Příprava a měření vlastností optických polymerních vlnovodů pro fotonické aplikace

Abstract

Diplomová práce se zabývá přípravou optických polymerních planárních vlnovodů metodou mikrodávkování. V první části práce jsou shrnuty dosavadní výsledky publikací s touto problematikou. Následně je navrženo a sestaveno pracoviště pro nanášení optických vlnovodů pomocí mikrodávkovače. Jsou otestovány optické vlastnosti dostupných optických elastomerů polydimethylsiloxane (PDMS) a jsou zvoleny materiály Sylgard 184 (plášť) a LS-6943 (jádro) pro přípravu kanálkových optických vlnovodů. S těmito materiály je následně provedena série depozičních testů, při kterých je optimalizován proces nanášení vlnovodných jader o průměru 50 a 500 μm. S optimalizovanými depozičními procesy je připravena sada vzorků s vlnovodnými kanálky, které jsou následně vyhodnocovány z hlediska měrného optického útlumu a kompatibility s optickými vlákny. Připravené vlnovody s jádrem o průměru 50 μm mají měrné optické útlumy pohybující se nad hranicí 1 dB/cm na vlnových délkách 650; 850 a 1300 nm. Vlnovody mají podobné rozložení vidového pole jako mnohovodivé optické vlákno s jádrem o průměru 50 μm. Nanesené vlnovodné kanálky o průměru 500 μm mají průměrný měrný útlum 0,28; 0,34 a 0,42 dB/cm na vlnových délkách 650; 850 a 1300 nm. Rozložení vidového pole těchto vlnovodů je podobné jako má optické vlákno s jádrem o průměru 500 μm. Výsledkem diplomové práce je realizované pracoviště využívající mikrodávkovač, který umožní nanášet optické polymerní vlnovody s velkým rozměrem vlnovodného jádra, které je možno použít pro senzorové aplikace v širokém rozsahu vlnových délek od viditelného spektra po blízkou infračervenou oblast.

The thesis deals with fabrication of optical polymer planar waveguides using microdispensing method. The first part of the thesis summarizes the results of previous publications dealing with this topic. Subsequently, a workplace for fabrication of optical waveguides using micro-dispenser is designed and assembled. Optical properties of available polydimethylsiloxane (PDMS) optical elastomers are measured and materials Sylgard 184 (cladding) and LS-6943 (core) are selected for the preparation of channel optical waveguides. A series of deposition tests is then performed using the selected materials, during which the deposition process is optimized for optical waveguides with 50 and 500 μm core diameter. With the optimized deposition processes, a set of samples with channel waveguides is prepared, which are subsequently evaluated in terms of specific optical attenuation and compatibility with optical fibers. The prepared waveguides with a core diameter of 50 μm have specific optical attenuations above 1 dB/cm at wavelengths 650; 850 and 1300 nm. The waveguides have a similar mode field distribution as a multimode optical fiber with a core diameter of 50 μm. The deposited waveguide channels with a core diameter of 500 μm have an average specific attenuation of 0.28; 0.34 and 0.42 dB/cm at wavelengths 650; 850 and 1300 nm respectively. Mode field distribution of these waveguides is similar to that of an optical fiber with a core diameter of 500 μm. The result of the thesis is a realized workplace with a microdispenser, which allows the application of optical polymer waveguides with a large waveguide core size, which can be used for sensor applications in a wide range of wavelengths from visible to near infrared.