CN102010141A - 一种电场静态偏置抑制银线的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电场静态偏置抑制银线的方法及装置。用待交换的带有掩膜的玻璃基片将盛有一部分含有银离子的熔盐的容器和盛有另一部分含有银离子的熔盐的另一容器彼此隔离；负电极插入容器的熔盐中，正电极插入另一容器的熔盐中，有掩膜的玻璃基片面朝向容器的熔盐；当负电极与正电极间加载了1～10V的电场时，由于掩膜表面有氧化层的存在，而熔盐在熔融状态下是良导体，因此在外加电场的情况下，掩膜下表面的电势高于无掩膜的电势，抵消了形成银线的电势差，从而抑制了银线的生成。本发明电场的静态偏置较好地抑制了银线的生成；实现方法简单易行。
Description
技术领域
本发明涉及玻璃基离子交换技术，特别是涉及一种电场静态偏置抑制银线的方法及装置。
背景技术
玻璃基离子交换工艺是应用于玻璃波导制作的主要工艺之一。它具有工艺条件简单、成本低廉和可用于批量制造等特点。常用的波导源离子有银离子、钾离子和铊离子等。而采用银离子制作得到的玻璃波导因具有易于观察、物理化学稳定性好、传输损耗低和与光纤的匹配性好等优点广受关注。玻璃基离子交换工艺主要分为两种：第一种是玻璃基离子热交换工艺，它基于高温下离子的自由热扩散来实现玻璃上特定区域的原始碱性阳离子和熔盐中的源离子交换进而生成离子交换的波导。这种工艺具有条件简单、交换温度不高以及操作方便等优点，但是也具有交换时间长、对掩膜要求较高以及制作得到的波导易受玻璃表面影响等缺点。第二种是玻璃基电场辅助离子交换工艺，它通常以离子热交换工艺作为前置工艺，以提供初始的交换源。交换过程中，在电场的辅助作用下，进入玻璃的源离子沿着电场方向进一步与玻璃中的碱性阳离子进行交换，进而形成埋入型的玻璃波导。这种工艺具有易于实现、交换温度不高以及交换系统构建简单等特点，并极大地缩短了交换时间，改善了波导的离子分布，使得波导与光纤更匹配，同时埋入型的波导对玻璃表面的影响更不敏感，很好地提高了波导及相关器件的稳定性。
以上两种工艺均涉及了玻璃基离子热交换，而采用银离子作为源的玻璃基热交换工艺过程具有的主要问题之一是波导的银线问题，主要表现为波导两侧的掩膜下表面出现沿波导的含有银离子的亮线。这种银线对波导的折射率分布和限制性都会产生较大影响，需要尽量避免银线的产生。实际工艺中，由于交换时间、交换温度和掩膜等各方面的影响，银线较难避免。
银线的生成主要是因为玻璃中被交换离子和交换源银离子间的迁移率差所引起的电势差以及掩膜和熔盐产生的化学电势差，这两者的叠加使得玻璃基片中无掩膜区域的电势高于掩膜下表面区域的电势，这个电势差促进了银离子在掩膜下表面的聚集，当银离子聚集到一定程度时形成银线
发明内容
本发明的目的在于提供一种电场静态偏置抑制银线的方法及装置，在采用银离子作为源的玻璃基离子热交换工艺过程中采用电场静态偏置，抑制了银线的生成，实现简单，具有较好的抑制效果。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一、一种电场静态偏置抑制银线的方法：
用待交换的带有掩膜的玻璃基片将盛有一部分含有银离子的熔盐的容器和盛有另一部分含有银离子的熔盐的另一容器彼此隔离；负电极插入容器的熔盐中，正电极插入另一容器的熔盐中，有掩膜的玻璃基片面朝向容器的熔盐；当负电极与正电极间加载了1～10V的电场时，由于掩膜表面有氧化层的存在，而熔盐在熔融状态下是良导体，因此在外加电场的情况下，掩膜下表面的电势高于无掩膜的电势，抵消了形成银线的电势差，从而抑制了银线的生成。
所述含有银离子的熔盐为硝酸钠、硝酸钙和硝酸银的摩尔比为1∶1∶0.003。
二、一种电场静态偏置抑制银线的装置：
技术方案1：
将盛有熔盐的辅助容器嵌入容器的另一熔盐中，辅助容器底面设置待交换的带有掩膜的玻璃基片与容器彼此隔离，其中有掩膜的玻璃基片面朝向辅助容器的熔盐，熔盐中嵌入负电极，另一熔盐中嵌入正电极，玻璃基片、负电极和正电极相互平行。
技术方案1：
将带支脚容器中间用带有掩膜的玻璃基片隔成两个容腔，在一个容腔中盛有一部分熔盐，熔盐中插入负电极；在另一个容腔中盛有另一部分熔盐，熔盐中插入正电极；有掩膜的玻璃基片面朝向一个容腔的熔盐。
以上两种技术方案中，所述容器为石英或铂金容器；所述正、负电极为铂金电极；所述玻璃基片的掩膜为铝掩膜或钛掩膜。
本发明具有的有益效果是：
1.电场的静态偏置较好地抑制了银线的生成。
2.实现方法简单易行。
附图说明
图1是一种电场静态偏置抑制银线的装置结构示意图。
图2是图1中玻璃基片局部放大示意图。
图3是另一种电场静态偏置抑制银线的装置结构示意图。
