Затухание волноводных мод тонких плёнок: разделение вкладов поглощения и поверхностного рассеяния света
Сотский А.Б., Чудаковский П.Я.

Аннотация:
В рамках допущений о хорошей локализации энергии волноводных мод в тонкой плёнке и о малости по сравнению с длиной волны излучения среднеквадратичных отклонений и интервалов автокорреляции шероховатостей границ плёнки получено аналитическое решение задачи о разделении вкладов в коэффициенты затухания мод ТЕ–поляризации эффектов материального поглощения и поверхностного рассеяния света. На основе этого решения сформулирован алгоритм восстановления мнимой части комплексного показателя преломления плёнки, использующий вещественные части постоянных распространения и коэффициенты затухания двух ТЕ–мод плёнки, измеряемые методом волноводной спектроскопии. Эффективность подхода подтверждена расчётом дифракционных полей, возникающих при распространении волноводных мод вдоль плёнок с шероховатыми границами.

Ключевые слова :
волноводная спектроскопия, волноводная мода, коэффициент затухания волноводных мод, тонкие плёнки.

Литература:

  1. Глянько, М.С.Программное обеспечение для устройства контроля чистоты и шероховатости оптических подложек / М.С. Глянько, П.Ю. Изотов// Компьютерная оптика. – 2012. – Т. 36, № 2. – С. 242-248.
  2. Khomchenko, A. Waveguide spectroscopy of thin films / A. Khomchenko. – Elsevier, 2005. – 236 p.
  3. Cardin, J. Determination of refractive index, thickness, and the optical losses of thin films from prism-film coupling measurements/ J. Cardin, D. Leduc // Appl. Opt. – 2008. – Vol. 47, N 7. – P. 894-900.
  4. Биленко, Д.И. Определение оптических свойств и толщины нанослоёв по угловым зависимостям коэффициента отражения / Д.И. Биленко, А.А. Сагайдачный, В.В. Галушка, В.П. Полянская // ЖТФ. – 2010. – Т. 80, № 10. – С. 89-94.
  5. Тарасов, И.А. Эллипсометрическая экспресс-методика определения толщины и профилей оптических постоянных в процессе роста наноструктур Fe/SiO2/Si(100) / И.А. Тарасов, Н.Н. Косырев, С.Н. Варнаков, С.Г. Овчинников, С.М. Жарков, В.А. Швец, С.Г. Бондаренко, О.Е. Терещенко // ЖТФ. – 2012. – Т. 82, № 9. – С. 44-48.
  6. Хансперджер,  Р. Интегральная оптика: Теория и технология / Р. Хансперджер. – М.: Мир, 1985. – 384 с.
  7. Унгер, Х.Г. Планарные и волоконные оптические волноводы / Х.Г. Унгер. – М.: Мир, 1980. – 656 с.
  8. Сотский, А.Б. Анализ распределения интенсивности отражённого пучка в схеме призменного возбуждения диэлектрических волноводов / А.Б. Сотский, А.А. Романенко, А.В. Хомченко, И.У. Примак // Радиотехника и электроника. – 1999. – Т. 44, № 6. – С. 687-695.
  9. Хомченко, А.В. Волноводный метод измерения параметров тонких плёнок / А.В. Хомченко, А.Б. Сотский, А.А. Романенко, Е.В. Глазунов, А.В. Шульга // Журнал технической физики. – 2005. – Т. 75, № 6. – С. 98-106.
  10. Zhang, X.-J. Simple and efficient technique for evaluating the optical losses from surface scattering and volume attenuation in a thin film / Xi-Jing Zhang, Xi-Zhi Fan, Hui-Tian Wang, Jing-Liang He, N.B. Ming // Opt. Express. – 2002. – Vol. 10, N 25. – P. 1485-1490.
  11. Сотский, А.Б. Отражение светового пучка от призмы связи. Ч.1 / А.Б. Сотский, П.Я.  Чудаковский, И.У. При­мак, Л.И. Сотская // Вестник Могилёвского государственного университета им. А.А. Кулешова. – 2012. – Т. 39, № 1. – С. 44-59.
  12. Сотский, А.Б. Отражение светового пучка от призмы связи. Ч.2 / А.Б. Сотский, П.Я. Чудаковский, И.У. При­мак, Л.И. Сотская // Вестник Могилёвского государственного университета им. А.А. Кулешова. – 2012. – Т. 40, № 2. – С. 45-59.
  13. Тамир, Т.Интегральная оптика / Т. Тамир. – М.: Мир, 1978. – 344 с.
  14. Маркузе, Д. Оптические волноводы / Д. Маркузе. – М.: Мир, 1974. – 576 с.
  15. Лахад, Л.С.А. Рассеяние лазерного излучения в градиентных волноводах с шероховатой границей / Л.С.А. Лахад, А.Н. Осовицкий // Вестник РУДН. серия: Физика. – 2005. – Т. 13, № 1. – С. 60-67.
  16. Ильинский, А.С. Математические модели в электродинамике / А.С. Ильинский, В.В. Кравцов, А.Г. Свешников. – М.: Высшая школа, 1991. – 224 с.
  17. Elson, J.M. Propagation in planar waveguides and the effects of wall roughness / J.M. Elson // Opt. Express. – 2001. – Vol. 9, N 9. – P. 461-475.
  18. Silberstein, E. Use of grating theories in integrated optics / E. Silberstein, P. Lallane, J.P. Hugonin, Q. Cao // J. Opt. Soc. Am. A. – 2001. – Vol. 18, N 11. – P. 2865-2875.
  19. Сотский, А.Б. Дифракция света в планарных структурах с полностью согласованными слоями / А.Б. Сотский, П.Я. Чудаковский, И.У. Примак // Вестник Могилёвского государственного университета им. А.А. Ку­лешова. – 2010. – Т. 29, № 1. – С. 45-50.
  20. Шевченко, В.В. Плавные переходы в открытых волноводах / В.В. Шевченко. – М.: Наука, 1969. – 192 с.
  21. Sacks, Z.S. A perfectly matched anisotropic absorber for use as an absorbing boundary condition / Z.S. Sacks, D.M. Kingsland, R. Lee, J. Lee // IEEE Trans. Antennas Propagat. – 1995. –Vol. 43, N 12. – P. 1460-1463.
  22. Шевченко, В.В. О спектральном разложении по собственным и присоединённым функциям одной несамосопряженной задачи типа Штурмa-Лиувилля на всей оси / В.В. Шевченко // Дифференциальные уравнения. – 1979. – Т. 15, № 11. – С. 2004-2020.
  23. Сотский, А.Б. Теория оптических волноводных элементов / А.Б. Сотский. – Могилёв: МГУ им. А.А. Ку­лешова, 2011. – 456 с.
  24. Strasser, T.A. Optical loss measurement of low-loss thin-film waveguides by photographic analysis / T.A. Strasser, M.C. Gupta // Appl. Opt. – 1992. – Vol. 31, N 12. – P. 2041-2046.
  25. Weber, Н.P. Loss measurement in thin-film optical waveguides / H.P. Weber, F.A. Dunn, W.N. Leibolt // Appl. Opt. – 1973. – Vol. 12, N 4.– P. 755-757.
© 2009, IPSI RAS
Institution of Russian Academy of Sciences, Image Processing Systems Institute of RAS, Russia, 443001, Samara, Molodogvardeyskaya Street 151; E-mail: ko@smr.ru; Phones: +7 (846) 332-56-22, Fax: +7 (846) 332-56-20