Кристаллы квантовой и нелинейной оптики - Блистанов А.А.
ISBN 5-87623-065--0
Скачать (прямая ссылка):
Заметим, что если п2, л3 и л4 близки, то кх « ку « kz.
Поляризация мод такова, что для наибольшей компонентой является Ех (компоненты Еу и Ег пренебрежимо малы), а для моды Е^ наибольшей компонентой является Еу (пренебрежимо малы Ех и Ez). Более подробно распространение электромагнитных волн в полосковом волноводе рассмотрено в [5].
а 8
(17.27, а) (17.27,6)
(17.28)
х
а - общий вид волновода б - сечение волновода перпендикулярное на правлению распростра нения света (г)
Рис. 17.6. Схема прямоугольного волновода:
380
Глава 18
МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ ВОЛНОВОДОВ
Существует достаточно много методов получения оптических волноводов на стекле, полупроводниковых материалах, диэлектриках. Для получения волноводов используются: а) нанесение пленок, например кремнийорганические пленки на стекле; б) диффузия примесей (Cd в ZnSe, Cd и Se в ZnS, Na в кварц и др.); в) ионный обмен в электрическом поле ионы Т1+ из катода, которым служит расплав нитрата таллия, замещают ионы Na+ в стекле, являющемся анодом; г) имплантация ионов, например ионов Li+ в кварц; д) изменение концентрации носителей в поверхностных слоях полупроводников; е) эпитаксиальное наращивание пленок. Более подробно описание этих методов можно найги в ряде обзоров и книг [3-5 (гл. 17), 1 - 10, 58]. Здесь рассмотрим только те методы, которые нашли достаточно широкое распространение и используются в практике изготовления интегральных схем.
Поскольку основными управляющими эффектами в ОИС являются линейный электрооптический и аку сто оптический эффекты, подложки для ОИС должны обладать высокими электр о оптическим и (ЭО) и акустооптическими (АО) свойствами. Кроме кристаллов, рассматривавшихся в частях II и III, достаточно высокими ЭО свойствами обладают некоторые полупроводниковые соединения. Наиболее практически важными из них являются GaAs и InP [11], так как кроме высоких ЭО свойств этот кристалл используется для создания полупроводниковых лазеров и, следовательно, ОИС на GaAs может совмещать и излучатель, и управляющие элементы. Показатель преломления в полупроводниках зависит от концентрации свободных носителей: понижение концентрации носителей ведет к повышению показателя преломления. Таким образом, для получения оптических волноводов в полупроводниках требуется создание высокоомных слоев. Для этого могут быть использованы ионы-компенсаторы, вводимые в поверхностные слои методом ионной имплантации. Часто для этой цели используются протоны с энергией несколько сотен килоэлектронвольт [12]. Ионная имплантация приводит к повышению оптических потерь, поэтому после нее для снижения потерь обычно применяется отжиг. Высокоомные слои на GaAs можно получать, используя эпитаксию высокоомного GaAs на низкоомной подложке [13]. Волноводные слои образуются в области р - п перехода при создании лазеров на GaAs, на гетероструктурах типа GaAs-Ga^Ali^As (излучение в области 0,8 мкм) или GaAs - GalnAsP (излучение в области
1,3... 1,6 мкм). На основе этих структур одновременно с излучателями могут быть созданы фазовые [14] и амплитудные [15] модуляторы, затворы [16]. Из других полупроводников, которые могут быть исполь-
381
зованы дня получения волноводов, следует отметить ZnO, выделяющийся высокими электр о оптическими свойствами и оптической нелинейностью. Волноводные слои могут быть получены на эпитаксиальных пленках ZnO на сапфире [17], так как показатель преломления ZnO выше показателя преломления сапфира.
Развитие техники ОИС в последнее десятилетие показывает, чгго наибольшее применение в ОИС находят сегнетозлектрические кристаллы LiNb03, 1лТаОз, КМЮз, КТЮРО4. Однако трудности получения больших кристаллов КТЮРО4, относительно низкотемпературные фазовые переходы KNb03 и низкая температура Кюри у LiTa03 затрудняют использование высокотемпературных диффузионных технологий для получения оптических волноводов в этих кристаллах, и все же эти и другие сильные сегнетоэлектрики остаются наиболее перспективными для создания ОИС.
Уникальным сочетанием свойств обладают кристаллы LiNb03. Высокие электр о оптические и акустооптические свойства, возможность эффективного возбуждения поверхностных акустических волн (высокий коэффициент электромеханической связи), низкое поглощение в видимой и ИК областях спектра, возможность получения оптически совершенных кристаллов делают этот кристалл наиболее перспективным для ОИС. Кроме того, LiNb03 имеет высокую (1200 ’С) температуру Кюри, что позволяет использовать для получения ЭИС на основе LiNb03 высокотемпературные диффузионные техно-тогии без дополнительной монодоменизации.
Следует отметить, что LiNb03 обладают и некоторыми недостат-<ами, к числу которых следует отнести: а) возможную нестабиль-тость свойств кристаллов при воздействии внешних электрических юлей и температуры, причины этой нестабильности обсуждались эанее (часть III, п. 9.11); б) склонность кристаллов LiNb03 к оптическому повреждению (часть III, п. 9.10).
Полагая кристаллы ЫМЮз основным материалом для подложек ЭИС, рассмотрим более подробно технологические приемы получе-шя волноводных слоев на основе ЫЫЪОз.
