RU2662485C1 - Способ позиционирования кора оптического волокна над светочувствительной областью фотодетектора - Google Patents
Способ позиционирования кора оптического волокна над светочувствительной областью фотодетектора Download PDFInfo
- Publication number
- RU2662485C1 RU2662485C1 RU2017117183A RU2017117183A RU2662485C1 RU 2662485 C1 RU2662485 C1 RU 2662485C1 RU 2017117183 A RU2017117183 A RU 2017117183A RU 2017117183 A RU2017117183 A RU 2017117183A RU 2662485 C1 RU2662485 C1 RU 2662485C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- optical fiber
- core
- track
- tracks
- photodetector
- Prior art date
Links
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 title claims abstract description 45
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 claims abstract description 4
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 claims 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract description 11
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 5
- 230000003467 diminishing effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 13
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 11
- 230000008859 change Effects 0.000 description 6
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 5
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 2
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 230000021615 conjugation Effects 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
- G02B6/4295—Coupling light guides with opto-electronic elements coupling with semiconductor devices activated by light through the light guide, e.g. thyristors, phototransistors
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области оптической техники и касается способа позиционирования кора оптического волокна над светочувствительной областью фотодетектора. Способ включает в себя подведение кора оптического волокна к поверхности на расстояние 
, после чего кор оптического волокна перемещают параллельно поверхности фотодетектора до достижения минимума интенсивности, соответствующего первой дорожке электрического контакта. Далее перемещают кор оптического волокна по направлению дорожки к светочувствительной области фотодетектора до момента увеличения интенсивности, соответствующего окончанию первой дорожки электрического контакта и далее до момента уменьшения интенсивности, соответствующего началу второй дорожке электрического контакта, и устанавливают кор по середине, между первой и второй дорожками электрических контактов. Затем выполняют аналогичные действия для других осей, соответствующих другим парам дорожек электрических контактов. При проведении измерений используется свет, распространяющийся по кору оптического волокна, длина волны которого выбирается равной четырехкратной толщине дорожек электрических контактов. Технический результат заключается в повышении точности позиционирования. 4 ил.
Description
Способ прецизионного позиционирования кора оптического волокна над светочувствительной областью фотодетектора может использоваться в оптико-механическом оборудовании и прецизионных устройствах регистрации оптического излучения, требующих высокого пространственного разрешения, в телекоммуникационных устройствах, в устройствах сочленения источников излучения, например полупроводниковых лазеров, с оптоволоконными устройствами, в испытательном стенде для исследования и оптимизации однофотонных детекторов для систем квантовой криптографии, включая сверхпроводящие однофотонные детекторы.
Известен способ совмещения оптического волокна с оптически активным элементом устройства содержащего приемный модуль с приемной зоной, блок ориентации, световод, включающий оболочку с первым окончанием и вторым окончанием, кор с первым концом и вторым концом, а также оптический модуль, включающий первый источник излучения, причем блок ориентации расположен на приемном модуле, световод первым окончанием установлен в блоке ориентации, первым концом кора оптически сопряжен с приемной зоной, а вторым концом кора оптически сопряжен с первым источником излучения оптического модуля [PL209942].
Недостатки указанного способа заключаются: 1. В том, что предполагается совмещение оптического световода по наружному диаметру оболочки (обычно диаметр 125 мкм) с искусственно созданным направляющим кольцом толщиной 0.2 мкм и внутренним диаметром на 2 мкм большим диаметра оптического световода. Это предполагает, что точность совмещения не превышает 1 мкм. 2. Совмещение кора оптического волокна с приемной зоной предполагает, что ось кора точно совпадает с осью внешней оболочки световода. Это дополнительно снижает точность совмещения. 3. Визуальный контроль процесса совмещения в указанном устройстве весьма затруднителен. Эти три фактора приводят к относительно невысокой точности совмещения. 4. Закрепление оптического волокна относительно приемной зоны предполагает заполнение фиксирующим составом зазора между торцом оптического волокна и поверхностью приемного модуля, на которой сформирована приемная зона. Однако при изменении температуры, из-за разности коэффициентов линейного расширения материала световода, фиксирующего состава и поверхности приемной зоны, возникают механические напряжения, которые могут влиять на свойства приемной зоны, вплоть до ее разрушения. Таким образом, недостатки - низкая точность и возможность разрушения приемной зоны.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении точности позиционирования в сравнении с известными аналогами, а также расширение функциональных возможностей - обеспечение возможности устанавливать и контролировать расстояние между кором и поверхностью светочувствительной области с высокой точностью (до 0,1 нм). Другой технический результат заключается в расширении области применения - возможности использования в детекторах, в которых коэффициенты отражения электрических контактов и подложки очень близки по своим значениям.
