RU2084933C1

RU2084933C1 - Process of study of radiation scattered in channel of light guide of integrated optical circuit and device for its realization (versions)

Info

Publication number: RU2084933C1
Authority: RU
Inventors: Евгений Илларионович Ивлев
Original assignee: Евгений Илларионович Ивлев
Priority date: 1991-02-25
Filing date: 1991-02-25
Publication date: 1997-07-20

Abstract

FIELD: manufacture of integrated optical circuits. SUBSTANCE: in agreement with first version side surface of channel of light guide is subjected to radiation with known characteristics at angle to channel of light guide exceeding critical one at which no excitation of inherent modes directed by channel under action of direct incident radiation takes place. Angle and plane of radiation incidence are changed and scattered radiation trapped and directed by channel of light guide is recorded. Device for realization of process has source of directed radiation, light conduit made in the form of fibrous light guide which first butt is connected to radiation detector, opaque screen with slit which width, length and position can be changed, turning gear in which radiation source or tested light guide is placed for unspecified fixation of their relative positions. Light conduit is matched with studied channel of light guide and is connected to second butt of the latter. In compliance with second version of invention side surface of channel of light guide or part of it is irradiated with high-intensity continuous or pulse diffuse radiation field with the exception of parts of integrated optical circuit through which excitation field can directly excite inherent directed modes of channel of light guide. Scattered radiation trapped and directed by channel of light guide is recorded. Device for realization of this version includes radiation source, light conduit made in the form of fibrous light guide which first butt is connected to radiation detector and second butt - to butt of examined light guide, opaque screen with slit which width, length and position can be changed, integrating sphere covered on inside with material diffusely reflecting radiation which can house integrated optical circuit. External surface of screen is coated with material absorbing radiation. EFFECT: enhanced efficiency and authenticity of process. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к интегральной оптике. The invention relates to integrated optics.

Изобретение наиболее эффективно может быть использовано при разработке технологии изготовления интегрально-оптических схем (ИОС), в частности высококачественных интегрально-оптических схем с малыми потерями, при контроле качества изготовления ИОС. The invention can be most effectively used in the development of manufacturing technology for integrated optical circuits (IOS), in particular high-quality integrated optical circuits with low losses, while controlling the quality of manufacturing of IOS.

Известен способ исследования рассеяния излучения в каналах световодов, основанный на использовании локального возбуждения в канале световода широкополосного теплового излучения, распространяющегося в противоположных направлениях к двум приемникам, пристыкованным к торцам [1] Этот метод не пригоден для исследования каналов световодов ИОС ввиду их малой протяженности, необходимости проведения исследований на отдельных длинах волн. A known method of studying the scattering of radiation in the channels of the optical fibers, based on the use of local excitation in the optical channel of the broadband thermal radiation propagating in opposite directions to two receivers docked to the ends [1] This method is not suitable for studying the optical channels of the IOS due to their short length, necessity conducting studies at individual wavelengths.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) к изобретению является известный способ исследования рассеянного в канале световода ИОС излучения [2]
Известный способ состоит в том, что облучают часть канала световода излучением и регистрируют рассеянное через боковую поверхность световода излучение. Для реализации известного способа используется устройство, содержащее источник излучения, отрезок волоконного световода, один торец которого подключен к приемнику излучения, а второй к боковой поверхности исследуемого световода, непрозрачный экран со щелью и блок регистрации.The closest technical solution (prototype) to the invention is a well-known method for studying scattered in the channel of the fiber of the IOS radiation [2]
The known method consists in irradiating part of the fiber channel with radiation and registering the radiation scattered through the side surface of the fiber. To implement the known method, a device is used that contains a radiation source, a segment of a fiber waveguide, one end of which is connected to a radiation receiver, and the second to the side surface of the fiber under study, an opaque screen with a slit and a recording unit.

