5.2. Процедура підготовки підкладки

Підкладка, на яку наноситься хвилеводна плівка, не повинна мати подряпин, ямок, вм’ятин та інших дефектів. Оскільки мода проникає у підкладку, то вона не повинна мати ніяких дефектів також і під поверхнею розділу, оскільки на них буде проходити розсіяння світла і в результаті ОХ буде мати великі втрати.

Якщо підкладка полірується з допомогою звичайної технології, то ці вимоги не виконуються. Полірування звичайно проводиться поетапно, використовуючи на кожному наступному етапі все дрібніший порошок. Однак, дефекти від попередніх стадій полірування можуть залишитись прямо під гладкою поверхнею. Одним із шляхів рішення цієї проблеми є нарощування на підкладці шару з показником заломлення, який менший за показник заломлення плівки, яка нарощується зверху. Дуже важливо, щоб дефекти підкладки не перейшли у цей шар.

Іншим методом підготовки підкладки є хімічне полірування. Високоякісне хімічне полірування дозволяє отримати поверхню без дефектів, однак поверхня виходить не достатньо гладкою. Тому, дуже часто використовують комбінацію хімічного та механічного полірувань.

У багатьох випадках може використовуватись також полірування вогнем. Однак, у такому разі краї підкладки виходять не прямокутними. Тому, необхідно їх обрізати.

Перед нанесенням плівки підкладка має бути дуже добре промита. Це має бути зроблено без порушення якості її поверхні. Один із найпростіших способів полягає в наступному. Скляні пластинки протираються в суміші фільтрованої деіонізованої води, промислового очисника і невеликої кількості водяного розчину аміаку. Протирання виконується бавовняним тампоном. Після цього пластинки ополіскуються спочатку в гарячій проточній, а потім в деіонізованій водах. Далі пластинки просушуються в потоці азоту.

Для оцінки чистоти поверхні скло занурюють в деіонізовану воду, після чого спостерігають за картиною висихання. Якщо пластинка вільна від органічних залишків, вода змочує скло рівномірно і повільно випаровується, показуючи інтерференційні картини при зменшенні товщини шару.

Для виявлення неорганічних залишків пластинку освітлюють потужним сколімованим пучком світла в затемненому ящику відкритому з однієї сторони і розглядають її на темному фоні (пилюка і дефекти будуть розсіювати світло).

5.3. Методи виготовлення тонкоплівкових хвилеводів

Методи виготовлення хвилеводних плівок поділяються на два класи. До першого класу відносяться такі методи, в яких плівка виготовляється шляхом нанесення матеріалу на підкладку, а до другого – такі, в яких плівка з більш високим показником заломлення створюється у самій підкладці в результаті яких-небудь хімічних або фізичних реакцій. У першому випадку зміна показника заломлення між плівкою і підкладкою стрибкоподібна, у той час як в другому – показник заломлення змінюється плавно. До першого класу відносяться такі методи як розпилення, плазмова полімеризація та осадження з розчину. До другого класу відноситься дифузія, метод іонного обміну та іонна імплантація.

5.3.1. Метод розпилення

Метод термічного випаровування діелектрика у вакуумі, який широко використовується у технології виготовлення тонких плівок (напр., просвітлюючих покрить, дуже рідко використовується для виготовлення хвилеводів, оскільки при цьому отримуються плівки з відносно високими втратами у видимій області (~10 дБ/см). Високі втрати обумовлені включенням атомів чужорідних речовин, які діють як центри розсіювання і поглинання оптичного випромінювання. Тому, для виготовлення ОХ найчастіше використовують розпилення молекул речовини, яка знаходиться у твердому стані.

Розпилення – це процес, в якому матеріал (атоми або молекули) видаляється у вакуумі з поверхні мішені за рахунок бомбардування іонами або атомами з енергією від 30 еВ до приблизно 2 кеВ. У більшості випадків використовуються іони, оскільки їх легше розігнати. Вирвані з поверхні мішені атоми осідають на поверхню підкладки і утворюють тонкий шар. Ймовірність попадання у шар чужорідних атомів дуже мала, так як процес відбувається при відносно низьких температурах.

Рис. Установка для виготовлення тонкоплівкових хвилеводів методом розпилення

Для отримання плівок з однорідною товщиною необхідно, щоб мішень була істотно більшою за підкладку. У такому разі осаджувані атоми будуть розподілятися на поверхні підкладки рівномірно і можна отримати шари з високою однорідністю.

Даний метод дозволяє отримати високоякісні оптичні хвилеводи з втратами порядку 1 дБ/см. Недоліком методу є повільна швидкість росту плівки ~3 нм/хв.