CN100364912C - 离子交换法制备波导的玻璃基片夹具 - Google Patents

Abstract

一种离子交换法制备波导的玻璃基片夹具，它由提升杆、夹具片、夹具托和连接件连接组合而成，提升杆可以灵活升降，在离子交换过程中不必打开炉腔，从而保证了交换温度的稳定性；夹具托中的玻璃基片托上部横截面呈三角形或半圆形，在离子交换完毕后提升夹具，熔盐能够完全流下，不会残留在玻璃基片的底部，保证玻璃基片的清洁。本发明离子交换法制备波导的玻璃基片夹具结构简单，加工方便，使用可靠。

Description

离子交换法制备波导的玻璃基片夹具

技术领域

本发明涉及光波导器件，是一种离子交换法制备波导的玻璃基片夹具，该夹具主要用于利用离子交换法制备玻璃波导器件的工艺过程中玻璃基片的提取。

背景技术

近年来，随着集成光学技术的迅速发展，人们对光波导的研究越来越深入，目前光波导的制作主要是在Si、InP、LiNbO₃、玻璃等衬底材料上完成的，主要的制备工艺有等离子体化学气相沉淀法、溅射法、溶胶-凝胶法、离子交换法等。其中利用离子交换法制备玻璃光波导器件具有制作工艺简单、成本低廉、制备的玻璃波导器件具有传输损耗低、折射率及模场分布与光纤匹配良好、便于集成等优点，在光通信、光传感器及其他需要对光信号进行处理和控制的领域中有着广阔的应用前景。

利用离子交换法制备玻璃波导的基本原理是：将玻璃基片浸入具有一定温度的熔盐中(如AgNO₃、KNO₃等)，玻璃中金属阳离子(如Na⁺)与熔盐中的金属阳离子(如Ag⁺或K⁺)发生交换，熔盐中的阳离子进入到玻璃中，玻璃中的阳离子被置换出来，从而引起交换处折射率的改变，引起折射率改变的机制主要有以下三种：

(1)交换离子的半径不同引起玻璃内部结构和摩尔体积发生变化；

(2)交换离子的电位移极化率不同引起电位移极化率改变；

(3)离子扩散引起玻璃内部应力的变化。

通过控制熔盐中交换离子的浓度以及离子扩散的时间和温度，可以控制折射率的改变量和折射率分布，从而制备出符合要求的玻璃波导器件。对离子交换工艺的良好控制，如熔盐的均匀性，温度的恒定性等，是制备性能稳定可靠的玻璃波导器件的关键，同时为进行批量生产则需要一次能够同时对多片玻璃基片进行离子交换。以往进行离子交换是用镊子直接将玻璃基片放入熔融的熔盐中，交换完毕后再用镊子将玻璃基片取出，这个过程必须打开交换炉腔，从而会引起炉温的变化；另外在对多片玻璃基片同时进行离子交换时，各个玻璃基片容易重叠在一起，造成交换不均匀，最终会影响玻璃波导器件的性能，不利于进行批量生产。

发明内容

本发明针对以上离子交换过程存在的问题，提供了一种用于离子交换法制备波导的玻璃基片夹具，该玻璃基片夹具应具有结构简单，使用方便可靠，克服上述现有技术的缺点。在制备波导过程中不必打开交换炉腔，从而不会引起炉温的变化；对多片玻璃基片同时进行离子交换时，各个玻璃基片不会重叠，离子交换均匀，可进行批量生产。

本发明的技术解决方案如下：

一种用于离子交换法制备波导的玻璃基片夹具，它由提升杆、第一夹具片、第二夹具片和夹具托通过一连接件组合而成，所述的第一夹具片、第二夹具片各为一矩形块，置于所述的连接件左右两端相对且平行，分别与所述的连接件相连接，所述的夹具托与所述的连接件的底面相连接，所述的提升杆与所述的连接件的顶面相连接，所述的第一夹具片、第二夹具片的相对面挖设有两对或两对以上的一一相对的供玻璃基片插设的上下贯通的凹槽，所述的夹具托的玻璃基片托的顶面呈棱形或圆弧形，所述的第一夹具片、第二夹具片和夹具托的底面处于同一平面。

所述的凹槽的截面为矩形、或三角形、或半圆形。

所述的连接为固定连接，或可拆卸的螺栓连接。采用螺栓连接方式时，选择不同的长度的连接件连接后，可适用于不同尺寸的玻璃基片。

本发明夹具的优点是：

1、第一夹具片和第二夹具片上的凹槽将玻璃基片分开，保证在离子交换过程中熔盐与玻璃基片能够充分接触。

2、玻璃基片竖直插入夹具所述的的凹槽中，交换完毕后提起提升杆，玻璃基片上的熔盐由于重力作用流下，不会残留在玻璃表面，同时玻璃基片托上部分横截面为三角形或半圆形，保证熔盐完全流下，也不会残留在玻璃基片的底部。

3、该夹具可以灵活地被提升，从而使玻璃基片放入交换炉后，在进行预热、交换、退火过程时无需打开交换炉腔，保证了交换温度的稳定性。

4、本发明夹具的第一夹具片和第二夹具片的长度可以根据需要延长，增加凹槽对的数目，对多片玻璃基片同时进行离子交换，特别是该夹具的提升杆、夹具片、夹具托与连接件采用可拆卸的螺栓连接方式组合时，只需选用不同长度的连接件，即适用于不同尺寸的玻璃基片，装配调节灵活，适合于批量生产。

