SU1742766A1 - Способ изготовлени оптического планарного волноводного функционального элемента - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к интегральной оптике и технологии изготовлени  полностью оптической вычислительной машины, Цель изобретени  - улучшение качества и оптимизаци  параметров функционального сло . Вначале осаждают только часть функционального сло  минимальной толщины на водорастворимую подложку. Затем на него осаждают из растворов тонкие слои с отличающимис  показател ми преломлени  из оптических органических компаундов, в том числе и из оптических клеев. К последнему слою приклеивают водонерастворимую подложку, причем предварительно формируют геометрию волноводного сло  прикле- иванием к функциональному или оболочечному слою волоконных световодов ввода и вывода управл емого светового излучени . Далее раствор ют водораствори мую подложку и наращивают функциональный слой до требуемой ны в контролируемых услови х, С

Description

Изобретение относитс  к интегральной оптике и технологии изготовлени  элементов полностью оптической вычислительной машины и может быть использовано при изготовлении отдельных элементов в оптоэ- лектронике, волоконно-оптических системах передачи информации и оптическом приборостроении.

Известны способы изготовлени  тонких пленок методами термовакуумного испарени , катодного, ионно-плазменного и реактивного распылени .

Недостатками этих способов в основном  вл ютс  высока  трудоемкость, длительность процесса изготовлени  волноводного элемента и относительно высокие оптические потери ,5-3 дБ/см,

обусловленные рассе нием и поглощением света на инородных включени х.

Известен способ осаждени  из раствора окисных тонких пленок путем гидролиза эфиров соответствующих кислот, например эфиров ортокремниевой и ортотитановой кислот, на поверхности подложек из стекла или плавленого кварца.

Недостатками этого способа  вл ютс  также высока  трудоемкость, длительность поэтапного изготовлени  и, главное относительно высока  потер  на рассе ние при прохождении света по волокну,

Известен способ изготовлени  цилиндрических активных волоконных световодов путем нанесени  на боковую поверхность активного моноволокна оптических покрыю

тий из оптических органических компаундов , в том числе и из оптических клеев, с последовательно убывающими показател ми преломлени ,начина  с равного показателю преломлени  активного волокна.

Наиболее близким по техническому решению к предлагаемому  вл етс  способ изготовлени  ф зтоуправл емого оптического волновода, заключающийс  в следующем . На одной поверхности подложки из стекла марки К-8 с помощью ионно-обмен- ной диффузии создаетс  пассивный одно- модовый волновод, на который осаждают пленку из полистирола с примесью красител  метилового красного из раствора полистирола в толуоле, чистым растворителем создают на данной полимерной пленке скошенные кра , с помощью которых свет вводитс  и выводитс .

Недостатками этого способа  вл ютс  также невозможность применени  в качестве функционального сло  неорганических материалов и отсутствие возможности оптимизации функционального сло  по толщине в контролируемых услови х.

Целью изобретени   вл етс  улучшение качества и оптимизации параметров функционального сло .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в известных способах, включающих различные методы осаждени  тонких пленок из оптических материалов на подложку, в том числе и водорастворимую, вначале осаждают только часть функционального сло  минимальной толщины на водорастворимую подложку, а затем на него осаждают из растворов тонкие слои с отличающимис  показател ми преломлени  из оптических органических компаундов, в том числе и из оптических клеев, и к последнему слою приклеивают водорастворимую подложку, причем предварительно формируют геометрию волноводного сло  приклеиванием к функциональному или оболочечному слою воло- конных световодов, ввода и вывода управл емого светового излучени , далее раствор ют водорастворимую подложку и наращивают функциональный слой до оптимальной толщины в контролируемых услови х .

Принципиальное отличие предлагаемого способа изготовлени  оптического пла- нарного волновода функционального элемента от известных заключаетс  в том, что осуществл ют изготовление функционального сло  в контролируемых услови х, наращива  его на подслой минимальной толщины из того же материала, что и функциональный слой, причем подслой предва- рительно создаетс  на оптическом

волноводе из органического компаунда, в том числе из оптического кле , создава  тем самым благопри тные услови  дл  роста пленки, так как межузловые рассто ни  у

подсло  и наращиваемой пленки одинаковы .

