CN102645700B - 玻璃基掩埋光波导的制作方法 - Google Patents
玻璃基掩埋光波导的制作方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102645700B CN102645700B CN 201210137604 CN201210137604A CN102645700B CN 102645700 B CN102645700 B CN 102645700B CN 201210137604 CN201210137604 CN 201210137604 CN 201210137604 A CN201210137604 A CN 201210137604A CN 102645700 B CN102645700 B CN 102645700B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- glass substrate
- glass
- fused salt
- light waveguide
- polycomponent
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Abstract
本发明涉及一种玻璃基掩埋光波导的制作方法，该方法是以多组分熔盐为电极，将表面掺杂离子形成了表面掺杂区的玻璃基片置于多组分熔盐中，通过电场辅助使表面掺杂的离子进入玻璃基片内部并形成内部掺杂区，在玻璃基片上制作掩埋光波导，所述的多组分熔盐由KNO3(0～20wt％)、NaNO3(20～95wt％)、Mg(NO3)2(0～50wt％)、Ca(NO3)2(5～50wt％)，以及对应于玻璃基片材料中玻璃形成体氧化物的粉末(0～0.5wt％)混合而成。与现有技术相比，本发明具有熔融温度底、对玻璃基片腐蚀作用小等优点。
Description
技术领域
本发明涉及光器件、集成光学领域，尤其涉及一种采用离子交换技术在玻璃基片上制作掩埋光波导的方法。
背景技术
1969年，S.E.Miller提出了集成光学的概念，其基本思想是在同一块衬底的表面上，用折射率略高的材料制作光波导，并以此为基础再制作光源、光栅等各种器件。通过这种集成化，可以实现光学系统的小型化、轻量化、稳定化和高性能化的目的。
作为一类重要的集成光学器件，采用离子交换法在玻璃基片上制作的光器件一直受到企业界和研究者们的重视。自上世纪70年代始，各国研究机构投入大量的人力和财力进行玻璃基集成光器件的开发。原因在于这种器件具有一些优异的性质，包括：传输损耗低，易于掺杂高浓度的稀土离子，与光纤的光学特性匹配，耦合损耗小，环境稳定性好，易于集成，成本低廉等等。目前，一些玻璃基片上的集成光学器件已经实现规模化与系列化，并成功地用于光通信和光传感网络。
离子交换技术在玻璃基片上形成的表面光波导结构如图1左图所示。由于玻璃基片1中表面掺杂区2呈扁平状，因而使其模场分布不对称，光波导与单模光纤的耦合损耗很大；另一方面，表面掺杂区2位于玻璃基片1的表面，光导波在玻璃基片1表面的散射将引入很高的传输损耗。通过电场辅助离子迁移技术可以将表面掺杂区2埋入玻璃基片1表面以下，变成内部掺杂区3，形成掩埋光波导。掩埋光波导的制作可以改善光波导芯层折射率分布的对称性，并进而改善光波导模场分布的对称性，降低光波导器件和与光纤的耦合损耗。同时，掩埋光波导的芯部在玻璃表面以下，使光导波不在玻璃表面产生散射，降低了器件的传输损耗。
然而，现有的电场辅助离子迁移过程由于有严重的不足：其一，由于采用熔点相对较高的NaNO3(NaNO3熔点约～307℃)做电极，决定了离子迁移的温度必须高于在此温度；在此温度下的离子迁移过程中，玻璃基片1中的离子掺杂区会发生明显的热扩散，尺寸严重增大，无法实现与单模光纤的尺寸匹配，使光波导具有较大的耦合损耗。其二，硝酸盐对玻璃基片有一定腐蚀作用，高温下这种腐蚀作用尤其明显，特别是对于磷酸盐玻璃，熔盐的腐蚀作用会严重影响玻璃基集成光器件的性能。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种熔融温度底、对玻璃基片腐蚀作用小的玻璃基掩埋光波导的制作方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种玻璃基掩埋光波导的制作方法，该方法是以多组分熔盐为电极，将表面掺杂离子形成了表面掺杂区的玻璃基片置于多组分熔盐中，通过电场辅助使表面掺杂的离子进入玻璃基片内部并形成内部掺杂区，在玻璃基片上制作掩埋光波导，其特征在于，所述的多组分熔盐由KNO3(0～20wt％)、NaNO3(20～95wt％)、Mg(NO3)2(0～50wt％)、Ca(NO3)2(5～50wt％)，以及对应于玻璃基片材料中玻璃形成体氧化物的粉末(0～0.5wt％)混合而成。
