RU2248020C1 - Способ изготовления многофункционального интегрально-оптического элемента на кристалле ниобата лития - Google Patents
Способ изготовления многофункционального интегрально-оптического элемента на кристалле ниобата лития Download PDFInfo
- Publication number
- RU2248020C1 RU2248020C1 RU2003128668/28A RU2003128668A RU2248020C1 RU 2248020 C1 RU2248020 C1 RU 2248020C1 RU 2003128668/28 A RU2003128668/28 A RU 2003128668/28A RU 2003128668 A RU2003128668 A RU 2003128668A RU 2248020 C1 RU2248020 C1 RU 2248020C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mioe
- melt
- lithium niobate
- low
- manufacturing
- Prior art date
Links
Landscapes
- Gyroscopes (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области интегральной оптики и может быть использовано в оптоэлектронных устройствах, в частности в волоконно-оптических гироскопах. Способ изготовления многофункционального интегрально-оптического элемента (МИОЭ) на кристалле ниобата лития путем проведения протонно-обменной реакции через маску специальной топологии в расплаве кислоты заключается в том, что протонно-обменную реакцию проводят в герметичном автоклаве при низкочастотной вибрации и при температуре 290-373°С в течение 3-16 часов в расплаве чистой стеариновой кислоты с добавкой стеарата лития в диапазоне концентраций 0,4-1,0 мас.%, при этом низкочастотную вибрацию осуществляют с частотой от 5 до 8 Гц. Обеспечено уменьшение трудоемкости изготовления за счет применения одностадийного технологического процесса. 1 з.п. ф-лы.
Description
Изобретение относится к области интегральной оптики и может быть использовано в оптоэлектронных устройствах, в частности в волоконно-оптических гироскопах.
Одним из основных элементов волоконно-оптического гироскопа является многофункциональный интегрально-оптический элемент (МИОЭ), состоящий из линейного поляризатора, Y-разветлителя и двух электрооптических фазовых модуляторов. Луч света расщепляется на две волны равной амплитуды, распространяющиеся в канальных световодах, являющихся фазовыми модуляторами в плечах Y-разветлителя.
Известен способ изготовления МИОЭ на кристаллах ниобата лития. Он заключатся в селективной диффузии титана при очень высоких температурах, 1000-1100°С (см. US № 5442719, G 02 В 6/12, 1995).
Однако необходимость использования столь высоких температур обуславливает главные недостатки этого способа - огромные энергозатраты, сложность и высокую стоимость используемого оборудования. Существенным недостатком данного способа является также сложность необходимых вспомогательных технологий подавления сопутствующей аут-диффузии лития и постдиффузионного высокотемпературного окислительного отжига, что огранивает возможность прецизионного контроля параметров МИОЭ. Кроме того, титан-диффузионные МИОЭ характеризуются очень высоким оптическим повреждением, приводящим, в конечном счете, к росту оптических потерь и дрейфу параметров МИОЭ во включенном состоянии.
Наиболее близким к предлагаемому способу является способ изготовления МИОЭ на кристалле ниобата лития, заключающийся в использовании технологии отожженного протонного обмена (ОПО), которая сочетает процессы прямого низкотемпературного протонного обмена при 140-230°С в расплаве чистой или разбавленной бензоатом лития бензойной кислоты и последующего высокотемпературного отжига при 320-360°С (см. US № 6374005, G 02 В 6/122, 2001).
Важным преимуществом любых протон-обменных МИОЭ, по сравнению с титан-диффузионными МИОЭ, является значительно меньший уровень эффекта оптического повреждения.
Однако неизбежным недостатком этого способа является то, что различные дефекты формируются в приповерхностном слое кристалла, благодаря резким изменениям фазового состава этой части МИОЭ в течение как протонного обмена, так и постобменного отжига. Появление значительного количества дефектов приводит к формированию приповерхностного нарушенного слоя, вызывая тем самым значительное рассеивание света и, как следствие, заметный рост оптических потерь в поучаемых МИОЭ.
