Аннотация. Представлен сравнительный анализ двух альтернативных способов формирования оптических волноводов на основе экспериментально полученных пространственных профилей показателя преломления кварцевого стекла при фемтосекундной микрообработке. Рассматриваются преимущества и недостатки обеих методик — создания сердцевины волновода с повышенным показателем преломления и создания оболочки волновода с пониженным показателем преломления. Проведен численный анализ влияния наиболее существенных наблюдаемых в ходе эксперимента возмущений на основные параметры волновода: эффективный показатель преломления, диаметр и форму модового распределения, входные и выходные потери на согласование мод со стандартными оптическими волокнами. В качестве основных возмущений при фемтосекундной записи рассмотрены локальное уменьшение пиковой интенсивности лазерного излучения (вызывающее локальное уменьшение индуцируемого показателя преломления) и локальное отклонение точки фокусировки от заданной траектории (на характерную величину 2 мкм). Результаты исследования могут быть использованы при фемтосекундной записи волноводов с пониженными потерями на рассеяния, а также для повышения повторяемости и надежности данной технологии микрообработки.

Ключевые слова: лазерно-индуцированное воздействие, фемтосекундная запись, локально модифицированная область, индуцированный показатель преломления, волновод

Список литературы:

1. Osellame R., Cerullo G., Ramponi R. Femtosecond Laser Micromachining Photonic and Microfluidic Devices in Transparent Materials. London: Springer, 2012.
2. Okhrimchuk A. G., Shestakov A. V., Khrushchev I., Mitchell J. Depressed cladding, buried waveguide laser formed in a YAG: Nd 3+ crystal by femtosecond laser writing // Opt. Lett. 2005. Vol. 30, N 17. P. 2248—2250.
3. Streltsov A. M., Borrelli N. F. Fabrication and analysis of a directional coupler written in glass by nanojoule femtosecond laser pulses // Opt. Lett. 2001. Vol. 26, N 1. P. 42—43.
4. Williams R. J., Kramer R. G., Nolte S., Withford M. J. Femtosecond direct-writing of low-loss fiber Bragg gratings using a continuous core-scanning technique // Opt. Lett. 2013. Vol. 38, N. 11. P. 1918—1920.
5. McMillen B. et al. Ultrafast laser fabrication of Bragg waveguides in chalcogenide glass // Opt. Lett. 2014. Vol. 39, N. 12. P. 3579—3582.
6. Dubov M., Boscolo S., Webb D. J. Microstructured waveguides in z-cut LiNbO 3 by high-repetition rate direct femtosecond laser inscription // Opt. Mater. Express. 2014. Vol. 4, N. 8. P. 1706—1716.
7. Ma Xiao-Song. Integrated quantum photonics: On-chip teleportation // Nature Photonics. 2014. Vol. 8. P. 749.
8. Mermillod-Blondin A. et al. Size correction in ultrafast laser processing of fused silica by temporal pulse shaping // Appl. Phys. Lett. 2008. Vol. 93. P. 021921.
9. Okhrimchuk A.G. et al. Waveguide-saturable absorber fabricated by femtosecond pulses in YAG: Cr 4+ crystal for Q-switched operation of Yb-fiber laser // Opt. Lett. 2009. Vol. 34. P. 3881—3883.
10. Bukharin M. A., Khudyakov D. V., Vartapetov S. K. Heat accumulation regime of femtosecond laser writing in fused silica and Nd: phosphate glass // Appl. Phys. A. 2015. Vol. 119, N. 1. P. 397—403. 
11. Zhang H., Eaton S. M., Herman P. R. Low-loss Type II waveguide writing in fused silica with single picosecond laser pulses // Opt. Express. 2006. Vol. 14, N. 11. P. 4826—4834.
12. Payne F., Lacey J. A theoretical analysis of scattering loss from planar optical waveguides // Opt. Quantum Electron. 1994. Vol. 26. P. 977—986.
13. Melati D., Morichetti F., Melloni. A unified approach for radiative losses and backscattering in optical waveguides // A. J. Opt. 2014. Vol. 16. P. 055502.
14. Semenov A. S., Smirnov V. L., Shmalko A. V. Integral Optics for System of Information Transmission and Processing. Moscow: Radio and Communication, 1990.
15. Osellame R., Taccheo S., Marangoni M., Ramponi R., Laporta P., Polli D., De Silvestri S., Cerullo G. Femtosecond writing of active optical waveguides with astigmatically shaped beams // J. Opt. Soc. Amer. B-Opt. Phys. 2003. Vol. 20. P. 1559—1567.
16. Ams M., Marshall G. D., Spence D. J., Withford M. J. Slit beam shaping method for femtosecond laser direct-write fabrication of symmetric waveguides in bulk glasses // Opt. Express. 2005. Vol. 13. P. 5676—5681.