автореферат диссертации по электронике, 05.27.06, диссертация на тему:Разработка, исследование и моделирование процессов изготовления интегрально-оптических элементов в кристаллах ниобата лития

На правах рукописи Экз. №

Апраксин Дмитрий Васильевич

РАЗРАБОТКА, ИССЛЕДОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИНТЕГРАЛЬНО-ОПТИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ В КРИСТАЛЛАХ НИОБАТА ЛИТИЯ

(05.27.06 - Технология и оборудование для производства полупроводников, материалов и приборов электронной техники)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2003

Работа выполнена на кафедре материалов и процессов твердотельной электроники Московского государственного института электронной техники (технического университета)

Научный руководитель:

профессор, доктор физико-математических наук

Коркишко Ю. Н.

Официальные оппоненты:

профессор, доктор физико-математических наук

кандидат технических наук

Яковлев В. Б.

Голубский А. А.

Ведущая организация:

Томский университет систем управления и радиоэлектроники

Защита состоится

и

II

2003 г.

на заседании диссертационного совета Д.212.134.03

при Московском государственном институте электронной техники (ТУ)

по адресу:

124498, Москва, К-498, г. Зеленоград, МИЭТ

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института Автореферат разослан "_"_2003 г.

Соискатель

Апраксин Д. В.

Ученый секретарь диссертационного < доктор технических наук, профессор

'¿ос

Общая характеристика работы

Актуальность работы

Сегнетоэлектрические кристаллы ниобата лития (ЫЫЬОз) являются основными материалами современной интегральной оптики. Это обусловлено, прежде всего, высокими значениями электро-, акусто- и нелинейно-оптических коэффициентов, а также отлаженностью технологий их промышленного роста и производства пластин большого диаметра (до 100 мм). В последние годы на этих кристаллах реализован целый класс функциональных и цифровых интегрально-оптических схем (ИОС), таких как переключающие матрицы, анализаторы спектра, СВЧ фазовые и амплитудные модуляторы, а также целый класс датчиков физических величин, прежде всего датчиков перемещения. Использование высоких нелинейно-оптических свойств этих кристаллов позволило реализовать волноводные устройства преобразования частоты, такие как устройства генерации второй гармоники, сложения и вычитания частот, а также параметрические генераторы света для создания излучателей синего и зеленого света, а также перестраиваемых в широком диапазоне волноводных лазеров ИК излучения. Путем локального включения ионов редкоземельных и переходных металлов в кристаллы ниобата лития реализованы волноводные лазеры. Интеграция излучателя и электро-, акусто- и нелинейно-оптических элементов на единой подложке позволяет создавать ИОС по своим функциональных характеристикам превосходящие современные электронные интегральные схемы [1].

Одним из наиболее перспективных методов формирования поверхностных слоев в кристаллах ниобата лития, обладающих оптическими и акустическими волноводными свойствами, является протонный обмен (ПО), заключающийся в замене ионов лития в кристаллах 1лЫЬ03 на протоны из специальных расплавов и растворов. Данный метод относительно технологически прост и позволяет реализовывать интегрально-оптические схемы с высокими требуемыми параметрами. Однако, несмотря на технологическую простоту метода, протонообменные световоды характеризуются

3 1 рос национальная";

| библиотека ]

! ¿"Ю/

сложным структурно-фазовым многообразием. Недавно было установлено, что семь различных Нх1л1_хМ)Оз фаз могут формироваться в протонообменных световодах. Различные фазы обладают существенно различающимися оптико-физическими свойствами. Формирование структур, содержащих несколько фаз существенно ухудшает качество интегрально-оптических схем из-за дополнительного рассеяния света на фазовых границах. Поэтому, разработка технологических процессов изготовления интегрально-оптических схем требует проведения исследований кинетики формирования фазово-однородных световодов, содержащих оптимальную фазу. Актуальным является разработка методов моделирования конкретных интегрально-оптических схем, учитывающих кинетические параметры процесса.

В связи с вышеизложенным, диссертационная работа, посвященная моделированию и экспериментальному исследованию интегрально-оптических элементов в кристаллах ниобата лития, полученных методом протонного обмена является весьма актуальной. Действительно, в последнее время наблюдается стремительный рост спроса на такие элементы в связи с развитием волоконно-оптических линий связи. Однако, моделирование воздействия различных технологических и топологических факторов на параметры интегрально-оптических 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.

Цель работы

Основной целью данной работы является разработка, исследование и моделирование процессов изготовления интегрально-оптических элементов в кристаллах ниобата лития методом протонного обмена. Работа включает разработку методов моделирования воздействия различных технологических параметров и конструкции интегрально-оптических элементов на их характеристики. Исходя из этого, конкретные задачи состояли в следующем:

• Разработка нового метода восстановления профиля показателя

преломления (ППП) в градиентных пленарных световодах.

.i-.ru'' • 4

'Л

• Изучение кинетики формирования фазово-однородных световодов в кристаллах ниобата лития. Исследование особенностей протекания процесса.

• Разработка универсального метода моделирования интегрально-оптических элементов, формируемых различными технологическими процессами. Моделирование распространения света в интегрально-оптических устройствах, полученных методом высокотемпературного протонного обмена.

Для достижения указанных целей необходимо было решить

следующие основные задачи:

• Разработать методики определения коэффициентов самодиффузии протонов и ионов лития в процессе получения фазово-однородных световодов в кристаллах ниобата методом высокотемпературного протонного обмена.

• Экспериментально определить температурные зависимости коэффициентов самодиффузии протонов и ионов лития в процессе получения а-НхЬ1,.х№)Оз световодов методом высокотемпературного протонного обмена.

• Разработать алгоритм и программную реализацию нового метода восстановления ППП в градиентных планарных световодах.

• Основываясь на полученных экспериментально кинетических параметрах процесса, разработать алгоритм и программное обеспечение нового метода определения распределения показателя преломления в трехмерных (канальных) протонообменных световодах в кристаллах ниобата лития.

• Разработать программное обеспечение для моделирования распространения световой энергии в различных интегрально-оптических устройствах и использовать его для определения оптимальной топологии У-разветвителя, получаемого методом высокотемпературного протонного обмена в кристаллах ниобата лития.

Научная новизна

• Разработан метод восстановления ППП градиентных планарных световодов. Метод позволяет восстанавливать .профили различных видов.

• Изучена кинетика формирования фазово-однородных световодов в кристаллах ниобата лития. Исследованы особенности процесса формирования. Определены коэффициенты самодиффузии протонов и ионов лития в а-НхЫ]. хИЬОз.

• Разработан универсальный метод моделирования ППП для канальных протонообменных световодов, полученных методами прямого и обратного обмена, а также протонного обмена с последующим отжигом.

• Разработан метод моделирования распространения световой энергии в интегрально-оптических схемах.

• Исследовано влияние технологических параметров и топологии на оптические свойства ряда интегрально-оптических элементов, получаемых в кристаллах ниобата лития методом протонного обмена.

Практическая значимость работы

Работа выполнялась в рамках проекта по разработке элементной базы волоконно-оптического гироскопа (ВОГ), в частности многофункционального интегрально-оптического элемента (МИОЭ) на кристалле ниобата лития, выполняющего функции разветвителя, поляризатора и модулятора лазерного излучения. Наиболее практически важными результатами работы, позволившими разработать и оптимизировать технологию изготовления МИОЭ являются следующие:

• Разработана оптимальная топология У-разветвителя, полученного методом высокотемпературного протонного обмена.

• Разработан и программно реализован метод восстановления ППП в градиентных планарных световодах.

На защиту выносятся следующие положения

1. Температурные зависимости коэффициентов самодиффузии протонов и ионов лития в a-HxLii.xNb03 фазе.

2. Метод восстановления ППП в градиентных планарных световодах, позволяющий восстанавливать профили различных видов.

3. Универсальный метод моделирования ППП для канальных протонообменных световодов, формируемых методами прямого и обратного протонного обмена, а также протонного обмена с последующим отжигом.

4. Метод моделирования распространения световой энергии в интегрально-оптических схемах. Оптимальная топология Y-разветвителя, полученного методом протонного обмена.

Внедрение результатов работы

Результаты диссертационной работы используются в ООО

"Оптолинк" в рамках разработки и изготовления волоконно-

оптических гироскопов.

Апробация работы

Основные результаты работы докладывались на:

1. Восьмая всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов "Микроэлектроника и информатика-2001", Москва, 18,19 апреля 2001 г.

2. Первая Российская конференция молодых учёных по физическому материаловедению, г. Калуга, 4-7 октября 2001 г.

3. Девятая всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов "Микроэлектроника и информатика-2002", Москва, 17,18 апреля 2002 г.

4. Simposium and Summer School "Nano and Giga Challenges in Microelectronics Research and Opportunities in Russia", Moscow, September 10-13,2002.

5. IV Международной научно-технической конференции "Электроника и информатика-2002", Москва, Зеленоград, 19-21 ноября 2002 г.

6. SPIE International conference "Integrated Optical Devices: Fabrication and Testing", Belgium, Brugge, 2002.

7. Десятая всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов "Микроэлектроника и информатика-2003", Москва, 23,24 апреля 2003 г.

8. 5th International Workshop on Laser & Fiber-Optical Networks Modelling, Alushta, Ukraine, 2003.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ, в том числе: 2 в журнале «Известия ВУЗов, серия Электроника.», 1 статья в журнале Microelectronics Engineering, 1 в сборнике Proceedings of SPIE, а также материалы (статьи и тезисы докладов) российских и международных конференций.

Структура диссертации

Диссертация состоит из введения, четырёх глав, основных результатов и выводов по работе, содержит 127 страниц машинописного текста, включая 10 таблиц, 36 рисунков и список литературы в количестве 103 наименований.