Указанный технический результат достигается тем, что способ позиционирования кора оптического волокна над светочувствительной областью фотодетектора, включающий подведение кора оптического волокна к поверхности на расстояние 
после чего кор оптического волокна перемещают параллельно поверхности фотодетектора до достижения минимума интенсивности, соответствующего первой дорожке электрического контакта, после чего перемещают кор оптического волокна по направлению дорожки к светочувствительной области фотодетектора, до момента увеличения интенсивности, соответствующего окончанию первой дорожки электрического контакта и далее, до момента уменьшения интенсивности соответствующего началу второй дорожке электрического контакта, устанавливают кор по середине, между первой и второй дорожками электрических контактов, после чего производят аналогичные действия для других осей, соответствующих другим парам дорожек электрических контактов, при этом используется свет, распространяющийся по кору оптического волокна, а длина волны света λ выбирается равной четырехкратной толщине дорожек электрических контактов.
Сущность изобретения заключается в прецизионном позиционировании кора первого конца оптического волокна над приемной зоной для их оптического сопряжения используя интерференцию отраженных от поверхности дорожки электрического контакта и поверхности приемного модуля. В рамках данного устройства позиционирование первого конца кора оптического волокна над приемной зоной осуществляется с использованием света, распространяющегося по кору. В качестве меток, по которым производится позиционирование кора оптического волокна используются дорожки электрических контактов, использующиеся для регистрации сигнала оптического отклика светочувствительной области фотодетектора. Дорожки соединены непосредственно со светочувствительной областью фотодетектора, что обеспечивает высокую точность совмещения. Они могут иметь определенную форму, например, клиновидные, для использования дифракционных эффектов позволяющих повысить точность позиционирования. Использование интерференционных эффектов позволит с высокой точностью (до 0.1 nm) устанавливать и контролировать расстояние между кором оптического волокна и поверхностью меток или светочувствительной области фотодетектора. Использование предлагаемого способа позволит контролировать и оптимизировать оптическое воздействие на приемную зону.
Преимущества настоящего способа заключаются в том, что анализируется интенсивность отраженного от поверхности фотодетектора и от поверхности контактов излучения. За счет того, что длина волны лазера выбирается равно четырехкратной толщине дорожек электрических контактов, возникают интерференционные эффекты. Так, поверхность дорожки соответствует минимуму интенсивности, а поверхность подложки детектора соответствует увеличению интенсивности. Это позволяет производить максимально точное позиционирование кора оптического волокна над светочувствительной областью фотодетектора, а также контролировать расстояние от кора до светочувствительной области.
На фиг. 1 изображено схематическое устройство приемного модуля в общем виде.
На фиг. 2 изображен вариант выполнения устройства прецизионного позиционирования.
На фиг. 3 изображен принцип действия интерференционного способа прецизионного позиционирования.
На фиг. 4 изображен вариант позиционирования оптического волокна на реальной структуре массива из 9 детекторов.
