RU2675400C1 - Method of manufacturing divider in integral optical scheme - Google Patents
Method of manufacturing divider in integral optical scheme Download PDFInfo
- Publication number
- RU2675400C1 RU2675400C1 RU2017142390A RU2017142390A RU2675400C1 RU 2675400 C1 RU2675400 C1 RU 2675400C1 RU 2017142390 A RU2017142390 A RU 2017142390A RU 2017142390 A RU2017142390 A RU 2017142390A RU 2675400 C1 RU2675400 C1 RU 2675400C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- waveguides
- divider
- waveguide
- radiation
- interaction
- Prior art date
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 33
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 26
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 13
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000007648 laser printing Methods 0.000 claims description 9
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 6
- 230000003993 interaction Effects 0.000 abstract description 29
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 6
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 6
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 6
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 6
- 230000006870 function Effects 0.000 description 5
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 4
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 3
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 3
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 3
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 238000006880 cross-coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 2
- 239000005350 fused silica glass Substances 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 2
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 2
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- UIZLQMLDSWKZGC-UHFFFAOYSA-N cadmium helium Chemical compound [He].[Cd] UIZLQMLDSWKZGC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000005314 correlation function Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 1
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000001208 nuclear magnetic resonance pulse sequence Methods 0.000 description 1
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 230000003595 spectral 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
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
- G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION
Изобретение относится к интегральной оптике, а именно, к способам изготовления сбалансированного делителя в схемах на основе волноводов, сформированных в объеме твердотельной заготовки импульсным лазерным излучением.The invention relates to integrated optics, namely, to methods for manufacturing a balanced divider in circuits based on waveguides formed in the volume of a solid-state workpiece by pulsed laser radiation.
Уровень техникиState of the art
Делители оптических сигналов находят обширные применения в схемах, которые используют в фундаментальной и прикладной науке и технике (T. Li, Е. Willner, I. Kaminow, Optical fiber telecommunications VA: Components and subsystems, 5th edition, Academic Press, 2008). Возможность делить световые сигналы, распространяющихся по свободному пространству в форме пучков от одного элемента схемы к другому, или в форме мод волноводов, составляющих оптико-волоконные схемы или интегрально-оптические чипы, незаменима для получения, обработки и передачи информации.Dividers optical signals find extensive applications in the schemes that are used in basic and applied science and engineering (T. Li, E. Willner, I. Kaminow, Optical fiber telecommunications VA: Components and subsystems, 5 th edition, Academic Press, 2008). The ability to divide light signals propagating through free space in the form of beams from one element of the circuit to another, or in the form of waveguide modes that make up fiber optic circuits or integrated optical chips, is indispensable for receiving, processing and transmitting information.
Интегральная оптика дает возможность создавать устойчивые к внешним воздействиям оптические схемы в компактном объеме интегрального чипа с большим потенциалом для масштабирования и поэтому интегрально-оптические схемы становятся все более популярными (L. Chrostowski, М. Hochberg, Silicon Photonics Design. From Devices to Systems, Cambridge Univ. Press, 2015). Основу интегральных оптических схем составляют волноводные структуры. Через волноводы оптические сигналы распространяются от одного функционального элемента к другому. Кроме того, большой набор функциональных элементов, осуществляющих преобразования оптических сигналов, может быть получен с помощью волноводных структур. В таких оптических элементах существенную долю составляют делители.Integrated optics makes it possible to create optical circuits that are resistant to external influences in a compact volume of an integrated chip with great potential for scaling and therefore integrated optical circuits are becoming increasingly popular (L. Chrostowski, M. Hochberg, Silicon Photonics Design. From Devices to Systems, Cambridge Univ. Press, 2015). The basis of integrated optical circuits are waveguide structures. Through waveguides, optical signals propagate from one functional element to another. In addition, a large set of functional elements that convert optical signals can be obtained using waveguide structures. In such optical elements, a significant proportion are divisors.
Из уровня техники известен способ изготовления делителя в интегральной оптической схеме, заключающийся в формировании в диэлектрической заготовке участка взаимодействия сближенных волноводов (см. патент US 2003002127, кл. G02B 6/126, опубл. 02.01.2003). Известный способ относится к разведению компонент поляризации оптического излучения по волноводам, образованным на подложке путем травления в эпитаксиальном слое.The prior art method of manufacturing a divider in an integrated optical circuit, which consists in the formation in the dielectric workpiece of the interaction site of the adjacent waveguides (see patent US 2003002127, CL G02B 6/126, publ. 02.01.2003). The known method relates to the dilution of the polarization components of optical radiation along waveguides formed on the substrate by etching in the epitaxial layer.
Основными недостатками такого решения являются сложность изготовления и ограниченность применения полученного оптического элемента, в частности, узкий диапазон длин волн, в котором характеристики его преобразования изменяются слабо -характеристики преобразования существенно зависят от длин волн преобразуемых сигналов.The main disadvantages of this solution are the complexity of manufacturing and the limited application of the obtained optical element, in particular, a narrow wavelength range in which the characteristics of its conversion change slightly - the conversion characteristics substantially depend on the wavelengths of the converted signals.
Также известен способ изготовления делителя, заключающийся в создании сближенных участков волноводов в объеме прозрачной заготовки методом фемтосекундной лазерной печати (A.M. Streltsov, N.F. Borrelli, Optics Letters, v. 26, №1, pp. 42-43 (2001)). Недостатком этого решения, как и в первом примере, является сильная зависимость характеристик делителя от длины волны.There is also a known method of manufacturing a divider, which consists in creating adjacent sections of waveguides in the volume of a transparent billet using femtosecond laser printing (A.M. Streltsov, N.F. Borrelli, Optics Letters, v. 26, No. 1, pp. 42-43 (2001)). The disadvantage of this solution, as in the first example, is the strong dependence of the characteristics of the divider on the wavelength.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Технической проблемой является создание широкодиапазонных интегральных оптических делителей в схемах на основе волноводов, сформированных в объеме твердотельной заготовки импульсным лазерным излучением, обеспечивающих неизменность коэффициента деления по мощности, равного , с допустимой величиной отклонения от указанного значения до 10% в широком диапазоне длин волн от 0,3 мкм до 1,6 мкм.The technical problem is the creation of wide-range integrated optical dividers in circuits based on waveguides formed in the volume of a solid-state workpiece by pulsed laser radiation, providing a constant power division coefficient equal to , with a permissible deviation from the specified value up to 10% in a wide range of wavelengths from 0.3 μm to 1.6 μm.
Технический результат заключается в решении данной проблемы с достижением вышеуказанных технических параметров оптических делителей.The technical result consists in solving this problem with the achievement of the above technical parameters of optical dividers.
