С помощью Metricon 2010/M данные о характеристиках волноводов, сбор которых обычно требует от квалифицированного специалиста не менее часа, с помощью вероятнее всего самодельного устройства. В настоящее время существует возможность получить эту информацию за менее чем 30 секунд в формате, обеспечивающем полный объем полученных результатов и условий измерения. Толщина и показатель преломления n направляющего слоя (и очень часто слоя оболочки) легко измеряются для плоских слоев, как и количество мод, а также эффективные индексы мод, опции 2010-WGL1 и 2010WGL2 позволяют измерять потери в волноводе.
Диаграмма режима (график зависимости интенсивности отражения от угла падения) может предоставить пользователю обширную информацию о поведении волновода, которая недоступна при использовании других методов измерения тонких пленок, таких как эллипсометрия или спектрофометрия.
Характеристика толщины и показателя преломления направляющего слоя, слоя оболочки, количества мод и индексов мод
Для всех типов планарных направляющих, модель 2010/M обеспечивает быстрое измерение показателей мод, а для ступенчатых направляющих – расчет толщины направляющих и показателя преломления и, в большинстве случаев, n подложки или оболочки. Кроме того, при стандартном измерении в TE-режиме n как для направляющих, так и для материалов подложки можно измерить в любом направлении в плоскости, а опция TM обеспечивает измерение в направлении перпендикулярной плоскости.
Для индикаторов с градуированным показателем преломления предусмотрен расчет показателя преломления в зависимости от глубины на основе метода Чанга. Также предусмотрена функция моделирования режимов, которая позволяет рассчитывать модовые углы и эффективные n на основе одинарной и двойной толщины пленки и значений, вводимых пользователем.
До недавнего времени определение характеристик волноводов с помощью 2010/M было сосредоточено на измерении планарных волноводов, но статьи Бина Чена из пекинского педагогического университета также показали возможность использования 2010/M для измерения показателей эффективной моды для массивов полосовых и канальных волноводов.
Основные компоненты 2010/M включают в себя следующие компоненты: механизм сцепления, который обеспечивает плотный контакт волновода и призмы; лазер и поворотный стол с шаговым двигателем для изменения угла падения луча на призму; и контроллер на базе ПК, который использует программное обеспечение для распознавания образов для определения эффективных показателей режима (результирующей толщины и показателя преломления) из диаграммы интенсивности луча, отраженного от основания призмы, в зависимости от угла падения. Все аспекты работы системы, включая позиционирование стола и определение режимов, могут выполняться пользователем полностью автоматически или вручную.
Дополнительные функции, представляющие интерес для работы со встроенной оптикой, включают:
Рабочая длина волны: хотя стандартная система работает на длине волны 633 нм, большинство систем со встроенной оптикой предоставляют собой один или два дополнительных канала луча, так что с системой можно использовать несколько лазеров. Модель 2010/M может поставляться с дополнительными лазерами в диапазоне 400–1600 нм, или система может быть сконфигурирована с портом для внешнего по отношению к системе лазера, поставляемого пользователем. Для таких систем с несколькими лучевыми линиями выбор длины волны заключается просто в открытии и закрытии соответствующих механических блоков луча, а переключение между длинами волн требует 10 или менее секунд. Популярные длины волн для измерений в оптическом волноводе следующие 830, 1310 и 1550 нм. Кроме того, могут быть сконфигурированы системы с лазерами 405, 450, 473, 520, 532, 650, 780, 850, 980 и 1064 нм.
Устройство сцепления: устройство сцепления 2010/M обеспечивает эффективное и надежное соединение для широкого диапазона размеров и толщины подложек, позволяя достичь оптимальных условий сцепления всего за несколько секунд. Точное и воспроизводимое давление муфты без вращения образца или повреждения призмы достигается с помощью пневматического цилиндра муфты. Удобно установленный регулятор давления позволяет быстро и количественно регулировать силу сцепления. Стандартная геометрия муфты представляет собой одиночную призму с частью сферического шарика из нержавеющей стали, который обеспечивает плотный контакт небольшого сечения (обычно диаметром 1 мм) с лицевой стороной муфты призмы. При желании крепление муфты может быть выполнено модульным, чтобы обеспечить быструю замену разнообразных муфт на поворотном столе.
Измерение объема: для определения характеристик волноводных подложек или толстых слоев оболочки модель 2010/M обеспечивает автоматические и точные измерения показателя преломления (включая двойное лучепреломление) для объемных материалов или толстых пленок. Точность и разрешение измерений объемного индекса сравнимы с измерениями нормального волновода.
Призмы: Metricon предлагает четыре стандартные соединительные призмы, охватывающие диапазон эффективного показателя преломления от 1,0 до 2,65. Доступны дополнительные призмы для увеличения диапазона до 3,35. Призмы поставляются в удобных держателях, которые позволяют заменять призмы менее чем за 30 секунд.
Режимы TE / TM: Нормальной считается работа системы с поляризованным светом TE. Если требуется операция ТМ, для каждого канала пучка доступен автоматический регулятор поляризации, чтобы обеспечить падение ТМ на призму. Вращатель автоматически вводится в канал пучка всякий раз, когда выбирается операция ТМ, а уравнение режима с измененной ТМ используется для анализа.
Совместимость с дальнейшим анализом данных: система выполняет полный расчет показателей преломления, а также толщины и n направляющего слоя, программное обеспечение тщательно разработано, для того чтобы обеспечить возможность переноса данных в программное обеспечение, поставляемое пользователем. Показатель преломления эффективных мод, которые составляют основу большинства последующих расчетов волноводов могут быть легко введены в программы. Кроме того, полную картину режима (график зависимости интенсивности отраженного излучения от угла) можно записать в текстовый файл для дальнейшего анализа с помощью другого программного обеспечения.
