RU2014584C1

RU2014584C1 - Method of investigation of planar optical waveguide and device for its implementation

Info

Publication number: RU2014584C1
Authority: RU
Inventors: М.В. Катин; И.С. Столетов; И.А. Корж
Original assignee: Катин Михаил Владимирович
Priority date: 1990-11-21
Filing date: 1990-11-21
Publication date: 1994-06-15

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: method of investigation of planar optical waveguide involves creation of optical contact between surface of waveguide and coupling element, measurement of angular distribution of radiation intensity passing through waveguide and computation of parameters of waveguide in agreement with angular distribution. Excitation of waveguide is performed by conversion of coordinate distribution of radiation of source into angular one. Measurement of angular distribution of radiation passed through waveguide is accomplished after its conversion into coordinate distribution. Coupling element for implementation of method has inner surface which presents reflecting profile, for instance paraboloid, which provides for conversion of coordinate-angle with input of radiation and conversion angle-coordinate with output of radiation. EFFECT: enhanced reliability of investigation of parameters. 1 dwg

Description

Изобретение относится к оптическим испытаниям и может быть использовано для исследования планарных оптических волноводов (ПОВ), в частности тонких диэлектрических пленок. The invention relates to optical tests and can be used to study planar optical waveguides (POV), in particular thin dielectric films.

Известен способ исследования ПОВ, включающий возбуждение волновода лазерным лучом с применением дифракционной решетки, сформированной на поверхности ПОВ, в качестве элемента связи, измерение углового распределения, прошедшего через волновод излучения, и вычисление по угловому распределению параметров ПОВ. A known method for studying POM, including excitation of a waveguide with a laser beam using a diffraction grating formed on the surface of the POM as a coupling element, measuring the angular distribution transmitted through the radiation waveguide, and calculating the angular distribution of the parameters of the POM.

Однако данный способ характеризуется высокой трудоемкостью и сложностью, поскольку дифракционную решетку необходимо формировать на каждом исследуемом образце, что может приводить к его разрушению. However, this method is characterized by high complexity and complexity, since the diffraction grating must be formed on each sample under study, which can lead to its destruction.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ исследования планарных оптических волноводов, включающий создание области оптического контакта между поверхностью волновода и элементом связи, возбуждение волновода посредством ввода излучения через элемент связи, измерение углового распределения интенсивности излучения, прошедшего через волновод, и вычисление по угловому распределению параметров волновода, элементом связи в данном случае является призма. The closest in technical essence to the proposed one is a method for studying planar optical waveguides, including creating an optical contact area between the surface of the waveguide and the communication element, exciting the waveguide by introducing radiation through the communication element, measuring the angular distribution of the radiation intensity transmitted through the waveguide, and calculating the angular distribution waveguide parameters, the coupling element in this case is a prism.

Известный способ осуществляется следующим образом. The known method is as follows.

Поворотный столик установлен таким образом, что его ось пересекает световой пучок под прямым углом, а устройство продольного перемещения закреплено на поворотном столике. Преломленный на R-грани призмы пучок света падает на С-грань в область оптического контакта 9 и разделяется. Часть его претерпевает отражение и выводится призмой на экран, другая часть при углах падения на С-грань, близких к резонансным, вводится в волноводный слой. Эффект оптического туннелирования, благодаря которому происходит возбуждение мод, обуславливает также возвращение некоторой доли их мощности обратно в призму. Выходящее из волновода излучение, преломляясь призмой, отображается на экране в виде характерных m-линий, каждая из которых соответствует определенной моде. Настройка на некоторую m-моду производится поворотом столика и размещенного на нем призменного элемента связи с прижатым к нему образцом до совмещения m-линии с центром рефлекса на экране. При этом необходимо производить продольное перемещение вдоль оси А-А призменного элемента связи специальным устройством, поскольку при повороте столика пучок света, преломленный на R-грани призмы, уходит из области оптического контакта. Поэтому при использовании призменного элемента связи необходимо производить настройку и юстировку измерительной системы на каждую моду. Таким образом, вышеописанный способ с использованием призмы в качестве элемента связи трудоемок и сложен. The turntable is installed in such a way that its axis crosses the light beam at a right angle, and the longitudinal movement device is mounted on the turntable. The light beam refracted on the R-face of the prism falls on the C-face into the region of optical contact 9 and is divided. Part of it undergoes reflection and is displayed by a prism on the screen, another part, at angles of incidence on the C face close to resonance, is introduced into the waveguide layer. The effect of optical tunneling, due to which the mode is excited, also causes a certain fraction of their power to return back to the prism. The radiation emerging from the waveguide, being refracted by a prism, is displayed on the screen in the form of characteristic m-lines, each of which corresponds to a specific mode. Tuning to some m-mode is done by turning the table and the prismatic communication element placed on it with the sample pressed to it until the m-line is aligned with the center of the reflex on the screen. In this case, it is necessary to perform longitudinal movement along the axis AA of the prismatic communication element with a special device, since when the table is rotated, the light beam refracted on the R-face of the prism leaves the region of optical contact. Therefore, when using a prism communication element, it is necessary to configure and adjust the measuring system for each mode. Thus, the above method using a prism as a communication element is time consuming and complicated.