Данная проблема решается тем, что оптический делитель, полученный с использованием метода фемтосекундной лазерной печати, обеспечивает неизменность коэффициента деления по мощности, равного с допустимой величиной отклонения от указанного значения до 10%, в диапазоне длин волн от 0,3 мкм до 1,6 мкм, представляющий собой размещенные в объеме кварцевой подложки, по меньшей мере, два волновода с поперечным сечением (d) 1÷6 мкм, расположенные на участке, протяженностью не менее 3 мм на расстоянии друг от друга (g) 1÷2 мкм. В одном из вариантов осуществления оптического делителя волноводы использованы с одинаковыми поперечными сечениями.This problem is solved by the fact that the optical divider obtained using the method of femtosecond laser printing provides a constant power factor equal to with a permissible deviation from the specified value up to 10%, in the wavelength range from 0.3 μm to 1.6 μm, representing at least two waveguides with a cross section (d) of 1 ÷ 6 μm located in the volume of the quartz substrate located on a site with a length of at least 3 mm at a distance from each other (g) 1 ÷ 2 microns. In one embodiment of the optical divider, waveguides are used with the same cross sections.
Данная проблема также решается тем, что согласно способу изготовления делителя в интегральной оптической схеме, в диэлектрической заготовке формируют участок взаимодействия сближенных волноводов, при этом используют заготовку из кварца и формируют в ее объеме волноводы линейным размером поперечного сечения d=1÷6 мкм путем фокусировки импульсного лазерного излучения с частотой f=2÷4 МГц и средней мощностью одиночного импульса р=50÷500 кВт при перемещении заготовки относительно фокуса излучения со скоростью V=0.4÷0.8 мм/сек, причем на участке взаимодействия волноводы сближают на расстояние g=1÷2 мкм.This problem is also solved by the fact that according to the method of manufacturing the divider in an integrated optical circuit, an interaction section of adjacent waveguides is formed in the dielectric preform, while a quartz preform is used and waveguides are formed in its volume by a linear cross-sectional size d = 1 ÷ 6 μm by focusing the pulse laser radiation with a frequency f = 2-4 MHz and an average power of a single pulse p = 50 ÷ 500 kW when moving the workpiece relative to the focus of radiation with a speed of V = 0.4 ÷ 0.8 mm / s, and in waveguides bring the interactions closer to a distance g = 1 ÷ 2 μm.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлено расположение волноводов в интегральном оптическом делителе, вид сверху; на фиг. 2 - сечение А-А' по фиг. 1; на фиг. 3 - график зависимости коэффициента деления R от длины волны сигнала λ для делителя, изготовленного согласно традиционному способу; на фиг. 4 - график зависимостей нормированной разности мощностей Δ от длины взаимодействия, полученных теоретически для традиционного делителя (одинаковые волноводы) и для делителя, изготовленного согласно предлагаемому способу (волноводы с модуляцией); на фиг. 5 - график зависимости нормированной разности мощностей Δ от длины взаимодействия L, полученный экспериментально для делителя, выполненного согласно предлагаемому способу (окружности) с аппроксимацией по формуле, описывающей зависимость в предложенном широкополосном делителе (кривая); на фиг. 6 - график зависимости коэффициента деления R от длины волны сигнала λ для делителя, изготовленного согласно предлагаемому способу, при параметрах делителя, соответствующих случаю фиг. 5 для длины делителя L=8 мм; ромбами отмечены значения, полученные в эксперименте, а кривой - аппроксимация экспериментальных данных теоретической зависимостью (1.7) (R=(1+Δ(z))/2).The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows the arrangement of waveguides in an integrated optical divider, a top view; in FIG. 2 is a section A-A 'of FIG. one; in FIG. 3 is a graph of the division coefficient R versus wavelength of a signal λ for a divider manufactured according to a conventional method; in FIG. 4 is a graph of the dependences of the normalized power difference Δ on the interaction length obtained theoretically for a traditional divider (identical waveguides) and for a divider made according to the proposed method (modulated waveguides); in FIG. 5 is a graph of the dependence of the normalized power difference Δ on the interaction length L obtained experimentally for a divider made according to the proposed method (circle) with approximation by a formula describing the dependence in the proposed broadband divider (curve); in FIG. 6 is a graph of the dependence of the division coefficient R on the wavelength of the signal λ for a divider manufactured according to the proposed method, with parameters of the divider corresponding to the case of FIG. 5 for the length of the divider L = 8 mm; the diamonds indicate the values obtained in the experiment, and the curve represents the approximation of the experimental data by the theoretical dependence (1.7) (R = (1 + Δ (z)) / 2).
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
Заявляемый оптический делитель изготавливают методом фемтосекундной лазерной печати, например, по аналогии со способом, который описан в материалах патента US 7568365 В2, с использованием импульсного лазерного излучения с частотой следования импульсов f=2÷4 МГц и средней мощностью одиночного импульса р=50÷500 кВт При этом два волновода с поперечным сечением (d) 1÷6 мкм формируют лазерным излучением посредством перемещения подложки относительно фокуса излучения со скоростью V=0.4÷0.8 мм/сек с обеспечением области связи между волноводами на участке, протяженностью не менее 3 мм на расстоянии друг от друга (g) 1÷2 мкм.The inventive optical divider is made by femtosecond laser printing, for example, by analogy with the method described in the materials of the patent US 7568365 B2, using pulsed laser radiation with a pulse repetition rate of f = 2 ÷ 4 MHz and an average power of a single pulse p = 50 ÷ 500 kW In this case, two waveguides with a cross section (d) of 1 ÷ 6 μm are formed by laser radiation by moving the substrate relative to the focus of radiation at a speed of V = 0.4 ÷ 0.8 mm / s with providing a communication region between the waveguides in the section, rotyazhennostyu least 3 mm distance from each other (g) 1 ÷ 2 microns.
В традиционных интегральных делителях, которые образованы сближением волноводов, изготовленных всевозможными методами оптической литографии или лазерной модификацией показателя преломления в прозрачной заготовке, частотная характеристика коэффициента деления R по мощности имеет колоколообразный характер, т.е. при заданной длине сбалансированный (с распределением мощности 50/50) делитель эффективно работает только для узкополосного излучения определенной длины волны (фиг. 3).In traditional integrated dividers, which are formed by the approximation of waveguides manufactured by various optical lithography methods or by laser modification of the refractive index in a transparent workpiece, the frequency response of the power division coefficient R is bell-shaped, i.e. at a given length, a balanced (with a power distribution of 50/50) divider effectively works only for narrow-band radiation of a certain wavelength (Fig. 3).
