Основными задачами НИЛ ВИО на данный момент являются:

• Создание МОЭМС (Микрооптоэлектромеханические системы - устройства, объединяющие в себе микроэлектронные и оптические микромеханические компоненты).

• Создание элементов фотонных интегральных схем
  

• Разработка и изготовление интегрально-оптических волноводных структур на основе технологий микроэлектроники и микросистемной техники.

• Решение проблемы ввода – вывода излучения в плоские волноводные структуры.
  Сопряжение технологии МЭМС структур с оптическими технологиями.

Также лаборатория занимается разработкой и изготовлением оптических сенсоров.

Разработка и изготовление интегрально-оптических волноводных структур на основе технологий микроэлектроники

В настоящее время интенсивно развивается направление оптоэлектронной техники с обработкой сигналов в оптическом тракте. Данное направление позволит решить многие проблемы радиофотоники по передаче и обработке сигналов для Активных Фазированных Антенных Решеток (АФАР).

К сожалению, сейчас в России отсутствует технология элементной базы оптоэлектроники. Поэтому мы решили на технологическом уровне решить эту проблему.

Для решения этой задачи необходимо подобрать наиболее дешевую технологию и материалы на которых будут изготавливаться волноводные структуры для элементов фотоники.

В первую очередь необходимо отработать технологию изготовления волноводов и элементов ввода вывода светового излучения в волноводных системах.

В настоящее время мы изготовили волноводы на основе самых распространенных в микроэлектронике материалах, это кремний, двуокись кремния – кварц и нитрид кремния. Окись кремния и нитрид кремния получаются при проведении стандартных в микроэлектронике операций на стандартном оборудовании.

Сейчас производится тестирование изготовленных волноводов на потери, а также подбор альтернативных материалов для ядра волноводов с точки зрения технологичности и уменьшения потерь. Альтернативным материалом нитриду кремния может служить двуокись титана. Двуокись титана может обладать более высоким коэффициентом преломления по сравнению с нитридом кремния, что во многих случаях позволит решать задачи неразрешимые при использовании нитрида кремния. Например, это увеличение контраста волноводов с целью согласования и перекачки световой энергии в электрооптические волноводные структуры, изготовленные например на ниобате лития. Также этот материал будет очень полезен для изготовления оптических конвертеров - элементов для передачи световой энергии в волноводные структуры с разным размером.

Одним из элементов оптоэлектронного тракта позволяющим производить фильтрацию оптических сигналов в широчайшем диапазоне частот с полосой от единиц килогерц до десятков гигагерц являются резонаторы на модах шепчущей галереи, так называемые WGM резонаторы. Существуют прецизионные методы единичного, штучного изготовления WGM резонаторов с большим набором проблем точения, полировки и ввода излучения.
Нам представляется, что гораздо более эффективно изготавливать WGM резонаторы методами микроэлектроники, которые позволят массово производить оптоэлектронные схемы на основе кремния или кварца.

Ранее WGM резонаторы, изготавливаемые за рубежом, представляли кольцевую структуру толщиной порядка единиц микрон. Свет в резонаторном кольце вращается по периметру вертикальной стенки кольца. Для получения большой добротности резонатора необходимо было осуществлять полировку вертикальной стенки резонатора до размеров шероховатостей 0.5 нм. Стандартная литографическая техника не позволяет этого сделать, и это представляет большую технологическую проблему.

Недавно за рубежом был предложен метод создания WGM резонатора на волноводном принципе работы. В данном случае WGM резонатор работает как обычный волновод. А если в этом волноводе толщину вертикальной стенки сделать очень тонкой, порядка 50 нм, то ширину волновода для сохранения одномодового режима можно взять не в пол длины волны как в обычном волноводе, а в несколько длин волн. При этом было показано, что при ширине волновода 5 мкм и радиусе резонатора более 3 мм, сохраняется одномодовый режим работы. Основной проблемой в изготовлении WGM резонаторов на имеющихся в России литографических машинах является проблема прорисовки тонких линий размером менее 1 мкм, и также совмещения менее 1 мкм.
Предложенный метод снимает проблему тонких линий и совмещения, т.к. ширина волноводной системы будет составлять 5 мкм.

Нами в настоящее время ведется интенсивное исследование технологии для для получения WGM резонаторов, одномодовых волноводов и элементов ввода вывода излучения. В настоящее время нами отработана технология изготовления дифракционных решеток с непрерывным профилем для ввода вывода излучения в волновод.

На основе кольцевых WGM резонаторов можно будет изготавливать линии задержки для создания АФАР с оптическим управлением.

Будет создаваться линия из дискретных элементов задержки с нужным количеством разрядов с элементами переключения между разрядами.

Презентации:

Разработка и изготовление интегрально-оптических волноводных структур на основе технологий микроэлектроники и микросистемной техники

КОИС (Кремниевые оптические ИС)