Волоконный световод с конусной линзой для ввода излучения в волновод малого диаметра

Павел Викторович Карнаушкин (Pavel Karnaushkin), Роман Сергеевич Пономарев (Roman S. Ponomarev)

Аннотация


Работа посвящена технологии соединения чипа фотонной интегральной схемы (ФИС) с волоконным световодом (ВС). Рассматривается торцевая стыковка ВС с конусной линзой с волноводами малого диаметра. Проведены аналитический расчет при гауссовом приближении и моделирование линзованного ВС с конусной оболочкой для ввода излучения в волновод диаметром 3 мкм с помощью метода распространяющегося пучка. В результате аналитического расчета и моделирования получен оптимальный радиус кривизны конусной линзы на ВС для эффективного ввода оптического излучения в произвольный волновод с диаметром 3 мкм, который составил 8 – 16 мкм. С помощью технологии химического травления с последующим электродуговым оплавлением получен набор конусных линз на ВС с радиусом кривизны от 6 до 16 мкм. У всех полученных образцов методом поперечного сдвига в ближнем поле измерен диаметр поля моды, и методом интерферометра Фабри-Перо измерено фокусное расстояние. Полученные экспериментальные результаты с ошибкой не более 30 % подтвердили соответствие параметров изготовленных линз аналитическому расчету и результатам моделирования.

Поступила в редакцию 07.03.2017; принята к опубликованию 11.05.2017


Полный текст:

PDF

Литература


Kopp С., Bernabe S., Ben Bakir B. et al. Silicon Photonic Circuits: On-CMOS Integration, fiber optical coupling, and packaging. IEEE Journal of se-lected topics in quantum electronics. 2011, vol. 17, no. 3, pp. 498–509.

Sure A., Dillon. T, Murakowski J., Lin C., Pustai D., and Prather D. W. Fabrication and characterization of three-dimensional silicon tapers. Optics Express. 2003, vol. 11, no. 26, pp. 3555–3561.

Kasaya K., Mitom O., Naganuma M., Kondo Y., Noguchi Y. A simple laterally tapered waveguide for low-loss coupling to single-mode fibers. IEEE Photonics Technology Letters. 1993, vol. 5, no. 3, pp. 345–347.

Dai D., He S. Bilevel mode converter between a silicon nanowire waveguide and a larger wave-guide. Journal of Lightwave Technology. 2006, vol. 24, no. 6, pp. 2428–2433.

Maegami Y., Takei R., Omoda E., Amano T., Okano M., Mori M., Kamei T., Sakakibara Y. Spot-size converter with a SiO2 spacer layer be-tween tapered Si and SiON waveguides for fiber-to-chip coupling. Optics Express. 2015, vol. 23, no. 16, pp. 21287–21295.

Shoji T., Tsuchizawa T., Watanabe T., Yamada K., Morita H. Low loss mode size converter from 0.3pm square Si wire waveguides to singlemode fibres. Electronics Letters. 2002, vol. 38, no. 25, pp. 1669–1670.

Taillaert D, Laere F., Ayre1 M., Bogaerts W., Van Thourhout D, Bienstman P., Baets R. Grating couplers for coupling between optical fibers and nano-photonic waveguides. Japanese Journal of Applied Physics. 2006. Vol. 45. N. 45A. P. 6071–6077.

Skutnik B., Foley B. Improved optical fibers for enhanced coupling with high power diode lasers. Proceedings SPIE. 2004, vol. 5336, High-Power Diode Laser Technology and Applications II, 65.

Ukrainczyk L., Vastag D. L. Thermally-formed lensed fibers. Patent No.: US 2003/0053751 A1 G02B 6/32. 20.03.2003. P. 1–13.

Guttman J. L. Mode-field diameter and “spot size” measurements of lensed and tapered specialty fibers. Ophir Photonics Group. URL: http://www.ophiropt.com/user_files/laser/beam_profilers/MFDandSpotSize.pdf

Malki A., Bachelo R., Van Lauwe F. Two-step process for micro-lens-fibre fabrication using a continuous CO2 laser source. Journal of Optics A: Pure and Applied Optics. 2001, vol. 3, pp. 291–295.

Barnard C. W., Lit J. W. Single-mode fiber microlens with controllable spot size. Applied Optics. 1991, vol. 30, no. 15, pp. 1958–1962.

Tsa Y.-C., Liu Y.-D., Cao C.-L. et al. A new scheme of fiber end-face fabrication employing a variable torque technique. Journal of Microme-chanics and Microengineering. 2008, vol. 18, pp. 1–7.

Lefevre H. The Fiber-optic gyroscopes. Artech house. 1995. 332 p.

Barnard C.W., Lit J.W. Mode transforming properties of tapered single-mode fiber microlenses. Applied optics. 1993, vol. 32, no. 12, pp. 2090–2094.

Adams M. J. An Introduction to Optical Wave-guide. New-York: Wiley. 1981. 401 p.

Karnaushkin P. V., Ponomarev R. S., Salgaeva U. O., Shklyaeva E. V., Ignatenko E. A. Production of tapers and taper lenses on optical fibers and measurement of their parameters. Young Scientists Bulletin of Perm State University. 2016, vol. 6, pp. 144–154 (In Russian).

State Standard R MEK 793-1-93. Volokna opticheskie. Obshchie tekhnicheskie trebovaniia (Optic fibers. Common specifications). Moscow: Izdatel'stvo standartov, 1994, 108 p. (In Russian).

Li E. Characterization of a fiber lens. Optics letters. 2006, vol. 31, no. 2, pp. 169–171.

Volokonno-opticheskii interferometr Fabri–Pero (Fiber optics Fabry–Pérot interferometer). URL: http://physics.nad.ru/Physics/Cyrillic/ifp_txt.htm (In Russian).




DOI: http://dx.doi.org/10.17072/1994-3598-2017-1-54-64

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.



ISSN: 1994-3598

Адрес издателя и учредителя: ПГНИУ, ул. Букирева, д. 15, г. Пермь, 614990
Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору за соблюдением законодательства в сфере массовых коммуникаций и охраны культурного наследия. Свидетельство о регистрации средства массовой информации ПИ № ФС77-66788 от 08 августа 2016 г.

Научное издание

© ФГБОУ ВО «Пермский государственный национальный исследовательский университет», 2017