17 мая 2022

В Пермском университете установили, что влияет на стабильность фотонных схем

Ученые Пермского университета (ПГНИУ) исследовали зависимость плотности дефектов кристалла ниобата лития от параметров его термообработки. Полученные данные позволят изготавливать высокостабильные фотонные интегральные схемы для навигационных систем и оптических систем передачи данных.

Характеристики оптической интегральной схемы существенно зависят от того, какое количество дефектов содержится в исходном кристалле, особенно в его приповерхностном слое, где и создаются световоды. Кристаллы разных производителей могут иметь одинаковые паспортные характеристики, и в то же время значительно отличаться друг от друга с точки зрения процедуры создания волноводов, так как, свойства приповерхностного слоя не исследуются и не прописываются в паспорте.

«Мы подобрали метод травления кристаллов, позволяющий измерить плотность в них определенных дефектов — дислокаций. Результаты этих измерений мы подтвердили с помощью рентгеновского анализа. Кроме того, нам удалось определить, как лучше отжечь кристалл – при какой температуре и сколько времени его нужно держать в печи для уменьшения количества дефектов.

Все это вместе позволяет при производстве отличать плохие кристаллы от хороших и получать оптические волноводы с высокой стабильностью свойств, то есть работающие безотказно в течение десятилетий», — рассказывает Роман Пономарев, участник исследования и руководитель молодежной лаборатории интегральной фотоники, созданной в ПГНИУ в рамках НОЦ.

В ходе исследования ученые нагревали пластины ниобата лития в течение различного времени и исследовали плотность дислокаций после такой обработки.
Согласно полученным данным, оптимальная температура отжига составляет 500 градусов Цельсия, при длительности четыре часа. При этом по данным рентгеновского анализа плотность дефектов структуры в образцах различных производителей снижалась более, чем в три раза.

Еще более важные результаты были обнаружены при нагревании готовых интегральных схем. Ученые выяснили, что таким образом можно восстановить свойства волноводов. Эти результаты особенно ценны с точки зрения повышения однородности структуры приповерхностного слоя и формирования более стабильных оптических волноводов, интегрально-оптических схем и элементов на кристалле.

Ученые полагают, что полученная модель может быть использована и для других типов материалов в телекоммуникации, навигации и других областях. 

Результаты исследования представлены в журнале Chinese Optics Letters.