RU2120118C1

RU2120118C1 - Method of examination of planar optical waveguide

Info

Publication number: RU2120118C1
Authority: RU
Inventors: М.В. Катин; И.С. Столетов; И.А. Корж
Original assignee: Катин Михаил Владимирович
Priority date: 1990-10-29
Filing date: 1990-10-29
Publication date: 1998-10-10

Abstract

FIELD: examination of parameters of thin dielectric films. SUBSTANCE: method includes formation of optical contact area between waveguide surface and coupling element made of two or more interconnected parts insulated optically from each other. Method also includes removal of radiation from waveguide, measurement of angular distribution of intensity of radiation passed through waveguide, and calculation of waveguide parameters by angular distribution. EFFECT: enhanced accuracy of measurements. 1 dwg

Description

Изобретение относится к оптическим испытаниям и может быть использовано для исследования планарных оптических волноводов /ПОВ/, в частности - тонких диэлектрических пленок. The invention relates to optical tests and can be used to study planar optical waveguides / POV /, in particular, thin dielectric films.

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 [1]. A known method for studying POMs, including excitation of a waveguide with a laser beam using a diffraction grating formed on the surface of a POM as a coupling element, measuring the angular distribution of radiation transmitted through the waveguide and calculating the angular distribution of the parameters of the POM [1].

Однако данный способ характеризуется высокой трудоемкостью и сложностью, поскольку дифракционную решетку необходимо формировать на каждом исследуемом образце, что может приводить к его разрушению. However, this method is characterized by high complexity and complexity, since the diffraction grating must be formed on each sample under study, which can lead to its destruction.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ исследования ПОВ, заключающийся в создании области оптического контакта (ОК) между поверхностью волновода и элементом связи (в данном случае - призмой), возбуждении волновода посредством ввода лазерного излучения через элемент связи, измерении углового распределения интенсивности прошедшего через волновод излучения и вычислении по угловому распределению параметров волновода [2]. The closest in technical essence to the claimed one is a method for studying the POW, which consists in creating an area of optical contact (OK) between the surface of the waveguide and the communication element (in this case, the prism), exciting the waveguide by introducing laser radiation through the communication element, measuring the angular distribution of the intensity of the transmitted through the radiation waveguide and calculating the angular distribution of the waveguide parameters [2].

Однако данный способ характеризуется высокой сложностью и трудоемкостью, т. к. мощность прошедшего через волновод излучения невелика по сравнению с мощностью излучения, падающей на область ОК, в силу чего яркость высвечивающихся мод (наблюдаемых на экране характерных m-линий) обычно ниже фоновой засветки, поэтому настройка на моду и измерение ее угла вывода является сложной и трудоемкой задачей. However, this method is characterized by high complexity and complexity, since the power of the radiation transmitted through the waveguide is small compared to the power of the radiation incident on the OK region, due to which the brightness of the illuminated modes (characteristic m-lines observed on the screen) is usually lower than the background illumination, therefore, tuning to the mode and measuring its output angle is a complex and time-consuming task.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является упрощение процесса исследования ПОВ при повышении производительности труда. The problem to which the invention is directed, is to simplify the process of research of POW while increasing labor productivity.

Решение поставленной задачи заключается в том, что в известном способе, включающем 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, согласно изобретению ввод и вывод излучения осуществляют через элемент связи, выполненный из двух или более оптически изолированных друг от друга частей. Использование такого элемента связи позволяет разделить область ОК на части, одни из которых служат для ввода излучения в волновод, а другие - для вывода излучения из волновода, в результате на экране получают характерную картину m-линий без волновой засветки. Разделение области ОК на количество частей, большее двух, целесообразно, например, при исследовании оптически анизотропных ПОВ, когда необходимо возбудить в волноводе моды, распространяющиеся в различных направлениях, не изменяя при этом параметров области ОК. В этом случае необходимо использовать элемент связи, представляющий собой, например, четырехгранную равнобедренную пирамиду с квадратным основанием, состоящую из четырех оптически изолированных частей, две из которых служат для возбуждения волноводных мод, а две другие используются для вывода излучения из волновода. The solution of the problem lies in the fact that in the known method, including creating an area of optical contact between the surface of the waveguide and the communication element, exciting the waveguide by introducing radiation through the communication element, measuring the angular distribution of the radiation intensity transmitted through the waveguide, and calculating the angular distribution of the waveguide parameters , according to the invention, the input and output of radiation is carried out through a communication element made of two or more optically isolated from each other her. The use of such a coupling element allows us to divide the OK region into parts, some of which are used to introduce radiation into the waveguide, while others are used to output radiation from the waveguide; as a result, a characteristic picture of m-lines without wave illumination is obtained on the screen. Separation of the OC region by the number of parts greater than two is advisable, for example, when studying optically anisotropic SOMs, when it is necessary to excite modes propagating in different directions in the waveguide without changing the parameters of the OC region. In this case, it is necessary to use a coupling element, which is, for example, a tetrahedral isosceles pyramid with a square base, consisting of four optically isolated parts, two of which serve to excite waveguide modes, and the other two are used to output radiation from the waveguide.

Сопоставительный анализ показывает, что заявляемое техническое решение отличается от прототипа тем, что ввод и вывод излучения осуществляют через элемент связи, выполненный из двух или более оптически изолированных друг от друга частей. Поэтому данное техническое решение отвечает критерию "новизна". Comparative analysis shows that the claimed technical solution differs from the prototype in that the input and output of radiation is carried out through a communication element made of two or more parts that are optically isolated from each other. Therefore, this technical solution meets the criterion of "novelty."

Суть способа поясняется чертежом, где 1 - лазер; 2 - луч лазера, возбуждающий волновод; 3, 4, 5 - выходящие из волновода лучи, соответствующие возбужденным модам; 6 - призма; 7 - воздушный зазор; 8 - исследуемый волновод; 9 - подложка; 10 - область оптического контакта призма-волновод; 11 - непрозрачный слой, разделяющий призму на две части; 12 - экран. The essence of the method is illustrated in the drawing, where 1 is a laser; 2 - a laser beam exciting a waveguide; 3, 4, 5 — rays emanating from the waveguide corresponding to excited modes; 6 - prism; 7 - air gap; 8 - investigated waveguide; 9 - substrate; 10 - region of the optical contact of the prism-waveguide; 11 - an opaque layer dividing the prism into two parts; 12 - screen.

Луч лазера, попадая на область ОК, возбуждает волновод. Часть мощности луча, не попавшая в ПОВ, попадает на непрозрачный слой 11 и поглощается или отражается им, благодаря чему исчезает фоновая засветка. Другая часть мощности луча, прошедшая по волноводу, выводится из волновода с другой стороны слоя 11, преломляется гранью призмы и попадает на экран 12. Таким образом, на экран попадает только та часть излучения, которая соответствует высвечивающимся волноводным модам. The laser beam, falling on the OK region, excites the waveguide. Part of the beam power, which did not fall into the SOM, falls on the opaque layer 11 and is absorbed or reflected by it, due to which the background illumination disappears. Another part of the beam power that has passed through the waveguide is removed from the waveguide on the other side of the layer 11, is refracted by the prism face, and enters the screen 12. Thus, only that part of the radiation that corresponds to the displayed waveguide modes enters the screen.

Для опробования данного способа призму из ниобата лития разрезали по линии AA¹ (фиг. 1), после чего плоскости разреза запыляли металлом и полученные половинки склеивали эпоксидной смолой. После шлифовки основания призмы, ее приводили в оптический контакт с поверхностью волновода (пленкой моноалюмината неодима), причем оптический контакт был разделен плоскостью разреза призмы на две части. Через одну часть призмы осуществляли возбуждение ПОВ, при этом вышедшее из другой части призмы излучение отображалось на экране как система характерных m-линий без фоновой засветки. После измерения углового распределения интенсивности излучения, прошедшего через волновод, вычисляли параметры ПОВ. В результате значительно упрощается настройка на моду, что позволяет повысить производительность труда при исследовании ПОВ.To test this method, a lithium niobate prism was cut along the line AA ¹ (Fig. 1), after which the cut planes were dusted with metal and the resulting halves were glued with epoxy resin. After polishing the prism base, it was brought into optical contact with the surface of the waveguide (a film of neodymium monoaluminate), and the optical contact was divided into two sections by the prism cut plane. The POW was excited through one part of the prism, while the radiation emerging from the other part of the prism was displayed on the screen as a system of characteristic m-lines without background illumination. After measuring the angular distribution of the intensity of the radiation transmitted through the waveguide, the parameters of the SOW were calculated. As a result, tuning to fashion is greatly simplified, which allows to increase labor productivity in the study of POV.

Claims

A method for studying a planar optical waveguide, including creating an optical contact area between the surface of the waveguide and the communication element, exciting the waveguide by inputting radiation through the communication element, outputting radiation from the waveguide, measuring the angular distribution of the radiation intensity transmitted through the waveguide, and calculating the angular distribution of the waveguide parameters, characterized in that, in order to simplify the process of studying a planar optical waveguide while increasing labor productivity, input and output of radiation is carried out through a communication element made of two or more optically isolated from each other interconnected parts.