Особенности фоторефрактивного эффекта в кварцевых стеклах с различным легированием

• Автор: Бутов, Олег Владиславович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 140 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ФОТОРЕФРАКТИВНЫЙ ЭФФЕКТ В КВАРЦЕВЫХ СТЕКЛАХ ДЛЯ ВОЛОКОННОЙ ОПТИКИ (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ).
1.1 Применение фоторефрактивного эффекта в волоконной оптике
1.1.1. Основные свойства, методы записи и типы брэгговских решеток показателя преломления
1.1.2. Применения брэгговских решеток
1.1.3. Термоустойчивость брэгговских решеток
1.1.4. Другие применения фоторефрактивного эффекта
1.2 МЕТОДЫ исследования фоторефрактивного ЭФФЕКТА
1.3 Механизмы фоточувствительности и модели фоторефрактивного
ЭФФЕКТА
1.4 Выводы И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ ФОТОРЕФРАКТИВНОГО ЭФФЕКТА
2.1 Технология плазмохимического осаждения БРСУТ)
2.2 Методика измерения спектральной зависимости фоторефрактивного
ЭФФЕКТА
2.3 Экспериментальная методика исследования фоторефрактивного
ЭФФЕКТА В ПЛЕНОЧНЫХ СТРУКТУРАХ
2.4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДИКИ АНАЛИЗА ФОТОРЕФРАКТИВНОГО ЭФФЕКТА В ВОЛОКОННЫХ СВЕТОВОДАХ.
2.4.1 Запись брэгговских решеток
2.4.2 Термический отжиг брэгговских решеток
2.4.3 Дифракционный анализ однородности брэгговских решеток.
2.5 Другие методы анализа экспериментальных образцов
2.6 Выводы •

ГЛАВА 3. СПЕКТРАЛЬНАЯ ЗАВИСИМОСТЬ ФОТОРЕФРАКТИВНОГО ЭФФЕКТА
3.1 Методика анализа спектральной зависимости фоторефрактивного ЭФФЕКТА.
3.2 Спектральная зависимость фоторефрактивного эффекта в диоксиде кремния с различным легированием.
3.3 Выводы
ГЛАВА 4. ФОТОРЕФРАКТИВНЫЙ ЭФФЕКТ В ПЛЕНОЧНЫХ СТРУКТУРАХ
4.1. Двухфотонное возбуждение и спектры поглощения пленочных образцов.
4.2. Эффект уплотнения стекла под действием УФ излучения.
4.3 Выводы
ГЛАВА 5. БРЭГГОВСКИЕ ВОЛОКОННЫЕ РЕШЕТКИ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ В АЗОТОСИЛИКАТНЫХ СВЕТОВОДАХ
5.1. Динамика записи брэгговских решеток в азотосиликатных волоконных световодах.
5.2. Поведение брэгговских решеток типа I при термическом отжиге.
5.3. Динамика термического распада решеток типа На.
5.4 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Под фоторефрактивным эффектом (ФРЭ) понимается не релаксирующее при комнатной температуре изменение показателя преломления диэлектриков под действием оптического, как правило, лазерного излучения неразрушающей материал интенсивности. ФРЭ может играть негативную роль в технике. Так, изменение показателя преломления оптических систем и телескопов в космосе под действием ультрафиолетового и рентгеновского излучения приводит к расфокусировке и искажению изображений [1]. С другой стороны, данный эффект находит широкое применение в современной оптоэлектронике и волоконной оптике, являясь ключевым механизмом для создания целого ряда устройств. Так, благодаря ФРЭ, в волоконных световодах стало возможным создание решеток показателя преломления, выполняющих роль оптических фильтров, зеркал волоконных лазеров, чувствительных элементов датчиков физических величин [2-17]. ФРЭ может найти применение и в интегральной оптике для создания планарных волноводных структур как основы будущих оптических интегральных схем и процессоров [18]. Таким образом, изучение механизмов ФРЭ является на сегодняшней день актуальной задачей, решение которой может, с одной стороны, не только удешевить производство, но и создать новые элементы волоконной и интегральной оптики. С другой стороны это поможет избежать нежелательного проявления данного эффекта в точных оптических системах.
В волоконной оптике ФРЭ наблюдается в ряде легированных кварцевых стекол, использующихся для создания волоконных световодов и устройств на их основе. Его суть заключается в фотоиндуцированном изменении показателя преломления сердцевины световода, причем это изменение при комнатной температуре практически не релаксирует после прекращения процесса облучения. Эффект имеет место при облучении стекла излучением лазеров УФ диапазона. С практической точки зрения фоточувсгвительным можно считать стекло, показатель преломления которого изменяется более чем на Ю-4 при плотности дозы облучения до 100 кДж/см2.
всего измеряемого диапазона длин волн. Впоследствии для каждой длины волны находится максимум зависимости сигнала от угла.
Компьютер управлял монохроматором и механическим приводом поворотного столика, что позволило полностью автоматизировать процесс измерения (рис.2.5), при этом значительно повысив точность по сравнению с более ранними работами [154].
Исследования проводились в диапазоне длин волн 0,3-2,6 мкм с шагом 10-50 нм. В качестве фотоприемников использовался фотоумножитель ФЭУ-100 для диапазона 0,3-0,8 мкм и охлаждаемый фотодиод на основе InSb ФД-511 для диапазона 0,8-2,6 мкм. В качестве синхронного детектора использовался Lock-In Amplifier (Scitec Instruments). Программы управления установкой и обработки результатов эксперимента были написаны на языке Borland C++ 3.1 для DOS со вставками на языке Assembler.
Описанная схема позволяла измерить п(3.) с точностью лучше, чем 10'4. Для уменьшения случайной ошибки эксперимента измерения повторялись 2-3 раза, а результаты независимых измерений усреднялись.
После измерения начальной зависимости п(3.) образец облучался эксимерным ArF (193 нм) или KrF (248 нм) лазером [147-151]. Длительность лазерных импульсов составляла ~6-7 не. Плотность энергии в импульсе варьировалась от 75 до 300 мДж/см2. Частота следования импульсов была 100 Гц. Суммарная плотность экспозиционной дозы варьировалась от 1 до 40 кДж/см2. Следует отметить, что эффективная поглощенная доза для разных образцов была различна. Так, образец, легированный фосфором, имеет коэффициент поглощения на длине волны 193 нм ~ 2-3 дБ/мм поэтому в нем поглощалась лишь часть излучения. С другой стороны, образец, легированный германием, имеет поглощение на 2 порядка выше, и уже большая часть излучения поглощалась в приповерхностной области грани призмы, что резко снижало эффективную дозу при пересчете на использованную в эксперименте толщину данного типа стекла. Также следует иметь в виду, что распределение эффективной поглощенной дозы вдоль призмы также было различным. Поэтому результаты эксперимента можно оценивать только качественно, наблюдая