Изотропные и анизотропные фазовые рельефы в волноводных структурах на основе халькогенидных стеклообразных полупроводников и органических фотохромных материалов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.03, кандидат физико-математических наук Бородакий, Юрий Владимирович

• Бородакий, Юрий Владимирович
• кандидат физико-математических наук
• 1984

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Бородакий, Юрий Владимирович

ВВЕДЕНИЕ . . . . ;

ГЛАВА I; МЕТОДЫ ФОРМИРОВАНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЯ ФАЗОВЫХ РЕЛЬЕФОВ В СВЕТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ ВОЛНОВОДНЫХ СТРУКТУРАХ . ; . ;

1.1. Экспериментальная установка для исследования поверхностных световых волн в тонкопленочных волноводах

1.2. Методики и установки для формирования и исследования волноведущих каналов в оптических волокнах из халькогенидных стеклообразных полупроводников. 25 1.3; Установки и методики формирования и исследования изотропных и анизотропных дифракционно-решетчатых структур и волноводных голограмм. .;.;

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ФАЗОВЫХ РЕЛЬЕФОВ В ОПТИЧЕСКИХ ВОЛОКНАХ ИЗ ХАЛЬКОГЕНИДНЫХ СТЕКЛООБРАЗНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВ.; ;

2.1; Формирование фазовых рельефов в оптических волокнах на основе халькогенидных стеклообразных полупроводников . . ; ;

2.2; Поляризационные свойства волноведущих каналов в оптических волокнах ИК диапазона. .;;. 54 2.3; Исследование чувствительного элемента датчика малых перемещений в оптическом волокне из халь-когенидного стеклообразного полупроводника к Д.

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ВОЛНОВОДНЫХ ГОЛОГРАММ В ОПТИЧЕСКИХ ВОЛНОВОДАХ НА ОСНОВЕ ХАЛЬКОГЕНИДНЫХ СТЕКЛООБРАЗНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВ И ОРГАНИЧЕСКИХ ФОТОХРОМ-НЫХ МАТЕРИАЛОВ

3.1. Взаимодействие поверхностных световых волн на фокусирующих голографических структурах в тонкопленочных волноводах из халькогенидных стеклообразных полупроводников . .¿¿¿¿¿

3¿2¿ Экспериментальное исследование свойств голографических решетчатых структур, сформированных поверхностными световыми волнами в планарном волноводе . 74 3.3; Экспериментальное исследование влияния параметров планарных волноводов на эффективность неколлинеар-ной брэгговской дифракции . .¿¿¿

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ БРЭГГОВСКОЙ ДИФРАКЦИИ ПОВЕРХНОСТНЫХ СВЕТОВЫХ ВОЛН В ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ ВОЛНОВОДАХ НА АНИЗОТРОПНЫХ ДИФРАКЦИОННО-РЕШЕТЧАШХ СТРУКТУРАХ. ;

4¿I¿ Анализ неколлинеарного взаимодействия и преобразования поверхностных световых волн в тонкопленочных волноводах на анизотропных фазовых дифракционно-решетчатых структурах. .¿¿¿¿

4¿2¿ Исследование изотропной неколлинеарной брэгговской дифракции поверхностных световых волн на анизотропных дифракционно-решетчатых структурах в тонкопленочных волноводах .••••••

4¿3¿ Исследование анизотропной неколлинеарной брэгговской дифракции поверхностных световых волн на анизотропных дифракционно-решетчатых структурах в тонкопленочных волноводах . ;

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Изотропные и анизотропные фазовые рельефы в волноводных структурах на основе халькогенидных стеклообразных полупроводников и органических фотохромных материалов»

В разработке элементной базы интегральной и волоконной оптики в настоящее время достигнуты значительные успехи. Достаточно полно изучены дисперсионные характеристики планарных и цилиндрических оптических волноводов, а также распределение полей и световые потоки, создаваемые в них поверхностными световыми волнами CI-II]• Исследована возможность создания на основе фазовых рельефов различных функциональных элементов для волноводных систем обработки и передачи информации - как пассивных /линз, призм, волноводных каналов, дифракционных решеток, ответвителей, поляризаторов и т;д;/, так и активных /источников, модуляторов, управляемых дефлекторов, детекторов излучения и т.д./ [1-3,12-20]. Много внимания уделяется поискам материалов, пригодных для создания на их основе широкого класса функциональных элементов интегральной оптики, их интеграции на единой подложке, а также методам формирования волноводных структур и функциональных элементов волноводной обработки информации в данных материалах С21,22]. В настоящее время для создания широкого класса устройств волноводной обработки и передачи информации наиболее перспективными считаются монокристаллические пленки полупроводниковых соединений дП-giy и дПЬдУ £23,24] , пленки аморфных полупроводников С24], органических материалов С25], сегнето-электрических кристаллов Г261. Особое место в оптических системах волноводной обработки и передачи информации занимают светочувствительные волноводные структуры - такие, как халькогенидные стеклообразные полупроводники C27j и органические фотохромные материалы С 28]; Интерес к ним вызван в первую очередь их хорошими волноводными качествами [24,29,ЗОД, а также возможностью формирования на их основе оптическими методами различных интегрально-оптических элементов [1-3,20,31-341.