Содержание диссертации

Во введении обосновывается актуальность темы диссертационной работы. Рассматриваются проблемы и направления создания интегрально-оптических устройств. Отмечается необходимость моделирования воздействия различных технологических параметров и конструкции интегрально-оптических элементов.

В первой главе рассмотрены материалы интегральной оптики, такие как полупроводниковые соединения и монокристаллы активных диэлектриков, в том числе наиболее широко используемые кристаллы ниобата и танталата лития. Приведены описания основных методов получения волноводных структур на базе рассмотренных материалов.

Отмечено, что основными критериями выбора материалов являются их оптическое качество, высокие значения оптико-

физических параметров (электро-, акусто-, магнитооптических, нелинейных и т.д.) и технологичность изготовления на них волноводных элементов.

Рассмотрены различные направления моделирования процессов изготовления интегрально-оптических элементов и их функционирования. В частности рассмотрена задача восстановления ППП градиентных планарных оптических волноводов. Приведено описание метода модовой спектроскопии, используемого в задаче восстановления ППП. Широкое распространение нашли методы восстановления ППП, основанные на методе Венцеля-Крамерса-Бриллюэна (ВКБ) описанные в работах [2] и [3]. Однако практика требует создания более универсальных и устойчивых методов, подверженных меньшему влиянию от случайных ошибок при проведении экспериментальных измерений. В работе [4] авторы предложили усовершенствованный метод восстановления ППП, рассмотрев при этом устойчивость предлагаемого подхода к систематическим ошибкам вычислений и случайным ошибкам исходных данных.

Для изучения влияния различных технологических параметров на процесс изготовления канальных оптических волноводов и их функционирование рассмотрены такие задачи моделирования как задача расчета ППП канальных оптических волноводов, задача модового анализа (метод конечных разностей и метод конечных элементов) и задача распространения световой энергии.

Задача расчёта ППП канальных оптических волноводов осложняется тем, что в общем случае, для кристаллов нет линейной зависимости между изменением значения показателя преломления и концентрацией ионов из-за наличия различных фаз, для каждой из которых эта зависимость различна.

Модовый анализ и моделирование распространения световой энергии являются основой для анализа влияния топологии интегрально-оптического прибора на его функциональные характеристики. Эти две задачи должны быть неразрывно связаны с расчётом ППП, для учёта влияния параметров процесса ионного обмена.

В совокупности рассмотренные задачи составляют основу построения современных, коммерчески доступных пакетов моделирования и анализа работы интегрально-оптических устройств.

Анализ литературных данных показал необходимость дальнейшего усовершенствования подходов для решения задачи о восстановлении ППП планарных оптических волноводов, а также более эффективное решение задачи расчета ППП канальных световодов, совместно с решением задачи о распространении световой энергии.

Вторая глава посвящена разработке и исследованию нового метода восстановления ППП градиентных планарных оптических волноводов.

Для измерения значений эффективных показателей преломления (ЭПП) в плёночных и градиентных планарных оптических волноводах наибольшее распространение нашёл метод модовой спектрометрии [5], описанный в первой главе. Данный метод является не разрушающим и обладает высокой точностью (до 0.0001). В качестве недостатка следует отметить ограниченность числа получаемых результатов, так как число значений ЭПП соответствует числу мод в оптическом волноводе.

В предлагаемом методе используется обобщенная функция Гаусса для описания ППП:

п{г) = + Ал • ехр

Г 0\

\ и /

(1)

где Ди = п0 — п$ поверхностное приращение показателя преломления в световоде, п5 и п0 - показатели преломления на поверхности подложки и световода, соответственно.

Применение данной функции обусловлено её главными преимуществами [6]:

1. Простота функции - наличие всего трёх параметров - а, ¿1 и п0, или всего двух параметров, если значение п0 известно.

2. Возможность построения различных видов ППП, используемых для описания реальных световодов. Для различных а имеем: квазиэкспоненциальную зависимость при а < 1, экспоненциальную при а = 1, гауссиан а-1, квазиступенчатую зависимость а » 10.

3. Поскольку параметр а изменяется не дискретно, то можно рассматривать переходные случаи (такие как: ступенька - гауссиан, гауссиан - экспонента и другие).

Главный недостаток применения указанной функции (1) связан с тем, что приходиться искать два параметра and, вместо одного, как, например, при использовании функций параболы, erfc, экспоненты и др.

Второй недостаток, связанный не столько с рассматриваемой функцией (1), а с методом в целом - отсутствие возможности восстанавливать сложные ППП планарных световодов, сформированных в кристаллах, при условии формирования нескольких фаз на поверхности таких световодов.

Основная идея предлагаемого метода восстановления ППП состоит в аппроксимации искомого lililí обобщенной функцией Гаусса и итерационном поиске таких оптимальных параметров (a, d, An) этой функции, которые обеспечивают минимум в смысле наименьших квадратов функционала невязок экспериментальных и расчетных данных.

На основе предложенной идеи рассматриваются две схемы решения задачи восстановления профиля - схема расчета, если значение показателя преломления на поверхности известно и схема, если это значение не задано.

В разделе 2.3.1. рассматривается наиболее простая схема расчёта для двух заданных значений Э1111 и известного значения показателя преломления на поверхности свтовода.

В разделе 2.3.1.1. приведены результаты тестовых расчётов для схемы, описанной в предыдущем разделе 2.3.1. Произведен анализ точности поиска значений and путём сравнения полученных результатов с точными, предварительно известными значениями. Относительная ошибка при поиске значений and лежит в пределах 0,05 - 0,80%. Выполнена проверка устойчивости представленного метода восстановления ППП, путём расчёта значений and для точно заданных значений ЭПП двух мод и для значений ЭПП с некоторым отклонением от заданных на величину Д =0.0002. Показано, что при этом максимальное отклонение значения коэффициента а составило 1.3043, а коэффициента d 0.0431.

Раздел 2.3.2. посвящен алгоритму расчёта в случае, если значение показателя преломления на поверхности световода не задано. При этом количество заданных значений ЭПП должно быть не менее трёх. Процесс поиска оптимальных значений параметров уравнения (1) а и (1 осуществляется путём поиска минимального значения функции-невязки. Сама функция и её расчёт подобраны таким образом, чтобы исключить ложные решения задачи. Иными словами, функция невязки унимодальная. Для оптимизации процесса расчёта (сокращение времени вычислений) был применён алгоритм, называемый «золотое сечение». Основа алгоритма - последовательное приближение к минимуму в цикле, пока не будет достигнута заданная точность поиска.

В разделе 2.3.2.1. приведены графики функции невязки при поиске оптимальных значений параметров а и п0. Показано, что за

редкими исключениями, связанными с неверными исходными данными, функции невязки унимодальные, имеющие характерный минимум в точке оптимального значения искомого параметра. На рисунках 1 и 2 приведены графики функции невязки при поиске оптимальных значений параметров а и п0 соответственно.

Рис. 1. Типичный вид функции невязки для широкого диапазона поиска оптимального значения параметра а.

5 4,5

4 -3,5 -3 -u- 2,5 2 ■ 1,5 -1 -0,5 ■ 0 ■

2,2 2,25 2,3 2,35 2,4 2,45 2,5 показатель преломления

Рис. 2. Типичный вид функции невязки при поиске оптимального значения показателя преломления поверхности световода п0.

Приведён пример набора исходных данных, когда прелагаемый метод восстановления 111111 даёт неверный результат, вероятно в связи с наличием ошибки в измеренных значениях ЭПП. Приведён график функции невязки для указанного случая при поиске п0. Указана

причина возникновения неверного результата и метод её устранения для подобных случаев, что дополнительно повышает устойчивость метода.

В разделе 2.4. приведены примеры восстановления 111111 в градиентных планарных световодах. Из приведённых примеров показано, что разработанный метод универсален, есть возможность восстанавливать различные виды ППП, включая ступенчатый. На рисунке 3 показаны графики ППП для образца, изготовленного в расплаве бензойной кислоты на пластине LiNb03 легированной 5 мол.% MgO (Х-срез) методом прямого протонного обмена. Протонный обмен проводился при Т=220° С в течение 6 ч. Далее образец 1 отжигался на воздухе при Т=330°С. Времена отжига составляли: 0 часов, 50 часов, 440 часов.

Рис. 3. Восстановленные профили показателя преломления образца Ы1ЧЬ03 легированного 5 мол.% (Х-срез).

В третьей главе представлены результаты изучения кинетики, формирования фазово-однородных световодов в кристаллах ниобата лития.

Как было указано в первой главе, одним из наиболее широко применяемых в интегральной оптике материалом является ниобат лития, обладающий высокими электрооптическими, нелинейно-оптическими, пьезоэлектрическими и акустооптическими свойствами. Кроме этого данный материал технологичен, а одним из основных методов получения световодов в ЫИЬОз является протонный (ионный) обмен.

Известно, что, протонообменные световоды характеризуются сложным структурным многообразием. Ранее было установлено, что в результате непосредственно протонно-литиевого обмена хН* + 1л№Ю3 = НхЫьхЫЬОз +х!л+, пять различных кристаллических фаз, а именно Р4, Рз> Рг, Р1 и а- Нх1л,.хКЬ03 могут реализоваться в поверхностных слоях [7]-[10]. Наибольший практический интерес вызывает а-фаза, так как волноводы, содержащие ее, имеют наименьшие оптические потери и обладают максимальными электрооптическими и нелинейно-оптическими свойствами. Одним из основных и практически единственным методом формирования а-Н:1лЫЬ03 волноводов до недавнего времени оставался метод протонного обмена с

последующим отжигом [11]. Однако в этом процессе происходит несколько фазовых переходов и качество световодного слоя значительно снижается. В работах [12]-[14] предложен и исследован новый эффективный метод получения оптических волноводов высокого качества на подложке ниобата лития -высокотемпературный протонный обмен (ВТПО), позволяющий непосредственного получать фазово-однородные волноводы с a-HxLii. xNb03 фазой, полностью сохраняющей нелинейные и электрооптические свойства ниобата лития.