Недостатком известного способа и устройства является сложность технологии контроля рассеивающей способности канала световода, низкая чувствительность ее измерения и отсутствие возможностей исследования особенностей рассеяния излучения, в частности угловой и локальной зависимости рассеяния. Сложность технологии контроля рассеивающей способности канала световода ИОС связана с необходимостью дискретного сканирования торцом светопровода вдоль, поперек, по углу и по высоте, что осуществляется многократно при помощи прецизионного микропозиционера с несколькими степенями свободы. Эта задача еще более осложняется в тех распространенных случаях, когда излучение является невидимым. Низкая чувствительность измерения рассеивающей способности каналов световодов ИОС, невозможность исследования каналов световодов ИОС с малыми потерями за счет рассеяния излучения обусловлены малостью затухания излучения на длине канала ИОС, имеющего обычно небольшую протяженность. A disadvantage of the known method and device is the complexity of the control technology of the scattering ability of the fiber channel, the low sensitivity of its measurement and the lack of research capabilities of the characteristics of radiation scattering, in particular the angular and local dependence of scattering. The complexity of the technology for controlling the scattering ability of the IOS fiber channel is associated with the need for discrete scanning by the fiber end face along, across, in angle and in height, which is carried out repeatedly using a precision micropositioner with several degrees of freedom. This task is even more complicated in those common cases when the radiation is invisible. The low sensitivity of measuring the scattering ability of the channels of the IOS fibers, the impossibility of studying the channels of the IOS fibers with low losses due to radiation scattering, is due to the small attenuation of radiation along the length of the channel of the IOS, which usually has a small length.

Цель изобретения состоит в упрощении технологии контроля рассеивающей способности канала световода ИОС, повышении чувствительности ее измерения и расширении возможностей исследования особенностей рассеяния. The purpose of the invention is to simplify the control technology of the scattering ability of the channel of the IOS fiber, increase the sensitivity of its measurement and expand the possibilities of studying the features of scattering.

Поставленная цель достигается тем, что в (первый вариант) способе исследования рассеянного в канале световода интегрально-оптической схемы излучения облучают канал световода излучением с известными характеристиками и регистрируют часть мощности рассеянного излучения, на боковую поверхность канала или его часть направляют излучение под углом к каналу световода, превышающим критический, при котором не происходит возбуждения собственных направляемых каналом световода мод в результате воздействия непосредственно падающего излучения, изменяют угол и плоскость падения излучения, а регистрируют излучение, захваченное и направляемое каналом световода. Устройство для реализации данного способа содержит источник направленного излучения, светопровод, выполненный в виде волоконного световода, первый торец которого подключен к приемнику излучения, непрозрачный экран со щелью, блок регистрации и поворотное устройство, в котором размещен источник направленного излучения, либо испытуемый канал световода с возможностью произвольного фиксирования их положения друг относительно друга, при этом непрозрачный экран выполнен с возможностью изменения ширины, длины и положения щели, а светопровод согласован с исследуемым каналом световода и соединен вторым торцом с торцом последнего. This goal is achieved by the fact that in the (first option) method for studying the integrated optical-optical radiation circuit scattered in a fiber channel, the fiber channel is irradiated with radiation with known characteristics and a part of the scattered radiation power is recorded, radiation is directed to the side surface of the channel at an angle to the fiber channel exceeding the critical one, in which there is no excitation of intrinsic modes guided by the channel of the fiber as a result of exposure to directly incident radiation, change the angle and plane of incidence of radiation, and register radiation captured and guided by the channel of the fiber. A device for implementing this method comprises a directional radiation source, a fiber made in the form of a fiber, the first end of which is connected to the radiation receiver, an opaque screen with a slit, a recording unit and a rotary device in which the directional radiation source is placed, or a test fiber channel arbitrary fixation of their position relative to each other, while the opaque screen is configured to change the width, length and position of the slit, and light transmission d matched with the studied channel of the fiber and connected by the second end to the end of the latter.