При создании сложных функциональных схем в системах оптической обработки и передачи информации приборы интегральной оптики будут работать совместно с волоконными линиями, которые могут быть использованы как для соединения отдельных блоков, так и для реализации приборов на их основе /фильтров с временным согласованием, линий задержки и накопления сигналов и т.д./ [35,36]; Поэтому для практической реализации таких схем необходимо решить проблему эффективного оптического сочленения планарных волноводов друг с другом и с волоконными световодами С18,20,21,29,30,33,341. Указанной проблеме посвящено большое число работ, в том числе обзорного характера [37,383. В них изложены общие принципы оптической совместимости планарных и цилиндрических волноводов и основные методы связи - такие, как непосредственное возбуждение в торец и метод оптического туннелирования. Однако эффективных методов согласования до сих пор не разработано, что особенно остро чувствуется при создании волоконно-оптических линий связи, когда возникает необходимость в согласовании многомодовых световодов с интегрально-оптическими элементами обработки информации, которые, как правило, формируются в одномодовых канальных или планарных волноводных структурах.

Как показали исследования последних лет, волоконные световоды вполне способны заменить существующие коаксиальные кабельные системы связи и обеспечить скорость передачи данных в ближнем ЙК диапазоне 50Мбит/с при использовании многомодовых волокон [39Д; Минимальное затухание в оптических волокнах, достигнутое в настоящее время, составляет 0,04 дБ/км и получено на длине волны 1,55мкм в кварцевом волокне, изготовленном методом осаящения из газовой фазы [40]. Скорость передачи информации по волоконным световодам ограничивается уширением импульсов, обусловленным материальной и мо-довой дисперсиями [41], а также деполяризацией излучения [42], вызванной наличием двулучепреломления, возникающего в результате различных технологических несовершенств волокна, а также в процессе работы /эллиптичность сечения сердцевины или оболочки, различия в коэффициентах их термического расширения, внешние давления, изгибы, микротрещины/ и снимающего вырождение между ортогонально-поляризованными модами [431; Как показали исследования [44-46], оптимизация профиля показателя преломления, использование маломодовых и одномодовых волокон позволяют снизить модовую дисперсию. Материальная дисперсия может быть устранена выбором длины волны лазерного излучения. Так, например, для кварцевых волокон точка "нулевой" дисперсии лежит в области 1,27-1,32мкм [46];

Создание одномодовых волоконных световодов, способных сохранять линейную поляризацию излучения на значительных длинах, является весьма актуальной задачей [43-51]. Подобные одномодовые волоконные световоды могут найти широкое применение в различного рода оптических приборах: волоконных датчиках вращения [52], гидрофонах, приборах для измерения силы тока [53] и др;, а также при создании волоконно-оптических приборов в совокупности с интегрально-оптическими элементами. При решении этой задачи возможны два противоположных подхода. Первый предполагает создание одномодовых волоконных световодов с малой эллиптичностью сердцевины и оболочки, малой их концентричностью и малой разностью коэффициентов термического расширения сердцевины и оболочки и т;д; При использовании этого подхода получены одномодовые волоконные световоды с длиной биения состояния поляризации 140м в видимой области спектра £54]. Второй подход, напротив, предполагает создание одномодовых волоконных световодов с сильным двулучепреломлением таким образом, чтобы возможно сильнее разнести постоянные распространения ортогонально-поляризованных мод и уменьшить тем самым связь между ними. В этом случае влияние различных воздействий на волоконные световоды - таких, как изгибы при намотке на барабан, сдавливание и скручивание при изготовлении кабеля и т.п. - значительно ослабляется по сравнению с одномодовыми волоконными световодами первого типа П48-513. При втором подходе получены одномодовые волоконные световоды с длиной биения состояния поляризации 0,75мм в видимой области спектра С553.

Возможность достижения предельно низких оптических потерь и малой материальной дисперсии оптических волокон в ИК диапазоне делает весьма перспективным их применение для волоконно-оптических линий связи. При этом, как показывают оценки, расстояние между ретрансляторами может составлять величину 100-1000км С56,57П. Важным является и то, что одномодовые оптические волокна ИК диапазона могут иметь диаметр сердцевины порядка нескольких десятков микрон, что упрощает проблему их стыковки, в том числе и с элементами интегральной оптики. Поэтому в последнее время интенсивно ведутся исследования по поиску новых материалов для оптических волокон, прозрачных в диапазоне 2-15мкм [57-59]. Одним из наиболее перспективных материалов для волоконно-оптических линий связи являются халькогенидные стеклообразные полупроводники [58-61], которые обладают высокой прозрачностью в среднем ИК диапазоне и высокотехнологичны при вытяжке волокон [56,57]. При этом большое разнообразие возможных составов этого класса бескислородных стекол позволяет получать световоды с оптимальными оптическими свойствами для каждого конкретного их применения. Как показывают оценки £62], потери в стеклах Ав-Э и в диапазоне длин волн 5-6мкм могут быть снижены до величины /2-3/*10 дБ/км. Кроме того, наличие эффекта оптической записи, на основе которого возможно формирование оптическими методами пассивных интегрально-оптических элементов в тонких пленках из данных материалов, позволяет ожидать, что оптическая запись будет иметь место и в оптических волокнах из данных материалов. Причем их пригодность в смысле формирования в них фазовых рельефов во многом будет определяться технологией их изготовления; В зависимости от условий синтеза и закалки можно получать аморфные структуры, различающиеся молекулярным составом, способом укладки молекулярных цепей, сеток и т.д. [63-66]. Таким образом, от скорости и температуры закалки оптических волокон из халькоге-нидных стеклообразных полупроводников будет зависеть их чувствительность к излучению и величина их возможных фотоинду-цированных изменений оптических констант [65]. Согласно проведенным исследованиям состава поверхности массивных стекол и пленок, поверхностный слой их обеднен халькогеном. Причем, как показано в [66], при экспонировании излучением лазера с длиной волны, примерно равной ширине запрещенной зоны, происходит некоторое выравнивание стехиометрии. Однако работ по изучению процессов формирования и по исследованию оптической записи фазовых рельефов в оптических волокнах из халькогенид-ных стеклообразных полупроводников ранее не проводилось, хотя элементы на основе волноведущих каналов и дифракционных решеток, а также их комбинаций позволили бы в ряде случаев обойти либо решить ряд остростоящих перед интегральной и волоконной оптикой задач, например, таких как стыковка интегрально-оптических элементов обработки информации с волоконными линиями связи, увеличение информационной емкости волоконно-оптических линий связи, создание одномодовых градиентных волоконно-оптических трактов с оптимальными в зависимости от вида передаваемой по ним информации параметрами, и таким образом перейти к уровню более сложной интеграции элементов обработки и передачи информации, т.е. к созданию монолитных систем повышенной информационной емкости, надежности, экономичности и компактности;