В разделе 3.2. описан процесс подготовки образцов и приведены использованные методы их исследования. Указана необходимость хорошей герметизации контейнера, в котором предполагается проводить процесс протонного обмена, поскольку состав расплава не должен меняться во время процесса обмена. Приведена последовательность действий для проведения процесса протонного обмена. Использованный расплав характеризуется массовым соотношением стеарата лития (CJI) и стеариновой кислоты (СК), р =тсл/шск. Было использовано значение массового соотношения р, несколько больше порогового р0 [12][13]. В данном случае формируется световод, состоящий из однородной a-фазы с градиентным профилем показателя преломления, максимальное увеличение которого составляет Ап°а =0.02 на длине волны 633 нм. Такой процесс назван мягким протонным обменом (МПО).

Э1111 волноводных мод измерялись на длине волны 633 нм с помощью призменного элемента связи. 111111 по глубине многомодовых фазово-однородных световодов восстанавливался с помощью метода изложенного во второй главе данной работы.

Профили распределения Н и Li по глубине определялись с помощью вторично-ионной масс-спекрометрии (ВИМС) на установке САМЕСА 4f, оснащённой электронной пушкой, используемой для компенсации поверхностного заряда, возникающего при исследовании диэлектриков. Профили распределения элементов по глубине получали в результате бомбардировки ионами Cs+ с энергией 14.5 кэВ и регистрации вторичных ионов в процессе распыления. Скорость эрозии была определена путём измерения глубины кратера в конце каждого этапа анализа при помощи профилометра Tencor Alpha-step.

Спектры ИК отражения в области внутренних колебаний Nb06 октаэдра (300-1000 см"1) измерялись с помощью спектрофотометра Specord М80.

Экспериментальные результаты и их обсуждение приведены в разделе 3.3. Указано, что из измерений ЭПП волноводных мод может быть получена подробная информация о профиле распределения концентрации водорода в световоде, поскольку распределение показателя преломления и концентрации протонов описываются функциями вида (1) с одинаковыми параметрами and.

В разделе 3.3.1. описана процедура определения эффективных у

коэффициентов диффузии. Приведены результаты изменения глубины «

световода d на Х- срезе LiNb03 в зависимости от времени процесса мягкого протонного обмена при различных температурах. Показано, что толщина световода увеличивается пропорционально корню квадратному из времени обмена, то есть подчиняется диффузионному

закону d = 2 jD(T)t . Используя эту зависимость, были определены

эффективные коэффициенты диффузии D(T) для трех различных температур.

Согласно закону Аррениуса, температурная зависимость D(T) имеет вид:

В разделе 3.3.2. представлено нелинейное дифференциальное уравнение описывающие кинетику процесса мягкого протонного обмена:

где О0, () и Я - константа диффузии, энергия активизации и универсальная газовая постоянная, соответственно. Из зависимости

/

\

I

где с- концентрация протонов, £);/ и Ои коэффициенты самодиффузии протонов и ионов лития, соответственно. Здесь ъ - глубина слоя, а / -время процесса протонного обмена.

Как было показано ранее [15], в области а-фазы существует линейная зависимость между изменением показателя преломления и концентрацией протонов, а именно:

х - Дпе • А (4)

где коэффициент А- 4.8; х -концентрация протонов (Н хЫх_хИЬОъ)\ Дле -изменение необыкновенного показателя преломления.

Поэтому, выражение (3) может быть переписано в виде:

(дАп.

/д(

-д/

'дг

дАп

1-

1-

в

А- Ап.

и у

(5)

Уравнения (3) и (5) решались методом сеток при изменении значений коэффициентов самодиффузии Вн и Ви. Затем сравнивались рассчитанные и измеренные концентрационные профили протонов и

N-1 2

вычислялась функция невязки: Т7 = ^ (с(г1) - с (г,)) . Величины

с(г1) и с{г1) являются измеренными и рассчитанными значениями

концентрации протонов, взятыми для определённого числа N позиций по глубине г„ соответственно. Для каждой температуры процесса значения £)я и йц были определены путём минимизации функции невязки Р, усреднённой для всех шагов процесса протонного обмена. I В разделе 3.4. указаны особенности проведения процесса МПО.

' Представлены профили распределения Н и Ы, полученные методом

I ВИМС, для образца полученного методом МПО в расплаве р=0.75%

при температуре 350°С, без поворота контейнера. Во время нагрева и остывания образец проходит через диапазон температур, начиная с комнатной и заканчивая температурой процесса обмена. Показано [12][13], что при температурах ниже температуры обмена на

поверхности образца может образоваться /Зрфаза. Тем не менее, после стабилизации температуры на уровне 350°С на поверхности формируется а-фаза. Формируемая при нагреве образца ¡8гфаза характеризуется количеством водорода, которое в несколько раз выше, по сравнению с а-фазой [15]. При выходе на заданную температуру процесса протоны выходят обратно в расплав за счёт процесса обратного протонного обмена [16]. Результатом этого является формирование заглубленного профиля водорода. Поэтому, чтобы избежать указанного явления, необходимо изолировать образец от расплава во время стадий нагревания и охлаждения, что достигается двойным переворачиванием контейнера.

Факт заглубления профиля концентрации водорода был установлен также при помощи инфракрасной спектроскопии. Приведены ИК спектры пропускания и отражения для образцов 1ЛМЮз Х-среза, изготовленных без поворота тигля. Присутствие фазы видно из ИК спектра пропускания, хотя ИК спектр отражения практически не отличается от соответствующего спектра чистого кристалла 1лМЮ3. Такое поведение может быть объяснено только тем, что глубина проникновения инфракрасного излучения при снятии спектра отражения меньше чем толщина области, содержащей р, фазу.

Четвертая глава затрагивает проблему расчёта ППП ионообменных канальных световодов и моделирование распространения световой энергии.

Совершенствование технологии производства интегрально-оптических устройств, требует физически адекватного моделирования распространения световой энергии. Эта задача неразрывно связана с моделированием структуры таких устройств, в Частности - расчёта ППП планарных и канальных световодов. В свою очередь, задача расчёта ППП усложняется тем, что требуется учитывать сложную топологию интегрально-оптического устройства, это заставляет отказаться от известных частных решений диффузионных задач канальных световодов и требует рассмотрения более универсальных подходов. Решение дифференциального уравнения, описывающего ионообменные процессы, в аналитическом виде невозможно [1]. Более того, расчёт профиля концентрации канального световода, а, следовательно, и ППП для таких кристаллов, как ЫЫЬОъ и ЫТаОг представляет собой не тривиальную задачу, поскольку в процессе

протонного обмена в кристаллах могут формироваться различные фазы, характеризующиеся разными коэффициентами самодиффузии Н* и Ы+, а также различными соотношениями между концентрацией протонов и показателем преломления.

В данной главе представлен метод расчёта ППП для канальных световодов, пригодный для дальнейшего применения в задачах моделирования распространения излучения по заданной структуре. Проверка адекватности рассмотренного метода осуществлена путём сравнения полученных результатов с фундаментальными решениями задачи диффузии для некоторых частных случаев, а также сравнением с результатами из других публикаций. Проведено сравнение и анализ результатов расчёта по предложенному методу, и методу, применённому фирмой OptiWave в программном обеспечении ВРМ_САО. Показана неадекватность результатов расчёта, в программе ВРМ_САО, в связи с неверным методом расчёта ППП канальных световодов.

В разделе 4.1.1. приводиться нелинейное дифференциальное уравнение, аналогичное ранее представленному (3). Отмечено сходство представленного уравнения к уравнениям теплопроводности, уравнениям встречающимся в физике плазмы и т.п. Для решения подобных уравнений могут быть использованы различные общие методы: метод конечных разностей, вариационный метод, метод возмущений и др. В некоторых случаях, упростив задачу, удаётся получить аналитическое решение.

В разделе 4.1.2. приведены более подробные сведения о связи между концентрацией протонов и значением показателя преломления. Приведена таблица из работы [15], в которой содержится информация об изменении необыкновенного показателя преломления Д«„(/) и

концентрации протонов х(г) для различных фаз / - НхЫх_хИЬОг.

Как было показано в третьей главе, для а -фазы ЫИЬОъ связь между

необыкновенным показателем преломления и концентрацией протонов линейна и может быть записана в виде (4). Максимальные изменения значений Дпе и х могут составлять 0.025 и 0.12 соответственно.

При моделировании ППП также необходимо учитывать то, что требуется задавать параметры процесса при котором формируется а -фаза.

Раздел 4.2. посвящен описанию метода расчёта ППП ионообменных канальных световодов.

Предлагаемый метод моделирования хорошо подходит для расчёта ППП световодов, получаемых по технологии высокотемпературного протонного обмена, а также других процессов, при которых не образуется фазовых переходов. Однако, теоретически, метод может быть усовершенствован для возможности расчёта ППП в структурах, где возможны фазовые переходы. В этом случае, например, для кристаллов ЫЫЬОъ потребуется не только знание о

соотношении между концентрацией протонов и изменением показателя преломления, но и знание соответствующих коэффициентов самодиффузии для каждой из фаз.

Нужно отметить, что представленный метод позволяет рассчитывать ППП для трех вариантов ионно-обменных процессов: прямой обмен, отжиг и обратный обмен. Кроме этого учитывается то, что диффузия имеет концентрационно-зависимый характер.