Способ прецизионного позиционирования кора оптического волокна над светочувствительной областью фотодетектора реализуется в устройстве прецизионного позиционирования кора оптического волокна над светочувствительной областью фотодетектора. Устройство прецизионного позиционирования кора оптического волокна над светочувствительной областью фотодетектора (Фиг. 1) содержит приемный модуль, на поверхности которого сформирована светочувствительная область 1 с дорожками электрических контактов 2-5, лазер 6 (Фиг. 2), детектор 7, световод 8 и блок ориентации 9. В качестве светочувствительной области фотодетектора 1 может использоваться сверхпроводящая, полупроводниковая или иная светочувствительная структура, изменяющая свои электрические свойства под воздействием оптического излучения сформированная на поверхности пластины Si, Al2O3, MgO или иной изолирующей подложки. Светочувствительная структура изменяет свои электрические свойства под воздействием оптического излучения, которые регистрируются в виде электрических сигналов с использованием электрических контактов. Электрические контакты представляют собой тонкопленочные структуры выполненные из проводящего (например золото, медь и т.п.) или сверхпроводящего (например ниобий) материала. Блок ориентации 9 предназначен для прецизионного перемещения световода 8 относительно приемного модуля. В качестве блока ориентации могут быть использованы, например, трехкоординатные пьезоэлектрические подвижки фирмы PI Ceramics или Attocube. В качестве световода 8 может использоваться стандартное одномодовое волокно SMF-28 (могут использоваться другие одномодовые или многомодовые оптические волокна).
Первая задача, которая решается с использованием способа прецизионного позиционирования кора оптического волокна над светочувствительной областью фотодетектора, состоит в прецизионном позиционировании кора 10 (Фиг. 3а) оптического волокна над светочувствительной областью фотодетектора (1, Фиг. 1). С этой целью дорожки электрических контактов 2-5 (Фиг. 1) располагаются таким образом, что их оси проходят через центр симметрии фоточувствительной области. После этого оптическое излучение от источника 6 (Фиг. 2) пропускают через кор 10 по направлению к первому окончанию 11. Первое окончание 11 кора 10 световода 8 подводят к поверхности приемного модуля 12 на расстояние сравнимое с диаметром кора 10. Расстояние контролируется визуально при помощи оптического микроскопа по расстоянию между торцом первого окончания 11 и его зеркальным отражением от поверхности 12 приемного модуля 1, и по свету, отраженному от поверхности приемного модуля обратно в кор 10 и регистрируемому приемным устройством 7. После этого первое окончание 11 кора 10 световода 8 перемещается параллельно поверхности приемного модуля до пересечения с одной из сформированных дорожек электрических контактов 2-5. При пересечении с одной из указанных дорожек (например 2) изменяется интенсивность света отраженного обратно в кор 10 и это изменение регистрируется на приемном модуле 7. По изменению сигнала на приемном модуле 7 при пересечении дорожки электрического контакта 2 первое окончание 11 кора 10 световода 8 располагают точно на середине сечения дорожки 2 в направлении перемещения первого окончания 11. После этого первое окончание 11 перемещается вдоль дорожки 2 по направлению к дорожке 4. По изменению сигнала на приемном модуле 7 первое окончание 11 кора 10 световода 8 располагают точно посередине между краями дорожек 2 и 4 соответственно. Аналогично, используя края дорожек электрических контактов 3 и 5, производится юстировка первого окончания 11 по второй оси. Таким образом, ось окончания 11 кора 10 располагается точно над серединой приемной зоны 1.