Экспериментальным путем было обнаружено, что при изготовлении сближенных волноводов 1 и 2 в кварцевой заготовке путем фокусировки импульсного лазерного излучения проявляется неожиданный эффект: полученный делитель остается сбалансированным для широкого диапазона частот распространяющегося сигнала от 0,3 мкм до 1,6 мкм, т.е. на графике зависимости коэффициента деления R по мощности от длины волны λ сигнала присутствует обширное плато (фиг. 6). Экспериментальное исследование динамики поля между волноводами в области взаимодействия делителя показало, что, по-видимому, в процессе печати волноводов под воздействием высокомощного импульсного лазерного излучения образовалось нерегулярное напряжение. Это значит, что на участке взаимодействия постоянные распространения сформированных волноводов подвержены нерегулярной (случайной) мелкомасштабной модуляции. На основе этого предположения были рассчитаны диапазоны геометрических параметров пары волноводов, при которых происходит эффективное перераспределение мощности, и экспериментально определены диапазоны рабочих параметров воздействия лазерного излучения, при которых наблюдается описанный эффект формирования мелкомасштабной модуляции. Ниже приведены полученные значения:It was found experimentally that in the manufacture of
- линейные размеры поперечного сечения волноводов d=1÷6 мкм (при меньших и больших значениях резко увеличиваются потери при распространении излучения по волноводу);- linear dimensions of the cross section of the waveguides d = 1 ÷ 6 μm (at smaller and larger values, the losses during the propagation of radiation along the waveguide increase sharply);
- расстояние между волноводами на участке взаимодействия g=1÷2 мкм (при меньших значениях нарушается целостность промежуточной стенки и резко растет рассеяние, при больших - волноводы практически не взаимодействуют и передачи мощности не происходит);- the distance between the waveguides in the interaction region g = 1 ÷ 2 μm (at lower values, the integrity of the intermediate wall is violated and scattering increases sharply, at large values, the waveguides practically do not interact and power transfer does not occur);
- частота импульсного лазерного излучения ƒ=2÷4 МГц (при меньших значениях стенки формируемых волноводов непрямые даже за пределами участка взаимодействия, а при больших - из-за общего разогрева заготовки образуются неконтролируемые дефекты по всему объема кристалла) при перемещении заготовки относительно фокуса излучения со скоростью V=0.4÷0.8 мм/сек (при меньших значениях неоправданно растет время изготовления делителя, а при больших - неоднородность формируемых волноводов);- the frequency of pulsed laser radiation ƒ = 2-4 MHz (for smaller values of the walls of the formed waveguides, they are indirect even outside the interaction area, and for large ones due to the general heating of the preform, uncontrolled defects are formed throughout the crystal volume) when the preform is moved relative to the radiation focus from speed V = 0.4 ÷ 0.8 mm / s (at lower values, the time of manufacture of the divider unreasonably increases, and at large values, the heterogeneity of the formed waveguides);
- средняя мощностью одиночного импульса р=50÷500 кВт (при меньших значениях не наблюдается вышеописанный эффект формирования мелкомасштабной модуляции постоянной распространения, а при больших - образующиеся дефекты слишком велики и резко растут потери на рассеяние).- average power of a single pulse p = 50 ÷ 500 kW (at lower values, the above-described effect of the formation of small-scale modulation of the propagation constant is not observed, and at large values, the formed defects are too large and scattering losses increase sharply).
На фиг. 1 схематически изображен дизайн традиционного типа волноводных делителей, основанного на перекрестной связи между волноводами. Этот элемент составлен из пары волноводов (1 и 2), которые приближаясь друг к другу, образуют область перекрестного взаимодействия (3) за счет частичного перекрытия профилей собственных мод с сердцевинами соседних волноводов (А. Снайдер, Дж. Лав, «Теория оптических волноводов», Радио и Связь, 1987). Вне области взаимодействия 3 перекрытие собственных мод волноводов отсутствует и связи нет. Таким образом, требуемые характеристики преобразования делителя определяются геометрией области взаимодействия - ее длиной, расстоянием между волноводами, а также профилями показателя преломления сердцевин волноводов и (см. фиг. 2), где введены обозначения - для вектора в поперечной плоскости, отсчитываемого от центра соответствующего волновода (для отсчитывается от центра волновода 1 - точки О1 для отсчитывается от центра волновода 2 - точки O2), z для продольной координаты, обозначающей расположение плоскости сечения, в которой рассматриваются профили. Следовательно, варьирование этих параметров на этапе изготовления дает возможность создавать делители с разными параметрами преобразования. После области эффективного взаимодействия волноводы разводят для распределения трансформированных сигналов между другими элементами оптической схемы или для ввода/вывода сигналов.In FIG. 1 schematically depicts a design of a conventional type of waveguide dividers based on cross-coupling between waveguides. This element is composed of a pair of waveguides (1 and 2), which, approaching each other, form a cross-interaction region (3) due to the partial overlap of the eigenmode profiles with the cores of adjacent waveguides (A. Snyder, J. Love, “Theory of optical waveguides” , Radio and Communications, 1987). Outside the region of
Преобразование произвольного делителя описывается соотношением между амплитудами на его выходе, и , с амплитудами на его входе, и , и может быть записано в матричной формеThe conversion of an arbitrary divider is described by the ratio between the amplitudes at its output, and , with amplitudes at its input, and , and can be written in matrix form
где параметр θ характеризует смешение мощностей входных сигналов и , а параметр ϕ - разность фаз между амплитудами на выходе. Фазовым параметром ϕ можно управлять независимо от преобразования смешения вне делителя, и он несущественен в настоящем изобретении, поэтому без ограничения общности полагаем ϕ=0.where the parameter θ characterizes the mixing of the powers of the input signals and , and the parameter ϕ is the phase difference between the amplitudes at the output. The phase parameter ϕ can be controlled independently of the mixing transformation outside the divider, and it is not essential in the present invention; therefore, without loss of generality, we set ϕ = 0.