Суть предлагаемого метода расчёта профиля показателя преломления заключается в численном решении дифференциального уравнения (3), учитывая начальные и граничные условия для каждого из процессов, а не поиск аналитических решений для рассматриваемых процессов, тем более что не для всех условий это может быть выполнено.

Для решения дифференциального уравнения (3) был применён метод конечных разностей, для которого была использована экономичная схема, поскольку она сочетает в себе лучшие качества явной (малый объём работы) и неявной (безусловная устойчивость) схем [17].

В разделе 4.3. приводиться краткое описание разработанного программного обеспечения для расчёта ППП канальных световодов и его особенности. Указано, что программное обеспечение состоит из двух главных составляющих - отдельная программа для расчёта ППП, отображения и анализа результатов в виде графиков и динамически присоединяемая библиотека, содержащая в себе модуль расчёта ППП. Библиотека может быть состыкована с другими программами,

например для расчёта распространения световой энергии. Схема взаимодействия показана на рисунке 4.

Модуль расчета процесса диффузии

Рис. 4. Схема взаимодействия внешних модулей для расчёта диффузионных процессов.

Приведено сравнение подходов расчёта профиля показателя преломления, реализованных компанией Орй'ЭДауе в программе ВРМСАБ и подхода описываемого в данной главе. Показано, что методы расчёта применённые в ВРМ_САБ не отвечают реальной физической картине. Для обхода недостатков программы ВРМСАО модуль расчёта диффузии был дополнен поддержкой собственной топологии рассчитываемого интегрально-оптического элемента. В частности, была реализована поддержка расчёта У-разветвителя. Кроме того, компании OptiWave было предложено усовершенствовать взаимодействие внешних модулей для расчёта диффузионных процессов согласно схеме, приведённой на рисунке 4. Компания ОрйА^ауе признала ошибочность своего подхода и приняла метод, предложенный в диссертации для включения в последующую версию ВРМ_САО. Основная идея - сделать доступной информацию о топологии для каждого из сечений при расчёте распространения светового излучения. Для этого требуется передача необходимой информации о топологии в модуль расчёта диффузии.

В разделе 4.4. приведены примеры расчётов с использованием разработанного программного обеспечения.

В работе [18] представлена численная модель, основанная на методе конечных элементов, предназначенная для решения нелинейного диффузионного уравнения ионообменного процесса в стёклах. Произведён расчёт концентрационных профилей для AgJr-Na+ ионообменных канальных световодов. Результаты расчёта, представленные в указанной работе, были подвергнуты сравнению с результатами, полученными с помощью приведённого в четвертой главе метода. Максимальное расхождение рассчитанной относительной концентрации в контрольных точках не превышало 0.005, при минимальной относительной концентрации 0.03.

Работа [19], посвященная моделированию световодов, полученных методом протонного обмена с последующим отжигом, содержит модель для расчёта профиля распределения концентрации после процесса отжига для случая планарного световода. Сравнение профилей распределения концентрации, рассчитанные по приведённой в работе [19] модели и профилей, рассчитанных по предлагаемой в данной главе модели, показало, что значительных расхождений нет.

Были выполнены численные эксперименты по выявлению влияния ширины канала на ППП построенный по центру канала. Кроме этого были осуществлены вычисления, которые показывают влияние изменения ширины одного из каналов в У-разветвителе на вид ППП.

Раздел 4.5. посвящён применению разработанных подходов моделирования ППП канальных световодов и взаимодействию разработанного программного обеспечения с программами моделирования распространения световой энергии для оптимизации топологии У-разветвителя, применяемого в волоконно-оптическом гироскопе (ВОГ), в его ключевом компоненте, называемом многофункциональным интегрально-оптическим элементом (МИОЭ).

МИОЭ представляет собой интегрально-оптическое устройство, изготовленное на Х-срезе 1лМЮ3 методом ВТПО. МИОЭ выполняет функции поляризатора, У-разветвителя и содержит две пары электродов электрооптического фазового модулятора. Очень важным преимуществом применения протонообменного метода состоит в том,

что при его использовании в световодах необыкновенный ГШ увеличивается, а обыкновенный уменьшается. Как результат этого, протонообменные световоды поддерживают распространение мод только одной поляризации (в нашем случае ТЕ). Поэтому в ВОГ не требуется использования дополнительного поляризатора, который бы вносил добавочные потери. МИОЭ представляет собой герметичное твердотельное устройство, которое соединяется с оптическим блоком ВОГ по средством волоконно-оптической сварки.

Сформированный в МИОЭ У-разветвитель расщепляет луч света на две волны равной амплитуды, каждая из которых распространяется по своему собственному канальному световоду, содержащему электрооптический фазовый модулятор. Затем две волны распространяются навстречу друг другу по одномодовому волокну, поддерживающему состояние поляризации, свернутому в многовитковую катушку, образуя оптический сенсор угловой скорости.

Важной задачей является оптимальный выбор функции, описывающей топологию плеч У-разветвителя. Наиболее широко применяемые функции: линейная (6), синусная (7), косинусная (8):

х(2) = + Х* (г

2 —2

х(г) = ^ +:

■(г

-х.

2 я

-БШ

2ят

(6)

"(г -2,)

(7)

е з

где г - позиция относительно начала сегмента, г5, - начальная позиция, ге, хе - конечная позиция.

*2яг

х(г) = х3 + Л<1-соз

I Р

(8)

где А - амплитуда, р - период.

Был произведён расчёт распространения световой энергии по трём приведённым вариантам (6)-(8) У-разветвителя, используя модель расчёта 111111 приведённую в данной главе. Для формирования У-разветвителя использовался МПО с параметрами: время обмена 5 часов, ах=Оу=03286 и ВНх=ВНу=ЪЛ551> мкм2/ч. Коэффициент из (3)

аху = I — В"у !. Размеры элементов топологии У-разветвителя представлены на рисунке 5, а результаты моделирования на рисунке 6.

Длина У-разветвителя, мм

Рис. 6. Относительная энергия, распространяющаяся вдоль У-разветвителя.

Результаты моделирования и последующей экспериментальной проверки позволили остановиться на следующей оптимальной топологии. Если выбрать начало координат как показано на рисунке 5, то:

Основные параметры реализованного МИОЭ при работе на длине волны 830±30 нм:

Основные результаты и выводы

1. Показана практическая значимость задачи восстановления ППП и приведён подход для её решения - применение метода модовой спектрометрии и метод ВКБ. Указаны трудности и ограничения восстановления ППП в одно- и двухмодовых световодах.

2. Предложено использование обобщенной функции Гаусса для описания ППП градиентных планарных световодов. Приведены достоинства и недостатки такого подхода.

3. Разработан метод, позволяющий эффективно и достоверно восстанавливать ППП в планарных световодах. Рассмотрено два алгоритма - для двухмодовых световодов и для световодов, поддерживающих распространение трёх или более мод. Метод обладает универсальностью, простотой реализации и хорошей устойчивостью к ошибкам в исходных данных и ошибкам округления, связанным с машинным представлением чисел с плавающей запятой.

4. Проведен расчет ППП в различного типа протонообменных световодах в кристаллах ниобата лития конгруэнтного и стехиометрического составов, а также в кристаллах, легированных оксидом магния.

5. С помощью ВИМС и оптических измерений изучено распределения протонов и впервые определены кинетические параметры протонообменной диффузии в кристаллах Х-среза LiNb03, при протекании процессов формирования фазово-однородных волноводов методом МПО.

Избыточные потери (деполяризованный свет): Коэффициент поляризационной экстинкции: Коэффициент деления:

Фазовая чувствительность каждого модулятора:

<7 дБ 60 дБ

0.5±0.05 1 рад/В

6. Определены температурные зависимости эффективного коэффициента диффузии и коэффициенты самодиффузии водорода и лития. Знание данных параметров важно при разработке интегральных оптических устройств. Возможность изготовления высококачественных световодов, сохраняющих высокие оптические и физические свойства исходного ниобата лития, за относительно короткое время проведения процесса, открывает путь к массовому производству большого числа разнообразных интегрально-оптических компонентов.

7. Разработан универсальный метод моделирования ППП для канальных протонообменных световодов, полученных методами прямого и обратного обмена, а также протонного обмена с последующим отжигом.

8. Разработан метод моделирования распространения световой энергии в интегрально-оптических схемах на основе коммерчески доступного программного обеспечения ВРМСАБ.

9. Исследовано влияние технологических параметров и топологии на оптические свойства интегрально-оптического элемента МИОЭ, изготовляемого в кристаллах ниобата лития методом МПО.

Список работ опубликованных по теме диссертации

1. Д. В. Апраксин Моделирование распределения интенсивности актиничного излучения по поверхности фоторезиста в процессе фотолитографии // Тезисы докладов Седьмая всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов "Микроэлектроника и информатика-2000", Москва, 17,18 апреля 2000 г., стр. 29.

2. Д. В. Апраксин Восстановление профиля показателя преломления в градиентных планарных световодах // Тезисы докладов Восьмая всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов "Микроэлектроника и информатика-2001", Москва, 18,19 апреля 2001 г., стр. 39.

Д. В. Апраксин Обобщённое распределение Гаусса в задаче восстановления профиля показателя преломления световода // Тезисы докладов Первая Российская конференция молодых учёных по физическому материаловедению, г. Калуга, 4-7 октября 2001 г., стр. 52.

Д. В. Апраксин Использование функции обобщённого распределения Гаусса в задаче восстановления профиля показателя преломления планарного световода // Тезисы докладов Девятая всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов "Микроэлектроника и информатика-2002", Москва, 17,18 апреля 2002 г., стр. 25.

