Резюме. 
Материалы микро- и оптоэлектроники: кристаллы и световоды

Для упрощения производственного цикла получения кристаллических ИК-световодов было решено применить компьютерное моделирование желаемых структур. Этот шаг не только сокращает сам цикл производства, но и позволяет прогнозировать некоторые оптические свойства световодов и нелинейные эффекты, возникающие в них при прохождении через сердцевину лазерного излучения, а также является наглядным методом.

Моделирование заключается в получении цветовой карты, являющейся картиной распределения вводимого электромагнитного излучения по поперечному сечению сердцевины волокна. Это изображение позволяет визуально оценить режим работы волокна и количество волноводных мод, проходящих через световод, а также интенсивность входящего излучения (в отн. ед.). Подбором нужных составов, находящихся в тесной связи с показателем преломления моделируемого волокна, можно добиться уникальных функциональных свойств инфракрасных световодов, рассмотренных в работе.

Суть моделирования — получение картины распределения вводимого в сердцевину световода лазерного излучения для дальнейшего сравнения этой картины с изображением того же распределения уже реального излучения, проходящего через созданный на основе модели световод с заданными свойствами и характеристиками.

Моделирование проводится в программе Matlab SMTP. Входными данными являются некоторые математические и физические характеристики — диэлектрические проницаемости сердцевины и оболочки, рабочая длина волны, градиент показателей преломления (ПП), допустимая вероятность ошибки при поиске волноводных мод, количество тестовых точек, составляющих диапазон поиска мод, и так далее.

На выходе получается зависимость некоего эффективного показателя преломления п волокна в целом (как функции геометрии световода и хода лучей внутри него) от ошибки определения моды, где под модой в терминах данной программы подразумевается минимум изменения энергии при изменении показателя преломления в пределах указанного диапазона. На основе этой зависимости для каждого эффективного ПП может быть построена двумерная цветовая карта, показывающая, как свстоводные моды «укладываются» внутри поперечного сечения световода, а цветовая шкала связана с интенсивностью проходящего лазерного излучения в относительных единицах. Для удобства мы переводим двухмерное изображение в трехмерное в программе Wolfram Mathematica. Дальнейшим шагом является получение световода экспериментально методом экструзии.

Для проверки применимости моделирования как неотъемлемого (или, в крайнем случае, полезного) шага в производстве оптических волокон сначала были смоделированы кварцевые световоды, получены соответствующие цветовые карты, которые затем сравнивались с картиной реального распределения красного лазерного излучения (X = 632,8 нм) по сердцевине волокна.

На основании сходства теоретической и экспериментальной картин и подтверждающих расчетов основных свойств световодов сделан вывод о применимости моделирования к изготовлению световодов, что дает возможность по той же методике строить модель искомых световодов на основе кристаллов твердых растворов AgBr — Til, AgCl — AgBr, AgCl — AgBr — Agl (TlI).

Таким образом, на основании рассмотрения принципа действия интерферометра Брейсуэлла, а также оптических и механических свойств ИК-световодов, требуемых для использования последних в качестве модовых фильтров в обнуляющей интерферометрии, предложено использовать фотонно-кристаллические ИК-световоды на основе твердых растворов AgCl^e^ _v, Ag^THH I Br, (0,003 < x < 0,040; 0,06 < 0,246; 0,004 < z < 0,048), Ag* Т1~ Br,_ Y (0 < 0,14).

Измерены некоторые оптические свойства ИК-световодов на основе твердых растворов AgCl Br, Ag₍ Tl Cl I. Bi^___.

(0,003 < х < 0,040; 0,06 <�у < 0,246; 0,004 < 6,048), Ag_| Tl Br₁.j‘ (0 <�х < 0,08), а именно показатель преломления, диапазон спектрального пропускания, распределение энергии излучение в дальнем поле. Измерения доказали одно-модовый режим работы на длине волны углекислотного лазера (10,6 мкм) и широкий диапазон спектрального пропускания от 2,0 до 40,0⁵, 0 мкм. Опираясь также на исследованные ранее свойства световодов, такие как повышенная фотостойкость, малые оптические потери на длине волны 10,6 мкм, негигроскопичность и радиационная стойкость, можно заключить, что ИК-световоды на основе твердых растворов галогенидов серебра и одновалентного таллия удовлетворяют требованиям, предъявляемым к материалам модовых фильтров в обнуляющей интерферометрии.