В традиционных волноводных делителях профили показателей преломления сердцевин одинаковы, т.е. в любом сечении АА' секущем область взаимодействия в координате z - . В таком случае, полагая спектр длин волн сигналов узким и сконцентрированным около несущей длины волны , уравнения для амплитуд поля в волноводах 1 и 2 - а 1 и а 2 - принимают вид:In traditional waveguide dividers, the profiles of core refractive indices are the same, i.e. in any section AA 'cutting the interaction region in the z coordinate - . In this case, assuming that the wavelength spectrum of the signals is narrow and concentrated near the carrier wavelength , the equations for the field amplitudes in
где С=С(λ) - коэффициент перекрестной связи между волноводами, который зависит от расстояния между волноводами g и от профилей показателя преломления сердцевин волноводов , а также является функцией длины волны сигнала . На фиг. 2 схематически представлено сечение делителя в области взаимодействия с обозначениями геометрических параметров. Если на вход традиционного делителя подаются амплитуды сигналов а 10 и а 20, то решая (1.2), находим распределение амплитуд по области взаимодействия:where C = C (λ) is the cross-coupling coefficient between the waveguides, which depends on the distance g between the waveguides and on the refractive index profiles of the waveguide cores as well as a function of the wavelength of the signal . In FIG. Figure 2 schematically shows the cross section of the divider in the interaction area with the notation of geometric parameters. If the amplitudes of the signals a 10 and a 20 are fed to the input of a traditional divider, then solving (1.2), we find the distribution of amplitudes over the interaction region:
Таким образом, параметр θ из (1.1): θ=Cz. Далее используют квадратичные по амплитудам поля величины - нормированную разность мощностей: Δ(z)=(|a 1(z)|2-|a 2(z)|2)/(|a 1(z)|2+|a 2(z)|2) и нормированный коэффициент деления мощности R(z)=(1-Δ(z))/2. Интерес представляют только дисперсионные свойства, поэтому достаточно ограничить рассмотрение случаем сигнала только на одном входе (а 20=0). В этом случае, используя (1.3), находят Δ(z)=cos(2Cz), R(z)=sin2 (Cz).Thus, the parameter θ from (1.1): θ = Cz. Then, the values quadratic in the field amplitudes are used - the normalized power difference: Δ (z) = (| a 1 (z) | 2 - | a 2 (z) | 2 ) / (| a 1 (z) | 2 + | a 2 (z) | 2 ) and the normalized power division coefficient R (z) = (1-Δ (z)) / 2. Of interest are only dispersion properties, therefore, it is sufficient to limit the consideration to the case of the signal at only one input ( and 20 = 0). In this case, using (1.3), find Δ (z) = cos (2Cz), R (z) = sin 2 (Cz).
В оптических схемах используют делители с разным значением коэффициента деления по мощности R, однако сбалансированные делители с R=1/2 (Δ=0) встречаются наиболее часто. Стоит особо отметить интерферометры, состоящие из двух соединенных последовательно сбалансированных делителей, которые применяют, например, для измерений. Помимо этого, способность варьировать фазу между волноводами интерферометра дает возможность реконфигурировать интерферометры таким образом, что они могут рассматриваться как реконфигурируемые делители (D.A.B. Miller, Perfect optics with imperfect components, Optics, v. 2, No 8, 747 (2015)). По этой причине реконфигурируемые интерферометры являются основным функциональным элементом интегрально-оптических чипов.In optical schemes, dividers with different values of the power division coefficient R are used; however, balanced dividers with R = 1/2 (Δ = 0) are most often encountered. It is worth noting especially interferometers, consisting of two connected in series balanced dividers, which are used, for example, for measurements. In addition, the ability to vary the phase between the waveguides of the interferometer makes it possible to reconfigure the interferometers in such a way that they can be considered as reconfigurable dividers (D.A. B. Miller, Perfect optics with imperfect components, Optics, v. 2, No. 8, 747 (2015)). For this reason, reconfigurable interferometers are the main functional element of integrated optical chips.
Отметим, что коэффициент связи С тем больше, чем меньше расстояние между волноводами g (А. Снайдер, Дж. Лав, «Теория оптических волноводов», Радио и Связь, 1987) и он быстро спадает с ростом g. В настоящем изобретении рассматривается технология лазерной трехмерной печати волноводов, в которой волноводы изготавливают с помощью фокусирования мощного импульсного излучения лазера в объем прозрачной заготовки с одновременным транслированием этой заготовки для формирования кривой волновода (I.V. Dyakonov et al. Optics Letters, v. 42, №20, p. 4231 (2017)). Расстояние между волноводами g существенно при изготовлении волноводных делителей - оно должно быть достаточно малым, чтобы обеспечить достаточно большое значение коэффициента С или, что эквивалентно, небольшую длину области взаимодействия L, чтобы элемент делителя или сложный элемент, составленный из нескольких делителей, умещался в заготовке. Вместе с тем, минимальное расстояние ограничено возможностью создания однородных профилей в области взаимодействия; при сильном сближении наблюдается снижение качества волноводов и рост потерь в них. По этой причине, типичные значения расстояний между волноводами, изготовленные методом лазерной трехмерной печати, лежат в диапазоне от 8 до 15 мкм (G.D. Marshall et al., Laser written waveguide photonic quantum circuits, Optics Express, v. 17, No 15, 12546 (2009)). После выбора расстояния g и задания длины волны сигнала , для которой нужно изготовить элемент с требуемым коэффициентом деления мощности R, подбирают длину взаимодействия таким образом, чтобы , причем вследствие периодичности решения выбирают наименьшее значение L, отвечающее первому периоду перекачки мощности из одного волновода в другой. Недостатком такого подхода является узкая полоса длин волн, в которой может работать делитель с постоянным коэффициентом деления. Вследствие зависимости коэффициента деления от длины волны R проявляет дисперсию.Note that the coupling coefficient C is the larger, the smaller the distance between the waveguides g (A. Snyder, J. Love, Theory of Optical Waveguides, Radio and Communication, 1987) and it rapidly decreases with increasing g. The present invention contemplates a 3D laser printing technology for waveguides in which waveguides are made by focusing high-power pulsed laser radiation into the bulk of a transparent preform while broadcasting this preform to form a waveguide curve (IV Dyakonov et al. Optics Letters, v. 42, No. 20, p. 4231 (2017)). The distance between the waveguides g is significant in the manufacture of waveguide dividers - it must be small enough to provide a sufficiently large value of the coefficient C or, equivalently, a small length of the interaction region L, so that the divider element or a complex element composed of several dividers fits in the workpiece. However, the minimum distance is limited by the ability to create uniform profiles in the interaction area; with strong convergence, a decrease in the quality of waveguides and an increase in losses in them are observed. For this reason, typical distances between waveguides made by laser three-dimensional printing lie in the range of 8 to 15 μm (GD Marshall et al., Laser written waveguide photonic quantum circuits, Optics Express, v. 17, No. 15, 12546 ( 2009)). After choosing the distance g and setting the wavelength of the signal , for which you want to make an element with the required power division ratio R, select the interaction length so that moreover, due to the periodicity of the solution, the smallest value of L corresponding to the first period of pumping power from one waveguide to another is selected. The disadvantage of this approach is the narrow wavelength band in which the divider with a constant division factor can operate. Due to the dependence of the division coefficient on the wavelength, R exhibits dispersion.