Yu. N. Korkishko, V. A. Fedorov, S. М. Kostritskii, А. N. Alkaev, Е. I. Maslennikov, E. M. Paderin, D. V. Apraksin, F. Laurell Proton exchanged LiNb03 and LiTa03 optical waveguides and integrated optic devices // In Abstract book Simposium and Summer School "Nano and Giga Challenges in Microelectronics Research and Opportunities in Russia", Moscow, September 10-13, 2002, pp. 161162.

Yu. N. Korkishko, V. A. Fedorov, S. M. Kostritskii, A. N. Alkaev, E. M. Paderin, E. I. Maslennikov, D. V. Apraksin. Multifunctional integrated optical chip for fiber optical gyroscope fabricated by high temperature proton exchange // In Integrated Optical Devices: Fabrication and Testing, G.C. Righini, Editor, Proc. SPIE, 2002, v.4944, pp. 262-267.

Д. В. Апраксин, Ю. H. Коркишко, В. А. Фёдоров Восстановление профиля показателя преломления в градиентных планарных световодах, Известия вузов. Электроника. N6, 2002, с. 3-9.

Апраксин Д.В., Федоров В.А., Коркишко Ю.Н. Метод расчета изменения эффективного показателя преломления для моделирования диффузионных канальных волноводов // Тезисы докладов IV Международной научно-технической конференции "Электроника и информатика-2002", Москва, Зеленоград, 19-21 ноября 2002, Часть 2, с.241.

Коркишко Ю. Н., Федоров В. А., Кострицкий С. М., Падерин Е. М., Алкаев А. Н., Масленников Е. И., Апраксин Д. В. Многофункциональный интегрально-оптический элемент на

кристалле ниобата лития // Тезисы докладов IV Международной научно-технической конференции "Электроника и информатика-2002", Москва, Зеленоград, 19-21 ноября 2002, Часть 2, с.245.

10. Yu. N. Korkishko, V. A. Fedorov, S. М. Kostritskii, А. N. Alkaev, Е. I. Maslennikov, E. M. Paderin, D. V. Apraksin and F. Laurell, Proton exchanged LiNb03 and LiTa03 optical waveguides and integrated optic devices, Microelectronic Engineering, V. 69, N 2-4 , pp. 228236.

11. Д. В. Апраксин Расчёт профиля показателя преломления канальных световодов в кристаллах ниобата лития // Тезисы докладов Десятая всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов "Микроэлектроника и информатика-2003", Москва, 23,24 апреля 2003 г., с. 138.

12. Ю. Н. Коркишко, В. А. Фёдоров, С. М. Кострицкий, Д. В. Апраксин, А. Н. Алкаев Кинетика формирования а-фазных протонообменных световодов в кристаллах ниобата лития, Известия вузов. Электроника. N4, 2003, с. 20-26.

13. D. V. Apraksin, Yu. N. Korkishko, V. A. Fedorov, Simulation of light propagation in Diffused Channel Waveguides // Proc. of Laser and Fiber-Optical Networks Modeling. - Alushta, Ukraine, 2003. -pp. 230-232.

14. Yu. N. Korkishko, V. A. Fedorov, S. M. Kostritskii, A. N. Alkaev, E. M. Paderin, E. I. Maslennikov, V. S. Kritzak, D. V. Apraksin LiNb03 Integrated Optical Chip for Fiber Optical Gyroscope Fabricated by High Temperature Proton Exchange // Proc. of Laser and Fiber-Optical Networks Modeling. - Alushta, Ukraine, 2003. -pp. 275 - 277.

Литература:

1. Yu. N. Korkishko, V. A. Fedorov. ION EXCHANGE IN SINGLE CRYSTALS FOR INTEGRATED OPTICS AND OPTOELECTRONICS. Cambridge International Science Publishing, Cambridge, UK, 1999, 516 p.

2. White J.M., Heidrich P.F. Optical Waveguide Refractive Index Profiles Determined from Measurement of Mode Indices: a Simple Analysis // Appl.Optics, 1976, v.15, N1, pp. 151-155.

3. Chiang K.S. Construction of refractive index profiles of planar dielectric waveguides from the distribution of effective indices. // J.Lightwave Techn., 1985, v.3, N2, pp. 385-391.

4. Mathey P, Jullien P. Numerical analysis of a WKB inverse method in view of index profile reconstruction in diffused waveguides // Optics Communications. - 1996. - Vol. 122. - pp. 127-134.

5. Hunsperger R. G. Integrated Optics: Theory and Technology. -Berlin; Heidelberg: Springer-Verlag, 1982, 1984, 1991.

6. John Nikolopoulos, Gar Lam Yip. Theoretical Modeling and Characterization of Annealed Proton-Exchanged Planar Waveguides in z-cut LiNb03//Journal of lightwave technology. - 1991. - Vol. 9, N 7. - pp. 864-870.

7. Korkishko Yu. N., Fedorov V. A. Structural phase diagram of HxLii.xNb03 waveguides: the correlation between structural and optical properties // IEEE J. Select. Topics Quantum Electron, 1996, №2, pp. 187-196.

8. Korkishko Yu. N., Fedorov V. A. Relationship between refractive indices and hydrogen concentration in proton-exchanged LiNb03 waveguides // J. Appl. Phys., 1997, V. 82, pp. 171-183.

9. Korkishko Yu. N., Fedorov V. A., De Micheli M. P., Baldi P., El Hadi K., Leycuras A. Relationships between structural and optical properties of proton-exchanged waveguides on z-cut lithium niobate // Appl. Opt., 1996, V. 35, pp. 7056-7060.

10. Коркишко Ю. H., Федоров В. А. Структурно-фазовая диаграмма протонообменных HxLii_xNb03 волноводов в кристаллах ниобата лития // Кристаллография, 1999, т. 44, в. 2, с. 237-246.

11. Suchoski P. G., Findakly Т. К., Leonberger F. J. Stable low-loss proton-exchanged LiNb03 devices with no electro-optic degradation //Opt. Lett., 1988, V. 13, pp. 1050-1052.

12. Korkishko Yu. N., Fedorov V. A., Feoktistova O. Y. LiNb03 Optical Waveguide Fabrication by High-Temperature Proton Exchange // J. Lightwave Technology, 2000, V. 18, № 4, pp. 562-568.

13. Коркишко Ю. H., Федоров В. А., Баранов Е. А., Морозова Т. В., Падерин Е. М. Метод высокотемпературного протонного обмена для формирования оптических волноводов в ниобате лития // Известия вузов. Серия Электроника, 2001, № 4, с. 47-56.

14. Baldi P., De Micheli M. P., El Hadi K., Nouh S., Cino A. C., Aschieri P., Ostrowsky D. B. Proton exchanged waveguides in

LiNb03 and LiTaOj for integrated lasers and nolinear frequency converters // Opt. Eng., 1998, V. 37, pp. 1193-1202.

15. Garfinkel H.M. Ion exchange equilibria between glass and molten salts //J.Phys.Chem., 1968, v.12, pp. 4175-4181.

16. Ганьшин В. А., Коркишко Ю. H., Особенности обратного ионного обмена в H:LiNb03 световодах // ЖТФ, 1990, Т. 60, № 9, С. 153-156.

17. Тихонов А. Н., Самарский А. А. Уравнения математической физики. М.: Издательство Московского Университета, 1999.

18. Matthias G., Andreas В., Wolfgang К., Torsten P. Numerical Simulation of Ion-Exchange in Glass for Integrated Optics Components // Journal of lightwave technology, march 1992, Vol. 10, N 3, pp. 312-315.

19. Sandeep Т., Vohra and Alan R. Mickelson Diffusion characteristics and waveguiding properties of proton-exchanged and annealed LiNb03 channel waveguides // J. Appl. Phys., december 1989, Vol. 66, N 11, pp. 5161-5174.

Подписано в печать_

Зак. № 258 Тираж 100 экз. Формат 60x84 1/16 Объем 1,4 Отпечатано в типографии ИПК МИЭТ 124498, Москва, МИЭТ

1

I

1

#(21519

Общая характеристика работы

Основные обозначения и сокращения

Введение

1. Интегральная оптика, материалы, процессы изготовления интегрально-оптических 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 интегрально-оптических 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 42 Выводы по 1 -й главе

2. Метод восстановления профиля показателя преломления градиентных планарных световодов на основе функции Гаусса

2.1. Градиентные планарные оптические волноводы

2.2. Применение обобщённой функции Гаусса

2.3. Методика восстановления профиля показателя преломления градиентных пленарных световодов

2.3.1. Схема расчёта в случае известного значения показателя преломления на поверхности световода

2.3.1.1. Тестовые вычисления и устойчивость схемы расчёта в случае известного значения показателя преломления на поверхности

2.3.2. Схема расчёта в случае если значение показателя преломления на поверхности световода не задано ' 60 2.3.2.1. Графики функции невязки при поиске оптимальных параметров

2.4. Примеры восстановления профиля показателя преломления в градиентных планарных световодах 67 Выводы но 2-й главе

3. Кинетика формирования а-фазных 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 83 Выводы по 3-й главе

4. Разработка метода расчёта профиля показателя преломления ионообменных канальных световодов и моделирование распространения световой энергии

4.1. Актуальность и особенности решения задачи расчёта профиля показателя преломления ионообменных канальных световодов

4.1.1. Концентрационно-зависимая диффузия

4.1.2. Связь между концентрацией протонов и показателем преломления

4.2. Метод расчёта профиля показателя преломления ионообменных канальных световодов

4.3. Разработка программного модуля расчёта профиля показателя преломления ионообменных канальных световодов

4.4. Примеры расчётов с использованием разработанного программного обеспечения

4.5. Оптимизация топологии Y-разветвителя 109 Выводы по 4-й главе 116 Заключение и основные выводы 116 Литература

Общая характеристика работы

Одним из наиболее перспективных методов формирования поверхностных слоев в кристаллах ниобата лития, обладающих оптическими и акустическими волноводными свойствами, является протонный обмен, заключающийся в замене ионов лития в кристаллах LiNb03 на протоны из специальных расплавов и растворов. Данный метод относительно технологически прост и позволяет реализовывать интегрально-оптические схемы с высокими требуемыми параметрами. Однако, несмотря на технологическую простоту метода, протонообменные световоды характеризуются сложным структурно-фазовым многообразием. Различные фазы обладают существенно различающимися оптико-физическими свойствами. Формирование струкгур, содержащих несколько фаз сущсстнснпо ухудшает качество интегрально-оптических схем из-за дополнительного рассеяния света на фазовых границах. Поэтому, разработка технологических процессов изготовления интегрально-оптических схем требует проведения исследований кинетики формирования фазово-однородных световодов, содержащих оптимальную фазу. Актуальным является разработка методов моделирования конкретных интегрально-оптических схем, учитывающих кинетические параметры процесса.

