автореферат диссертации по электронике, 05.27.03, диссертация на тему:Лазерное формирование микролинз на базе оптических волокон

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, МЕХАНИКИ И ОПТИКИ

На правах рукописи

ПЕТРОВ Андрей Анатольевич

ЛАЗЕРНОЕ ФОРМИРОВАНИЕ МИКРОЛИНЗ НА БАЗЕ ОПТИЧЕСКИХ ВОЛОКОН

Специальность 05.27 03 - «Квантовая электроника»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 2005

Диссертация выполнена на кафедре «Лазерных технологий и экологического приборостроения» Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики.

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Вейко Вадим Павлович

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Латы ее Святослав Михайлович

кандидат технических наук Кухтин Сергей Владимирович

Ведущая организация - ВНЦ «ГОН им. С М. Вавилова»

Защита состоится « 22 » ноября 2005 г. в 15 ч. 30 мин. На заседании диссертационного совета Д.212.227.01 «Оптические и оптико-электронные приборы и комплексы» при САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОМ УНИВЕРСИТЕТЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, МЕХАНИКИ И ОПТИКИ по адресу: 190000, Санкт-Петербург, пер. Гривцова 14

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан « 20 » cwi&pfi 2005 г.

Ваши отзывы и замечания на автореферат (в двух экземплярах), заверенные печатью, просим направлять по адресу 190000, Санкт-Петербург, пер. Гривцова 14, секретарю диссертационного совета Д.212.227.01

Ученый секретарь

диссертационного совета Д.212.227.01 кандидат технических наук, доцент

Jr-

В.М Красавцев

Ш1

з

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Активное развитие волоконной и интегральной оптики приводит к появлению новых задач, требующих решения Одной из них является создание разнообразных микрооптических элементов (МОЭ) на торцах оптических волокон Возникновение этой задачи связано с интенсивным развитием таких областей применения оптических волокон (ОВ), как интегральная оптика, лазерная медицина, оптическая связь, ближнепольная микроскопия и др

Разработка и изготовление оптических интегральных схем и гибридных оптических устройств (ГОУ) включающих в себя канальные и планарные волноводы, волоконные линии связи, оптические усилители и тп делает важной проблему повышения эффективности оптических межсоединений (ОМ) Новые конструкции узлов соединений с использованием МОЭ могут существенно повысить эффективность передачи оптического сигнала в ОМ

Существует большое количество технологий изготовления МОЭ на торцах ОВ, однако, как правило, они являются узкоспециализированными и предназначены для изготовления МОЭ определенного вида на одном типе ОВ Не решена и задача контроля оптических параметров МОЭ в процессе их изготовления, что помогло бы автоматизировать процесс изготовления МОЭ Лазерная технология изготовления МОЭ на торцах ОВ в этом случае может стать одной из самых универсальных и перспективных. Существующие лазерные технологии часто используют лазерное излучение в хачестве замены газового факела, электрической дуги или токарного резца, что не позволяет максимально использовать преимущества лазерного источника

В зависимости от областей применения ОВ с МОЭ на торцах их можно разделить на два класса работающие независимо, или входящие в состав более сложных оптических систем Во втором случае встает проблема обеспечения юстировки такой системы Для юстировки оптической системы с поперечными размерами несколько десятков или единиц микрометров традиционные методы малоэффективны или дороги Разработано ограниченное число решений этой проблемы - использование клея, каналов и отверстий, микропозиционеров, но их нельзя считать удовлетворительными Появление новых идей в данной области помогло бы расширить область применения МОЭ.

Таким образом, разработка и исследование лазерной технологии изготовления МОЭ на торцах ОВ, в частности микролинз, а так же их использование для оптимизации ОМ в совокупности с разработкой новых методик их пространственного позиционирования является весьма актуальной задачей, которой и посвящена настоящая работа

РОС. НАЦИОНАЛЬНА БИБЛИОТЕКА

Цель работы

Целью работы является разработка и исследование технологии и оборудования для изготовления микрооптических элементов на торцах волокон методом лазерного нагрева, изучение их оптических свойств и их применение для оптимизации оптических контактов

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

• разработать технологию формирования микрооптич еских элементов на торцах волокон,

• создать экспериментальную лазерную установку для изготовления микрооптических элементов на торцах оптических волокон,

• исследовать и оптимизировать оптические характеристики микрооптических элементов

• исследовать возможность использования полученных микрооптических элементов для оптимизации оптических межсоединений

Методы исследования и материалы

Для решения поставленных задач были выбраны следующие методы исследования и материалы

для создания микрооптических элементов на торцах волокон была разработана и реализована экспериментальная лазерная установка, использующая комбинацию механических перемещений волокна при одновременном нагреве квазинепрерывным излучением С02-лазера;

для расчета температуры в зоне лазерного воздействия был применен аппарат теории теплопроводности,

- методы оптической микроскопии, микрофотографии и микровидеосъемки использовались при изучении процесса формирования микролинз;

метод сканирующей электронной микроскопии применялся для изучения качества поверхности получаемых микролинз;

- использовалась разработанная автором методика для определения параметров получаемых микрооптических элементов, основанная на комбинации современных методов оптико-электронной регистрации и компьютерной обработки изображения,

- калориметрические методы применялись для определения мощности лазерного излучения

Научная новизна диссертации

- Впервые предложен и продемонстрирован принцип оптической обратной связи при изготовлении оптических деталей

Разработана лазерная технология и экспериментальная установка для изготовления микрооптических элементов на торцах волокон различно типа с оптической обратной связью.

Предложен метод анализа эффективности оптических межсоединений на основе инварианта Лагранжа-Гельмгольца

- Проведены экспериментальные исследования эффективности согласования оптических волокон с канальными волноводами при использовании согласующих микрооптических элементов.

Разработан метод лазерной юстировки и оригинальная конструкция привода для точного пространственного позиционирования волокна с торцевой микролинзой

Основные научные положения, выносимые на защиту

Введение обратных связей по оптическим параметрам в лазерный метод формирования ОЭ на торцах ОВ позволяет увеличить точность и воспроизводимость получаемых ОЭ

Анализ энергетической и информационной эффективности оптических межсоединений может быть выполнен на основе инварианта Лагранжа-Гельмгольца, что позволяет достаточно просто и точно выявить перспективные типы оптических межсоединений.

Наибольшего повышения эффективности оптических межсоединений типа оптическое волокно - канальный волновод (КВ) за счет введения торцевых микролинз можно добиться в случае ввода типа одномодовое ОВ - КВ и вывода типа КВ - многомодовое ОВ. Эффективность этих соединений повышается при этом на 20 - 80 %, а допуск на совмещение растет в 2 - 5 раз.

- Прецизионная оптическая юстировка может быть достигнута за счет комбинированных термомеханических эффектов усадки, удлинения и скручивания при воздействии лазерного излучения на сложноперфорированные оправы МОЭ, изготовленные из тонколистовых металлов (пластин).

Практическая ценность работы:

1 Разработан действующий макет экспериментальной установки для производства микрооптических элементов на торцах оптических волокон с различными параметрами, который может служить прототипом автоматизированной промышленной установки.

2. Предложена лазерная технология изготовления согласующих микрооптических элементов, обладающая достаточной точностью и воспроизводимостью за счет обратной связи по оптическим параметрам

3 Продемонстрирована возможность повышения эффективности оптических межсоединений при использовании полученных микрооптических элементов.

4 Определены оптимальные методы тестирования микрооптических элементов.