Ниже представлено количественное определение дисперсии, которую проявляет традиционный волноводный делитель. Для конкретного примера в теоретических расчетах были рассмотрены волноводы со ступенчатым круглым профилем показателя преломления. Параметры волноводов следующие: показатель преломления окружения соответствует материалу плавленого кварца, разница показателя преломления между сердцевиной волновода и окружением - 4⋅10-4, диаметр сердцевины волновода d=6 мкм, расстояние между центрами волноводов в области взаимодействия g+d=11 мкм. Рассматриваемые значения типичны для структур, изготовленных методом лазерной печати (G.D. Marshall et al, Laser written waveguide photonic quantum circuits, Optics Express, v. 17, No 15, 12546 (2009)). Хотя рассматриваемый диапазон длин волн от 0.2 мкм до 1 мкм достаточно широк, изменение показателя преломления материала вносит пренебрежимо малый вклад в отклонение преобразования поля делителем - дисперсия делителя определяется структурной зависимостью профилей собственных мод.Below is a quantitative determination of the variance that a traditional waveguide divider exhibits. For a specific example, in theoretical calculations, waveguides with a stepped round profile of the refractive index were considered. The parameters of the waveguides are as follows: the refractive index of the environment corresponds to the material of fused silica, the difference in the refractive index between the core of the waveguide and the environment is 4⋅10 -4 , the diameter of the waveguide core is d = 6 μm, the distance between the centers of the waveguides in the interaction region is g + d = 11 μm. The values considered are typical for structures made by laser printing (GD Marshall et al, Laser written waveguide photonic quantum circuits, Optics Express, v. 17, No. 15, 12546 (2009)). Although the considered wavelength range from 0.2 μm to 1 μm is quite wide, a change in the refractive index of the material makes a negligible contribution to the deviation of the field conversion by the divider — the dispersion of the divider is determined by the structural dependence of the eigenmodes.
На Фиг. 3 представлен график зависимости коэффициента деления мощности R, длина которого L подобрана таким образом, чтобы при длине волны сигнала (540 нм) он был сбалансированным, т.е. . Как видно из рисунка, отклонения в длине волны приводят к отклонениям в коэффициенте деления, что ограничивает спектральный диапазон, в котором может функционировать рассмотренный волноводный делитель как сбалансированный.In FIG. 3 is a graph of the power division ratio R, the length of which L is selected so that when the signal wavelength (540 nm) it was balanced, i.e. . As can be seen from the figure, deviations in the wavelength lead to deviations in the division coefficient, which limits the spectral range in which the considered waveguide divider can function as balanced.
Для увеличения полосы длин волн, в которой параметры преобразования делителя изменяются пренебрежимо мало, можно использовать другую конфигурацию волноводного делителя. Как было сказано выше, волноводы в области взаимодействия стараются изготавливать таким образом, чтобы их профили были идентичны как друг другу и не изменялись с продольной координатой. С этим, в частности, связано ограничение на минимальное расстояние между волноводами - если изготавливать волноводы очень близко друг к другу, то условие идентичности профилей волноводов не выполняется из-за неравновесных процессов, происходящих при печати второго волновода вблизи к первому. Ниже представлено описание варианта, когда поперечные размеры и/или показатель преломления сердцевин волноводов 1 и 2 варьируется в зависимости от продольной координаты z. В результате такой модуляции индексы показателя преломления сердцевин мод волноводов 1 и 2 в области взаимодействия 3 зависят от координаты z: , и . Тогда уравнения для связанных амплитуд мод принимает вид:To increase the wavelength band, in which the parameters of the divider transform are negligible, a different configuration of the waveguide divider can be used. As mentioned above, waveguides in the field of interaction are trying to produce in such a way that their profiles are identical to each other and do not change with the longitudinal coordinate. This, in particular, is associated with a restriction on the minimum distance between waveguides - if waveguides are fabricated very close to each other, then the condition for the identity of waveguide profiles is not satisfied due to nonequilibrium processes that occur when a second waveguide is printed close to the first. Below is a description of the option when the transverse dimensions and / or the refractive index of the cores of the
где (δ1(z) и δ2(z) - функции, описывающие модуляция постоянных распространения и которые появляются в результате появления добавок . Уравнения (1.4) включают в себя (1.2) как частный случай при δ1(z)=δ2(z)=0.where (δ 1 (z) and δ 2 (z) are functions that describe the modulation of the propagation constants and which appear as a result of the appearance of additives . Equations (1.4) include (1.2) as a special case for δ 1 (z) = δ 2 (z) = 0.
Для достижения широкополосной работы сбалансированного делителя, переменные составляющие δj(z) должны удовлетворять определенным условиям. Во-первых, характерный масштаб изменения δj(z) (далее обозначаем как ) в зависимости от z должен быть намного меньше, чем характерная длина L0, на которой происходит существенная перекачка мощности из волновода в волновод при отсутствии модуляции, т.е. . Другими словами, это означает, что δj(z) являются быстро осциллирующими функциями в сравнении с зависимостью с функцией перекачки мощности между волноводами. Во-вторых, спектр δj(z) должен содержать множество пространственных частот, чтобы эффект высокочастотной модуляции можно было рассматривать как воздействие случайных флуктуаций. Данное обстоятельство позволяет свести анализ к рассмотрению усредненных величин:To achieve the broadband operation of a balanced divider, the variable components δ j (z) must satisfy certain conditions. First, the characteristic scale of the change in δ j (z) (hereinafter, we denote ) depending on z, it should be much smaller than the characteristic length L 0 , at which a substantial transfer of power from the waveguide to the waveguide occurs in the absence of modulation, i.e. . In other words, this means that δ j (z) are rapidly oscillating functions in comparison with the dependence with the power transfer function between the waveguides. Secondly, the spectrum δ j (z) must contain many spatial frequencies so that the effect of high-frequency modulation can be considered as the effect of random fluctuations. This circumstance allows us to reduce the analysis to the consideration of averaged values:
где интервал , на котором происходит усреднение, должен быть много больше, чем характерный масштаб изменения δj(z), чтобы гарантировать обоснованность усреднения флуктуаций. Названные условия вместе с определенной формой проведения усреднения по флуктуациям (1.4) позволяют использовать язык случайных процессов, в терминах которого сформулированы следующие условия для модуляции постоянных распространения. Согласно следующему - третьему условию, необходимо, чтобы δ1(z) и δ2(z) не коррелировали друг с другом, т.е. . В противном случае идеальной корреляции, когда δ1(z)=δ2(z), предыдущее неравенство превращается в равенство, эффект модуляции никак не влияет на динамику поля, т.к. только разность δ1(z)-δ2(z) оказывает влияние на динамику поля (см. формулу (1.6) ниже). В добавок к перечисленным условиям для простоты анализа можно рассматривать δj(z) удовлетворяющими условию стационарности: .where is the interval , on which averaging occurs, should be much larger than the characteristic scale changes in δ j (z) to guarantee the validity of averaging fluctuations. The aforementioned conditions together with a certain form of averaging over fluctuations (1.4) make it possible to use the language of random processes, in terms of which the following conditions are formulated for modulation of propagation constants. According to the following, the third condition, it is necessary that δ 1 (z) and δ 2 (z) do not correlate with each other, i.e. . Otherwise, the ideal correlation, when δ 1 (z) = δ 2 (z), the previous inequality turns into equality, the modulation effect does not affect the field dynamics, because only the difference δ 1 (z) -δ 2 (z) affects the field dynamics (see formula (1.6) below). In addition to the listed conditions, for simplicity of analysis, we can consider δ j (z) satisfying the stationarity condition: .