附图说明

图1是本发明玻璃基片夹具实施例1的立体外观图

图2是实施例1的分解透视示意图

图3是本发明实施例2的立体外观图

图中：

1-提升杆  11-螺纹

2-第一夹具片21，22-圆形通孔  23，2N-玻璃基片置放的凹槽

3-第二夹具片31，32-圆形通孔  33，3N-玻璃基片置放的凹槽

4-夹具托  41，44-玻璃基片托  42-连接件托  43-圆形通孔

5-连接件  51-上螺孔52，53-左螺孔  54-下螺孔  55，56-右螺孔

具件实施方式

先请参阅图1和图2，图1是本发明玻璃基片夹具实施例1的立体外观图，图2是实施例1的分解透视示意图，由图可见，实施例1是一种采用可拆卸的螺栓连接方式组合的玻璃基片夹具，它由提升杆1、第一夹具片2、第二夹具片3和夹具托4通过一连接件5组合而成，所述的第一夹具片2、第二夹具片3各为一矩形块，与所述的连接件5左右两端相对且平行地相连接，所述的夹具托4与所述的连接件5的底面相连接，所述的提升杆1与所述的连接件5顶面相连接，所述的第一夹具片2、第二夹具片3的相对面挖设有两对或两对以上的一一相对的供玻璃基片插设的上下贯通的凹槽23，2N，33，3N，所述的夹具托4的玻璃基片托41，44的顶面呈棱形或圆弧形，所述的第一夹具片2、第二夹具片3和夹具托4的底面处于同一平面。

所述的凹槽为矩形凹槽。

本发明的夹具，提升杆1可以采用不锈钢材料制备，不锈钢材料质地坚硬，不易变形；第一夹具片2、第二夹具片3和夹具托4和连接件5采用硬铝材料制备，硬铝材料钻孔、车槽容易方便，而且不会与熔盐发生反应。提升杆1下端套螺纹11与连接件5的上螺孔51拧牢；用螺栓分别通过圆形通孔21，22、31，32与连接件5上的左螺孔52，53和右螺孔55，56将第一夹具片2、第二夹具片3与连接件5连接在一起；用螺栓通过夹具托4的圆形通孔43与连接件5的下螺孔54将夹具托4与连接件5连接在一起。第一夹具片2和第二夹具片3上的矩形直通凹槽23，2N，33，3N一一对应，用于放置进行离子交换的玻璃基片。

所述的夹具托4的玻璃基片托41，44上半部横截面呈三角形，夹具托4中的连接件托42上表面为矩形平面，圆形通孔43位于矩形平面的中央。该夹具有两对凹槽23，2N，33，3N，可以放置两片玻璃基片同时进行离子交换。进行离子交换时，将盛有熔盐的坩埚和放有玻璃基片的夹具一起放入交换炉腔内，预热阶段夹具处于提升状态，使得玻璃基片处于熔盐上方；待温度达到交换温度并稳定后，降下夹具，使玻璃基片浸入熔盐中进行离子交换；交换完毕后提升夹具，玻璃基片从熔盐中取出，进行退火处理。由于玻璃基片是竖直放置，上面的熔盐由于重力作用自动流下，同时夹具托4中的玻璃基片托41，44的上部分横截面为三角形，熔盐可以完全流下，不会残留在玻璃基片的底部，保证了玻璃基片的洁净。在整个预热、交换、退火过程中，无需打开炉腔，只需提升或下降夹具即可，从而保证了温度的稳定性。

实施例2

图3给出了将第一夹具片2和第二夹具片3上的矩形凹槽的对数扩展为8对，夹具托4中的玻璃基片托41，44上部分横截面为半圆形。该夹具可以同时放置8片玻璃基片进行离子交换，提高了离子交换的效率，在生产过程中可以根据实际需要来设计加工不同数目的矩形凹槽对，以进行批量作业。

Claims (4)

1.一种用于离子交换法制备波导的玻璃基片夹具，特征在于它由提升杆(1)、第一夹具片(2)、第二夹具片(3)和夹具托(4)通过一连接件(5)组合而成，所述的第一夹具片(2)、第二夹具片(3)各为一矩形块，相对且平行地置于所述的连接件(5)左右两端与所述的连接件(5)相连接，所述的夹具托(4)与所述的连接件(5)的底面相连接，所述的提升杆(1)与所述的连接件(5)顶面相连接，所述的第一夹具片(2)、第二夹具片(3)的相对面挖设有两对或两对以上的一一相对的供玻璃基片插设的上下贯通的凹槽(23.2N.33.3N)，所述的夹具托(4)的玻璃基片托(41，44)的顶面呈棱形或圆弧形，所述的第一夹具片(2)、第二夹具片(3)和夹具托(4)的底面处于同一平面。

2.根据权利要求1所述的玻璃基片夹具，其特征在于所述的凹槽(23，2N，33.3N)的截面为矩形、或三角形、或半圆形。

3.根据权利要求1所述的玻璃基片夹具，其特征在于所述的连接为螺栓连接。

4.根据权利要求3所述的玻璃基片夹具，其特征在于所述的连接件(5)具有一系列不同的长度可供选配。

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