогнозирование параметров волноводов при использовании мекмодовой интерференции для решения задач оптического согласования и разделения каналоз.
-
Метод определения профиля показателя преломления мво-гомодовнх волноводов, в, том числе и заглубленных, по распределению поля одной из ЕИСШИХ мод.
-
Численная модель профиля показателя преломления ионообменных волноводов и количественные зависимости параметров модели от условий их формирования.
Практическая ценность работы. Разработан и реализован метод реконструкции профиля показателя преломления волноводов по распределению поля моды на торце, позволяющий исследовать профили заглубленных волноводов. Предложены аналитическая модель распределения показателя преломления заглубленных пленарных волноводов, получаешх облучением высокоэнвргетичными протонами в кварцевом стекле, и численная модель профиля показателя преломления пленарных и канальных волноводов, получаемых ионным обменом из расплава AgN03-XaN03, а также исследованы зависимости параметров этих моделей от технологических параметров процесса формирования волноводов, что позволяет получать волноводы с заданными свойствами. Эти результаты могут быть использованы не только в лабораторной практике, но и в условиях промышленного производства. Результаты исследования зависимости параметров картины интерфе-
ренции мод в волноводах от технологических параметров совместно с предлагаемым методом визуализации оптических полей могут использоваться для контроля параметров при массовом производстве интегрально-оптических устройств. Обнаруженные аффекты^фокусировки излучения, распространяющегося в пленарных заглубленных и ионообменных канальных волноводах, расширяют их функциональные возможности и могут служить основой для создания устройств интегральной оптики нового типа.
Публикации и апробация работа. Основные результаты диссертации отражены в 8 статьях и 2 авторских свидетельствах Материалы диссертации докладывались на Республиканском научно - практическом семинаре "Голография в промышленности и научных исследованиях"(Гродно,1986), на I Всесоюзной конференции по оптической обработке информации (Ленинград,1988),на конференции "Радиационная физика твердого тела" (Минск,I9S9), на I Всесоюзной конференции по интегральной оптике (Ужгород.1991).
Личный вклад автора. Все основные исследования, результаты которых отражены в диссертационной работе, выполнены автором самостоятельно. Научный руководитель В.П. Редько осуществлял общее руководство при постановке задачи и обсуждении результатов. Остальные соавторы оказали помощь в проведении экспериментов и в анализе их результатов.
Структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованной литературы.