Достижения в развитии оптических методов обработки информации, совершенствование источников оптического излучения, разработка элементов управления излучением и реверсивных сред позволяют вплотную подойти не только к проектированию отдельных узлов оптических систем обработки и передачи информации, но и сделать первые шаги по пути создания монолитных интег-рально-оптичееких схем £33,34,67,68Д и практической реализации интегрально-оптических процессоров различного функционального назначения в целом £69-773. Так, показана возможность, используя различные комбинации интегрально-оптических модуляторов и переключателей, производить основные логические операции процессоров либо при помощи планарных линз и акустических модуляторов осуществлять Фурье-анализ оптических сигналов С39, 73,74-60]. Основными преимуществами таких устройств являются существенно более высокое быстродействие /более чем на три порядка/ и меньшая энергоемкость по сравнению с электронными процессорами С733;

Основными функциональными элементами интегрально-оптических устройств обработки информации могут являться волно-водные линзы С 81-883 и волноводные голограммы С89-923. Применение того или иного функционального элемента определяется в основном видом обрабатываемой информации, устройствами ввода и вывода, а также технологической совместимостью вол-новодного слоя, в котором он сформирован с другими активными и пассивными элементами волноводного процессора. Оптические устройства на волноводных линзах могут иметь более широкое применение благодаря тому, что их можно формировать практически на любом волноводе Ц82], хотя технология их изготовления сложна, поскольку требует высокоточной профилированной толщины волновода £83-87Д. Однако использование волноводных голограмм может резко упростить архитектуру волноводного процессора, что вызывает особый интерес с точки зрения создания специализированных аналоговых интегрально-оптических процессоров и волноводных запоминающих устройств £90931;

Первые предположения о возможности формирования волноводных голограмм в оптических волноводах были сделаны в работе С 90]; Последующие экспериментальные исследования L89-92,94,951 показали возможность использования для этой цели волноводных мод и были посвящены изучению процессов записи волноводных голограмм в тех или иных волноводных слоях; В результате проведенных исследований разработаны четыре способа записи волноводных голограмм: на зоне связи [89,923, внешними П9С0 и волноводными С 963 пучками, а также интерференционной картиной, образованной волноводной модой и лучом, падающим извне С 94,95], в различных средах, обсужден ряд их возможных применений, например, для создания волноводных запоминающих устройств, стыковочных узлов, для измерения про№-ля показателя преломления волноводов и т.д;

При построении интегрально-оптических процессоров и запоминающих устройств очень остро встает вопрос волноводного материала, в котором одновременно возможно формирование волноводных голограмм, активных и пассивных интегрально-оптических элементов. В ранее опубликованных работах формирование волноводных голограмм поверхностными световыми волнами осуществлялось в волноводах из ниобата лития, легированного железом, и желатина, сенсибилизированного первоначально к используемой для записи длине волны. Однако при считывании в обоих случаях возникают искажения, вызванные малым временем жизни волноводных голограмм в 1.1 N60^ С97Ц, а также усадкой желатиновых слоев после задубливания [963; При считывании волноводных голограмм, сформированных внешними пучками, на зоне связи также возникают искажения из-за использования разноволновой методики записи и считывания, а также из-за того, что записанные голограммы оказываются нескорректированными от искажений фазового фронта в волноводе. Практическому использованию данных голограмм препятствуют также, во-первых, искажения, возникающие при считывании и сопровождающиеся падением интенсивности в восстановленном луче, во-вторых, неисследованноеть разрешающей способности голограмм и пути ее увеличения /уменьшения/ и, в-третьих, то, что оптимизация профиля показателя преломления волноводов с целью получения максимальной дифракционной эффективности проведена только для пленарных волноводов с прямоугольным гауссовым экспоненциальным распределением показателя преломления по глубине и в виде дополнительной функции ошибок С98-101].