Другое отличие состоит в том что на предварительном этапе при создании подсло  из материала, предназначенного дл 

изготовлени  функционального сло , используют подложку из водорастворимых щелочно-галлоидных кристаллов, при этом после растворени  в воде щелочно-галлоид- ной подложки получают оптический волновод из органического компаунда с эквивалентным оболочечным слоем с одной стороны, состо щим или из подсло  в сочетании с воздухом (вакуумом), или из тонкого сло  органического компаунда с меньшим

показателем преломлени  и подсло  в сочетании с воздухом (вакуумом),

Предлагаемый способ, по существу,  вл етс  чомбинированным, т.е. функциональный слой изготовл етс  в основном

методом напылени  в вакууме, в том числе и лазерном, а оптический волновод - методом осаждени  из раствора, при этом толщина волновода лимитируетс  толщиной волоконных световодов ввода и вывода управл емого светового излучени .

Функциональным слоем в предлагаемом способе служит оболочечный слой.

Пример 1. Функциональным слоем служит тонка  пленка из полистирола с примесью красител  метилового красного, вол- новодным слоем - пленка из оптического кле  ОК-72Ф с показателем преломлени  Пв - 1,586, ввод и вывод управл емого излучени  осуществл етс  кварцевыми одномодовыми волоконными световодами (ОВС) с диаметром сердцевины dc 8 мкм и диаметром оптической оболочки do 125 мкм,

Изготовление сандвича данного типа состоит из следующих этапов.

Claims (10)

1. На свежесколотую поверхность подложки из кристалла NaC с размерами х4 мм осаждают из раствора сверхтонкий подслой из полистирола с примесью красител  метилового красного (200 см3толуола,

0,1 см3 полистирола 0,12 см3 красител ).

2.Производитс  сушка подложки п. 1 при Т 120°С в течение 1 ч в сушильном шкафу.

3.Оптическа  оболочка ОВС стравлива- етс  в течение 1 ч 30 мин до диаметра do

12-13 мкм.

4.К подложке из стекла марки К-8 с размерами 40 х 10 х 5 мм приклеиваютс  ОВС оптическим клеем ОК-72Ф.

5.Производитс  операци  по п. 1 с применением оптического кле  ОК-72Ф.

6.На подложку п. 5 со свеженанесенной пленкой оптического кле  ОК-72Ф накладываетс  подложка п. 2 подслоем к клею.

7.Производитс  операци  по п. 5 с выдержкой 1 сут.

8.Производитс  операци  скалывани  приблизительно половины подложки из NaCI дл  осуществлени  возможности доступа воды к поверхности NaCI.

9.Производитс  растворение подложки погружением сандвича в воду.

10.После тщательной промывки в обычной и дистиллированной водах и сушки наращивают функциональный слой поэтапно погружением сандвича в раствор полистирола в толуоле с красителем, т.е. повтор ютс  пп. 1 и 2 6-7 раз; при этом толщина функционального сло  достигает размера

1 мкм.

Предварительные эксперименты с данным сандвичем дали следующий результат. В пассивном состо нии функционального элемента через волноводный слой пропускалось излучение непрерывного He-Ne-ла- зера с Я 0,6328 мкм, которое вводилось с помощью неразъемного соединени  много- модового волоконного световода с 10-10 ОВС ввода излучени . Относительную интенсивность волноводного света измер ют с помощью ФЭУ-62 и запоминающего осциллографа С-8-9А. В активном состо нии функциональный слой облучали излучением ксеноновой лампы-вспышки (электрическа  энерги  36 Дж, длительность 0,5 мс, светофильтр СЗС-22), во врем  действи  которой интенсивность волноводного света резко ( 0,5 мс) уменьшалась в три раза, а затем полностью восстанавливалась в отсутствие действи  лампы вспышки за врем  0,1-10 с. При использовании других красителей и лазеров с самосинхронизацией мод врем  откпика можно варьировать в пределах 100-1,0 пс.

Пример 2. Функциональный слой представл ет собой тонкую пленку полупроводника CdTe, изготовленную методом лазерного напылени  в вакууме, а материал рердцевины волновода и система ввода и вывода излучени  такие же, как в примере 2 за исключением того, что волноводный с.аой дополнительно покрывают с обеих сто- сло ми - оболочками из оптического кл;з  марки ОК-50 п толщиной 0,1 мкм, кото- piie вместе с пленкой CdTe с показателем преломлени  Пф -3,5 и воздухом составл - юч эквивалентную оболочку дл  волновод- ною сло .

Экспериментально изготовление пла- нарно-волноводного сандвича данного типа состо ло из следующих этапов.

1.На свежесколотую поверхность под- ложки из кристалла NaCI с размерами 40

х 10 х 4 мм методом лазерного напылени  осаждалс  сверхтонкий подслой изополупроводника CdTe толщиной 50-60 А, получаемый в течение дес ти импульсов 0 генерации лазера на стекле с неодимом: длительность импульса 30 не, частота повторений - 1 Гц, энерги  в импульс 1,8 Дж.