Можно рассматривать корреляционные функции вида: , где Dij имеет смысл мощности («силы») флуктуаций, а - длина когерентности. Из условия следуют уравнения для квадратичных величин:We can consider correlation functions of the form: , where D ij has the meaning of power (“force”) of fluctuations, and - length of coherence. From the condition follow the equations for quadratic quantities:
с граничными условиями: Δ(0)=1, σ(0)=1, где η(z)=δ2(z)-δ1(z). Уравнения (1.6) можно преобразовать с помощью соотношения: η(z)σ(z)=iD⋅σ(z), где D=D11+D22-2D12, что позволяет записать аналитическое решение для Δ(z) (С.А. Ахманов, Ю.Е. Дьяков, А.С. Чиркин, «Статистическая радиофизика и оптика. Случайные колебания и волны в линейных системах», ФИЗМАТЛИТ, 2010). Из уравнений (1.6) приходим к уравнению для нормированной разности мощностей: , решение которого имеет вид затухающих осцилляций:with boundary conditions: Δ (0) = 1, σ (0) = 1, where η (z) = δ 2 (z) -δ 1 (z). Equations (1.6) can be transformed using the relation: η (z) σ (z) = iD⋅σ (z), where D = D 11 + D 22 -2D 12 , which allows us to write the analytical solution for Δ (z) (C .A. Akhmanov, Yu.E. Dyakov, AS Chirkin, "Statistical radiophysics and optics. Random oscillations and waves in linear systems", FIZMATLIT, 2010). From equations (1.6) we arrive at the equation for the normalized power difference: whose solution has the form of damped oscillations:
Здесь параметр D задает скорость затухания осцилляций разности мощности. Фазовый параметр Φ введен, чтобы описать имеющую место перекачку мощности между близко расположенными изгибами, примыкающими ко входу и выходу из прямолинейной области взаимодействия (см. фиг. 1); даже при z=0 имеется перекрестное взаимодействие и на входе в области прямолинейных взаимодействующих волноводов Δ(0)<1. На фиг. 4 представлены кривые зависимости Δ(z) для случая традиционного делителя и для делителя с нерегулярной модуляцией, описываемого зависимостью разности мощности (1.7). Очевидно, что разность мощности не превышает по абсолютному значению ехр(-Dz/2), поэтому при достаточно большой длине взаимодействия L: , т.е. делитель сбалансированн с высокой степенью точности. Отличительной особенностью такого делителя является его независимость стремления к нулю характеристики Δ(L) от коэффициента деления С - этот коэффициент может изменяться из-за дисперсии, что приводит к ограничениям на длины волн в традиционном делителе (см. фиг. 3). Отметим, что параметр D также может зависеть от длины волны, однако эта зависимость определяется дисперсией материалов, из которых изготовлена заготовка, но и это не мешает экспоненциальному затуханию (1.7).Here, the parameter D sets the decay rate of the oscillations of the power difference. A phase parameter Φ was introduced to describe the current pumping of power between closely spaced bends adjacent to the input and output of the rectilinear interaction region (see Fig. 1); even at z = 0 there is a cross interaction and at the entrance to the region of rectilinear interacting waveguides Δ (0) <1. In FIG. Figure 4 shows the curves of the dependence Δ (z) for the case of the traditional divider and for the divider with irregular modulation, described by the dependence of the power difference (1.7). Obviously, the power difference does not exceed the exp (-Dz / 2) in absolute value, therefore, for a sufficiently large interaction length L: , i.e. the divider is balanced with a high degree of accuracy. A distinctive feature of such a divider is its independence of the zeroing of the Δ (L) characteristic from the division coefficient C - this coefficient can vary due to dispersion, which leads to restrictions on wavelengths in a traditional divider (see Fig. 3). Note that the parameter D can also depend on the wavelength, however, this dependence is determined by the dispersion of the materials from which the workpiece is made, but this does not interfere with the exponential attenuation (1.7).
Для реализации широкополосного делителя необходим способ создания нерегулярной модуляции δj(z), удовлетворяющей описанным выше условиям. В технологии создания интегральных оптических устройств методом фемтосекундной лазерной печати модуляцию эффективных показателей преломления можно реализовать варьированием скорости передвижения заготовки относительно области фокуса излучения лазера или изменяя среднюю мощность лазера при постоянной скорости перемещения или одновременно варьируя скорость перемещения и мощность лазера (D.N. Biggerstaff et al., Nature Communications, v. 7, 11282 (2016)). Ранее такое искусственное создание модуляции варьированием скорости передвижения подвижки было выполнено для создания ступенчатой модуляции, при которой δj(z) имели постоянные значения на отрезках фиксированной длины, а изменения осуществлялось скачками. Однако характерный пространственный масштаб этих изменений было достаточно велик и составлял см, что было сравнимо с характерной длиной перекачки мощности из одного волновода в другой L0=π/2С. Авторам неизвестны практические примеры искусственного создания модуляции постоянных распространения δj(z), удовлетворяющим необходимым условиям.To implement a broadband divider, you need a way to create irregular modulation δ j (z) that satisfies the conditions described above. In the technology of creating integrated optical devices by femtosecond laser printing, the modulation of effective refractive indices can be realized by varying the speed of movement of the workpiece relative to the focus area of the laser radiation or by changing the average laser power at a constant speed of movement or simultaneously varying the speed of movement and laser power (DN Biggerstaff et al., Nature Communications, v. 7, 11282 (2016)). Previously, such artificial creation of modulation by varying the speed of movement of the slide was performed to create stepwise modulation, in which δ j (z) had constant values on segments of a fixed length, and the changes were made in steps. However, the characteristic spatial scale of these changes was quite large and amounted to cm, which was comparable with the characteristic length of the transfer of power from one waveguide to another L 0 = π / 2C. The authors are not aware of practical examples of the artificial creation of modulation of the propagation constants δ j (z) that satisfy the necessary conditions.