Для регистрации голограмм в настоящее время разработан целый ряд сред, однако для одновременного использования их в качестве волноводов в силу своих физических свойств больше всего подходят органические фотохромные материалы и халькоге-нидные стеклообразные полупроводники 1196,102-1051; Органические фотохромные материалы благодаря своему, как правило, двухступенчатому процессу записи позволяют осуществить запись и считывание на одной и той же длине волны и, в отличие от неорганических фотохромных материалов, позволяют производить фиксирование записанного рельефа. Одними из наиболее изученных органических фотохромных материалов являются пленки на основе спиропирановых красителей и пленки поливинилцинамата [103,1063. Они обладают потерями не более 1дБ/см в видимой т области спектра, разрешением не менее 3000мм , а число циклов записи и считывания без ухудшения качества превышает 5000, что, очевидно, позволит создавать на их основе практически все пассивные элементы интегрально-оптических устройств обработки информации. Пленки халькогенидных стеклообразных полупроводников благодаря своему высокому показателю преломления и технологичности нанесения совместимы с любым из известных материалов для активных и пассивных интегрально-оптических устройств, а высокая разрешающая способность, сухая и быстрая обработка при голографической записи, а также реверсивность этих материалов, очевидно, позволит широко их использовать при создании активных и пассивных устройств волно-водной обработки информации £29,30,96,104,1053.

Перспективы разработки волоконно-оптических линий связи с частотным уплотнением каналов стимулируют поиск эффективных методов пространственно-селективной фильтрации излучения в тонкопленочных волноводах и разработки возможных принципов построения частотно-селективных устройств уплотнения каналов передачи информации с различными оптическими несущими частотами на основе интегрально-оптических схем С107-1093. Наиболее подходящими элементами для этих целей являются, по-видимому, брэгговские фазовые дифракционно-решетчатые структуры в тонкопленочных волноводах - самые распространенные в настоящее время в интегральной оптике голографические структуры, -работающие в режиме неколлинеарной дифракции излучения в плоскости тонкопленочных волноводов £29,34,108-1103. Такие структуры могут быть сформированы за счет периодической модуляции как показателя преломления материала, так и толщины волновода. В работе С341 проведен сравнительный анализ различных видов модуляции параметров тонкопленочных волноводов. Показано, что эффективность гофрированных решетчатых структур /модуляция толщины тонкопленочных волноводов/ может быть сравнима с эффективностью структуры с модулированным показателем преломления и выше нее для достаточно тонких одномодовых волноводов при работе вблизи отсечки. Однако в этом случае, как правило, не выполняется условие слабой связи и существенно возрастают потери в тонкопленочных волноводах, более того - предельно тонкий волноводный слой не исчерпывает всех интересных с практической точки зрения случаев. С увеличением толщины волновода происходит резкое снижение эффективности работы гофра, в то время как в случае модуляции показателя преломления материала постоянная связи, начиная с некоторого значения толщины волновода, практически от нее не зависит,

В работах Ц111-113Ц проведен детальный анализ неколли-неарной брэгговской дифракции излучения в плоскости тонкопленочных волноводов на решетчатых структурах, сформированных за счет периодической модуляции как показателя преломления, так и толщины волноводного слоя. В приближении плоских волн получены аналитические выражения для констант связи основного параметра, определяющего процесс взаимодействия поверхностных световых волн на данных структурах в тонкопленочных волноводах. Исследования пространственно-угловой фильтрации поверхностных световых волн при их неколлинеарном взаимодействии на брэгговских дифракционно-решетчатых структурах в тонкопленочных волноводах в режимах с высокой пространственно-угловой избирательностью характеризуются низкой дифракционной эффективностью, а также большой длиной самой решетчатой структуры С 30,34,1103» что затрудняет создание высокоэффективных устройств на их основе, т.к. увеличение как разрешающей способности, так и дифракционной эффективности производят за счет увеличения длины самой структуры путем уменьшения величины модуляции параметров волновода /его показателя преломления и толщины/; Это невыгодно по ряду причин. Формирование однородных дифракционно-решетчатых структур на больших площадях является достаточно сложной задачей, но даже при ее решении возникают трудности, т.к. на таких структурах происходит сильное искажение как пространственного распределения обрабатываемых сигналов, так и их длительности и резко возрастают излучательные потери С 293;

Однако, с одной стороны, по аналогии с дифракцией на объемных голограммах, отмеченные недостатки могут быть устранены при использовании анизотропных сред, где требуемое разрешение достигается при меньших длинах без уменьшения дифракционной эффективности £114-120]. Связано это с тем, что при изменении поляризационного состояния отклоненной световой волны по отношению к падающей, имеющем место в анизотропной среде, коэффициенты преломления для этих волн неодинаковы, В результате этого в соответствии с условием фазового синхронизма угол падения ф на голограмму перестает быть равным углу отклонения 0 . Поэтому из-за различия в законах изменения углов дифракции Ф и 0 для определенных периодов возможно значительное /почти на порядок/ увеличение /уменьшение/ избирательности при заданной длине структуры, т.к| условие фазового синхронизма будет выполняться в более узком /широком/ диапазоне изменения периода решетки ЦПб]; Хотя, с другой стороны, анизотропная дифракция на изотропных дифракционно-решетчатых структурах в изотропных и анизотропных тонкопленочных волноводах также хорошо изучена £34,119], но практически отличается от изотропной дифракции лишь числом взаимодействующих мод. Анизотропные же дифракционно-решетчатые структуры обладают большим числом варьируемых параметров и вызывают особый интерес как с точки зрения исследования процессов взаимодействия и преобразования поверхностных световых волн в тонкопленочных волноводах на таких структурах, так и с точки зрения создания на их основе активных и пассивных интегрально-оптических устройств;