В связи с вышеизложенным, диссертационная работа, посвященная моделированию и экспериментальному исследованию интегрально-оптических элементов в кристаллах ниобата лития, полученных методом протонного обмена является весьма актуальной. Действительно, в последнее время наблюдается стремительный рост спроса на такие элементы в связи с развитием волоконно-оптических линий связи. Однако, моделирование воздействия различных технологических и топологических факторов на параметры интегрально-оптических 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 интегрально-оптических элементов в кристаллах ниобата лития методом протонного обмена. Основные задачи, определяемые целями работы:

• Разработка нового метода восстановления профиля показателя преломления в градиентных планарных световодах.

• Изучение кинетики формирования фазово-однородных световодов в кристаллах ниобата лития. Исследование особенностей протекания процесса.

• Разработка универсального метода моделирования интегрально-оптических элементов, формируемых различными технологическими процессами. Моделирование распространения света в интегрально-оптических устройствах, полученных методом высокотемпературного протонного обмена.

Научная новизна диссертационной работы:

• Разработан метод восстановления профиля показателя преломления градиентных планарных световодов. Метод позволяет восстанавливать профили различных видов.

• Изучена кинетика формирования фазово-однородных световодов в кристаллах ниобата лития. Исследованы особенности процесса формирования. Определены коэффициенты самодиффузии протонов и ионов лития в a-HxLi|.xNb03.

• Разработан универсальный метод моделирования профиля показателя преломления для канальных протонообменных световодов, полученных методами прямого и обратного обмена, а также протонного обмена с последующим отжигом.

• Разработай метод моделирования распространения световой энергии в интегральио-оптических схемах на базе коммерчески доступного программного обеспечения, путём его усовершенствования.

• Исследовано влияние технологических параметров и топологии на оптические свойства ряда интегрально-оптических 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 волоконно-оптического гироскопа, в частности многофункционального интегрально-оптического элемента на кристалле ниобата лития, выполняющего функции разветвителя, поляризатора и модулятора лазерного излучения. Наиболее практически важными результатами работы следующие:

• Разработана оптимальная топология Y-разветвителя, полученного методом высокотемпературного протонного обмена.

• Разработан и программно реализован метод восстановления ППП в градиентных планарных световодах.

Научные положения, выносимые на защиту: 1. Температурные зависимости коэффициентов самодиффузии протонов и ионов лития в a-HxLii.xNb03 фазе.

2. Метод восстановления ППП в градиентных планарных световодах, позволяющий восстанавливать профили различных видов.

3. Универсальный метод моделирования ППП для канальных протонообменных световодов, формируемых методами прямого и обратного протонного обмена, а также протонного обмена с последующим отжигом.

4. Метод моделирования распространения световой энергии в интегрально-оптических схемах. Оптимальная топология Y-разветвителя, полученного методом протонного обмена.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на:

1. Восьмая всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов "Микроэлектроника и информатика-2001", Москва, 18,19 апреля 2001 г.

2. Первая Российская конференция молодых учёных по физическому материаловедению, г. Калуга, 4-7 октября 2001 г.

3. Девятая всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов "Микроэлектроника и информатика-2002", Москва, 17,18 апреля 2002 г.

4. Simposium and Summer School "Nano and Giga Challenges in Microelectronics Rcscarch and Opportunities in Russia", Moscow, September 10-13, 2002.

5. IV Международной научно-технической конференции "Электроника и информатика-2002", Москва, Зеленоград, 19-21 ноября 2002 г.

6. SPIE International conference "Integrated Optical Devices: Fabrication and Testing", Belgium, Brugge, 2002.

7. Десятая всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов "Микроэлектроника и информатика-2003", Москва, 23,24 апреля 2003 г.

8. 5th International Workshop on Laser & Fiber-Optical Networks Modelling, Alushta, Ukraine, 2003.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ, в том числе: 2 в журнале «Известия ВУЗов, серия Электроника.», 1 статья в журнале

Microelectronics Engineering, 1 в сборнике Proceedings of SPIE, а также материалы (статьи и тезисы докладов) российских и международных конференций.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, основных результатов и выводов по работе, содержит 126 страниц машинописного текста, включая 10 таблиц, 36 рисунков и список литературы в количестве 103 наименований.

Выводы по 4-й главе

1. Разработан универсальный метод моделирования ППП для канальных протонообменных световодов, полученных методами прямого и обратного обмена, а также протонного обмена с последующим отжигом.

2. Предложена схема взаимодействия между созданным программным обеспечением моделирования ППП канальных световодов и программным обеспечением моделирования распространения световой энергии.

3. Разработан метод моделирования распространения световой энергии в интегрально-оптических схемах на основе коммерчески доступного программного обеспечения BPMCAD.

4. Исследовано влияние технологических параметров и топологии на оптические свойства интегрально-оптического элемента МИОЭ, изготовляемого в кристаллах ниобата лития методом МПО. Приведена оптимальная топология Y-разветвителя.

Заключение и основные выводы

1. Показана практическая значимость задачи восстановления профилей показателя преломления (ППП) и приведён подход для её решения -применение метода модовой спектрометрии и метод ВКБ. Указаны трудности и ограничения восстановления ППП в одно- и двухмодовых световодах.

2. Предложено использование обобщенной функции Гаусса для описания ППП градиентных планарных световодов. Приведены достоинства и недостатки такого подхода.

3. Разработан метод, позволяющий эффективно и достоверно восстанавливать ППП в планарных световодах. Рассмотрено два алгоритма - для двухмодовых световодов и для световодов, поддерживающих распространение трёх или более мод. Метод обладает универсальностью, простотой реализации и хорошей устойчивостью к ошибкам в исходных данных и ошибкам округления, связанным с машинным представлением чисел с плавающей запятой.

4. Проведен расчет ППП в различного типа протонообменных световодах в кристаллах ниобата лития конгруэнтного и стехиометрического составов, а также в кристаллах, легированных оксидом магния.

5. С помощью вторично-ионной масс-спектроскопии и оптических измерений изучено распределения протонов и впервые определены температурные зависимости эффективного коэффициента диффузии и коэффициенты самодиффузии водорода и лития в кристаллах Х-среза LiNb03, при протекании процессов формирования фазово-однородных волноводов методом мягкого протонного обмена (МПО).

6. Разработан универсальный метод моделирования ППП для канальных протонообменных световодов, полученных методами прямого и обратного обмена, а также протонного обмена с последующим отжигом.

7. Разработан метод моделирования распространения световой энергии в интегрально-оптических схемах на основе коммерчески доступного программного обеспечения BPMCAD.

8. Исследовано влияние технологических параметров и топологии на оптические свойства многофункционального интегрально-оптического элемента, изготовляемого в кристаллах ниобата лития методом МПО.

118

1. Электроника: Энциклопедический словарь/Гл. ред. В. Г. Колесников, - М.: Сов. энциклопедия, 1991. - 688 с.

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

3. Справочник по волоконно-оптическим линиям связи/Л. М. Андрушко, В. А. Вознесенский, В. Б. Каток и др.; Под ред. С. В. Свечникова и Л. М. Андрушко. Киев: Техника, 1988.-239 с.

4. Толстихин В. И., Еленский В. Г. Электроабсорбционные эффекты и приборы в интегральной оптоэлектронике//Зарубежная радиоэлектроника. 1988. №5. -С. 45-64.

5. Силин А. П. Полупроводниковые сверхрешётки//У спехи физических наук. -1985.-Т. 147, вып. 3.-С. 485-521.

6. Оптические волноводы на основе эпитаксиальных слоев ниобата лития/А. П. Воронов, М. Б. Космына, А. П. Остроуменко, А. В. Шмалько и др.//Письма в ЖТФ. 1982. - Т.8, вып. 13. - С. 806-809.

7. Тонкоплёночные световоды на основе эпитаксиальных слоёв твёрдых растворов ниобата лития/М. В. Лазарев, Р. С. Мадоян, Б. В. Сухарев, О. А. Хачатурян//Письма в ЖТФ. 1984. - Т. 10, вып. 1. - С. 244-248.

8. Хансперджер Р. Интегральная оптика. Теория и технология: Пер с англ ./Под ред. В. А. Сычугова. М.: Мир, 1985. - 384 с.

9. Волноводные брэгговские модуляторы света на основе кристаллов CdSxSej. х/з. Э. Буачидзе, И. В. Василищева, В. Н. Морозов, и др.//Квантовая электроника. 1986. - Т. 13, № 4. - С. 698-703.

