СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЛАНАРНОЙ ДИАФРАГМЫ И ПЛАНАРНАЯ ДИАФРАГМА Российский патент 1996 года по МПК G02B6/12 

Предполагаемое изобретение относится к области интегральной оптики и может быть использовано при создании интегрально-оптических устройств обработки информации.

Известны способы изготовления диафрагм, заключающиеся в формировании различными методами отверстий требуемых размеров и форм в непрозрачных экранах ("Справочник конструктора оптико-механических приборов под ред. В.А.Панова, Л. "Машиностроение", 1980, с.338-347). Однако, подобные диафрагмы не могут быть встроены в планарный оптический волновод без нарушения его целостности.

Наиболее близким к заявляемому является способ изготовления планарного фильтра ТМ-мод, в котором на поверхность планарного волновода наносится металлическая маска заданной протяженности и толщины, поглощающая излучение ТМ-поляризации по мере его прохождения по оптическому волноводу ("Интегральная оптика" по ред. Т.Тамира, М. 1978, с.151). Недостатком такого фильтра является невозможность использования его для волноводных мод ТЕ-поляризации вследствие сильной зависимости удельных потерь света на единицу длины покрытия от поляризации излучения (значительные потери для ТМ- и малые для ТЕ-мод). Кроме того, коэффициент поглощения изменяется в несколько раз для волноводных мод разных порядков (В.И.Брянцев и др. Квантовая электроника, 1974, т.1, N8, с.1747-1751), и для многомодовых устройств может потребоваться покрытие значительной длины (до 5 10 мм для ТМ-мод), в то время как вся длина оптического тракта интегрально-оптических устройств часто составляет 30 50 мм.

Целью изобретения является унификация и улучшение конструкции планарной диафрагмы и повышение эффективности ее работы.

Эта цель достигается тем, что на поверхность волновода наносят защитную пленочную металлическую маску в месте окна диафрагмы, а затем перпендикулярно волноводу на поверхность волновода поверх маски наносят полосу из оптического материала с показателем преломления, превышающим показатель преломления волноводного слоя. При этом, маскирующий слой обеспечивает прохождение света в волноводе под пленочной маской, а в области непосредственного контакта волновода с нанесенным оптическим материалом происходит нарушение условий волноводного распространения, и свет выводится из волновода. Продольный размер диафрагмы зависит от длины металлической маски, определяемой шириной полоски высокопреломляющего материала. Поскольку вывод излучения из волновода в этом случае происходит на длине до 100 длин волн света, протяженность диафрагмы может быть достаточно малой. Это позволяет свести к минимуму потери света при прохождении окна диафрагмы. На практике подобными потерями, в особенности для ТЕ-мод, пренебрегают (как, например, при прохождении света под электродами встречно-штыревых преобразователей). На незащищенных маской участках происходит полный вывод света из волновода, что обеспечивает высокую эффективность работы диафрагмы для любой поляризации света. В качестве высокопреломляющего материала можно использовать оптические клеи, имеющие хорошую адгезию к оптическим материалам. При этом, выбор их надо проводить с учетом соотношения показателей преломления клея и волноводного слоя. Важной особенностью предлагаемого способа изготовления планарной диафрагмы является его совместимость со способами изготовления других устройств, составляющих интегрально-оптическую схему. Так, изготовление маскирующего участка диафрагмы можно проводить в одном цикле с изготовлением электродных систем на поверхности волновода. При этом можно использовать единый фотошаблон, объединив в его рисунке топологию электродной системы и расположение и размеры маски диафрагмы. В случае использования в составе интегрально-оптической схемы электрооптических фокусирующих устройств (Свечников Г.С. "Интегральная оптика", Киев, "Наукова думка", 1988, с.154) это обеспечивает точное расположение диафрагмы в фокусе устройства.

В качестве примера конкретного исполнения приведен процесс изготовления макета планарной диафрагмы. В подложке из стекла К8 методом ионообменной диффузии в расплаве KNO₃ был изготовлен планарный оптический волновод. На его поверхность напылена пленка Al толщиной 0,3 мкм. Затем методом фотолитографии сформирован рисунок маски две полоски Al длиной 6 мм и шириной 1,5 мм каждая (использован фотошаблон электродной системы встречно-штыревого преобразователя, где эти полоски играют роль контактных площадок), потом поверх маски поперек полосок на поверхность волновода была нанесена полоса оптического клея ОК-72 шириной в среднем 2 мм и длиной 13 мм. После полимеризации клея проведено испытание работоспособности макета диафрагмы. На фиг.1 представлены фотографии треков волноводных мод при прохождении света через макет. Оптическое излучение ТЕ-поляризации с длиной волны 0,633 мкм вводилось широким пучком в волновод с помощью призмы из стекла ТФ7 и падало на планарную диафрагму. Часть пучка, пройдя под защитными металлическими полосками, видными на фотографии как два параллельных темных прямоугольника, продолжала распространение до края пластины (узкие треки после защитных масок на фотографии). Остальная часть пучка выводилась из волновода полосой оптического клея (на фотографии перпендикулярная полоскам маски ярко подсвеченная полоса). При фотографировании поверхность волновода покрывалась жировым слоем для увеличения светорасстояния, поскольку изготовленный волновод имел высокое качество, и треки мод были видны очень слабо вследствие малости потерь на поверхностное расстояние света. Приведены эксперименты по прохождению света в волноводе К8 К⁺ под полосами оптического клея ОК-72 различной ширины. При уменьшении ширины полоски до 0,5 1 мм режим вывода излучения из волновода сохраняется. Подбором соотношения показателей преломления клея и волноводного слоя можно обеспечить дальнейшее значительное уменьшение этих величин.

Использование предлагаемого способа позволяет изготовить унифицированную (для мод обеих поляризаций и разных порядков) эффективную планарную диафрагму малой протяженности. Ее изготовление можно проводить в едином цикле с изготовлением электродных систем, обеспечивая высокую точность взаимного расположения элементов использованием единого топологического фотошаблона.

Использование: интегрально-оптические устройства. Сущность изобретения: при изготовлении на поверхность планарного оптического волновода в месте окна диафрагмы наносят планочную металлическую маску, а затем поверх маски перпендикулярно волноводу на поверхность волновода наносят полосу из оптического материала с показателем преломления, превышающим показатель преломления волноводного слоя. Маскирующий слой обеспечивает прохождение моды в волноводе через диафрагмы под пленочной маской, а в области непосредственного контакта волновода с нанесенным материалом происходит вывод света из волновода. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ изготовления планарной диафрагмы, включающий изготовление планарного оптического волновода и нанесение на его поверхность пленочной металлической маски в месте окна диафрагмы, отличающийся тем, что поверх маски перпендикулярно волноводу на поверхность волновода наносят полосу их оптического материала с показателем преломления, превышающим показатель преломления волноводного слоя, с обеспечением возможности прохождения введенного в волновод излучения под пленочной металлической маской и вывода излучения в области непосредственного контакта волновода с полосой из оптического материала. 2. Планарная диафрагма, состоящая из планарного оптического волновода и расположенной на его поверхности пленочной металлической маски в месте окна диафрагмы, отличающаяся тем, что поверх маски перпендикулярно волноводу на поверхности волновода расположена полоса из оптического материала с показателем преломления, превышающим показатель преломления волноводного слоя, с обеспечением возможности прохождения введенного в волновод излучения под пленочной металлической маской и вывода излучения в области непосредственного контакта волновода с полосой из оптического материала.