Цель изобретения - упрощение процесса исследования планарного оптического волновода при повышении производительности труда. The purpose of the invention is to simplify the process of studying a planar optical waveguide while increasing labor productivity.

Это достигается тем, что в способе, включающем создание области оптического контакта между поверхностью волновода и элементом связи, измерение углового распределения интенсивности излучения, прошедшего через волновод, и вычисление по угловому распределению параметров волновода, возбуждение волновода осуществляют путем преобразования координатного распределения излучения источника в угловое, а измерение углового распределения, прошедшего через волновод излучения, осуществляют посредством преобразования его в координатное распределение, причем элемент связи для осуществления способа такой, что его внутренняя поверхность представляет собой отражающий профиль, например параболоид, обеспечивающий преобразование координата-угол при вводе излучения и преобразование угол-координата при выводе излучения. This is achieved by the fact that in the method, which includes creating an optical contact area between the surface of the waveguide and the communication element, measuring the angular distribution of the radiation intensity transmitted through the waveguide, and calculating the angular distribution of the parameters of the waveguide, the waveguide is excited by converting the coordinate distribution of the radiation of the source into angular, and the measurement of the angular distribution passing through the radiation waveguide is carried out by converting it into a coordinate distribution helium, and the communication element for implementing the method is such that its inner surface is a reflective profile, for example a paraboloid, providing coordinate-angle conversion when radiation is input and angle-coordinate conversion when radiation is output.

Сопоставительный анализ показывает, что заявляемое техническое решение отвечает критерию "новизна". A comparative analysis shows that the claimed technical solution meets the criterion of "novelty."

При сравнении заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими известными техническими решениями в науке и технике, не обнаружено решения, обладающего сходными признаками. Это позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию "существенные отличия". When comparing the proposed solution not only with the prototype, but also with other well-known technical solutions in science and technology, no solution was found that has similar characteristics. This allows us to conclude that the technical solution meets the criterion of "significant differences".

Предлагаемый способ поясняется чертежом, где 1 - источник излучения; 2 - луч, выходящий из источника; 3, 4, 5 - лучи, соответствующие возбужденным модам; 6 - подложка; 7 - исследуемый волновод; 8 - воздушный зазор; 9 - элемент связи; 10 - область оптического контакта; 11 - параболический профиль боковой поверхности элемента связи; 12 - фокус параболы. The proposed method is illustrated in the drawing, where 1 is the radiation source; 2 - a beam leaving the source; 3, 4, 5 — rays corresponding to excited modes; 6 - substrate; 7 - investigated waveguide; 8 - air gap; 9 - communication element; 10 - region of optical contact; 11 - parabolic profile of the lateral surface of the communication element; 12 - the focus of the parabola.

Способ осуществляют следующим образом. The method is as follows.