所述的玻璃基片的材料是硅酸盐玻璃，磷酸盐玻璃或硼酸盐玻璃，对应于玻璃基片材料中玻璃形成体氧化物的粉末分别为SiO2粉末、P2O5粉末或B2O3粉末。
所述的电场辅助使表面掺杂的离子进入玻璃基片内部的温度为180-380℃。
所述的电场辅助使表面掺杂的离子进入玻璃基片内部的温度为180-300℃。
所述的玻璃基片的表面掺杂区和内部掺杂区中掺杂离子为Ag+、Rb+、Cs+或Tl+。
所述的电场辅助是在玻璃基两侧分别放置多组分熔盐，在多组分熔盐中分别插入电极引线，接入直流电源，施加50-1000V的电压5min-40h。
所述的电极引线的材料为Au，Pt，Cu，Ag或Al。
本发明采用多组分熔盐为电极，通过对制作有表面掺杂区的玻璃基片进行电场辅助离子迁移，在玻璃基片上制作掩埋光波导。在玻璃基片两侧分别放置多组分熔盐；在多组分熔盐中，分别插入电极引线，并分别将其连接直流电源的正、负极；正电极和负电极之间施加直流偏压，并保持一定时间。在此直流偏压的作用下，玻璃基片表面掺杂区埋入玻璃基片表面以下，变成内部掺杂区，形成掩埋光波导。
与现有技术相比，本发明中采用了多组分熔盐作为电极，这种熔盐的熔化温度可以调节到100℃甚至更低，因此使电场辅助离子迁移的温度选择的灵活性大幅度提高，控制离子掺杂区更加简单，光波导器件的性能更加可靠。不仅如此，由于可以选择较低的温度进行离子交换，熔盐对玻璃的腐蚀作用大幅度降低。
附图说明
图1玻璃基片上表面光波导与掩埋光波导的示意图；
图2是电场辅助离子迁移过程的示意图。
图中：1.玻璃基片；2.表面掺杂区；3.内部掺杂区；4.多组分熔盐；5.电极引线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
在玻璃基片表面掺杂离子形成表面掺杂区得到表面光波导，由玻璃(可以是硅酸盐玻璃、磷酸盐玻璃或硼酸盐玻璃)基片上的表面光波导(图1中左图所示)通过电场辅助离子迁移的方法制作掩埋光波导(图1中右图所示)的过程如下(如图1-2所示)。
(A)将表面制作有光波导的玻璃基片1装入特制的电场辅助离子迁移器具，放入高温炉中升至离子迁移温度(离子迁移温度根据所多组分熔盐4的成分和玻璃基片1而定，一般在180～380C之间)。
(B)将熔融的多组分熔盐4(由KNO3(0～20wt％)、NaNO3(20～95wt％)、Mg(NO3)2(0～50wt％)、Ca(NO3)2(5～50wt％)，以及对应于玻璃基片材料中玻璃形成体氧化物的粉末(0～0.5wt％)混合而成)分别倒入玻璃基片(1)的两侧；在玻璃基片1两侧的多组分熔盐4中分别插入连接在直流电源正、负极的电极引线5(参见图2)，开启直流电源。离子迁移时间根据设计要求确定，在5分钟到40小时之间。
(C)基片清洗。将玻璃基片1表面残余的盐用去离子水冲洗干净。
(D)退火。将玻璃基片1在一定温度下保温进行退火处理。
实施例1：
在硅酸盐玻璃基片上制作浅掩埋光波导。
(A)将表面制作有光波导的硅酸盐玻璃基片1装入特制的电场辅助离子迁移器具，放入高温炉中升至180℃。
(B)将熔融的多组分熔盐4(由KNO3(10wt％)、NaNO3(50wt％)、Mg(NO3)2(15wt％)、Ca(NO3)2(24.5wt％)，以及SiO2粉末(0.5wt％)混合而成)分别倒入玻璃基片1的两侧。在玻璃基片1两侧的多组分熔盐4中分别插入连接在50V直流电源正、负极的电极引线5(Au材料制作)(参见图2)，开启直流电源。离子迁移时间5分钟。
(C)基片清洗。将玻璃基片1表面残余的盐用去离子水冲洗干净。
(D)退火。将玻璃基片1在一定温度下保温进行退火处理。
实施例2：
在硅酸盐玻璃基片上制作深掩埋光波导。
(A)将表面制作有光波导的硅酸盐玻璃基片1装入特制的电场辅助离子迁移器具，放入高温炉中升至380℃。
(B)将熔融的多组分熔盐4(由KNO3(10wt％)、NaNO3(50wt％)、Mg(NO3)2(15wt％)、Ca(NO3)2(24.5wt％)，以及SiO2粉末(0.5wt％)混合而成)分别倒入玻璃基片1的两侧。在玻璃基片1两侧的多组分熔盐4中分别插入连接在1000V直流电源正、负极的电极引线5(Au材料制作)(参见图2)，开启直流电源。离子迁移时间40小时。
(C)基片清洗。将玻璃基片1表面残余的盐用去离子水冲洗干净。
(D)退火。将玻璃基片1在一定温度下保温进行退火处理。
实施例3：
在硼酸盐玻璃基片上制作浅掩埋光波导。
