Интерферометрические термочувствительные и оптически индуцированные управляющие волноводные элементы на основе ниобата лития

Круглов, Виталий Геннадьевич

Интерферометрические термочувствительные и оптически индуцированные управляющие волноводные элементы на основе ниобата лития тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.05 ВАК РФ

Круглов, Виталий Геннадьевич АВТОР

кандидата технических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Томск МЕСТО ЗАЩИТЫ

2011 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.05 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Интерферометрические термочувствительные и оптически индуцированные управляющие волноводные элементы на основе ниобата лития»

Автореферат диссертации на тему "Интерферометрические термочувствительные и оптически индуцированные управляющие волноводные элементы на основе ниобата лития"

УДК 535.4

Круглов Виталий Геннадьевич

ИНТЕРФЕРОМЕТРИЧЕСКИЕ ТЕРМОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ И ОПТИЧЕСКИ ИНДУЦИРОВАННЫЕ УПРАВЛЯЮЩИЕ ВОЛНОВОДНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ НА ОСНОВЕ НИОБАТА ЛИТИЯ

Специальность 01.04.05 - оптика АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 С о;'7 201]

ТОМСК-2011

4857684

Работа выполнена в Томском государственном университете систем управления и радиоэлектроники.

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук, профессор

Шандаров Владимир Михайлович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

Краковский Виктор Адольфович

(ТУ СУР, г. Томск)

кандидат физико-математических наук, Севосгьянов Олег Геннадьевич

(Кемеровский государственный университет, г. Кемерово)

Ведущая организация:

Томский государственный университет (г. Томск)

Защита состоится 9 ноября 2011 года в 15 часов 30 мин на заседанш диссертационного совета Д 212.268.04 при Томском государственно* университете систем управления и радиоэлектроники по адресу: г. Томск пр. Ленина, 40, ауд. 203.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Томского государственной университета систем управления и радиоэлектроники.

Автореферат разослан « .» 2011 года.

Учёный секретарь

диссертационного совета Д.212.268.04

доктор технических наук, профессор -¿ъП Акулиничев Ю.П.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации определяется интенсивным развитием современной интегральной и волоконной оптики, что открывает широкие возможности для применения фоторефрактивных кристаллов и оптически индуцированных волноводных элементов в них, в качестве основы датчиков физических воздействий и устройств управления световыми потоками в системах оптической связи [1]. Волноводные элементы могут быть сформированы посредством использования эффектов пространственного самовоздействия и взаимодействия световых пучков в планарных оптических волноводах в фоторефрактивных кристаллах. Практический интерес к формированию таких элементов в подобных волноводах обусловлен рядом специфических свойств волноводных световых полей и возможностями управления фоторефрактивной оптической нелинейностью волноводных элементов. Так, в оптических волноводах возможно одновременное распространение нескольких направляемых мод, что позволяет реализовать эффекты многоволновых взаимодействий [2]. В волноводных структурах возможно отличие количественных и качественных характеристик эффектов индуцирования светом оптических элементов, термооптической и фоторефрактивной модуляции световых полей, пространственных оптических солитонов, в сравнении с их характеристиками в объемных средах. При этом перспективной является возможность реализации, например, элементов для расщепления световых пучков на основе планарных оптических волноводов, сформированных в фоторефрактивных кристаллах. Перспективным методом формирования таких волноводов является метод ионной имплантации, который позволяет создавать на основе подобных кристаллов полностью идентичные серии оптических элементов [2-6]. В планарных волноводных структурах с фоторефрактивными свойствами возможно оптическое индуцирование пространственными солитонами канальных волноводов, которые потенциально могут сохранять неизменность параметров в течение длительного периода, вследствие низкой темновой проводимости некоторых фоторефрактивных кристаллов и при использовании методов фиксации сформированных волноводных каналов [7, 8].

К материалам, представляющим интерес в плане создания измерительных и управляющих оптических элементов, относится кристалл ниобата лития (ЫЛЮз), обладающий уникальным набором физических свойств [7]. Благодаря сильному фотовольтаическому эффекту, фоторефрактивный отклик в иЫЬОз не требует внешнего электрического поля. Кроме того, в настоящее время пластины ЫИЬОэ коммерчески доступны и разработаны технологии промышленного производства пластин 1лМЬ03 больших размеров. К достоинствам этого материала также можно отнести длительное время хранения оптически индуцированных элементов (до нескольких лет) и развитые методы создания на его основе оптических волноводов: посредством термической диффузии, ионного обмена, ионной имплантации [2, 7]. Легирование 1л№)03 специально подобранными примесями и изменение

стехиометрии может приводить к существенной модификации физических свойств материала: оптического поглощения, удельной проводимости, фоторефрактивной чувствительности [7, 9, 10]. Таким образом, пластины LiNbCb и планарные волноводные структуры, сформированные методом ионной имплантации на их основе, представляют практический интерес, в связи с возможностью реализации оптических элементов измерения параметров и коммутации световых пучков.

Цель работы состояла в проведении комплекса исследований, направленных на разработку принципов построения и методик расчета параметров интерферометрических измерительных и волноводно-оптических управляющих элементов на основе ниобата лития.

Поставленная цель достигалась решением следующих задач:

1. Исследование влияния фоторефрактивного и термооптического эффектов на оптическое пропускание пластин LiNb03, в том числе образцов с поверхностью, легированной фоторефрактивными примесями;

2. Экспериментальное исследование формирования и взаимодействия темных пространственных солитонов в планарных оптических волноводах, полученных методом ионной имплантации в LiNb03;

3. Разработка принципов построения и методик расчета характеристик термочувствительных элементов и элементов расщепления световых пучков (Y - и X - разветвителей) на основе образцов ниобата лития с неволноводной и волноводной конфигурацией.

Методы исследований

В работе использовался комплексный подход, сочетающий экспериментальные методы и методы компьютерного моделирования.

При формировании оптически индуцированных решеток в фоторефрактивном поверхностном слое LiNbC>3 использовался контактный метод индуцирования оптических неоднородностей: некогерентным излучением через амплитудный транспарант. При экспериментальном исследовании формирования и взаимодействия темных пространственных солитонов в планарных оптических волноводах, полученных методом ионной имплантации в LiNbC>3, и формируемых при этом канальных волноводных структур, применялся торцевой ввод излучения и метод регистрации распределения интенсивности светового поля на выходной плоскости с помощью видеокамеры или анализатора лазерных пучков (OPHIR FX33). Для численного моделирования формирования и взаимодействия темных пространственных солитонов использовался метод распространяющегося пучка (Beam Propagation Method, ВРМ) [11].

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Оптическое пропускание плоскопараллельных образцов ниобата лития, в том числе образцов с легированием поверхности фоторефрактивными примесями, для когерентного излучения изменяется при изменении температуры и при воздействии некогерентного коротковолнового излучения с плотностью мощности в единицы Вт/см2 вследствие теплового расширения и термооптического эффекта, что позволяет использовать такие пластины для создания элементов измерения температуры и мощности коротковолнового излучения.

2. В планарных оптических волноводах, полученных в фоторефрактивных образцах ниобата лития имплантацией протонов и ионов кислорода, в режиме темных пространственных солитонов генерируются канальные оптические волноводы, время формирования которых составляет от единиц до десятков минут при плотности мощности когерентного формирующего пучка в единицы мВт/см2, а время существования сформированных волноводов при их считывании тем же излучением достигает нескольких десятков минут.

3. В планарном оптическом волноводе, полученном имплантацией протонов в образце ниобата лития, при распространении когерентного светового пучка с плотностью мощности в единицы мВт/см2, в поперечном сечении которого амплитуда поля дважды изменяет свой знак на противоположный в направлении, параллельном плоскости волновода, его профиль трансформируется к близкому для темного пространственного солитона второго порядка, представляющего собой комбинацию двух взаимодействующих темных солитонов, что приводит к формированию канальных волноводных элементов деления либо суммирования световых пучков.

Достоверность и обоснованность результатов, полученных в диссертации, подтверждается использованием физически обоснованных экспериментальных методик и современных приборов, многократным повторением экспериментов. Результаты экспериментов по взаимодействию темных пространственных солитонов в планарных оптических волноводах не противоречат теоретическим и экспериментальным данным, которые были опубликованы в работах других авторов [12-14].

Научная новизна работы состоит в том, что впервые:

• разработана математическая модель изменения оптического пропускания пластин ЫЫЬОз, учитывающая вклады фоторефрактивного и термооптического эффектов в изменение показателя преломления материала, светоиндуцированного изменения его оптического поглощения и непараллельности поверхностей пластины;

• экспериментально наблюдалось формирование темных пространственных солитонов световыми пучками с мощностью микроваттного уровня в планарных оптических волноводах, полученных методом ионной имплантации в ГлИЬОз;

• экспериментально исследованы эффекты взаимодействия темных пространственных солитонов в планарном оптическом волноводе, полученном имплантацией протонов в пластине 1лМЪ03; в результате установлено, что характер взаимодействия темных пространственных солитонов зависит от расстояния между областями инверсии амплитуды светового поля на входной плоскости оптического волновода;

• экспериментально установлено, что проявление особенностей эффектов взаимодействия темных пространственных солитонов связано не только с нелокальностью нелинейного отклика, обусловленной поглощением света в и№>Оз, но и с отличием реального светового поля формирующего пучка от поля, соответствующего строгому решению для темных пространственных солитонов;

• предложена методика расчета параметров интерферометрических термочувствительных элементов для датчиков температуры с точностью ее измерения до сотых и даже тысячных долей градуса.

Практическая и научная ценность полученных в диссертации результатов:

1. Полученные экспериментально результаты исследования оптического пропускания плоскопараллельных образцов Ь2МЬ03 и эффектов нелинейно-оптического преобразования профиля световых пучков в фоторефрактивных поверхностных слоях 1л]%Оз, предполагают возможность создания термочувствительных элементов для датчиков температуры;

2. Результаты экспериментальных исследований формирования и взаимодействия темных пространственных солитонов в планарных оптических волноводах, полученных методом ионной имплантации в пластинах 1л№>Оз, представляют ценность в плане реализации оптически реконфигурируемых элементов расщепления световых пучков, обеспечивающих возможность использовать их в качестве постоянных (не перезаписываемых) элементов, не требующих материала с быстрым нелинейным откликом;

3. Представленные в работе методики оптического индуцирования канальных волноводных элементов в планарных оптических волноводах на основе 1л№>0з при формировании и взаимодействии темных пространственных солитонов, а также методики индуцирования контактным методом фоторефрактивных и термооптических решеток в приповерхностном легированном слое пластины Ы№>Оз, открывают перспективы создания оптических элементов с возможностью их динамической реконфигурации.

Личный вклад автора

Большинство результатов получено лично автором либо при его непосредственном участии. Автором работы проводились экспериментальные исследования и численное моделирование, а основные результаты представлены на конференциях Международного и Всероссийского уровня и опубликованы в соавторстве в виде статей в журналах из перечня ВАК. Постановка задач исследований, обработка и интерпретация полученных результатов осуществлялась совместно с научным руководителем, д.ф.-м.н., профессором Шандаровым В.М. Вклад основных соавторов заключался в

помощи при проведении отдельных экспериментов (Гусев A.B., Карпушин П.А.) и в подготовке некоторых экспериментальных образцов (Rüter Ch., Tan Y., Chen F.).

Работа выполнялась в период с 2006 по 2011 г. на базе Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР) на кафедре Сверхвысокочастотной и квантовой радиотехники (СВЧ и KP).

Апробация работы

Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на следующих всероссийских и международных конференциях:

1. Международная научно-техническая конференция «Электронные средства и системы управления» (ТУСУР, г. Томск, 2005 г.);

2. Международные научно-практические конференции «Актуальные проблемы радиофизики» «АПР-2006», «АПР-2008», «АПР-2010» (ТГУ, г. Томск, 2006, 2008 и 2010 гг.);

3. Двенадцатая всероссийская научная конференция студентов - физиков и молодых учёных «ВНКСФ-12» (ИГУ, г. Новосибирск, 2006 г.);

4. X Российская научно-студенческая конференция по физике твердого тела (ТГУ, г. Томск, 2006 г.);

5. Всероссийские научно-технические конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов «Научная сессия ТУСУР-2006», «Научная сессия ТУСУР-2007», «Научная сессия ТУСУР-2008», «Научная сессия ТУСУР-2009» (ТУСУР, г. Томск, 2006-2009 гг.);

6. Восьмая всероссийская с международным участием научно-техническая конференция молодых ученых и студентов «Современные проблемы радиоэлектроники» (КГТУ, г. Красноярск, 2006 г.);

7. IV Международный оптический конгресс «Оптика-XXI век» «Фундаментальные проблемы оптики» «ФПО-2006» (СПбГУ ИТМО, г. Санкт-Петербург, 2006 г.);

8. Шестая международная научно-техническая конференция «Квантовая электроника» (БГУ, Беларусь, г. Минск, 2006 г.);

9. Шестая сибирская студенческая LEOS конференция (НГТУ, г. Новосибирск, 2007 г.);

10. XXVI Школа по когерентной оптике и голографии (ИВВАИУ (Военный институт), г. Иркутск, 2007 г.).

11. V Международная конференция молодых ученых и специалистов «0птика-2007» (СПбГУ ИТМО, г. Санкт-Петербург, 2007 г.);

12. IV Международная научно-практическая конференция «Электронные средства и системы управления. Опыт инновационного развития» (ТУСУР, г. Томск, 2007 г.);

13. XIV Международная научно-практическая конференция студентов и молодых учёных «Современная техника и технологии» «СТТ-2008» (ТПУ, г. Томск, 2008 г.);

14. XI Всероссийская школа-семинар «Волны-2008» «Волновые явления в неоднородных средах» (МГУ, г. Звенигород, 2008 г.);

15. Пятая научно-практическая конференция «Электронные средства и системы управления: итоги реализации программы развития электроники IT технологий в Томской области» (ТУСУР, г. Томск, 2008 г.);

16. The 6th International Conference on Photonics, Devices and Systems, «Photonics Prague 2008» (Czech Republic, Prague, 2008);

17. EOS Annual Meeting 2008, (France, Paris, 2008);

18. XII Всероссийская школа-семинар «Физика и применение микроволн» «Волны 2009» (МГУ, г. Звенигород, 2009 г.);

19. 12th International conference on photorefractive materials, effects and devices -control of light and matter, (Germany, Bad Honnef, 2009);

20. VI Международная конференция «Фундаментальные проблемы оптики» «ФПО-2010» (СПбГУ ИТМО, г. Санкт-Петербург, 2010 г.).

Внедрение

Работа выполнялась в рамках фундаментальных исследований кафедры СВЧ и KP ТУ СУ Ра и результаты работы были включены в отчеты НИР:

- ГБ 1.6.05 «Исследование фоторефрактивных, фотоиндуцированных, опто- и акустоэлектронных явлений в монокристаллах, оптических волноводах и фотополимерах для определения принципов построения оптических датчиков и систем связи» по тематическому плану Министерства образования и науки РФ;

- проект РНП.2.1.1.2097 «Эффекты самовоздействия световых пучков в динамических и стационарных периодических структурах в объемных фоторефрактивных и фотополимерных материалах и в оптических волноводах на их основе» программы Министерства образования и науки РФ «Развитие научного потенциала высшей школы (2006-2008 гг.)»;

- грант РФФИ 06-02-39017 ГФЕН_а (РФФИ-31) «Нелинейно-оптические эффекты в планарных и периодических волноводных структурах, формируемых в электрооптических кристаллах методами ионной имплантации» программы совместных исследовательских проектов «РФФИ - ГФЕН Китая»;

- проект 2.1.1/429 по теме «Эффекты нелинейного пространственного и спектрального преобразования световых полей в квазирегулярных дифракционных, волноводно-оптических и доменных структурах на основе фотополимерных материалов, электрооптических и сегнетоэлектрических кристаллов».

Работа поддерживалась грантом У.М.Н.И.К., фонда содействия развитию МФП в HT С, договор № KP 03_/08 от 20.02.2009 г. и Госконтракт № 8725 р/13139 от 14.01.2011 г., по теме «Разработка оптически реконфигурируемых элементов переадресации световых пучков в планарных оптических волноводах в фоторефрактивных кристаллах».

Результаты работы внедрены в учебный процесс на кафедре СВЧ и KP в ТУСУРе в виде лабораторной работы «Исследование оптического пропускания в LiNbC>3 с легированием поверхности фоторефрактивными примесями» по курсу «Основы физической и квантовой оптики» для студентов специальности 210401 (071700) «Физика и техника оптической связи».

Публикации

Структура и объем диссертационной работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных результатов и выводов по работе, содержит 172 страницы машинописного текста, включая 4 таблицы, 58 рисунков и список литературы в количестве 130 наименований.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, приведены цель и задачи работы, сформулированы выносимые на защиту научные положения, определена научная новизна и практическая значимость полученных результатов.

В первой главе проведен анализ литературы, обзор методов легирования фоторефрактивными примесями поверхности и формирования планарных оптических волноводов (OB) в LiNb03, а также рассмотрены некоторые нелинейно-оптические эффекты и явления, которые наблюдаются в фоторефрактивных кристаллах, и показаны перспективы их применения.

В подразделе 1.1 обоснован выбор кристалла LiNbOß в качестве подложки для создания оптических элементов измерения температуры и оптически индуцируемых волноводных коммутирующих элементов, рассмотрены планарные оптические волноводные структуры и методы их формирования.

Подраздел 1.2 посвящен обзору некоторых физических моделей для описания фоторефрактивного эффекта (ФРЭ).

В подразделе 1.3 рассмотрены эффекты формирования пространственных солитонов в ФРК.

Для световых пучков в оптически нелинейной среде возможны режимы их бездифракционного распространения, называемые режимами пространственных оптических солитонов. В средах с самодефокусирующей нелинейностью (к таким средам относится LiNbOß), возможно формирование темных пространственных солитонов (ТПС), для которых в нелинейном режиме неосвещенная область в световом поле как бы не испытывает дифракции.

В подразделе 1.4 рассмотрен механизм взаимодействия темных пространственных солитонов.

Во второй главе представлены основные соотношения, описывающие явление многолучевой интерференции в пластине LiNb03. Приведены результаты исследований изменения оптического пропускания пластин LiNbOß

и вклад в это изменение фоторефрактивного, термооптического эффектов и многолучевой интерференции. Экспериментально реализована модуляция оптического пропускания образцов 1л№>Оэ, с поверхностным легированием фоторефрактивными примесями, некогерентным излучением.

Исследовались кристаллические образцы 1л№>03 X и У - срезов в форме плоско-параллельных пластин толщиной от 1,5 до 3 мм. Глубина диффузии примесей в разных образцах составляла от 20 до 50 мкм для Ре и от 40 до 200 мкм для Си.

В подразделе 2.1 изложены результаты экспериментальных исследований особенности оптического пропускания плоскопараллельных (или почти плоскопараллельных) образцов ЫЫЬ03 на длине волны излучения 633 нм, при изменении температуры образца. В экспериментах при измерении величины оптического пропускания пластин 1л№)03, использовалось когерентное излучение Не-№е лазера. При таком подходе на результаты измерений влияют интерференционные эффекты.

Результаты, представленные на рисунке 1, иллюстрируют сильную пространственную зависимость нормированной интенсивности прошедшего света для пластины 1лМЪ03 с легированием поверхности Бе и Си толщиной 1,5 мм при ее зондировании необыкновенно поляризованным световым пучком с поперечным размером ~100мкм, >.=633 нм и плотностью мощности -1,3 Вт/см2. Глубина диффузии Ре составляла для данного образца 25 мкм, а Си 170 мкм.

0,6 ^-,-,-,

0 1 2 3 ъ, мм

Рисунок 1 - Зависимости нормированной интенсивности прошедшего пластину света от пространственной координаты при зондировании пластины ИлКЬОз в разных точках вдоль направления оптической оси, при температуре образца 1 - 18°С; 2 - 20°С; 3 - 21°С Из рисунка 1 видно, что для исследуемой пластины 1л1^Ь03 наблюдается практически периодическое изменение величины ее оптического пропускания. В экспериментах выявлено, что причиной пространственной зависимости оптического пропускания пластины 1л№Ю3 является незначительная непараллельность или неплоскостность ее граней. Кроме того, рисунок 1 иллюстрирует существенное влияние температуры образца на локальную величину оптического пропускания. Видно, что изменение температуры на величину ~3°С, может изменить величину оптического пропускания, в некоторых точках образца, от ее максимального значения до минимального.

В подразделе 2.2 приведены результаты экспериментальных исследований влияния фоторефрактивного эффекта на величину оптического пропускания

пластаны LiNbC>3 с легированием поверхности Fe и Си, исследовалось изменение пространственных зависимостей оптического пропускания пластины LiNbCh при экспонировании локального участка.

Т.к. преобладающим механизмом фоторефракции в LiNb03 является фотовольтаический, то его фоторефрактивные свойства определяются наличием фотовольтаически активных примесей (Fe, Cu, Ni и т.д.). Для выявления влияния фоторефрактивного эффекта на величину оптического пропускания, исследовалось изменение его пространственных зависимостей при экспонировании локального участка образца LiNb03 с легированием поверхности Fe и Си в течение 60 мин зондирующим лазерным пучком с поперечным размером 100 мкм, Х=633 нм и плотностью мощности -1,3 Вт/см2. При длительном экспонировании локального участка формируется нелинейная оптическая неоднородность соразмерная формирующему пучку. Экспериментально было установлено, что индуцированная оптическая неоднородность обусловлена фоторефрактивными свойствами приповерхностной области образца, поскольку данный эффект не наблюдался в нелегированных образцах даже при времени экспонирования порядка нескольких часов.

В подразделе 2.3 представлены результаты численного моделирования полученных экспериментальных данных. При проведении моделирования учитывалось, что в изменение оптического пропускания LiNb03 вносят вклад: изменение температуры окружающей среды, фоторефрактивный, термооптический эффекты и эффекты многолучевой интерференции в пластине LiNb03. Моделирование распространения света через плоскопараллельную пластину проводилось в приближении плоских волн в нелинейной среде между ее гранями.

С учетом оптического поглощения в пластине, описывающее многолучевую интерференцию соотношение имеет вид:

h=h__(1 - Rf • ехр(- 2-a-d)_ (1)

(1 - R • ехр(- 2 ■ a- d)f + 4 • R • ехр(- 2 • а- d)-sinj

Чтобы учесть индуцированные локальные неоднородности, наведённые в пластине лазерным пучком света, в формуле (1) а и п имеют пространственную зависимость. При этом a(z) характеризует локальную неоднородность коэффициента поглощения света в материале, а п{z) - светоиндуцированное изменения показателя преломления, в области экспонирования пластины.

По результатам моделирования и эксперимента выявлено, что основной вклад в изменение оптического пропускания в экспонированной локальной области пластины LiNb03 вносит светоиндуцированное изменение показателя преломления.

Чтобы учесть вклад термооптического эффекта, показатель преломления в формуле (1) имеет температурную зависимость п(т) = п + Ап, где An = (dn/dT)-АТ - изменение показателя преломления при изменении температуры на АТ, здесь dn/áT - температурный коэффициент показателя

преломления материала. При расчетах учитывалось, что толщина пластины с/ изменяется при изменении температуры вследствие ее теплового расширения.

Подраздел 2.4 содержит результаты экспериментальных исследований трансформации амплитудных профилей когерентных световых пучков планарными фазовыми транспарантами, оптически индуцированными когерентным излучением в легированном фоторефрактивными примесями поверхностном слое ЫЫЬОз. Представлены результаты экспериментальных исследований влияния некогерентного излучения на величину оптического пропускания пластины ЕлМЮз. Приведены результаты формирования фоторефрактивных решеток контактным методом, излучением некогерентного источника через амплитудный транспарант в легированном поверхностном слое 1лМЬОз и исследования вклада термооптического эффекта в формирование решеток. В экспериментах использовались пластины 1лМЬОз X или У срезов, с легированием поверхности примесями Ре и Си, глубина диффузии Бе составляла в разных образцах от 20 до 50 мкм, а Си от 50 до 200 мкм.

Рисунок 2 иллюстрирует трансформацию поля зондирующего светового пучка с А.=633 нм (рисунок 2 б) и Х=532 нм (рисунок 2 в) при формировании в 1л1МЪОэ фазовой неоднородности фокусированным цилиндрической линзой световым пучком с А,=532 нм, мощностью 0,26 мВт и размером 1 мм по ширине пучка в поперечном сечении. В эксперименте, процессы формирования и зондирования оптической неоднородности происходили одновременно. В начальный момент, прошедший через образец зондирующий пучок (Х=633 нм, рисунок 2 а) имеет гауссово распределение интенсивности на выходной поверхности экспонируемого образца 1л№>03. В процессе экспонирования в течение некоторого времени распределение интенсивности в прошедшем пучке существенно изменяется, в его центральной области интенсивность света снижается практически до нуля. При продолжении процесса экспонирования это распределение становится еще более сложным. Интенсивность света в центре пучка снова возрастает, а темная граница сдвигается на периферию (рисунок 2 б).

Рисунок 2 - Распределение интенсивности прошедшего зондирующего пучка на выходной плоскости пластины 1л>П)Оз: а -1=0 мин, >,=633 нм; б - /=10 мин, Х=633 нм; в - /=10 мин, ^=532 нм

Из рисунка 2 видно, что по мере экспонирования образца наблюдается значительное искажение профиля интенсивности зондирующего пучка света в направлении оптической оси кристалла (направление фотовольтаического тока). Наблюдаемый эффект обусловлен эффектом Фабри-Перо, т.е. многократным отражением когерентного светового пучка в плоскопараллельной (или клиновидной) пластине с нелинейной оптически индуцированной линзой. Световое поле, прошедшее через образец,

представляет собой результат многолучевой интерференции. При изменении показателя преломления при оптическом индуцировании нелинейной линзы изменяется фаза и интенсивность зондирующего пучка.

На рисунке 3 представлены результаты экспериментальных исследований изменения оптического пропускания пластины 1ЛМ>0з с легированием поверхности Ре и Си для когерентного зондирующего пучка при включении и выключении некогерентного излучения в области зондирования. Эксперимент проводился для двух выбранных точек (не закрашенные маркеры 1 и 2 на скатах зависимости оптического пропускания образца от температуры график 1 на рисунке 1), которым соответствуют временные зависимости оптического пропускания пластины ЫМЬОз (рисунок 3) графики 1 и 2, соответственно. Плотность мощности света в зондирующем пучке (А.=633 нм) составляла ~0,3 Вт/см2, а плотность мощности некогерентного излучения (1=455 нм) ~3 мВт/см2.

0.94 п

ч>0<хх>

О 40 50 120 160 200 240 280 320 360 1, с Рисунок 3 — Зависимости нормированной интенсивности прошедшего света в разных точках образца 1лМЪОэ:Ре:Си при воздействии некогерентного излучения (воздействие некогерентного излучения - черные маркеры) Исследования для разных точек образца показали, что наведенные оптические неоднородности имеют фазовый характер, а их временные характеристики позволяют исключить фоторефрактивный эффект из числа возможных механизмов, ответственных за наблюдаемые явления. Фоторефрактивный отклик 1ЛМЬ03 не является мгновенным и требуется определенное время (от нескольких секунд до нескольких часов в зависимости от интенсивности оптического пучка и фоторефрактивных свойств конкретного образца), пока оптически индуцированное изменение показателя преломления достигнет стационарного значения. Из рисунка 3 видно, что максимальная скорость изменения пропускания достигается в начальные моменты времени после включения некогерентного излучения, что обусловлено термооптическим эффектом.

На рисунке 4 приведены экспериментальные результаты формирования фоторефрактивных решеток контактным методом, излучением некогерентного источника через амплитудный транспарант в легированном поверхностном слое 1л№>Оз. В экспериментах изучалась эволюция интенсивности дифракционных максимумов при дифракции света на амплитудном транспаранте и фазовых фоторефрактивно-термооптических структурах, индуцируемых в кристалле 1Л1ЧЬОз:Ре:Си, при его экспонировании УФ излучением через ту же амплитудную решетку. Мощность некогерентного источника с длиной волны

излучения Л.=395 нм, используемого для формирования фазовой решётки, составляла 700 мВт. При малом времени экспонирования (20 с) мощным некогерентным пучком света (рисунок 4 а) интенсивность центрального максимума дифракционного поля быстро уменьшается, что обусловлено возникновением фазовой решетки и ее вкладом в эффект дифракции света. На данном этапе основной вклад в формирование фазовой решетки вносит термооптический эффект. После выключения подсветки уровень интенсивности возвращается к исходной величине, вследствие релаксации термооптической неоднородности за время /=220 с.

Рисунок 4 - Зависимость интенсивности дифракционного поля в центральном максимуме от времени при воздействии УФ излучения при малом времени экспонирования (а) и при длительном времени экспонирования (б) При более длительном экспонировании скорость изменения интенсивности дифракционного поля в центральном максимуме через 1-2 мин заметно снижается (рисунок 4 б), что объясняется вкладом фоторефрактивного эффекта в процесс формирования фазовой решётки. Выключение некогерентного излучения ведет к быстрому частичному восстановлению уровня интенсивности прошедшего пучка, что обусловлено удалением термооптической составляющей и длительным временем хранения фоторефрактивных неоднородностей в кристалле 1л'МЮ3. После удаления амплитудного транспаранта наблюдалась дифракция света на решетке, индуцированной вследствие фоторефрактивного эффекта.

В третьей главе изложены результаты экспериментальных исследований формирования темных пространственных солитонов в волноводном слое, сформированном методом ионной имплантации в пластинах 1л№Ю3. Представлены результаты экспериментального исследования и численного моделирования эффекта взаимодействия (отталкивания и притяжения) ТПС в протонно-имплантированном планарном ОВ в пластине 1л№>03. На основе выявленных особенностей получен патент на полезную модель оптически реконфигурируемого элемента переключения световых пучков.

В подразделе 3.1 экспериментально продемонстрировано формирование ТПС световыми пучками с мощностью микроваттного уровня в планарных ОВ, полученных методом имплантации протонов и ионов кислорода в пластинах 1лМЮ3.

Планарные ОВ, используемые в экспериментах, сформированы путем имплантации Н+ и 03+ в пластинах 1лМЮз:Си (0,1 мол. %) X- среза с размерами 1,5x19x10 мм3 вдоль осей X, У, 2. Толщина волноводных слоев составляет -3,5 мкм для 1лТЧЬ03:Си:Н+ и -3,2 мкм для 1л>1Ь03:Си:03+.

Формирование ТПС требует световых пучков с изменением знака поля в половинах апертуры, при этом фазовый сдвиг светового поля должен составлять к. Фазирование светового поля при проведении экспериментов, осуществлялось с помощью введения тонкой стеклянной пластинки в формирующий световой пучок, при определенном положении изменяющей фазу световой волны на нечетное число п.

Изменение полей формирующего и считывающего пучков при формировании ТПС в планарных ОВ в 1л1ЧЪОз:Си:Н+ излучением с А,=633 нм и считывании индуцированной им нелинейной линзы при А.=532 нм иллюстрирует

1=0 мин

МИН

а 1-1 б

20 мкм

Рисунок 5 — Распределение светового поля и профили интенсивности формирующего (а) и считывающего (б) пучков на выходной плоскости ОВ в линейном режиме (1=0 мин, пунктир) и в режиме пространственного солитона (/=17 мин, сплошные линии). Мощность формирующего пучка -110 мкВт (Х=633 нм), считывающего - 1 мкВт (А.=532 нм) Сужение темной области (рисунок 5) в формирующем (633 нм) и локализация светового поля в считывающем (532 нм) пучках на выходной плоскости наблюдались уже при времени экспонирования (2-5) мин.

В экспериментах с протонно-имплантированным пленарным волноводом формирование фотовольтаических ТПС наблюдалось при длинах волн формирующего излучения как 633 нм, так и 532 нм. Выявлено, что фоторефрактивная чувствительность материала в волноводной области для этих длин волн отличается незначительно. Хотя физические свойства материала при ионной имплантации могут существенно отличаться при имплантации разных ионов, эксперименты по формированию ТПС в волноводе 1л№Ю3:Си:03+ показали, что фоторефрактивная чувствительность материала в волноводной области не имеет существенных отличий от таковой для волновода Ь1МЪ03:Си:Н+.

В режиме ТПС генерируются канальные ОВ, время формирования которых составляет от 7 до 17 мин при мощности света от 726 мкВт до ПОмкВт, соответственно. Время существования при считывании световыми пучками с длиной волны Х.=633 нм и мощностью ПОмкВт достигает 5-30 мин, а при считывании световыми пучками с длиной волны А,=532 нм и мощностью Рш=(1-^100) мкВт в среднем может достигать от 15 мин до нескольких секунд.

В подразделе 3.2 приведены результаты экспериментальных исследований эффектов взаимодействия ТПС в планарных ОВ, полученных имплантацией протонов в кристалле ЫМЬО^СгкРГХ- среза.

В экспериментах исследовались временные зависимости ширины темных областей в световом поле и расстояния между их центрами на выходном торце волновода в процессе формирования ТПС при различных расстояниях между краями стеклянных пластин во входном пучке. Расстояние Б между краями пластинок изменялось в диапазоне от 160 до 500 мкм, что соответствовало изменению расстояния между темными провалами на входном торце планарного ОВ от -15 до 46 мкм, соответственно.

Некоторые из экспериментальных результатов иллюстрируются картинами световых полей на выходной плоскости планарного ОВ 1л№>03:Си:Н+ Х- среза рисунок 6.

1 3 б

в щшявяшш

Я ррииниии

т -г*» г гктт

Рисунок 6 - Распределение светового поля формирующего (для случая отталкивания ТПС, £>=300 мкм, при ¿=0 мин (а) и (=18 мин (в), и притяжения ТПС, £>=480 мкм, при ¿=0 мин (б) и (=18 мин (г)) и считывающего ((=18 мин, для случая отталкивания (д) и притяжения (е) ТПС) пучков на выходной плоскости волновода 1лМЬОз:Си:Н+ Рисунок 6 демонстрирует наличие эффектов как отталкивания (а, в, д), так и притяжения (б, г, е) ТПС.

Из рисунка 7 видно, что при формировании ТПС в планарном ОВ в 1л№Ю3:Си:Н+ X - среза, на начальном этапе наблюдается эффект их притяжения, через 17 мин после начала эксперимента ТПС начинают отталкиваться. Расстояние между темными провалами на входной плоскости волновода составляло 28 мкм (£>=300 мкм), мощность формирующего и считывающего пучков перед микрообъективом составляла в данном случае -110 мкВт.

Рисунок 7 - Распределение светового поля формирующего (для случая притяжения ТПС при /=0 мин (а) и /=10 мин (б), и отталкивания ТПС (в) и (=30 мин) и считывающего (г) (/=30 мин) пучков на выходной плоскости ОВ 1л1ч[ЬОз: Си:Н* и график экспериментальной зависимости изменения расстояния между ТПС на выходной плоскости образца 1л>?ЬОз:Си:Н+ в процессе их взаимодействия (д) В подразделе 3.3 представлены результаты численного моделирования взаимодействия ТПС в планарном ОВ в образце 1л№Юз:Си:Н Х- среза.

Для численного моделирования использовался программный пакет, написанный в МаИгЬаЬ 7.0, алгоритм которого основан на методе распространяющегося пучка или ВРМ. Максимальное изменение показателя преломления составляло Дл=82,9-10"5 для £5С=50 кВ-см"1 [9], при А,=633 нм, а ширина формирующего пучка на уровне половины интенсивности на входе в планарный ОВ составляла 37 мкм.

Рисунок 8 иллюстрирует взаимное притяжение (а, б) и отталкивание (в) ТПС при их взаимодействии. На начальном этапе формирования вследствие дифракции ширина темной области поля на выходной плоскости волновода больше чем ширина темных областей на входе (рисунок 8 а), затем наблюдается процесс сужения темной области, что свидетельствует о формировании солитонов, которые, взаимодействуя друг с другом, сближаются (рисунок 8 б). После столкновения сформированных солитонов наблюдается эффект их отталкивания (рисунок 8 в).

Рисунок 8 - Картины светового поля формирующего солитоны пучка в волноводе (при 0,1 -Ап (а), 0,5-Дп (б), 0,9-Дя (в)) Результаты численного моделирования качественно сопоставимы с экспериментально наблюдаемым поведением ТПС при взаимодействии (рисунок 7).

В экспериментах, результаты которых представлены в данной главе, пара ТПС представляют оптическую структуру, которая действует как самоиндуцированное волноводное У - или X - соединение, в зависимости от условий формирования.

В четвертой главе представлена методика расчета параметров термочувствительных элементов для датчиков температуры и элементов для регистрации УФ излучения. Изложены принципы действия и формирования элементов управления и переадресации световых пучков в ионно-имплантированных планарных ОВ на основе 1л№>Оз, посредством использования темных пространственных солитонов.

Оригинальная часть 4 главы содержит предложения по практической реализации полученных во 2 и 3 главах результатов в виде элементов для измерения температуры и элементов расщепления световых пучков.

В подразделе 4.1 на основе проведенных исследований особенностей оптического пропускания плоскопараллельных образцов ЫМЮз (подразделы 2.1-2.3) предложены функциональные схемы использования пластины ГлМЬОз в качестве интерферометрического термочувствительного оптического элемента (ИТЭ) для датчика измерения температуры и ИТЭ для регистрации УФ излучения.

Чувствительный элемент должен обеспечивать заданный диапазон измерения температуры (67) среды или объекта при допустимой нелинейности его характеристики (5„1).

Используя зависимость оптического пропускания пластины ИТЭ от ее толщины и от изменения температуры (1) можно разработать ИТЭ с заданными параметрами на основе ЫМЮз или другого оптического материала.

здесь ¿о - толщина пластины; - температурный коэффициент линейного

расширения материала ИТЭ [1/°С], ДГ- изменение температуры пластины [°С]. В зависимости от требований предъявляемых к ИТЭ, используя формулу (2) можно определить толщину ИТЭ.

Коэффициент поглощения кристалла ЫЫЬОз может варьироваться в широком диапазоне при его легировании активными примесями. Например, при легировании 1лМЬ03 ионами Си поглощение света с длиной волны Х=(400-^450) нм существенно увеличивается [7, 9]. Эксперименты, результаты которых приведены во 2 главе, показали, что при воздействии некогерентного коротковолнового излучения на легированную поверхность пластины 1лМЬ03, ее оптическое пропускание, для когерентного зондирующего излучения, изменяется при изменении температуры вследствие поглощения света в области воздействия. Увеличение поглощения излучения в коротковолновой области спектра в легированной области пластины 1лМЬ03 приводит к увеличению изменения температуры. Т.о. измерение изменения температуры в

(2)

области зондирования позволяет определить наличие воздействия коротковолнового излучения. Приведенные свойства позволяют создать ИТЭ для измерения УФ излучения, функциональная схема которого представлена на рисунке 9.

Рисунок 9 - Функциональная схема ИТЭ. Блок 1 - источник когерентного излучения; УФ - регистрируемое ультрафиолетовое излучение; 2 - элемент стабилизации рабочей точки ИТЭ (пьезоэлектрический двигатель); 3 - приемник УФ излучения (пластина ЬГЫЬОз); 4 -фотоприемник; 5 - устройство управления элементом стабилизации рабочей точки ИТЭ; 6 - дифференциальный усилитель В подразделе 4.2 предложены принципы создания переключателей световых пучков на основе планарного ОВ в ЫЫЬОэ, важным свойством которых является то, что они могут быть использованы как не перезаписываемые элементы, не требующие материала с быстрым нелинейным откликом.

В заключении сформулированы основные результаты диссертационной работы:

1. Экспериментально установлено, что механизм изменения оптического пропускания пластин 1л№>03 с фоторсфрактивной поверхностью, для когерентного излучения с длиной волны расположенной в области прозрачности 1ЛЧЬОз, в условиях воздействия коротковолнового излучения с близким к однородному распределением интенсивности, преимущественно связан с термооптическим эффектом в легированной области.

2. Экспериментально и методом математического моделирования исследованы особенности оптического пропускания пластин ЫКЬ03 для когерентного излучения. Установлено, что при изменении температуры образца толщиной 1,5 мм на ~3°С оптическое пропускание пластины ГлЫЬОз изменяется от ее максимальной величины до минимальной.

3. Экспериментально исследована трансформация амплитудных профилей когерентных световых пучков планарными фазовыми транспарантами, сформированными излучением когерентного источника в легированном фоторефрактивными примесями поверхностном слое УМЬ03. Выявлено, что наблюдаемый эффект обусловлен многократным отражением когерентного светового пучка в плоскопараллельной пластине с нелинейной оптически индуцированной линзой.

4. Экспериментально исследовано формирование фоторефрактивных решеток контактным методом, излучением некогерентного источника через амплитудный транспарант в тонком легированном фоторефрактивными примесями поверхностном слое ЫЫЬОз. Установлен вклад термооптического эффекта в формирование решеток.

5. В планарных оптических волноводах, полученных методом имплантации протонов (Н+) и ионов кислорода (03+) на основе пластин 1лЫЬ03 Х-среза, реализован режим формирования темных пространственных солитонов световыми пучками с мощностью микроваттного уровня. Установлено, что скорость формирования канальных оптических волноводов темными пространственными солитонами и время существования сформированных волноводов при их считывании, преимущественно зависят от мощности формирующего и считывающего излучения.

6. Исследовано взаимодействие темных пространственных солитонов в протонно-имплантированном планарном оптическом волноводе в пластине ЫЫЬОз Х-среза. Продемонстрировано проявление эффектов как притяжения, так и отталкивания темных пространственных солитонов при их формировании световыми пучками, в поперечном сечении которых амплитуда поля дважды изменяет свой знак на противоположный в направлении, параллельном плоскости волновода. Обнаружено, что проявление эффектов притяжения темных пространственных солитонов связано не только с нелокальностью нелинейного отклика, обусловленной поглощением света в 1лМЮ3, но и с отличием реального светового поля формирующего пучка от поля, соответствующего строгому решению для темных пространственных солитонов.

7. Экспериментально обнаружено, что проявление особенностей эффектов взаимодействия темных пространственных солитонов зависит от расстояния между областями в поперечном сечении формирующего пучка в направлении, параллельном плоскости волновода, в которых его амплитуда испытывает инверсию. Это указывает на возможность формирования в солитонном режиме волноводно-оптических элементов.

8. Предложена методика расчета параметров интерферометрических термочувствительных элементов (ИТЭ) для датчиков температуры с точностью ее измерения до сотых и даже тысячных долей градуса. Основой ИТЭ является пластина 1лМЪ03, оптическое пропускание которой для когерентного излучения изменяется при изменении температуры. Установлено, что при обеспечении заданного рабочего диапазона измерения температуры ИТЭ соответствующего требуемой нелинейности необходимо учитывать параметры материала пластины ИТЭ.

СПИСОК ЦИТИРУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. ГиббсХ. Оптическая бистабильность. Управление светом с помощью света: пер. с англ. / X. Гиббс - М.: Мир, 1988. - 160 с.

2. Kip D. Photorefractive waveguides: fabrication, properties, and applications // Appl. Phys. B. - 1998. - Vol. 67. - P. 131 - 150.

3. Kip D. Photorefractive properties of ion-implanted waveguides in strontium barium niobate crystals / D. Kip, B. Kemper, I. Nee, R. Pankrath, P. Moretti // Appl. Phys. B. - 1997. - Vol. 65. - P. 511.

4. Матюхин С.И. Ионная имплантация: новые возможности известного метода [Электронный ресурс] // Известия Орел ГТУ. Серия «Естественные науки». 2003. № 1 - 2. С. 59 - 62. URL: http://www.nanometer.ru/2008/03/21/fellerene_7401.html (дата обращения 18.06.2011).

5. Destefanis D.L. Optical waveguides in LiNb03 formed by ion implantation of helium / D.L. Destefanis, P.D. Townsend, J.P. Gailliard // Appl. Phys. Lett. - 1 March 1978. - 32 (5). - P. 293 - 294.

6. Buchal C.H. Titanium-implanted optical waveguide in LiNb03 / C.H. Buchal, P.R. Ashley, D.KThomas// Material Science and Engineering - 1989.-A109. - P. 189- 192.

7. Ниобат лития: дефекты, фоторефракция, колебательный спектр, поляритоны / Н.В. Сидоров [и др.]. - М.: Наука, 2003. - 255 с.

8. Adibi A. Two-center holographic recording / A. Adibi, К. Buse, D. Psaltis // Opt. Soc. Am. B. - 5 May 2001. - Vol. 18. - P. 584 - 600.

9. Фоторефрактивные кристаллы в когерентной оптике / М.П. Петров [и др.]. - С.Пб.: Наука, 1992. - 320 с.

10.Peithmann К. Photorefractive properties of highly-doped lithium niobate crystals in the visible and near-infrared / K. Peithmann, A. Wiebrock, K. Buse // Appl. Phys. B. - 1999. - Vol. 68. - P. 777 - 784.

11.Hadley G.R. Wide-angle beam propagation using Pade approximant operators // Opt. Lett. - 1992. - Vol. 17. - P. 1426.

12.Nikolov N.I. Attraction of nonlocal dark optical solitons / N.I. Nikolov, D. Neshev, W. Krolikowski, O. Bang, J.J. Rasmussen, P.L. Christiansen // Opt. Lett. - 2004. - Vol. 29. - P. 286 - 288.

13.Dreischuh A. Observation of attraction between dark solitons / A. Dreischuh, D. Neshev, D. Petersen, O. Bang, W. Krolikowski // Phys. Rev. Lett. - 3 February 2006. - Vol. 96. - P. 043901 (1 - 4).

14.Пат. 5469525 United States Patent, G02F 1/35. Photonic devices using optical waveguides induced by dark spatial solitons / Luther-Davies; (Bruce), Xiaoping; Yang (Endeavour Hills) (Australia)// Invention- 21 November 1995.- 11 c.

СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ АВТОРА

1. Круглов В.Г. Нелинейное поглощение в ниобате лития с поверхностным легированием ионами железа и меди / В.Г. Круглов, П.А. Карпушин,

A.B. Гусев, Д. Кип, X. Рютер, В.М. Шандаров // Известия высших учебных заведений. Физика. - 2006. - № 3. Приложение. - С. 160-161.

2. Круглов В.Г. Исследование влияния коротковолнового излучения видимого диапазона на оптическое пропускание фоторефраткивных образцов ниобата лития / В.Г. Круглов, П.А. Карпушин, A.B. Гусев, Д. Кип, X. Рютер, В.М. Шандаров // Известия высших учебных заведений. Физика. - 2006. - № 11. - С. 76-80.

3. Круглов В.Г. Тёмные фотовольтаические пространственные солитоны в планарном волноводе, полученном в ниобате лития протонной имплантацией / В.Г. Круглов, В.М. Шандаров, Я. Тан, Ф. Чен, Д. Кип // Квантовая электроника. - 2008. - Т. 38, № 11.-С. 1045-1047.

4. Круглов В.Г. Формирование тёмных пространственных солитонов в ионно-имплантированных планарных волноводах в ниобате лития /

B.Г. Круглов, В.М. Шандаров, Я. Тан, Ф. Чен, Д. Кип // Известия РАН. Серия физическая. - 2008. - Т. 72, № 12. - С. 1715-1717.

5. Круглов В.Г. Взаимодействие тёмных пространственных солитонов в ионно-имплантированном планарном волноводе в ниобате лития / В.Г. Круглов, В.М. Шандаров, Я. Тан, Ф. Чен, Д. Кип // Известия высших учебных заведений. Физика. - 2008. - № 9/3. - С. 159-160.

6. Круглов В.Г. Оптически индуцированные планарные транспаранты для фазирования профилей световых пучков / В.Г. Круглов, В.М. Шандаров,

A.B. Каншу, О.С. Фадеева, Я. Тан, Ф. Чен, Д. Кип // Известия высших учебных заведений. Физика. - 2008. - №9/3. - С. 153-154.

7. Круглов В.Г. Исследование взаимного отталкивания и притяжения темных пространственных солитонов в протонно-имплантированном планарном волноводе в ниобате лития / В.Г. Круглов, В.М. Шандаров, Я. Тан, Ф. Чен, Д. Кип // Известия РАН. Серия физическая. - 2009. -Т. 73, № 12.-С. 1696-1700.

8. KruglovV.G. Dark spatial photovoltaic solitons and soliton-induced waveguide elements in ion-implanted planar lithium niobate waveguides/ V.G. Kruglov, V.M. Shandarov, Y. Tan, F. Chen, D. Kip // Proc. of SPIE. -2008. - Vol. 7138. - P. 71381M (1-4).

9. Пат. 86762 RU, МПК G02F 1/00. Оптически реконфигурируемый переключатель световых пучков / В.М. Шандаров, В.Г. Круглов. Р. 2009114610/22 // Открытия. Изобретения, опубл. 17.04.09. Бюл. № 25. -1 с.

Ю.Круглов В.Г. Взаимодействие темных пространственных солитонов в ионно-имплантированном планарном волноводе в ниобате лития: эксперимент и численное моделирование / В.Г. Круглов,

B.М. Шандаров // Известия высших учебных заведений. Физика. -2010.-№9/3.-С. 149-150.

Тираж 100. Заказ № 961. Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники 634050, г. Томск, пр. Ленина, 40 Тел. 53-30-18

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата технических наук, Круглов, Виталий Геннадьевич

Введение.

1 Самовоздействие световых пучков в фоторефрактивной среде.

1.1 Планарные оптические волноводные структуры и методы их формирования.

1.2 Фоторефрактивный эффект в 1л1ЧЬОз.

1.3 Формирование пространственных солитонов в фоторефрактивных кристаллах.

1.4 Механизм взаимодействия темных пространственных солитонов.

1.5 Выводы по первой главе.

2 Исследование оптического пропускания пластин 1л№Юз с фоторефрактивной поверхностью.

2.1 Исследование влияния изменения температуры на оптическое пропускание пластин 1л1ЧЬОз.

2.2 Исследование влияния фоторефрактивного эффекта на оптическое пропускание плоскопараллельных пластин 1л№>Оз.

2.3 Математическое моделирование распространения света через пластину ЦИЧЬОз.

2.3.1 Многолучевая интерференция.

2.3.2 Двулучевая интерференция.

2.3.3 Факторы, влияющие на величину оптического пропускания пластины И1%Оз.

2.4 Оптически индуцированные элементы для преобразования- профиля световых пучков на основе Ы№03.

2.4.1 Планарные транспаранты для преобразования профиля световых пучков.

2.4.2 Исследование вклада термооптического эффекта в оптическое индуцирование фоторефрактивных решеток.

2.5 Выводы по второй главе.

3 Формирование и взаимодействие тёмных пространственных солитонов в ионно-имплантированных планарных ОВ в 0№>03.

3.1 Исследование формирования темных пространственных солитонов<- в планарных ОВ, полученных имплантацией протонов и ионов кислорода в 1ЛМЮ3.

3.1.1 Исследуемые образцы.

3.1.2 Методика и схема эксперимента.

3.1.3 Экспериментальные результаты и их обсуждение.

3.2 Исследование взаимодействия темных пространственных солитонов в планарном ОВ, полученном имплантацией протонов в LiNb03.

3.2.1 Схема эксперимента.

3.2.2 Формирование двух темных пространственных солитонов в планарном ОВ, полученном имплантацией протонов в LiNb03.

3.2.3 Взаимное притяжение и отталкивание темных пространственных солитонов в планарном ОВ, полученном имплантацией протонов в LiNb

3.2.4 Формирование X - соединения.

3.3 Численное моделирование взаимодействия темных пространственных солитонов в планарном ОВ, полученном имплантацией протонов в LiNb

3.4 Выводы по третьей главе.'.

4 Элементы фотоники на основе LiNb03.

4.1 Интерферометрический термочувствительный оптический элемент (ИТЭ) для датчика измерения температуры.

4.1.1 Методика расчета параметров ИТЭ.

4.1.2 Чувствительность ИТЭ.

4.1.3 Применение ИТЭ для регистрации УФ излучения.

4.1.4 Стабильность ИТЭ для измерения УФ излучения.

4.2 Переключатель световых пучков на основе LiNb03.

4.2.1 Солитоны в планарных ОВ.

4.2.2 Элементы переключения света, сформированные темными пространственными солитонами в LiNb03.

4.2.3 Оптически реконфигурируемые переключатели световых пучков

4.3 Выводы по четвертой главе.

Введение диссертация по физике, на тему "Интерферометрические термочувствительные и оптически индуцированные управляющие волноводные элементы на основе ниобата лития"

Актуальность темы диссертации определяется интенсивным развитием современной интегральной и волоконной оптики, что открывает широкие возможности для применения фоторефрактивных кристаллов и оптически индуцированных волноводных элементов в них, в качестве основы датчиков физических воздействий и устройств управления световыми потоками в системах оптической связи [1]. Волноводные элементы могут быть сформированы посредством использования эффектов? пространственного самовоздействия и взаимодействия световых пучков в планарных оптических волноводах в фоторефрактивных кристаллах. Практический интерес к формированию таких элементов в подобных волноводах обусловлен рядом специфических свойств волноводных световых полей и возможностями управления фоторефрактивной оптической нелинейностью волноводных элементов. Так, в оптических волноводах возможно одновременное распространение нескольких направляемых мод, что позволяет реализовать эффекты многоволновых взаимодействий- [2]; В волноводных структурах возможно отличие количественных и качественных характеристик эффектов индуцирования светом оптических элементов, термооптической и фоторефрактивной модуляции световых полей," пространственных оптических солитонов, в сравнении с их характеристиками в объемных средах. При этом перспективной является возможность реализации, например, элементов для расщепления световых пучков на основе планарных оптических волноводов, сформированных в фоторефрактивных кристаллах. Перспективным методом формирования таких волноводов является метод ионной имплантации, который позволяет создавать на основе подобных кристаллов полностью идентичные серии оптических элементовI [2-6]. В планарных волноводных структурах с фоторефрактивными свойствами возможно оптическое индуцирование пространственными солитонами канальных волноводов, которые потенциально могут сохранять неизменность параметров в течение длительного периода, вследствие низкой темновой проводимости некоторых фоторефрактивных кристаллов и при использовании методов фиксации сформированных волноводных каналов [7, 8].

К материалам, представляющим интерес в плане создания измерительных и управляющих оптических элементов, относится кристалл ниобата лития (1Л1ЧЬ03), обладающий уникальным набором физических свойств [7]. Благодаря сильному фотовольтаическому эффекту, фоторефрактивный отклик в ЫМЮз не требует внешнего электрического поля. Кроме того, в настоящее время пластины 1л№>Оз коммерчески доступны и разработаны технологии промышленного производства пластин 1Л№>Оз больших размеров. К достоинствам этого материала также можно отнести длительное время хранения оптически индуцированных элементов .(до нескольких лет) и развитые методы создания на его основе оптических волноводов: посредством термической диффузии, ионного обмена, ионной имплантации [2, 7]. Легирование 1л№>03 специально подобранными примесями и изменение стехиометрии может приводить к существенной модификации физических свойств материала:, оптического поглощения, удельной проводимости, фоторефрактивной чувствительности [7, 9, 10]. Таким образом^ пластины 1л№Ю3 и планарные волноводные структуры, сформированные методом ионной имплантации на их основе, представляют практический интерес, в связи с возможностью реализации оптических элементов измерения параметров. и коммутации световых пучков.

Цель работы состояла в проведении комплекса исследований, направленных на разработку принципов построения и. методик расчета параметров интерферометрических измерительных и волноводно-оптических управляющих элементов на основе ниобата лития.

Поставленная цель достигалась решением следующих задач:

Методы исследований

При формировании. оптически индуцированных решеток в фоторефрактивном поверхностном слое LiNb03 использовался контактный метод индуцирования оптических неоднородностей: некогерентным излучением через амплитудный транспарант. При экспериментальном исследовании формирования и взаимодействия темных пространственных солитонов в планарных оптических волноводах, полученных методом ионной имплантации в LiNb03, и формируемых при этом канальных волноводных структур, применялся торцевой ввод излучения и метод регистрации распределения интенсивности светового поля на выходной плоскости с помощью видеокамеры или анализатора лазерных пучков (OPHIR FX33). Для численного моделирования формирования и взаимодействия темных пространственных солитонов использовался метод распространяющегося пучка (Beam Propagation Method, ВРМ) [11].

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Оптическое пропускание плоскопараллельных образцов ниобата лития, в том числе образцов с легированием поверхности фоторефрактивными примесями, для когерентного излучения изменяется при изменении температуры и при воздействии некогерентного коротковолнового излучения с плотностью мощности в единицы Вт/см вследствие теплового расширения и термооптического эффекта, что позволяет использовать такие пластины для создания элементов измерения температуры и мощности коротковолнового излучения.

2. В планарных оптических волноводах, полученных в фоторефрактивных образцах ниобата лития имплантацией протонов и ионов кислорода, в режиме темных пространственных солитонов генерируются канальные оптические волноводы, время формирования которых составляет от единиц до десятков минут при плотности мощности когерентного- формирующего пучка в единицы мВт/см2, а время существования сформированных волноводов при их считывании тем же излучением достигает нескольких десятков минут.

3. В планарном оптическом волноводе, полученном имплантацией протонов в образце ниобата' лития, при. распространении когерентного светового пучка с плотностью мощности в единицы мВт/см?, в* поперечном сечении, которого амплитуда поля' дважды изменяет свой знак на противоположный в направлении, параллельном плоскости волновода, его профиль трансформируется к близкому для темного пространственного солитона второго порядка, представляющего собой комбинацию двух взаимодействующих темных солитонов, что приводит к формированию канальных волноводных элементов- деления либо суммирования световых пучков.

Достоверность и обоснованность результатов, полученных в диссертации, подтверждается использованием физически, обоснованных экспериментальных методик и современных приборов, многократным повторением экспериментов. Результаты экспериментов по взаимодействию темных пространственных солитонов в планарных оптических волноводах не противоречат теоретическим и экспериментальным данным, которые были опубликованы в работах других авторов [12-14].

Научная новизна работы состоит в том, что впервые:

• разработана математическая модель изменения оптического пропускания пластин 1л№>Оз, учитывающая вклады фоторефрактивного и термооптического эффектов в* изменение показателя преломления материала, светоиндуцированного изменения его оптического поглощения и непараллельности поверхностей пластины;

• экспериментально наблюдалось формирование темных пространственных солитонов световыми пучками с мощностью микроваттного уровня в планарных оптических- волноводах, полученных методом ионной имплантации в и!ЧЬ03;

• экспериментально,1 исследованы эффекты взаимодействия темных пространственных солитонов в планарном оптическом волноводе, полученном имплантацией протонов в пластине 1ЛМЬ03; в результате установлено, что характер взаимодействия темных пространственных солитонов зависит от расстояния между областями инверсии амплитуды светового поля на входной плоскости оптического волновода;

• экспериментально установлено, что проявление особенностей эффектов взаимодействия темных пространственных солитонов связано не только с нелокальностью нелинейного отклика, обусловленной поглощением света в 1л№>Оз, но и с отличием реального светового поля формирующего пучка от поля, соответствующего строгому решению для темных пространственных солитонов;

Практическая и научная ценность, полученных в диссертации результатов:

1. Полученные экспериментально результаты исследования оптического пропускания плоскопараллельных образцов 1л№Юз и эффектов нелинейно-оптического преобразования профиля световых пучков в фоторефрактивных поверхностных слоях ГЛЧЬОз, предполагают возможность создания термочувствительных элементов длядатчиков температуры;

2. Результаты экспериментальных исследований формирования и взаимодействия темных пространственных солитонов в планарных оптических волноводах, полученных методом ионной имплантации в пластинах 1л№>03, представляют ценность в плане реализации оптически реконфигурируемых элементов расщепления световых пучков, обеспечивающих возможность использовать их в качестве постоянных (не перезаписываемых) элементов, не требующих материала с быстрым нелинейным откликом;

3. Представленные в работе методики оптического индуцирования канальных волноводных элементов в планарных оптических волноводах на основе Ь1ЫЬ03 при формировании и взаимодействии темных пространственных солитонов, а также методики индуцирования контактным методом фоторефрактивных и термооптических решеток в приповерхностном легированном^ слое пластины 1л]ЧЬОз, открывают перспективы создания оптических элементов с возможностью их динамической реконфигурации.

Личный вклад автора

Большинство. результатов получено лично автором либо при его непосредственном участии. Автором работы проводились экспериментальные исследования и численное моделирование, а основные результаты представлены на конференциях Международного и Всероссийского уровня и опубликованы в соавторстве в виде статей в журналах из перечня ВАК. Постановка задач исследований, обработка и интерпретация полученных результатов осуществлялась совместно с научным руководителем, д.ф.-м.н., профессором Шандаровым В.М. Вклад основных соавторов заключался в помощи при проведении отдельных экспериментов (Гусев A.B., Карпушин П.А.) и в подготовке некоторых экспериментальных образцов (Rüter Ch., Tan Y., Chen F.).

Апробация работы

2. Международные научно-практические конференции «Актуальные проблемы радиофизики» «АПР-2006», «АПР-2008», «АПР-2010» (ТГУ, г. Томск, 2006, 2008 и 2010,гг.);

3. Двенадцатая всероссийская научная конференция студентов - физиков и молодых учёных «ВНКСФ-12» (НГУ, г. Новосибирск, 2006 г.);

4. X Российская научно-студенческая конференция по физике твердого тела (ТГУ, г. Томск, 2006 г.);

9. Шестая сибирская студенческая LEOS конференция (НГТУ, г. Новосибирск, 2007 г.);

10. XXVI Школа по когерентной оптике и голографии (ИВВАИУ (Военный институт), г. Иркутск, 2007 г.).

11. V Международная конференция молодых ученых и специалистов «0птика-2007» (СПбГУ ИТМО, г. Санкт-Петербург, 2007 г.);

16. The 6th International Conference on Photonics, Devices and Systems, «Photonics Prague 2008» (Czech Republic, Prague, 2008);

17. EOS Annual Meeting 2008, (France, Paris, 2008);

18. XII Всероссийская школа-семинар «Физика и применение микроволн» «Волны 2009» (МГУ, г. Звенигород, 2009 г.);

19. 12th International conference on photorefractive materials, effects and devices - control of light and matter, (Germany, Bad Honnef, 2009);

Внедрение

Работа выполнялась в рамках фундаментальных исследований кафедры СВЧ и КР ТУСУРа и результаты работы были включены в отчеты НИР:

- проект РНП.2.1.1.2097 «Эффекты самовоздействия световых пучков в динамйческих и стационарных периодических структурах в объемных фоторефрактивных и фотополимерных материалах и в-оптических волноводах на-их основе» программы Министерства образования и, науки РФ «Развитие научного потенциала высшей школы (2006-2008 г.)»;.

- грант РФФИ 06-02-39017 ГФЕНа (РФФИ-31) «Нелинейно-оптические эффекты в планарных и периодических волноводных структурах, формируемых в электрооптических кристаллах методами ионной имплантации» программы совместных исследовательских проектов «РФФИ - ГФЕН Китая»;

- проект 2.1.1/429 по теме «Эффекты нелинейного пространственного и спектрального преобразования световых полей в квазирегулярных, дифракционных, волноводно-оптических и. доменных структурах на основе, фотополимерных материалов, электрооптических и сегнетоэлектрических кристаллов».

Работа поддерживалась грантом У.М:Н.И.К., фонда содействия развитию МФП в НТС, договор № КР 03/08 от 20.02.2009- г и Госконтракт, № 8725 р/13139 от 14.01.2011 г., по теме «Разработка оптически реконфигурируемых элементов переадресации световых пучков в планарных оптических волноводах в фоторефрактивных кристаллах».

Результаты работы внедрены в учебный процесс на кафедре СВЧ и КР в ТУСУРе в виде лабораторной работы «Исследование оптического пропускания в 1л1ЧЬОз с легированием поверхности фоторефрактивными • примесями» по курсу «Основы физической и квантовой оптики» для студентов специальности 210401 (071700) «Физика и техника оптической связи» (Приложение 2).

Публикации

Основной материал диссертационной работы отражен в 30 публикациях, включая 8 статей в отечественных журналах из перечня ВАК, одну статью в продолжающихся изданиях SPIE, а также 21 работу в сборниках трудов Международных и Всероссийских конференций и семинаров, получен патент на полезную модель «Оптически реконфигурируемый переключатель световых пучков» (Приложение 1) и приоритетная справка №2011136669 по заявке на патент на полезную модель «Устройство с термочувствительным элементом для измерения интенсивности ультрафиолетового излучения». Список основных публикаций приведен в конце диссертационной работы [101-130].

Структура и объем диссертационной работы

Заключение диссертации по теме "Оптика"

Основные результаты, полученные в данной диссертационной работе, следующие:

1. Экспериментально установлено, что механизм изменения оптического пропускания пластин 1л№>03 с фоторефрактивной поверхностью; для; когерентного излучения с длиной волны расположенной в области прозрачности 1л№Юз, в условиях воздействия коротковолнового излучения с близким к однородному распределением, интенсивности, преимущественно связана термооптическим эффектом в легированной области;

2. Экспериментально и методом математического моделирования исследованы особенности оптического пропускания пластин ЫИЬОз для когерентного излучения. Установлено, что при изменений'температуры образца1 толщиной; 1,5 мм'на ~3°С оптическое пропускание пластины ШКЬОз изменяется от ее максимальной величины до минимальной.

3. Экспериментально исследована трансформация амплитудных профилей когерентных световых пучков планарными фазовыми транспарантами; сформированными: излучением когерентного источника в легированном фоторефрактивными примесями; поверхностном слое Тл№)0з. Выявлено, что наблюдаемый?; эффект обусловлен: многократным» отражением! когерентного светового пучка в плоскопараллельной; пластине; с нелинейной оптически индуцированной линзой.

4. Экспериментально исследовано, формирование - фоторефрактивных решеток контактным: методом, излучением: некогерентного источника: через амплитудный транспарант в тонком легированном фоторефрактивными примесями^ поверхностном^ слое ШМЬ03. Установлен вклад термооптического эффекта в формирование решеток.

5. В планарных оптических волноводах, полученных методом имплантации, протонов» (Н+) и ионов кислорода (03+) на основе пластин Ы№>03 Х-среза, реализован» режим формирования темных пространственных солитонов световыми; пучками с мощностью микроваттного уровня. Установлено; что скорость формирования канальных оптических волноводов темными пространственными солитонами и время существования сформированных волноводов при их считывании, преимущественно зависят от мощности формирующего и считывающего излучения.

6. Исследовано взаимодействие темных пространственных солитонов^ в протонно-имплантированном планарном оптическом волноводе в пластине 1л№>03 Х-среза. Продемонстрировано проявление эффектов как притяжения, так и отталкивания темных пространственных солитонов при их формировании световыми пучками, в поперечном сечении которых амплитуда поля дважды изменяет свой знак на противоположный в- направлении, параллельном плоскости волновода. Обнаружено, что проявление эффектов притяжения темных пространственных солитонов связано не только с нелокальностью нелинейного отклика, обусловленной^ поглощением света в г ]ШЧЪ03, но и с отличием реального светового поля формирующего пучка от поля, соответствующего строгому решению для* темных пространственных солитонов.

8. Предложена методика расчета параметров интерферометрических термочувствительных элементов (ИТЭ) для датчиков температуры с точностью ее измерения до сотых и даже тысячных долей градуса. Основой ИТЭ является пластина 1л№>Оз, оптическое пропускание которой для когерентного излучения изменяется, при изменении температуры. Установлено, что при обеспечении заданного рабочего диапазона измерения температуры ИТЭ соответствующего требуемой нелинейности необходимо учитывать параметры материала пластины ИТЭ.

Заключение

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата технических наук, Круглов, Виталий Геннадьевич, Томск

1. Гиббс X. Оптическая бистабильность. Управление светом с помощью света: пер. с англ. / X. Гиббс М.: Мир, 1988. - 160 с.

2. Kip D. Photorefractive waveguides: fabrication, properties, and applications // Appl. Phys. B. 1998. - Vol. 67. - P. 131 -150.

3. Kip D. Photorefractive properties of ion-implanted waveguides in strontium barium niobate crystals / D. Kip, B. Kemper, I. Nee, R. Pankrath, P. Moretti // Appl. Phys. B. -1997. Vol. 65. - P. 511.

4. Манохин С.И. Ионная имплантация: новые возможности известного метода Электронный ресурс. // Известия Орел ГТУ. Серия «Естественные науки». 2003. №1-2. С. 59 62. URL: http://www.nanometer.ru/2008/03/21/fellerene7401.html (дата обращения 18.06.2011).

5. Destefanis D.L. Optical waveguides in LiNb03 formed by ion implantation of helium / D.L. Destefanis, P.D. Townsend, J.P. Gailliard // Appl1. Phys. Lett. 1 March 1978. - 32 (5). - P. 293 - 294.

6. Buchal C.H. Titanium-implanted optical waveguide in LiNb03 / C.H. Buchal, P.R.Ashley, D.K Thomas// Material Science and Engineering 1989. - A109.-P. 189 -192.

7. Ниобат лития: дефекты, фоторефракция, колебательный спектр, поляритоны / Н.В. Сидоров и др.. М.: Наука, 2003. - 255 с.

8. Adibi A. Two-center holographic recording / A. Adibi, К. Buse, D. Psaltis // Opt. Soc. Am. B. 5 May 2001. - Vol: 18. - P. 584 - 600.

9. Фоторефрактивные кристаллы в когерентной оптике / М.П. Петров и др.. С.Пб.: Наука, 1992. - 320 с.

10. Peithmann К. Photorefractive properties of highly-doped lithium niobate crystals in the visible and near-infrared / K. Peithmann, A. Wiebrock, K. Buse // Appl. Phys. B. 1999. - Vol. 68. - P. 777 - 784.

11. Hadley G.R. Wide-angle beam propagation using Pade approximant operators // Opt. Lett. -1992. Vol. 17. - P. 1426.

12. Nikolov N.I. Attraction of nonlocal dark optical solitons / N.I. Nikolov, D. Neshev, W. Krolikowski, O. Bang, J.J. Rasmussen, P.L. Christiansen // Opt. Lett. 2004. - Vol. 29. - P. 286 - 288.

13. Dreischuh A. Observation of attraction between dark solitons / A. Dreischuh,

14. D. Neshev, D. Petersen, O. Bang, W. Krolikowski // Phys. Rev. Lett. 3 February 2006. - Vol. 96. - P. 043901 (1 - 4).

15. Пат. 5469525 United States Patent, G02F 1/35. Photonic devices using optical waveguides induced by dark spatial solitons/ Luther-Davies; (Bruce), Xiaoping; Yang (Endeavour Hills) (Australia) // Invention 21 November 1995. -11c.

16. Шандаров B.M: Пространственные оптические1 солитоны в планарных волноводах.на основе электрооптических кристаллов / В.М. Шандаров, D. Kip,

17. E. Krätzig // Изв. вузов. Физика. 2005. - № 10. - С. 43 - 52.

18. Taya-M. Y* junction arising from dark-soliton propagation im photovoltaic media / Ml Taya, M.C. Bashaw, M:M. Fejer, M. Segev, G.C.Valley.// Opt. Lett.-July 1,1996. Vol. 21, № 13. - P. 943 - 945-.

19. Chen Z. Steady-state photorefractive soliton-induced Y-junction waveguides and high-order dark spatial solitons / Z. Chen, M. Mitchell, M. Segev // Opt. Lett. -May 15,1996. Vol. 21, № 10. - PI 716 - 718.

20. Couton G. Formation of reconfigurable singlemode channel waveguides in LiNb03 using spatial soliton / G. Couton, H. Maillotte, R: Giust, M. Chauvet // Electronics Letters. February 6, 2003. - Vol. 39, № 3. - P. 286 - 287.

21. Matthew M. Waveguides formed by quasi-steady-state photorefractive spatial solitons /'M. Matthew, G. Duree, G. Salamo, M. Segev // Opt. Lett. 1995. - V. 20; -P. 2066 - 2068.

22. Luther-Davies В. Waveguides and Y junctions formed in bulk media by using dark spatial solitons/ B. Luther-Davies, Y.Xiaoping// Opt. Lett.-April 1, 1992.-Vol. 17, № 7. P. 496 - 498.

23. Кившарь Ю.С. Оптические солитоны от волоконной оптики до фотонных кристаллов / Ю.С. Кившарь, Т.П. Агравал- М.: Физматлит, 2005.648 с.

24. Stegeman G.I. Optical spatial solitons and their interactions: universality and diversity / G.I. Stegeman, M. Segev // Science. 19 November 1999. - V. 286. -P. 1518 -1523.

25. Iturbe-Castillo M.D. Spatial solitons in- photorefractive Bii2Ti02o with drift mechanism- of nonlinearity / M.D. Iturbe-Castillo, P. Marquez-Aguilar, J.J. Sanchez-Mondragon, S. Stepanov, V. Vysloukh // Appl. Phys. Lett. 1994. - Vol. 64. - P. 408.

26. Taya M. Observation of dark photovoltaic solitons / M. Taya, M. Bashaw, M. Fejer, M. Segev, G.C.Valley // Phys. Rev. A. October 1995. - Vol. 52, № 4. -P. 3095 - 3100.

27. Kip D. Observation of bright spatial photorefractive solitons in a planar strontium barium niobate waveguide / D. Kip, M. Wesner, V. Shandarov, P. Moretti // Opt. Lett. - June 15; 1998. - Vol. 23, № 12. - P. 921 - 923.

28. Shandarov V. Observation of dark spatial photovoltaic solitons in planar waveguides in lithium niobate / V. Shandarov, D. Юр, M. Wesner, J.J. Hukriede // J. Opt. A: Pure Appl. Opt. 2000. - Vol. 2. - P. 500 - 503.

29. Couton G. Self-formation of multiple spatial photovoltaic solitons / G. Couton, H. Maillotte, M. Chauvet // J. Opt. B. Quantum Semiclass. Opt. 2004. - Vol. 6. -P. S223 - S230.

30. ShihM. Photorefractive spatial solitons/ M-i Shih, M; Segev, Z. Chen, M. Mitchell, D; Christodoulides, G. Salamo // Path of the SPIE Conference on optical pulse and beam propogation January 1999. - V. 3609. - P. 36 - 47.

31. Kip D. Holographic measurement of dark conductivity imLiNb03:Ti:Fe planar optical waveguides / D: Kip; Ji Hukriede, E. Krätzig // (Rapid research notes) Phys. Stat. Sol. (a) 1998. - V. 168. - P. R3-R4.

32. Segev M. Photorefracrive self-defocusing/ M. Segev, Y. Ophir, B. Fisher// Appl. Phys. Lett. 1990. - V. 56. - P;1086-1088.

33. Kip D. Interaction, of spatial photorefractive solitons in a planar waveguide / D. Kip, M: Wesner, C. Herden, V. Shandarov // Appl. Phys. B. 1999.- V. 68. -P. 971-974: ' .

34. Aitchison J.S. Experimental observation' of spatial- soliton interactions / J.S. Aitchison, A.M. Weiner, Y. Siberberg,, D.E.Leaird, M.K. Oliver, J.L. Jackel, P.W.E. Smith // Opt. Lett. January 1,1991. - Vol: 16, № Г. - P. 15-17.

35. Тамир Т. Волноводная; оптоэлектроника: пер: с англ./ Т. Тамир. -М.: Мир, 1991.-574 с.

36. Ме галлургия стали7 под- ред. В.И: Явойского и Ю.В. Кряковского. — 6-е изд. М:: Металлургия, 19831 — 584 с.

37. Goodwin M. Proton exchanged optical waveguides in Y-cut lithium niobate / M: Goodwin, Є. Srewart // Electr. Letters. 1983. - V. 19, № 6. - P. 223-224.

38. Fluck D. Modeling of refractive index profiles of He+ ion-implanted KNb03 waveguides based on the irradiation parameters / D. Fluck, D.H. Jundt, P. Giinter, M. Fleuster, C. Buchal // J. Appl. Phys.- 15 November 1993.- V74, №10.-P. 6023-6031.

39. Унгер X. Планарные и волоконные оптические волноводы: пер. с англ. / X. Унгер под ред. В.В. Шевченко. М.: Мир, 1980. - 656 с.

40. Ярив А. Оптические волны в кристаллах: пер. с англ. / А. Ярив, П. Юх. -М.: Мир, 1987.-616 с.

41. Шандаров В.М. Основы физической и квантовой оптики: учеб. пособие / В.М. Шандаров Федеральное агентство по образованию, ТУ СУР. -Томск: ТУ СУР, 2005. - 258 с.

42. Стурман Б.И. Фотогальванический эффект в средах без центра симметрии и родственные явления/ Б.И. Стурман, В.М. Фридкин- М.: Наука, 1992.208 с.

43. Кузьминов Ю.С. Ниобат и танталат лития материалы для- нелинейной оптики: монография / Ю.С. Кузьминов/ - Главная редакция физ.-мат. лит. издательства «Наука», 1975. - 224 с.

44. Herman R. Solitary waves / R. Herman // American science. 1992. -Vol. 80. - P. 350-361.

45. Segev M. Spatial solitons in photorefractive media / M. Segev, B. Crosignani, A. Yariv, B. Fisher // Phys. Rev. Lett. 1992. - Vol. 68. - P. 923.

46. Valley G.C. Dark and bright photovoltaic spatial solitons / G.C. Valley, M. Segev, B. Crosignani, A. Yariv, M.M. Fejer, M.C. Bashaw // Phys. Rev. A. -December 1994.- Vol. 50, № 6. P. R4457-R4460.

47. Iturbe-Castillo M.D. (l-fl)-dimensional dark spatial solitons in photorefractive Bi TiO crystal / M.D. Iturbe-Castillo, J J. Sánchez-Mondragon, S.I. Stepanov, M.B. Klein, B.A. Wechsler // Opt. Commun. -1995. V. 118. - P. 515 - 519.

48. Méndez-Otero M.M. High order dark spatial solitons in photorefractive Bi12Ti02o crystal / M.M. Méndez-Otero, M.D. Iturbe-Castillo, P. Rodríguez-Montero, E. Marti-Panameno // Opt. Commun. 2001. -V. 193. - P. 277-282.

49. Kip D. All-optical beam deflection and switching in strontium-barium-niobate waveguides / D. Kip, M. Wesner, E. Kratzig, V. Shandarov, P. Moretti // Appl. Phys. Lett. 20 April, 1998. - Vol. 72, № 16. - P. 1960-1962.

50. Suzuki T. Optical waveguide Fabry-Perot modulators in LiNb03 / T. Suzuki, J.M. Marx, V.P. Swenson, O. Eknoyan // Appl'. Opt. February 20, 1994. - Vol. 33, № 6. - P. 1044-1046.

51. Kip D. Thermally induced self-focusing and optical beam interactions in planar strontium barium niobate waveguides / D. Kip, E. Kratzig, V. Shandarov, P. Moretti.// Opt. Lett. March 1,1998. - Vol. 23, № 5. - P. 343-345.

52. Buse К. Non-volatile holographic storage in doubly doped lithium niobate crystals / K. Buse, A. Adibi, D. Psaltis // Nature. 18 June 1998. - V. 393 - P. 665668.

53. Fleischer J. Observation of discrete solitons in optically induced real time waveguide arrays / J. Fleischer, T. Carmon, M. Segev, N.K. Efremidis, D.N. Christodoulides // Phys. Rev. Lett. 2003. - V. 90. - P. 023902 (1 - 4).

54. Netterfield R.P. Design of a lithium niobate Fabry-Perot etalon-based spectrometer / R.P. Netterfield, C.H. Freund, J.A. Seckold; C.J. Walsh // Appl. Opt. -July 1,1997. V. 36, № 19. - P. 4556-4561.

55. ЛандсбергГ.С. Оптика. Учеб. пособие: Для вузов. / Г.С. Ландсберг. 6-е изд., стереот. - Mf: Физматлит, 2003. — 848 с.64;Борн М. Основы оптики: пер. с англ. / М. Борн, Э. Вольф М.: Наука, 1973.-720 с.

56. Решетников М.Т. Планирование эксперимента? и статистическая обработка данных. : Учебное пособие / М.Т. Решетников. Томск: Томский государственный университет систем управления т радиоэлектроники: — 2000. - 231 с. /•"'

57. Red § Optronics Электронный ресурс. 7/ Quality crystals and optics for 1 aser applications. Mountain View, California, the center of Silicon? Valley. URL: http://www.redoptronics.com/index.html:

58. Weber M.J. Handbook of: optical materials // CRC Press Library of congress cataloging-in-publication data. 2003. - P. 1932.

59. Гончаренко A.M. Гауссовы пучки; света / A.Mi Гончаренко. — Минск: Наука и техника. -1977. — 144 с.

60. Iturbe-Cstillo M.D. Formation of steady-state cylindrical thermal; lenses in dark stripes/ M.D. Iturbe-Cstillo, J.J. Sanchez-Mondragon, S. Stepanov// Opt. Lett. October 15,1996. - Vol. 21, № 20. - P. 1622- 1624:

61. Най Д. Физические свойства кристаллов и их описание при помощи тензоров и матриц / Д. Най. М.: Мир, 1967. - 386 с.

62. Афанасьев К.Н., Волостников B.F. Исследование влияния квантования фазы на качество спиральных пучков / К.Н. Афанасьев, В .Г. Волостников // Вестник СамГУ Естественнонаучная серия. Физика. — 2005. - №5 (39)- С. 101-108.

63. Акаев А.А., Майоров С.А. Оптические методы обработки информации /

64. A. А. Акаев, С.А. Майоров. М.: Высшая школа, 1988. - 237 с.

65. Информационная оптика: Учебное пособие / Н.Н. Евтихиев, О.А. Евтихиева, И.Н. Компанец и др.; под ред. Н.Н. Евтихиева. — М.: Издательство МЭИ. 2000. - 612 с.

66. Liu D. Nonvolatile holograms in LiNb03:Fe:Cu by use of a bleaching effect / L. Liu, C. Zhou, L. Ren // Appl. Opt. 2002. - V. 41. - P. 6809.

67. Strohkendl F.P. Nonleaky optical waveguides in KNb03 by ultralow dose MeV He ion implantation / F.P. Strohkendl, D. Fluck, P. Giinter, R. Irmscher, Ch. Buchal// Appl. Phys. Lett. 23 December, 1991. - 59 (26), - P. 3354-3356.

68. Chauvet M. Temporal analysis of open circuit dark photovoltaic spatial solitons // J. Opt. Soc. Am. B. - December 2003. - Vol: 20, №. 12. - P. 2515-2522:

69. SegeV'M. Photorefractive screening solitons of high and low intensity / M. Segev, M. Shih, G. Valley // J. Opt. Soc. Am: B. Vol. 13, №. 4. April 1996 - P. 706-718.

70. Волоконно-оптические датчики температуры Электронный ресурс. // Информационный портал по измерению температуры «Temperatures.ru». 2007 -2011. URL: http://www.temperatures.ru/dattemp/ dattemp.php?page=8 (дата обращения 21.06.2011).

71. Блистанов А.А. Акустооптические кристаллы / А.А. Блистанов,

72. B.C. Бондаренко, В.В.Чкалова и др.. под ред. М.П. Шаскольской// Справочник. — М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1982. С. 632

73. Liu W.C. Thermo-optic properties of epitaxial Sro.eBao^rttbOe waveguides and their application as optical modulator / W.C. Liu, C.L. Мак, K.H. Wong // Optics Express. August 3, 2009. - Vol. 17, №. 16. - P. 13677-13684.

74. Main properties of photorefractive crystals Электронный ресурс. // Site of the company Molecular Technology «MolTech» GmbH. 2005. URL: http://www.mt-berlin.com/framescryst/crystalsframesetl.htm (дата обращения 20.06.2011).

75. Jacintoa С. Thermal lens spectroscopy through phase transition in neodymium doped strontium barium niobate laser crystals / C. Jacintoa, T. Catunda, D. Jaque, J. García Solé, A.A. Kaminskii // J. Appl. Phys. -2007. -V. 101 P. 023113 (1-6).

76. Шандаров B.M. Волоконно-оптические устройства технологического назначения. Учеб. Пособие / В.М. Шандаров Томск: Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники, 2007. -186 с.

77. Пароль Н.В. Фоточувствительные приборы и их применение: справочник/ Н.В. Пароль, С.А. Кайдалов// Справочник- М.: Радио и связь, 1991 -112 с.

78. Digital meters (specification) Электронный ресурс. // Site of Good Will Instrument Company «GW Instek», Ltd. URL: http://www.gwinstek.com/en/ product/productmcategory.aspx?pid=39&&mid=80 (дата обращения 20.06.2011).

79. Свечников Г.С. Элементы интегральной оптики / Г.С. Свечников -М: Радио и связь, 1987. 104 с.

80. Hopkins F.K. In plane scattering measurements in planar optical waveguide by an integrated technique / F.K. Hopkins, H.E. Jackson, J.T. Boyd // Appl. Opt. 15 August-1981. - V. 20, № 16. - P. 2761-2765.

81. Калитеевский Н.И. Волновая оптика. Учебное пособие / Н.И. Калитеевский 4-е изд., стер. - СПб.: Издательство «Лань», 2006: - 480 с.

82. Хоббс Ф.С.Д. Усилитель для фотодиодов на операционных усилителях: пер. с англ. Электронный ресурс. // Компоненты и технологии. журнал об электронных компонентах - 2009. - № 2 С. 46-50. - URL: http://www.kit-e.ra/articles/usil/20090246.php.

83. Фолкенберри JI. Применение операционных усилителей и линейных интегральных схем: пер. с англ. / JT. Фолкенберри М.: Мир, 1985. - 572 с.

84. Самарин А. Миниатюрные линейные пьезоэлектрические двигатели Электронный ресурс. // Компоненты и технологии журнал об электронных компонентах- 2006.—№10. - URL: http://www.kit-e.ru/articles/powerel/20061036.php (дата обращения 20.06.2011).

85. Miniature position sensor technology. Catalog products of New Scale Technologies Электронный ресурс. / Site of New Scale Technologies, Inc. 2008 -2011. URL: http://www.newscaletech.com/Trackeroverview.html (дата обращения 20.06.2011).

86. ChauvetM. Transient dark photovoltaic spatial solitons and induced, guiding in slab LiNb03 waveguides / M. Chauvet, S. Chauvin, H. Maillotte // Opt. Lett. 1 September 2001. - Vol. 26. - P. 1344.

87. Круглов В.Г. Формирование тёмных пространственных солитонов в ионно-имплантированных планарных волноводах в ниобате лития / В.Г. Круглов, В.М. Шандаров, Я. Тан, Ф. Чен, Д. Кип // Известия РАН. Серия физическая. 2008. - Т. 72, № 12. - С. 1715-1717.

88. Круглов В.Г. Взаимодействие тёмных пространственных солитонов в ионно-имплантированном планарном волноводе в ниобате лития / В.Г. Круглов, В.М. Шандаров, Я. Тан, Ф. Чен, Д. Кип // Известия высших учебных заведений. Физика. 2008. - № 9/3. - С. 159-160.

89. KruglovV.G. Dark spatial photovoltaic solitons and soliton-induced waveguide elements in ion-implanted planar lithium niobate waveguides / V.G. Kruglov, V.M. Shandarov, Y. Tan, F. Chen, D. Kip// Proc. of SPIE. 2008. -Vol. 7138. - P. 71381M (1-4).

90. Пат. 86762' RU, МПК G02F 1/00. Оптически реконфигурируемый переключатель световых пучков/ В.М. Шандаров, В.Г. Круглов. Р. 2009114610/22 // Открытия. Изобретения, опубл. 17.04.09. Бюл. № 25. 1 с.