Электронно-лучевая запись оптических волноводов в натриево-силикатных и фототерморефрактивных стеклах
Воздействие быстрых электронов на поверхность стекла, содержащего подвижные ионы металлов. Увеличение показателя преломления в приповерхностном слое с изменением его химического состава. Электронно-лучевая обработка записи оптических волноводов в стеклах.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 30.11.2018 |
| Размер файла | 246,3 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.Allbest.ru/
Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики
Санкт-Петербургский государственный политехнический университет
Электронно-лучевая запись оптических волноводов в натриево-силикатных и фототерморефрактивных стеклах
А.И. Сидоров, А.А. Жигалов,
А.И. Игнатьев, Н.В. Никоноров,
О.А. Подсвиров
г. Санкт-Петербург
Экспериментально показано, что воздействие быстрых электронов на поверхность стекла, содержащего подвижные ионы металлов, приводит увеличению показателя преломления в приповерхностном слое на 0.03-0.09. Эффект связан с полевой диффузией положительных ионов металла в область отрицательного заряда.
Для формирования оптических волноводов в стеклах, как правило, используются методы ионного обмена [1], в том числе, в электрическом поле, а также методы диффузии и эффузии в сочетании с фотолитографией. В данной работе показано, что непосредственное облучение поверхности стекла электронами с энергией 10-30 кэВ приводит к образованию в приповерхностной области стекла волноводных структур.
Рис. 1. Угловая зависимость эффективного показателя преломления волновода, записанного в НС стекле. 1- до термообработки, 2 - после
В экспериментах использовались плоскопараллельные пластины натриево-силикатного (НС) стекла и фототерморефрактивного (ФТР) стекла, содержащего ионы серебра. Исходный показатель преломления стекол, в зависимости от их состава, варьировался от 1.449 (ФТР) до 1.51 (НС). Облучение электронами проводилось на сканирующем электронном микроскопе JEBD-2 с энергией электронов Е = 10, 20 и 30 кэВ. Плотность тока составляла j = 40-50 мкА/см2, доза облучения варьировалась от Q = 0.6 до 5 мК/см2. Облучение проводилось при комнатной температуре. Для удаления поверхностного заряда образцы покрывались слоем Al толщиной 50-100 нм, который после облучения удалялся. С помощью перемещения электронного луча на стекле формировались облученные зона в виде полос длиной до 15 мм и шириной 1 мм. После электронного облучения, в ряде случаев, проводилась термообработка образцов при t = 350ОС в течение 1 ч.
Эксперименты показали, облучение электронами приводит к увеличению показателя преломления приповерхностной области стекла и образованию в облученной зоне погруженного волновода с градиентным профилем показателя преломления. В эксперименте ввод и вывод излучения (л = 0.63 мкм) в волновод осуществлялись призменным методом. Измерение эффективного показателя преломления волновода для моды ТЕ0 производилось по методике, описанной в [2]. На рис. 1 показаны экспериментальные зависимости эффективного показателя преломления волноводов в НС стекле от угла ввода излучения в волновод. Результаты измерения эффективного показателя преломления волноводов, записанных электронным лучом, до и после термообработки приведены в таблице.
Таблица
Эффективный показатель преломления волноводов, записанных электронным лучом, до и после термообработки
|
Материал подложки |
Граничные величины эффективного показателя преломления |
Режим облучения электронами |
|
|
ФТР стекло (до термообработки) |
1,5646..1,5805 |
E = 30 кэВ, Q = 1,4 мКл/см2, t = 1800 сек, j = 0,78 мкА/см2 |
|
|
ФТР стекло (после термообработки) |
1,5675..1,5893 |
E = 30 кэВ, Q = 1,4 мКл/см2, t = 1800 сек, j = 0,78 мкА/см2 |
|
|
НС стекло (до термообработки) |
1,5373..1,5753 |
E = 10 кэВ, Q = 5 мКл/см2, t = 2000 сек, j = 2,5 мкА/см2 |
|
|
НС стекло (после термообработки) |
1,5834..1,5953 |
E = 10 кэВ, Q = 5 мКл/см2, t = 2000 сек, j = 2,5 мкА/см2 |
Столь существенное увеличение показателя преломления приповерхностного слоя стекла вызвано следующими причинами. Облучение электронами стекла приводит к образованию вблизи поверхности области отрицательного объемного заряда. Возникшее электрическое поле с напряженностью до 100 кВ/см инициирует полевую миграцию подвижных положительных ионов металла (натрия и серебра) в область отрицательного заряда (Рис. 2).