Таким образом, создание интегрально-оптических устройств обработки и передачи информации требует решения комплексной задачи по формированию и исследованию волоконных элементов обработки и передачи информации, по изучению процесса формирования заданного фазового рельефа в светочувствительных волновод-ных структурах, по исследованию фильтрации поверхностных световых волн на характеристических и фокусирующих волноводных голографических структурах в тонкопленочных волноводах; влияния црофиля показателя преломления волновода на эффективность взаимодействия поверхностных световых волн на гофрированных решетчатых структурах, а также взаимодействия и преобразования поверхностных световых волн на анизотропных дифракционно «решетчатых структурах в тонкопленочных волноводах.

Целью настоящей работы являлось исследование изотропных и анизотропных голографических структур и волноведущих каналов в светочувствительных волноводах на основе халькогенидных стеклообразных полупроводников и органических фотохромных материалов для разработки на их основе интегрально-оптических элементов обработки и передачи информации;

На защиту выносятся следующие результаты, полученные впервые в данной работе:

I; На основе исследованного неколлинеарного взаимодействия и преобразования поверхностных световых волн на объемных фазовых анизотропных дифракционно-решетчатых структурах, сформированных в тонкопленочном волноводе анизотропной модуляцией показателя преломления его материала, установлено, что они существенным образом определяются взаимной ориентацией оптической оси решетки, падающей и дифрагированной волнами и их поляризациями; Проведено экспериментальное изучение свойств анизотропных дифракционно-решетчатых структур в тонкопленочных волноводах, показана возможность создания на их основе высокоселективных интегрально-оптических элементов обработки информации, для которых малая длина сочетается с высокой избирательностью и максимальной дифракционной эффективностью для любых углов дифракции;

2. Сформированы, в том числе поверхностными световыми волнами, голографические решетчатые структуры в фоточувствительных тонкопленочных волноводах на основе индолиновых спиро-пиранов и халькогенидных стеклообразных полупроводников и экспериментально показана возможность их обратимой и необратимой фиксации в объеме тонкопленочных волноводов, а также изучена пространственно-угловая и модовая фильтрации поверхностных световых волн в тонкопленочных волноводах на характеристических и фокусирующих волноводных голографических структурах;Изу-чено влияние геометрии и профиля показателя преломления на эффективность процессов взаимодействия поверхностных световых волн на голографических решетчатых структурах и выявлены их оптимальные параметры;

3; Предложен и экспериментально изучен способ создания сложного профиля показателя преломления в оптических волокнах из халькогенидных стеклообразных полупроводников под действием излучения с длиной волны, соответствующей положению края собственного поглощения материала волокна, на основе которого реализованы в оптических волокнах из халькогенидных стеклообразных полупроводников волноведущие каналы и дифракционно-решетчатые структуры; На основе проведенных исследований свойств волноведущих каналов и дифракционно-решетчатых структур, а также их комбинаций в оптических волокнах из халькогенидных стеклообразных полупроводников экспериментально показана возможность реализации в данных волокнах элементов предварительной обработки и передачи сигналов, а также пути оптимизации их параметров.

Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения- , Общий объем диссертации составляет 143 страницы и включает 39 рисунков и список литературы из 158 наименований;

Заключение диссертации по теме «Радиофизика», Бородакий, Юрий Владимирович

Основные результаты, полученные в диссертации, опубликованы в работах: С131], С132], ПЗб], £13811, С1441, С147Л, С149П, С152Ц, С155], С157Л, Ц158Д и докладывались на следующих конференциях, семинарах и совещаниях:

I. Всесоюзном научно-техническом совещании "О состоянии и мерах по дальнейшему развитию разработок и внедрению материалов на основе стекол в оптоэлектронике", г.Ужгород, 1981г;

2; Всесоюзном научно-техническом совещании "Состояние и перспективы развития оптоэлектроники и ее применение в системах связи", г¿Черкассы, 1983г.

3¿ 1У Всесоюзной конференции "Бессеребряные и необычные фотографические процессы", г.Суздаль, 1984г.

4¿ Международной конференции "Аморфные полупроводники 84", г.Габрово, 1984г.

Результаты проведенных исследований изотропных и анизотропных фазовых рельефов в элементах интегральной и волоконной оптики были использованы при разработке и создании волноводных систем по договору с промышленным предприятием;

В заключение считаю своим приятным долгом выразить глубокую благодарность и искреннюю признательность моему научному руководителю профессору, д.ф;-м.н. Быковскому Юрию Алексеевичу за постоянное внимание, всестороннюю помощь и многочисленные плодотворные обсуждения на всех этапах работы, научному консультанту ст. научному сотруднику, к;ф.-м.н; Смирнову Владимиру Леонидовичу за всестороннюю поддержку, ценные советы, многочисленные полезные обсуждения;

