Цифровая планарная голография (DPH) - это метод проектирования и изготовления миниатюрных компонентов для интегрированной оптики . Он был изобретен Владимиром Янковым и впервые опубликован в 2003 году. [1] [2] Суть технологии DPH заключается во внедрении компьютерных цифровых голограмм в планарный волновод . Свет распространяется через плоскость голограммы, а не перпендикулярно, что обеспечивает длинный путь взаимодействия. Преимущества длинного пути взаимодействия уже давно используются для объемных или толстых голограмм . Планарная конфигурация поставщика голограмм для более легкого доступа к встроенной диаграмме, помогающей в ее изготовлении.
Свет может быть ограничен в волноводах с помощью градиента показателя преломления. Свет распространяется в слое сердцевины, окруженном слоем (слоями) оболочки, который должен быть выбран таким образом, чтобы показатель преломления сердцевины N core был больше, чем у оболочки N clad : N core > N clad . Цилиндрические волноводы (оптические волокна) допускают одномерное распространение света вдоль оси. Плоские волноводы , изготовленные путем последовательного нанесения плоских слоев прозрачных материалов с надлежащим градиентом показателя преломления на стандартную пластину, ограничивают свет в одном направлении (ось z) и допускают свободное распространение в двух других (оси x и y).
Световые волны, распространяющиеся в сердечнике, в небольшой степени проникают в оба слоя оболочки. Если показатель преломления модулируется на пути волны, свет каждой заданной длины волны может быть направлен в желаемую точку.
Технология DPH, или голограмма Янкова, включает в себя проектирование и изготовление голографических наноструктур внутри планарного волновода, обеспечивающих обработку и управление светом. Существует множество способов модуляции показателя преломления сердцевины, самый простой из которых - гравировка требуемого рисунка средствами нанолитографии. Модуляция создается путем встраивания цифровой голограммы на нижнюю или верхнюю поверхность сердечника или на них обоих. Согласно заявлению NOD ( Nano-Optic Devices, LLC (NOD) ), можно использовать стандартные литографические процессы, что делает массовое производство простым и недорогим. Наноимпринтинг может быть еще одним жизнеспособным методом изготовления рисунков DPH.
Каждый шаблон DPH настраивается для конкретного приложения и генерируется компьютером. Он состоит из множества наноканавок шириной около 100 нм каждая, расположенных таким образом, чтобы обеспечить максимальную эффективность для конкретного применения.
Устройства изготавливаются на стандартных пластинах; одно из типовых устройств представлено ниже (с сайта NOD). В то время как общее количество наноканавок огромно (≥10 6 ), типичный размер устройств DPH находится в миллиметровом масштабе. Небольшая занимаемая площадь DPH позволяет комбинировать его с другими элементами фотонных интегральных схем , такими как грубые демультиплексоры [3] и интерферометры . [4]
Компания Nano-Optic Devices, LLC (NOD) разработала технологию DPH и применила ее для коммерциализации наноспектрометров. У DPH есть еще множество дополнительных применений в интегрированной оптике .
На изображениях ниже с веб-сайта NOD показаны структура DPH (слева) и голограмма нано-спектрометра для видимого диапазона (справа).
Рекомендации
- ^ Янков, Владимир; Бабин, Сергей; Ивонин, Игорь; Гольцов, Александр; Морозов, Анатолий; Полонский, Леонид; Спектор, Майкл; Талапов, Андрей; Клей, Эрнст Бернхард (14 августа 2003 г.). «Цифровая планарная голография и мультиплексор / демультиплексор с дискретной дисперсией». Активные и пассивные оптические компоненты для связи WDM III . 5246 . Международное общество оптики и фотоники. С. 608–621. DOI : 10.1117 / 12.511426 .
- ^ Янков Владимир В .; Бабин, Сергей; Ивонин, Игорь; Гольцов Александр Юрьевич; Морозов, Анатолий; Полонский, Леонид; Спектор, Майкл; Талапов, Андрей; Клей, Эрнст-Бернхард (17 июня 2003 г.). «Фотонные квазикристаллы для интегральных устройств WDM». Оптические устройства для оптоволоконной связи IV . 4989 . Международное общество оптики и фотоники. С. 131–143. DOI : 10.1117 / 12.488214 .
- ^ Калафиоре, Джузеппе; Кошелев Александр; Дуэй, Скотт; Гольцов, Александр; Сасоров, Павел; Бабин, Сергей; Янков Владимир; Кабрини, Стефано; Пероз, Кристоф (12 сентября 2014). «Голографическая планарная световолновая схема для встроенной спектроскопии» . Свет: наука и приложения . 3 (9): e203. DOI : 10.1038 / lsa.2014.84 .
- ^ Кошелев, А .; Calafiore, G .; Peroz, C .; Dhuey, S .; Cabrini, S .; Сасоров, П .; Гольцов, А .; Янков, В. (2014-10-01). «Комбинация спектрометра на кристалле и массива интерферометров Юнга для контроля лазерного спектра». Письма об оптике . 39 (19): 5645–5648. DOI : 10.1364 / ol.39.005645 . ISSN 1539-4794 . PMID 25360949 .