Разработка, исследование и моделирование процессов изготовления интегрально-оптических элементов в кристаллах ниобата лития

• Автор: Апраксин, Дмитрий Васильевич
• Шифр специальности: 05.27.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 129 с. : ил.

1. Интегральная оптика, материалы, процессы изготовления интегральнооптических устройств и их моделирование

1.1. Интегральная оптика как раздел оптоэлектроники

1.2. Базовые материалы интегральной оптики, основные методы получения волноводных структур

1.2.1. Монокристаллы активных диэлектриков

1.2.2. Полупроводниковые материалы

1.2.3. Ниобат и танталат лития

1.3. Моделирование процессов изготовления интегральнооптических элементов и их функционирования
1.3.1. Восстановление профиля показателя преломления в градиентных планарных световодах

1.3.1.1. Метод модовой спектроскопии

1.3.1.2. Алгоритмы восстановления профиля показателя преломления

1.3.2. Моделирование профиля показателя преломления ионообменных канальных световодов
1.3.3. Модовый анализ
1.3.3.1. Метод конечных разностей в модовом анализе
1.3.3.2. Метод конечных элементов в модовом анализе
1.3.4. Моделирование распространения световой энергии Выводы по 1й главе
2. Метод восстановления профиля показателя преломления градиентных планарных световодов на основе функции Гаусса
2.1. Градиентные планарные оптические волноводы
2.2. Применение обобщнной функции Гаусса
2.3. Методика восстановления профиля показа геля преломления
градиентных планарных световодов
2.3.1. Схема расчта в случае известного значения показателя
преломления на поверхности световода
2.3.1.1. Тестовые вычисления и устойчивость схемы расчта в случае известного значения показателя преломления на поверхности
2.3.2. Схема расчта в случае если значение показателя преломления на поверхности световода не задано
2.3.2.1.1 рафики функции невязки при поиске оптимальных параметров
2.4. Примеры восстановления профиля показателя преломления в градиентных планарных световодах
Выводы по 2й главе
3. Кинетика формирования афазных протонообменных световодов в кристаллах ниобата лития
3.1. Особенности получения световодов в ниобате лития
3.2. Подготовка образцов и методы их исследования
3.3. Экспериментальные результаты и их обсуждение
3.3.1. Определение эффективных коэффициентов диффузии
3.3.2. Ионообменное равновесие
3.4. Особенности процесса мягкого протонного обмена
Выводы но 3й главе
4. Разработка метода расчта профиля показателя преломления ионообменных канальных световодов и моделирование распространения световой энергии
4.1. Актуальность и особенности решения задачи расчта профиля
показателя преломления ионообменных канальных световодов
4.1.1. Концентрационнозависимая диффузия
4.1.2. Связь между концентрацией протонов и показателем преломления
4.2. Метод расчта профиля показателя преломления ионообменных
канальных световодов
4.3. Разработка программного модуля расчта профиля показателя преломления ионообменных канальных световодов
4.4. Примеры расчтов с использованием разработанного программного обеспечения
4.5. Оптимизация топологии Уразветвитсля
Выводы по 4й главе
Заключение и основные выводы
Литература


Однако, несмотря на технологическую простоту метода, протонообменные световоды характеризуются сложным структурнофазовым многообразием. Различные фазы обладают существенно различающимися оптикофизическими свойствами. Поэтому, разработка технологических процессов изготовления интегральнооптических схем требует проведения исследований кинетики формирования фазовооднородных световодов, содержащих оптимальную фазу. Актуальным является разработка методов моделирования конкретных интегральнооптических схем, учитывающих кинетические параметры процесса. В связи с вышеизложенным, диссертационная работа, посвященная моделированию и экспериментальному исследованию интегральнооптических элементов в кристаллах ннобата лития, полученных методом протонного обмена является весьма актуальной. Действительно, в последнее время наолюдается стремительный рост спроса на такие элементы в связи с развитием волоконнооптических линий связи. Однако, моделирование воздействия различных технологических и топологических факторов на параметры интегральнооптнческих элементов, прежде всего фазовых и амплитудных модуляторов, посвящено очень мало работ. Данная работа является одной из первых в данной области и ставит целью восполнить этот пробел. Цели диссертационной работы включают разработку, исследование и моделирование процессов изготовления интегральнооптических элементов в кристаллах ниобата лития методом протонного обмена. Исследование особенностей протекания процесса. Моделирование распространения света в интегральнооптических устройствах, полученных методом высокотемпературного протонного обмена. Разработан метод восстановления профиля показателя преломления градиентных планарных световодов. Метод позволяет восстанавливать профили различных видов. Изучена кинетика формирования фазовооднородных световодов в кристаллах ниобата лития. Исследованы особенности процесса формирования. Определены коэффициенты самодиффузии протонов и ионов лития в x. Разработан универсальный метод моделирования профиля показателя преломления для канальных протонообменных световодов, полученных методами прямого и обратного обмена, а также протонного обмена с последующим отжигом. Разработан метол моделирования распространения световой энергии в интегральнооптических схемах на базе коммерчески доступного программного обеспечения, путем его усовершенствования. Исследовано влияние технологических параметров и топологии на оптические свойства ряда интегральнооптических элементов, получаемых в кристаллах ниобата лития методом протонного обмена. Практическая ценность результатов работы состоит в том, что работа выполнялась в рамках проекта по разработке элементной базы волоконнооптического гироскопа, в частности многофункционального интегральнооптического элемента на кристалле ниобата лития, выполняющего функции разветвителя, поляризатора и модулятора лазерного излучения. Разработана оптимальная топология Уразветвителя, полученного методом высокотемпературного протонного обмена. Разработан и программно реализован метод восстановления ПГ1П в градиентных планарных световодах. НхЫ. ЫЬОз фазе. Апробация работы. Микроэлектроника и информатика, Москва, , апреля г. Первая Российская конференция молодых учных по физическому материаловедению, г. Калуга, октября г. Девятая всероссийская межвузовская научнотехническая конференция студентов и аспирантов Микроэлектроника и информатика, Москва, , апреля г. IV Международной научнотехнической конференции Электроника и информатика, Москва, Зеленоград, ноября г. I Ii I i vi ii i, ii, , . Десятая всероссийская межвузовская научнотехническая конференция студентов и аспирантов Микроэлектроника и информатика, Москва, , апреля г. Ii ii i, , i, . Публикации. Известия ВУЗов, серия Электроника. I, а также материалы статьи и тезисы докладов российских и международных конференций. Структура и объм диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных результатов и выводов по работе, содержит 6 страниц машинописного текста, включая таблиц, рисунков и список литературы в количестве 3 наименований.