Кроме того, технологии ОПО присуща сложность, обусловленная многостадийностью технологического процесса (протонный обмен + отжиг + специальная обработка по уменьшению толщины приповерхностного нарушенного слоя). Следовательно, способ изготовления МИОЭ с помощью технологии ОПО характеризуется вынужденной трудоемкостью.
Задача изобретения - изготовление МИОЭ на кристалле ниобата лития с низким уровнем оптических потерь, обеспечивающим значительное улучшение параметров волоконно-оптических гироскопов, и существенное уменьшение трудоемкости изготовления МИОЭ за счет применения одностадийного технологического процесса.
Поставленная задача достигается тем, что в способе изготовления многофункционального интегрально-оптического элемента (МИОЭ) на кристалле ниобата лития путем проведения протонно-обменной реакции через специальную маску в расплаве кислоты протонно-обменную реакцию проводят в герметичном автоклаве при низкочастотной вибрации и при температуре 290-373°С в течение 3-16 часов в расплаве чистой стеариновой кислоты с добавкой стеарата лития в диапазоне концентраций от 0,4 до 1,0 мас.%, а также тем, что низкочастотную вибрацию осуществляют с частотой от 5 до 8 Гц.
Патентуемый способ осуществляется следующим образом.
Способ осуществляют в герметичном автоклаве, в который помещают источник протонного обмена - расплав стеариновой кислоты с добавкой стеарата лития в концентрации от 0,4 до 1,0 мас.%. На кристалле ниобата лития предварительно фотолитографическим методом образуют маску специальной топологии. Затем этот кристалл помещают в расплав стеариновой кислоты, находящейся в герметичном автоклаве.
Высокотемпературный протонный обмен (ВТПО) проводят при температуре 290-373°С в течение 3-16 часов при низкочастотной вибрации, например от 5 до 9 Гц.
Используемый расплав характеризуется высокой температурой кипения, низким давлением пара и кислотностью, зависящей от массового содержания добавки стеарата лития (СЛ) в стеариновой кислоте (СК). Поэтому создана возможность для управления оптическими параметрами получаемых волноводов, варьированием значений содержания СЛ в диапазоне от 0,4 до 1 вес.%. Для поддержания постоянного давления в ходе реакции и равномерного распределения стеарата лития используют герметичный автоклав, вибрирующий с постоянной низкой частотой, предпочтительно 5-8 Гц. Таким образом, устраняется необходимость использования постобменного отжига и специальной обработки приповерхностного слоя. Следовательно, в отличие от стандартной ОПО технологии, высокотемпературный протонный обмен (ВТПО) это - одностадийный процесс без фазовых переходов, что позволяет получать МИОЭ с низкими оптическими потерями. Длительность протонного обмена выбирается в соответствии с длиной волны оптического излучения, используемого в волоконно-оптическом гироскопе, для которого создается конкретный МИОЭ.
Использование способа позволит уменьшить оптические потери в получаемых МИОЭ, по сравнению с прототипом, на 2 дБ. Предлагаемый способ позволит уменьшить трудозатраты и энергоемкость изготовления МИОЭ в 2,5-3 раза. Кроме того, очень важным преимуществом предлагаемого способа является то, что показатель преломления необыкновенного луча увеличивается, а показатель преломления обыкновенного луча уменьшается в МИОЭ на кристаллах ниобата лития. В результате этого, моды только одной поляризации (в нашем случае ТЕ-мода) распространяются в МИОЭ. Поэтому нет необходимости использовать дополнительный поляризатор, который является источником дополнительных потерь. Значения коэффициента поляризационной экстинкции для света, прошедшего МИОЭ, достигает экстремально высоких значений, больших чем 60 дБ, что больше, по сравнению с прототипом, на 10-15 дБ. Такая высокая степень поляризации автоматически дает принципиальную возможность для достижения более высокой точности у волоконно-оптических гироскопов, использующих МИОЭ, изготовленный предлагаемым способом.