(A)将表面制作有光波导的硼酸盐玻璃基片1装入特制的电场辅助离子迁移器具，放入高温炉中升至300℃。
(B)将熔融的多组分熔盐4(由NaNO3(40wt％)、Mg(NO3)2(25wt％)、Ca(NO3)2(34.5wt％)，以及B2O3粉末(0.5wt％)混合而成)分别倒入玻璃基片1的两侧。在玻璃基片1两侧的多组分熔盐4中分别插入连接在200V直流电源正、负极的电极引线5(Pt材料制作)(参见图2)，开启直流电源。离子迁移时间50分钟。
(C)基片清洗。将玻璃基片1表面残余的盐用去离子水冲洗干净。
(D)退火。将玻璃基片1在一定温度下保温进行退火处理。
实施例4：
在硼酸盐玻璃基片上制作深掩埋光波导。
(A)将表面制作有光波导的硼酸盐玻璃基片1装入特制的电场辅助离子迁移器具，放入高温炉中升至280℃。
(B)将熔融的多组分熔盐4(由NaNO3(95wt％)、Ca(NO3)2(5wt％)混合而成)分别倒入玻璃基片1的两侧。在玻璃基片1两侧的多组分熔盐4中分别插入连接在600V直流电源正、负极的电极引线5(Pt材料制作)(参见图2)，开启直流电源。离子迁移时间20h。
(C)基片清洗。将玻璃基片1表面残余的盐用去离子水冲洗干净。
(D)退火。将玻璃基片1在一定温度下保温进行退火处理。
实施例5：
在磷酸盐玻璃基片上制作浅掩埋光波导。
(A)将表面制作有光波导的磷酸盐玻璃基片1装入特制的电场辅助离子迁移器具，放入高温炉中升至180℃。
(B)将熔融的多组分熔盐4(由KNO3(20wt％)、NaNO3(20wt％)、Mg(NO3)2(50wt％)、Ca(NO3)2(9.8wt％)，以及P2O5粉末(0.2wt％)混合而成)混合而成)分别倒入玻璃基片1的两侧。在玻璃基片1两侧的多组分熔盐4中分别插入连接在200V直流电源正、负极的电极引线5(Au材料制作)(参见图2)，开启直流电源。离子迁移时间30分钟。
(C)基片清洗。将玻璃基片1表面残余的盐用去离子水冲洗干净。
(D)退火。将玻璃基片1在一定温度下保温进行退火处理。
实施例6：
在磷酸盐玻璃基片上制作深掩埋光波导。
(A)将表面制作有光波导的磷酸盐玻璃基片1装入特制的电场辅助离子迁移器具，放入高温炉中升至180℃。
(B)将熔融的多组分熔盐4(由KNO3(15wt％)、NaNO3(25wt％)、Mg(NO3)2(9.7wt％)、Ca(NO3)2(50wt％)，以及P2O5粉末(0.3wt％)混合而成)混合而成)分别倒入玻璃基片1的两侧。在玻璃基片1两侧的多组分熔盐4中分别插入连接在600V直流电源正、负极的电极引线5(Al材料制作)(参见图2)，开启直流电源。离子迁移时间10h。
(C)基片清洗。将玻璃基片1表面残余的盐用去离子水冲洗干净。
(D)退火。将玻璃基片1在一定温度下保温进行退火处理。
Claims (7)
1.一种玻璃基掩埋光波导的制作方法，该方法是以多组分熔盐为电极，将表面掺杂离子形成了表面掺杂区的玻璃基片置于多组分熔盐中，通过电场辅助使表面掺杂的离子进入玻璃基片内部并形成内部掺杂区，在玻璃基片上制作掩埋光波导，其特征在于，所述的多组分熔盐由KNO30~20wt%、NaNO320~95wt%、Mg(NO3)20~50wt%、Ca(NO3)25~50wt%，以及对应于玻璃基片材料中玻璃形成体氧化物的粉末0~0.5wt%混合而成。
2.根据权利要求1所述的一种玻璃基掩埋光波导的制作方法，其特征在于，所述的玻璃基片的材料是硅酸盐玻璃，磷酸盐玻璃或硼酸盐玻璃，对应于玻璃基片材料中玻璃形成体氧化物的粉末分别为SiO2粉末、P2O5粉末或B2O3粉末。
3.根据权利要求1所述的一种玻璃基掩埋光波导的制作方法，其特征在于，所述的电场辅助使表面掺杂的离子进入玻璃基片内部的温度为180-380℃。
4.根据权利要求3所述的一种玻璃基掩埋光波导的制作方法，其特征在于，所述的电场辅助使表面掺杂的离子进入玻璃基片内部的温度为180-300℃。
5.根据权利要求1所述的一种玻璃基掩埋光波导的制作方法，其特征在于，所述的玻璃基片的表面掺杂区和内部掺杂区中掺杂离子为Ag+、Rb+、Cs+或Tl+。
6.根据权利要求1所述的一种玻璃基掩埋光波导的制作方法，其特征在于，所述的电场辅助是在玻璃基两侧分别放置多组分熔盐，在多组分熔盐中分别插入电极引线，接入直流电源，施加50-1000V的电压5min-40h。