10. Zachariasen W. Н. Untersuchungen uber die Kristallstructur von Sesquioxygen und Verbindungen AB03//Skrifter Der Norske Videnskaps Akademi Oslo, I. Mat-Naturv. Klasse, 1928, N4.

11. Ballman A. A. Growth of piezoelectric and ferroelectric materials by Czochralski technique//.!. Am. Ceram. Soc., 1965, v. 48, p. 112.

12. Федулов С. А., Шапиро 3. И., Ладыженский П. Б., Выращивание кристаллов LiNb03, LiTa03 и NaNb03 методом Чохральского//Кристаллография, 1965, т. 10, с. 218.

13. Nassau К., Levinstein Н. J., Loiacono G. М. Ferroelectric lithium niobatc 1. Growth, domain structure, dislocations and etching//J. Phys. Chem. Solids, 1966a, v. 27, N 4, p. 983-988.

14. Nassau K., Levinstein H. J., Loiacono G. M. Ferroelectric lithium niobate 2. Preperation of single domain crystals//J. Phys. Chem. Solids, 1966b, v. 27, N 4, p.989.996.

15. Кузьминов Ю. С. Ниобат и танталат лития материалы для нелинейной оптики//М., Наука, 1975, 297 с.

16. Кузьминов 10. С. Электрооптический и нелинейно-оптический кристалл ниобата лития//М., Наука, 1987, 264 с.

17. Weis R. S., Gaylord Т. К. Lithium niobate: Summary of Physical properties and crystal structure//Appl. Phys. A, 1985, v. 37, p. 191.

18. EMIS Datareviews series N 5, Properties of Lithium Niobate, INSPEC, London, 1990.

19. Yamada Т., Niizeki N., Toyoda H. Curie point and lattice constants of lithium tantalite//Jpn. J. Appl. Phys., 1968, v. 7, p. 298-299.

20. Barns R. L., Carruthers J. R. Lithium tantalite single crystal stoichiometry//J. Appl. Cryst., 1970, v. 3, p. 395-399.

21. Shah M. L. Optical waveguides in LiNb03 by ion exchange technique//Appl. Phys. Lett., 1976, v.26, N 11, p.652-653.

22. Jackel J. L. Optical waveguides in LiNb03: thallium-lithium ion exchange//Appl. Phys. Lett., 1980, v.37, N 8, p. 739-741.

23. Jackel J. L., Rice С. E. Variation in waveguides fabricated by immersion in AgN03 and T1N03: the role of hydrogen//Appl. Phys. Lett., 1982, v.41, N 6, p.508-510.

24. Ганмпин В. А., Иванов В. 111., Коркишко Ю. Н., Петрова В. 3. Особенности ионного обмена в кристаллах ниобата лития//ЖТФ, 1985, т.55, N10, с.2070-2072.

25. Ганыпин В. А., Коркишко Ю. Н., Петрова В. 3. Метод ионного обмена в технологии получения световодов в кристаллах ниобата лития//Электронная промышленность, 1984, N8, с.28-32.

26. Fedorov V. A., Ganshin V. A., Korkishko Yu. N., Morozova Т. V. Double ion exchange for high-index waveguides in LiTa03//Electronics Letters, 1992, v.28, N 18, p.1704-1705.

27. Pun E. Y. B. Proton exchange technology for integrated optics application//in Integrated Optics and Optoelectronics, Ka-Kha Wong, M. Razeghi (Editors), Proc. SPIE, 1993, V.CR45, p.44-70.

28. Zang D. Y. Waveguide optical planar lenses in LiNb03 theory and experiment//Opt. Commun., 1983, v.47, N 4, p.248-250.

29. Zang D. Yu., Tsai C. S. Single-Mode Waveguide Microlenses and Array Fabrication in LiNb03 using Titanium Indiffused Proton-Exchange Technique//Appl. Phys. Lett., 1985, v.46, N 8, p.703-705.

30. Papuchon M., Vatoux S. Integrated Optical polariser on LiNb03:Ti Channel Waveguides Using Proton Exchange//Electronics Lett., 1983, v. 19, N 16, p.612-613.

31. Mahapatra A, Robinson W. S. Integrated Optic Ring Resonators made by Proton Exchange in lithium niobate//Appl. Optics, 1985, v.24, N 15, p.2285-2286.

32. Mc Meerin S., De La Rue R. M. Novel Transverse Electro-Optic Waveguide Phase Modulator realised in Titanium-Diffused and Proton-Exchanged LiNb03//Electr. Lett., 1989, v.25, N 20, p.853-854.

33. Волков В. А., Ганыпин В. А., Епихин E. H., Кваша М. Ю., Коркишко Ю. Н. Интегрально-оптический анализатор спектра с планарной ионообменной линзой//Труды межрегион, сов. по фунд. пробл. оптоэлектроники, Оптоэлектроника-89, Баку, 1989, с.210.

34. Yu. N. Korkishko, V. A. Fedorov. ION EXCHANGE IN SINGLE CRYSTALS FOR INTEGRATED OPTICS AND OPTOELECTRONICS. Cambridge International Science Publishing, Cambridge, UK, 1999, 516 p.

35. Золотое Е. М., Киселёв В. А., Сычугов В. А. Оптические явления в тонкоплёночных волноводах//Успехи физ. Наук. 1974. - Т. 112, вып. 2. - С. 231-273.

36. White J.M., Heidrich P.F. Optical Waveguide Refractive Index Profnos Determined from Measurement of Mode Indices: a Simple Analysis//Appl.Optics, 1976, v. 15, N1, pp. 151-155.

37. Дикаев Ю.М., Копылов Ю.А., Котелянский И.М. Простой метод определения профилей диффузионных волноводов//Квантовая Электроника, 1981, т.8, с.378.

38. Chiang K.S. Construction of refractive index profiles of planar dielectric waveguides from the distribution of effective indices.//J.Lightwave Techn., 1985, v.3, N2, pp.385-391.

39. Mathey P, Jullien P. Numerical analysis of a WKB inverse method in view of index profile reconstruction in diffused waveguides // Optics Communications. -1996.-Vol. 122.-P. 127-134.

40. Matthias Guntau, Andreas Br£uer, Wolfgang Karthe, and Torsten Pofiner Numerical Simulation of Ion-Exchange in Glass for Integrated Optical Components // Journal of lightwave technology. 1992. - Vol. 10, № 3. - P. 312315.

41. О. C. Zeinkiewicz, The Finite Element Method. London: McGraw-Hill, 1977.

42. M. S. Stern, Semivectorial polarized finite difference method for optical waveguides with arbitrary index profiles//Proc. Inst. Elect. Eng. 1993. - vol. 135, pp. 56-63.

43. S. Seki, T. Yamanaka, and K. Yokoyama, Two-dimensional analysis of optical waveguides with a nonuniform finite difference method//Proc. Inst. Elect. Eng. -1991-vol. 138, pp. 123-127.

44. K. L. Johnson, Nonuniform semivectorial finite difference analysis of dielectric optical waveguide structures//M.S. thesis, University of Minnesota, Department of Electrical Engineering, 1993.

45. В. А. М. Rahman and J. В. Davies Finite element analysis of optical and microwave problems//IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 1983. - vol. MTT-32, pp. 20-28.

46. M. Koshiba, K. Hayata, and M. Suzuki Improved finite element formulation in terms of the magnetic fields vector for dielectric waveguides/ЛЕЕЕ Trans. Microwave Theory Tech. 1985. - vol. MTT-33, pp. 227-233.

47. F. A. Fernandez and Y. Lu Variational finite element analysis of dielectric waveguides with no spurious solutions//Electron. Lett. 1990. - vol. 26, pp. 2125-2126.

48. J. F. Lee, D. K. Sun, and Z. J. Cendes Full wave analysis of dielectric waveguides using tangential finite elements//IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 1991. -vol. MTT-39, pp. 1262-1271.

49. M. D. Feit and J. A. Fleck, Light propagation in graded-index optical fibers//Appl. Opt. 1978 - vol. 17, pp. 3990-3998.

50. D. Yevick, A guide to electric field propagation techniques for guided-wave optics//Opt. Quantum Electron. 1994. - vol. 26, pp. 185-197.

51. L. Eldada, M. N. Ruberto, R. Scarmozzino, M. Levy, and R. M. Osgood Jr. Laser-fabricated low-loss single-mode waveguiding devices in GaAs//J. Lightwave Technol. 1992. - p. 1610.

52. L. Eldada, M. N. Ruberto, M. Levy, R. Scarmozzino, and R. M. Osgood Jr. Rapid direct fabrication of active electrooptic modulators in GaAs//J. Lightwave Technol. 1994, p. 1588.

53. I. Ilic, R. Scarmozzino, R. M. Osgood Jr., J. T. Yardley, K. W. Beeson, and M. J. McFaiiand Modeling multimode-input star couplers in polymers//J. Lightwave Technol. 1994, p. 996.

54. L. Eldada, R. Scarmozzino, R. M. Osgood Jr., D. C. Scott, Y. Chang, and H. R. Fetterman Laser-fabricated delay lines in GaAs for opticallysteered phased-array radar//J. Lightwave Technol. 1995, p. 2034.

55. M. Hu, R. Scarmozzino, M. Levy, and R. M. Osgood Jr. A low-loss and compact waveguide Y-branch using refractive index tapering//Photon. Technol. Lett. -1997.-vol. 9, pp. 203-205.

56. M. Hu, J. Z. Huang, R. Scarmozzino, M. Levy, and R. M. Osgood Jr. Tunable Mach-Zehnder polarization splitter using height-tapered y-branches//Photon. Technol. Lett. 1997. - vol. 9, pp. 773-775.

57. J. Fujita, M. Levy, R. Scarmozzino, R. M. Osgood Jr., L. Eldada, and J. T. Yardley Integrated multistack waveguide polarizer//Photon. Technol. Lett. 1998. -vol. 10, pp. 93-95.

