Григорьянц В. В., Кочмар Л. Ю., Шилов І. П. Інститут радіотехніки й електроніки РАН 141120, м. Фрязіно, пр. Введенського, 1 Тел.: (095) 5269190, e-mail: ipshilov @ mtu-net . ru

Анотація – Методом НВЧ-плазмохімічного осадження при зниженому тиску отримані планарниє хвилеводні структури на основі кварцового скла з підвищеною апертурою і малими втратами для волоконно- оптичних систем педачі інформації (воспи).

I. Вступ

В даний час планарниє оптичні хвилеводи (ПОВ) на кремнієвих і кварцових підкладках широко застосовуються в MOEMS-технологіях, інтегрально-оптичних датчиках, в компонентах оптичного зв’язку, зокрема в пасивних і активних оптичних розгалужувачі.

В більшості випадків для формування ПОВ використовуються методи парофазного хімічного осадження (CVD), осадження полум’яним гідролізом (FHD), ВЧ-плазмовим хімічним парофазного осадженням (PECVD). При цьому хвилеводні структури базуються переважно на ЕЮ2-Шарах відбиває оболонки і шарах серцевини з нітриду кремнію (Si3N4) Або оксинитрида кремнію (Si-OxNy), а також з легованого кварцового скла (Si02Ge02). Однак при формуванні хвилеводних шарів перерахованими методами виникають значні внутрішні напруги. Це не дозволяє створювати хвилеводні структури з достатньо високою апертурою (більше 0,25) і з поперечними розмірами волноводной області, що забезпечують ефективне узгодження зі стандартними багатомодовими волокнами з діаметром серцевини 50 і 100 мкм.

В даній роботі представлені результати розробки технології та дослідження оптичних характеристик високоапертурних ПОВ на основі Si02-F|Si02|Si02-F-CTpyKTyp, що формуються в плазмі СВЧ-розряду зниженого тиску. Показана можливість застосування отриманих планарних хвилеводів в якості световодного змішувального елемента в багатоканальних оптичних розгалужувачі типу Л / x / V (Л /-число вхідних і вихідних каналів), що використовуються в волоконно-оптичних системах передачі інформації (ВОСП).

II. Основна частина

Формування ПОВ проводилося шляхом осадження шарів чистого і легованого фтором Si02Ha підкладки з кварцового скла з розмірами 60x10x1 мм в плазмохимической реакторі (кварцова труба з внутрішнім діаметром 14 ілі16 мм) за допомогою досвідченої СВЧ-плазмохимической установки розробки ФІРЕ РАН.

СВЧ-генератор мав коливальну потужність 2,5 кВт і був налаштований на робочу частоту 2,45 ГГц.

плазмохімічний реактор (ПХР) здійснює уздовж СВЧ-розряду зворотно-поступальні переміщення, в результаті чого після кожного проходу на підкладку осаджується тонка прозора плівка скла товщиною 0,1-0,5 мкм. Осадження шару скла на підкладки відбувається в результаті гетерогенної плазмохимической реакції в СВЧ-розряді при взаємодії плазми з потоком парогазової суміші, що надходить від хімічного блоку з галогенідами. Для дегазації хлору з обложеного скла трубка розігрівалася піччю опору до температури 1100-1300 С. Показник заломлення складу Si02-F істотно нижче, ніж у чистого кварцового скла, що дає можливість виготовляти ПОВ складу Si02-F/Si02c підвищеної апертурою.

Для оптимізації процесу осадження фторсілі-катного скла нами були апробовані різні фторреагенти. Найефективнішим фторагентом виявився фреон-218 (C3F8). На рис.1 показана залежність концетрации фтору в склі (виражена через числову апертуру структури Si02 /Si02-F) від витрати фреону в газовій фазі для різних плазмотронів (резонатора, хвилеводний з шириною вузької стінки 34 і 20 мм). Як випливає з малюнка, використання фреону-218 забезпечує досягнення числовий апертури аж до 0,28 при використанні волноводного плазмотрона з шириною вузької стінки 20 мм і витраті фреону 6 см3/ Хв. Збільшення ж витрати понад 8 см3/ Хв призводить до того, що процес травлення починає превалювати над процесом осадження легованого кварцового скла.

