Волноводный отражательный элемент Советский патент 1992 года по МПК G02B6/34 

Изобретение предназначено для использования в интегральной оптике и интегральной оптоэлектронике при создании распределенных брэгговских отражателей (РБО), узкополосных фильтров, дефлекторов и элементов РОС и РБО лазеров.

Среди элементов интегральной оптики и интегральной оптоэлектроники известны отражательные элемелты (РОС и РБО), состоящие из оптического планарного или по- лоскового волноводов, содержащих гофрированный участок поверхности границы раздела сред волновода. Такие РОС- и РБО- элементы выполняются с помощью голографии путем экспонирования слоя фоторезиста интерференционной картиной с требуемым периодом гофра и последующего проявления и травления.

Указанные элементы имеют следующие недостатки:

трудности использования интегральной технологии при изготовлении интегральных

оптических схем, поскольку изготовление РОС- и РБО-элементов требует привлечения голографических методов, нарушающих единую технологию формирования интегральных схем;

форма профиля гофра ввиду особенностей технологического процесса изготовления РБО- и РОС-элементов голографическим методом отличается от синусоидальной, что создает потери на рассеяние в этих элементах, а в лазерах приводит к возрастанию порога генерации;

трудности получения коэффициентов отражения, близких к единице, на малых длинах волновода (порядка 10 мкм), характерных для интегральной оптоэлектроники.

Практически в используемых инжекционных полупроводниковых лазерах с РОС и РБО коэффициенты отражения при длинах гофрированного участка 10 мкм значительно меньше 0,1 из-за малой глубины гофра. При больших глубинах гофра его профиль сущесл

с

XI со о о о U

ственно отличается о г синусоидальной формы, что приводит к значительным потерям мощности излучения лазера и требует повышения тока накачки.

Цель изобретения - возможность упрощения использования пленарной интегрально-оптической технологии при создании РОС- и РБО-элементов, а также получение высоких коэффициентов отражения (близких к единице) в РОС- и РБО-эле- ментах.

Поставленная цель достигается тем, что вместо гофра с малой глубиной (амплитудой) на поверхности границ раздела сред гребенчатого полоскового волновода (фиг.1) создается с помощью маски гофр на боковых сторонах гребенчатого волновода (фиг.2).

На фиг.1 и 2 изображены волноводные отражательные элементы.

Волноводный отражательный элемент содержит гребенчатый полосковый волновод 1 (фиг.2), представляющий собой полоску прямоугольного сечения с размерами 2S х 2d из материала с показателем преломления т, большим показателей преломления подложки, на которой он лежит, и показателей преломления сверху и сбоку от него (па и iv). Боковые поверхности 2 гребенчатого полоского волновода гофрированы с периодом гофра Л, определяемым выражением Я

Л (1)

2 п 1эф

где п 1Эф - эффективный показатель преломления полоскового волновода, Я-длина волны излучения.

Действие РБО и РОС основано на использовании эффекта брэгговского отраже- ния, когда отражается и синфазно складывается только излучение с длиной волны, удовлетворяющей условию (1). По сравнению с прототипом коэффициент отражения брэгговских структур с гофрированными боковыми поверхностями примерно на порядок выше за счет большой амплитуды гофра.

Коэффициент отражения света г, получаемый при этом, может быть оценен, например, с помощью формулы для симметричного волновода с симметричным синфазным гофром. , л л,о л л ,

IP 2, е (i-nl) KoCosVflcf

Г™аЬ4№ /Уо)2

где Р и АР - падающая и отраженная мощности;

т, пз - показатели преломления волно- водного слоя и волноводных слоев обрамляющих сред;

- волновое число падающей и отраженной волноводной моды;

d - половина толщины волноводного слоя;

Xo ul-ftl

.

Я- длина волны в вакууме;

а - амплитуда гофра;

L - длина гофрированной области.

Эта формула может быть применена для оценки гребенчатого полоскового волновода с гофром на боковых стенках. При этом для простоты принято, что толщина волно0

5

0

0

5

водного слоя 2d равна ширине гребенчатого полоскового волновода 2S, а п/ П2 - показатель преломления боковых сред гребенчатого полоскового волновода. Коэффициент 0 отражения для гребенчатого полоскового волновода с параметрами:

т 3,6(Ga As); П2 3,4(Ga Al As); n 3,4 (Ga Al As); Я 0,6 мкм; #0 0,84 К0; у0 0,83 К0; d 0,5 мкм; L 10 мкм; d 5 о,2 мкм, и гофром на боковых стенках составляет 80%. При увеличении d коэффициент отражения г приближается к 100%.

Кроме того, предлагаемая структура позволяет упростить технологический процесс при их производстве. Это достигается тем, что процесс изготовления гребенчатого полоскового волновода и брэгговской структуры, а также других элементов оптической схемы совмещается, т.е. производится единым технологическим актом, а не поэтапно (как в прототипе).

Для практического осуществления данных волноводных брэгговских структур следует применить фото-, электронно-, ионно- или рентгенолитографию, используемую при создании инжекционных гетерострук- тур на арсениде галлия, и получить конфигурацию слоев, изображенную на фиг.2. 5 Конструкция и способ конкретного исполнения предлагаемых волноводных отражательных элементов обладает существенной новизной.

Предлагаемое изобретение может быть осуществлено в электронной промышленности.

Формула изобретения

Волноводный отражательный элемент, включающий гребенчатый полосковый волновод со средством пространственной модуляции постоянной распространения волноводной моды, выполненный в виде гофра на поверхности волновода, отличающийся тем, что , целью упрощения использования в устройствах, выполненных

по планарной технологии и повышения ко- боковых поверхностях гребенчатого волно- эффициента отражения, гофр выполнен на вода.

Изобретение относится к интегральной оптике и может найти применение в структурах полупроводниковых инжекционных лазеров, спектральных фильтров, модовых преобразователей. Цель изобретения - упрощение использования в устройствах, выполненных по планарной технологии, и повышение коэффициента отражения. Гофр Брэхловского отражателя выполнен на боковых поверхностях гребенчатого волновода, при этом верхняя поверхность может быть использована для нанесения планар- ных электродных или волноводных структур. Повышается коэффициент отражения, так как при данной глубине модуляции толщины гофр легко может быть выполнен симметричным с противоположных сторон гребенчатого волновода. 2 ил.

Фиг 1.

,.III ./Г Л t Г4 О

К С - с - 1 b И г d г I-1 ггА

-U- i -4-А

пП

Вид СВЕРХУ по сечению ДА

п.,

У п / &

I Л Л A /vi L7 v. V/ ч-/ -j U

Mi

ч/VWf.

-i

ГЬ