Во втором варианте изобретения поставленная цель достигается тем, что в способе исследования рассеянного в канале световода интегрально-оптической схемы излучения облучают канал световода излучением с помощью источника излучения с известными характеристиками, регистрируют часть мощности рассеянного излучения, захваченного и направляемого каналом световода, при этом облучают боковую поверхность канала световода или его части высокоинтенсивным непрерывным или импульсным изотопным диффузным полем излучения, за исключением частей интегрально-оптической схемы, через которые непосредственно полем излучения могут возбуждаться собственные направляемые моды канала световода. Для реализации данного способа используется устройство для исследования рассеянного в канале световода интегрально-оптической схемы излучения, содержащее источник излучения, светопровод, выполненный в виде волоконного световода, первый торец которого подключен к приемнику излучения, непрозрачный экран со щелью и блок регистрации, при этом наружная поверхность экрана покрыта диффузно отражающим излучение материалом, щель выполнена с возможностью изменения ее ширины, длины и положения, причем в устройство введен фотометрический шар, покрытый изнутри диффузно отражающим излучение материалом, выполненным с возможностью размещения в нем интегрально-оптической схемы или части его со щелью, а светопровод согласован с исследуемым каналом световода и соединен вторым торцом с торцом последнего. In the second embodiment of the invention, the goal is achieved in that in the method for studying the integrated optical-optical radiation circuit scattered in the channel of the fiber, the fiber channel is irradiated with radiation using a radiation source with known characteristics, a part of the power of the scattered radiation captured and guided by the fiber channel is recorded, and the side the surface of the fiber channel or part thereof with a high-intensity continuous or pulsed isotopic diffuse radiation field, with the exception of parts and integrand optical circuit through which the direct radiation field can be excited own guided modes of the channel waveguide. To implement this method, a device is used to study an integrated optical radiation circuit scattered in a channel of a fiber, comprising a radiation source, a fiber made in the form of a fiber, the first end of which is connected to a radiation receiver, an opaque screen with a slit and a recording unit, while the outer surface the screen is covered with diffusely reflecting radiation material, the slot is made with the possibility of changing its width, length and position, and a photometric ball is introduced into the device, Open outdoor diffusely reflecting radiation from inside the material, adapted to accommodate the integral-optical circuit or part thereof with a slit, and a light-agreed with the test channel optical fiber and a second end connected with the end of the latter.

Для пояснения изобретения ниже приводятся конкретные примеры осуществления способа и устройства для его осуществления. To explain the invention, the following are specific examples of the method and device for its implementation.

На фиг.1 приведена схема устройства для исследования рассеянного в канале световода ИОС излучения. К каналу световода 1 интегрально-оптической схемы 2 пристыкован волоконный световод 3, с ним согласованный. К другому концу волоконного световода подключен приемник мощности излучения 4 с регистрирующей системой 5. На поверхности ИОС, обращенной к падающему излучению, находится маска 6, непрозрачная для излучения, со щелью 7, расположение которой вдоль канала световода ИОС может изменяться. Поворотное устройство, служащее для изменения угла падения и плоскости падения, на фиг.1 не показано. Figure 1 shows a diagram of a device for studying scattered in the channel of the fiber of the IOS radiation. An optical fiber 3 is connected to the channel of the optical fiber 1 of the integrated optical circuit 2, and it is matched with it. A radiation power receiver 4 with a recording system 5 is connected to the other end of the fiber waveguide. On the surface of the IOS facing the incident radiation there is a mask 6, opaque to radiation, with a slit 7, the location of which along the channel of the IOS fiber can vary. The rotary device, which serves to change the angle of incidence and the plane of incidence, is not shown in figure 1.

На фиг. 2 представлен второй вариант выполнения устройства, содержащего элементы 1, 2, 3, 4, 5, 7 аналогично устройству фиг.1. Выполнение непрозрачного экрана-маски 6 отличается от устройства фиг.1. Экран 6 охватывает всю ИОС, снаружи он покрыт диффузно отражающим излучение материалом, а изнутри он покрыт поглощающим излучение материалом. Щели-окна 7 в экране 6 выполняются с обеих противоположных сторон ИОС вдоль канала световода, ИОС с помощью опоры 8 размещена внутри фотометрического шара 9, имеющего отверстие для входа излучения 10 и отверстие для вывода светопровода 3 из фотометрической сферы 11. In FIG. 2 shows a second embodiment of a device containing elements 1, 2, 3, 4, 5, 7 similarly to the device of FIG. The implementation of the opaque screen mask 6 is different from the device of figure 1. Screen 6 covers the entire IOS, on the outside it is covered with diffusely reflecting radiation material, and from the inside it is covered with radiation absorbing material. Slots-windows 7 in the screen 6 are made on both opposite sides of the IOS along the channel of the fiber, IOS using the support 8 is placed inside the photometric ball 9 having a hole for the input of radiation 10 and a hole for outputting the light guide 3 from the photometric sphere 11.