В случае одинакового коэффициента отражения принцип позиционирования состоит в следующем. Длина волны лазера λ выбирается таким образом, чтобы толщина дорожек электрических контактов 2-5 (Фиг.1), находящихся на поверхности фотоприемного модуля оказалась толщиной λ/4, где λ - длина волны света излучаемого лазером. Оси дорожек электрических контактов 2-5 (штрих-пунктирные линии на фиг. 1) пересекаются в центре светочувствительной области фотодетектора. Окончание оптического волокна 11 подводится к поверхности приемного модуля 12 на расстояние 
Это достигается прецизионным перемещением оптического волокна вдоль нормали к поверхности приемного модуля и одновременной регистрации интенсивности отраженного в кор света. Требуемое расстояние соответствует минимуму интенсивности. В этом случае разность хода лучей отраженных от торца оптического волокна 11 (обычно около 4%) и от поверхности приемного модуля 12 составляет 
т.е. электромагнитные волны находятся в противофазе и происходит подавление отраженной в кор световода волны 14. При перемещении кора световода параллельно поверхности в область над дорожкой электрического контакта (Фиг. 3б) ситуация изменяется -разность хода лучей отраженных от торца световода и поверхности дорожки электрического контакта 17 Δ=nλ, что приводит к усилению отраженной в кор световода волны 16. Таким образом, за счет эффектов, связанных с интерференцией, происходит изменение эффективного коэффициента отражения света в кор оптического волокна при перемещении световода. Дальнейший алгоритм прецизионного позиционирования кора световода над светочувствительной областью фотодетектора подробно описан выше.
Предложенный способ может применяться и в том случае, когда на поверхности приемного модуля сформировано несколько светочувствительных областей, например, отличающихся спектральными характеристиками. На фиг. 4а представлено СЭМ изображение массива из 9 детекторов. Стрелки 18 указывают на светочувствительные области, 19 - на ниобиевые дорожки электрических контактов толщиной 400 nm. Позиционирование производилось при помощи лазера с длиной волны излучения 1550 nm. На фиг. 4б, представлены зависимости интенсивности отраженного в кор излучения от положения световода вдоль сечений 20 (на графике обозначены квадратиками) и 21 (на графике обозначены кружочками).
Возможность прецизионного контроля перемещения торца световода вдоль нормали к поверхности светочувствительной области фотодетектора по зависимости интенсивности отраженного в кор света от расстояния между торцом и поверхностью имеет еще одно важное следствие. Поверхность торца световода 11 и поверхность светочувствительной области фотодетектора 12 можно рассматривать как поверхности резонатора типа интерферометра Фабри-Перо. Изменение расстояния между поверхностями резонатора приводит к изменению условий резонанса - периодически (с периодом λ/2) реализуются условия образования стоячих волн. Это означает, что изменение расстояния приводит к существенному изменению конфигурации электромагнитного поля в светочувствительной области фотодетектора, а следовательно, к изменению вероятности поглощения фотонов электромагнитного поля. Таким образом, можно дополнительно управлять квантовой эффективностью однофотонного детектора и реализовывать оптимальные условия его работы.
Claims (1)
- Способ позиционирования кора оптического волокна над светочувствительной областью фотодетектора, включающий подведение кора оптического волокна к поверхности на расстояние, после чего кор оптического волокна перемещают параллельно поверхности фотодетектора до достижения минимума интенсивности, соответствующего первой дорожке электрического контакта, после чего перемещают кор оптического волокна по направлению дорожки к светочувствительной области фотодетектора, до момента увеличения интенсивности, соответствующего окончанию первой дорожки электрического контакта и далее, до момента уменьшения интенсивности соответствующего началу второй дорожке электрического контакта, устанавливают кор по середине, между первой и второй дорожками электрических контактов, после чего производят аналогичные действия для других осей, соответствующих другим парам дорожек электрических контактов, при этом используется свет, распространяющийся по кору оптического волокна, а длина волны света λ выбирается равной четырехкратной толщине дорожек электрических контактов.