Claims (2)
1. Способ изготовления многофункционального интегрально-оптического элемента (МИОЭ) на кристалле ниобата лития путем проведения протонно-обменной реакции через маску специальной топологии в расплаве кислоты, отличающийся тем, что протонно-обменную реакцию проводят в герметичном автоклаве при низкочастотной вибрации и при температуре 290-373°С в течение 3-16 ч в расплаве чистой стеариновой кислоты с добавкой стеарата лития в диапазоне концентраций 0,4-1,0 мас.%.
2. Способ изготовления МИОЭ по п.1, отличающийся тем, что низкочастотную вибрацию осуществляют с частотой от 5 до 8 Гц.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003128668/28A RU2248020C1 (ru) | 2003-09-25 | 2003-09-25 | Способ изготовления многофункционального интегрально-оптического элемента на кристалле ниобата лития |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003128668/28A RU2248020C1 (ru) | 2003-09-25 | 2003-09-25 | Способ изготовления многофункционального интегрально-оптического элемента на кристалле ниобата лития |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2248020C1 true RU2248020C1 (ru) | 2005-03-10 |
Family
ID=35364700
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2003128668/28A RU2248020C1 (ru) | 2003-09-25 | 2003-09-25 | Способ изготовления многофункционального интегрально-оптического элемента на кристалле ниобата лития |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2248020C1 (ru) |
-
2003
- 2003-09-25 RU RU2003128668/28A patent/RU2248020C1/ru active
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5082349A (en) | Bi-domain two-mode single crystal fiber devices | |
US4196963A (en) | Method for eliminating Li2 O out-diffusion in LiNbO3 and LiTaO3 waveguide structures | |
Chen et al. | Elimination of Li2O out‐diffusion waveguide in LiNbO3 and LiTaO3 | |
US20110123163A1 (en) | Stable Lithium Niobate Waveguides, And Methods Of Making And Using Same | |
Parfenov et al. | Simulation of Ti-indiffused lithium niobate waveguides and analysis of their mode structure | |
RU2248020C1 (ru) | Способ изготовления многофункционального интегрально-оптического элемента на кристалле ниобата лития | |
De Micheli | Nonlinear effects in TIPE-LiNbO3 waveguides for optical communications | |
EP1224491B1 (en) | Titanium-indiffusion waveguides and methods of fabrication | |
CN1417621A (zh) | 用质子交换制造铌酸锂光波导的方法及其装置 | |
RU2334260C1 (ru) | Способ изготовления многофункционального интегрально-оптического элемента | |
JP4665162B2 (ja) | 光学素子及びその製造方法 | |
Pun et al. | Proton-exchanged optical waveguides in Z-cut LiNbO/sub 3/using phosphoric acid | |
Sosunov et al. | Effect of the structure of the lithium niobate surface layer on the characteristics of optical waveguides | |
Korkishko et al. | Structural and optical characterization of annealed proton exchanged LiNbO3 optical waveguides | |
Korkishko et al. | Phase diagram of HxLi1-xNbO3 optical waveguides | |
US5266092A (en) | Processes for preparation of ion exchanged crystalline waveguides | |
Liu et al. | Planar and channel waveguides in fused silica fabricated by multi-energy C ion in the visible and near-infrared band | |
CN108535804A (zh) | 一种铌酸锂光波导偏振器及制备方法 | |
Korkishko et al. | LiNbO/sub 3/integrated optical chip for fiber optical gyroscope fabricated by high temperature proton exchange | |
CN110320684B (zh) | 光控制元件 | |
Mos et al. | Tunable liquid crystal fibre optic filter | |
Fujimura et al. | Buried annealed/proton-exchanged LiNbO^ sub 3^ waveguides fabricated by direct bonding technique | |
Trpkovski et al. | MPCVD Processing of Titanium-diffused LiNbO 3 Waveguides: Optical Characterisation and Waveguide Restoration | |
Majkic et al. | Optical microring resonators in fluorine-implanted lithium niobate for electrooptical switching and filtering | |
Wang et al. | A New LiNbO [sub] 3 [/sub] TE/TM Mode Splitter Using Tipe Processes |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PD4A | Correction of name of patent owner |