5 Разработан метод юстировки микрооптических элементов, поддающийся автоматизации, и оригинальная конструкция соответствующего привода

Реализация на практике

Результаты работы по согласованию оптических волокон с канальными волноводами были использованы в международном проекте с Бременским институтом силовой лучевой оптики BIAS (Германия) и СПбГУ ИТМО (Россия) - "Fiber-Chip coupling in integrated-optical polymer devices" Установка для изготовления микролинз на торцах OB и сами микролинзы в течении ряда лет эксплуатирует фирма «Медлаз-Нева» при создании лазерных терапевтических установок

Апробация работы

Результаты были доложены на следующих конференциях

1 Международной конференции Photon Processing in Microelectronics and Photonics П (2003 San Jose, California, USA)

2 IV Международная конференция Прикладная Оптика СПб 2004

3 XXXIV Научно-техническая конференция профессорско-преподавательского состава СПб УИТМО 2005

4 П Межвузовская конференция молодых ученых СПб УИТМО 2005

5 Всероссийская межвузовская научно-технической конференция ХХХШ неделя науки СПб 1ТТУ 2005

По материалам диссертации опубликовано 6 печатных работ Полный список приведен в конце автореферата

Структура и объем

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и библиографического списка литературы, включающего 90 наименований Материал диссертации изложен на /04 страницах, сопровождается ¿¿j рисунками и /2. таблицами

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение содержит обоснование актуальности темы диссертации, формулировку цели и задач работы, основные положения, выносимые на защиту Представлены основные методы изготовления МОЭ на торцах OB, выявлены основные нерешенные проблемы, возникающие при изготовлении МОЭ Выделены основные преимущества и возможности совершенствования лазерной технологии изготовления МОЭ, как одной из наиболее перспективных технологий

В первой главе диссертации проведен обзор современных методов изготовления МОЭ на торцах OB Проанализированы основные достоинства и недостатки существующих методов, представлены фотографии

получаемых МОЭ и их параметры Был проведен сравнительный анализ существующих методов

За последние годы предложено большое количество технологий изготовления МОЭ на торцах ОВ Основные из них - это механическая шлифовка/полировка, химическое травление, изготовление микролинз методом плавления в электрическом дуговом разряде, при резиставном нагреве или в пламени газовой горелки, ионная полировка. Несмотря на такое многообразие методов, остается целый ряд нерешенных проблем, важнейшими из которых являются следующие

1) не выявлена универсальная или, по крайней мере, приоритетная технология изготовления разнообразных МОЭ, одинаково пригодная для работы с различными типами и размерами ОВ

2) в большинстве существующих методов изготовления отсутствуют возможности контроля параметров получаемых МОЭ в режиме реального времени

3) те методы изготовления, которые позволяют получать МОЭ с высокими эксплуатационными качествами на торцах волокон, как правило, требуют дополнительного дорогостоящего оборудования

Кроме проблем связанных с изготовлением МОЭ существуют проблемы связанные с применением МОЭ в различных системах, особенно при использовании МОЭ для повышения эффективности оптических межсоединений (ОМ) Наиболее важной из них является проблема точного позиционирования, поскольку МОЭ зачастую имеют размеры порядка единиц микрометров, то традиционные методы юстировки в этом случае малопригодны

В итоге были уточнены основные задачи работы Разработать и исследовать технологию изготовления МОЭ на торцах ОВ методом лазерного нагрева, максимально используя достоинства лазерного излучения (ЛИ) Исследовать возможность применения МОЭ для оптимизации ОМ. Найти и разработать метод юстировки пространственного положения МОЭ достаточно точный и желательно, поддающийся автоматизации

Вторая глава посвящена разработке экспериментальной лазерной установки и технологии для изготовления МОЭ на торцах ОВ

Была предложена технология и реализована экспериментальная лазерная установка для изготовления МОЭ Установка представляет собой лазерный оптико-механический комплекс, обеспечивающий одновременное воздействие на ОВ лазерного излучения и механических сил В качестве энергетического источника был выбран СОглазер (мощность излучения до 30 Вт) с X = 10,6 мкм, которая максимально приближается к резонансной частоте БЮг и хорошо им поглощается

Общий принцип изготовления МОЭ с помощью лазерного нагрева заключается в комбинировании механических центробежных сил, сил растяжения и силы поверхностного натяжения В результате расплавленный конец волокна принимает необходимую форму (сфера, эллипсоид, конус и т.п )

МОЭ были изготовлены на различных типах ОВ с диаметром сердцевины от 10 до 600 мкм При изготовлении МОЭ на кварцевых волокнах с диаметром оболочки 125 мкм остро встала проблема торцевых биений - при малых размерах МОЭ на их симметрию оказывает сильное влияние несовпадение оси вращения с осью симметрии волокна Эта проблема была успешно решена Использованием в качестве подшипника скольжения миниатюрной втулки с отверстием 126 мкм На рис 1 представлена общая схема экспериментальной установки

1 Рис ! Схема экспериментальной установки для изготовления торцевых

микролинз. (1 - С02-лазер, 2 - затвор, 3,5- зеркало, 4 -электромеханический ослабитель, 6 - объектив, 7 - оптическое волокно, 8 -втулка, 9 - блок вращения и подачи ОВ, 10 - частотомер, 11 - микроскоп, 12

- измеритель мощности (ИМ) лазерного излучения, 13 - датчик ИМ)

Для повышения воспроизводимости и точности, изготавливаемых МОЭ были разработаны и реализованы схемы с обратными связями по оптическим параметрам В работе использованы два различных подхода к тестированию микролинз в процессе изготовления

- включение измерительного канала для числовой (ЧА) апертуры линз в схему изготовления на основе предварительного расчета требуемых оптических параметров микролинз,

- измерение эффективности стыковки во время обработки микролинзы

Схема экспериментальной установки использующей измерительный

канал ЧА приведена на рис. 2

Рис 2 Экспериментальная установка с контролем ЧА в процессе изготовления (1 - Не-Ке лазер, 2 - узел ввода лазерного излучения в волокно, 3 - оптическое волокно, 4 - трех-координатная микрометрическая подвижка, 5 - микролинза, 6 - экран, 7 - щелевая диафрагма, 8 - фотоприемник, 9 -СОг-лазер, 10 - блок управления)

Принилп работы экспериментальной установки (рис 2) следующий В оптическое волокно 3, с помощью угла ввода 2, вводится излучение Не-]\те-лазера 1, оно проходит по волокну и попадает на экран 6 На торце волокна с помощью ССЬ-лазера 9 формируется микролинза, при этом в процессе изготовления числовая апертура микролинзы изменяется При достижении расчетного значения апертуры микролинзы на фотоприемник 8 попадает зондирующее излучение, что служит сигналом для блока управления об отключении лазерного излучения высокой мощности.

Схема экспериментальной установки для изготовления согласующих микролинз, позволяющая контролировать эффективность согласования в процессе изготовления представлена на рис. 3.

Рис 3 Экспериментальная установка с контролем эффективности согласования в процессе изготовления (1 - СОг-лазер, 2 - фотоприемник, 3, - котировочный блок, 4 - оптическое волокно, 5 - трех-координатная микрометрическая подвижка, 6 - микролинза, 7 - волокно, 9 - блок управления, 10 - Не-Ие-лазер)

В схеме (рис 3 ) используется дополнительное оптическое волокно 7 с плоским торцом, которое необходимо согласовать с волокном 4 для этого на волокне 4 изготавливается микролинза 6 В волокно 7 вводится излучение Не-Ые-лазера 10, далее из волокна 7 через микролинзу 6 излучение попадает в волокно 4 Уровень излучения на выходе из волокна 4 контролируется фотоприемником 2. При достижении максимального уровня сигнала на фотоприемнике 2, блок управления 1 отключает излучение С02-лазера 9 В результате, полученная микролинза обеспечивает максимальную эффективность согласования двух волокон

В главе представлены результаты теоретического расчета и экспериментальных исследований по определению оптимальных режимов изготовления микролинз для разных типов оптических волокон Представлены опытные образцы микролинз.