2.На подложку из стекла марки К-8 с 5 размерами 40 х 10 х 4 мм осаждалс  из раствора тонкий слой оптического кле  ОК-50П с показателем преломлени  п0е 1,5801 (200 см3 толуола, 1 см3 ОК-50П), при этом толщина пленки не превышает 0,1 мкм.

0 3. После отвердени  пленки ОК-50П (сушке при Т 60°С в течение 3 ч) осуществл лись операции пп. 4 и 5 с предварительным осуществлением п. 3 примера 1.

4.Производитс  операции п. 2 с под- 5 ложкой п. 1 со стороны подсло  из CdTe с

последующей сушкой по п. 2, причем пп. 2, 3 и 4 осуществл ют одновременно.

5.Последовательно производ тс  операции по пп. 5, 6, 7, 8 и 9 примера 1.

0 6. После тщательной промывки в обычной и дистиллированной водах и сушки наращивают функциональный слой из CdTe в контролируемых услови х до оптимальной величины ( 500-1ОООА), помеща  сандвич

5 в напылительную вакуумную камеру специальной лабораторной лазерной напыли- тельной установки.

Таким образом, по предлагаемому способу интегрально-оптический сендвич изго0 товл етс  в три этапа.

Первый э т а п. На свежесколотую поверхность водорастворимой кристаллической подложки осаждают тем или иным способом (предпочтительно лазерного на5 пылени ) сверхтонкий подслой из материала , определ ющего функциональные свойства элемента. Толщина сверхтонкого подсло , определ ема  услови ми возникновени  сплошной пленки, не превышает

0 нескольких дес тков ангстрем, что обычно гораздо меньше оптимальной величины и требует предпочтительно непрерывного наращивани  в контролируемых услови х. При необходимости на подслой дополни5 тельно осаждают из раствора изолирующую прослойку из органического компаунда с соответствующими показател ми преломлени  и толщиной.

Второй этап. Подготовл ют волоконные световоды (ВС) ввода и вывода излучени  и одновременно с нанесением из раствора на водорастворимую подложку со сто- роны уже нанесенных слоев сло  из органического компаунда, в том числе и оптического кле , ввод т с противоположных сторон в слой-волновод торцы ВС. Далее накладывают нерастворимую подложку, обычно стекл нную, с выбранным показатель преломлени  и помещают такой интегрально-оптический сандвич под пресс, давление которого прижимает нерастворимую подложку к растворимой с зазором- волноводом, определ емым диаметром торцов ВС.

Третий этап. Растворением водо- растворимой подложки обнажают поверхность функционального сверхтонкого подсло , который в дальнейшем наращивают до оптимальной толщины в контролируемых услови х.

Таким образом, принципиально не имеет значени  в каком пор дке изготовл ть интегрально-оптический сандвич: осаждать вначале все тонкие слои на водорастворимую подложку, а затем приклеива  к волно- водному слою нерастворимую подложку, фиксировать пленарный волновод или раздельно осаждать на водорастворимую подложку сверхтонкий функциональный подслоек, а на нерастворимую подложку с приклеенными ВС - волноводный слой и затем совместить их и фиксировать сандвич под прессом.

Таким образом, нерастворима  подложка служит фиксатором и оболочечным слоем волноводного сло , а также несущим элементом интегрально-оптического сандвича в конечном итоге.

Использование предлагаемого способа изготовлени  планарно-волноводного фун-

кционального элемента обеспечивает по сравнению с известными способами следующие преимущества:

-существенно уменьшаютс  добавочные потери в функциональном слое по сравнению со стопой сверхтонких пленок, в том числе и потери за счет многократных отражений между отдельными сверхтонкими пленками.

-функциональный слой изготовл етс  в контролируемых услови х;

-увеличиваетс  в 1,5-2,0 раза эффективность ввода и вывода светового излучени .

-упрощаетс  сочленение предлагаемого функционального элемента с другими оптическими элементами, в том числе и аналогичными функциональными элементами .

Формула изобретени  Способ изготовлени  оптического пла- нарного волноводного функционального элемента, включающий формирование на подложке волноводных слоев с разными показател ми преломлени , один из которых функциональный, а другой пассивный оптический волноводный слой, и подсоединение к сло м входных и выходных оптических волокон , отличающийс  тем, что, с целью улучшени  качества функционального элемента , вначале формируют на водорастворимой подложке часть функционального сло  по толщине, затем на нем формируют пассивный оптический волноводный слой с входными и выходными оптическими волокнами , фиксируют на пассивном оптическом волноводном слое нерастворимую подложку , раствор ют водорастворимую подложку и наращивают функциональный слой до требуемой толщины.