Способ определения параметров планарного оптического волновода Советский патент 1992 года по МПК G02B6/12 

Изобретение относится к оптическим измерениям и может быть использовано для определения параметров пленарных оптических волноводов, в частности тонких диэлектрических пленок.

Известен способ исследования пленарного оптического волновода, заключающийся в том, что падающий луч частично отражается светоделительной пластиной и падает на фотоприемник, служащий источником опорного сигнала, а прошедший световой пучок падает на входную грань призмы, прижатой к исследуемой пленке для создания оптического контакта. Ячейка с призмой и пленкой закреплена на поворотном столике гониометра, предназначен- ного для измерения угла ввода в. Отраженный от граней призмы (внутри последней) свет снова попадает на светодели- тельную пластину и, частично отразившись, падает на второй фотоприемник. По разности сигналов опорного и измерительного фотоприемников измеряется угловое распределение интенсивности отраженного излучения. Для того, чтобы отраженный от призмы луч был параллелен падающему, призма должна быть прямоугольной.

Однако данный способ требует высокой идентичности используемых фотоприемников, характеризуется принципиальной невозможностьюбалансировкифотоприемников в широком диапазоне углов в (от -90° до +90°), что снижает информативность измерений и приводит к низкому соотношению сигнал/шум. Кроме того, на точность измерений сильно влияет качество синхронизации развертки.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ определения параметров планарного оптического волновода, заключающийся в создании оптического контакта между поверхностью планарного оптического волновода и трехгранной призмой, возбуждении планарного волновода посредством ввода лазерного излучения через входную грань призмы, регистрации углового распределения излучения, вышедшего через выходную грань призмы, и определении по угловому распределению излучения параметров волновода.

Недостатком известного способа заключается в том, что измерение углов вывода излучения из волновода является

Ё

VI

CJ

ю со

Ј

сложной и трудоемкой задачей, поскольку требует индивидуальной настройки и юстировки измерительной системы на каждую моду.

Цель изобретения - снижение трудоемкости способа.

Указанная цель достигается тем, что в способе определения параметров пленарного оптического волновода, заключающемся в создании оптического контакта между поверхностью планарного оптического волновода и трехгранной призмой, возбуждении планарного волновода посредством ввода лазерного излучения через входную грань призмы, регистрации углового распределения излучения, вышедшего через выходную грань призмы и определении по угловому распределению излучения параметров волновода, регистрацию углового распределения осуществляют приемником, перемещаемым относительно центра, соответствующего точке пересечения нормали, проходящей через выходную грань призмы и точку ввода лазерного излучения в волновод, и плоскости, отстоящей от выходной грани призмы на расстояние а, удовлетворяющее условию

.i-cos(0)

fnS -n|-slnz0

где h - расстояние от центра области оптического контакта до выходной грани призмы;

пв - показатель преломления воздуха;

Пп - показатель преломления призмы; 9 - угол поворота приемника излучения, отсчитываемый от перпендикуляра к выходной грани призмы.

Если в оптическом волноводе возбуждена какая-либо мода, то ее энергия перераспределяется по всем модам волновода за счет рассеяния на неоднородностях волновода и взаимодействия мод. Через приз- менный элемент связи излучение всех мод выводится на экран. Каждая мода характеризуется определенным углом вывода, при этом на экране наблюдается характерная картина линий. Однако использовать обычный автоматический гониометр для измерения углов выхода лучей из призмы нельзя, поскольку эти лучи не имеют общей точки пересечения. Для снижения трудоемкости процесса измерений необходимо смещать центр вращения приемника излучения так, чтобы этот центр всегда совпадал с мнимым источником излучения S-j

Используя закон Снеллиуса, получают указанную зависимость.

Таким образом, достаточно возбудить волновод на произвольной моде, при этом

за счет связи мод возбудятся все моды волновода, и затем, используя вращающийся с постоянной угловой скоростью приемник излучения, положение оси которого зависит

от угла поворота приемника излучения по указанной формуле, произвести измерения угловой интенсивности излучения, выходящего из призмы. Такое перемещение оси поворота приемника излучения позволяет

легко измерять углы вывода всех возбужденных мод.

Для осуществления предлагаемого способа изготовлено устройство, смещающее ось вращения приемника излучения в зависимости от угла его поворота по требуемому закону и основанное на применении кулачкового механизма. В качестве источника излучения использован лазер ЛГ-52.

Данное устройство установлено вместо

гониометра в стандартной схеме измерения углов вывода излучения из оптических пла- нарных волноводов с использованием приз- менного элемента связи. Измеряют параметры волноводов на основе пленок

ZnO и NdAlOa на подложках из плавленного кварца. По сравнению со стандартной методикой измерений предлагаемый способ позволяет сократить время измерения углов вывода в среднем в 3,5 раза.

Таким образом, предложенный способ позволяет снизить трудоемкость процесса измерения характеристик пленарных оптических волноводов, кроме того, нет необходимости использовать дорогостоящий

гониометр для измерения угла в , а также имеется возможность использовать аппаратуру стандарта КАМАК.

Формула изобретения Способ определения параметров плапарного оптического волновода, заключающийся в создании оптического контакта между поверхностью планарного оптического волновода и трехгранной призмой, возбуждении планарного волновода посредством ввода лазерного излучения через входную грань призмы, измерении углового распределения излучения, вышедшего через выходную грань призмы и нахождении по угловому распределению излучения параметров волновода, отличающийся тем, что, с целью снижения трудоемкости, измерение углового распределения осуществляют фотоприемником, вращаемым вокруг оси, пересекающей внутри призмы

нормаль к выходной грани призмы, проходящую через точку ввода лазерного излучения в волновод, на расстоянии а от выходной грани призмы, величину которого в процессе измерения изменяют по закону

я-ь - a-cosCg)

У99 л

Пп -nf-sinг в

V

где h - расстояние от центра области оптического контакта до выходной грани призмы;

пв - показатель преломления воздуха;

в - угол поворота приемника излучения, отсчитываемый от перпендикуляра к выходной грани призмы;

пп - показатель преломления призмы.

Использование: оптические измерения. Сущность изобретения: измерение углового распределения излучения, вышедшего из призмы, осуществляют вращением фотоприемника вокруг оси, проходящей через призму. Положение оси зависит от угла вращения фотоприемника.