Рис. 2. Полевая миграция положительных ионов металла в область отрицательного заряда
электронный лучевой оптический волновод
Изменение химического состава приповерхностного слоя приводит к увеличению его показателя преломления. Перераспределение ионов в стекле приводит к возникновению локальных механических напряжений, которые также приводят к увеличению показателя преломления. При облучении стекла электронами возможно восстановление оксидных компонентов и их последующая кристаллизация. Показатель преломления подобных оксидных кристаллов может превышать показатель преломления стекла. Существует также вероятность того, что на поверхности стекла, под алюминиевой пленкой, использованной при облучении для удаления заряда, могут образовываться поликристаллы Al2O3, чей показатель преломления существенно превышает показатель преломления стекла.
Дополнительная термообработка приводит к незначительному увеличению эффективного показателя преломления, связанного с увеличением толщины волновода из-за термической диффузии ионов.
Полученные результаты показывают, что электронно-лучевая обработка является эффективным методом для записи оптических волноводов в стеклах. Достоинством метода является его сочетаемость с электронно-лучевой литографией.
Литература
1. Н.В. Никоноров, Г.Т. Петровский Стекла для ионного обмена в интегральной оптике: современное состояние и тенденции дальнейшего развития (обзор). // Физ. и хим. стекла, 1999, Т. 25, №1, С. 21-69.
2. В.С. Голубков, Н.Н. Евтихиев, В.Ф. Папуловский. Интегральная оптика в информационной технике. М.: Энергоатомиздат. 1985. 152 с.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Методы изготовления планарных интегрально-оптических волноводов на поверхности подложки. Физические аспекты ионного обмена и твердотельной диффузии. Технология производства симметричных канальных волноводов в стеклах, шлифовка и полировка торцов.
дипломная работа [571,2 K], добавлен 14.12.2015Создание обзора по методам изготовления планарных интегрально-оптических волноводов в подложках. Кристаллохимическое описание стекол. Методы получения планарных волноводов методами диффузии. Параметры диффузантов используемых при изготовлении волноводов.
курсовая работа [711,5 K], добавлен 20.11.2012Расчет показателей преломления и дисперсии при заданных составах стекла. Показатель преломления и средняя дисперсия. Коэффициенты для перехода от массовых единиц к объемным долям. Зависимость показателя преломления от содержания в стекле диоксида кремния.
контрольная работа [524,4 K], добавлен 05.12.2013Основные физические принципы волноводной фотоники. Классификация оптических волноводов. Геометрическая оптика планарных волноводов. Классификация мод планарного волновода. Волноводные моды тонкопленочного волновода. Эффективная толщина волновода.
реферат [2,0 M], добавлен 16.06.2019Понятие и сферы практического использования электронно-оптических преобразователей как устройств, преобразующих электронные сигналы в оптическое излучение или в изображение, доступное для восприятия человеком. Устройство, цели и задачи, принцип действия.
презентация [275,5 K], добавлен 04.11.2015История и эволюции изготовления оптических деталей, его современное состояние. Характеристика простейших оптических деталей в виде линз. Место российских мастеров в развитии оптики и производства стекла. Исследования по обработке оптического стекла.
реферат [18,0 K], добавлен 09.12.2010Ознакомление с методами измерения показателя преломления с помощью микроскопа. Вычисление погрешности измерений для пластинок из обычного стекла и оргстекла. Угол отражения луча. Эффективность определения коэффициента преломления для твердого тела.