Разработана двухступенчатая технология изготовления МОЭ, включающая предварительную вытяжку ОВ для получения конуса. Эта методика позволяет получать микролинзы с малыми радиусами кривизны, что особенно актуально при работе с волокнами, имеющими кварцевую сердцевину и оболочку.

В главе 3 представлены методы измерения и расчета основных параметров получаемых МОЭ.

Для аттестации микролинзы, сформированной непосредственно на торце оптического волокна, невозможно применить большинство традиционных методов оптических измерений, что связано с ее малыми размерами и особенностями изготовления.

Одной из наиболее общих характеристик, отвечающих за передачу энергии, является числовая апертура №4 В работе были проведены измерения апертуры пучка ИА с выхода микролинзы в зависимости от её диаметра

й , мкм

Рис 4 Зависимость апертуры пучка с выхода микролинзы от ее диаметра (диметр сердцевины волокна: 1 - 300 мкм, 2 - 400 мкм, 3 - 600 мкм)

Расстояние от вершины задней поверхности оптической системы до заднего фокуса является задним фокальным отрезком микролинзы. Важность определения этого параметра обусловлена широким диапазоном возможного применения полученных микролинз, в частности он необходим при расчетах согласующих оптических систем для оптимизации оптических межсоединений. Для микролинзы, изготовленной на конце оптического волокна, можно измерить напрямую только задний фокальный отрезок Для этих целей был адаптирован метод измерения фокальных отрезков с помощью микроскопа Схема измерительной установки представлена на рис.

Рис. 5 Схема установки для измерения фокального отрезка микролинзы

Для микролинз, изготовленных на волокнах с диаметром световедущей части 62.5 и 9 мкм диаметром оболочки 125 мкм, было проведено исследование распределения интенсивности света вблизи поверхности микролинзы (на расстоянии от 0 до 100 мкм). Для исследования выходного распределения в качестве регистрирующего элемента в схему измерения была включена ССР-камера, позволяющая с высокой точностью определить размеры и форму пятна, а так же изменение интенсивности излучения по сечению пучка

Для определения геометрических параметров получаемых микролинз, таких как радиус кривизны или эллиптичность, был использован метод компьютерной обработки изображений.

С помощью цифрового фотоаппарата и микроскопа были получены фотографии микролинз с высоким разрешением. Затем фотографии в цифровом виде передавались на компьютер, на компьютере с помощью специализированных программ обработки изображения определялся радиус кривизны или эллиптичность преломляющей поверхности.

На полученных фотографиях четко определен контур преломляющей поверхности, с помощью компьютерной программы этому контуру восстанавл ивается круг, радиус которого соответствует радиусу преломляющей поверхности микролинзы Данный метод позволяет с высокой точностью определить геометрическую форму микролинз, в том числе и эллиптических.

В главе рассмотрены методы расчета параметров микролинз, в частности лучевой метод и определены границы его применимости при расчете микролинз на торцах ОВ

В связи с важностью такой области применения МОЭ на торцах волокон, как оптимизация оптических межсоединений (ОМ) в гибридных оптических устройствах (ГОУ) в главе описан общий подход к согласованию ОМ, основанный на инварианте Лагранжа-Гельмгольца

Гибридное оптическое устройство - это оптическое устройство, состоящее из различных компонентов, как отдельных свободных оптических компонентов (линз, призм и т п) работающих с оптическими пучками в свободном пространстве, так и волноводных компонентов (оптических волокон, канальных волноводов, интегральных оптических чипов и т д) работающих с волноводными пучками, включающее источники оптического излучения (полупроводниковые лазеры, светодиоды и т д) и фотоприёмники (фотодиоды, ССО-приёмники и т д) Для ГОУ проблема оптических межсоединений - передачи оптического сигнала между отдельными компонентами с наибольшей эффективностью является одной из наиболее важных

Критерий оптимизации ОМ можно сформулировать как' минимизация потерь энергии для не изображающих компонентов, и минимизация потерь информации для изображающих компонентов.

В общем случае оптимизированная оптическая цепь должна удовлетворять законам сохранения энергии и информации. Оба они, в применении для оптических пучков, могут быть представлены в форме инварианта Лагранжа-Гельмгольца J:

где О — диаметр пучка, С1 полный угол расходимости (см рис. 6)

Рис 6 Схема действия оптического согласующего элемента иллюстрация инварианта Лагранжа-Гельмгольца. 1,3 — функциональные компоненты, 2 — согласующий компонент.

Инвариант Л-Г характеризует дифракционную совместимость компонентов оптической цепи.

Отсюда следует, что такой путь согласования оптических компонентов, как физический контакт или стыковка в торец далеко не всегда является

оптимальным В общем случае соединяемые компоненты должны быть согласованы с помощью дополнительного согласующего элемента.

Применение инварианта Л-Г при анализе соединения оптического волокна и канального волновода, которое рассмотрено в главе 4, позволило выявить, какие из возможных вариантов соединений нуждаются в оптимизации.

В главе 4 приведены результаты применения полученных микролинз для оптимизации ОМ при стыковке ОВ с канальным оптическим волноводом и полупроводниковым лазерным диодом.

Для экспериментальных исследований были использованы оптические волноводы, изготовленные на основе полиметилметакрилата (ПММА), с помощью лазерной деполимеризации материала под действием излучения эксимерного УФ-лазера с длинной волны X = 248 нм. Волноводы были изготовлены в Бременском институте силовой лучевой оптики (BIAS) (Германия) и предоставлены для исследования в рамках совместного проекта.

После анализа методом плоских доменов возможных вариантов использования микролинз были определены следующие случаи, когда их применение может быть оправдано Во-первых, это случай когда необходимо передать оптическое излучение из волновода с размером свеговедущей части, превышающей размер свеговедущей части принимающего ОВ. Во-вторых, это случай, когда оптическое излучение передается из широкого ОВ в узкий канальный волновод Автором была разработана и построена экспериментальная установка для определения эффективности передачи оптического излучения из ОВ в канальный волновод и в обратном направлении Результаты экспериментов по оптимизации передачи излучения (к = 650 нм) из ОВ в волновод представлены на рис 7-8

Рис 7. Относительная эффективность соединения при продольном сдвиге оптического волокна относительно волновода (1 - волокно с линзой, 2 -волокно без линзы).

у, нем

Рис 8 Относительная эффективность соединения при поперечном сдвиге оптического волокна относительно волновода (1 - волокно с линзой, 2 -волокно без линзы) В эксперименте был использован канальный волновод погруженного типа с прямоугольным сечением световедущей части 50*20 мкм, щ = 1,500, По = 1,492 и оптическое волокно ММБ 62 5/125 с микролинзой на торце Параметры использованной микролинзы расстояние от поверхности линзы до плоскости перетяжки = 60 мкм, геометрические размеры а = 75 мкм Ь = 67 мкм (а и Ь - большая и малая полуоси эллипса)

При использовании микролинз на торце ОВ при передаче излучения (X = 650 им) из канального волновода в ОВ было получено как увеличение эффективности передачи энергии, так и расширение поля допусков для поперечного смещения ОВ (рис. 9.)

10,00000 9,00000 8,00000 7,00000 6,00000 5,00000 4,00000 3,00000 2 00000 1,00000 0,00000

0,000

Я29

Ш5

0,020

0,040

0,060

10,00000 9,00000 8,00000 7,00000 6,00000 5,00000 4,00000 3,00000 2,00000, 1,00000Т^ 0,00000

0,000

Я29

0,020

0,040

0,060

а. б.