Представленное изобретение решает задачу получения модуляций δj(z) (j=1,2), обладающую малым характерным масштабом и широким пространственным спектром гармоник - необходимые требования для получения нужного функционала широкополосного сбалансированного делителя.The presented invention solves the problem of obtaining modulations δ j (z) (j = 1,2), which has a small characteristic scale and a wide spatial spectrum of harmonics - the necessary requirements for obtaining the desired functionality of a broadband balanced divider.
Для изготовления структур методом лазерной печати использовалась установка, схема и описание которой приведены в работе (I.V. Dyakonov et al. Applied Physics В 122:245 (2016)). Основные элементы установки - 1) волоконный лазер Menlo Systems BlueCut, который генерирует последовательности импульсов длительностью 400 фс на несущей длине волны 1030 нм с частотой следования до 1 МГц. Частоту следования импульсов и среднюю мощность лазера можно плавно изменять вплоть до мощности 3 Вт - этого более чем достаточно, чтобы реализовать требуемый режим печати; 2) нелинейный кристалл ВВО, удваивающий частоту излучения перед поступлением в заготовку, т.е. в заготовку фокусируются импульсы на длине волны 515 нм; 3) прецизионная подвижка AerotechFiberGlide 3D, которая позволяет передвигать закрепленную на нее заготовку с точность позиционирования на уровне нескольких нм - этого более чем достаточно для печати интегрально-оптических делителей. В качестве заготовки использовались бруски плавленого кварца размером 10 см*5 см*5 мм; излучение от удвоителя частоты на длине волны 515 нм фокусировалось через грань заготовки наибольшей площади таким образом, что точка фокуса располагалась на глубине от этой грани 50 мкм.For the fabrication of structures by laser printing, a setup was used, the scheme and description of which are given in (I.V. Dyakonov et al. Applied Physics B 122: 245 (2016)). The main elements of the installation are: 1) a Menlo Systems BlueCut fiber laser, which generates pulse sequences of 400 fs duration at a carrier wavelength of 1030 nm with a repetition rate of up to 1 MHz. The pulse repetition rate and the average laser power can be smoothly changed up to a power of 3 W - this is more than enough to realize the required printing mode; 2) a nonlinear BBO crystal, doubling the radiation frequency before entering the workpiece, i.e. pulses at a wavelength of 515 nm are focused into the workpiece; 3) AerotechFiberGlide 3D precision slide, which allows you to move the workpiece mounted on it with positioning accuracy at the level of several nm - this is more than enough for printing integrated optical dividers. As a workpiece, bars of fused quartz with a size of 10 cm * 5 cm * 5 mm were used; The radiation from the frequency doubler at a wavelength of 515 nm was focused through the face of the workpiece of the largest area so that the focal point was located at a depth of 50 μm from this face.
Была изготовлена серия из 20 делителей с различной длиной области взаимодействия и измерения проведены для каждого из них. Для печати использовались следующие параметры лазерного излучения - частота следования ƒ=4 МГц, средняя мощность лазер W=0.1 Вт; скорость подвижки V=0.6 мм/с. В таком режиме получаются волноводы с шириной в плоскости делителя d=5 мкм, а расстояние между волноводами в области взаимодействия, выбираемое передвижением подвижки, равнялось g=2 мкм (программирование подвижки позволяет выбирать расстояние между центрами волноводов О1 и O2). Для измерений полученных делителей использовался лазерный диод на длине волны нм, поляризованный в плоскости делителя, излучение которого подавалась на один из входов каждого делителя серии. На выходе из каждого делителя проводилось измерение с помощью камеры, изображение с которой позволяло рассчитать нормированную разность мощности. Результаты измерений представлены на фиг. 5, где точками обозначены измеренные значения нормированной разности мощности в случае. Кривая является аппроксимацией экспоненциально затухающей зависимости (1.7), в которой параметры С и D подобраны, чтобы максимально соответствовать эксперименту (проведена минимизация разности квадратов отклонений параметризованной кривой и экспериментальных точек): С=4.02 мм-1, D=2.15 мм-1, Φ=-1.84.A series of 20 dividers with different lengths of the interaction region was made, and measurements were made for each of them. The following laser radiation parameters were used for printing: repetition rate ƒ = 4 MHz, average laser power W = 0.1 W; moving speed V = 0.6 mm / s. In this mode, waveguides with a width in the plane of the divider d = 5 μm are obtained, and the distance between the waveguides in the interaction region, chosen by the movement of the slide, was g = 2 μm (programming of the shift allows you to choose the distance between the centers of the waveguides O 1 and O 2 ). To measure the resulting dividers, a laser diode at a wavelength was used nm polarized in the plane of the divider, the radiation of which was supplied to one of the inputs of each divider of the series. At the output of each divider, a measurement was performed using a camera, the image of which made it possible to calculate the normalized power difference. The measurement results are presented in FIG. 5, where dots indicate the measured values of the normalized power difference in the case. The curve is an approximation of the exponentially decaying dependence (1.7), in which the parameters C and D are selected to match the experiment as much as possible (the difference between the squared deviations of the parameterized curve and the experimental points was minimized): C = 4.02 mm -1 , D = 2.15 mm -1 , Φ = -1.84.
При этих же параметрах записи был изготовлен другой делитель с длиной области взаимодействия L=8 мм - этот делитель был изготовлен за тот же цикл печати, что и серия из 20 делителей, таким образом, все параметры лазерной печати оставались такими одинаковыми - изменилась только длина, которая стала существенно больше. Для изготовленного делителя проведены измерения нормированной разности мощности для разных длин волн сигнала. Для измерений использовалось несколько лазерных источников, работающих в разных диапазонах длин волн: от перестраиваемого телекоммуникационного лазера в районе λ=1500 нм до гелий-кадмиевого лазера для λ=325 нм. На фиг. 6 приведен график зависимости коэффициента деления мощности широкополосного сбалансированного делителя от длины волны сигнала при параметрах. Точки отвечают экспериментально измеренным значениям, кривая - их аппроксимация (1.7) с учетом дисперсионной зависимости коэффициента связи С(λ), где в качестве варьируемых параметров использовался контраст показателя преломления Ли между сердцевиной волновода и его окружением.With the same recording parameters, another divider was made with the interaction region length L = 8 mm - this divider was made in the same printing cycle as a series of 20 dividers, so all laser printing parameters remained the same - only the length changed which has become significantly larger. For the fabricated divider, measurements were made of the normalized power difference for different wavelengths of the signal. For measurements, several laser sources were used, operating in different wavelength ranges: from a tunable telecommunication laser in the region of λ = 1500 nm to a helium-cadmium laser for λ = 325 nm. In FIG. Figure 6 shows a graph of the dependence of the power division coefficient of a broadband balanced divider on the wavelength of the signal at parameters. The points correspond to experimentally measured values, the curve corresponds to their approximation (1.7) taking into account the dispersion dependence of the coupling coefficient C (λ), where the contrast of the refractive index of the Lie between the core of the waveguide and its environment was used as variable parameters.