лабораторная работа [134,3 K], добавлен 28.03.2014Технология изготовления элементов интегральной оптики методом ионного обмена в стеклянных подложках. Промышленные технологии стыковки волоконных световодов и интегрально-оптических волноводов. Процесс напыления маскирующей пленки и фотолитографии.
дипломная работа [5,6 M], добавлен 09.10.2013Описание технологии изготовления электронно-дырочного перехода. Классификация разработанного электронно-дырочного перехода по граничной частоте и рассеиваемой мощности. Изучение основных особенностей использования диодных структур в интегральных схемах.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 14.11.2017Определение второй производной показателя преломления прямотеневым методом. Исследование оптических неоднородностей путем измерения угловых отклонений света и схема прибора Теплера. Снятие характеристик импульсного оптического квантового генератора.
научная работа [537,5 K], добавлен 30.03.2011Зонная модель электронно-дырочной проводимости полупроводников. Расчет концентрации ионизованной примеси. Контакт двух полупроводников с различными типами проводимости. Электронно-дырочные переходы. Полупроводниковые выпрямители. Суть сверхпроводимости.
презентация [122,7 K], добавлен 09.04.2015Изучение теорий каустик, оптических свойств кривых и поверхностей на примере моделирования оптических систем в СКM Maple. Понятие каустики в рамках геометрической оптики, ее образования. Построение модели каустики, написание программных процедур.
дипломная работа [1,6 M], добавлен 16.06.2017Основные оптические эффекты, приводящие к волноводному распространению электромагнитной волны. Самовоздействие световых пучков в фоторефрактивной среде. Кристаллохимическое описание стекол. Связь градиента концентрации ионов лития показателем преломления.
дипломная работа [1,6 M], добавлен 21.01.2016Современное состояние элементной базы полупроводниковых оптических преобразователей. Воздействие электромагнитного излучения видимого и инфракрасного диапазонов на параметры токовых колебаний в мезапланарных структурах на основе высокоомного GaAs n-типа.
дипломная работа [1,8 M], добавлен 18.07.2014Оптико-механические приборы. Крепления оптических деталей. Особенности сборки оптических деталей с механическими. Устройство для юстировки сетки. Сборка и юстировка окуляров. Проверка диоптрийной установки. Схема проверки натяжения. Диоптрийная трубка.
реферат [2,7 M], добавлен 25.11.2008Исследование оптических характеристик интерференционных покрытий. Физика распространения электромагнитных волн оптического диапазона в диэлектриках. Интерференция электромагнитных волн в слоистых средах. Методики нанесения вакуумно-плазменных покрытий.
дипломная работа [6,1 M], добавлен 27.06.2014Перспективы методов контроля оптической толщины покрытий различного функционального назначения. Контроль толщины оптических покрытий на основе тугоплавких оксидов формируемых методом электронно-лучевого синтеза. Расчёт интерференционных покрытий.
дипломная работа [2,7 M], добавлен 18.03.2015Измерение показателя преломления для плоско-параллельной пластинки. Измерение показателя преломления трехгранной призмы с помощью 4-х иголок. Изучение светопропускающих качеств разных материалов с помощью фотоэлемента. Определение увеличения микроскопа.
методичка [1009,3 K], добавлен 22.06.2015Организация процесса электронно-лучевого испарения. Формула электростатического напряжения между катодом и анодом, повышения температуры поверхности мишени за одну секунду. Расчёт величины тока луча и температуры на поверхности бомбардируемого материала.
статья [201,1 K], добавлен 31.08.2013Зависимость показателя преломления газов от их плотности. Устройство интерферометра, основанного на дифракции Фраунгофера на двух щелях. Измерение показателя преломления газов помощью интерферометра Рэлея, наблюдение интерференционных полос в белом свете.
лабораторная работа [594,8 K], добавлен 02.03.2011
