способ изготовления устройства ввода излучения в оптический волновод

Формула изобретения

Способ изготовления устройства ввода излучения в оптический волновод, включающий формирование волновода методом ионного обмена путем погружения подложки в расплав рабочего реактива, отличающийся тем, что подложку погружают в расплав до границы участка, предназначенного для устройства ввода, оставляя его вне расплава, причем одновременно изготавливают оптический волновод на погруженной в расплав части подложки и устройство ввода излучения, формируя его методом ионного обмена из пленки реактива, осаждающейся из паров реактива на погруженную часть подложки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области интегральной оптики и может быть использовано при создании интегрально-оптических устройств управления световым излучением.

Известен способ изготовления устройства ввода излучения в оптический волновод /1/, в котором на подложку наносят слой диффузанта переменной толщины, после чего методом термодиффузии изтотавливают оптический волноводный слой, имеющий переменную толщину и двумерный градиент показателя преломления. Однако этот способ разработан для волноводов, получаемых методом твердотельной диффузии, и непригоден для широкого класса ионообменных волноводов.

Наиболее близким к изобретению является способ изготовления переходного устройства для соединения оптических волноводов различных типов /2/, в котором путем ионного обмена в стеклянной подложке формируется оптический волновод, предназначенный для соединения двух оптических волноводов, полученных путем ионного обмена K-Na и Ag-Na соответственно. При этом распределение поля основной моды переходного волновода адиабатически изменяется в продольном направлении, совпадая на входе с распределением поля моды волновода, полученного ионным обменом, а на выходе с распределением поля моды волновода, полученного ионным обменом K-Na. Однако в этом способе переходное устройство изготавливается отдельно от стыкуемых волноводов. Кроме того, безизлучательный адиабатический характер распространения волноводной моды в этом устройстве позволяет эффективно использовать его только в межволноводных соединениях. Ввод с его помощью излучения в волновод от внешних источников света, например газовых лазеров, может осуществляться лишь при фокусировке вводимого пучка света на торец волноводного устройства и согласовании размеров и положения фокального пятна с торцом волновода, а типичные поперечные размеры градиентных волноводов составляют единицы микрон. Это требует дополнительного изготовления и использования специальной фокусирующей системы с прецизионными трехкоординатными подвижками.

Целью изобретения является упрощение процесса изготовления в составе ионообменных планарных волноводов градиентных устройств ввода-вывода излучения.

Поставленная цель достигается тем, что при изготовлении планарного волновода методом ионного обмена подложку располагают особым образом, оставляя вне расплава участок, предназначенный для устройства ввода излучения. Это позволяет получить с помощью простых операций на простом оборудовании градиентное устройство ввода излучения непосредственно в процессе изготовления ионообменного волновода.

При изготовлении устройства ввода предлагаемым способом в шахтную печь помещают частично заполненный рабочим реактивом тигель и нагревают до рабочей температуры процесса изготовления волновода. Подложку погружают в расплав до границы участка устройства ввода, оставляя его вне расплава, и выдерживают в течение времени, необходимого для образования волновода. При этом вследствие имеющихся в печи градиента плотности пара реактива над поверхностью расплава и градиента температуры рабочий реактив осаждается на недогруженный участок подложки, образуя пленку переменной толщины. На этом участке идет процесс ионного обмена в получаемой системе подложна-пленка реактива, и в результате здесь образуется требуемый волноводный слой переменной толщины с двумерным градиентом концентрации ионодиффузанта /и связанным с ним двумерным градиентом показателя преломления/. Частичное заполнение тигля рабочим реактивом позволяет повысить плотность потока паров в ограниченном стенками тигля объеме и обеспечить рост пленки реактива на поверхности подложки.

Таким образом, одновременно происходит изготовление планарного ионообменого волновода на основной части поверхности подложки и градиентного устройства ввода излучения на выделенном участке подложки.

В качестве примера конкретного исполнения приведем процесс изготовления устройств ввода-вывода на подложках из оптического стекла. Подложку длиной 120 мм из фотопластинки с предварительно снятой эмульсией опускали в расплав соли KNO₃ на 50 мм. Тигель высотой 150 мм был заполнен расплавом на две трети. После обработки в печи при температуре 400^oС в течение 1,5 ч, на пластине образовался волновод, поддерживавший в своей равномерной части распространение 4 ТМ мод при длине волны света 0,633 мкм. На чертеже представлены фотографии треков этих мод в области полученного устройства ввода при eгo работе на вывод излучения из волновода. Свет вводился с помощью призмы из стекла ТФ7 и поочередно возбуждались ТМ моды. На фиг. /а г/ порядок моды m возрастает от m 0 /а/ до m 3 /г/. Видно, что получили характерную для градиентных устройств ввода-вывода картину: длина трека уменьшается с увеличением порядка моды.

Подобным образом были изготовлены устройства ввода в планарный волновод на основе стекла К8. Частично погруженная в расплав KNO₃ пластина из К8 выдерживалась в печи при 400^oС в течение 45 мин. В равномерной части полученный волновод пропускал 3 ТЕ моды при длине волны света 0,633 мкм. В области устройства ввода разность длин треков ТE₀ и TЕ₂ мод при работе на вывод излучения составила 7 мм.

Предлагаемый способ пригоден и при использовании протонообменных волноводов в кристаллических подложках, например, при обработке пластин из ниобата лития в расплаве бензойной кислоты.

Использование предлагаемого способа позволяет простыми приемами на простом оборудовании получить градиентное устройство ввода-вывода в составе ионообменного волновода непосредственно в процессе изготовления волновода. Таким образом, процесс изготовления устройств ввода излучения в оптический волновод существенно упрощается.