Появление нерегулярной модуляции можно объяснить случайными механическими напряжениями, которые возникают при печати второго волновода вблизи первого. В свою очередь, эти напряжения приводят к нерегулярной модуляции показателей преломления сердцевин волноводов (I.V. Dyakonov et al. Optics Letters, v. 42, №20, p. 4231 (2017)).The appearance of irregular modulation can be explained by random mechanical stresses that occur when printing a second waveguide near the first. In turn, these stresses lead to irregular modulation of the refractive indices of the waveguide cores (I.V. Dyakonov et al. Optics Letters, v. 42, No. 20, p. 4231 (2017)).
По вышеописанным причинам реализация предлагаемого способа позволяет путем простой технологической операции создать высокоэффективный сбалансированный широкодиапазонный интегральный оптический делитель.For the above reasons, the implementation of the proposed method allows by a simple technological operation to create a highly efficient balanced wide-range integrated optical divider.
Изобретение позволяет расшить арсенал технических средств для создания широкодиапазонных интегральных оптических делителей.The invention allows to expand the arsenal of technical means for creating wide-range integrated optical dividers.
Claims (3)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017142390A RU2675400C1 (en) | 2017-12-05 | 2017-12-05 | Method of manufacturing divider in integral optical scheme |
PCT/RU2018/050158 WO2019112490A1 (en) | 2017-12-05 | 2018-12-05 | Method of producing splitter in integrated optical circuit |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017142390A RU2675400C1 (en) | 2017-12-05 | 2017-12-05 | Method of manufacturing divider in integral optical scheme |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2675400C1 true RU2675400C1 (en) | 2018-12-19 |
Family
ID=64753199
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017142390A RU2675400C1 (en) | 2017-12-05 | 2017-12-05 | Method of manufacturing divider in integral optical scheme |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2675400C1 (en) |
WO (1) | WO2019112490A1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5786560A (en) * | 1995-03-31 | 1998-07-28 | Panasonic Technologies, Inc. | 3-dimensional micromachining with femtosecond laser pulses |
US20170102231A1 (en) * | 2015-10-13 | 2017-04-13 | Korea Research Institute Of Standards And Science | HIGH-SPEED 3D IMAGING SYSTEM USING CONTINUOUS-WAVE THz BEAM SCAN |
RU2617455C1 (en) * | 2015-10-02 | 2017-04-25 | Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ | Device for producing integrated optical waveguide structure |
RU2016103433A (en) * | 2016-02-02 | 2017-08-07 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Научно-Технологический Центр Информационной Физики "Интрофизика" | Multichannel discrete optical signal divider for smartlink connections |
-
2017
- 2017-12-05 RU RU2017142390A patent/RU2675400C1/en active
-
2018
- 2018-12-05 WO PCT/RU2018/050158 patent/WO2019112490A1/en active Application Filing
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5786560A (en) * | 1995-03-31 | 1998-07-28 | Panasonic Technologies, Inc. | 3-dimensional micromachining with femtosecond laser pulses |
RU2617455C1 (en) * | 2015-10-02 | 2017-04-25 | Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ | Device for producing integrated optical waveguide structure |
US20170102231A1 (en) * | 2015-10-13 | 2017-04-13 | Korea Research Institute Of Standards And Science | HIGH-SPEED 3D IMAGING SYSTEM USING CONTINUOUS-WAVE THz BEAM SCAN |
RU2016103433A (en) * | 2016-02-02 | 2017-08-07 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Научно-Технологический Центр Информационной Физики "Интрофизика" | Multichannel discrete optical signal divider for smartlink connections |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2019112490A1 (en) | 2019-06-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Ito et al. | Optical potential for atom guidance in a cylindrical-core hollow fiber | |
Mahmoud et al. | Lithium niobate on insulator (LNOI) grating couplers | |
Dems | Modelling of high-contrast grating mirrors. The impact of imperfections on their performance in VCSELs | |
Jahn et al. | 3D printed terahertz focusing grating couplers | |
Kintaka et al. | Grating-position-shifted cavity-resonator-integrated guided-mode resonance filter | |
Yulaev et al. | Exceptional points in lossy media lead to deep polynomial wave penetration with spatially uniform power loss | |
Pan et al. | Compact Polarization-Independent MMI-Based 1$\times $2 Power Splitter Using Metal-Cap Silicon-on-Insulator Waveguide | |
RU2675400C1 (en) | Method of manufacturing divider in integral optical scheme | |
Jiang et al. | Coherent control of chaotic optical microcavity with reflectionless scattering modes | |
CN106483733B (en) | Quasi-phase matching fundamental mode third harmonic conversion method based on optical fiber | |
Zhu et al. | High-contrast and compact integrated wavelength diplexer based on subwavelength grating anisotropic metamaterial for 1550/2000 nm | |
Dyakonov et al. | Low-loss single-mode integrated waveguides in soda-lime glass | |
Ludvigsen et al. | Photonic crystal based integrated optics | |
Zhou et al. | Slow-light high contrast metastructure hollow-core waveguides | |
Miri et al. | Design and fabrication of photonic crystal nano-beam resonator: Transmission line model | |
Jiang et al. | Nano-photonic crystal waveguides for ultra-compact tunable true time delay lines | |
Moura et al. | Design and optimization of subwavelength silicon photonics edge coupler for cleaved fibers | |
Wu et al. | Design of two-dimensional apodized grating couplers with Gaussian diffractive mode | |
Lyubopytov et al. | Optical vortex propagation in few-mode rectangular polymer waveguides | |
Zhang et al. | Multimode interferometers for integrated transceivers on 250 nm SOI platform | |
Serafimovich et al. | Active photonic crystal cavities for optical signal integration | |
Hu et al. | Observation of topological transmission in terahertz domino waveguide array | |
Wang et al. | Broadband sub-wavelength grating coupler for O-band application | |
Wang et al. | Multi-cavity optoelectronic oscillators based on an integrated array of subwavelength grating waveguides | |
Vukovic et al. | Fast and controllable beam switching in a pulsed fiber laser |