ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ОПТИЧЕСКИХ ВОЛНОВОДНЫХ СТРУКТУР НА ОСНОВЕ КРИСТАЛЛА LiNbO3

Целью работы является снижение оптических потерь на отражениеS11и уменьшение габаритов оптических волноводных структур на основе LiNbO3. Задачи исследования Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: 1) реализовать внедренный Y–делительна подложкеLiNbO3 с элементом взаимосвязанных линий; 2) реализовать гребенчатый Y–делитель на подложкеLiNbO3 с элементом стыковки ступенчатого вида; 3) сформировать внедренную волноводную структуру методом термической диффузии Ti в подложкуLiNbO3; 4) сформировать гребенчатую волноводную структуру методом плазмохимического травления подложки LiNbO3 в газовой среде SF6. Научная новизна работы 1. Предложена конструкция внедренного Y–делителя на подложке LiNbO3 с элементом взаимосвязанных линий в котором оптические потери на отражение в 2 раза ниже имеющихся аналогов; 2. Предложена конструкция гребенчатого Y–делителя на подложке LiNbO3 с элементом стыковки ступенчатого вида, который позволил уменьшить габариты элемента стыковки в 7 раз. Практическая значимость работы 1. Внедренный Y–делитель на подложке LiNbO3 с элементом взаимосвязанных линий позволит снизить оптические потери устройств радиофотонного тракта; 2. Гребенчатый Y–делитель на подложке LiNbO3 с элементом стыковки ступенчатого вида позволит уменьшить габариты радиофотонных схем. Положения, выносимые на защиту 1. Интеграция области на основе взаимосвязанных линий в полосковом внедренном Y-делителе на подложкеLiNbO3 позволяет снизить оптические потери на отражениеS11в Y-делителе с -13 дБ до -26 дБ; 2. Преобразование элемента стыковки гребенчатого Y-делителя на подложке LiNbO3, путем применения ступенчатой геометрии с шагом кратной длине волны, позволяет уменьшить габариты элемента стыковки с 50 мкм до 7,2 мкм, без увеличения оптических потерь на отражение. Апробация работы Результаты исследований, вошедших в диссертацию, были доложены и обсуждены на 2 международных конференциях, и опубликованы в 1 журнале, входящем в перечень РИНЦ: 1) международная научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых учёных «Научная сессия ТУСУР – 2019»; 2) сборник избранных статей Научной сессии ТУСУР, Томск, 2019; 3) международная научно – практическая конференция «Электронные средства и системы управления – 2019». Личный вклад автора Диссертация является итогом исследований автора, которая была реализована в НОЦ «Нанотехнологии» ТУСУР с 2018 по 2020 гг. Автором совместно с научным руководителем ставились цели и задачи данной работы, а также методы их достижения. Личный вклад автора заключается в определении методики и реализации экспериментов, выполнении оценок и расчётов, а также обработке и анализе полученных экспериментальных данных. Вторая глава посвящена обзору литературы связанной с темой работы. Рассмотрены преимущества и направления использования радиофотонного тракта, типы оптических волноводов и делителей с одним общим входом и двумя выходами, виды материалов, используемых для создания элементов радиофотонного тракта, а также рассмотрены методы формирования волноводных структур в полупроводниках и нелинейных кристаллах. В третьей главе описана техника, используемая для проведения методики по разработке технологии процесса термической диффузии Ti в подложку LiNbO3 и плазмохимического травления LiNbO3, для формирования оптических волноводов, а также методики работы с программным обеспечением для моделирования оптических делителей. В четвертой главе представлены результаты моделирования полоскового внедренного делителя на основе LiNbO3 и полоскового делителя на основе LiNbO3с гребенчатым волноводом. А также представлены результаты методики фотолитографии Ti, нанесенного на подложку LiNbO3 и термической диффузии Tiв подложку LiNbO3 и результаты методики формирования волноводной структуры в подложке LiNbO3 методом плазмохимического травления.