Рис 9 Распределение интенсивности выходного сигнала в поперченной плоскости (60x60 мкм) при передаче излучения из волновода (30x20 мкм) в волокно (8МБ 9.5/125) с линзой (а) и плоским торцом (б)

Был проведен эксперимент по использованию торцевой микролинзы на ОВ для повышения эффективности ввода оптического излучения лазерного диода (ЬЕБЬАБЕИ НЬВР-650-А-5-02) в оптическое волокно (ММБ 62 5/125)

L, мкм

Рис 10 Относительная мощность выходного излучения при соединении лазерного диода с волокном с линзой (1) и с плоским торцом (2).

По полученным результатам можно сделать вывод, что при использовании микролинз эффективность согласования канального волновода и лазерного диода с оптическим волокном может быть повышена на 25-35% по сравнению с использованием стыковки в торец Такой результат, был достигнут при размещении оптического волокна на оптимальной дистанции

При проведении экспериментов по оптимизации оптических межсоединений возникли серьезные трудности с юстировкой пространственно положения OB с микролинзой Традиционные методы юстировки в этом случае малопригодны или требуют использования высокоточных и дорогих микропозиционеров

В главе 5 представлен возможный вариант решения проблемы юстировки Для этого автором был использован метод, который основан на управляемом деформировании деталей под действием термонапряжений, возникающих в результате локального нагрева лазерным излучением

Механизм действия этого метода следующий При локальном нагревании некоторой области материала в результате неравномерного теплового расширения в нем возникают термоупругие напряжения. Если напряжения достигают предела текучести, то они приводят к появлению пластических деформаций После окончания импульса в процессе остывания среды деформированная область не принимает исходных размеров и остается в сжатом (по сравнению с исходным) состоянии

Автором были проведены экспериментальные исследования гибки металлических пластин с размерами 35*05*01 см под действием импульсного лазерного нагрева В экспериментах был использован YAG Nd-лазер, работающий в режиме свободной генерации, длительность импульса 2 мс, энергия в импульсе до 8 Дж, длина волны излучения 1,06 мкм Использованные пластины изготовлены из различных металлов и сплавов меди, алюминия, титана, легированной стали Наилучшие результаты

получены при облучении легированной стали марки 14Х17Н2 Были получены зависимости угла изгиба, возникающего при облучении от плотности мощности излучения на поверхности детали, и зависимость угла изгиба от числа импульсов

Для реализации малых пространственных перемещений автором была разработана оригинальная конструкция привода (актуатора) для точной юстировки пространственного положения и ряд юстировочных систем на его основе Актуатор представляет собой тонкую металлическую пластину прямоугольной формы, в которой сделаны несколько разрезов таким образом, чтобы получились две перемычки При облучении перемычек можно добиться различных перемещений рабочей части привода

1). А

2).

А

А»

^^ 1 . Ду'

Ах

3).

А_Б

• •

Ж

а б

Рис 11 Возможные пространственные перемещения привода а - положение точек А, Б после облучения перемычек, б - облучаемые зоны

Из представленной схемы можно видеть, что предложенный привод позволяет изменять угловое положение детали, одновременно перемещая её по двум пространственным координатам В частном случае - вариант 3 (рис. 11), с помощью данного актуатора может быть реализовано линейное перемещение вдоль одной из осей без изменения угла поворота. При изготовлении юстировочного узла для регулировки пространственного положения оптического волокна с микролинзой, волокно может располагаться как перпендикулярно оси АБ так и параллельно (соосно) ей

Результаты проведенных экспериментов представленные на рис. 12 демонстрируют, что применение актуатора такой конструкции позволяет юстировать пространственное положение ОВ с МОЭ с высокой точностью Минимальный шаг по линейным координатам составляет около 1 мкм при максимальном перемещении 15 мкм, и 0,2 мрад по углу при полном угле 3 мрад.

Ф.мрад

4,0 п

3,0-

2,0-

1,0- * т- х 1 т //х

0,0-

* * * 1 * * «2

-I I I ^

Ах, мкм

012345678 N

20,0 1

15,0 -

10,0- ж. ж * X *

5,0- * ж *

0,0*

-* * ж * *2

I

--1—I—I—г—I—I

012345678 N

Рис 12 Экспериментальная зависимость угла поворота пластины и линейного перемещения от количества импульсов при различной плотности мощности лазерного излучения 1-6 9104Втсм"2,2-5 7104Втсм"2,3 -

4 8 104Вгсм'2

По результатам экспериментальных и теоретических исследований, рассмотренных ранее, было определено, что на эффективность согласования наибольшее влияние оказывают поперечные сдвиги оптического волокна и повороты относительно соответствующих осей На основе предложенной конструкции привода была разработана система позиционирования (рис 13 ) для ОВ с МОЭ, позволяющая регулировать пространственное положение оптического волокна по двум линейным координатам, осуществляя поперечные сдвиги, и двум угловым, что соответствует поставленной задаче

Рис 13 Угловой привод.

Кроме экспериментальных исследований в главе представлены результаты теоретического расчета на основе приближенной «двухуровневой модели», которые могут быть использованы для быстрых оценочных расчетов угла гибки

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1 Разработан действующий макет экспериментальной установки для производства микрооптических элементов на торцах оптических волокон с различными параметрами и диаметром сердцевины от 10 до 600 мкм, который может служить прототипом автоматизированной промышленной установки

2 Разработана двухступенчатая технология изготовления микролинз на коническом окончании волокна Для получения конических микролинз с г«0 5эффективно использование метода получения конуса - с использованием вытяжки волокна при нагреве лазерным излучением (схема с тороидальным зеркалом)

3 В качестве параметров для контроля получаемых микролинз наиболее эффективно использование числовой апертуры (ЧА) микролинзы и углового распределения энергии (диаграммы направленности) Разработаны и опробованы две экспериментальные схемы по тестированию торцевых микролинз в процессе их изготовления, основанные на'

включении измерительного канала для ЧА линз в схему изготовления на основе предварительного расчета требуемых оптических параметров торцевых микролинз (ЧА микролинз),

- измерении в процессе изготовления микролинзы эффективности стыковки

4. Определены и экспериментально исследованы методы измерения параметров торцевых микролинз таких как. числовая апертура, фокальный отрезок, радиус кривизны.

5 Анализ энергетической и информационной эффективности оптических межсоединений может быть выполнен на основе инварианта Лагранжа-Гельмгольца, что позволяет достаточно просто и точно выявить перспективные и непригодные типы оптических межсоединений

6 Проведены экспериментальные исследования и математическое моделирование применения торцевых микролинз для решения задачи оптимизации оптических межсоединений для двух случаев - согласования оптического волокна и канального волновода, и оптического волокна и полупроводникового лазера Результаты экспериментов показывают, что использование торцевых микролинз повышает эффективность оптического контакта на 20 - 35% и существенно расширяет поле допусков на поперечное смещение волокна

7 В работе предложено решение проблемы юстировки пространственного положения волокон с торцевыми микролинзами на основе метода управляемого деформирования деталей с помощью лазерного излучения Представлена конструкция и результаты экспериментальных исследований привода для точного пространственного позиционирования, который позволяет юстировать положение детали по двум линейным и двум угловым координатам с шагом 1 мкм (0,2 мрад) и менее.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Петров A.A., Вейко В.П. Пространственное позиционирование микродеталей с помощью лазерного излучения // Микросистемная техника. 2002. № 7. С.23-27.

2. Petrov A.A., Veiko V.P., Voznesensky NB., Pashin V.F., Voznesenskaya N.N., Metev S.M., Wochnowski C. Optical interconnection optimization based on a classical approach // Proc. of the SPIE 2003. Vol. 4977. P. 569-577.

