RU2064686C1

RU2064686C1 - Method of making device for introduction of radiation into optical waveguide

Info

Publication number: RU2064686C1
Application number: RU93008120A
Authority: RU
Inventors: А.А. Ветров; Д.В. Свистунов; Л.Ю. Харбергер
Priority date: 1993-02-11
Filing date: 1993-02-11
Publication date: 1996-07-27

Abstract

FIELD: integral optics. SUBSTANCE: device for introducing radiation into optical waveguide is made by ion exchange method. Substrate is submerged into melted working reagent till getting boundary of area intended for device for introduction in such a manner that introduction device is out of the melt. Simultaneously optical waveguide is producing onto part of substrate submerged into the melt, as well as the device for introducing radiation. The latter is made by ion exchange method from reagent film deposited from vapors of reagent onto non-submerged part of the substrate. EFFECT: improved quality. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области интегральной оптики и может быть использовано при создании интегрально-оптических устройств управления световым излучением. The invention relates to the field of integrated optics and can be used to create integrated optical devices for controlling light radiation.

Известен способ изготовления устройства ввода излучения в оптический волновод /1/, в котором на подложку наносят слой диффузанта переменной толщины, после чего методом термодиффузии изтотавливают оптический волноводный слой, имеющий переменную толщину и двумерный градиент показателя преломления. Однако этот способ разработан для волноводов, получаемых методом твердотельной диффузии, и непригоден для широкого класса ионообменных волноводов. A known method of manufacturing a device for introducing radiation into an optical waveguide / 1 /, in which a layer of a diffusant of variable thickness is applied to the substrate, after which an optical waveguide layer having a variable thickness and a two-dimensional refractive index gradient is produced by thermal diffusion. However, this method is designed for waveguides obtained by solid-state diffusion, and is unsuitable for a wide class of ion-exchange waveguides.

Наиболее близким к изобретению является способ изготовления переходного устройства для соединения оптических волноводов различных типов /2/, в котором путем ионного обмена в стеклянной подложке формируется оптический волновод, предназначенный для соединения двух оптических волноводов, полученных путем ионного обмена K-Na и Ag-Na соответственно. При этом распределение поля основной моды переходного волновода адиабатически изменяется в продольном направлении, совпадая на входе с распределением поля моды волновода, полученного ионным обменом, а на выходе с распределением поля моды волновода, полученного ионным обменом K-Na. Однако в этом способе переходное устройство изготавливается отдельно от стыкуемых волноводов. Кроме того, безизлучательный адиабатический характер распространения волноводной моды в этом устройстве позволяет эффективно использовать его только в межволноводных соединениях. Ввод с его помощью излучения в волновод от внешних источников света, например газовых лазеров, может осуществляться лишь при фокусировке вводимого пучка света на торец волноводного устройства и согласовании размеров и положения фокального пятна с торцом волновода, а типичные поперечные размеры градиентных волноводов составляют единицы микрон. Это требует дополнительного изготовления и использования специальной фокусирующей системы с прецизионными трехкоординатными подвижками. Closest to the invention is a method of manufacturing a transition device for connecting various types of optical waveguides / 2 /, in which an optical waveguide is formed by ion exchange in a glass substrate, designed to connect two optical waveguides obtained by ion exchange of K-Na and Ag-Na, respectively . The field distribution of the main mode of the transition waveguide adiabatically changes in the longitudinal direction, coinciding at the input with the distribution of the waveguide mode field obtained by ion exchange, and at the output, with the distribution of the waveguide mode field obtained by K-Na ion exchange. However, in this method, the transition device is manufactured separately from the joined waveguides. In addition, the nonradiative adiabatic nature of the propagation of the waveguide mode in this device allows its effective use only in inter-waveguide compounds. Using it, radiation can be introduced into the waveguide from external light sources, for example, gas lasers, only when the input light beam is focused on the end of the waveguide device and the size and position of the focal spot are matched with the end of the waveguide, and the typical transverse dimensions of gradient waveguides are units of microns. This requires additional manufacturing and use of a special focusing system with precision three-axis movements.

Целью изобретения является упрощение процесса изготовления в составе ионообменных планарных волноводов градиентных устройств ввода-вывода излучения. The aim of the invention is to simplify the manufacturing process as a part of ion-exchange planar waveguides of gradient radiation input-output devices.

Поставленная цель достигается тем, что при изготовлении планарного волновода методом ионного обмена подложку располагают особым образом, оставляя вне расплава участок, предназначенный для устройства ввода излучения. Это позволяет получить с помощью простых операций на простом оборудовании градиентное устройство ввода излучения непосредственно в процессе изготовления ионообменного волновода. This goal is achieved by the fact that in the manufacture of a planar waveguide by ion exchange, the substrate is placed in a special way, leaving the area intended for the radiation input device outside the melt. This allows using simple operations on simple equipment to obtain a gradient radiation input device directly in the process of manufacturing an ion-exchange waveguide.