7.根据权利要求6所述的一种玻璃基掩埋光波导的制作方法，其特征在于，所述的电极引线的材料为Au，Pt，Cu，Ag或Al。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 201210137604 CN102645700B (zh) | 2012-05-04 | 2012-05-04 | 玻璃基掩埋光波导的制作方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 201210137604 CN102645700B (zh) | 2012-05-04 | 2012-05-04 | 玻璃基掩埋光波导的制作方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102645700A CN102645700A (zh) | 2012-08-22 |
| CN102645700B true CN102645700B (zh) | 2013-07-31 |
Family
ID=46658631
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN 201210137604 Active CN102645700B (zh) | 2012-05-04 | 2012-05-04 | 玻璃基掩埋光波导的制作方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102645700B (zh) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104375240A (zh) * | 2014-10-30 | 2015-02-25 | 成都康特电子高新科技有限责任公司 | 用于制作光分路器的玻璃光波导的生产工艺 |
| CN107312502A (zh) * | 2016-04-27 | 2017-11-03 | 中国科学院青海盐湖研究所 | 一种三元硝酸熔盐储热材料及其制备方法 |
| CN106772802B (zh) * | 2017-01-11 | 2019-05-03 | 浙江大学 | 具有降低模式耦合效应的玻璃基弯曲多模光波导制作方法 |
| CN110459779A (zh) * | 2019-08-29 | 2019-11-15 | 中北大学 | 一种高温高能电池及其制备方法 |
| CN111025471B (zh) * | 2019-12-30 | 2021-04-13 | 浙江大学绍兴微电子研究中心 | 一种电压分段式的玻璃基掩埋式光波导连续生产方法 |
| CN111239894B (zh) * | 2020-02-07 | 2022-11-25 | 芜湖佳豪电子有限公司 | 一种电压分段式的电场辅助离子迁移连续制作掩埋式光波导的方法 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4740265A (en) * | 1987-01-08 | 1988-04-26 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Process for producing an optical waveguide and the product therefrom |
| US20030196455A1 (en) * | 2002-04-17 | 2003-10-23 | Mccov Michael A. | Apparatus and method for photonic waveguide fabrication |
| US8312743B2 (en) * | 2005-05-18 | 2012-11-20 | City University Of Hong Kong | Method for fabricating buried ion-exchanged waveguides using field-assisted annealing |
| CN101561534A (zh) * | 2009-05-26 | 2009-10-21 | 电子科技大学 | 离子交换法制作光波导的理论基础 |
| CN101576632B (zh) * | 2009-06-05 | 2012-09-12 | 电子科技大学 | 一种电场辅助离子交换系统的设计方法 |
-
2012
- 2012-05-04 CN CN 201210137604 patent/CN102645700B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102645700A (zh) | 2012-08-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102645700B (zh) | 玻璃基掩埋光波导的制作方法 | |