Щели для обоих вариантов устройств выполнены с возможностью изменения их длины, ширины и местоположения вдоль канала световода ИОС. Возможно отсутствие маски 6 (фиг. 1) и экрана 6 (фиг.2). В последнем случае необходимо свободный торец канала световода ИОС заэкранировать. Оба эти варианта устройства допускают подключение к обоим торцам канала световода 1 волоконных световодов. The slots for both versions of the devices are configured to change their length, width and location along the channel of the IOS fiber. Perhaps the absence of a mask 6 (Fig. 1) and a screen 6 (Fig.2). In the latter case, it is necessary to shield the free end of the IOS fiber channel. Both of these device variants allow the connection of fiber optic fibers to both ends of the channel of the optical fiber 1.

Способ осуществляется следующим образом. Известное высокоинтенсивное, например, от импульсного лазера, излучение, после установки с помощью поворотного устройства угла и плоскости падения излучения (фиг.1) направляют на часть канала световода 1, ограниченного щелью 7, служащей для снижения паразитных помех. Имеющиеся в канале световода ИОС неоднородности вызывают рассеяние излучения во все стороны, в том числе и в направлении канала световода 1, которое захватывается им и передается через волоконный световод 3 к приемнику мощности излучения 4. Сигнал приемника мощности излучения, пропорциональный рассеивающей способности исследуемой части канала световода ИОС и интенсивности падающего излучения, фиксируется регистрирующим устройством 5. В другом варианте (фиг.2) канал световода облучают высокоинтенсивным изотропным полем излучения, сформированным с помощью фотометрического шара. Такое стандартное возбуждение рассеяния в канале световода является удобным при сравнении рассеивающей способности различных каналов световодов. Рассеянное излучение, распространяющееся под углами θ_k к направлению канала световода, превышающими критический угол θ_c, равный
θ_c = arccos(n_s/n_k), (1)
где n _S и n _K показатели преломления материала подложки и канала световода ИОС, соответственно, не будет передаваться по волоконному световоду 3 и регистрироваться. При использовании данного способа возможность исследования малых значений рассеивающей способности уже не будет ограничиваться ее произведением на длину исследуемого канала, а будет определяться интенсивностью облучения исследуемого канала световода, что и позволяет значительно повысить чувствительность измерения рассеивающей способности канала световода ИОС, измерять ее малые значения. Перемещение щели вдоль канала световода позволяет определить локальные изменения рассеивающей способности, а изменение углов и плоскости падения излучения, изменение направления падающего излучения, наряду с варьированием поляризацией излучения, позволяет выявить физические особенности рассеяния, размеры рассеивающих образований, отделить поверхностное и объемное рассеяние. Упрощение технологии контроля рассеивающей способности канала световода состоит в исключении в процессе измерений многократных юстировок с помощью прецизионного микропозиционера и многократных отсчетов показаний регистрирующей системы.The method is as follows. Known high-intensity, for example, from a pulsed laser, radiation, after setting the angle and plane of incidence of the radiation with the help of a rotary device (Fig. 1), is directed to a part of the channel of the optical fiber 1, limited by a slit 7, which serves to reduce spurious interference. Inhomogeneities present in the IOC fiber channel cause scattering of radiation in all directions, including in the direction of the fiber channel 1, which is captured by it and transmitted through the optical fiber 3 to the radiation power receiver 4. The signal of the radiation power receiver is proportional to the scattering ability of the studied part of the fiber channel IOS and the intensity of the incident radiation, is recorded by the recording device 5. In another embodiment (Fig. 2), the fiber channel is irradiated with a high-intensity isotropic radiation field, form Rowan using integrating sphere. Such a standard scattering excitation in a fiber channel is convenient when comparing the scattering power of different channels of the optical fibers. Scattered radiation propagating at angles θ _k to the direction of the fiber channel exceeding the critical angle θ _c equal to
θ _c = arccos (n _s / n _k ), (1)
where n _S and n _{K are} the refractive indices of the substrate material and the channel of the IOS fiber, respectively, will not be transmitted through the fiber 3 and recorded. When using this method, the ability to study small values of the scattering ability will no longer be limited to its product by the length of the studied channel, but will be determined by the intensity of the irradiation of the studied channel of the fiber, which can significantly increase the sensitivity of measuring the scattering ability of the channel of the IOS fiber, to measure its small values. Moving the slit along the channel of the fiber makes it possible to determine local changes in the scattering power, and changing the angles and plane of incidence of the radiation, changing the direction of the incident radiation, along with varying the polarization of the radiation, makes it possible to identify the physical features of scattering, the dimensions of the scattering formations, and to separate surface and volume scattering. A simplification of the technology for monitoring the scattering ability of a fiber channel consists in eliminating multiple adjustments during measurement using a precision micro-positioner and multiple readings of the readings of the recording system.