При изготовлении устройства ввода предлагаемым способом в шахтную печь помещают частично заполненный рабочим реактивом тигель и нагревают до рабочей температуры процесса изготовления волновода. Подложку погружают в расплав до границы участка устройства ввода, оставляя его вне расплава, и выдерживают в течение времени, необходимого для образования волновода. При этом вследствие имеющихся в печи градиента плотности пара реактива над поверхностью расплава и градиента температуры рабочий реактив осаждается на недогруженный участок подложки, образуя пленку переменной толщины. На этом участке идет процесс ионного обмена в получаемой системе подложна-пленка реактива, и в результате здесь образуется требуемый волноводный слой переменной толщины с двумерным градиентом концентрации ионодиффузанта /и связанным с ним двумерным градиентом показателя преломления/. Частичное заполнение тигля рабочим реактивом позволяет повысить плотность потока паров в ограниченном стенками тигля объеме и обеспечить рост пленки реактива на поверхности подложки. In the manufacture of the input device of the proposed method, a crucible partially filled with a working reagent is placed in a shaft furnace and heated to the operating temperature of the waveguide manufacturing process. The substrate is immersed in the melt to the boundary of the portion of the input device, leaving it outside the melt, and held for the time required for the formation of the waveguide. Moreover, due to the gradient in the furnace of the density of the vapor of the reagent above the melt surface and the temperature gradient, the working reagent is deposited on the underloaded portion of the substrate, forming a film of variable thickness. In this section, the ion exchange process takes place in the resulting substrate-film reagent system, and as a result, the required waveguide layer of variable thickness with a two-dimensional concentration gradient of ion diffusant / and the associated two-dimensional gradient of the refractive index / is formed here. Partial filling of the crucible with a working reagent makes it possible to increase the vapor flow density in a volume limited by the crucible walls and to ensure the growth of the reagent film on the substrate surface.

Таким образом, одновременно происходит изготовление планарного ионообменого волновода на основной части поверхности подложки и градиентного устройства ввода излучения на выделенном участке подложки. Thus, at the same time, a planar ion-exchange waveguide is manufactured on the main part of the substrate surface and a gradient radiation input device on the selected portion of the substrate.

В качестве примера конкретного исполнения приведем процесс изготовления устройств ввода-вывода на подложках из оптического стекла. Подложку длиной 120 мм из фотопластинки с предварительно снятой эмульсией опускали в расплав соли KNO₃ на 50 мм. Тигель высотой 150 мм был заполнен расплавом на две трети. После обработки в печи при температуре 400^oС в течение 1,5 ч, на пластине образовался волновод, поддерживавший в своей равномерной части распространение 4 ТМ мод при длине волны света 0,633 мкм. На чертеже представлены фотографии треков этих мод в области полученного устройства ввода при eгo работе на вывод излучения из волновода. Свет вводился с помощью призмы из стекла ТФ7 и поочередно возбуждались ТМ моды. На фиг. /а г/ порядок моды m возрастает от m 0 /а/ до m 3 /г/. Видно, что получили характерную для градиентных устройств ввода-вывода картину: длина трека уменьшается с увеличением порядка моды.As an example of a specific implementation, we present the manufacturing process of input-output devices on optical glass substrates. A substrate 120 mm long from a photographic plate with previously removed emulsion was lowered into the KNO ₃ salt melt by 50 mm. A crucible with a height of 150 mm was filled with a melt into two-thirds. After processing in an oven at a temperature of 400 ^o C for 1.5 h, a waveguide was formed on the plate, which supported in its uniform part the propagation of 4 TM modes at a light wavelength of 0.633 μm. The drawing shows photographs of the tracks of these modes in the field of the obtained input device when it is working to output radiation from the waveguide. Light was introduced using a TF7 glass prism, and TM modes were alternately excited. In FIG. / a g / mode order m increases from m 0 / a / to m 3 / g /. It can be seen that they got a picture typical for gradient input-output devices: the track length decreases with increasing mode order.

Подобным образом были изготовлены устройства ввода в планарный волновод на основе стекла К8. Частично погруженная в расплав KNO₃ пластина из К8 выдерживалась в печи при 400^oС в течение 45 мин. В равномерной части полученный волновод пропускал 3 ТЕ моды при длине волны света 0,633 мкм. В области устройства ввода разность длин треков ТE₀ и TЕ₂ мод при работе на вывод излучения составила 7 мм.In a similar way, input devices for a planar waveguide based on K8 glass were manufactured. The K8 plate partially immersed in the KNO ₃ melt was kept in an oven at 400 ^° C for 45 minutes. In the uniform part, the obtained waveguide passed 3 TE modes at a light wavelength of 0.633 μm. In the area of the input device, the difference in the track lengths of TE ₀ and TE ₂ modes during operation to output radiation was 7 mm

Предлагаемый способ пригоден и при использовании протонообменных волноводов в кристаллических подложках, например, при обработке пластин из ниобата лития в расплаве бензойной кислоты. The proposed method is also suitable when using proton-exchange waveguides in crystalline substrates, for example, when processing plates of lithium niobate in a benzoic acid melt.

Использование предлагаемого способа позволяет простыми приемами на простом оборудовании получить градиентное устройство ввода-вывода в составе ионообменного волновода непосредственно в процессе изготовления волновода. Таким образом, процесс изготовления устройств ввода излучения в оптический волновод существенно упрощается. Using the proposed method allows using simple techniques on simple equipment to obtain a gradient input-output device as part of an ion-exchange waveguide directly in the manufacturing process of the waveguide. Thus, the manufacturing process of devices for introducing radiation into the optical waveguide is greatly simplified.

Claims

A method of manufacturing a device for introducing radiation into an optical waveguide, including forming a waveguide by ion exchange by immersing the substrate in the melt of the working reagent, characterized in that the substrate is immersed in the melt to the boundary of the section intended for the input device, leaving it outside the melt, and at the same time an optical waveguide is made on a part of the substrate immersed in the melt and a radiation input device, forming it by the ion exchange method from a reagent film deposited from reagent vapor on a burnt fluoropyridinium portion of the substrate.