Выражаю благодарность сотрудникам кафедры физики твердого тела к.ф;-м;н; Маймистову А;И;, Мироносу А.В;, Зысину Я;Ю; за полезные обсуждения и инженерам Карповой Е.В;, Кузнецову И;В;, Быченко В.Н; и Коцеревой Е.А; за помощь в работе, а также сотрудникам ИШ АН MGCP академику АН МССР, д.ф.-м.н; Андриешу А;М; и ст. научному сотруднику, к.ф.-м.н. Пономарю В.В., сотрудникам НИОПиКа ст; научному сотруднику, к.ф.-м.н; Барачевскому В;А; и ведущему инженеру Козенкову В.М; за любезное предоставление образцов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Одним из быстро развивающихся направлений квантовой электроники в настоящее время является интегральная оптика; Интерес к этой области связан прежде всего с возможностью создания надежных и малогабаритных устройств управления лазерным лучом, а также систем обработки оптической информации. Отдельные элементы интегральной оптики уже сейчас находят практическое применение, например, модуляторы лазерного излучения; Развитие элементной базы, снижение потерь, повышение эффективности, долговечности, надежности, стабильности и оптимизация отдельных интегрально-оптических элементов и устройств различного функционального назначения, разработка новых и улучшение характеристик традиционных материалов для их практической реализации позволили сделать первые шаги по пути создания монолитных интегрально-оптических схем;

Создание сложных функциональных схем в системах оптической обработки и передачи информации потребует совместной работы приборов и элементов интегральной и волоконной оптики, которые будут использоваться как для соединения отдельных блоков,1 так и для реализации различных устройств на их основе; Причем основной задачей интегральной оптики является объединение на единой подложке элементов однотипной либо близкой структуры, но различного функционального назначения. Одним из материалов, позволяющих создавать на своей основе как планарные и цилиндрические волноводные структуры, так и практически все пассивные элементы интегральной оптики, являются халькогенидные стеклообразные полупроводники и органические фотохромные материалы;'

В настоящей работе рассмотрен ряд вопросов, посвященных формированию и исследованию изотропных и анизотропных фазовых рельефов в светочувствительных волноводных структурах на основе органических фотохромных материалов и халькогенидных стеклообразных полупроводников, их устойчивости к внешним воздействиям, оптимизации характеристик исследуемых структур в зависимости от вида обрабатываемой и передаваемой информации, а также архитектурным особенностям систем волноводной обработки и передачи информации в целом; Затронутый круг вопросов не отражает всех проблем, связанных с разработкой методов и принципов построения систем волноводной обработки и передачи информации. Проведенные исследования направлены прежде всего на выяснение принципиальных возможностей создания устройств оптической обработки информации на базе фазовых рельефов в пленарных и цилиндрических волноводных структурах и представляют интерес для разработки и создания волоконных средств предварительной обработки и передачи сигналов, а также волоконно-оптических систем обработки информации; Исследования проводились на планарных и цилиндрических волноводах из различных материалов, но главная ориентация была сделана на волноводные структуры на основе халькогенидных стеклообразных полупроводников и органических фотохромных материалов, т.к; эти материалы пригодны для формирования на их основе практически всех пассивных элементов и устройств интегрально-оптических схем;

При создании сложных функциональных схем в системах оптической обработки и передачи информации приборы интегральной оптики будут работать совместно с волоконными линиями, которые будут использованы для соединения отдельных блоков, реализации фильтров с временным согласованием, линий задержки и накопления сигналов и т.д; Как показано в работе, фазовые рельефы в оптических волокнах из халькогенидных стеклообразных полупроводников могут быть успешно использованы при создании в оптических волокнах волноведущих каналов и дифракционно-решетчатых структур - элементов, на базе которых возможна реализация устройств различного функционального назначения для систем предварительной обработки и передачи информации; Исследование процесса формирования фазового рельефа позволило реализовать и исследовать оптические волокна, волноведущие каналы которых сохраняют поляризацию передаваемого излучения, а также волоконный датчик малых перемещений на базе комбинации волноведу-щих каналов и дифракционно-решетчатых структур. Показаны пути вариации параметров волноведущих каналов, что позволит их оптимизировать в зависимости от функционального назначения элементов на их основе, вида передаваемой по ним информации, а также влияния внешних воздействий. Проведенные исследования позволят в дальнейшем успешно использовать волоконно-оптические тракты в системах передачи и обработки информации за счет возможности более компактного формирования ряда их элементов непосредственно в оптическом волокне, а также частичного устранения необходимости стыковки между собой некоторых элементов передачи и предварительной обработки сигналов; Изучение предложенных в работе процессов записи и считывания волноводных голо графических структур в тонкопленочных волноводах, увеличения эффективности их работы , а также их разрешающей способности позволяет ожидать возможности создания на их основе запоминающих устройств и волноводных оптических процессоров, которые могут найти применение в системах оптической обработки информации нового типа;' Анизотропные же голографические структуры, позволяющие расширить и оптимизировать функциональные возможности интегрально-оптических устройств, построенных на базе дифракционно-решетчатых структур, являются следующим шагом в разработке комплексных систем оптической обработки и распознавания информации; Результаты проведенных исследований показывают, что возможность создания конкретных систем обработки и передачи информации, воплощающих в себе все достоинства интегральной и волоконной оптики, а также микроэлектронной техники, связана с поиском оптимальных принципов построения как отдельных функциональных эгсментов, так и блоков на их основе с учетом специфики физических свойств конкретных материалов и структуры информационных сигналов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Бородакий, Юрий Владимирович, 1984 год

1. Slui&est R., Иа«^ ä-H- Optical се ыахгеъ in-thin.1.imb ûh,cI tkelfc ajapEicatlon. to integrated data ргосг-МоМг IEE ,TtûM^.MTT) (965, v. 16, rJ5$, p.10^-105^.

