Анализ и оптимизация микроструктуры дифракционного рельефа на прозрачных диэлектриках для формирования волноводных мод и фокусировки лазерного излучения

• Автор: Павельев, Владимир Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 285 с. : ил.

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

1 ГЛАВА. АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ МИКРОСТРУКТУРЫ ДИФАКЦИОННОГО РЕЛЬЕФА

1.1. Дифракционный рельеф и его микроструктура

1.2. Анализ методов формирования дифракционного рельефа на диэлектрических подложках

1.2.1. Метод прямой электронной литографической записи

1.2.2. Метод степенного литографического травления диэлектрических подложек

1.2.3. Метод прямой лазерной абляции алмазных пленок

1.2.4. Метод прямой лазерной абляции кварцевых пластин

1.3. Экспериментальное исследование микроструктуры дифракционного рельефа

1.4. Численная оптимизация дифракционного рельефа с учетом его технологической микроструктуры

Выводы Главы

2 ГЛАВА. ФОРМИРОВАНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЛЬЕФА ДИФРАКЦИОННЫХ ОПТИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ НА АЛМАЗНЫХ ПЛЕНКАХ
2.1. Актуальность задачи синтеза элементов оптики мощных
лазеров ИК-диапазона
2.2. Синтез и исследование плоских линз на алмазных пленках
2.3. ДОЭ, фокусирующие излучение СОг - лазера
в двумерные области

2.4. Анализ влияния технологических погрешностей на характеристики алмазных ДОЭ
2.5. Анализ антиотражающей субволновой структуры, нанесенной на алмазную пленку
2.6. Определение параметров микрорельефа на основе электромагнитной теории
2.7. Формирование микрорельефа на алмазной пленке с помощью литографического травления
2.8. Оптимизация микрорельефа с учетом технологических погрешностей изготовления
2.9. Экспериментальное исследование фокусатора в круг
Выводы Главы
3 ГЛАВА. МОДУЛИРОВАННЫЕ ДИФРАКЦИОННЫЕ РЕШЕТКИ ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ОДИНОЧНЫХ МОД В ВОЛНОВОДАХ
3.1. Актуальность оптимизации микрорельефа дифракционных решеток, формирующих одиночные волноводные моды
3.2. Оптимизация и исследование ДОЭ, формирующих заданное ампли-тудно—фазовое одномодовое распределение
3.3. Формирование одиночных мод линзоподобных сред с помощью модулированных дифракционных решеток
3.4. Синтез и исследование ДОЭ, формирующих моду ступенчатого волокна
Выводы Главы
,177

4 ГЛАВА. ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПЕРЕДАЧИ СИГНАЛОВ С ПОМОЩЬЮ ВОЛНОВОДНЫХ МОД
4.1. Метод повышения пропускной способности систем оптической связи с помощью селекции поперечных мод
4.2. Экспериментальное исследование возможности уплотнения каналов оптической связи с помощью мод Гаусса — Эрмита
4.3. Экспериментальное исследование возможности применения полупроводниковых лазеров в системе оптической связи с модовым уплотнением каналов
4.4. Построение и исследование реальной модели системы волоконно-оптической связи с модовым уплотнением каналов в ступенчатом волокне
Выводы Главы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Расчет фокусаторов лазерного излучения в радиально-симметричные области с помощью итерационной процедуры
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Синтез фокусатора Гауссова пучка в
прямоугольник методом степенного травления кварца
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Расчет и исследование дифракционных оптических элементов для анализа амплитудно-фазовой структуры лазерного
пучка в режиме реального времени
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

С использованием данного метода для излучения С02 лазера (X—10,6
мкм) в /52*/ был создан одномерный ДОЭ - цилиндрическая линза с
апертурой 4*4 мм и фокусным расстоянием /=25 мм. Ранее, в /152/ метод прямой лазерной абляции применялся для формирования антиотражающих структур на поверхности алмазных пленок.
Актуальным является также исследование возможности формирования микрорельефа на алмазных пленках с помощью методов ионно-химического и плазмохимического травления, применявшегося ранее для структурирования кремниевых, стеклянных и кварцевых подложек/19,7/.
Метод лазерной абляции поверхности алмазных пленок /152/ позволяет структурировать поверхность алмазной пленки на глубину до
8 мкм с минимальным размером области микроструктурирования 30*30 мкм и более /153*,154*,155*/.
Обладая рядом несомненных преимуществ по сравнению с другими методами формирования рельефа (пренебрежимые последствия эффекта близости), отсутствие погрешности совмещения /19/, возможность получения структуры с большим числом уровней квантования (8-64)), метод прямой лазерной абляции вместе с тем обладает существенными недостатками: наличием погрешности в виде “бортиков” или “каналов” между соседними областями микроструктурирования /25*,28*/ и значительной шероховатостью структурированной поверхности /154*/. Наличие систематических технологических погрешностей прямой абляции алмаза определяет актуальность разработки и исследования методов расчета рельефа алмазных ДОЭ с учетом технологических погрешностей.
Другой актуальной проблемой, связанной с синтезом алмазной дифракционной оптики, является необходимость снижения френелевских потерь на отражение (порядка 30% на двух гранях плоскопараллельной алмазной пластины), вызванных высоким значением показателя