JP6751353B2 - 層深さの大きい導波路の特性を評価する、プリズム結合システムおよび方法 - Google Patents
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Description
プリズム結合システム
図3Aは、屈折率プロファイルn(x)を有するイオン交換基板20に対してTEモードスペクトルおよびTMモードスペクトルを測定する方法を実行するのに適した、プリズム結合システム(「システム」)10の例の概略図である。図3Bは、図3Aのプリズム結合システム10の光検出器系の拡大図である。一例においてイオン交換基板20は、ニューヨーク州コーニング所在のコーニング社製GORILLA(登録商標)ガラスなどの化学強化ガラスを構成する。
結合プリズム
図4は、イオン交換基板20の上部表面22と界面接合している結合プリズム40を、一例の光線62の経路と共に示した拡大側面図であり、光線62は、入力面42を通過する集束光62Fとして始まり、プリズム出力面46の法線に対する入射角β1の反射光62Rとして、結合面44から角度θで反射し、さらに出力面から出射角β2の反射光として出て行く。
最適なプリズム角度
プリズム結合システムの従来の常識では、採用される結合プリズム(多くは二等辺のもの)の結合面と出口面との間のプリズム角度αは、60°またはほぼ60°が最も多く、一般的に75°未満である。75°程度の大きさのプリズム角度は、プリズムの屈折率が測定されるガラス基板の屈折率よりも極わずかに大きい(2%〜4%大きい)稀な事例で使用されていた。こういったプリズムの寸法は、結合長さが小さいため小さいものであった(<8mm)し、DOLが大きいDIOXプロファイルのスペクトルの分解には適さなかった。典型的なプリズム角度がもたらす、dβ2/dneffと表現される有効屈折率neffに対する出射角の感度は、neffの増加に伴って増加する。これまでこれは問題にはならなかったが、より高い有効屈折率neffに関連するまばらな間隔のより低次モードと、より低い有効屈折率に関連する密な間隔のより高次モードとを呈する、DOLの大きい導波路を測定すると、この感度が望ましくないことが判明する。
基板の上部表面に形成されかつ50μmを超える層深さ(DOL)を有する、導波路の、少なくとも1つのモードスペクトルを測定する測定システムであって、
入力面、出力面、結合面、屈折率np、および出力面と結合面との間のプリズム角度α、を有し、かつ前記結合面が前記基板の前記上部表面で前記導波路と界面接合して、それにより基板‐プリズム界面を画成する、結合プリズムと、
前記プリズムの前記入力面を通して前記基板‐プリズム界面を照らし、それにより第1のサイズを有する前記少なくとも1つのモードスペクトルのモードラインを含む、前記結合プリズムの前記出力面を出て行く反射光を形成するように構成された、光源系と、
検出器を含み、かつ前記結合プリズムからの前記反射光を受けて前記検出器で前記少なくとも1つのモードスペクトルを検出するように配置された、光検出器系と、
前記結合プリズムの前記出力面で前記反射光の屈折によって引き起こされた前記モードラインの歪みを、第2のサイズを有する補正されたモードスペクトルへと補正するよう、検出された前記少なくとも1つのモードスペクトルを処理するように構成された、コントローラと、
を備え、さらに、臨界角であって、該臨界角を超えると前記反射光が前記プリズムの前記出力面で内部全反射される、臨界角に、前記結合プリズムの最大プリズム角度αmaxが等しく、かつ前記プリズム角度αが0.81αmax≦α≦0.99αmaxの範囲であり、さらに前記第1のサイズが前記第2のサイズと実質的に同一であることを特徴とする測定システム。
前記プリズム角度αが、0.90αmax≦α≦0.99αmaxの範囲であることを特徴とする実施形態1記載の測定システム。
前記プリズム角度αが、0.95αmax≦α≦0.99αmaxの範囲であることを特徴とする実施形態2記載の測定システム。
前記少なくとも1つのモードスペクトルが、TEモードスペクトルおよびTMモードスペクトルを含むことを特徴とする実施形態1記載の測定システム。
前記検出器が、TEモードスペクトルを検出する第1の部分と、TMモードスペクトルを検出する第2の部分とを含むことを特徴とする実施形態1記載の測定システム。