| CN102645701B (zh) | 采用离子交换法在玻璃基片表面制作光波导的方法 | |
| CN100412583C (zh) | 单侧熔盐电场辅助离子交换制备掩埋式玻璃光波导的方法 | |
| KR102173670B1 (ko) | 세라믹 상을 갖는 적층 유리 제품 및 이의 제조방법 | |
| CN103080029B (zh) | 强化玻璃及强化玻璃板 | |
| CN104302591A (zh) | 强化玻璃基板及其制造方法 | |
| CN108828718A (zh) | 一种提高玻璃基光波导芯片均匀性的方法 | |
| CN102515507B (zh) | 金属芯微结构光纤及其制备方法 | |
| CN102096144B (zh) | 一种螺旋结构的偏振保持双包层光纤及其制作方法 | |
| CN104656187B (zh) | 一种集成磁光功能的玻璃基离子交换光波导芯片 | |
| CN100392446C (zh) | 一种离子掩膜制作玻璃光波导的方法 | |
| CN105236730A (zh) | 一种超宽带荧光玻璃光纤及其制备方法 | |
| CN106291816B (zh) | 一种提高玻璃基光波导芯片均匀性的方法 | |
| CN100570419C (zh) | 一种含Cu离子的光波导 | |
| CN102193146B (zh) | 一种玻璃基全掩埋式条形光波导堆栈的制作方法 | |
| CN102951841A (zh) | 一种太阳能光伏电池用高硼硅玻璃的制备方法 | |
| CN102109638A (zh) | 一种玻璃热极化层中的条形光波导 | |
| CN101776782A (zh) | 一种集成铜离子发光功能的玻璃基离子交换光波导芯片 | |
| CN1719291A (zh) | 一种玻璃光波导的制作方法 | |
| CN102633434B (zh) | 一种集成光学用玻璃基片材料及其制备方法 | |
| Jose et al. | Ag+–Na+ ion exchange from dilute melt: guidelines for planar waveguide fabrication on a commercial phosphate glass | |
| CN101561534A (zh) | 离子交换法制作光波导的理论基础 | |
| CN113391396B (zh) | 一种采用内阻挡层提高玻璃基光波导芯部对称性的方法 | |
| CN113391397B (zh) | 一种采用外部阻挡层提高玻璃基光波导芯部对称性的方法 | |
| CN102211871B (zh) | 镱铋共掺无碱硼磷酸盐光学玻璃及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20180423 Address after: 215400 Taicang Economic Development Zone, Jiangsu, Qingdao West Road, No. 38, No. Patentee after: Suzhou light mantle integrated optics Co., Ltd. Address before: Zhabei District ejon 200072 Shanghai 777 Lane 14, Room 102 Patentee before: Shanghai Guangxin Integrated Optical Co., Ltd. Co., Ltd. |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20200525 Address after: 213000 Jiangsu province west of the city of Changzhou Taihu science and Technology Industrial Park Dragon Road No. 2 Patentee after: Changzhou optical core integrated optics Co., Ltd Address before: 215400 Taicang Economic Development Zone, Jiangsu, Qingdao West Road, No. 38, No. Patentee before: SUZHOU OPTICORE INTEGRATED OPTICAL Co.,Ltd. |