М. Л.Х. КОЛМЕНАРЕС, А. Г. ТИМАКИН
Научный руководитель – Т. К. ЧЕХЛОВА, к. ф.-м. н., доцент
Российский университет Дружбы Народов, Москва
ПОЛЯРИЗАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ОПТИЧЕСКИХ ВОЛНОВОДОВ, ИЗГОТОВЛЕННЫХ
ПО ЗОЛЬ-ГЕЛЬ ТЕХНОЛОГИИ
Исследованы характеристики оптических волноводов на основе пленок SiO2 - TiO2, изготовленных по золь-гель технологии, для ТЕ - и ТМ-волн. Установлено, что характер зависимости отрицательного термооптического коэффициента (ТОК) волноводов отличается для волн различной поляризации. Проведен анализ зависимости ТОК от параметров волновода и определена его связь с распределением поля по сечению волновода. Получено качественное соответствие экспериментальных и расчетных данных.
Одной из главных особенностей пленок, изготовленных по золь-гель технологии, является относительно большой отрицательный ТОК. Это свойство дает дополнительные возможности при создании термостабильных и поляризационно независимых устройств интегральной оптики (ИО) и может быть использовано для подстройки параметров и создания температурно-независимых ИО элементов, таких как системы уплотнения и разуплотнения каналов, узкополосные фильтры, резонаторы и др. Кроме того, структура пленок, изготовленных по указанной технологии, допускает легирование их веществами, позволяющими создавать элементы ИО, такие как лазеры и усилители, электрооптические устройства и др. [1].
В настоящей работе была исследована температурная зависимость эффективного показателя преломления (ЭПП) от параметров волновода: толщины и показателя преломления пленки для ТЕ - и ТМ-волн. ЭПП определялся из дисперсионного уравнения волновода с учетом температурной зависимости показателей преломления материалов волновода и толщины пленки в соответствии с ТОК материалов подложки и пленки и коэффициентом объемного расширения материала пленки [2]. Создание поляризационно-независимых устройств ИО требует тщательного сравнительного анализа зависимости ЭПП для ТЕ- и ТМ-волн в широком диапазоне температур.
В процессе исследования было установлено, что ТОК волновода определялся толщиной пленки и характер этой зависимости отличался для волн различной поляризации. Эти отличия обусловлены, по-видимому, различной степенью концентрации поля волны в золь-гель пленке, обладающей отрицательным ТОК. Для подтверждения этого предположения проведены расчеты доли мощности, распространяющейся по пленке, в зависимости от параметров волновода, таких как показатель преломления и толщина пленки. Сравнение этих результатов подтвердило сделанное выше предположение.
Проведено исследование ТОК для ТЕ1- и ТМ1-волн в зависимости от толщины пленки при двух значениях показателя преломления пленки: 1,55 и 1,80 и от показателя преломления пленки при двух значениях толщины пленки: 0,29 мкм и 0,5 мкм. Анализ полученных результатов позволил сделать следующие выводы: разность ТОК для ТЕ - и ТМ-волн слабо уменьшается с ростом толщины пленки и растет с увеличением показателя преломления пленки.
Расчетные данные были сопоставлены с результатами эксперимента. Проведенные исследования характеристик серии образцов волноводов с разной толщиной пленок показали, что характер зависимости ТОК волноводов от толщины пленки совпадает с расчетным. Различие значений связано с нелинейным характером зависимости ЭПП от температуры. Экспериментальные исследования ТОК в широкой области температур показали, что ТОК волноводов существенно различен в области низких и высоких температур: в диапазоне 20˚С-50˚С ТОК в 7-9 раз больше, чем в диапазоне 50˚С-100˚С. Как было показано в [3], отрицательный ТОК пленок TiO2-SiO2 связан с наличием ОН групп, количество которых зависит от температуры. Поэтому в области низких температур при наличии большого количества ОН групп наблюдается большой ТОК волноводов, а в области высоких температур их количество уменьшается и соответственно уменьшается ТОК.
Представленные результаты показали возможность подбором параметров золь-гель волноводов и варьируя температуру, получить поляризационный сдвиг ЭПП близким к нулю, т. е. создать поляризационно-независимое устройство на основе рассмотренных волноводов.
Список литературы
1. Yeatman Eric M. An integrated optical technology based on sol-gel glasses on silicon: the NODES prodject. Microwave and Optoelectronics Conference 1995. Proceedings, 1995 SBMO/IEEE MTT-S International, V.2, 24-27 July 1995, 779–783, V.2.
2. , , Грабовский зависимость золь-гель волноводов // Радиотехника и электроника. 2006. Т..51, №7, С. 855–861.
3. , , Вырупаев волноводы на основе пленок, изготовленных по золь-гель технологии. //Материалы 15-той межрегиональной научно-технической конференции «Обработка сигналов в системах наземной радиосвязи и оповещения». Нижний Новгород – Москва, 2007, С.311–314.