2. Haya^kl Г., PanUk M.ß^Fay RV. , Suw^kl S. function, tötete vkick operate cordLnnouUy at room, te wipe tat ufce-Afy>e. Phjp. Lett.,19^0, v. 50, ^3 , p. 109-144.

3. Андреев В.M;, Быковский Ю;А;, Вигдорович Е.Н;, Маковкин А;В;,

4. Eu*. Com4. Inie^ateoL Optica , London. t 14-15" §ept., im, London. : bleu Yotk, 1Ш, р.

5. И®811™81* электроника, 1977, т.4, Р3,с.629-637;31; ТЬиака Keij i, Odajtma Akt га . PUoto-opticoi iuLick-Lug deirlce^ êy amotphou* navra^vulde6. —

6. EE OuûHt.EeeaU.^Q^v.i?, p.8?9-8€4.

7. Papp Д., H<mti4 H. РоЕаг^ойоие optica of index- atadient optical -usQirecjuide ffiBett,p .2406-ZAU.

8. SakalJJf-, Klmutal PofïaûjatloK. êeftovio*t w vrxultipty petiutBecL iUgie-Knode —JEEE Quant.Efettl., 1Ш7 v.U, p.59-85.52; Patf6atk G.A.,Shaw H.<J. бе^^и^екtee cmd jpota^oîtioh^ ¿{feat* Ut fi6et аи*со*еореб.- Abb£. Opt, v.ZI, l\l-НО,

9. Cu£*Iiûw5. Optical ftête î\AM<ime.ibRad. and Eieeife.

10. Zoh§ vQtr&Cehßht monoinode fiifoe ttanbrnUbion-.— Opt. and

11. Басов Н.Г;, Волчков В.Г., Компанец И.Н., Кулибанов Ю.М;,

12. В мире науки, 1983, №4, с.15-25; 81; Унгер Х;-Г; Планарные и волоконные оптические волноводы;

13. Андриеш A.M., Кульчин Ю.Н., Пономарь В.В., Смирнова А;С; Запись и считывание голограмм в пленарном волноводе; Оптика и спектроскопия, 1983, т.55, №2, с.331-333;

14. SukamT, NUltlhûta H., К oyomct Vauegaîoie h оборчат*: a new QfjjDioack to ho^og^Qnru wttecpatLoKi.-- Opt,1. Commun., тв, v.A9, p.

15. Кандидова O.B., Леманов B.B., Сухарев B.B. Запись голограмм в планарном световоде из ниобата лития. Письма в ЖЩ>, 1983, т.9, вып.13, с.777-781.

16. Luko^W. jWkth^x^lt А. Нобооъат. zecobdùho cmd *eacL out uritk. "the etraneicent petcl* of cju,LcLeoL isaires. — Opt. Commun,., A9?£, v. 19,

17. Emjrujolahf, 0. HoCogtapk^ uyûilt etrweicent иаиъ*, — . of -the optCeat joeXetij cxf AmefetecL ? ¿969,v.59, p. AW Б ¿650.

18. Уюкин E.M., Чтыроки И., Янта И. Фоторефрактивный эффект в оптических волноводах, изготовленных на различных средах ниобата лития. Квантовая электроника, 1983, т.10, №11, с.2358-2360.

19. Андренко С.Д., Шестопалов В.П. Об одном методе формирования голограмм. Докл. АН СССР, 1979, т.246, №1, с.69-72.

20. Гуревич C.B., Константинов В.В., Соколов В.К., Черных Д.Ф; Передача и обработка информации гологратическими методами. Москва, Советское Радио, 1978, 304с.

21. Загорская З.А., Пиляк Л.М., Шарова Л.В., Шевченко С.Б. Бихромировэнная желатина-среда для записи голограмм. Материалы 1У Всесоюзной конференции "Бессеребряные и необычные Фотографические процессы", г.Суздаль, 1984, тЛ,с.231-232.

22. Прохоров A.M., Спихальский A.A., Сычугов В.А; Излучение Еи Н-волн на гофрированном участке диффузионного волновода.

23. Квантовал электроника, 1976, т.З, №10, с.2227-2231.

24. Спихальский A.A. Оптимальная локализация светового потока моды вблизи возмущенной границы раздела сред планарного оптического волновода. Препринт ФИАНа, Москва, 1983, №222, 14с.

25. Кольер Р., Беркхарт К., Лин Л. Оптическая голография. Москва, Мир, 1973, 686с.

26. Микаэлян А.Л., Аксенчиков А.П., Бобринев В.Й., Гуланян Е.Х., Шатун В.В., Голограммы на фотохромных пленках.- ГЕЕЕ

27. Quant. ECeet*., 19вЯ, v.4, №8, p.

28. Звонарева Т.К., Коломиец Б.Т., Любин В.M., Федоров В.А. Фотостимулированное изменение оптических свойств и запись оптической информации в стеклообразных пленках системы As S . Журнал технической физики, 1978, т.48, №5, с,1021-1025.

