Исследование и численное моделирование физико-технологических параметров ионообменных волноводных структур в стеклах

• Автор: Прохоров, Владимир Петрович
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Краснодар
• Количество страниц: 248 с. : ил.

1. ИОНООБМЕННЫЕ ИНТЕГРАЛЬНО-ОПТИЧЕСКИЕ ВОЛНОВОДЫ

НА ОСНОВЕ СТЕКОЛ

1.1. Технологические основы процесса ионного обмена

нз солевых расплавов

• 1.1.1. Ионообменная технология формирования

волноводных структур

1.1.2. Профили показателя преломления

ионообменных слоев

1.2. Теоретическое моделирование процесса ионного обмена

из солевых расплавов

1.3. Моделирование оптического распространения

в ионообменных волноводах
1.4. Определение характеристик и моделирование технологических параметров ионообменных волноводов
1.4.1. Определение профиля показателя преломления градиентных волноводов
1.4.2. Моделирование технологических параметров ионообменных волноводов
Выводы к главе
2. ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ИОНООБМЕННЫХ ВОЛНОВОДОВ
'* НА ОСНОВЕ СТЕКОЛ
2.1. Изготовление и исследование опытных образцов ионообменных волноводов
2.2. Численная реконструкция градиентного профиля показателя преломления п(х) ионообменных волноводов
2.3. Численное восстановление максимального приращения показателя преломления Дн и эффективной глубины d
» градиентных волноводов

2.4. Получение полуэмпирического соотношения связи между максимальным приращением Ап показателя преломления волновода
и молярной концентрацией С0 расплава
2.5. Получение полуэмпирического соотношения связи между эффективной глубиной d волновода
и временем t ионообменной диффузии
2.6. Получение полуэмпирического соотношения связи между волноводными (/?/) и технологическими (С0, t) параметрами ионообменных волноводов
2.7. Прогнозирование параметров технологического процесса изготовления ионообменных волноводов
2.8. Алгоритм проектирования технологического процесса изготовления ионообменных волноводов в стеклах
Выводы к главе
3. РАСЧЕТ ВНОСИМЫХ ПОТЕРЬ В ПАССИВНЫХ ВОЛНОВОДНЫХ
СТРУКТУРАХ ИНТЕГРАЛЬНО-ОПТИЧЕСКИХ СХЕМ
3.1. Пассивные волноводные компоненты интегрально-оптических
схем и расчет их волноводных характеристик
3.2. Двухканальные волноводные разветвители в режиме деления оптической мощности
3.3. Элементы изгиба волноведущих каналов
3.4. Элементы направленной связи и направленные ответвители оптической мощности
3.5. Волноводные пересечения X- и Y-типов
Выводы к главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Актуальность темы. Интегрально-оптические (ИО) устройства в настоящее время находят широкий спектр применений в области оптоэлектронной обработки информации и оптической связи. Волноводы являются базисными элементами любых ИО схем. Пассивные волноводные структуры применяются для расщепления оптических сигналов и маршрутизации излучения по выбранным направлениям. При этом стекло представляет собой наиболее популярный материал для изготовления пассивных компонентов ИО схем в силу его относительно низкой стоимости, очень хорошей прозрачности, высокой устойчивости к оптическим повреждениям и доступности.
Ионный обмен является ведущим технологическим процессом изготовления стеклянных волноводов, поскольку обеспечивает существенную гибкость в выборе технологических параметров изготовления волноводных структур, является достаточно простым и вполне пригодным для крупномасштабного серийного производства.
Теоретическое моделирование ионообменной технологии необходимо для решения многих насущных задач: проектирования самого процесса изготовления одномодовых волноводных структур, конструирования различного рода компонентов ИО схем, оптимизации волноводных характеристик и т.п.
Для реализации данной задачи необходимо наличие прогнозируемого технологического процесса изготовления волноводов с заданными оптикофизическими свойствами, поскольку стеклянные ионообменные волноводы, будучи пассивными структурами, не допускают возможности электрооптиче-ской юстировки с целью компенсации погрешностей изготовления.
Для получаемых в результате ионного обмена градиентных волноводов существенной задачей является определение максимального приращения показателя преломления Д/; волновода и его эффективной глубины с/, поскольку без учета данных параметров невозможно моделировать волноводные процессы в
пня призмы пр производились на экспериментальной установке, собранной на
основе гониометра ГС-5 и детально рассмотренной в работах [179, 180]. При этом углы падения пучка Не-Ые-лазера на призму 9т (для возбуждения определенной моды т-то порядка) измерялись с точностью до 15 угловых секунд, что обеспечивало точность измерения показателя преломления величиной 10"4 на длине волны А. = 0,6328 мкм. Расчет эффективных показателей преломления волноводных мод {с} осуществлялся по формуле (45).
Соответствие различных способов выражения молярных концентраций компонентов солевого расплава AgNOз+NaNOз приводится в табл. 4.
Таблица
Соответствие молярных концентраций компонентов расплава АцЫОз+ЫаЫОз
Относительная Отн. молярная Относительная Относительная
молярная концентрация молярная молярная
концентрация ионов концентрация концентрация
компонентов диффузанта Ag+ AgNOз ЫаЫОз
расплава в расплаве в расплаве в расплаве
А§1МОз+ЫаМОз AgNOз+NaNOз AgNOз+NaNOз ЛеМ03+ПаМ0з
20: 1 0,6195 0,9756 0,0244
10 : 1 0,6047 0,9524 0,0476
5 : 1 0,5772 0,9091 0,0909
1 : 1 0,4232 0,6667 0,3333
1 :5 0,1813 0,2857 0,7143
1 : 10 0,1058 0,1667 0,8333
1 :20 0,0577 0,0909 0,9091
Для нужд последующего теоретического моделирования изготавливались и исследовались серии опытных образцов градиентных волноводов: