Способ исследования планарного оптического волновода и устройство для его осуществления

 

Использование: исследование параметров тонких диэлектрических пленок. Сущность изобретения: способ включает создание области оптического контакта между поверхностью волновода и элементом связи, измерение углового распределения интенсивности излучения, прошедшего через волновод, и вычисление по угловому распределению параметров волновода, при этом возбуждение волновода осуществляют путем преобразования координатного распределения излучения источника в угловое, а измерение углового распределения прошедшего через волновод излучения, осуществляют после преобразования его в координатное распределение, а элемент связи для осуществления способа такой, что его внутренняя поверхность представляет собой отражающий профиль, например, параболоид, обеспечивающий преобразование координата - угол при вводе излучения и преобразование угол - координата при выводе излучения. 1 ил.

Изобретение относится к оптическим испытаниям и может быть использовано для исследования планарных оптических волноводов (ПОВ), в частности тонких диэлектрических пленок.

Известен способ исследования ПОВ, включающий возбуждение волновода лазерным лучом с применением дифракционной решетки, сформированной на поверхности ПОВ, в качестве элемента связи, измерение углового распределения, прошедшего через волновод излучения, и вычисление по угловому распределению параметров ПОВ.

Однако данный способ характеризуется высокой трудоемкостью и сложностью, поскольку дифракционную решетку необходимо формировать на каждом исследуемом образце, что может приводить к его разрушению.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ исследования планарных оптических волноводов, включающий создание области оптического контакта между поверхностью волновода и элементом связи, возбуждение волновода посредством ввода излучения через элемент связи, измерение углового распределения интенсивности излучения, прошедшего через волновод, и вычисление по угловому распределению параметров волновода, элементом связи в данном случае является призма.

Известный способ осуществляется следующим образом.

Поворотный столик установлен таким образом, что его ось пересекает световой пучок под прямым углом, а устройство продольного перемещения закреплено на поворотном столике. Преломленный на R-грани призмы пучок света падает на С-грань в область оптического контакта 9 и разделяется. Часть его претерпевает отражение и выводится призмой на экран, другая часть при углах падения на С-грань, близких к резонансным, вводится в волноводный слой. Эффект оптического туннелирования, благодаря которому происходит возбуждение мод, обуславливает также возвращение некоторой доли их мощности обратно в призму. Выходящее из волновода излучение, преломляясь призмой, отображается на экране в виде характерных m-линий, каждая из которых соответствует определенной моде. Настройка на некоторую m-моду производится поворотом столика и размещенного на нем призменного элемента связи с прижатым к нему образцом до совмещения m-линии с центром рефлекса на экране. При этом необходимо производить продольное перемещение вдоль оси А-А призменного элемента связи специальным устройством, поскольку при повороте столика пучок света, преломленный на R-грани призмы, уходит из области оптического контакта. Поэтому при использовании призменного элемента связи необходимо производить настройку и юстировку измерительной системы на каждую моду. Таким образом, вышеописанный способ с использованием призмы в качестве элемента связи трудоемок и сложен.

Цель изобретения - упрощение процесса исследования планарного оптического волновода при повышении производительности труда.

Это достигается тем, что в способе, включающем создание области оптического контакта между поверхностью волновода и элементом связи, измерение углового распределения интенсивности излучения, прошедшего через волновод, и вычисление по угловому распределению параметров волновода, возбуждение волновода осуществляют путем преобразования координатного распределения излучения источника в угловое, а измерение углового распределения, прошедшего через волновод излучения, осуществляют посредством преобразования его в координатное распределение, причем элемент связи для осуществления способа такой, что его внутренняя поверхность представляет собой отражающий профиль, например параболоид, обеспечивающий преобразование координата-угол при вводе излучения и преобразование угол-координата при выводе излучения.

Сопоставительный анализ показывает, что заявляемое техническое решение отвечает критерию "новизна".

При сравнении заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими известными техническими решениями в науке и технике, не обнаружено решения, обладающего сходными признаками. Это позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию "существенные отличия".

Предлагаемый способ поясняется чертежом, где 1 - источник излучения; 2 - луч, выходящий из источника; 3, 4, 5 - лучи, соответствующие возбужденным модам; 6 - подложка; 7 - исследуемый волновод; 8 - воздушный зазор; 9 - элемент связи; 10 - область оптического контакта; 11 - параболический профиль боковой поверхности элемента связи; 12 - фокус параболы.

Способ осуществляют следующим образом.

Пучок света 2, выходящий из источника 1, падает на внешнюю грань элемента связи 9, затем отражается от боковой поверхности элемента связи, которая представляет собой, например, параболу, и попадает в область оптического контакта 10, причем центр области оптического контакта расположен в фокусе вышеуказанной параболы. Таким образом, при вводе излучения в волновод применяется преобразование координаты падающего луча в угол падения. Излучение возбужденных мод волновода выходит из области оптического контакта, отражается от боковой поверхности элемента связи и высвечивается через внешнюю грань элемента связи в виде нескольких параллельных друг другу пучков света. Таким об разом, при выводе излучения из волновода применяется преобразование угол-координата. Применение данного элемента связи позволяет существенно упростить процесс исследования планарных оптических волноводов и снизить трудоемкость исследований, поскольку отпадает необходимость настройки и юстировки измерительной системы на каждую измеряемую моду. Аналогично вышеописанному осуществляется ввод и вывод излучения с использованием элемента связи с любым другим профилем боковой поверхности.

Для опробования предлагаемого способа из ниобата лития был изготовлен элемент связи, представляющий собой усеченный параболоид. Элемент связи приводили в оптический контакт с исследуемой пленкой моноалюмината неодима, осажденную на подложку из плавленного кварца. Излучением лазера ЛГН-208Б (длина волны 0,63 мкм) возбуждали волновод, а измерения координатного распределения интенсивности выходящего из элемента связи излучения производили перемещением приемника излучения, представляющего собой фотодиод ФД-2 с коллимационным окном, закрепленным на столике продольно-поперечного перемещения из комплекта оптической системы ОСК-2Л.

Таким образом, применение данного способа позволяет отказаться от дорогостоящего гониометра, кроме того, отпадает необходимость настройки и юстировки измерительной системы на каждую отдельную моду, в результате производительность труда повышается в среднем в 4 раза.

Формула изобретения

1. Способ исследования планарного оптического волновода путем наклонного ввода и вывода излучения через поверхность планарного оптического волновода в области ее оптического контакта с элементом связи, изменения угла входа излучения, определения распределения излучения по углу выхода и вычисления параметров планарного оптического волновода, отличающийся тем, что, с целью упрощения исследования и повышения производительности труда, изменение угла входа излучения в волновод осуществляют элементом связи, при этом смещают луч излучения без изменения его направления относительно элемента связи, а при выводе излучения из волновода лучи, выходящие под различными углами, коллимируют элементом связи и определяют распределение излучения по углу выхода, измеряя смещение коллимированных лучей.

2. Устройство для исследования планарного оптического волновода, включающее источник оптического излучения, столик с механизмом продольно-поперечного перемещения, элемент связи, блок прижима элемента связи, блок наблюдения рефлексов волноводных мод, отличающееся тем, что элемент связи выполнен с отражающей поверхностью, имеющей параболический профиль, а фокус параболического профиля находится на поверхности, контактирующей с исследуемым планарным оптическим волноводом.

РИСУНКИ

Рисунок 1