29. EÍ-ctckL С., Yelt. С. Periodic, ¿tiuetute-* in integrated. optic*- ¿f. Appe. pty«., v. AA, p.3M6 -5Í5Z.

30. Морозов В.H;, Плетнев В.А., Попов Ю.М., Смирнов В.Л. Интегрально-оптические элементы и устройства. Изв. АН СССР, Сер. физич., 1980, т.44, Ш, с.1651-1669,

31. KogeCnik Н. CöupEed isave ibeozy ¿fot tkíK. UotocjiQim gfcctttog.-BeK Sy*kTecJiK.</., ¿9S9, p.ZQOQr&gAV.

32. KenQh. R.R Theoiy oi d¿faaction~ o4 gu-íded opticat watre* -UtCck hoto$4,amb.~ АppC. Phyó. ? i9?£T?

33. Балакший В.И. Акустические модуляторы с анизотропной дифракцией света. Изв. АН СССР, Сер. физич., 1981, т.45, №3, с.636-639.

34. Ребрин Ю.К. Управление оптическим лучом в пространстве. Москва, Советское Радио, 1977, 336с.

35. Виетинь JI.K., Кобаенков А.Ю., Яковенко С.С. Эффект асси-метричного погасания в анизотропных дифракционных решетках. Докл. АН СССР, 1982, т.267, №6, с.1353-1357.

36. Колосовский Е.А., Петров Д.В., Царев A.B. Численный метод восстановления профиля показателя преломления диффузионных волноводов. Квантовая электроника, 1981, т.8, №12,с.2557-2568.

37. Маркузе Д., Пресби Х.М. Измерение профиля показателя преломления и оценка характеристик волоконных световодов. -ТШЭР, 1980, т.68, №6, с.32-57.

38. Гурьянов А.Н;, Гусовский Д.Д., Дианов Е.М., Миракян М;М;, Неуструев В.Б. Простой метод определения параметров одномодового волоконного световода. Квантовая электроника, 1981, т.8, №8, с.1802-1807.

39. Григорьянц В.В., Исаев В.А., Чаморовский Ю.К., Шатров А.Д; Характеристики обратного рассеяния в волоконных световодах. Квантовая электроника, 1983, т.10, Р4, с.766-773;

40. Андриеш A.M., Быковский Ю.А., Бородакий Ю.В., Миронос A.B., Смирнов В.Л., Пономарь В.В. Формирование волноведущих каналов в оптических волокнах на основе халькогенидных стеклообразных полупроводников. Письма в ЗЩ, 1984, т. 10,вып.6, с.409-412.

41. Быковский Ю.А., Бородакий Ю.В., Смирнов В.Л. Для волоконных линий связи ИК диапазона многоканальные оптические волокна. В сб. Всесоюзного научно-технического совещания6, V.Z8, Ы25, р.255-Ш.

42. Андриеш A.M., Быковский Ю.А., Бородакий Ю.В., Пономарь В.В;, Смирнов В.Л. A.c. №1067349 /СССР/. Чувствительный элемент оптического датчика деформаций. Опубл. в Б.И., 1984,Р2;

43. Быковский Ю.А., Смирнов В.Л., Сороковиков В.Н. Влияние изменения толщины волновода на эффективность брэгговской дифракции излучения на решетчатых структурах. Квантоваяэлектроника, 1980, т.7, №10, с.2362-2366.

44. Быковский Ю.А., Дикович C.B., Смирнов В;Л;, Шмалько А.В; Объемные дифракционные решетки с наклонными слоями в тонкопленочных волноводах. Квантовая электроника, 1978,т.5, PI2, с.2628-2630;

45. Моршнев С.К., Францессон A.B. Пропускание светового излучения крутыми изгибами волоконных световодов. Квантовая электроника, 1982, т.9, №2, с.284-291.

46. Патлах А.Л., Семенов A.C. Светопропускание изогнутых мно-гомодовых оптических волокон. Квантовая электроника,1983, т.10, №4, с.868-870.

47. Быковский Ю.А;, Бородакий Ю.В., Рогозкин Д.В., Рязанов М;И;', Смирнов В.Л. A.C. № 1092361 /СССР/. Интегрально-оптический тензодатчик. Опубл. в Б.И.,№18;

48. Колфилд Г; Оптическая голография, 1982, Москва, Мир, 735с;

49. Быковский Ю.А., Барачевский В.А., Бородакий Ю.В., Козенков В.М., Смирнов В.Л., Шулев Ю.В. Исследование органических фотохромных материалов для записи волноводных голограмм. -Квантовая электроника, 1984, т.II, №6, c.I250.,-I253.

50. Киселев B.A. О возбуждении тонкопленочного волновода с помощью объемной дифракционной решетки. Квантовая электроника, 1974, т.1, Р2, с.320-328;

51. Быковский Ю.А., Бородакий Ю.В., Смирнов В.Л; A.C. №1035417 /СССР/. Интегрально-оптический тензодатчик. Опубл. в Б;И., 1983, №30.

52. Быковский Ю.А., Барачевский В.А., Бородакий Ю.В., Козен-ков В.М., Маймистов А.И;, Смирнов В.Л., Шулев Ю.В. Анизотропные дифракционно-решетчатые структуры для интегрально-оптических схем. Квантовая электроника, 1984, т.II,№6, с.1255-1257.