Лазеры сверхкоротких световых импульсов - Херман Й.
Скачать (прямая ссылка):
Типичным примером погруженного канального OB является диффузионный волновод Ti: LiNbO3, получаемый диффузией титана в подложку ниабата лития при его нанесении на подложку в виде полоски заданной ширины W и соответствующей конфигурации. В таком .канальном OB профиль показателя преломления П\(х, у) описывается выражением (3.1), где функции профиля f(x\/dx) и g(yldy) с хорошей для практики точностью могут быть заданы аналитическими функциями вида [87, 116]
/ (Xfdx) = erfc (х/ах), л:> О (3.2)
или
f (xldx) = ехр ( - x2Jd2x), х > О (3.2а}
и
Mt-T^ft(І + і)]+ег!Ш"~і)]Ь <33>
где dv=Wj2-, W — ширина полоски диффузанта. Видно, что для рассматриваемого случая функция g(y!dv) зависит также и от отношения dx[dy. Формулы (3.1) — (3.3) являются хорошим приближением для случая диффузии из ограниченного источника за время, много большее времени поступления диффузанта в подложку. Причем формула (3.2) в лучшей степени соответствует одномодо-вым, а (3.2а) — многомодовым OB. Для достаточно широкой полоски (Wfdx 2: 4) показатель преломления в центре канального волновода достигает своего насыщения, т. е. «і (О, 0)=«о + Ал= — пи а в случае узкой полоски всегда я, (0, 0) <яь так как g-(O) <Г <1.
По сравнению с другими типами трехмерных OB полосковьте волноводы (рис. 3.1,е—и) обладают рядом преимуществ. Полоско-
55вый волновод представляет собой пленарный тонкопленочный или градиентный OB с показателем преломления волноводного слоя tii (на подложке с показателем преломления «о), на поверхности которого нанесена тонкая полоска диэлектрика заданной ширины W с показателем преломления Толщина диэлектри-
ческой полоски выбирается много больше глубины проникновения поля мод планарного волновода в прилегающую среду. С обеих ее сторон может бьгть нанесена полоска металла с показателем преломления пз = п'з + іп"з-
В полосковом OB легко реализовать как одномодовый, так и многомодовый режим работы с заранее заданным числом мод. Обычно ширина полоокового OB W много больше длины волны излучения X (;в типичных случаях W — порядка 10 мкм), а его толщина h определяется толщиной исходного планарного волновода. В таком OB практически вся мощность локализована под полоской диэлектрика и почти не проникает в нее, так что неровности границ полоски не приводят к значительным потерям излучения. В некоторых случаях лолосковые OB могут иметь покрывающую диэлектрическую полоску с показателем преломления Пі й: ti\.
В полосковом OB функция профиля показателя преломления S(Hidv) =\ для |у|<№/2 и g(уldy) =O для \y\>W/2. Функция профиля f (Xjdx) = 1 в общем случае определяется типом полосково-го OB и методом его изготовления. У тонкопленочных полосковых OB /(Xfdx) = I для X, удовлетворяющих условию О^Гх^Г/г; в остальных случаях f(x[dx) = 0. В градиентных полосковых OB, получаемых, например, диффузией Ti в LiNbOs, функция профиля f(xjdx) может быть задана в виде (3.2) или (3.3).
Методы изготовления полосковых OB основаны на примене- ' нии планарной технологии, включающей создание базовых многослойных волноводных структур, формирование соответствующих защитных масок и последующее травление либо нанесение соответствующего диэлектрического либо металлического пленочного слоя заданной конфигурации на поверхность планарного волновода. Более детально методика и основные физико-технические и технологические аспекты изготовления различных типов OB рассмотрены в монографиях [18, 19], обзоре [67], справочнике [115].
Для создания ОИС наиболее перспективны различные виды погруженных канальных и полосковых OB. Основные достоинства погруженных канальных OB связаны с широкими технологическими и 'конструктивными возможностями формирования рисунка волноводного тракта ОИС методами твердофазной диффузии и ионной имплантации в различных полупроводниковых материалах и монокристаллах активных диэлектриков, а также оптическими и электронно-лучевыми методами в пленках ХСП. Основное преимущество полосковых OB заключается в том, что неровности границ их диэлектрических полосок не ,приводят к значительным потерям мощности оптического излучения на рассеяние. Дополнительным преимуществом полосковых OB являются увеличенные 56допуски на размеры диэлектрической полоски для обеспечения одномодового режима работы: обычно ее ширина равна нескольким микрометрам и более, т. е. много больше длины волны излучения. Это существенно упрощает процесс изготовления волноводных структур и устройств такого типа.
3.2. МЕТОДЫ РАСЧЕТА ТРЕХМЕРНЫХ ОПТИЧЕСКИХ
ВОЛНОВОДОВ
Одной из центральных задач, возникающих при разработке и проектировании элементов и устройств для ОИС, является расчет характеристик трехмерных OB. По сравнению с волноводами планарной геометрии расчет и анализ канальных и полосковых волноводов оказывается значительно более сложным. Это обусловлено тем, что рассматриваемые волноводные структуры могут иметь сложные геометрические профили поперечного сечения и распределения показателей ,преломления сред, образующих волновод. Таким образом, возникает необходимость решения электродинамической задачи с многими граничными условиями и большим числом параметров. В связи с этим особое значение приобретают приближенные методы расчета и анализа трехмерных OB.