На рис.2 представлено схематичне зображення структури торцевого ділянки планарного хвилеводу, що включає хвилеводний шар чистого Si02товщиною 100 мкм з показником заломлення

1, 456, два фторсілікатних відображають шару завтовшки 15 мкм і показником заломлення 1,425 і буферний шар Si02товщиною 5 мкм.

III. Висновок

На основі полоськових хвилеводів, були виготовлені розгалужувачі з матрицею передачі 16×16, призначені для розподілу потужності в волоконно-оптичних системах інформаційного обміну. Структура разветвителя утворюється шляхом з’єднання Полоскова хвилеводу з торцевими ділянками покладених у ряд оптичних волокон з діаметром серцевини 100 мкм і числовий апертурою 0,28. Коефіцієнт загасання виготовлених зразків становив менше 0,005 дБ / см при числовий апертурі (виміряної за рівнем 0,1) NA = 0,28.

MICROWAVE PLASMOCHEMICAL DEPOSITION OF THE PLANAR WAVEGUIDE STRUCTURES ON THE BASE OF SILICA GLASS

Рис. 1. Залежність числової апертури формованих хвилеводів від витрати фреону в газовій фазі для СВЧ-плазмотронів: типу резонатора (1) і волноводного типу з перетином 72 * 20 мм2 (2) і 72 * 34 мм2 (3),

Fig. 1. Relation of numerical aperture of a formed waveguides vs. Freon flow-rate in the gas phase for SHF- plasmotrone of resonator-type (1) and waveguide-type with its section of 72*20 mm2 (2) and 72*34 mm2 (3)

Grigorjantz V. V., Kochmarev L. Yu., Shilov I. P. Institute of Radioengineering and Electronics, Russian Academy of Sciences Vvedensky Sq., 1, Frjasino, 141120, Russia

Abstract – Quartz-quartz planar waveguides with fluorine cladding and pure silica glass core were produced by the microwave plasmochemical deposition method at low pressure.

I. Introduction

Рис. 2. Структура торцевого ділянки ПОВ. Fig. 2. Structure of POW face plate

Nowadays planar optical waveguides (POW) on silicon and silica substrates have applications for integrated sensors, optical communications and MOEMS-technologies. Most of the published works are based on the depositing pure silica for the cladding layers and doped silica, silicon nitride or silicon oxini- tride for the core layer. However the intrinsic stress in these structures has the great value. In this paper investigations of high aperture Si02|Si02-F-P0W optical characteristics and plasmochemical parameters are presented.

II.           Main part

POW formation has been produced by deposition of pure SiO 2 -core and Si02-F-claddings on the silica glass substrates (60x10x1 mm). For this purpose the microwave plasmochemical set (IRE RAS, Frjazino branch) has been used. Power and frequency of the microwave generator was 2.5 kW and 2.45 GHz, correspondingly. The microwave plasmotron excites a discharge of non-isothermic plasma at the low pressure and the plasmochemical reactor (PCR) moves along the plasmotron to and fro. The initial reagents are supplied from the chemical unit. The pure optical layer (0.1 – 0.5 micron thickness) is deposited for each PCR transference. For the chlorine removal from the deposited glass layers PCR is heated by a resistance furnace to the temperature 1100-1300 °C. It should be noted that the most efficient fluorine-containing reagent is freon-218 (C3F8). Fluorine concentration in the deposited glass as a function of Freon concentration is shown in Fig. 1. Fig. 2. depicts the basic structure of produced POW where the core is SiO

2 layer with refractive index 1.456 and two Si02-F-cladding layers with refractive index 1.425

III.         Conclusion

The optical couplers with 16×16 matrix on the base of Si02– F|Si02|Si02-F-P0W were fabricated. Coupler structure is produced by means of connection between strip-loaded planar waveguide and silica optical fibers with core diameter of 100 microns and numerical aperture 0.28. The waveguide propagation loss was about 0.005 dB/cm.

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології»