Исследование и разработка интегрально-оптических микролинзовых структур в стеклах тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.05 ВАК РФ

□03493242

На правах рукописи

Никитин Александр Валериевич

Исследование и разработка интегрально-оптических микролинзовых структур в стеклах

01.04.05 - оптика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Краснодар — 2009

003493242

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Кубанский государственный университет»

Научный руководитель: доктор технических наук,

профессор

Яковенко Николай Андреевич

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор

Фомин Василий Васильевич

Защита состоится 29 декабря 2009 года в 14:00 на заседании диссертационного совета Д 212.101.07 в ГОУ ВПО «Кубанский государственный университет» по адресу: 350040, г. Краснодар, ул. Ставропольская, 149, ауд. 231

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ГОУ ВПО «Кубанский государственный университет»

Автореферат разослан «$&» ноября 2009 года.

Ученый секретарь

кандидат физико-математических наук, Кулиш Ольга Александровна

Ведущая организация: ГОУ ВПО

"Кубанский государственный технологический университет' г. Краснодар

и

м

диссертационного совета

Смирнова А. В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В последнее время наблюдается значительный рогресс в развитии оптических линий связи. Волоконно-оптические систе-ы связи и системы связи, основанные на распространении оптических волн свободном пространстве, все чаще применяются для высокоскоростной птической передачи данных, передачи больших объемов информации и об-аботки информации в режиме реального времени. Устройства, используе-ые для оптических связей в подобных системах, такие как световоды, фото-риемники, источники излучения, имеют различную числовую апертуру, азмеры модового поля и площадь рабочей поверхности. Для эффективного оединения оптических волокон используются разъемы с миниатюрными инзами, позволяющими получить эффективное соединение волокон, имею-дах различные диаметры световедущей жилы и различные апертуры.

Оптические разъемы с микролинзами, позволяющими расширять и кол-имировать выходной пучок волокна, малочувствительны к боковому сме-[ению и осевому зазору, однако угловое рассогласование приводит к росту отерь в разъеме. Благодаря расширению пучка, осуществляемому с помо-(ью микролинзы, разъемы такого рода оказываются также менее чувстви-ельными к пыли.

Планарные микролинзы позволяют согласовать характеристики всех лементов друг с другом и сохранить высокую эффективность связи. 1икролинза, объединенная с лазерным диодом, обеспечивает малую асходимость светового пучка и малые потери при вводе излучения в волновод. С помощью матриц микролинз создаются многоканальные оптические и оптоэлектронные переключатели.

Матрицы микролинз используются в системах оптической обработки информации для мультиплицирования изображения, ЬСБ-мониторах и ССБ-камерах. Жидкокристаллическая пленка в сочетании с микролинзами, обеспечивающими перераспределение света отраженного от экрана, позволяет повысить яркость и контраст жидкокристаллических дисплеев с отражением.

Применение матриц микролинз позволяет значительно уменьшить размеры и упростить конструкцию миниатюрных аналитических систем, установок для фотолитографии, оптических нейронных сетей, включающих в себя большое количество лазеров, детекторов, фильтров и других оптических элементов, требующих высокоточного совмещения.

Помимо использования в микросистемах, матрицы микролинз применяются для создания макроскопических оптических элементов. Например, используя систему согласованно работающих микролинз и корректирующих микропризм, можно изготовить собирающую мультилинзу для преломляющей рентгеновской и нейтронной оптики.

На основе матрицы микролинз может быть создан датчик волнового

фронта Шака-Гартмана. Применяются датчики Шака-Гартмана в адаптивно!" оптике, когда необходимо исследовать изменения, вносимые в волновоГ фронт средой, например, для решения проблем связанных с улучшением снимков земли, полученных со спутников, которые искажаются флуктуациями атмосферы.

В настоящее время ведутся исследования по внедрению оптических соединений для обмена информацией внутри компьютерных систем межд; блоками, платами и внутри плат. Замена электрических шин оптическими внутри компьютерных систем, а также между блоками на печатных платах, позволяет существенно уменьшить задержки (оптические сигналы распространяются со скоростью света), увеличить ширину полосы передаваемых сигналов до 100 ТГц, в отсутствии взаимодействия фотонов между собой, что позволяет минимизировать взаимные наводки соседних линий и внешние воздействия. Технология оптических соединений очень значительно превосходит технологию электрических соединений по производительности и плотности расположения каналов.

Таким образом, круг применения одиночных микролинз и матриц микролинз постоянно расширяется. Одновременно с этим появляются новые методы изготовления микролинз и различных устройств на их основе.

Одиночные микролинзы и матрицы микролинз можно изготавливать в стеклянных подложках методом электростимулированной миграции ионов. Однако до настоящего времени окончательно не выявлено влияние напряженности и формы стимулирующего электрического поля на оптические свойства создаваемых в стеклах одиночных микролинз и матриц микролинз. Подобные исследования были проведены лишь при создании интегрально-оптических многомодовых волноводов, получаемых в стеклах электростимулированной миграцией ионов.

В связи с вышеизложенным, разработка физико-технологических принципов создания интегрально-оптических микролинзовых структур в стеклах с заданными свойствами является весьма актуальной.

Целью работы является проведение теоретических и экспериментальных работ, направленных на исследование и разработку интегрально-оптических микролинзовых структур в стеклах.

Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи:

1) Провести анализ существующих физико-технологических принципов формирования оптических микролинз на поверхности подложек, внутри подложек, торцах световодов и полупроводниковых лазеров, а также жидкокристаллических микролинз, выявить их достоинства и недостатки;

2) Провести расчет конфигурации электрического поля, используемого в процессе изготовления как одиночных микролинз, так и матриц микролинз,

i его влияние на форму получаемых микролинз и их фокусирующие свойст-а;

3) Подобрать физико-технологические режимы изготовления диночных микролинз и матриц микролинз электростимулированной играцией ионов в стеклах с различной плотностью упаковки и оптическими араметрами;

4) Разработать, изготовить и исследовать матрицы микролинз в стеклах ля LCD -проекторов и датчиков волнового фронта Шака-Гартмана;

5) Разработать и исследовать многоканальный интегрально-оптический тветвитель (делитель) излучения на основе линейки микролинз.

Методы исследования базируются на основополагающих законах лектродинамики и оптики, вычислительной математики и использовании овременных информационных технологий. Для реализации численных асчетов и моделирования использовались пакеты программ Maple и Mathcad. асчет картины распространения оптического излучения базировался на 1спользовании модифицированного численного FDTD-метода.

Научная новизна полученных результатов.

В ходе проведенных исследований получены следующие новые езультаты:

1) Проведен расчет конфигурации электрического поля, используемого в процессе изготовления как одиночных микролинз, так и матриц микролинз, и выявлено его влияние на форму получаемых микролинз и их фокусирующие свойства. В результате численных расчетов получены картины силовых линий электрического поля, вдоль которых осуществляется электростимулированная миграция ионов и пространственное распределение потенциала для двух используемых экспериментальных схем изготовления микролинз.

2) Разработан новый способ изготовления микролинз, позволяющий изготавливать в стеклах одиночные микролинзы с различным Дп. В разработанном способе электростимулированная миграция ионов серебра в стеклянную подложку осуществляется из анода, выполненного в виде капилляра, заполненного расплавом солей, содержащих ионы серебра, с погруженным в него положительным электродом, и имеющего контакт с поверхностью стеклянной пластинки. Поскольку расплав солей, заполняющий капилляр, может содержать различное соотношение ионов серебра и натрия, то получаемые микролинзы будут иметь различный показатель преломления, что приводит к формированию микролинз с различным соотношениям между фокусным расстоянием и диаметром формируемых микролинз.

3) Впервые выявлена закономерность влияния физико-технологических параметров миграции ионов в стеклянную подложку на оптические свойства формируемых микролинз в матрице.

4) Разработан новый способ получения в стеклах матриц интегральных микролинз с плотной упаковкой без нарушения их сферичности, что в итоге обеспечивает более эффективное фокусирование света, падающего на матрицу.

5) Предложено новое оптико-техническое решение, позволившее создать на основе линейки микролинз многоканальный микролинзовый интегрально-оптический делитель (ответвитель) излучения, выводящий излучение через поверхность подложки, что дает возможность располагать приемники сигналов непосредственно на поверхности подложки в оптических схемах, предназначенных для обмена информацией внутри компьютерных систем между блоками, платами и внутри плат.

Практическая значимость полученных результатов связана с их научной новизной и состоит в возможности применения разработанных физико-технических и технологических решений, а также результатов экспериментальных исследований при создании одиночных микролинз и матриц микролинз в стеклах, предназначенных для широкого применения в различных оптических и оптоэлектронных устройствах.

Приведенные в диссертации исследования позволили создать в стеклах одиночные микролинзы и матрицы микролинз с плотной упаковкой, которые могут быть использованы в ЬСО-проекторах, ССБ-камерах и датчиках волнового фронта Шака-Гартмана. Разработанный многоканальный микролинзовый интегрально-оптический делитель излучения, позволяющий не только делить и разветвлять излучение, но и выводить его на поверхность подложки можно применять для реализации оптических или оптоэлектронных межсоединений в компьютерных системах.

Работа выполнялась в рамках научно-исследовательских работ по теме «Исследование физических процессов формирования массивов микролинз в стекле с высокой плотностью интеграции» регистрационный № 1.3.05-2005, а также «Исследование и разработка режимов изготовления интегрально-оптических элементов», проводимых на кафедре оптоэлектроники Кубанского госуниверситета в период с 2005 по 2008 г.г. по Программе «Старт» фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере им. Бортника. № гос. регистрации 0120.0604106, (государственный контракт № 3620р/6061 от 26 декабря 2005 г)

Защищаемые положения.

1) Методика расчета конфигурации электрического поля, используемого в процессе изготовления как одиночных микролинз, так и матриц микролинз с плотной упаковкой, и его влияния на форму получаемых микролинз и их фокусирующие свойства.

2) Новый способ изготовления интегральных микролинз, позволяющий изготавливать одиночные микролинзы с различным изменением показателя преломления (Ап). В предложенном способе электростимулированная миграция ионов серебра в стеклянную подложку осуществляется из анода,

выполненного в виде капилляра, заполненного расплавом солей, содержащих ионы серебра, с погруженным в него положительным электродом, и имеющего контакт с поверхностью стеклянной пластинки. Поскольку расплав солей, заполняющий капилляр, может содержать различное соотношение ионов серебра и натрия, то получаемые микролинзы будут иметь различный показатель преломления, что приводит к формированию микролинз с различным соотношениям между фокусным расстоянием и диаметром формируемых микролинз.

3) Новый способ изготовления интегральных микролинз, позволяющий получать в стекле матрицы микролинз с плотной упаковкой без нарушения их сферичности, заключающийся в том, что отверстия круглой формы в маскирующем слое располагаются квадратно-гнездовым способом на расстоянии 3-5 диаметров самих отверстий, а электростимулированная миграция через отверстия в маскирующем слое проводится до тех пор, пока не произойдет полное слияние границ соседних микролинз.

4) Интегрально-оптический делитель излучения, состоящий из канального волновода с закругленным торцом и ряда интегрально-оптических микролинз, расположенных вдоль оптической оси волновода. Такое расположение интегрально-оптических микролинз позволяет осуществлять контролируемое ответвление оптического излучения и вывод его через поверхность подложки. Разработанный интегрально-оптический ответвитель с одной стороны будет выполнять роль аттенюатора, поскольку излучение, выходящее из каждой последующей линзы будет меньше предыдущего, а с другой стороны такое устройство можно использовать и как разветвитель для подачи оптического сигнала одновременно на несколько приемников, расположенных непосредственно на поверхности подложки.

5) Оптимальные физико-технологические режимы изготовления одиночных интегральных микролинз и матриц интегральных микролинз в стеклах для различных применений (ЬСБ-проектор, ССБ-камера, датчик волнового фронта Шака-Гартмана, мультиплицирование изображений).

Достоверность н обоснованность результатов.

Степень достоверности результатов проведенных исследований подтверждается фотографиями изготовленных микролинз, их фокальных пятен и интерференционных картин. Достоверность полученных в ходе математических расчетов результатов подтверждается результатами проведенных экспериментальных исследований изготовленных интегрально-оптических микролинзовых структур.

Личный вклад автора заключается в поиске способов решения поставленных задач и расчете конфигурации электрического поля, используемого в процессе изготовления как одиночных микролинз, так и матриц микролинз с плотной упаковкой, в разработке новых способов изготовления одиночных микролинз и матриц микролинз с плотной

упаковкой, в подборе оптимальных физико-технологических режимов изготовления интегрально-оптических микролинзовых структур и исследования их оптических свойств, в разработке и исследовании интегрально-оптического делителя излучения на основе микролинз.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на научных семинарах физико-технического факультета и кафедры оптоэлектроники КубГУ, на Всероссийском смотре-конкурсе научно-технического творчества студентов вузов «Эврика-2005», Новочеркасск: ЮРГТУ, 2005 г., на Всероссийских научных конференциях студентов-физиков и молодых ученых (ВНКСФ-12 Новосибирск 2006 г., ВНКСФ-13 Ростов-на-Дону, Таганрог 2007 г., ВНКСФ-14 Уфа 2008 г.), на 9-м международном симпозиуме по измерительным технологиям и интеллектуальному приборостроению, Санкт-Петербург 2009 г. Основной материал диссертации опубликован в 7 работах в виде научных статей, тезисов докладов, а также в 4 патентах на изобретения.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из 4-х глав, введения, заключения и списка использованных источников. Работа содержит 155 печатных страниц, 75 рисунков и фотографий, 3 таблицы, список литературы, включающий 92 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы исследований, сформулированы цель и задачи работы, приведены положения, выносимые на защиту.

Первая глава представляет собой литературный обзор, в котором описаны и проанализированы физико-технологические принципы формирования микролинз и матриц микролинз на поверхности подложки, внутри подложки, на торцах волноводов и полупроводниковых лазеров, а также их параметры. Особое внимание уделено изготовлению микролинз и матриц микролинз электростимулированной миграцией ионов, позволяющей получать микролинзы с различными параметрами непосредственно в стеклянных подложках, кроме того этот метод не требует очень дорогого и сложного оборудования, а получаемые им микролинзы имеют совершенную полусферическую форму со ступенчатым изменением показателя преломления.

Из проведённого анализа литературы сделаны следующие выводы:

1) Одиночные микролинзы и матрицы микролинз имеют широкий спектр применений. Они используются для повышения эффективности ввода излучения в световод, для преобразования эллиптического пучка лазера в круговое пятно, в системах оптической обработки информации для мультиплицирования изображения, в LCD-мониторах и CCD-камерах для улучшения качества изображения, в оптических датчиках волнового фронта, в устройствах получения стереоизображения.

В зависимости от области их применения используются определенные материалы и технологии их изготовления.

Физико-технологические принципы формирования одиночных микролинз и матриц микролинз можно классифицировать по следующим признакам: формирование микролинз и матриц микролинз на поверхности подложки, формирование микролинз и матриц микролинз непосредственно в подложке, а также формирование микролинз на торцах световодов и полупроводниковых лазеров.

2) Существует много разнообразных физико-технологических методов формирования микролинз, каждый из которых обладает рядом достоинств и недостатков. Так, например, создание микролинз на полимерной основе не требует дорогостоящего оборудования и является довольно дешевым методом. Однако полимерные микролинзы не отличаются термической и механической стойкостью, а также долговечностью, поскольку большинство полимеров подвержены деструкции. Жидкокристаллические микролинзы, хотя и обладают возможностью управления фокусным расстоянием, тоже не лишены недостатков, присущих полимерным линзам. Микролинзы, имеющие высокую прочность, износостойкость и стабильность параметров в течении длительного времени эксплуатации, изготавливают в кварцевом стекле, кремнии или арсениде галлия. Обычно такие микролинзы изготавливают методами реактивного или ионоплазменного травления, а это требует сложного и дорогостоящего оборудования, что негативно отражается на их стоимости.

3) Среди всех методов, используемых для создания как одиночных микролинз, так и матриц микролинз, выделяется метод электростимулированной миграцией ионов. Этот метод позволяет получать микролинзы непосредственно в стеклянных подложках. Стекла обладают низкой стоимостью и широкой экономической доступностью, отличной химической, термической и оптической стойкостью, механической прочностью и твердостью. Метод электростимулированной миграции ионов не требует очень дорогого и сложного оборудования, а получаемые им микролинзы имеют совершенную полусферическую форму со ступенчатым изменением показателя преломления. Кроме того, они имеют плоскую поверхность, что позволяет приводить их в непосредственный контакт с разными оптическими приборами.

Вторая глава посвящена исследованию и разработке одиночных микролинз, получаемых методом электростимулированной миграции ионов в стеклах. В ней представлен расчет конфигурации стимулирующего электрического поля, системы точечный заряд - проводящая плоскость, возникающего при проведении электростимулированной миграции ионов в процессе изготовления одиночных микролинз.

В разделе 2.1 представлен математический расчет конфигурации распределения потенциала и напряженности электрического поля в

подложке, при использовании двух схем проведения электростимулирован-ной миграции ионов: схемы, включающей игольчатый катод, подложку и анод - расплав соли, содержащий ионы серебра; схемы, включающей игольчатый анод (серебряная проволока), подложку и металлический катод.

Расчет конфигурации электрического поля, возникающего при использовании игольчатого анода, выполнен с помощью метода изображений на основе следующих соображений: предполагается, что игольчатый анод представляет собой не что иное, как точечный заряд е, а металлический катод или расплав соли - проводник, заполняющий бесконечное полупространство, верхней границей которого служит плоскость раздела сред стекло - расплав. В этом случае потенциал электрического поля для области глубиной И (толщина стеклянной пластинки) между точечным зарядом и проводником имеет вид:

где х, у — текущие координаты точки.

Учитывая, что Ё = -%га<1(р, можно определить компоненты вектора напряженности Ё:

где рг = хг + у1 ■

В системе компьютерной математики Maple получены пространственные распределения потенциала ср(х, у, :) = const (рис. 1а) и напряженности электрического поля (рис. 16).

В результате численных расчетов получены картины силовых линий электрического поля, вдоль которых осуществляется электростимулированная миграция ионов для двух используемых экспериментальных схем изготовления одиночных микролинз. Управляя напряженностью и формой электрического поля, стимулирующего процесс миграции ионов в стекло, можно управлять размерами и фокусирующими свойствами формируемых микролинз.

9(х,у,=)= е{[*2 + у1 + (= - hf}l> - [х1 + ^ + (= + A)1]-* J

а

б

Рис. 1. Пространственное распределение потенциала ip(x, у, г) = const (а); пространственное распределение поля Е:(р, г) = const при использовании положительного точечного анода (б)

В разделе 2.2 описана разработка и изготовление одиночных микролинз методом электростимулированной миграции ионов в стеклах с использованием игольчатого катода (рис. 2).

Электростимулированной миграцией ионов в стекле из расплава солей AgNOs и NaN03 , взятых в молярном отношении 1:1, при температуре 380°С и постоянном стимулирующем напряжении 150 В изготовлены одиночные микролинзы. Исследование микролинз, получаемых указанным способом, выявило наличие значительных аберраций, обусловленных плохой сферичностью микролинз. Наибольшую сферичность подобные линзы имеют в своей верхней части. У основания линза монотонно переходит в планарный волновод, формируемый на всей поверхности стекла, находящегося в контакте с расплавом соли. Отсутствие внешнего стимулирующего электрического поля в области, удаленной от игольчатого электрода, не препятствует проведению обычного ионного обмена Na+<-+Ag+ между

Рис. 2. Схема получения микролинз с применением игольчатого катода 1 - стеклянная пластинка, 2 - расплав соли, 3 - катод, 4 - анод

подвижными ионами стекла и ионами расплава.

Уменьшение аберраций у таких линз можно достичь либо диафрагмированием, либо сполировыванием периферийной, не сферичной части линзы вместе с планарным волноводом.

Поскольку полученные таким образом линзы имеют оптическую связь с планарным волноводом, формируемым на поверхности стекла в результате ионного обмена, то оптическое излучение, распространяющееся по волноводу, также фокусируется этими линзами, примерно таким же образом, как это происходит в линзах Лунеберга.

В разделе 2.3 описана разработка и исследование одиночных микролинз с использованием игольчатого анода (рис. 3).

1 П 1 2 3 4

1

Рис. 3. Схема изготовления микролинз с применением игольчатого анода 1 - стеклянная пластинка, 2 - расплав соли, 3 - анод, 4 - катод

Методом электростимулированной миграции ионов изготовлены одиночные микролинзы при использовании в качестве анода и источника ионов серебряной проволоки. В первом способе в качестве катода использовался расплав соли К2СГ2О7, во втором - металлический электрод.

При этом первым способом в стекле от фотопластин была сформирована микролинза полусферической формы диаметром 1,6 мм, фокусным расстоянием 7,1 мм и диаметром фокального пятна 16 мкм.

Второй способ более технологичен, поскольку позволяет отказаться от использования расплава соли при проведении электростимулированной миграции ионов Ag+. При затекании расплава на подложку происходит короткое замыкание, а при использовании металлического катода короткое замыкание невозможно.

Подобраны технологические режимы изготовления одиночных микролинз с использованием в качестве катода металлической пленки. В результате внесенных изменений в режим изготовления была получена микролинза диаметром £>=680 мкм, с фокусным расстоянием Р=4,7 мм и диаметром фокального пятна йр 16 мкм. Рассчитанное изменение показателя преломления в области миграции было равно Ап=0,1. Недостатком описанного выше способа получения микролинз является невозможность изготовления микролинз с различным изменением показателем преломления

между линзой и подложкой (Лп). Микролинзы, получаемые этим способом имеют одно и тоже соотношение между фокусным расстоянием и их диаметром, что обусловлено максимальным показателем преломления в области диффузии, который можно получить в данном стекле, внедряя ионы серебра из металлического стержня.

В разделе 2.4 описан метод изготовления микролинз с использованием тонкопленочного катода.

В качестве катода использовалась алюминиевая пленка, нанесенная методом термического напыления в вакууме на одну из сторон стеклянной пластинки. Анодом и источником ионов серебра являлась серебряная проволока (Ср 99,99) диаметром 1 мм с окончанием в виде полусферы.

Исследования оптических свойств изготовленной микролинзы показали, что при диаметре микролинзы £>=1,6 мм, фокусное расстояние составило -£=11 мм, а диаметр фокального пятна - <^=40 мкм.

Диаметр пятна Эйри изготовленных линз составил 10,6 мкм, что близко к ее дифракционному пределу.

В разделе 2.5 описана разработка способа изготовления одиночных микролинз с различным показателем преломления.

Предложен новый способ изготовления микролинз, позволяющий изготавливать одиночные микролинзы с различным Дп.

В предложенном способе электростимулированная миграция ионов серебра в стеклянную подложку осуществляется из анода, выполненного в виде капилляра, заполненного расплавом солей, содержащих ионы серебра, с погруженным в него положительным электродом, и имеющего контакт с поверхностью стеклянной пластинки.

Поскольку расплав солей, заполняющий капилляр, может содержать различное соотношение ионов серебра и натрия, то получаемые микролинзы будут иметь различный показатель преломления, что приводит к формированию микролинз с различным соотношениям между фокусным расстоянием и диаметром формируемых микролинз.

В результате электростимулированной миграции ионов из расплава солей AgNOs и ИаМОз, взятых в отношении 1:10 (моль) в пластинке К8 была получена интегральная микролинза диаметром £>=158 мкм, фокусным расстоянием - £'=1850 мкм и диаметром фокального пятна ¿//=15 мкм. Изменение показателя преломления в области линзы составило — Ап=0,06.

В третьей главе представлено исследование и разработка матриц микролинз с плотной упаковкой для различных применений.

В разделе 3.1 произведен расчет формы интегральных микролинз в матрицах микролинз, получаемых методом электростимулированной миграции ионов в стеклах.

Для теоретической оценки форм микролинз в матрице, а также их влияния друг на друга в процессе изготовления, предварительно было рассчитано

статическое электрическое поле, стимулирующее процесс миграции ионов внутри подложки. Для упрощения расчет был проведен для двумерного случая.

Расчет был проведен методом конформных отображений, который позволяет получить аналитическое выражение для электрического поля. Распределение поля внутри подложки (на комплексной плоскости, и = х + ¡у) имеет вид:

р - ,-р = /Г | 1-*п2{ри,к) ' ]у ^К'Шзп^кУзп^к) где Ех, Еу- компоненты вектора напряженности электрического поля Ё{х,у)-Параметр к (0<&<1) находится путем решения уравнения

К{к) = -ун + К . К1 (к) 2Ж

где К(к) - полный эллиптический интеграл:

К{к)=)Ь-г>Г*-*ггТ '

К'(к)= к[^1-к2)■ Параметры Д (ш; определяются как р = 2К{к)/(х„ + Ь„), д = К(к)хК 1{х„ д = кзп(д,к) соответственно; ли - эллиптическая

функция Якоби.

Форма силовых линий напряженности электрического поля, рассчитанных по указанным формулам, для двух смежных областей миграции ионов в стеклянной подложке приведена на рис. 4. Параметры маски: х„=15 мкм, Ь„=60 мкм, толщина подложки W= 1 мм.

30

^ 10 о

Рис. 4. Форма силовых линий напряженности электрического поля в стеклянной подложке

Форму микролинз можно определить, исходя из вычисления траектории движения ионов серебра во внешнем неоднородном электрическом поле со скоростью \'а = /.¡аЁ(х,у), где ¡ла~ подвижность ионов серебра. Начальные координаты движения ионов соответствуют различным точкам границы

X, мкм

расплава с отверстиями маски. Глубина внедрения ионов в подложку пропорциональна обобщенному параметру А = [ла У(, где / - общее время

миграции ионов серебра.

Формы микролинз, полученные по огибающей координат ионов, серебра, двигавшихся внутри стеклянной подложке, показаны на рис. 5.

40 ! 20 о

40 20 О

40

I 20

О

-20 0 20 40 60 80 X. мкм

гл

-20 0 20 40 60 БО X, МКМ

О О

Л=0,45-Ю4 мкм2

/4=1,5-10 мкм

/4=2.4-10 мкм

-20 0 20 40 60 50 х, мкм

Рис. 5. Формы микролинз, полученные по огибающей координат ионов, серебра, двигавшихся внутри стеклянной подложке

Проведенные расчеты показали, что при малых временах миграции микролинзы не имеют еще сферической формы, что отрицательно сказывается на качестве фокусирования света. С ростом времени миграции форма микролинз становится более сферической и остается такой до соприкосновения линз друг с другом. Подобрав технологические параметры миграции ионов в стеклянной подложке (температуру, стимулирующее напряжение и время миграции), можно получить матрицу микролинз с плотной упаковкой линз без нарушения их сферичности.

В разделе 3.2 произведен подбор физико-технологических режимов изготовления матриц микролинз с плотной упаковкой.

Предложен новый способ изготовления матриц микролинз, позволяющий получать в стеклах матрицы микролинз с плотной упаковкой без нарушения их сферичности, заключающийся в том, что отверстия круглой формы в маскирующем слое располагаются квадратно-гнездовым способом на расстоянии 3-5 диаметров самих отверстий, а электростимулированная миграция через отверстия в маскирующем слое проводится до тех пор, пока не произойдет полное слияние границ соседних микролинз.

В разделе 3.3 описано изготовление матриц микролинз с плотной упа-

ковкой в стекле от фотопластин и исследование их свойств.

Экспериментально подобранные режимы изготовления матриц микролинз позволили получить электростимулированной миграцией ионов Ag+ в стекле от фотопластин матрицы микролинз диаметром 60 мкм с плотной упаковкой. Минимальными диаметрами фокальных пятен (dj= 6 мкм) обладали микролинзы в матрицах, полученных при стимулирующих напряжениях 30-40 В при температуре 380°С в течение 30 минут, при этом их 1 плотность упаковки достигала величины ^ = 0.88 - 0,93 • Фокусное расстояние микролинз составило 7^=450 мкм.

В стекле ТСМ электростимулированной миграцией ионов Ag+ изготовлены матрицы микролинз с плотной упаковкой, содержащие 262144 (512x512) микролинз размером Z>=18 мкм, фокусным расстоянием - F=30 мкм и диаметром фокального пятна - dj= 4 мкм. Изготовленная матрица микролинз может быть использована в LCD - проекторах.

В разделе 3.4 описан метод изготовления матриц интегральных микролинз для датчика волнового фронта Шака-Гартмана.

В подложках оптического стекла К& изготовлены матрицы, содержащие 53400 (200x267) микролинз диаметром Z>=125 мкм, фокусным расстоянием -F= 1,5 мм и диаметром фокального пятна — df=\9 мкм (рис. 6).

иг т* f

Рис. 6. Фотография фрагмента полученной матрицы микролинз

Эта матрица микролинз в сочетании с ССЕ)-камерой (8-бит), имеющей размер одного пиксела - 8 мкм позволяет получить датчик волнового фронта с динамическим диапазоном угла 8° (44 мрад) и чувствительностью на уровне 20 мкрад. После дополнительного отжига в течении 4 часов при температуре 450°С микролинзы в матрице имели плотную упаковку, фокусное расстояние 4-5 мм и диаметр фокального пятна - ¿¡/=49 мкм. Датчик волнового фронта с такой матрицей микролинз позволяет измерять искажения волнового фронта с динамическим диапазоном угла 2° (11 мрад) и с чувствительностью - 3 мкрад.

В разделе 3.4.1 выполнено исследование матрицы интегральных микролинз для датчика волнового фронта Шака-Гартмана с помощью интерференционного микроскопа.

Интерференционный метод позволяет выявить нарушения сферичности микролинз, наличие свилей в стекле и микролинзах, а также распределение показателя преломления в области диффузии.

Для исследования микролинз применялся двухлучевой интерферометр Маха-Цендера с амплитудным делением. На рис. 7 показаны интерференционные картины исследуемой матрицы микролинз до термического отжига и после отжига в течении 2 и 4 часов, получаемые с помощью интерференционного микроскопа.

Резкий изгиб интерференционных полос на краях микролинз (рис. 7 а) свидетельствует о наличии четко выраженной границы между областью, где произошел ионный обмен Ыа+ <-» Ag+ и где его не было. Микролинзы имеют ступенчатый профиль изменения показателя преломления. Полученная интерференционная картина позволяет судить о сферичности изготовленных микролинз и соответствует изменению оптической толщины в различных точках области миграции.

а б в

Рис. 7. Интерференционные картины исследуемой матрицы микролинз: а - до термического отжига; б - после отжига в течении 2 часов; в - после отжига в течении 4 часов

Оптическая толщина микролинз имеет максимальное значение в центре и плавно уменьшается к краям линз. Если считать, что показатель преломления в области миграции имеет одинаковое значение, что наблюдается в действительности, то изменение оптической толщины зависит в основном от формы самой микролинзы. У микролинз подвергнутых дополнительному термическому отжигу резкая граница становится градиентной за счет диффузии ионов Ag+ в стеклянной подложке. Размеры микролинз увеличиваются, растет плотность упаковки микролинз в матрице (рис. 7 б, в). Дополнительная диффузия ионов Ag+ в отсутствии их источника приводит к снижению концентрации ионов, а следовательно к уменьшению показателя преломления. Такие микролинзы имеют большое фокусное расстояние и фокальное пятно, и могут использоваться в датчиках волнового фронта Шака-Гартмана.

В разделе 3.5 описан метод изготовления матриц цилиндрических мик-

ролинз и исследование их свойств.

Подобраны оптимальные режимы изготовления матриц цилиндрических микролинз в стекле К8 и в стекле от фотопластин методом электростимулированной миграции ионов Ag+ из расплава солей. Подобные матрицы могут также использоваться в системах оптической обработки информации для преобразования двумерного оптического сигнала в одномерный (преобразование изображения матрицы в строку или столбец), а также для получения объемных изображений. Сложением двух таких матриц таким образом, чтобы линзы располагались перпендикулярно друг к другу, можно получить матрицу микролинз, обладающих свойствами сферических линз и с плотностью упаковки г)= 1.

Оценки размеров фокальных линий, полученных цилиндрических микролинз и их сравнение с расчетными значениями дифракционных пределов подтверждают высокое качество микролинз.

Четвертая глава посвящена исследованию и разработке многоканального микролинзового интегрально-оптического ответвителя (делителя) излучения.

Предложена новая конструкция многоканального интегрально-оптического делителя излучения на основе микролинз (рис. 8), позволяющего выводить оптическое излучение через поверхность подложки, на которой он сформирован, для обеспечения удобного и надежного крепление приемников излучения, который может быть использован в межсоединениях внутри компьютерных систем, между блоками и на печатных платах, при замене электрических шин оптическими.

Рис. 8. Конструкция и распространение света в многоканальном микролинзовом интегрально-оптическом ответвителе излучения

Многоканальный микролинзовый интегрально-оптический ответвитель излучения содержит канальный волновод 1, сформированный в подложке 2 и имеющий на торце область 3 закругленной формы, интегрально-оптические микролинзы 4, имеющие полусферическую форму, и расположенные вдоль оптической оси канального волновода.

Если на пути вышедшего из канального волновода 1 излучения поместить интегральные микролинзы 4, то часть этого излучения выйдет из микролинз 4 на поверхность подложки 2, так как это представлено на рис. 8.

Такой интегрально-оптический ответвитель с одной стороны будет выполнять роль делителя, поскольку излучение, выходящее из каждой последующей линзы 4 будет меньше предыдущего, а с другой стороны такое устройство можно использовать для ответвления оптического сигнала одновременно на несколько приемников, расположенных непосредственно на поверхности подложки 2.

В разделе 4.1 приведен расчет многоканального микролинзового интегрально-оптического ответвителя методом БОТЕ), показавший, что вывод части излучения на поверхность подложки будет происходить за счет мод волновода высоких порядков на краю микролинзы.

В разделе 4.2 проведено рассмотрение физико-математической картины распространения оптического излучения в микролинзовом интегрально-оптическом ответвителе, базировавшееся на использовании модифицированного численного БОТО-метода на основе прямого решения уравнений Максвелла во временной области в неоднородной диэлектрической среде, что позволило определить долю оптического излучения, выводимого на поверхность подложки каждой микролинзой. При радиусе кривизны полусферической области 30 мкм, показателе преломления волновода (микролинзы) - 1,6, показателе преломления подложки - 1,5 на длине волны излучения 1,55 ответвляется около 2 % входной оптической мощности. При уменьшении длины волны излучения до А=0,63 мкм общее число мод увеличивается, что приводит к росту интенсивности излучения, ответвляемого линзами до 5 %.

В разделе 4.3 разработан и изготовлен методом электростимулированной миграции ионов А^ из расплава солей AgN03 и N(¡N03 взятых в соотношении 1:10 моль, в стеклянную подложку микролинзовый интегрально-оптический ответвитель, содержавший канальный волновод с закругленным торцом и две микролинзы, расположенные на оптической оси этого волновода (рис. 9).

ант*- _ "Ч

СО

бОЧКЧ

Рис. 9. Изображение интегрально-оптического ответвителя излучения на основе двух микролинз

Проведенные исследования показали, что уменьшение интенсивности от линзы к линзе составляет примерно 5 %. В тоже время интенсивность излучения, выходящего из закругленной части волновода и каждой из линз составляет, по результатам измерения те же 5 % от величины интенсивности вводимого излучения.

В заключении сформулированы основные научные результаты диссер-

тации:

1. Проведен обзор и анализ существующих физико-технологических принципов формирования оптических микролинз, выявлены их достоинства и недостатки. Физико-технологические принципы формирования микролинз классифицированы по следующим признакам: формирование микролинз и матриц микролинз на поверхности подложки, формирование микролинз и матриц микролинз непосредственно в подложке, а также формирование микролинз на торцах световодов и полупроводниковых лазеров. Проведенный анализ позволил определить наиболее подходящий метод изготовления плоских фокусирующих микроструктур в стеклах - метод электростимулированной миграции ионов, который не требует очень дорогого и сложного оборудования, а получаемые им микролинзы имеют совершенную полусферическую форму со ступенчатым изменением показателя преломления.

2. Проведен расчет конфигурации стимулирующего электрического поля, используемого в процессе изготовления как одиночных микролинз, так и матриц микролинз, и его влияние на форму получаемых микролинз и их фокусирующие свойства. В результате численных расчетов получены картины силовых линий электрического поля, вдоль которых осуществляется электростимулированная миграция ионов и пространственное распределение потенциала для двух используемых экспериментальных схем изготовления микролинз.

3. Подобраны технологические режимы изготовления одиночных интегральных микролинз в стеклах методом электростимулированной миграции ионов.

4. Разработан новый способ изготовления микролинз, позволяющий получать одиночные микролинзы с различным Ап. В предложенном способе электростимулированная миграция ионов серебра в стеклянную подложку осуществляется из анода, выполненного в виде капилляра, заполненного расплавом солей, содержащих ионы серебра, с погруженным в него положительным электродом, и имеющего контакт с поверхностью стеклянной пластинки. Поскольку расплав солей, заполняющий капилляр, может содержать различное соотношение ионов серебра и натрия, то получаемые микролинзы будут иметь различный показатель преломления, что приводит к формированию микролинз с различным соотношениям между фокусным расстоянием и диаметром формируемых микролинз.

5. Экспериментально подобраны физико-технологические режимы изготовления матриц микролинз диаметром 60 мкм с плотной упаковкой электростимулированной миграцией ионов Ag+ в стекле от фотопластин. Минимальными размерами фокальных пятен (6 мкм) обладали микролинзы в матрицах, полученных при стимулирующих напряжениях 30—40 В при температуре 380°С в течение 30 минут, при этом их плотность упаковки достигала величины г\ - 0,88 - 0,93 • Фокусное расстояние микролинз составило 450 мкм.

6. Разработан новый способ изготовления матриц микролинз,

позволяющий получать в стеклах матрицы микролинз с плотной упаковкой без нарушения их сферичности, заключающийся в том, что отверстия круглой формы в маскирующем слое располагаются квадратно-гнездовым способом на расстоянии 3-5 диаметров самих отверстий, а электростимулированная миграция через отверстия в маскирующем слое проводится до тех пор, пока не произойдет полное слияние границ соседних микролинз.

7. Подобраны оптимальные режимы изготовления электростимулированной миграцией ионов из расплавов солей матриц микролинз в стеклах для ЬСО-проекторов и датчиков волнового фронта Шака-Гартмана. Проведенные исследования показали, что полученные микролинзы обладают хорошими фокусирующими свойствами, диаметры их фокальных пятен близки к дифракционным пределам, поэтому они могут использоваться также для мультиплицирования изображения в системах обработки оптической информации и для получения объемных изображений.

8. Методом электростимулированной миграции ионов Agr из расплава солей AgNOз+NaNOз (1:75 моль) в стекле К8 ив стекле от фотопластин изготовлены матрицы цилиндрических микролинз, которые могут использоваться в системах оптической обработки информации для преобразования двумерного оптического сигнала в одномерный (преобразование изображения матрицы в строку или столбец). Сложением двух таких матриц таким образом, чтобы линзы располагались перпендикулярно друг к другу, можно получить матрицу микролинз, обладающих свойствами сферических линз и с плотностью упаковки ;/= 1.

9. Предложена новая конструкция многоканального микролинзового интегрально-оптического делителя излучения на основе микролинз, позволяющего выводить оптическое излучение через поверхность подложки, на которой он сформирован, для обеспечения удобного и надежного крепление приемников излучения, который может быть использован в межсоединениях внутри компьютерных систем, между блоками и на печатных платах, при замене электрических шин оптическими. Такой интегрально-оптический ответвитель с одной стороны будет выполнять роль делителя, поскольку излучение, выходящее из каждой последующей линзы будет меньше предыдущего, а с другой стороны такое устройство можно использовать для ответвления оптического сигнала одновременно на несколько приемников, расположенных непосредственно на поверхности подложки.

10. Разработан, изготовлен и исследован многоканальный интегрально-оптический ответвитель (делитель) излучения, содержавший канальный волновод с закругленным торцом и две микролинзы, расположенные на оптической оси этого волновода. Проведенные исследования показали, что уменьшение интенсивности от линзы к линзе составляет примерно 5 %.

Основные результаты диссертации изложены в следующих работах:

1. Мудракова М. Н. Разработка и исследование микролинзовых растровых структур с плотной упаковкой элементов / М. Н. Мудракова, А. В. Никитин // Научно-техническое творчество студентов вузов: матер. Всероссийского смотра-конкурса научн.-технич. творчества , студ. вузов «Эврика-2005». - Электронный каталог. - Новочеркасск: ЮРГТУ, 2005. - 1 электрон, опт. диск (CD-ROM).

2. Мудракова М. Н. Изготовление и исследование матриц микролинз / М. Н. Мудракова, А. В. Никитин II Двенадцатая Всероссийская научная конференция студентов-физиков и молодых ученых (ВНКСФ-12, Новосибирск): Материалы конференции, тезисы докладов. - Новосибирск: Новосиб. гос. ун-т, 2006. - С. 460.

3. Никитин А. В. Изготовление матриц цилиндрических микролинз I А. В. Никитин, М. Н. Мудракова II ВНКСФ-13. Материалы конференции, информационный бюллетень. - Ростов-на-Дону, Таганрог: АСФ России, 2007. - С. 408-409.

4. Никитин А. В. Интегрально-оптический делитель излучения IA.

B. Никитин IIВНКСФ-14. Материалы конференции, информационный бюллетень. - Уфа: АСФ России, 2008. - С. 355-356.

5. Glass microlens arrays for Shack-Hartmann wavefront sensors / M. M. Vekshin, A. S. Levchenko, A. V. Nikitin, V. A. Nikitin, N. A. Yakovenko 11 The 9th International Symposium on Measurement Technology and Instruments. Proceedings of ISMTII-2009. Saint-Petersburg, Russia. 29 June-2 July 2009.Vol. 3. P. 3-143 - 3-146.

6. Разработка и исследование многоканального микролинзового интегрально-оптического ответвителя излучения / М. М. Векшин, А. В. Никитин, В. А. Никитин, Н. А. Яковенко II Автометрия. 2009. Т. 45. № 1.

C. 102-108.

7. Получение и исследование матриц микролинз с плотной упаковкой / М. М. Векшин, А. В. Никитин, В. А. Никитин, Н. А. Яковенко // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Естеств. науки. 2009. №1. С. 41-44.

8. Пат. 2312833 Россия, Способ изготовления интегральных микролинз / Н. А. Яковенко, В. А. Никитин, М. М. Векшин, А. В. Никитин (Россия). Общество с ограниченной ответственностью «ЮГ-ОПТИКОМ» (Россия) 2005138606/03 Заявл. 12.12.2005, Опубл. 20.06.2007.

9. Пат. на полезную модель 68715 Россия, Интегрально-оптический делитель излучения / Н. А. Яковенко, В. А. Никитин, А. В. Никитин (Россия). Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Кубанский государственный университет» (Россия) 2006141054/22 Заявл. 20.11.2006, Опубл.

27.11.2007.

10. Пат. 2338224 Россия, Интегрально-оптический делитель излучения / Н. А. Яковенко, В. А. Никитин, А. В. Никитин (Россия). Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Кубанский государственный университет» (Россия) 2006141111/28 Заявл. 20.11.2006, Опубл.

10.11.2008.

11. Пат. 2341474 Россия, Способ изготовления интегральных микролинз / Н. А. Яковенко, В. А. Никитин, А. В. Никитин (Россия). Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Кубанский государственный университет» (Россия) 2007120233/03 Заявл. 30.05.2007, Опубл. 20.12.2008.

Никитин Александр Валериевич

Исследование и разработка интегрально-оптических микролинзовых структур в стеклах

Автореферат

Бумага тип. №2. Печать трафаретная Формат 60x84 71б.Тираж 100 экз. Заказ № 714 Кубанский государственный университет

350040, г. Краснодар, ул. Ставропольская, 149. Центр «Универсервис» тел. 21-99-551.

ВВЕДЕНИЕ.

1. ФИЗИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ ФОРМИРОВАНИЯ ОПТИЧЕСКИХ МИКРОЛИНЗ.

1.1. Физико-технологические принципы формирования микролинз на поверхности подложек, торцах световодов и полупроводниковых лазеров.

1.2. Жидкокристаллические микролинзы.

1.3. Физико-технологические принципы формирования микролинз в стеклянных подложках методом миграцией ионов стимулированной электрическим полем.

Выводы к главе 1.

2. ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ОДИНОЧНЫХ МИКРОЛИНЗ, ПОЛУЧАЕМЫХ МЕТОДОМ ЭЛЕКТРОСТИМУЛИРОВАННОЙ МИГРАЦИИ ИОНОВ В СТЕКЛАХ.

2.1. Расчет конфигурации электрического поля в используемых схемах изготовления интегральных микролинз.

2.2. Разработка и исследование одиночных микролинз с использованием игольчатого катода.

2.3. Формирование и исследование одиночных микролинз с использованием игольчатого анода.

2.4. Изготовление одиночных микролинз с использованием тонкопленочного катода.

2.5. Разработка способа изготовления одиночных микролинз с различным An.

Выводы к главе 2.

3. ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МАТРИЦ МИКРОЛИНЗ С ПЛОТНОЙ УПАКОВКОЙ.

3.1. Расчет формы интегральных микролинз в матрицах микролинз, получаемых методом электростимулированной миграции ионов в стеклах.

3.2. Подбор физико-технологических режимов изготовления матриц микролинз с плотной упаковкой.

3.3. Изготовление матриц микролинз с плотной упаковкой в стекле от фотопластин и исследование их свойств.

3.4. Разработка и исследование матриц интегральных микролинз для датчика волнового фронта Шака-Гартмана.

3.4.1. Исследование матрицы интегральных микролинз для датчика волнового фронта Шака-Гартмана с помощью интерференционного микроскопа.

3.5. Изготовление матриц цилиндрических микролинз и исследование их свойств.

Выводы к главе 3.

4. ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МНОГОКАНАЛЬНОГО МИКРОЛИНЗОВОГО ИНТЕГРАЛЬНО-ОПТИЧЕСКОГО

ОТВЕТВИТЕЛЯ ИЗЛУЧЕНИЯ.

4.1. Расчет ответвителя методом FDTD.

4.1.1. Общая схема метода FDTD.

4.1.2. Граничные условия.

4.1.3. Введение источника поля возбуждения.

4.2. Физико-математическая картина распространения оптического излучения в интегрально-оптическом ответвителе.

4.3. Изготовление и исследование интегрально-оптического ответвителя.

Выводы к главе 4.

Актуальность темы. В последнее время наблюдается значительный прогресс в развитии оптических линий связи. Волоконно-оптические системы связи и системы связи, основанные на распространении оптических волн в свободном пространстве, все чаще применяются для высокоскоростной оптической передачи данных,, передачи больших объемов! информации и обработки; информации в режиме реального времени: Устройства, используемые для оптических связей в подобных, системах, такие как световоды, фотоприемники, источники излучения, имеют различную числовую апертуру, размеры модового поля и площадь рабочей поверхности. Для эффективного соединения оптических волокон используются разъемы, с миниатюрными линзами, позволяющими получить, эффективное соединение; волокон, имеющих- различные; диаметры, свеговедущей жилы и различные апертуры [1 -4]. ' , \

Оптические разъемы, с микролинзами, позволяющими! расширять , и? коллимировать выходной пучок волокна, малочувствительны к боковому смещению и осевому зазору, однако угловое рассогласование приводит к росту потерь в разъеме. Благодаря расширению пучка, осуществляемому с помощью микролинзы, разъемы такого рода, оказываются также менее чувствительными к пыли.

ГТлапарные микролинзы; позволяют согласовать характеристики всех элементов друг с другом и сохранить высокую эффективность связи [5]: Микролинза, объединенная с лазерным диодом^ обеспечивает малую расходимость светового пучка и, малые потери при вводе' излучения в волновод [6]. С помощью матриц микролинз создаются многоканальные оптоэлектронные переключатели [7]!

Матрицы микролинз используются в системах оптической обработки информации для мультиплицирования изображения, LCD-мониторах и CCD-камерах. Жидкокристаллическая пленка в сочетании с микролинзами, обеспечивающими перераспределение света отраженного от экрана, позволяет повысить яркость и контраст жидкокристаллических дисплеев с отражением [8].

Применение матриц микролинз позволяет значительно уменьшить размеры и упростить конструкцию миниатюрных аналитических систем, установок для фотолитографии, оптических нейронных сетей, включающих в себя большое количество лазеров; детекторов, фильтров и других оптических элементов, требующих высокоточного совмещения [9];

Помимо использования в микросистемах, матрицы, микролинз применяются для создания макроскопических оптических элементов. Например, используя систему согласованно работающих микролинз и корректирующих микропризм, можно изготовить собирающую мультилинзу для преломляющей-рентгеновской и нейтронной оптики. рГО];

Hat основе матрицы микролинз может быть ; создав ^ фронта Шака-Гартмана'. Применяются датчики Шака-Гартмана в адаптивной оптике, когда необходимо'исследовать изменения; вносимые в волновой фронт средой; например, для решения проблем; связанных с улучшением снимков земли, полученных со спутников, которые искажаются флуктуациями атмосферы [11].

В' настоящее время ведутся исследования по внедрению оптических соединений для. обмена информацией внутри компьютерных систем между блоками,' платами ш внутри плат. Замена электрических шин* оптическими внутри компьютерных систем, а также между блоками на печатных платах, позволяет существенно уменьшить задержки (оптические сигналы распространяются! со скоростью, света); увеличить, ширину полосы, передаваемых сигналов до 100 ГГц, в отсутствии-взаимодействия фотонов между собой,, что позволяет минимизировать взаимные наводки соседних линий и внешние воздействия; Технология оптических соединений очень значительно превосходит технологию электрических соединений по производительности и плотности расположения каналов [12].

Одиночные микролинзы и матрицы микролинз можно изготавливать в стеклянных подложках методом электростимулированной миграции ионов. Однако до настоящего времени окончательно не выявлено влияние напряженности и формы стимулирующего электрического поля на оптические свойства создаваемых в стеклах одиночных микролинз и матриц микролинз. Подобные исследования были проведены лишь при создании интегрально-оптических многомодовых волноводов, получаемых в стеклах электростимулированной миграцией ионов.

В связи с вышеизложенным, разработка физико-технологических принципов, создания интегрально-оптических микролинзовых структур в стеклах с заданными свойствами является весьма актуальной.

Целью работы является проведение теоретических и экспериментальных; работ, направленных на исследование и разработку интегрально-оптических микролинзовыххтруктур в стеклах.; . :

Для% достижениям указанной»цели- необходимо* решить следующие' задачи:

1) Провести анализ существующих физико-технологических принципов формирования оптических микролинз на поверхности подложек, внутри подложек, торцах световодов и полупроводниковых лазеров, а также жидкокристаллических микролинз, выявить их достоинства и недостатки.

2) Провести расчет конфигурации электрического поля, используемого в процессе изготовления как одиночных микролинз, так; и матриц микролинз, и: его влияние на форму получаемых микролинз и их фокусирующие свойства.

3) Подобрать физико-технологические режимы; изготовления'; одиночных микролинз и матриц микролинз электростимулированной миграцией ионов в стеклах с различной-плотностью упаковки и оптическими параметрами.

4) Разработать, изготовить и исследовать матрицы микролинз в стеклах для LGD -проекторов и датчиков волнового фронта Шака-Гартмана.

5) Разработать и исследовать многоканальный интегрально-оптический ответвитель (делитель) излучения на основе линейки микролинз. Методы исследования базируются на основополагающих законах электродинамики и оптики, вычислительной математики и использовании современных информационных технологий. Для реализации численных расчетов и моделирования использовались пакеты программ Maple и Mathcad. Расчет картины распространения оптического излучения базировался на; использовании модифицированного численного FDTD-метода.

Научная новизна полученных результатов. В ходе проведенных исследований получены следующие новые результаты:

1) Проведен расчет конфигурации электрического поля, используемого в процессе изготовления как одиночных микролинз, так и матриц микролинз, и выявлено . его . влияние на- форму получаемых микролинз и их фокусирующие свойства. В1 результате8 численных расчетов, получены картины силовых линий электрического, поля^ .вдоль которых осуществляется электростимулированная миграция ионов и. пространственное распределение потенциала для двух используемых экспериментальных схем изготовления микролинз.

2) Разработан новый способ изготовления микролинз, позволяющий изготавливать в стеклах; одиночные микролинзы с различным Лги В разработанном способе электростимулированная миграция* ионов« серебра- в стеклянную подложку осуществляется из анода, выполненного в виде капилляра,: заполненного расплавом солей, содержащих ионьь, серебра, с погруженным в него положительным: электродом, и имеющего контакт с поверхностью стеклянной пластинки. • Поскольку расплав солей, заполняющий капилляр- может содержать различное соотношение ионов серебра и натрия, то получаемые микролинзы будут иметь различный показатель преломления, что приводит к формированию микролинз с различным соотношениям между фокусным расстоянием и диаметром формируемых микролинз.

3) Впервые выявлена закономерность влияния физико-технологических параметров миграции ионов в стеклянную подложку на оптические свойства формируемых микролинз в матрице.

4) Разработан новый способ получения в стеклах матриц интегральных микролинз с плотной упаковкой без нарушения их сферичности, что в итоге обеспечивает более эффективное фокусирование света, падающего на матрицу.

5) Предложено новое техническое решение, позволившее создать на основе линейки микролинз многоканальный микролинзовый интегрально-оптический делитель (ответвитель) излучения, выводящий излучение через поверхность подложки, что дает возможность располагать приемники сигналов непосредственно на поверхности подложки в оптических схемах, предназначенных для^ обмена- информацией внутри^ компьютерных систем между блоками, платами>,wвнутри плат.

Практическая значимость полученных результатов связана с их научной новизной и состоит в возможности применения разработанных физико-технических и технологических решений, а также результатов экспериментальных исследований при создании одиночных микролинз и матриц микролинз в стеклах, предназначенных для широкого применения в различных оптических и оптоэлектронных устройствах.

Приведенные в. диссертации исследования позволили создать в стеклах одиночные микролинзы и матрицы микролинз с плотной упаковкой, которые могут быть использованы в LCD-проекторах, CCD-камерах и датчиках волнового фронта Шака-Гартмана. Разработанный многоканальный микролинзовый интегрально-оптический делитель излучения, позволяющий не только делить и разветвлять излучение, но и выводить его на поверхность подложки можно применять для реализации оптических или оптоэлектронных межсоединений в компьютерных системах.

Работа выполнялась в рамках научно-исследовательских работ по теме «Исследование физических процессов формирования массивов микролинз в стекле с высокой плотностью интеграции» регистрационный № 1.3.05-2005, а также «Исследование и разработка режимов изготовления интегрально-оптических элементов», проводимых на кафедре оптоэлектроники Кубанского госуниверситета в период с 2005 по 2008 г.г. по Программе «Старт» фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере им. Бортника. № гос. регистрации 0120.0604106, (государственный контракт № 3620р/6061 от 26 декабря 2005 г)

Апробация результатов диссертации. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на научных семинарах физико-технического факультета и кафедры оптоэлектроники КубГУ, на Всероссийском смотре-конкурсе научно-технического творчества студентов вузов «Эврика-2005», • Новочеркасск: ЮРГТУ, 2005 г., на Всероссийских, научных конференциях студентов-физиков и молодых ученых (ВНКСФ-12' Новосибирск 2006 г., ВНКСФ-13 Ростов-на-Дону, Таганрог 2007 г., ВНКСФ-14 Уфа 2008 г.), на 9-м международном симпозиуме по измерительным технологиям и интеллектуальному приборостроению, Санкт-Петербург 2009 г. Основной материал диссертации опубликован в 7 работах в виде научных статей, тезисов докладов, а также в 4 патентах на изобретения.

Защищаемые положения.

1. Методика расчета конфигурации электрического поля, используемого в процессе изготовления^ как одиночных микролинз, так и матриц микролинз с плотной упаковкой, и его влияния на^форму получаемых микролинз и их фокусирующие свойства.

2. Новый> способ изготовления интегральных микролинз, позволяющий изготавливать одиночные микролинзы с различным изменением показателя преломления (An). В предложенном способе электростимулированная миграция ионов серебра в стеклянную подложку осуществляется из анода, выполненного в виде капилляра, заполненного расплавом солей, содержащих ионы серебра, с погруженным в него положительным электродом, и имеющего контакт с поверхностью стеклянной пластинки. Поскольку расплав солей, заполняющий капилляр, может содержать различное соотношение ионов серебра и натрия, то получаемые микролинзы будут иметь различный показатель преломления, что приводит к формированию микролинз с различным соотношениям между фокусным расстоянием и диаметром формируемых микролинз.

3. Новый способ изготовления интегральных микролинз, позволяющий получать в стекле матрицы микролинз с плотной упаковкой без нарушения их сферичности, заключающийся в том, что отверстия круглой формы в маскирующем слое располагаются квадратно-гнездовым способом на расстоянии 3-5 диаметров самих отверстий, а электростимулированная миграция через отверстия в маскирующем слое проводится до тех пор, пока не произойдет полное слияние границ соседних микролинз. ' •

4. Интегрально-оптический делитель излучения, состоящий из канального волновода с закругленным торцом и ряда интегрально-оптических микролинз, расположенных вдоль оптической оси волновода. Такое расположение интегрально-оптических микролинз позволяет осуществлять контролируемое ответвление оптического излучения и вывод его через поверхность подложки. Разработанный интегрально-оптический ответвитель с одной стороны будет выполнять роль аттенюатора, поскольку излучение; выходящее из каждой, последующей линзы будет меньше предыдущего, а с другой стороны такое устройство можно использовать и как разветвитель для подачи оптического сигнала одновременно на несколько приемников, расположенных непосредственно на поверхности подложки.

5. Оптимальные физико-технологические режимы изготовления одиночных интегральных микролинз и матриц интегральных микролинз в стеклах для различных применений (LCD-проектор, CCD-камера, датчик волнового фронта Шака-Гартмана, мультиплицирование изображений).

Личный вклад соискателя заключается в поиске способов решения поставленных задач, расчете конфигурации электрического поля, используемого в процессе изготовления как одиночных микролинз, так и матриц микролинз с плотной упаковкой, разработке новых способов изготовления одиночных микролинз и матриц микролинз с плотной упаковкой, в подборе оптимальных физико-технологических режимов изготовления интегрально-оптических микролинзовых структур и исследования их оптических свойств, в разработке и исследовании интегрально-оптического делителя излучения на основе микролинз.

Объем и структура диссертации Диссертация состоит из 4-х глав, введения, заключения и списка использованных источников.

Первая глава представляет собой, литературный обзор, в котором описаны и проанализированы- физико-технологические принципы формирования- микролинз и матриц микролинз на поверхности подложки, внутри подложки, на торцах волноводов * и полупроводниковых лазеров, а также их параметры. Особое внимание уделено изготовлению микролинз и матриц микролинз электростимулированной миграцией ионов, позволяющей получать микролинзы с различными параметрами непосредственно в стеклянных подложках.

Вторая глава посвящена исследованию и разработке одиночных микролинз, получаемых методом электростимулированной миграции ионов в стеклах. В ней представлен расчет конфигурации стимулирующего электрического поля, системы точечный заряд - проводящая плоскость, возникающего при- проведении электростимулированной миграции ионов в процессе изготовления одиночных микролинз. В этой главе- подробно изложено изготовление одиночных микролинз в стеклах с использованием различных способов приложения стимулирующего электрического поля, а также методика измерения оптических параметров полученных микролинз. Предложен новый способ изготовления одиночных микролинз с различным

Дп, что позволяет получать различные соотношения между фокусным расстоянием и диаметром формируемых микролинз.

В третьей главе представлено исследование и разработка матриц микролинз с плотной упаковкой для различных применений. Проведен расчет формы интегральных микролинз в матрицах, получаемых методом электростимулированной миграции ионов в стеклах. Проведен подбор физико-технологических режимов изготовления матриц сферических и, цилиндрических микролинз» с плотной упаковкой и высокими фокусирующими свойствами для LCD-проекторов, датчиков волнового фронта Шака-Гартмана, для мультиплицирования изображения и получения стереоизображения. Предложен новый способ изготовления матриц микролинз, позволяющий получать в стеклах матрицы, микролинз с плотной упаковкой без нарушения их сферичности. Четвертая глава посвящена исследованию и разработке многоканального микролинзовошинтегрально-оптического ответвите ля г (делите ля)-излучения: Подробно изложен: расчет ответвителя? FDTD методом и физико-математическая картина распространения оптического излучения в интегрально-оптическом ответвителе, а также изготовление и исследование интегрально-оптического ответвителя (делителя) излучения. Предложена новая конструкция интегрально-оптического делителя излучения на основе микролинз, позволяющего выводить оптическое излучение через поверхность подложки, на которой, он сформирован; для; обеспечения удобного и надежного крепление приемников излучения; который может, быть использован в межсоединениях внутри компьютерных систем, между блоками и на печатных платах, при замене электрических шин оптическими:;.

• Диссертация? содержит 155; печатных страниц, 75 рисунков и фотографии, 3 таблицы, список используемых источников;, включающий: 92 наименования.

Выводы к главе 4

1. Предложена новая конструкция многоканального микролинзового интегрально-оптического делителя излучения на, основе микролинз, позволяющего выводить оптическое излучение через поверхность подложки, на которой он сформирован, для обеспечения удобного и надёжного крепление приемников излучения, который может быть использован в межсоединениях внутри компьютерных систем, между блоками и на печатных платах, при замене электрических шин оптическими. Такой интегрально-оптический ответвитель с одной стороны будет выполнять роль делителя, поскольку излучение, выходящее из каждой последующей» линзы будет меньше предыдущего, а* с другой стороны такое устройство можно использовать для ответвления оптического сигнала одновременно на несколько приемников, расположенных непосредственно на поверхности подложки.

2. Проведен расчет многоканального микролинзового интегрально-оптического ответвителя методом FDTD, показавший, что вывод части излучения на поверхность подложки будет происходить за счет мод волновода высоких порядков на краю микролинзы.

3. Рассмотрение физико-математической картины распространения оптического излучения в микролинзовом интегрально-оптическом ответвителе, базировавшееся на использовании модифицированного численного FDTD-метода на основе прямого решения уравнений Максвелла во временной области в неоднородной диэлектрической среде, позволило определить долю оптического , излучения, выводимого! на поверхность подложки каждой> микролинзой. При радиусе кривизны:, полусферической области 30 мкм, показателе преломления волновода (микролинзы) - 1,6, показателе преломления подложки — 1,5 на длине волны излучения 1,55 ответвляется около 2 % входной оптической мощности. При уменьшении длины волны излучения до ^=0,63 мкм общее число мод увеличивается, что приводит к росту интенсивности излучения, ответвляемого линзами до 5 %.'.

4. Разработан и изготовлен методом электростимулированной миграции ионов Agt из расплава солей AgN03 и NaNC^, взятых в соотношении 1:10 моль, в стеклянную подложку микролинзовый интегрально-оптический ответвитель, содержавший канальный волновод с закругленным торцом и две микролинзы, расположенные на оптической оси этого волновода. Проведенные исследования показали, что уменьшение . интенсивности от линзы к линзе составляет примерно 5 %. В тоже время интенсивность излучения, выходящего из закругленной части волноводами- каждой из линз составляет, по результатам,измерения .те же 5 % от величины интенсивности: вводимого излучения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Проведен обзор и анализ существующих физико-технологических принципов формирования оптических микролинз, выявлены их достоинства и недостатки. Физико-технологические принципы формирования микролинз классифицированы по следующим признакам: формирование микролинз и матриц микролинз на поверхности подложки, формирование микролинз и матриц микролинз непосредственно в подложке, а также формирование микролинз на торцах световодов и полупроводниковых лазеров. Проведенный анализ позволил определить наиболее подходящий метод изготовления плоских фокусирующих микроструктур в стеклах - метод электростимулированной миграции ионов, который не требует очень дорогого и сложного оборудования, а получаемые им микролинзы имеют совершенную полусферическую форму со ступенчатым изменением показателя преломления.

2. Проведен расчет конфигурации стимулирующего электрического поля, используемого в процессе изготовления как одиночных микролинз, так и матриц микролинз, и его влияние на форму получаемых микролинз и' их фокусирующие свойства. В результате численных расчетов получены картины силовых линий электрического поля, вдоль которых осуществляется электростимулированная миграция ионов и пространственное распределение потенциала для двух используемых экспериментальных схем изготовления микролинз.

3. Подобраны технологические режимы изготовления одиночных интегральных микролинз в стеклах методом электростимулированной миграции ионов.

4. Разработан новый способ изготовления микролинз, позволяющий получать одиночные микролинзы с различным An. В предложенном способе электростимулированная миграция ионов серебра в стеклянную подложку осуществляется из анода, выполненного в виде капилляра, заполненного расплавом солей, содержащих ионы серебра, с погруженным в него положительным электродом, и имеющего контакт с поверхностью стеклянной пластинки. Поскольку расплав солей, заполняющий капилляр, может содержать различное соотношение ионов серебра и< натрия, то получаемые микролинзы будут иметь различный показатель преломления, что приводит к формированию микролинз с различным соотношениям между фокусным расстоянием и диаметром формируемых микролинз.

5. Экспериментально подобраны физико-технологические режимы изготовления^ матриц микролинз диаметром 60 мкм с плотной упаковкой электростимулированной миграцией ионов Ag' в стекле от фотопластйш. Минимальными размерами фокальных пятен (6 мкм) обладали микролинзы в матрицах, полученных при стимулирующих напряжениях 30-40 В при температуре 380°С в течение 30 минут, при этом их' плотность упаковки, достигала*, величины, ц = 0,88 - 0.93 . Фокусное.: расстояние; микролинз составило;450;мкм. ■•.'■''. ■.■:'•'"•■.• . •.•■'•

6. Разработан; новый- способ, изготовления матриц микролйнз, позволяющий получать, в стеклах матрицы микролинз с плотной упаковкой без нарушения их сферичности, заключающийся в том, что отверстия круглой формы в маскирующем слое располагаются квадратно-гнездовым способом на расстоянии 3-5 диаметров- самих отверстий, а электростимулированная миграция через отверстия» в маскирующем слое проводится до тех пор, пока.не произойдет полное слияние границ,соседних микролинз. •

7. Подобраны оптимальные; режимы!.- изготовления.: электростимулированной миграцией, ионов из расплавов- солей* матриц микролинз в стеклах, для; LCD-проекторов; и датчиков; волнового; фронта Шака-Гартмана. Проведенные исследования показали, что полученные микролинзы обладают хорошими фокусирующими свойствами, диаметры их фокальных пятен близки к дифракционным пределам, поэтому они. могут использоваться также для мультиплицирования изображения в системах обработки оптической информации и для получения объемных изображений.

8. Методом электростимулированной миграции ионов Ag+ из расплава солей AgNC>3 + NaNC>3 (1:75 моль) в стекле К8 и в стекле от фотопластин изготовлены матрицы цилиндрических микролинз, которые могут использоваться в системах оптической обработки информации для преобразования двумерного оптического сигнала в одномерный (преобразование изображения матрицы в строку или столбец). Сложением двух таких матриц таким образом, чтобы линзы располагались перпендикулярно друг к другу, можно получить матрицу микролинз, обладающих свойствами сферических линз и с плотностью упаковки т|=1.

9. Предложена новая конструкция многоканального микролинзового интегрально-оптического делителя излучения на основе микролипз, позволяющего выводить оптическое излучение через поверхность подложки, на которой он сформирован, для обеспечения удобного и надежного крепление приемников излучения^ который может быть использован в межсоединениях внутри компьютерных систем, между блоками и на печатных платах, при замене электрических шин оптическими. Такой интегрально-оптический ответвитель с одной стороны будет выполнять роль делителя, поскольку излучение, выходящее из каждой последующей линзы будет меньше предыдущего, а с другой стороны такое устройство можно использовать для ответвления оптического сигнала одновременно на несколько приемников, расположенных непосредственно на поверхности подложки.

10. Разработан, изготовлен и исследован многоканальный интегрально-оптический ответвитель (делитель) излучения, содержавший канальный волновод с закругленным торцом и две микролинзы, расположенные на оптической оси этого волновода. Проведенные исследования показали, что уменьшение интенсивности от линзы к линзе составляет примерно 5 %.

1. Nicia A. Practical low-loss lens connector for optical fibers 11 Electron. Lett. 1978. Vol.l4.№ 16. P. 511-512.

2. Masuda S. Low-loss lens connector for single-mode fibers / S. Masuda, T. lwama // Appl. Opt. 1982. Vol.21. № 19. P. 3475-3483.

3. Oikawa M. A distributed-index planar microlens array prepared from deep electromigration / M. Oikawa, K. Iga, T. Sanada II Electron. Lett. 1981. Vol.17. № 13. P. 452-453.

4. Iga K. Stacked planar optics: an application of the planar microlens // Apll. Opt. 1982. Vol.21. № 19. P. 3456-3460.

5. Aoki Y. Evaluation of numerical aperture and focusing characteristics of planar microlens for optical interconnects / Y. Aoki, Y. Shimada, K. Iga II Jap. J. Appl. Phys. 2001. Vol. 40. № 5A. P. L446-L448.

6. Fu Y. Integrated micro-cylindrical lens with laser diode for single-mode -fiber coupling / Y. Fu, N.K.A. Bryan, O.N. Shing, // IEEE Photonics Technology Letters. 2000. Vol. 12. № 9. P. 1213-1215.

7. Ко F.-J. Brightness and contrast enhancement of reflective liquid crystal displays by microlens array light control film / F.-J. Ко, H.-P.D. Shien // Jpn. J. Appl. Phys. 2000. Vol. 39. № 5A. P. 2647-2650.

8. Design, fabrication and testing of microlens arrays for sensors and Microsystems / Ph. Nussbaum, R. Volkel, H.P. Herzig et al. И Pure Appl. Opt. 1997. Vol. 6. P. 617-636.

9. Чуриков В.А. Собирающая мультилинза для преломляющей рентгеновской и нейтронной оптики / В.А. Чуриков II Письма в ЖТФ. 2003. Т. 29. №23. С. 75-83.j

10. Cavadore С. Shack Hartmann wavefront sensor. December, 2003 // (Eng.). URL: http://www.astrosurf.com/cavadore/optique/shackHartmann/Shack-Hartmann.htm Г11 February 2007.f

11. Ахманов А. С. Оптическая передача информации в супер-ЭВМ и микропроцессорных системах. Часть 1 / А. С. Ахманов, О. Е. Наний, В. Я. Панченко II Lightwave, Russian edition. 2008. №3. С. 46-53.

12. Shaoulov V. Simple reflow technique for fabrication of a microlens array in solgel glass / V. Shaoulov, R. Martins, J.P. Rolland // Opt. Eng., 2001. Vol. 40. № 8. P. 1433-1434.

13. Simple reflow technigue for fabrication of a microlens array in solgen glass

14. He M.,YuanX.-C., Ngo N. Q., Bu J., Kudryashov К II Opt. Lett. 2003. Vol.* 28. №9. P. 731-733.

15. Reflowed solgel spherical microlens for high-efficiency optical coupling between a laser diode and a single-mode fiber / He Miao, Yuan Xiaocong, Bu Jing, Chtong Chye, Moh Ken Jin II Appl. Opt. 2005. Vol. 8. № 19. P. 1469-1473.

16. Hybrid sample-inverted reflow and soft-lithography technigue for fabrication of conicoid microlens arrays / He Miao, Yuan Xiaocong, Bu Jing, Chtong Chye II Appl. Opt. 2005. Vol. 44. № 19. P. 4130-4135.

17. Pan C.-T. Technique of microball lens formation for efficient optical coupling / C.-T. Pan, C.-H. Chien, C.-G. Hsieh II Appl. Opt. 2004. Vol. 43. № 32. P. 5939-5946.

18. Изготовление микролинз на конце оптического волокна / Zhou Во, Нао Hong, Fu Xi-liang, Zhu Jin-Ian II J. Shenyang Archit. and Civ. Eng. Univ. Natur. Sci. 2003. Vol. 19. №1. P. 37-40.

19. Плеханов А. И. Оптические волокна с концевыми фотополимерными микролинзами / А. И. Плеханов, В. В. Шелковннков II Российские технологии. 2006. Т.1. № 1-2. С. 240-244.

20. Two-dimensional plastic microlens arrays by deep lithography with protons: fabrication and characterization / H. Ottevaere, B. Volckaerts, J. Lamprecht et al. // J. Opt. A: Pure Appl. Opt. 2002. Vol. 4. S22-S28.

21. Hongwen R. Polymer-basedflexible microlens arrays with hermaphroditicifocusing properties I Ren Hongwen, Wu Shin-Tson И Appl. Opt. 2005. Vol. 44. № 36. P. 7730-7734.

22. Refractive microlenses produced by excimer laser irradiation of poly (methyl methacrylate) / M.F. Jensen, U. Kruhne, L.H. Christensen et al. II J. Micromech. Microeng. 2005. Vol. 15. P. 91-97.

23. Fu Y. Investigation of hybrid microlens integration with vertical-cavityjsurface-emitting lasers for free-space optical links / Y. Fu, N. K. A. Bryan II Optics Express. 2002. Vol. 10. № 9. P. 413^118.

24. Fu Y. Integration of microdiffractive lens with continuous relief with vertical-cavity surface-emitting lasers using ion beam direct milling / Y. Fu II IEEE Photonics Technology Letters. 2001. Vol. 13. № 5. P. 424-426.

25. Low-cost, low-loss microlens arrays fabricated by soft-lithographyreplication process / V. Kunnavakkam Madancigopal, F.M. Houlihan, M. Schlax et al. II Appl. Phys. Lett. 2003. Vol. 82. № 8. P. 1152-1154.

26. Fu Y. Novel one-step method of microlens mold array fabrication / Y. Fu, N. K. A. Bryan Ngoi II Opt. Eng. 2001. Vol. 40. № 7. P. 1433-1434.

27. Hybrid sample-inverted reflow and soft-lithography technique for fabrication of conicoid microlens arrays / M. He, X. Yuan, J. Bn et al II Appl. Opt. 2005. Vol. 44. № 19. P. 4130-4135.

28. Бочарова Т. В. Микролинзовые растры и технология их изготовления / Т.В. Бочарова, F.O. Карапетян II Оптич. ж: 2005. Т.72. № 9. С. 91-95.

29. Hee-Su J. Electrically controllable microlens array fabricated by anisotropic phase separation from liquid-crystal and polymer composite materials / J. Hee-Su, K. Jae-Hoon, K. Satyendra II Opt. Lett. 2003. Vol. 28. № 13. P. 1147-1149.

30. ScharfT. High quality adaptive liquid crystal microlenses / T. Scharf, K. Cottier, R. Dandliker I I Mol. Cryst. and Liq. Cryst. Sci. and Technol. A. 2001. Vol. 366. P. 413-420.

31. Tunable-focus microlens arrays using nanosized polymer-dispersed liquid crystal drolets / R. Hongwen, F. Yun-Hsing, L. Yi-Hsin, W. Shin-Tson II Opt. Commun. 2005. Vol. 247. № 1-3. P.l 01-106.

32. Hermaphroditic liquid-crystal microlens / R. Hongwen, W. Janet R, F. Yun-Hsing et al // Opt. Lett. 2005. Vol. 30. № 4 P. 376-378.

33. A tunable liquid-crystal microlens with hybrid alignment / C. Chih-Cheng, С. C. Alex, L. Chang-Hua, Y. J. Andrew И J. Opt. A. 2006. Vol. 8. № 7. P. 365-369.

34. Жидкокристаллические микро линзы в системе оптического ограничения / М.В. Грязнова, В.В. Данилов, Ю.А. Кузнецов и др. II Письма в ЖТФ. 2001. Т.27. № 2. С. 24-29.

35. Liquid crystal microlenses / Information Optics (Engl.) — URL: http://www.optics.unine.ch/former/informationoptics/LCmicrolenses/ LCmicrolenses.html 7 April 2006.

36. Diffraction limited Liquid crystal microlenses with planar alignment / T. Scharf, P. Kipfer, M. Bouvier et al. II Jpn. J. Appl. Phys. 2000. Vol. 39. № 12A. P. 6629-6636.

37. Ren H. Polymer network liquid crystals tor tunable mierolens arrays / H. Ren, Y. H. Fan, S.-T. Wu И J. Phys. D. 2004. Vol. 37. № 3. P. 400-403.

38. Tunable microlens arrays using polymer network liquid crystal / R. Hongwen, Y.-H. Fan, S. Gauza et al. II Optics communications. 2004. Vol. 230. P. 267-271.

39. Xie Y. Перестраиваемая жидкостная микролинза с трехмерной регулировкой положения фокального пятна / Y. Xie, Z. Lu II Оптич. Ж. 2005. Т. 72. №6. С. 31-33.

40. Санъко С. Жидкие управляемые микролинзы // Компьютерные Вести On-line: Новые технологии. 2003. № 4. Электронный журнал. (Рус.). -URL: http://kv.bv/index2003043403.htm 117 April 2007.

41. Fluidic lenses with variablefocal length I P. M. Moran. S. Dharmatilleke, Khaw A. H. et al. II Appl. Phys. Lett. 2006. Vol. 88. № 4. P. 041120/1041120/3.

42. Oikawa M. A distributed-index planar microlens array prepared from deep electromigration / M. Oikawa, K. Iga, T. Sanada II Electron. Lett. 1981. Vol. 17. № 13. P. 452-453.

43. Iga К A concept of stacked planar optics / K. Iga, M. Oikawa II Bull. PME (TJT), 1982. № 49. P. 17-24.

44. Iga K. Stacked planar optics: an application of the planar microlens / K. Iga II Apll. Opt. 1982. Vol.21. № 19. P. 3456-3460.

45. Получение элементов интегральной оптики методом диффузии, локализованной электрическим полем / В. Н. Иванов, В. А. Кондратьев, В. А. Никитин и др. II Автометрия. 1987. № 1. С. 97-99.

46. Градиентные микролинзы, полученные методом электростимулированной диффузии / В. С. Дорош, В. Н. Иванов, В. А. Никитин и др.и

47. Автометрия. 1984. № 3. С. 87-89.

48. Разработкам исследование микролинзовых растровых структур / И. И.»

49. Горина, В. С. Дорош, В. А. Никитин, Н. А. Яковенко II Автометрия. 1992. № 4. С. 103-105.

50. Элементы волноводной оптоэлектроники для устройств функциональной обработки цифровой информации / В. 77. Гладкий, В. А. Никитин, В. П. Прохоров, Н. А. Яковенко II Квантовая электроника. 1995. Т. 22. №> 10. С. 1027-1033.

51. Исследование в ближней ИК-области спектра микролинз, полученных методом электростимулированной диффузии / В. Н. Иванов, В. А. Кондратьев, В. А. Никитин и др. // Квантовая электроника: 1984. Т. 11. № 11. С. 2370-2372.

52. Матрица градиентных микролинз, изготовленная методом электростимулированной диффузии / И. Д. Брегеда, В. А. Никитин, Е. П. Никитина и др. // Автометрия. 1985. № 6. С. 31-34.

53. А. С. 1694502 СССР, МКИ3 С 03 С 21/00 Способ изготовления интегральных микролинз / И. И. Горина В. А. Никитин, Н. А. Яковенко (СССР). № 4758286; Заявл. 14.11.89, Опубл. 30.11.91. Бюл. № 44.

54. Пат. 2073659 Россия, МКИ3 С 03 С 21/00 Способ изготовления интегральных микролинз / В. А. Никитин, Е. П. Никитина, Н. А. Яковеико (Россия). Кубанский государственный университет 93017069/33 Заявл. 31.03.1993, Опубл. 20.02.1997.

55. Ландау Л. Д. Электродинамика сплошных сред / Л. Д. Ландау, Е. М. Лифшиц. М.: Наука, 1982. 624 с.

56. Иродов И. Е. Электромагнетизм. Основные законы. М.: Физматлит, 2001. 352 с.

57. Парселл Э. Электричество и магнетизм. М.: Наука, 1971. 448 с.

58. Матросов А. В. Maple 6: Решение задач высшей математики и механики. СПб.: БХВ-Петербург, 2001. 528 с.

59. Алексеев Е. Р. Решение задач вычислительной математики в пакетах Mathcad 12, Matlab 7, Maple 9 IE. P. Алексеев, О. В. Чеснокова. М.: НТ Пресс, 2006. 496 с.

60. Дьяконов В. П. Mathcad 11/12/13 в математике: Справочник. М.: Горячая линия — Телеком, 2007. 958 с.

61. Поршнев С. В. Компьютерное моделирование физических процессов с использованием пакета Mathcad. М.: Горячая линия Телеком, 2002. 252 с.

62. Вержбицкий В. М. Основы численных методов. М.: Высшая школа, 2005. 848 с.

63. Быковский Ю. А. Исследование интегрально-оптических лунеберговских линз, изготовленных методом лазерного напыления / Ю. А. Быковский, А. В. Миронов, В. Л. Смирнов II Квантовая электроника. 1981. Т. 8. № 3. С. 650-655.

64. Семенов А. С. Интегральная оптика для систем передачи и обработки информации / А. С. Семенов, В. Л. Смирнов, А. В. Шмалько. М.: Радио и связь, 1990. 224 с.

65. Трофимова Т. И. Курс физики: Учеб. Пособие для вузов. М.: Высшая школа, 2002. 542 с.

66. Ландсберг Г. С. Оптика. Учебное пособие для вузов. М.: Физматлит, 2006. 848 с.

67. Гвоздева Н. П. Прикладная оптика и оптические измерения / Н. П. Гвоздева, К. И. Коркина. М.: Машиностроение, 1976. 383 с.

68. Ко F.-J. Brightness and contrast enhancement of reflective liquid crystal displays by microlens array light control film / F.-J. Ко, H.-P. D. Shien II Jpn. J. Appl. Phys. 2000. Vol. 39. № 5A. P. 2647-2650.

69. Poszner T. Stripe waveguides with matched refractive index profiles fabricated by ion exchange in glass / T. Poszner, G. Schreiter, R. Muller II Journal of Applied Physics. 1991. Vol. 70. № 4. P. 1966-1973.

70. Пат. 2312833 Россия, Способ изготовления интегральных микролинз / Н. А. Яковенко, В. А. Никитин, М. М. Векшин, А. В. Накатин (Россия). Общество с ограниченной ответственностью «ЮГ-ОПТИКОМ» (Россия) 2005138606/03 Заявл. 12.12.2005, Опубл. 20.06.2007.

71. Никитин В. А. Электростимулированная миграция ионов в интегральной оптике / В. А. Никитин, Н. А. Яковенко. Краснодар, КубГУ 2003. 154 с.

72. Получение и исследование матриц микролинз с плотной упаковкой / М. М. Векшин, А. В. Никитин, В. А. Никитин, Н. А. Яковенко II Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Естеств. науки. 2009. №1. С. 41-44.

73. Ben С. Piatt. History and principles of Shack-Hartmann wave front sensing / Piatt Ben С. II Journal of Refractive Sugery. Vol. 17. September-October 2001. P: 573-577.

74. Eloy Ai Spatially Resolved Wavefront Aberrations of Ophthalmic progressive-power lenses in normal viwing conditions / A. Eloy I I Optometry and Vision Science. Vol. 80. №. 2. February 2003.

75. Sabine P. V. H. Refractive index profile determinetion in optical waveguides // A.T.R. 1977. Vol.11. № 2. P. 3-13.

76. Химическая технология стекла и ситалов / Под ред. Н. М. Павлушкина. М.: Стройиздат. 1993. 432с.

77. Никитин А. В. Изготовление матриц цилиндрических микролинз / А. В. Никитин, М. Н. Мудракова II ВНКСФ-13. Материалы конференции,информационный бюллетень. Ростов-на-Дону, Таганрог: АСФt1. России, 2007. С. 408-409.

78. Разработка и исследование многоканального микролинзового интегрально-оптического ответвителя излучения I М. М. Векшин, А. В.

79. Никитин, В. А. Никитин, Н. А. Яковенко // Автометрия. 2009. Т. 45. № 1.С. 102-108.

80. Интегральная оптика / Под ред. Т. Тамира. М.: Мир, 1978. 344с.

81. Ханспердэ/сер Р. Интегральная оптика, теория и технология / М.: Мир, 1985. 379 с.

82. Каменев Н. Н. Волноводный делитель с управляемой интенсивностью световых пучков / Н. Н. Каменев, В. И. Наливайко !! Автометрия. 1999. № 1. С. 27-30.

83. Taflove К. Computational electrodynamics. / К. Taflove, S.C. Hagness. New-York. Artech House. 2005. 854 p.

84. Berenger J.-P. A perfectly matched layer for the absorption of electromagnetic waves I I Journal of Computational Physics. 1994. Vol. 114. №2. P. 185-200.

85. Ramaswamy R. V. Ion-exchanged glass waveguides: A reviw / R. V. Ramaswamy, R. Srivastava // Journ. Lightwave Technol. 1988. Vol. 6. № 6. P. 984-1002.

86. Ramaswamy R.V. Process optimisation of buried Ag+ Na+ ion exchanged waveguides: theory and experiment / R. V. Ramaswamy, H. C. Cheng, R. Srivastava II Appl. Opt. 1988. Vol. 27. № 9. P. 1814-1819.