Lokální optické pole vidů mělce vnořených kanálkových vlnovodů (Teorie a experiment)

Local optical fields of shallowly buried waveguides (Theory and experiment)

dissertation

Czech

V práci je prezentována nová, rychlá a přesná semianalytická metoda pro analýzu optických vlnovodů vhodných pro nanoptické a nanofotonické aplikace. Kriticky jsou zhodnoceny používané metody spektrálního indexu SI a vyzařování módů do volného prostoru FSRM. Na jejoich základě je pak rozpracována metoda vyzařování do poloprostoru HSRM, vhodná v případě, kdy poloprostor nad vlnovodem tvoří vzduch. Všechny tyto metody jsou spektrální, avšak je možné kombinovat jejich výhody a zvýšit tak potenciál pro studium dalšícjh možných struktur. Využitím Fourierovy transformace je možné při aplikaci HSRM metody odstranit omezení týkající se indexu lomu, což umožní přesnější výsledky. Pomocí rastrovací optické mikroskopie v blízkém poli byly experimentálně ověřeny a zviditelněny struktury módů uvnitř vlnovodu i v jeho těsném okolí, přičemž rozlišení je lepší než 250 nanometrů.

New, fast and accurate semi-analytic analysis methods for the study of Optoelectric Integrated Circuit waveguides for nanooptic and nanophotonic applications are presented. The Spectral Index SI method and the Free Space Radiation Mode FSRM method are reviewed, and the Half Space Radiation Mode HSRM method is elaborated. The FSRM method applies to low contrast waveguides, the SI and HSRM methods to configurations with an upper surface of air. These methods are all spectral ones and can be combined to exploit the advantages of each and increase the range of structures that can be analyzed. The novel Fourier transform technique, HSRM removes this limitation in index variation, allowing buried structures in the vicinity of an arbitrary transverse dielectric discontinuity to be analyzed, including diffraction. The HSRM method is a semianalytical approach and is based on the assumption that the radiation modes of a waveguiding structure propagate in a region of uniform refractive index. It is therefore ideally suited to structures in which a small index variation in the transverse direction exists. In many cases, the method can be considered an alternative to more computationally intensive methods and is a suitable CAD tool, finding application in a design environment. The methods automatically include reflections in the analysis, and are newer, faster and more accurate than other common approaches. The speed advantage is often several orders of magnitude over mode matching and other methods: runs which have taken several hours can now be accomplished in minutes. The experimental verification and visualization of the mode spatial distribution inside a waveguide as well as in its vicinity in the air is provided by exploiting a nondestructive Scanning near field optical microscopy technique with a lateral superresolution better than 250 nanometers.

Optoelektronické integrované obvody, kanálkové vlnovody, mělce vnořené struktury, blízké optické pole, rozložení vidů, evanescentní pole, simulace, deskový vlnovod, 1D- a 2D-výpočet, lokální optická mikroskopie v blízkém poli, měření, spektroskopie stojatých vln

Optoelectronic integrated circuits, channel waveguides, shallowly buried structures, near-field optics, mode distribution, evanescent field, simulation, slab waveguides, 1D- and 2D-calculation, local near-field optical microscopy, measurement, spectroscopy of standing waves

OTEVŘELOVÁ, D.

4. 1. 2008

Vutium Brno

Brno

1

28

28