3. Петров A.A, Вейко В. П., Вознесенский Н. Б., Пашин В. Ф., Вознесенская Н. Н, Гибридные оптические схемы: исследование проблемы оптических межсоединений на основе классического подхода // Изв.вузов Приборостроение. 2004. Т.47. № Ю. С.5-14.

4. Петров A.A., Вейко В.П. Оптимизация оптических межсоединений с использованием волоконных микролинз // VI Международная конференция Прикладная Оптика. Сборник трудов. 2004. Т. П. С 125-126

5. Петров A.A., Абдурохманов И.А., Монахов Ю.С., Шалобаев ЕВ. Актюаторы для микросистемной техники // Материалы Всероссийской межвузовской научно-технической конференции XXХШ неделя науки СПбГПУ. 2005. Ч. Ш. С.86-87.

6. Петров А А., Вейко В П. Использование волоконных микролинз для повышения эффективности соединения типа волокно-волновод // Вестник II межвузовской конференции молодых ученых. Сборник научных трудов СПб: СПбГУ ИТМО. 2005. Т. 3. С.170 -174.

N« 1 945 9

РНБ Русский фонд

2006-4 17667

Тиражирование и брошюровка выполнены в Центре «Университетские телекоммуникации». Санкт-Петербург, Саблинская ул., 14. Тел. (812)233-46-69 Объем 1 пл. Тираж 100 экз.

Введение.

Глава 1. Аналитический обзор существующих методов изготовления микрооптических элементов на торцах волокон.

1.1. Вводные положения.

1.2. Изготовление микролинз методом шлифовки/полировки.

1.3. Изготовление микролинз методом фотолитографии.

1.4. Метод химического травления.

1.5. Метод обработки ионным пучком.

1.6. Выводы и постановка задачи.

Глава 2. Лазерная технология изготовления МОЭ на торцах ОВ.

2.1. Установка для изготовления МОЭ на торцах ОВ с диаметром

- 600 мкм.

2.2. Технология изготовления микролинз на волокнах 300 — 600 мкм.

2.3. Экспериментальная лазерная установка для изготовления микролинз на торце оптического волокна с внешним диаметром

125 мкм.

2.4. Технология изготовления микролинз на торце оптического волокна с внешним диаметром 125 мкм.

2.5. Методы контроля параметров микролинз в процессе изготовления.

Актуальность работы

В XXI веке разнообразные оптические технологии играют всё более значительную роль, они находят применение для решения самых различных задач в промышленности, медицине, связи, научных исследованиях и т. п. С каждым новым годом растут их возможности и расширяется круг задач их использования.

Одним из важнейших направлений развития современных оптических технологий является волоконная оптика. Оптические волокна находят широкое применение в таких областях, как телекоммуникации и связь — для передачи оптического сигнала на дальние расстояния; промышленное производство — для транспортировки мощного лазерного излучения в зону обработки; медицинская лазерная техника (лазерные микроинструменты, медицинские эндоскопы и т. п.); ближнепольная микроскопия; осветительные приборы и т. д. [1 - 4].

В настоящее время разработано и активно используется большое количество различных типов оптических волокон, различающихся по конструкции, назначению и используемым материалам. Это и кварцевые волокна, оптимизированные для передачи оптического сигнала на дальние расстояния, и активные волокна, служащие для усиления оптического сигнала. Кроме того, существует класс волокон для передачи мощного лазерного излучения для технологических целей, таких как лазерная сварка и резка материалов, которые выдерживают значительные плотности мощности лазерного излучения. Можно также выделить волокна для медицинского применения, волокна для передачи излучения среднего ИК-диапазона (Х= 10,6 мкм) и др. Относительно недавно появились «дырчатые» оптические волокна, обеспечивающие значительно меньшее затухание сигнала, чем традиционные.

При таком многообразии видов оптических волокон и их практических применений возникают дополнительные задачи, требующие решения. Одной из них является создание разнообразных микрооптических элементов на торцах оптических волокон. Возникновение этой задачи связано с активным развитием таких областей применения волокон, как интегральная оптика, лазерная медицина, ближнепольная микроскопия, технологии передачи оптических сигналов и др.

В области интегральной оптики одной из важнейших проблем является проблема обеспечения эффективной передачи оптической мощности между оптическими волокнами и оптическими волноводами других типов (планарными, канальными, полосковыми и т. д.), а также источниками излучения - полупроводниковыми лазерами [5]. Для повышения эффективности соединения различных волноводных структур применяют, как правило, оптические согласующие элементы и плавные волноводные переходы, с помощью которых обеспечивается согласование распределений полей стыкуемых волноводных структур. Требования, предъявляемые к таким согласующим элементам - это эффективность согласования, технологичность, надежность, минимальные размеры и невысокая стоимость. [6-9].

Рис. 1. МОЭ изготовленные в лаборатории лазерных технологий ИТМО (1,4, 5 - микролинзы, 2 - отклоняющий МОЭ, 3 - рассеивающий МОЭ, 6 -ближнепольный оптический зонд (БОЗ)).

Другое направление - это изготовление оптического микроинструмента на торце волокна, используемого в лазерной терапии и хирургии. В связи с тем, что современная медицина все чаще отказывается от проведения операций лапаротомическим методом (с обширными разрезами) в пользу менее травматичного лапароскопического метода (с использованием локальных проколов и эндоскопического инструмента), это направление является особенно актуальным. В этом случае необходимо изготовление самого разнообразного оптического микроинструмента, способного облучать различные области и имеющего различные диаграммы направленности - от узко-направленного или фокусирующего под определенным углом, до равномерно излучающего во всех направлениях (элементы 1 - 4 на рис. 1.).

Недавно появившееся направление - ближнепольная оптическая микроскопия - в настоящее время значительно расширила границы использования оптических микроскопов и позволила изучать объекты с размерами менее длины волны света. Зонд ближнепольного оптического микроскопа, как правило, тоже представляет собой оптический элемент -острие, изготовленное на конце оптического волокна [10 - 12] (элемент 6 на рис. 1.).

За последние годы предложено большое количество технологий изготовления миниатюрных оптических элементов на торцах оптических волокон. Основные из них - это механическая шлифовка/полировка, химическое травление, изготовление микролинз методом плавления в электрическом дуговом разряде, при резистивном нагреве или в пламени газовой горелки, ионная полировка. Несмотря на такое многообразие методов, остается целый ряд нерешенных проблем, важнейшими из которых являются следующие:

1)не выявлена универсальная или, по крайней мере, приоритетная технология изготовления разнообразных микрооптических элементов, одинаково пригодная для работы с различными типами и размерами волокон

2) в большинстве существующих методов изготовления отсутствуют возможности контроля параметров получаемых оптических элементов в режиме реального времени.

3) те методы изготовления, которые позволяют получать микрооптические элементы с высокими эксплуатационными качествами на торцах волокон, как правило, требуют дополнительного дорогостоящего оборудования.

В настоящее время ни один из известных методов не получил широкого распространения. Это является следствием нерешенности вышеозначенных проблем. В связи с активным развитием и совершенствованием лазерных технологий -[13] представляется целесообразным использование лазерного излучения для получения микрооптических элементов. До сих пор лазерное излучение использовалось как источник нагрева при многоступенчатом процессе, включающем в себя химическое травление волокна [36]. В других работах предложено лазерным пучком непосредственно удалять материал за счет лазерной абляции и придания необходимой формы торцу волокна [14 -16]. Представляется возможным создать более совершенные лазерные технологии, свободные от очевидной сложности вышеуказанных процессов. Использование лазерного излучения для изготовления микрооптических элементов имеет ряд преимуществ по сравнению с другими методами, основанными на нагреве оптических волокон, и методами, использующими другие принципы формирования (механическая обработка, раздельное формирование микролинзы, химическое травление и т. д.), а именно — локальность лазерного воздействия в пространстве и во времени, отсутствие химических загрязнений при лазерном нагреве, возможность точного управления энергетическими параметрами лазерного излучения и т. д. [17 -22].