图中：1、负电极，2、含有银离子的熔盐，3、辅助容器，4、掩膜，5、玻璃基片，6、含有银离子的熔盐，7、正电极，8、容器，9、电场，10、掩膜氧化层，11、掩膜下表面区域，12、无掩膜区域，13、带支脚容器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，是本发明的一种装置结构示意图，将盛有熔盐2的辅助容器3嵌入容器8的另一熔盐6中，辅助容器3底面设置待交换的带有掩膜4的玻璃基片5与容器8彼此隔离，其中有掩膜4的玻璃基片5面朝向辅助容器3的熔盐2，熔盐2中嵌入负电极1，另一熔盐8中嵌入正电极7，玻璃基片5、负电极1和正电极7相互平行。
如图2所示，当负电极与正电极间加载了1～10V的电场时，由于掩膜4表面有掩膜氧化层10的存在，而熔盐2和熔盐6在熔融状态下是良导体，因此在外加电场9的情况下，掩膜下表面区域11的电势高于熔盐2中的电势，且熔盐2中的电势与无掩膜区域12的电势相等，因此，掩膜下表面区域11的电势高于无掩膜区域12的电势，这抵消了形成银线的电势差，从而抑制了银线的生成。
如图3所示，是本发明的另一种装置结构示意图，将带支脚容器13中间用带有掩膜4的玻璃基片5隔成两个容腔，在一个容腔中盛有一部分熔盐2，熔盐2中插入负电极1；在另一个容腔中盛有另一部分熔盐6，熔盐6中插入正电极7；有掩膜4的玻璃基片5面朝向一个容腔的熔盐2。
所述辅助容器3、容器8和带支脚容器13为石英或铂金容器；所述正电极7、负电极1为铂金电极或者其他惰性电极；所述玻璃基片5的掩膜4为铝掩膜或钛掩膜或者其他常用金属掩膜。
所述的辅助器皿3可以采用筒形结构，或者其他可实现熔盐隔离的结构。
实施例1：
在内壁直径为12cm的圆形石英容器中置入硝酸钠、硝酸钙和硝酸银的摩尔比为1∶1∶0.003的混合熔盐以及铂金电极。内壁直径为7cm的石英圆筒形管与带有光刻图样的铝掩膜的直径为7.5cm的玻璃基圆片通过绝缘耐热胶粘合成一个密闭容器，掩膜朝上。置入硝酸钠、硝酸钙和硝酸银的摩尔比为1∶1∶0.003的混合熔盐以及铂金电极。将石英圆筒形管与带有掩膜的玻璃基片合成的密闭容器置入内壁直径为12cm的圆形石英容器中。在两片电极间对玻璃基片加载10V的电压完成离子交换。
实施例2：
将两个对称的带有支撑的直径为7cm的圆形石英容器通过绝缘耐热胶密闭粘合在直径为7.5cm的带有铝掩膜的玻璃基圆片两侧，玻璃基圆片连同两侧的石英容器竖直放置。带有掩膜的一侧置入硝酸钠、硝酸钙和硝酸银的摩尔比为1∶1∶0.003的混合熔盐以及加负电的铂金电极，另一侧置入酸钠、硝酸钙和硝酸银的摩尔比为1∶1∶0.003的混合熔盐以及加正电的铂金电极。在两片电极间对玻璃基片加载1V的电压完成离子交换。
Claims (6)
1.一种电场静态偏置抑制银线的方法，其特征在于：用待交换的带有掩膜的玻璃基片将盛有一部分含有银离子的熔盐的容器和盛有另一部分含有银离子的熔盐的另一容器彼此隔离；负电极插入容器的熔盐中，正电极插入另一容器的熔盐中，有掩膜的玻璃基片面朝向容器的熔盐；当负电极与正电极间加载了1～10V的电场时，由于掩膜表面有氧化层的存在，而熔盐在熔融状态下是良导体，因此在外加电场的情况下，掩膜下表面的电势高于无掩膜的电势，抵消了形成银线的电势差，从而抑制了银线的生成。
2.一种电场静态偏置抑制银线的方法，其特征在于：所述含有银离子的熔盐为硝酸钠、硝酸钙和硝酸银的摩尔比为1∶1∶0.003。
3.根据权利要求1所述方法的一种电场静态偏置抑制银线的装置，其特征在于：将盛有熔盐(2)的辅助容器(3)嵌入容器(8)的另一熔盐(6)中，辅助容器(3)底面设置待交换的带有掩膜(4)的玻璃基片(5)与容器(8)彼此隔离，其中有掩膜(4)的玻璃基片(5)面朝向辅助容器(3)的熔盐(2)，熔盐(2)中嵌入负电极(1)，另一熔盐(8)中嵌入正电极(7)，玻璃基片(5)、负电极(1)和正电极(7)相互平行。
4.根据权利要求3所述的一种电场静态偏置抑制银线的装置，其特征在于：所述辅助容器(3)和容器(8)为石英或铂金容器；所述正、负电极为铂金电极；所述玻璃基片的掩膜为铝掩膜或钛掩膜。
5.根据权利要求1所述方法的一种电场静态偏置抑制银线的装置，其特征在于：将带支脚容器(13)中间用带有掩膜(4)的玻璃基片(5)隔成两个容腔，在一个容腔中盛有一部分熔盐(2)，熔盐(2)中插入负电极(1)；在另一个容腔中盛有另一部分熔盐(6)，熔盐(6)中插入正电极(7)；有掩膜(4)的玻璃基片(5)面朝向一个容腔的熔盐(2)。
6.根据权利要求5所述的一种电场静态偏置抑制银线的装置，其特征在于：所述带支脚容器(13)为石英或铂金容器；所述正、负电极为铂金电极；所述玻璃基片的掩膜为铝掩膜或钛掩膜。
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| CN111175891A (zh) * | 2019-12-30 | 2020-05-19 | 浙江大学 | 一种连续式电场辅助离子迁移制作光波导的方法 |
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