SU1365630A1 - Способ изготовлени элементов интегральной оптики - Google Patents

Abstract

Изобретение относитсн к области интегральной оптики и может найти применение йри создании устройств св зи и оптической обработки инфор- мации. Целью изобретени   вл етс  получение планарной волноводной гра диентной линзы. Диэлектрическую подложку , предназначенную дл  изготовлени  линзы, нагревают до по влений , 1 и .проводимости Ю З... 10 Ом см привод т в контакт с веществом (металлической пленкой или солевым расплавом ), содержащим ионы, способные диффундировать в подложку и повышать ее показатель преломлени . Диффузию провод т в неоднородном электрическом поле с максимальной напр женностью 50...500 В/см до образовани  волноводного сло  с измен ющейс  по плоскости подложки величиной показател  преломлени , закон изменени  которого задаетс  конфигурацией электрического пол . 3 ил. (Л с 3. .

Description

оэ о сд

Од

&9

Изобретение относитс  к интеграл иой оптике, в частности к технологии изготовлени  основньр элементов интегрально-оптических устройств в волноводном исполнении.

Целью изобретени   вл етс  получение пленарной волноводной гради- . ентной линзы,

ДиэлектЕ ическую подложку, предназначенную дл  изтото влени  линзы, одНой нэ сторон привод т в контакт с веществом, содержащим ионы металлов, способные диффундировать в эту подложку, и нагревают fSf) температуры, при которой ее проводимость достигает величины 10. 10 Затем между противоположными поверхност ми подложки создают посто нное неоднородное электрическое поле оп еделеннрй конфигурации с максимальной напр женностью от 5 до 50 В/мм, причем в качестве анода используют поверхность, контактирующую с диффузантом. Длительность операции выбирают достаточной дл  Образовани  градиентного волноводного сло , поддерживающего заданное число мод. ,По ее завершении подложку охлаждают, а остатки диффузанта и электроды удал ют .

Механизм образовани  волноводной градиентной линзы состоит в следующем .

При нагревании диэлектрическа  подложка становитс  электропровод щей , Нбсител ми зар да в ней обычно  вл ютс  ионы щелочных металлов. Под действием приложенного извне электрического пол  они смещаютс  из прианодной поверхности подложки в направлении к катоду. Образовавшиес  вакансии эквивалентно замещаютс  ионами диффузанта, содержащимис  в веществе анода. Чем больше напр женность приложенного пол  в произвольно выбранной точке, тем на большую глубину при прочих равных услови х проникают диффундирующие иьны и тем больше показатель преломлени  легированного сло .

Заданного распределени  волноводного показател  преломпени  в поперечном сечении линзы достигают путем подбора определенной конфигурации электродов. Установлено, что распределение Составл ющей пол , перпендикул рной поверхности подложки, под действием которой происходит внедрение диффузанта, в первом приближен НИИ должно повтор ть заданную форму профил  гюказател  преломлени  лин- зы. Более точно требуема  конфигураци  полг подбираетс  экспериментально в соответствии с режимами ее изготовлени  . Предлагаемый способ позвол ет получить любое, в .том числе обеспечивающее идеальную фокусировку распределение показател  преломлени  в линзе.

Профиль показател  преломлени  линзы регулируетс  здесь самой физико-химической природой процесса электродиффузии. Это позвол ет получать линзы с воспроизводимыми параметрами и контролировать их непосредственно в процессе изготовлени  путем измерени  величины зар да, пропущенного между электродами. В предлагаемом способе вс  операци  по изготовлению линзы проводитс  в один этап с минимальными затратами

времени и материалов. Способ легко поддаётс  автоматизации. Таким обраг зом, его отличительными чертами  вл ютс  простота реализации и высока  воспроизводимость результатов,

Простейшим примером конфигурации пол , обеспечивающей решение поставленной задачи, Служит распределение . пол  между плоской покрытой диффузантом поверхностью подложки (анодом)

и расположенным на противоположной ей поверхности катодом, представл ющим собой узкую провод щую полосу шириной много меньше толщины подложки . Составл юща  пол , перпендикул рна  поверхности подложки, измен етс  по следующему закону:

Е(х)

2V d

, X

.ch

(1 +

.Хч1

cbj)

а

где V - напр жение, приложенное к электродам; d - толщина подложки. Функци  близка к функции гиперболического секанса, обеспечивающей, как известно, идеальные фокусирующие свойства линзы.

55

Другим возможным методом создани  неоднородного пол  может служить профилирование катодной поверт ности подложки, например вышлифовывание на ней цилиндрической канавки.