Рисунок 1. Волновод из оксинитрида кремния на стекле (длина волны 633 нм)
Рисунок 2. Волновод из оксинитрида кремния на оболочке из SiO2 (длина волны 1545 нм)
исунок 3. Диаграмма мод для волновода из ниобата лития на длине волны 532 нм – показатель преломления и толщина неточные, а стандартное отклонение высокое из-за градиента показателя преломления
Рисунок 4. Кривая зависимости показателя преломления от глубины для волновода из ниобата лития
Варианты измерения потерь в волноводе 2010-WGL1 или 2010-WGL2
Измерение потерь в планарных оптических волноводах в модели 2010/M основано на методе сканирующего волокна (который измеряет свет, рассеянный от поверхности световода), доступном для планарных волноводов с воздушной оболочкой. С помощью этой опции можно измерить потери в волноводе от 20 дБ/см до 0,1 дБ/см.
Когда свет вводится в оптический волновод, он рассеивается от поверхности световода, когда распространяется по световоду. Опции 2010-WGL1 или 2010-WGL2 измеряют потери в планарных оптических волноводах, сканируя оптоволоконный зонд и фотодетектор по длине распространяющейся полосы, чтобы измерить интенсивность света, рассеянного от поверхности световода (см. Рисунки 5 и 6). Предполагается, что в каждой точке распространяющейся полосы свет, рассеянный от поверхности и уловленный волокном, пропорционален свету, остающемуся внутри световода. Наилучшее экспоненциальное соответствие полученной кривой зависимости интенсивности от расстояния дает потери в дБ/см. Этот метод предлагает преимущества быстроты (типичное время измерения, включая экспоненциальную аппроксимацию, составляет 2-3 минуты) и простоты (не требуется абсолютно никакой подготовки образца, кроме создания слоев, которые образуют направляющую).
Рисунок 5. Схема варианта измерения потерь
Рисунок 6. Оборудование для измерения потерь
Процедура измерения: сначала поворотный стол устанавливают так, чтобы возбудить желаемую моду и получить распространяющуюся полосу (это легко сделать, даже если луч невидим). Затем волокно приводится в движение шаговым двигателем в непосредственной близости от призмы (в начале полосы). Затем волокно автоматически сканируется по пути распространения, и профиль интенсивности в зависимости от расстояния отображается на мониторе компьютера. Затем с помощью мыши пользователь выбирает части рисунка, которые будут использоваться при вычислении потерь, избегая явных пиков, вызванных царапинами или другими дефектами поверхности. Затем автоматически вычисляются потери в дБ / см по методу наименьших квадратов для данных интенсивности, и полученная экспоненциальная аппроксимация накладывается на профиль интенсивности. Чтобы улучшить соответствие, часть диаграммы интенсивности, включенная в расчет, затем может быть уточнена или изменена, а потери могут быть пересчитаны.
Диапазон измерения потерь: Опция измерения потерь 2010/M может использоваться в диапазоне от ~ 20 дБ/см до ~ 0,1 дБ/см. Измеряемые минимальные потери зависят от того, сколько света рассеивается из направляющей и от того, демонстрирует ли профиль потерь существенное неэкспоненциальное поведение из-за пространственного изменения эффективности поверхностного рассеяния.
Повторяемость: для направляющих, которые демонстрируют экспоненциальное поведение, измерения, сделанные в различных точках образца, обычно имеют повторяемость до "5% или "0,05 дБ/см, в зависимости от того, какое из значений больше. Для направляющих со значительно неэкспоненциальным затуханием измерения отдельных путей распространения обычно воспроизводимы до "5% или менее, но результаты могут отличаться на "20% в зависимости от пути следования полосы по образцу и точечных дефектах, встречающихся на пути распространяющегося луча.
© Metricon
Компания INSCIENCE помогает своим заказчикам решать любые вопросы и потребности по продукции Metricon на территории РФ
В статье описывается биочип, сочетающий электрод для определения концентрации фенилаланина и микрофлюидный модуль для регистрации скорости потоотделения, изготовленный с использованием лазера. Биочип используется для неинвазивного мониторинга состояния пациентов с метаболическими нарушениями.
В статье описана генерация сверхширокого плоского суперконтинуума (350-1750 нм) с одномодовым поперечным профилем в видимом диапазоне. Для накачки микроструктурированного оптического волокна используется лазер с длиной волны 1064 нм, вторая гармоника накачки генерируется непосредственно в волокне.
В статье приводится применение и основные параметры одночастотных лазеров. Сравниваются лазеры CNI серии MSL с известными европейскими и американскими производителями.
В статье описан метод генерации суперконтинуума, расширенного в видимый диапазон. За счет четырехволнового смешения накачка 1064 нм создает антистоксовы и стоксовы компоненты на 831 нм и 1478 нм. Фазовый синхронизм обеспечивается благодаря микроструктурированному мультимодальному волокну особой конструкции.
В статье описывается усовершенствование метода лазерно-водоструйной обработки: добавление коаксиально-кольцевой аргоновой струи, мгновенно очищающей отверстие от образующегося осадка. Таким образом сохраняется высокий объем абляции при создании глубоких отверстий в сложно обрабатываемых материалах.
г. Санкт-Петербург, улица Савушкина 83, корп. 3