Несмотря на потенциальные преимущества лазерной технологии, в существующих вариантах её применения они реализованы далеко не полностью. В частности, не известны методы формирования МОЭ с обратной связью по оптическим параметрам в процессе изготовления. Не достаточно ясны вопросы управляемости и воспроизводимости процесса. Все это приводит к тому, что до сих пор фактически лишь продемонстрирована возможность применения лазерных технологий для изготовления МОЭ. Для создания реальной лазерной техники необходимо решить все вопросы точности, производительности, управляемости и воспроизводимости метода. Создать соответствующее оборудование, разработать методы контроля и т. д.

Кроме того, оптические свойства торцевых микролинз изучены слабо, требуется создать их оптические модели, методы измерения их свойств, и научится использовать их для решения практических задач согласования элементов оптических цепей и других целей. Цель работы

Целью работы является разработка и исследование технологии и оборудования для изготовления микрооптических элементов на торцах волокон методом лазерного нагрева, изучение их оптических свойств и их применение для оптимизации оптических контактов.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

• разработать технологию формирования микрооптических элементов на торцах волокон,

• создать экспериментальную лазерную установку для изготовления микрооптических элементов на торцах оптических волокон,

• исследовать и оптимизировать оптические характеристики микрооптических элементов

• исследовать возможность использования полученных микрооптических элементов для оптимизации оптических межсоединений

Методы исследования и материалы

Для решения поставленных задач были выбраны следующие методы исследования и материалы:

- для создания микрооптических элементов на торцах волокон была разработана и реализована экспериментальная лазерная установка, использующая комбинацию механических перемещений волокна при одновременном нагреве квазинепрерывным излучением С02-лазера;

- для расчета температуры в зоне лазерного воздействия был применен аппарат теории теплопроводности;

- методы оптической микроскопии, микрофотографии и микровидеосъемки использовались при изучении процесса формирования микролинз;

- метод сканирующей электронной микроскопии применялся для изучения качества поверхности получаемых микролинз;

- использовалась разработанная автором методика для определения параметров получаемых микрооптических элементов, основанная на комбинации современных методов оптико-электронной регистрации и компьютерной обработки изображения;

- калориметрические методы применялись для определения мощности лазерного излучения.

Научная новизна диссертации

- Впервые предложен и продемонстрирован принцип оптической обратной связи при изготовлении оптических деталей.

- Разработана лазерная технология и экспериментальная установка для изготовления микрооптических элементов на торцах волокон различно типа с оптической обратной связью.

- Предложен метод анализа эффективности оптических межсоединений на основе инварианта Лагранжа-Гельмгольца.

- Проведены экспериментальные исследования эффективности согласования оптических волокон с канальными волноводами при использовании согласующих микрооптических элементов.

- Разработан метод лазерной юстировки и оригинальная конструкция привода для точного пространственного позиционирования волокна с торцевой микролинзой.

Основные научные положения, выносимые на защиту

- Введение обратных связей по оптическим параметрам в лазерный метод формирования ОЭ на торцах ОВ позволяет увеличить точность и воспроизводимость получаемых ОЭ.

- Анализ энергетической и информационной эффективности оптических межсоединений может быть выполнен на основе инварианта Лагранжа-Гельмгольца, что позволяет достаточно просто и точно выявить перспективные и непригодные типы оптических межсоединений.

- Наибольшего повышения эффективности оптических межсоединений типа оптическое волокно - канальный волновод (КВ) за счет введения торцевых микролинз можно добиться в случае ввода типа одномодовое ОВ - КВ и вывода типа КВ - многомодовое ОВ. Эффективность этих соединений повышается при этом на 20 - 80 %, а допуск на совмещение растет в 2 — 5 раз.

- Прецизионная оптическая юстировка может быть достигнута за счет комбинированных термомеханических эффектов усадки, удлинения и скручивания при воздействии лазерного излучения на сложноперфорированные оправы МОЭ, изготовленные из тонколистовых металлов (пластин).

Практическая ценность работы:

1. Разработан действующий макет экспериментальной установки для производства микрооптических элементов на торцах оптических волокон с различными параметрами, который может служить прототипом автоматизированной промышленной установки.

2. Предложена лазерная технология изготовления согласующих микрооптических элементов, обладающая достаточной точностью и воспроизводимостью за счет обратной связи по оптическим параметрам.

3. Продемонстрирована возможность повышения эффективности оптических межсоединений при использовании полученных микрооптических элементов.

4. Определены оптимальные методы тестирования микрооптических элементов.

5. Разработан метод юстировки микрооптических элементов, поддающийся автоматизации, и оригинальная конструкция соответствующего привода.

Реализация на практике

Результаты работы по согласованию оптических волокон с канальными волноводами были использованы в международном проекте с Бременским институтом силовой лучевой оптики BIAS (Германия) и СПбГУ ИТМО (Россия) - "Fiber-Chip coupling in integrated-optical polymer devices". Установка для изготовления микролинз на торцах OB и сами микролинзы в успешно эксплуатирует фирма «Медлаз-Нева» при создании лазерных терапевтических установок. Апробация работы

Результаты были доложены на следующих конференциях:

1. Международной конференции Photon Processing in Microelectronics and Photonics II (2003 San Jose, California, USA).

2. IV Международная конференция Прикладная Оптика СПб 2004.

3. XXXIV Научно-техническая конференция профессорско-преподавательского состава СПб УИТМО 2005.

4. II Межвузовская конференция молодых ученых СПб УИТМО 2005.

5. Всероссийская межвузовская научно-технической конференция XXXIII неделя науки СПб ГПУ 2005.

Основные результаты и перспективы развития данной работы:

1. Разработан действующий макет экспериментальной установки для производства микрооптических элементов на торцах оптических волокон с различными параметрами и диаметром сердцевины от 10 до 600 мкм, который может служить прототипом автоматизированной промышленной установки.

2. Разработана двухступенчатая технология изготовления микролинз на коническом окончании волокна. Для получения конических микролинз с г«0.5¿4 эффективно использование метода получения конуса - с использованием вытяжки волокна при нагреве лазерным излучением (схема с тороидальным зеркалом).

3. В качестве параметров для контроля получаемых микролинз наиболее эффективно использование числовой апертуры (ЧА) микролинзы и углового распределения энергии (диаграммы направленности). Разработаны и опробованы две экспериментальные схемы по тестированию торцевых микролинз в процессе их изготовления, основанные на:

- включении измерительного канала для ЧА линз в схему изготовления на основе предварительного расчета требуемых оптических параметров торцевых микролинз (ЧА микролинз),

- измерении в процессе изготовления микролинзы эффективности стыковки.

4. Определены и экспериментально исследованы методы измерения параметров торцевых микролинз таких как: числовая апертура, фокальный отрезок, радиус кривизны.

5. Анализ энергетической и информационной эффективности оптических межсоединений может быть выполнен на основе инварианта Лагранжа-Гельмгольца, что позволяет достаточно просто и точно выявить перспективные и непригодные типы оптических межсоединений.

6. Проведены экспериментальные исследования и математическое моделирование применения торцевых микролинз для решения задачи оптимизации оптических межсоединений для двух случаев — согласования оптического волокна и канального волновода, и оптического волокна и полупроводникового лазера. Результаты экспериментов показывают, что использование торцевых микролинз повышает эффективность оптического контакта на 20 — 35% и существенно расширяет поле допусков на поперечное смещение волокна.