前記プリズム角度αが90°よりも大きいことを特徴とする実施形態1記載の測定システム。
前記結合プリズムが、平坦な上部表面を有していることを特徴とする実施形態1記載の測定システム。
50μmを超える層深さ(DOL)を有する、基板の上部表面に形成された導波路の、モードスペクトルを測定する方法において、
結合プリズムであって、出力面によって画成される、0.81αmax≦α≦0.99αmaxの範囲の結合プリズム角度αを有する結合プリズムを、前記基板と界面接合させて、基板‐プリズム界面を形成するステップであって、このときαmaxは、前記結合プリズム内で起こる内部全反射に関連する最大結合プリズム角度を明示するものである、ステップ、
光を前記結合プリズムに通して前記基板‐プリズム界面へと導き、前記導波路の少なくとも1つのモードスペクトルのモードラインを含む、前記結合プリズムの前記出力面から出て行く反射光を形成するステップ、
前記結合プリズムの前記出力面での前記反射光の屈折に起因して調整されたモードライン間隔を有する、前記結合プリズムから出て行く前記反射光の前記少なくとも1つのモードスペクトルの前記モードラインを、検出するステップ、および、
前記調整されたモードライン間隔を、前記検出するステップの後に補正するステップ、
を含むことを特徴とする方法。
前記プリズム角度αが、0.90αmax≦α≦0.99αmaxの範囲であることを特徴とする実施形態8記載の方法。
前記プリズム角度αが、0.95αmax≦α≦0.99αmaxの範囲であることを特徴とする実施形態9記載の方法。
前記プリズム角度αが90°よりも大きいことを特徴とする実施形態8記載の方法。
前記補正されたモードライン間隔に基づいて、前記導波路の少なくとも1つの特性を判定するステップをさらに含むことを特徴とする実施形態8記載の方法。
前記導波路の前記少なくとも1つの特性が、表面応力、応力プロファイル、圧縮応力、DOL、屈折率プロファイル、および複屈折、のうちの1以上を含むことを特徴とする実施形態12記載の方法。
前記少なくとも1つのモードスペクトルが第1のサイズを有し、かつ前記調整されたモードライン間隔を、前記検出するステップの後に補正する前記ステップが、前記第1のサイズと実質的に同一の第2のサイズを有する、調整されたモードスペクトルを形成するものであることを特徴とする実施形態8記載の方法。
前記少なくとも1つのモードスペクトルが、TEモードスペクトルおよびTMモードスペクトルから成ることを特徴とする実施形態8記載の方法。
二重イオン拡散(DIOX)プロセスによって前記導波路を形成するステップを含むことを特徴とする実施形態8記載の方法。
50μmを超える層深さ(DOL)への二重イオン拡散によって、基板の上部表面に形成された導波路の、モードスペクトルを測定する方法において、
入力面、出力面、前記上部表面と界面接合して基板‐プリズム界面を画成する、結合面、前記結合面および前記出力面によって画成される、結合プリズム角度α、を有する結合プリズムを、前記導波路と界面接合させるステップであって、前記結合プリズムの最大プリズム角度αmaxが、前記出力面での内部全反射角度に相当し、前記結合プリズム角度が、0.81αmax≦α≦0.99αmaxの範囲である、ステップ、
光を前記入力面に通して前記基板‐プリズム界面へと導き、それにより前記モードスペクトルのより高次のモードラインおよびより低次のモードラインを含む、反射光を形成するステップであって、前記反射光が前記出力面から前記結合プリズムを出て行き、かつ前記反射光を検出器に入射させる、ステップ、
前記結合プリズムの前記出力面での前記反射光の屈折に起因して調整されたモードライン間隔を有する、前記モードスペクトルのより高次のモードラインおよびより低次のモードラインを、検出器で検出するステップ、および、
前記検出するステップの後に、前記モードライン間隔の前記調整を補正するステップ、
を含むことを特徴とする方法。
前記補正されたモードライン間隔に基づいて、前記導波路の少なくとも1つの特性を判定するステップをさらに含むことを特徴とする実施形態17記載の方法。
前記導波路の前記少なくとも1つの特性が、表面応力、応力プロファイル、圧縮応力、DOL、屈折率プロファイル、および複屈折、のうちの1以上を含むことを特徴とする実施形態18記載の方法。
前記結合プリズム角度αが、0.90αmax≦α≦0.99αmaxの範囲であることを特徴とする実施形態17記載の方法。
