II Standart Bölge Batı Karadeniz

Como mencionado anteriormente, foram fabricados guias de onda com uma nova geometria que chamamos de pedestal utilizando as etapas de processamento descritas na seção 2.3. Três diferentes alturas de pedestal ‘h’ foram fabricadas h = 2,5, 3,5 e 4,5 µm, e as larguras de guia variaram de 2 a 20 µm.

A Figura 4.10a e a Figura 4.10b mostram micrografias obtidas por MEV dos guias ARROW pedestal com h = 2,5 µm e h = 3,5 µm, respectivamente. Nas seções anteriores mostramos que a rugosidade da parede lateral pode ser melhorada através da modificação das condições de plasma RIE, a fim de torná-la menos agressiva a mascara de cromo, embora isto só seja possível utilizando longos tempos de corrosão (8 horas no plasma RIE). Os guias de onda pedestal mostrados, por outro lado, foram fabricados com as condições normais de corrosão (RIE 1, Tabela 2.7).

Além disso, verificou-se que os guias de onda resultantes têm poucas imperfeições, conforme visto na Figura 4.10a e ‘b’, já que a etapa de litografia é realizada após o óxido crescido termicamente e não após o óxido de PECVD espesso usado como núcleo, que por

60 natureza é muito menos homogêneo em espessura e, ocasionalmente, apresenta defeitos em forma de bolha que podem até levar a interrupções no guias de onda se o fotorresiste utilizado não é espesso o suficiente para cobri-las.

Comparando a Figura 4.10a com a Figura 4.10b, observa-se que a menor altura de pedestal corresponde à menor largura lateral 'wL’. Em ambos os casos, a parede lateral tem

uma forma que se assemelha a um semicírculo, sendo que a posição deste semicírculo varia de acordo com a altura do pedestal: na Figura 4.10a o centro do semicírculo parece estar no meio do núcleo, enquanto que na Figura 4.10b o centro parece estar perto da interface entre o núcleo e as camadas antirressonantes. A Figura 4.10c mostra um guia pedestal com 40 µm de largura fabricado com uma etapa de corrosão isotrópica de 10 minutos, o que resultou em uma corrosão por debaixo do óxido (undercut) de cerca de 7 µm. Esse undercut fez com que guias com larguras inferiores a 15 µm tenham sido ejetados, o que não possibilita a fabricação de guias monomodo com um passo de corrosão isotrópica tão grande. Estes guias (Figura 4.10c) foram os primeiros guias pedestal fabricados e apesar de não se ter conseguido fabricar guias monomodo, devido ao fato mencionado, os guias multimodo (com larguras grandes) guiaram bastante bem (com atenuações da ordem de 1 dB/cm).

61 Figura 4.10. Micrografias dos guias ARROW pedestal com h = 2,5 µm (a), h = 3,5 µm (b) e guia de onda com 40 µm em largura e corrosão isotrópica (c).

O gráfico 3D da distribuição de intensidade luminosa ao longo da superfície de saída do guia de onda (obtido com a ajuda de um software de edição de imagem, ImageJ) para guias de onda ópticos com larguras de 6 e 10 µm são mostradas nas Figura 4.11a e b, respectivamente. A imagem capturada pela câmera CCD também é mostrada no lado esquerdo de cada figura. Como pode ser visto na figura, os guias com largura igual ou inferior a 6 µm possuem apenas o modo fundamental. No entanto, em guias de onda ópticos com 7 a

62 10 µm de largura, foi possível observar um ou dois lobos horizontais, que estão relacionados com os modos quasi-TE00 e TE20, dependendo da posição da fibra óptica usada para inserir luz no guia de onda.

Figura 4.11. Imagens capturadas com câmera CCD ao lado de gráfico 3D da intensidade luminosa na saída de guias pedestal com largura de 6 m (a) e 10 m (b).

A Figura 4.12 mostra as perdas ópticas em função da largura do guia de onda para os guias ARROW pedestal com alturas de 2,5, 3,5 e 4,5 µm.

Figura 4.12. Perdas por propagação medidas para ARROWs pedestal com 4,5 µm (a), 3,5 µm (b) e 2,5 µm (a) de profundidade. A linha tracejada corresponde à tendencia para os guias fabricados com o passo de corrosão isotrópica e a linha contínua para os guias fabricados sem este passo.

63 Para efeito de comparação, os resultados obtidos com os guias fabricados com e sem corrosão isotrópica do substrato de silício são apresentados nesta figura. Pode-se observar na figura que todos os guias de onda fabricados sem o passo de corrosão isotrópica apresentaram menores perdas do que guias fabricados com este passo para larguras inferiores a 12 µm. No caso dos guias de ondas com altura de h = 2,5 µm, a perda da estrutura mais larga que permite operação monomodo (larguras de 6 mm) foi de 0,84 dB/cm. Esses guias de onda foram os que apresentaram os melhores resultados em termos de perdas de propagação. Como visto na micrografia correspondente na Figura 4.10, esses guias têm um núcleo com um formato que tende a manter a luz mais concentrada na região central, ao contrário dos outros guias de ondas com altura pedestal de 3,5 e 4,5 µm, que têm uma forma semelhante à da Figura 4.10b.

O menor valor de perda óptica obtida foi de 0,45 dB/cm correspondendo a um guia de onda de 9µm de largura, ainda mais baixo que as perdas obtidas com ARROWs convencionais fabricadas com condição de plasma RIE menos agressiva. Os guias de onda que passaram por 7 µm de corrosão isotrópica (Figura 4.10c) resultaram em perdas em torno de 1 dB / cm, embora guias com larguras inferiores a 15 µm tenham sido ejetados, como mencionado.

A Tabela 4.5 mostra uma comparação entre as perdas dos guias pedestal, os guias fabricados com novas condições de corrosão por plasma RIE e os primeiros guias ARROW fabricados com TiO2 em trabalhos anteriores.

Tabela 4.5. Comparação das perdas medidas para os primeiros guias ARROW fabricados, guias fabricados com novas condições de corrosão e guias pedestal, para diferentes larguras.

Perdas por propagação (dB/cm)

Largura Primeiros ARROW Novas condições RIE Pedestal 6 µm 4,97±0,32 2,23±0,87 0,84±±±±0,22

7 µm 5,60±0,90 2,36±0,28 1,32±0,37

8 µm 3,18±±±±0,42 1,52±±±±0,19 0,59±0,15

9 µm 2,28±0,29 1,39±0,25 0,45±0,27

Os valores dentro da região cinza nesta tabela correspondem à guias monomodo. Como pode-se ver as perdas para guias monomodo de maior largura diminuiram com as novas condições de corrosão e ainda mais no caso da utilização de pedestais no nosso processo de fabricação.

64