58. R. Clauberg and P. Von Allmen Vectorial beam propagation method for integrated optics//Electron. Lett. 1991. - vol. 27, p. 654.

59. W. P. Huang and C. L. Xu Simulation of three-dimensional optical waveguides by a full-vector beam propagation method//J. Quantum Electron. 1993. - vol. 29, p. 2639.

60. D. Yevick and M. Glasner Analysis of forward wide-angle light propagation in semiconductor ribwaveguides and integrated-optic structures//Electron. Lett. -1989. vol. 25, pp, 1611-1613.

61. G. R. Hadley Wide-angle beam propagation using Pade approximant operators//Opt. Lett. 1992. - vol. 17, p. 1426.

62. H. J. W. M. Hoekstra, G. J. M. Krijnen, and P. V. Lambeck New formulations of the beam propagation method based on the slowly varying envelope approximation//Opt. Commun. 1993. - vol. 97, pp. 301-303.

63. G. R. Hadley Multistep method for wide-angle beam propagation//Opt. Lett. -1992.-vol. 17, p. 1743.

64. P. Kaczmarski and P. E. Lagasse Bidirectional beam propagation method// Electron. Lett. 1988. - vol. 24, pp. 675-676.

65. Y. Chung and N. Dagli Modeling of guided-wave optical components with efficient finite-difference beam propagation methods// in Tech. Dig. IEEE AP-S Int. Symp. 1992. - vol. 1, pp. 248-251.

66. Y. Chiou and H. Chang Analysis of optical waveguide discontinuities using the Pade approximants//Photon. Technol. Lett. 1997. - vol. 9, pp. 964-966.

67. II. Rao, R. Scarmozzino, and R. M. Osgood Jr. A bidirectional beam propagation method for multiple dielectric interfaces//Photon. Technol. Lett. 1999. - vol. 11, pp. 830-832.

68. Hunsperger R. G. Integrated Optics: Theory and Technology. Berlin; Heidelberg: Springer-Vcrlag, 1982, 1984, 1991.

69. Bao Xue Chen, Hiromi Hamanaka, Kokuya Iwamura. Recovery of refractive-index profiles of planar graded-index waveguides from measured mode indices: an iteration method//Optical Society of America. 1992. - Vol. 9, N 8. - P . 13011305.

70. Shi L. P., Pun E. Y. В., Chung P. S. Extended IWKB method for determination of the refractive-index profile in optical waveguides//Optical letters. 1995. - Vol. 20, N 15.-P. 1622-1624.

71. K. S. Chiang, C. L. Wong, H. P. Chan, and Y. T. Chow Refractive-index profiling of graded-index planar waveguides from effective indexes measured for both mode types and at different wavelengths//J. Lightwave Technol. 1996. - vol. 14, pp. 827-832.

72. K. S. Chiang, C. L. Wong, S. Y. Cheng, and H. P. Chan Refractive-index profiling of graded-index planar waveguides from effective indexes measured with different external refractive indexes//J. Lightwave Technol. Oct. 2000. - vol. 18, N. 10.

73. John Nikolopoulos, Gar Lam Yip. Theoretical Modeling and Characterization f ^ Annealed Proton-Exchanged Planar Waveguides in z-cut LiNb03//Journal of lightwave technology. 1991. - Vol. 9, N 7. - P. 864-870.

74. G. L. Yip and J. Albert Characterization of planar optical waveguides by K+-ion exchange in glass//Opt. Lett. 1985. - vol. 10, p. 151.

75. Jackel J. L., Rice С. E., Veselka J. J. Proton exchange for high-index waveguides in LiNb03 // Appl. Phys. Lett., 1982, V. 41, № 7, P. 607-608.

76. Korkishko Yu. N., Fedorov V. A. Structural phase diagram of HxLii.xNb03 waveguides: the correlation between structural and optical properties // IEEE J. Select. Topics Quantum Electron, 1996, № 2, P. 187-196.

77. Korkishko Yu. N., Fedorov V. A. Relationship between refractive indices and hydrogen concentration in proton-exchanged LiNb03 waveguides // J. Appl. Phys., 1997, V. 82, P. 171-183.

78. Korkishko Yu. N., Fedorov V. A., De Micheli M. P., Baldi P., El Hadi K., Leycuras A. Relationships between structural and optical properties of proton-exchanged waveguides on z-cut lithium niobate // Appl. Opt., 1996, V. 35, P. 7056-7060.

79. Коркишко Ю. H., Федоров В. А. Структурно-фазовая диаграмма протонообменных HxLiixNb03 волноводов в кристаллах ниобата лития // Кристаллография, 1999, т. 44, в. 2, с. 237-246.

80. Suchoski P. G., Findakly Т. К., Leonberger F. J. Stable low-loss proton-exchanged LiNb03 devices with no electro-optic degradation // Opt. Lett., 1988, V. 13, P. 1050-1052.

81. Korkishko Yu. N., Fedorov V. A., Laurell F. Second order optical nonlinearity of different phases in proton exchanged LiNb03 waveguides // in Proceedings of the 9th European Conference on Integrated Optics (ECIO'99), 1999, Torino, Italy, P. 127-130.

82. Korkishko Yu. N., Fedorov V. A., Laurell F. The nonlinear optical properties of different phases in proton exchanged lithium niobate waveguides // IEEE J. Select. Topics Quantum Electron, 2000, V. 6, P. 132-142.

83. Korkishko Yu. N., Fedorov V. A., Feoktistova O. Y. LiNb03 Optical Waveguide Fabrication by High-Temperature Proton Exchange // J. Lightwave Technology, 2000, V. 18, №4, P. 562-568.

84. Коркишко Ю. H., Федоров В. А., Баранов E. А., Морозова Т. В., Падерин Е. М. Метод высокотемпературного протонного обмена для формирования оптических волноводов в ниобате лития // Известия вузов. Серия Электроника, 2001, № 4, С. 47-56.

85. Baldi P., De Micheli М. P., El Hadi К., Nouh S., Cino А. С., Aschieri Р., Ostrowsky D. В. Proton exchanged waveguides in LiNb03 and LiTa03 for integrated lasers and nolinear frequency converters // Opt. Eng., 1998, V. 37, P. 1193-1202.

86. Д. В. Апраксин, Ю. Н. Коркишко, В. А. Фёдоров Восстановление профиля показателя преломления в градиентных планарных световодах, Известия вузов. Электроника. N6, 2002, с. 3-9.

87. Caccavale F. SIMS characterization of optical materials // in Materials Characterization and Optical Probe Technique, R.A. Lessard and H. Franke eds., Proc. SPIE, 1997, CR69, P. 423-459.

88. Garfinkel H.M. Ion exchange equilibria between glass and molten salts // J.Phys.Chem., 1968, v.72, p.4175-4181.

89. Ramaswamy R.V., Srivastava R. Recent advances in ion-exchanged optical waveguides and components // J.Mod.Optics, 1988, v.35, N 6, p.1049-1067.

90. Helfrerich F., Plesset M.S. Ion exchange Kinetics. A Nonlinear Diffusion Problem //J. Chem. Phys., 1958, v. 28, N 3, pp.418-425.

91. Nernst W. // Z.Physik.Chem., 1889, v.2, p.613.

92. Plank M. // Ann. Physik, 1890, v.39, p. 161.

93. Beattie I.R., Davies D.R. The interdiffusion of 2 charged particles (with particular reference to ion-exchange in zeolites) // Phil.Mag., 1957, v.8, N 17, p.599-606.

94. Barrer R.M., Bartholomew R.F., Rees L.V.C. Ion exchange in porous crystals // J. Phys. Chem. Solids, 1963, v, 24, N 2, pp.309-317.

95. Veng Т., Skettrup T. Ion Exchange Model for a Phase Proton Exchange Waveguides in LiNb03 // J. Lightwave Technol., 1998, V. 16, P. 646-649.

96. Ганьшин В. А., Коркишко Ю. H., Особенности обратного ионного обмена в H:LiNb03 световодах // ЖТФ, 1990, Т. 60. Х« 9, С. 153-156.

97. Korkishko Yu. N., Fcdorov V. A., Laurell F. The SHG-Response of Different Phases in Proton Exchanged Lithium Niobate Waveguides // IEEE J.Sel.Topics in Quan. Electron. 2000. - Vol. 6, P. 132-142.

98. Тихонов A. H., Самарский А. А. Уравнения математической физики. M.: Издательство Московского Университета, 1999.

99. Sandeep Т., Vohra and Alan R. Mickelson Diffusion characteristics and waveguiding properties of proton-exchanged and annealed LiNb03 channel waveguides //J. Appl. Phys., december 1989, Vol. 66, N 11, P. 5161-5174.

100. H. Lefevre, The Fiber Optic Gyroscope, Artech House, 1993.

101. Y.N. Korkishko, V.A. Fedorov, and O.Y. Feoktistova LiNb03 optical waveguide fabrication by high-temperature proton-exchange//IEEE J. Lightwave Technol. -2000.-vol. 18,pp. 562-568.1. УТВЕРЖДАЮа'

102. HKmEL.h., проф. Коркишко Ю.Н.2003 г.1. АКТо внедрении результатов диссертационной работы Апраксина Д. В.

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

104. Технический директор д.ф.-м.н., проф.

105. Финансовый директор (главный бухгалтер)

106. УТВЕРЖДАЮ" Проректор МГИЭТ (ТУ) fjQJUJif Поспелов А. С. 2003 г.1. АКТо внедрении результатов диссертационной работы Апраксина Д. В.

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

108. Зав. каф. МПТЭ д.ф.-м.н., проф.