Пучок света 2, выходящий из источника 1, падает на внешнюю грань элемента связи 9, затем отражается от боковой поверхности элемента связи, которая представляет собой, например, параболу, и попадает в область оптического контакта 10, причем центр области оптического контакта расположен в фокусе вышеуказанной параболы. Таким образом, при вводе излучения в волновод применяется преобразование координаты падающего луча в угол падения. Излучение возбужденных мод волновода выходит из области оптического контакта, отражается от боковой поверхности элемента связи и высвечивается через внешнюю грань элемента связи в виде нескольких параллельных друг другу пучков света. Таким об разом, при выводе излучения из волновода применяется преобразование угол-координата. Применение данного элемента связи позволяет существенно упростить процесс исследования планарных оптических волноводов и снизить трудоемкость исследований, поскольку отпадает необходимость настройки и юстировки измерительной системы на каждую измеряемую моду. Аналогично вышеописанному осуществляется ввод и вывод излучения с использованием элемента связи с любым другим профилем боковой поверхности. The light beam 2 emerging from the source 1 falls onto the outer edge of the communication element 9, then is reflected from the side surface of the communication element, which is, for example, a parabola, and falls into the region of the optical contact 10, the center of the region of the optical contact being in focus of the above parabolas. Thus, when radiation is introduced into the waveguide, the coordinate of the incident beam is converted into the angle of incidence. The radiation of the excited modes of the waveguide leaves the region of optical contact, is reflected from the side surface of the communication element and is highlighted through the outer face of the communication element in the form of several parallel beams of light. Thus, when radiation is removed from the waveguide, the angle – coordinate transformation is applied. The use of this communication element can significantly simplify the process of studying planar optical waveguides and reduce the complexity of research, since there is no need to configure and align the measuring system for each measured mode. Similarly to the above, radiation is input and output using a communication element with any other side surface profile.

Для опробования предлагаемого способа из ниобата лития был изготовлен элемент связи, представляющий собой усеченный параболоид. Элемент связи приводили в оптический контакт с исследуемой пленкой моноалюмината неодима, осажденную на подложку из плавленного кварца. Излучением лазера ЛГН-208Б (длина волны 0,63 мкм) возбуждали волновод, а измерения координатного распределения интенсивности выходящего из элемента связи излучения производили перемещением приемника излучения, представляющего собой фотодиод ФД-2 с коллимационным окном, закрепленным на столике продольно-поперечного перемещения из комплекта оптической системы ОСК-2Л. To test the proposed method, a bonding element was made of lithium niobate, which is a truncated paraboloid. The coupling element was brought into optical contact with the studied film of neodymium monoaluminate, deposited on a fused silica substrate. The LGN-208B laser (wavelength 0.63 μm) excited a waveguide, and the coordinate distribution of the intensity of the radiation emerging from the communication element was measured by moving the radiation receiver, which is an FD-2 photodiode with a collimation window mounted on a longitudinal-transverse movement table from the kit optical system OSK-2L.

Таким образом, применение данного способа позволяет отказаться от дорогостоящего гониометра, кроме того, отпадает необходимость настройки и юстировки измерительной системы на каждую отдельную моду, в результате производительность труда повышается в среднем в 4 раза. Thus, the use of this method allows you to abandon the expensive goniometer, in addition, there is no need to configure and adjust the measuring system for each individual mode, as a result, labor productivity increases by an average of 4 times.

Claims

1. A method for studying a planar optical waveguide by tilting the input and output of radiation through the surface of a planar optical waveguide in the area of its optical contact with the communication element, changing the radiation input angle, determining the radiation distribution over the output angle, and calculating the parameters of the planar optical waveguide, characterized in that, in order to simplify research and increase labor productivity, a change in the angle of radiation entry into the waveguide is carried out by a communication element, while the radiation beam is shifted without changing its direction relative to the coupling element, and when radiation is emitted from the waveguide, the rays emerging at different angles are collimated by the coupling element and the radiation distribution is determined by the exit angle by measuring the offset of the collimated rays.

2. A device for studying a planar optical waveguide, including a source of optical radiation, a table with a mechanism of longitudinal-transverse movement, a communication element, a clamping unit of the communication element, an observation unit for reflexes of waveguide modes, characterized in that the communication element is made with a reflective surface having a parabolic profile , and the focus of the parabolic profile is on the surface in contact with the planar optical waveguide under study.