Návrh a realizace optických struktur z nových optických elastomerů

Abstract

Tato bakalářská práce je zaměřena na testování nových optických elastomerů a vývoj nových technologických postupů pro výrobu mnohavidových optických planárních vlnovodů a 1x2Y výkonových optických rozbočnic s velkým rozměrem vlnovodné vrstvy. V první části práce je popsaný princip šíření světla v planárních optických vlnovodech. V další části jsou shrnuty materiály používané k výrobě planárních optických vlnovodů. Následuje návrh optických rozbočnic z vybraných nových elastomerů za pomocí specializovaného simulačního programu BeamPROP od firmy RSoft, který využívá k výpočtu metodu šíření optického svazku BPM (Beam Propagation Method). Z provedených návrhů byly vybrány k výrobě tři motivy 1x2Y a jeden 1x4Y motiv se substrátem PDMS (polydimethylsiloxan) a vlnovodnou vrstvou z materiálu PDMDPS (polydimethyldiphenyl-siloxan). Dále byly vyrobeny přímé vlnovody, které měly substrát z elastomeru PDMS a vlnovodná vrstva byla z elastomeru PDMDPS. Byly také prováděny deposiční testy, kde jako jádro byly testovány dva druhy čirého bezbarvého fotopolymeru NOA (Norland Optical Adhesive), které byly vytvrzeny pomocí UV záření. V další části předložené práce je uveden postup výroby planárních optických vlnovodů a optických rozbočnic pomocí negativní předlohy vytištěné za pomocí 3D tiskárny. V poslední části jsou uvedeny změřené vlastnosti vyrobených optických struktur. U přímých vzorků připojených na vstupu a výstupu zalitými POF vlákny (Plastic Optical Fiber) a z polymerů pro plášťovou vrstvu Sylgard 184 a jádro z polymeru NOA73 bylo dosaženo hodnot optického útlumu 0,73 𝑑𝐵/𝑐𝑚 pro vlnovou délku 532 𝑛𝑚, 0,72 𝑑𝐵/𝑐𝑚 pro vlnovou délku 650 𝑛𝑚 a 0,93 𝑑𝐵/𝑐𝑚 pro vlnovou délku 850 𝑛𝑚 (čísla vzorků 1157 a 1158). Podle provedených optimalizovaných návrhů byly vyrobeny rozbočnice 1x2Y s plášťovou vrstvou Sylgard 184 a vlnovodnou vrstvou LS6943, kde bylo dosaženo nejmenších hodnot vložného optického útlumu 1,63 𝑑𝐵 pro vlnovou délku 532 𝑛𝑚, 1,49 𝑑𝐵 provlnovou délku 650 𝑛𝑚 a 1,88 𝑑𝐵 pro vlnovou délku 850 𝑛𝑚 (pro vzorky číslo 1142 a 1143).

This bachelor thesis focuses on testing new optical elastomers and developing new technological processes for fabrication of multimode planar optical waveguides and 1x2Y power splitters with large dimensions of waveguide layer. In the first part is described the principle of light propagation in planar structures. In the next part are summarised materials used for fabrication of planar optical waveguides. Next are introduced designs of planar optical splitters from new optical elastomers using specialised simulation software BeamPROP from RSoft company which uses the BPM (Beam Propagation Method) method for calculating. Subsequently three types of simulated 1x2Y and one 1x4Y optical splitters with PDMS (polydimethylsiloxane) substrate and PDMPDS (polydimethyldiphenylsiloxane) waveguide layer were chosen. Direct waveguides were also fabricated with PDMS (polydimethylsiloxane) substrate and PDMPDS (polydimethyldiphenylsiloxane). Measurements was also done for transparent colourless photopolymer NOA (Norland Optical Adhesive) as a waveguide layer which was cured by UV-light. In the next part of the submitted project is described the process of fabrication of planar optical waveguides and optical splitters using negative pattern printed on 3D printer. In the last part are given measured properties of fabricated optical structures. Direct waveguides fabricated from Sylgard 184 (PDMS) as substrate and NOA73 as waveguide layer with attached input and output plastic optical fibres (POF) had optical loss 0,73 𝑑𝐵/𝑐𝑚 for wavelength 532 𝑛𝑚, 0,72 𝑑𝐵/𝑐𝑚 for wavelength 650 𝑛𝑚 and 0,93 𝑑𝐵/𝑐𝑚 for wavelength 850 𝑛𝑚 (sample number 1157 and 1158). According to optimized designs, 1x2 splitters with Sylgard 184 as substrate and LS6943 as waveguide layer were fabricated where the lowest optical insertion loss values of 1,63 𝑑𝐵 for wavelength532 𝑛𝑚, 1,49 𝑑𝐵 for wavelength 650 𝑛𝑚 and 1,88 𝑑𝐵 for wavelength 850 𝑛𝑚 (sample number 1142 and 1143).