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017117183A RU2662485C1 (ru) | 2017-05-17 | 2017-05-17 | Способ позиционирования кора оптического волокна над светочувствительной областью фотодетектора |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017117183A RU2662485C1 (ru) | 2017-05-17 | 2017-05-17 | Способ позиционирования кора оптического волокна над светочувствительной областью фотодетектора |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2662485C1 true RU2662485C1 (ru) | 2018-07-26 |
Family
ID=62981575
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017117183A RU2662485C1 (ru) | 2017-05-17 | 2017-05-17 | Способ позиционирования кора оптического волокна над светочувствительной областью фотодетектора |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2662485C1 (ru) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1502960A1 (ru) * | 1986-09-23 | 1989-08-23 | Предприятие П/Я В-2438 | Способ центрировани световодов |
| US20100027940A1 (en) * | 2008-07-30 | 2010-02-04 | Carmi Shapiro | Method and System for Coupling Multimode Optical Fiber to an Optical Detector |
| PL209942B1 (pl) * | 2004-04-19 | 2011-11-30 | Inst Tech Elektronowej | Sposób łączenia światłowodu z elementem aktywnym optycznie |
| WO2013110066A1 (en) * | 2012-01-20 | 2013-07-25 | Klimowych William Raymond | Method and apparatus for aligning a large diameter optical fiber |
-
2017
- 2017-05-17 RU RU2017117183A patent/RU2662485C1/ru active IP Right Revival
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1502960A1 (ru) * | 1986-09-23 | 1989-08-23 | Предприятие П/Я В-2438 | Способ центрировани световодов |
| PL209942B1 (pl) * | 2004-04-19 | 2011-11-30 | Inst Tech Elektronowej | Sposób łączenia światłowodu z elementem aktywnym optycznie |
| US20100027940A1 (en) * | 2008-07-30 | 2010-02-04 | Carmi Shapiro | Method and System for Coupling Multimode Optical Fiber to an Optical Detector |
| WO2013110066A1 (en) * | 2012-01-20 | 2013-07-25 | Klimowych William Raymond | Method and apparatus for aligning a large diameter optical fiber |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6144449A (en) | Low coherence interferometric device | |
| Lu et al. | Low-loss random fiber gratings made with an fs-IR laser for distributed fiber sensing | |
| CN109581584B (zh) | 一种硅-铌酸锂异质集成扫描芯片及其制备方法、应用 | |
| CN107727365B (zh) | 一种利用反射谱精细度测量光波导损耗的系统 | |
| KR20070088725A (ko) | 광학 기판 내의 구조물의 제조 | |
| JPS61214490A (ja) | 単周波数の直線偏光レーザービームを２周波数直交偏光ビームに変成する装置 | |
| CN113381292A (zh) | 用于控制绝对波长和光带宽的方法、激光器和成像系统 | |
| Tozzetti et al. | Fast FBG interrogator on chip based on silicon on insulator ring resonator add/drop filters | |
| JP2019124556A (ja) | 光導波機構を有するセルを用いた磁気計測装置 | |
| US4373814A (en) | Compact optical coupling device and optical-fiber interferometer gyrometer comprising such a device | |
| RU2662485C1 (ru) | Способ позиционирования кора оптического волокна над светочувствительной областью фотодетектора | |
| US4762416A (en) | Monomode optical fiber reciprocal ring interferometer device | |
| US10209278B2 (en) | Sensor unit | |
| US5170217A (en) | Object measuring apparatus using lightwave interference | |
| US5508805A (en) | Interferometer, optical scanning type tunneling microscope and optical probe | |
| JP2014235154A (ja) | 光軸調整装置及びその工程 | |
| KR101533994B1 (ko) | 광섬유를 이용한 미세 패턴의 선폭 및 깊이 측정 장치 및 측정 방법 | |
| CN114159022B (zh) | 用于生成超声波的光波导 | |
| RU2720264C1 (ru) | Перестраиваемый волоконный отражательный интерферометр | |
| RU2679474C1 (ru) | Перестраиваемый волоконный двухзеркальный отражательный интерферометр | |
| Mohan | Fiber Optics and Laser Instrumentation:(for EEE, EI, Electronics, Computer Science & Engineering, Physics and Materials Science Students in Indian Universities) | |
| JP2006084370A (ja) | 光ファイバプローブ装置 | |
| JPH0432336B2 (ru) | ||
| WO2020218005A1 (ja) | 調芯用光回路および光調芯方法 | |
| RU2141621C1 (ru) | Интерферометрическое устройство для измерения физических параметров прозрачных слоев (варианты) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190518 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20200915 |