20 イオン交換基板
22 上部表面
40 結合プリズム
42 入力面
44 結合面
46 出力面
50 界面
60 光源
62R 反射光
110 検出器
113 モードスペクトル
115 モードライン
130 光検出器系
150 コントローラ
Claims (10)
- 基板の上部表面に形成されかつ50μmを超える層深さ(DOL)を有する、導波路の、少なくとも1つのモードスペクトルを測定する測定システムであって、
入力面、出力面、結合面、屈折率np、および出力面と結合面との間の結合プリズム角度α、を有し、かつ前記結合面が前記基板の前記上部表面で前記導波路と界面接合して、それにより基板‐プリズム界面を画成する、結合プリズムと、
前記結合プリズムの前記入力面を通して前記基板‐プリズム界面を照らし、それにより第1のサイズを有する前記少なくとも1つのモードスペクトルのモードラインを含む、前記結合プリズムの前記出力面を出て行く反射光を形成するように構成された、光源系と、
検出器を含み、かつ前記結合プリズムからの前記反射光を受けて前記検出器で前記少なくとも1つのモードスペクトルを検出するように配置された、光検出器系と、
前記結合プリズムの前記出力面で前記反射光の屈折によって引き起こされた前記モードラインの間隔を、第2のサイズを有する調整されたモードスペクトルへと調整するよう、検出された前記少なくとも1つのモードスペクトルを処理するように構成された、コントローラと、
を備え、さらに、臨界角であって、該臨界角を超えると前記反射光が前記結合プリズムの前記出力面で内部全反射される、臨界角に、前記結合プリズムの最大プリズム角度αmaxが等しく、かつ前記結合プリズム角度αが0.81αmax≦α≦0.99αmaxの範囲であり、さらに前記第1のサイズが前記第2のサイズと同一であることを特徴とする測定システム。 - 前記結合プリズム角度αが、0.90αmax≦α≦0.99αmaxの範囲であることを特徴とする請求項1記載の測定システム。
- 前記結合プリズム角度αが、0.95αmax≦α≦0.99αmaxの範囲であることを特徴とする請求項2記載の測定システム。
- 前記少なくとも1つのモードスペクトルが、TEモードスペクトルおよびTMモードスペクトルを含むことを特徴とする請求項1から3いずれか1項記載の測定システム。
- 前記検出器が、TEモードスペクトルを検出する第1の部分と、TMモードスペクトルを検出する第2の部分とを含むことを特徴とする請求項1から4いずれか1項記載の測定システム。
- 前記結合プリズム角度αが90°よりも大きいことを特徴とする請求項1から5いずれか1項記載の測定システム。
- 50μmを超える層深さ(DOL)を有する、基板の上部表面に形成された導波路の、モードスペクトルを測定する方法において、
結合プリズムであって、出力面によって画成される、0.81αmax≦α≦0.99αmaxの範囲の結合プリズム角度αを有する結合プリズムを、前記基板と界面接合させて、基板‐プリズム界面を形成するステップであって、このときαmaxは、前記結合プリズム内で起こる内部全反射に関連する最大結合プリズム角度を明示するものである、ステップ、
光を前記結合プリズムに通して前記基板‐プリズム界面へと導き、前記導波路の少なくとも1つのモードスペクトルのモードラインを含む、前記結合プリズムの前記出力面から出て行く反射光を形成するステップ、
前記結合プリズムの前記出力面での前記反射光の屈折に起因して調整されたモードライン間隔を有する、前記結合プリズムから出て行く前記反射光の前記少なくとも1つのモードスペクトルの前記モードラインを、検出するステップ、および、
前記調整されたモードライン間隔を、前記検出するステップの後に補正するステップ、
を含むことを特徴とする方法。 - 前記結合プリズム角度αが90°よりも大きいことを特徴とする請求項7記載の方法。
- 前記補正されたモードライン間隔に基づいて、前記導波路の少なくとも1つの特性を判定するステップをさらに含むことを特徴とする請求項7または8記載の方法。
- 前記導波路の前記少なくとも1つの特性が、表面応力、応力プロファイル、圧縮応力、DOL、屈折率プロファイル、および複屈折、のうちの1以上を含むことを特徴とする請求項9記載の方法。
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