М.И. МАКСИМОВ, С.В. ПАВЛОВ Научный руководитель: Т.К. ЧЕХЛОВА ТЕМПЕРАТУРНАЯ ЗАВИСИМОСТЬ ЭФФЕКТИВНОГО

М.И. МАКСИМОВ, С.В. ПАВЛОВ
Научный руководитель: Т.К. ЧЕХЛОВА
Российский университет дружбы народов, Москва
ТЕМПЕРАТУРНАЯ ЗАВИСИМОСТЬ ЭФФЕКТИВНОГО
ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ КАНАЛЬНЫХ
ЗОЛЬ-ГЕЛЬ ВОЛНОВОДОВ
Получены температурные зависимости эффективного показателя преломления
(ЭПП) низших мод планарных и канальных золь-гель волноводов. Выявлены
особенности зависимости ЭПП от температуры вблизи критического режима.
Проведена оценка изменения температурных характеристик интерференционных
устройств.
Золь-гель материалы обладают хорошей перспективой для элементной
базы фотоники, которые имеют ряд важных особенностей – получение
пленок с изменением показателя преломления в широком диапазоне;
возможность легирования различными веществами и создавать активные,
электрооптические элементы интегральной оптики (ИО).
Т. к. влияние температурной нестабильности может сильно осложнить
работу волноводных устройств, поэтому необходимо исследовать влияние
температуры на характеристики канальных волноводов, которые
являются основой многих устройств фотоники. Так демультиплексор на
основе гребневых SiO2 волноводов имеет температурный сдвиг
центральной длины волны ~0,01 нм/ºС.
В отличие от оптических волноводов на основе SiO2, золь-гель
материалы
обладают
значительно
большим
термооптическим
коэффициентом (ТОК). В результате влияние температуры оказывается
более существенным, что необходимо учитывать при создании
конкретных устройств на их основе.
В настоящей работе были исследованы температурные особенности
оптических волноводов, изготовленных по золь-гель технологии на
основе SiO2-TiO2 пленок. Построены температурные зависимости ЭПП
низших мод в диапазоне 20 – 100 °С, на которые оказывают вклад два
фактора – отрицательный ТОК и термическое расширение материала
пленки.
Расчет зависимости ЭПП от температуры проводился для планарных
золь-гель волноводов, которые имеют убывающий характер, т. е. имеют
отрицательный температурный коэффициент эффективного показателя
преломления (ТК ЭПП), что говорит о большем влиянии фактора,
связанного с отрицательным ТОК. Вблизи критического режима для ТМ1
моды наблюдалась особенность – на высоких температурах заданного
температурного диапазона ТК ЭПП становится положительным, что
объясняется равным вкладом обоих факторов – ТОК и термического
расширения (рис. 1).
Рис. 1. Зависимость γ(T) вблизи критического режима для ТМ1-моды
Канальные (полосковые) волноводы являются важным устройством
систем ИО (матрица канальных волноводов в мультиплексоре, Yразветвители, интерферометр Маха-Цандера и т. д.), поэтому проводился
расчет температурных зависимостей ЭПП мод канальных оптических
волноводов на основе золь-гель пленок гребневого и погруженного типа с
помощью метода эффективного показателя преломления. В общем случае,
эти зависимости также обладают отрицательным ТК ЭПП, а вблизи
критического режима на высоких температурах ТК ЭПП становился
положительным как для ТМ1, так и для ТЕ1 мод, что говорит о более
сильной конкуренции факторов влияющих на ТК ЭПП.
Список литературы
1. Николаев Н.Э.,
Павлов С.В.,
Трофимов Н.С.,
Чехлова Т.К.
Исследование
температурного коэффициента эффективного показателя преломления TE1- и TM1-мод в
оптических золь-гель волноводах // Радиотехника и электроника. 2012. Т.57, №1. С.1–7.
2. Nikolaev N.E., Pavlov S.V., Trofimov N.S., Chekhlova T.K. Features of temperature
dependence of effective refractive index of TE1 and TM1 modes in optical sol-gel waveguides over
a wide temperature range // Bulletin of Peoples’ Friendship University of Russia. 2012. №1.
C.110–116.