Применение изобретения позволяет по сравнению с известными способами и устройствами упростить технологию контроля рассеивающей способности каналов световода ИОС, что особенно полезно при серийном производстве ИОС, повысить чувствительность ее измерения на несколько порядков, а также расширить возможности исследования особенностей рассеивающей способности каналов световодов ИОС определять угловую и локальную зависимость рассеяния, разделить объемное и поверхностное рассеяние. The application of the invention allows, in comparison with known methods and devices, to simplify the technology for controlling the scattering ability of the IOS optical fiber channels, which is especially useful in the serial production of IOS, to increase the sensitivity of its measurement by several orders of magnitude, and also to expand the possibilities of studying the characteristics of the scattering ability of the IOS optical fiber channels to determine the angular and local scattering dependence, separate volume and surface scattering.

Claims

1. A method for studying the integrated optical-optical radiation circuit scattered in a fiber channel, in which the fiber channel is irradiated with radiation with known characteristics and a part of the scattered radiation power is recorded, characterized in that, in order to simplify the control of the scattering power of the fiber channel, reduce the lower limit of measurement of the scattering power and expanding the functionality of the study of scattering features, direct radiation under the lateral surface of the fiber channel or part thereof An angle to the fiber channel exceeding the critical one at which no excitation of the modes directed by the fiber channel under the influence of directly incident radiation occurs, the angle and plane of incidence of the radiation are changed, and scattered radiation captured and guided by the fiber channel is recorded.

2. A device for researching an integrated optical radiation circuit scattered in a channel of a fiber, comprising a directional radiation source, a fiber made in the form of a fiber, the first end of which is connected to a radiation receiver, an opaque screen with a slit and a recording unit, characterized in that, with the purpose of simplifying the control technology of the scattering ability of the fiber channel, reducing the lower limit of measuring the scattering ability and expanding the functionality of the study features if radiation is emitted in the fiber channel, a rotary device is inserted into it, in which a directional radiation source is placed or a test fiber channel with the ability to arbitrarily fix their position relative to each other, while the opaque screen is configured to change the width, length and position of the slit, and the fiber is matched with the studied channel of the fiber and connected by the second end to the end of the latter.

3. A method for studying an integrated optical radiation circuit scattered in a fiber channel, in which a fiber channel is irradiated with a known radiation source and a part of the scattered radiation power is recorded, characterized in that, in order to simplify the technology for controlling the scattering ability of the fiber channel and reduce the lower the limit of measuring its scattering ability, irradiate the lateral surface of the fiber channel or part thereof with a high-intensity continuous or pulsed differential fuzzy radiation field, with the exception of parts of the integrated optical circuit, through which directly the radiation field can be driven by its own guided modes of the optical fiber channels, and the scattered radiation captured and guided by the optical fiber channel is recorded.

4. A device for studying the integrated optical-optical radiation circuit scattered in the channel of the optical fiber, comprising a radiation source, a optical fiber made in the form of a fiber optical fiber, the first end of which is connected to a radiation receiver, an opaque screen with a slit and a recording unit, characterized in that, for the purpose of simplifying the control of the scattering ability of the fiber channel and reducing the lower limit of measuring its scattering ability, the outer surface of the screen is covered with diffusely reflecting radiation material, and the inner the surface is covered with radiation-absorbing material, the slit is made with the possibility of changing its width, length and position, while a photometric ball is inserted into the device, which is coated inside with diffusely reflecting radiation material, made with the possibility of placing an integrated optical circuit or part of it with a slit in it, and the light guide is matched to the studied channel of the light guide and is connected by the second end to the end of the latter.