7. В работе предложено решение проблемы юстировки пространственного положения волокон с торцевыми микролинзами на основе метода управляемого деформирования деталей с помощью лазерного излучения. Представлена конструкция и результаты экспериментальных исследований привода для точного пространственного позиционирования, который позволяет юстировать положение детали по двум линейным и двум угловым координатам с шагом 1 мкм (0,2 мрад) и менее.

Заключение.

1. Убайдуллаев Р. Р. Волоконно-оптические сети. - М.: Эко-Трендз, 2000. -268 с.

2. Волоконно-оптические датчики. Под ред. Окоси Т. — Л.: Энергоатомиздат, 1990. — 256 с.

3. Маркузе Д. Оптические волноводы. М.: Мир, 1974. - 576 с.

4. Чео П. К. Волоконная оптика: Приборы и системы. — М.: Энергоатомиздат, 1988. — 280 с.

5. Хансперджер Р. Интегральная оптика: Теория и технология. М.: Мир, 1985.-384 с.

6. Семенов А. С., Смирнов В. Л., Шмалько A.B. Интегральная оптика для систем передачи и обработки информации. М.: Радио и связь, 1990. -224 с.

7. Дедушенко К. Б., Семенов А. С., Смирнов В. Л., Шмалько А. В. Методы согласования устройств интегральной оптики и волоконно-оптических линий связи (обзор) // Квантовая электроника. 1983. № 9, Т. 10. С. 17331763.

8. Семченко О. Н., Шмалько А. В., Исследование возбуждения и стыковки многомодовых полосковых оптических волноводов // Изв. Вузов. Радиофизика. 1984. № 4, Т. 27. С. 496 504.

9. Gallagher D. Photonic crystals show promise for wiring optical chips // Europhotonics. 2004. № 4. P. 20 21.

10. Калачев А.И. Кандидатская диссертация. Разработка и исследование лазерной технологии вытяжки БОЗ. СПб.: СПбГИТМО (ТУ). 2002.

11. Атласов К.А., Вейко В.П., Калачев А.И., Капорский Л.Н., Яковлев Е.Б. Экспериментальные и теоретические исследования процесса лазерной вытяжки оптических ближнепольных зондов // Изв. РАН. Сер. физ. 2001. №6, Т. 65. С. 941-945.

12. Atlasov К.A., Voznessensky N.B., Veiko V.P. Technical aspects of the optical far-field evaluaton method for SNOM-tips characterization //

13. Proceedings of the 1 st scientific workshop-presentation "Optical Micro- and Nanotechnologies" SPb, IFMO, 2002. P. 72-79.

14. Новиков B.M., Змиевский Г.Н. Лазерная и оптическая техника и технология. Курск. 1997.

15. Presby Н. М., Benner A. F., Edwards С. A. Laser micromachining of efficient fiber microlenses // Applied Optics. 1990. No 18, Vol. 29. P. 2892 2895.

16. Edwards C. A., Presby H. M., Dragone C. Ideal microlenses for laser to fiber coupling // Journal of lightwave technology. 1993. No. 2, Vol. 11. P. 252 -257.

17. Edwards C. A., Presby H. M. Coupling-sensitivity comparison of hemispheric and hyperbolic microlenses // Applied Optics. 1993. No 9, Vol. 32. P. 1573 — 1577.

18. Вейко В.П., Березин Ю.Д., Чуйко B.A. Лазерные технологии формирования волоконно-оптических инструментов // Изв. РАН. Сер. физ. 1997. №8, Т.61. С. 1627-1631.

19. Вейко В. П., Метев С. М. Лазерные технологии в микроэлектронике. — София.: Болгарская АН, 1991. 364 с.

20. Вейко В.П., Либенсон М.Н. Лазерная обработка. Л.: Лениздат, 1973.

21. Тархов Г.Н. Обработка материала сфокусированным излучением ОКГ.-М.:ЭНИМС,1965.

22. Вейко В.П., Либенсон М.Н., Мелючев A.M. и др. Лазерная технология. -М.: ЦНИИ, Электроника, 1970.

23. Вейко В.П., Либенсон М.Н. Обработка материалов излучением оптических квантовых генераторов. — Л.: ЛДНТП, 1969.

24. Григорьянц А.Г. Основы лазерной обработки материалов. — М.: Машиностроение, 1989.

25. Лазеры в технологии. Под ред. Стельмаха. — М.: Энергия, 1975.

26. Рыкалин Н.Н., Углов А.А., Кокора А.Н. Лазерная обработка материалов. М.: Машиностроение, 1975.

27. Применение лазеров. Под ред. М. Росса. М.: Мир, 1974.

28. Крылов К.И., Прокопенко В.Т., Митрофанов Л.С. Применение лазеров в машиностроении и приборостроении. -Д.: Машиностроение, 1978.

29. Лазерное технологическое оборудование. Обзор. — "Радиоэлектроника за рубежом", вып. 13, 1976.

30. Kozo Т., Kentaro A., Takeshi N., Masahiro I. Lévitation of a microscopic object using plural optical fibers // Optics communications. 2000. Vol. 176. P. 43-47.

31. Kozo T., Masaru T., Masahiro I. Theoretical study of an optical lévitation using dual beam from optical fibers inserted at an angle // Optics communications. 2001. Vol. 194. P. 67-73.

32. Rahman F.A., Takahashi K., Teik C.H. A scheme to improve the coupling efficiency and working distance between laser diode and single mode fiber // Optics communications. 2002. Vol. 208. P. 103-110.

33. Lu S., Yan Y.B., Yi D.E., Jin G.F., Wu M.X. Integrated difractive optical mode converter for fiber-to-waveguide coupling // Optics & Laser Technology. 2003. No. 35. P. 369 373.

34. Галютина Т.А., Козлов В.А. Волоконные микролинзы для высокоэффективного ввода излучения лазерных диодов // Оптический журнал. 1997. № 11, Том 64. С. 79-83.

35. Lee K.S., Barnes F.S. Microlenses on the end of single-mode optical fibers for laser applications // Applied Optics. 1985. No. 19, Vol. 24. P. 3134 -3139.

36. Rahman F.A., Takahashi K., Teik C.H. Theoretical analysis of coupling between laser diodes and conically lensed single-mode fibres utilising ABCD matrix method// Optics Communications. 2003. No. 215. P. 61 68.

37. Barnard C. W., Lit J. W. Y. Single-mode fiber microlens with controllable spot size // Applied Optics. 1991. No 15, Vol. 30. P. 1958 1962.

38. An H.L. Theoretical investigation on the effective coupling from laser diode to tapered lensed single-mode optical fiber // Optics Communications. 2000. No. 181. P. 89-95.

39. Марковкина H.H. Кандидатская диссертация. Лазерное формирование микропипеток. СПб.: СПбГУ ИТМО. 2005.

40. Barnard С. W., Lit J. W. Y. Mode transforming properties of tapered singlemode fiber microlenses // Applied Optics. 1993. No 12, Vol. 32. P. 2090 -2094.

41. Lee K.S. Focusing characteristics of a truncated and aberrated Gaussian beam through a hemispherical microlens // Applied Optics. 1986. No 20, Vol. 25. P. 3671 -3675.

42. Kuwahara H., Sasaki M., Tokoyo N. Efficient coupling from semiconductor lasers into single-mode fibers with tapered hemispherical ends // Applied Optics. 1980. No 15, Vol. 19. P. 2578 2583.

43. Hillerich B. Shape analysis and coupling loss of microlenses on single-mode fiber tips // Applied Optics. 1988. No 15, Vol. 27. P. 3102 3106.

44. Gangopadhyay S., Sakar S. N. Laser diode to single-mode fiber excitation via hyperbolic lens on the fiber tip: Formulation of ABCD matrix and efficiency computation // Optics Communications. 1996. No 132. P. 55 60.