В качестве материала подложки предпочтительно использовать стекла, содержащие в своем составе окислы щелочных металлов, или кристаллы с преимущественно ионным типом св зи, например LiNbOj, LiTaOj. Носител ми зар дов в них, как и в стекле, служат ионы щелочных металлов. В качестве диффузантов могут быть использованы любые металлы, способные без окрашивани  повышать показатель преломлени  подложек. Но так как ответственными за проводимость подложки  вл ютс  одновалентные ионы, то и в качестве диффузантов следует ис- . пользовать ионы К Cs, Си, Ар , Т1. Предпочтительными  вл ютс  соединени  двух последних элементов, обеспечивающие наибольшее приращение показа тей  преломлени  . Это МО-: жег быть металл, его окисел, легко-г плавка  соль или смесь солей.

Предлагаемый способ пойсн етс  чертежами, где на фиг. 1 изображена подложка 1 с нанесенными на нее катодом 2 и анодом 3, а также указана прин та  система координат; на фиг. 2 приведено измеренное распределение волноводного показател  преломлени  (номер кривой соответствует номеру моды) по плоскости линзы, изготовленной в услови х примера 1; на фиг. 3 приведены рассчитанные траектории лучей в этой линзе.

Пример. 1. На одну из сторон подложки из оптического стекла К8 рамером 1,9 мм термическим испарением в вакууме нанос т планку серебра толщиной около 0,3 мкм. По цент рУ противоположной стороны подложки, как показано на фиг. 2, через щелевую маску нанос т полосу алюмини  шириной 200 мкм. Затем подложку нагревают в открытой терморегулируемой печи до температуры 673 К (проводимость ) . После установлени  заданной температуры на электроды подают посто нное напр жение величиной 24,5 В. За врем  эксперимента t 37 мин между электро- дами в расчете на 1 см длины катода пропускают зар д величиной Q «0,1 Кп/см. После этрго подложку охлаждают , а электроды поочередно стравливают в азотной кислоте и щелочи .

Измерение распределени  волноводного показател  преломлени  в направ

лении, перпендикул рном от линии, осуществл ют призменным методом на гониометре 15 путем сканировани 

узкого сдетоврго пучка (; 0,633 мкм) по плоскости конта1 та подложки с призмой. Результат измерени  дл  каждой из мод, поддерживаемых вол- новодной линзой, представлен на

фиг. 2, Из фиг.2 видно, что профиль показател  преломлени   вл етс  параболическим на у 1астке, составл ю-- щем 80-90% ширины линзы. Широкий параллельный пучок света, вводимый в .

торец линзы или с помощью призмы в зоне, расположенной под расширенным участком катода 2 на фиг.1, фокусировалс  на оси линзы. На фиг.З приведены траектории лучей в этой .

линзе, рассчитанные по известн1Л4 формулам..

Режимы изготовлени  линзы, приве денные в этом примере,  вл ютс  близкими к оптимальным. Изменением

длительности процесса можно управл ть ее толщиной и величиной 4N и, следовательно, числом поддерживаемых ей мод и фокусным рассто нием . .

Пример 2. Линзу изготавливают при тех же режимах, что в примере 1, но при толщине подложки 0,5 мм. Ее профиль показател  преломлени  также параболический, фокусное рассто ние равно 3,3 WM.

Пример 3. При Т 590 К ( -10 OM-VM- ); B/MMS Q - - 0,1 Кл/см; d 1,9 мм получена двухмодова  волноводна  линза с /N, 35 -10 и фокусными рассто ни ми дл  параксиальных лучей 9,2 мм н 7,8 Мм дл  нулевой и первой мод соответственно . Профиль показател  преломлени  нулевой моды параболический только на центральном yiaCTKe линзы, занимающем 60% ее ширины. Пример 4. При Т 758 К

И м е (i 1 -10 OM-CM )J Ее 5 В/мм;

Q 0,05 Кл/CMf d 1,9 мм получена одномодова  линза с JN,90-10 H F 21 мм. Профиль параболический на 40% ее ширины.Пример 5. В подложке толщиной 2,1 мм вышлифовывают ципиндри- ческую канавку диаметром 4 мм на глубину 1,85 мм и на ее поверхность нанос т пленку алюмини , служащую катодом . При Т 615 к; Е

50 В/мм

за врем  t-30 мин получают трехмодоАМ (х)-10

К,НИ

и, 2

y.ww

f.5

HH

Фи%.3

Claims (1)

1. Формула изобретения

   10 Способ изготовления элементов интегральной оптики путем нанесения на противоположные поверхности диэлектрической подложки электродов из диффундирующего вещества и по15 следующей обработки при нагреве в постоянном электрическом поле, о тл ичающийся .тем, что, с цельюполучения планарной волндводной градиентной лрнзы, обработку осу20 ществляют при температуре, соответствующей проводимости подложки 10 10'’ Ом’см**, в неоднородном электрическом поле напряженностью 5-50 В/мй»

   Фиг. 2

   -+

   Фиъ,3