45. Кухтин C.B. Кандидатская диссертация. Лазерное формирование медицинского волоконно-оптического рассеивающего инструмента. -СПб.: СПбГИТМО (ТУ), 1999.

46. Мачулка Г. А. Лазерная обработка стекла. М.: Наука, 1977. - 135 с.

47. Миркин Л.И. Физические основы обработки материалов лучами лазера.-М.: МГУ, 1975.

48. Яковлев Е.Б. Лазерное оборудование, автоматизация и контроль технологических процессов. Конспект лекций. Часть 1. Учебное пособие. СПб.: СПбГИТМО (ТУ), 2002.

49. Газовые лазеры. Сборник статей. Под ред. Соболева H.H. — М.: Мир, 1968.

50. Калева Т.Ф., Огнин В.Н., Соболев H.H. С02-лазер при комнатной температуре // Квантовая электроника. Под ред. Басова Н.Г. М.: Сов. Радио, 1973.

51. Белоусов Е.К., Кондратенко B.C., Мачулка Г.А., Чуйко В.А. Управляемое термораскалывание стекла лазерным излучением диапазона 10,6 мкм // Электронная промышленность. 1978. №9.

52. Мачулка Г.А., Гурьянов В.М., Муратова Л.П. Лазерная резка стекла // Стекло и керамика. 1972. №10.

53. Болыпов В.Ф., Гурьянов В.М., Мачулка Г.А. Муратова Л.П. Лазерная технологическая установка для резки профильного стекла // Квантовая электроника. Под ред. Басова Н.Г. №6. М.: Сов.радио, 1971.

54. Ландсберг Г. С. Оптика. М.: Наука, 1976. - 928 с.

55. Пахомов И.И., Цибуля А.Б. Расчет оптических систем лазерных приборов. М.: Радио и связь, 1986. - 152 с.

56. Матвеев А.Н. Оптика. М.: Высшая школа, 1985.

57. Бартенев Г.М. Механические свойства и тепловая обработка стекла. -М.: Стройиздат, 1960.

58. Яковлев Е.Б. Изменение структуры стекла при лазерном нагревании // Оптич. журн. 1996. №2. С. 5 9.

59. Стекло. Справочник под ред. Н.М. Павлушкина. -М.: Стройиздат, 1973.

60. Мазурин О.В., Стрельцина М.В., Швайко-Швайковская Т.П. Свойства стекол и стеклообразующих расплавов // Справочник. Т.З. —Л.: Наука, 1977.

61. Вейко В.П., Шахно Е.А. Сборник задач по лазерным технологиям. -СПб, СПбГУИТМО, 2003.

62. Лыков A.B. Теория теплопроводности. -М.: Высшая школа, 1967.

63. Физические величины. Справочник под ред. Григорьева И.С., Мейлихова Е.З. М.: Энероатомиздат, 1991.

64. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача. М.: Энергия, 1969.

65. Шорин С.Н. Теплопередача. -М.: Высшая школа, 1964.

66. Креопалова Г. В., Лазарева Н. JL, Пуряев Д.Т. Оптические измерения: Учебник для вузов по специальностям «Оптико-электронные приборы» и «Технология оптического приборостроения». — М.: Машиностроение, 1987.-264 с.

67. Veiko V.P., Voznesensky N.B., Voznesenskaya N.N., Pashin V.F., Petrov A.A., Metev S.M., Wochnowski C. Optical interconnection optimization based on a classical approach // Proceedings SPIE. 2003. Vol. 4977. P.569-577.

68. Вейко В.П., Вознесенский Н.Б., Пашин В.Ф., Петров А.А. Вознесенская Н.Н. Гибридные оптические схемы: исследование проблемы оптических межсоединений на основе классического подхода // Известия вузов Приборостроение. 2004. №10, т. 47. С. 5 14.

69. Born М., Wolf Е. Principles of optics 6-th ed. Pergamon. Oxford. 1970.

70. Стерлинг Д. Дж. Техническое руководство по волоконной оптике. М.: ЛОРИ, 1998.

71. Вознесенская Н.Н. Кандидатская диссертация. Математическое моделирование распространения света в оптических микроструктурах. — СПб.: СПбГУ ИТМО. 2005.

72. Wochnowski С., Metev S. Photochemical laser technology for integrated-optical components of polymer basis. LAT'02, Moscow, Russia

73. Frank W.F.X., Schosser A., Brunner S., Linke F., Strempel Т.К., Eich M. Optical properties of waveguiding structures in polymers // Proceedings SPIE. 1992. Vol. 1774. P. 268-277.

74. Петров А.А., Вейко В.П. Оптимизация оптических межсоединений с использованием волоконных микролинз // VI Международная конференция Прикладная Оптика. Сборник трудов. 2004. Т. II. С. 125126.

75. Петров A.A., Вейко В.П. Использование волоконных микролинз для повышения эффективности соединения типа волокно-волновод // Вестник II межвузовской конференции молодых ученых. Сборник научных трудов СПб: СПбГУ ИТМО. 2005. Т. 3. С. 170 174.

76. Погарев Г. В. Юстировка оптических приборов. -JI.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1982. -237 с.

77. Sterkenburgh Т., Franke Н., Becker М. Recording grooves for fiber-chip coupling in PMMA using KrF excimer laser radiation: experiment and simulation // Applied Physics B. 1999. No 68. P. 1061-1067.

78. Frank W.F.X., Schösser A., Stelmaszyk A., Schulz J. Ionizing radiation for fabrication of optical waveguides in polymers // Polymers in Optics: Physics, Chemistry, and Applications. Critical Reviews. Vol. CR63. P. 65 — 82.

79. Vollertsen F. Mechanisms and Models for Laser Forming // Manufacturing Systems. 1995. Vol. 24, No 3. P. 207-214.

80. Vollertsen F. An analytical model for laser bending // Lasers in Engineering. 1994. No 2. P. 261 -276.

81. Muller B. Virtual Engineering helps to get laser adjustment industrially accepted // Proc. SPIE. 2000. Vol. 4088. P. 164-167.

82. Hoving W. Laser adjustment, a novel technique to obtain fast, sub-micron accuracy in mass production // Proc. SPIE. 2002.Vol. 4426.

83. Vollertsen F., Geiger M. Laserstrahljustieren mechatronischer Komponenten. Laser Von der Wissenschaft zur Anwendung. Strahltechnik Bd. 10. BIAS Verlag, Bremen 1997, 309-320.

84. Li W., Yao Y.L. Numerical and experimental study of strain rate effects in laser forming // Journal of manufacturing science and engineering. 2000. Vol. 122. P. 445-451.

85. Cheng J., Yao Y.L. Microstructure integrated modeling of multiscan laser forming // Journal of manufacturing science and engineering. 2002. Vol. 124. P. 379-387.

86. Дарков А.В., Шапиро Г.С. Сопротивление материалов. М.: Высшая школа, 1975.

87. Steen W.M. Laser material processing. Springer-Verlag. London. 2003

88. Дьяконов В.П., Абраменкова И.В. Mathcad 7 в математике, физике и в Internet. -М.: Нолидж, 1998.

89. Вейко В.П., Петров А.А. Пространственное позиционирование микродеталей с помощью лазерного излучения // Микросистемная техника. 2002. № 7. С. 23-27.

90. Тел. (812) 251-33-87 Факс(812} 251-03-851. Исходящий №1. Дата fa/OO'f

91. АКТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ результатов диссертационной работы Петрова A.A.

92. Р/сч 40702810025000000354 в ОАО "Промышленно-строительный банк" , к/сч. 30101810200000000791, БИК 044030791 ,ОПЕРУ 5., г. Санкт-Петербург.1.A'XO.»