DD222290A1 - Verfahren zur herstellung von optisch inhomogenen medien - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung optisch inhomogener Medien fuer planare Koppel- und Verzweigerstrukturen in Verbindung mit lichtwellenleitenden Gradientenfasern im Multimoden-Betrieb. Die optisch inhomogenen Medien weisen Brechzahlgradienten (0,05 Dn 0,09 und Dx 40 mm) auf und kommen in optischen Bauteilen zum Einsatz. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass ein Glas KF3 mit einer Salzschmelze (NaNO3)1-y(TINO3)y (0,1 y 0,2) bei Temperaturen zwischen 440 und 520 C in Kontakt gebracht wird. Die Austauschzeiten betragen bis zu 40 h. Die Erfindung findet Anwendung im wissenschaftlichen Geraetebau sowie in den Industriezweigen der Informationsverarbeitung und -uebertragung.
Description
ι '
Titel der Erfindung Verfahren zur Herstellung von optisch, inhomogenen Medien
Anwendung der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstelllung yon optisch inhomogenen Medien, die Verwendung in optischen Bauteilen finden. Sie sind zum Einsatz in Baugruppen der optischen Informationsübertragung (optische Nachrichtenübertragung, Autoinatisierungstechnik, Rechenanlagen) und in optischen Sensorbauelementen geeignet.
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Ionenaustauschprozesse in Gläsern zur Erzeugung von Brechzahländerungen sind bekannt. Die höchsten Brechzahländerungen wurden dabei auf der Basis des Na/Ag- bzw. Na/Tl-Austausohes in geeigneten Salzschmelzen erreicht. Optisch inhomogene Medien, die einen Ag-Konzentrationsgradienten aufweisen, zeigen jedoch - besonders bei hohen Austauschgraden - eine deutliche Tendenz zu verminderten Transmissionen infolge der Verfärbung durch kolloidales Silber. Optisch inhomogene Medien, deren Brechzahlgradient durch einen Tl-Konzentrationsgradienten hervorgerufen wird, weisen dagegen diesen Nachteil nicht auf. Auf Grund des deutlich größeren lonenradius von Thallium (1V1+ -' 1,^ &; r„ + = 0,96 .S) ist jedoch die Ionenaustauschgeschwindigkeit wesentlich kleiner als im Falle des Austausches gegen Silber mit r + = 1,26 Ä, so daß allenfalls in extrem
Ag
unökonomischen Diffusionszeiten größere Diffusionstiefen erzielbar sind. Unter bestimmten Bedingungen sind bisher wohl
- 2 Br eclizalLl änderungen von Δη = 0,04 erreichbar, ohne daß jedoch die Diffusions tief en Δχ wenige Mikrometer übersteigen (Δη = η -η; η : Brechzahl des Substratglases).
So
Für die Anwendung optisch inhomogener Medien in Bauteilen zur Kopplung bzw. Verzweigung von lichtwellenleitenden Gradientenfasern iin Multimoden-Betrieb sind aber sowohl hinsichtlich der Brechzahländerung Δ η als auch hinsichtlich der Diffusions-
tiefe A s hinreichend hohe Werte erforderlich. Das Erreichen' 'dieser Forderung ist prinzipiell dadurch erschwert, daß die Gläser weiterhin bei der photolithogräphischen Behandlung eine ausreichend hohe HydroIysebeständigkeit aufweisen müssen. Diese Forderung ist im allgemeinen mit einer geringen Beweglichkeit der Alkaliiönen verbunden, welche dann wiederum nur !deine Diffusionstiefeh zuläßt. In den Offenlegungsschriften DB-OS 2309788 und DE-OS 2332736 werden zur Erhöhung der Austauschtiefen des Thalliums zusätzlich elektrische Felder angewendet* Dabei werden die ¥erte Δ η = 0,02; Δσ = 5 - 10 Vizm bzw. Δη. = 0,03; ΔΣ — 5 - 15 /Um erzielt. Der experimentelle Aufwand bei einer solchen ^-Schmelzen-Anordnung ist beträchtlich. Auf Grund der Toxizität der Tl-haltigen Salzschmelzen ist außerdem auf möglichst vollständig geschlossene Apparaturen zu achten, was im betrachteten Verfahren durch elektrische und mechanische Durchführungen erschwert ist.
Aus Artikeln der Zeitschrift "Appl. Phys. Lett. 2J_, 12(1972) 584 und 32y 12 (1978) 997) ist bekannt,' daß der Na/Tl-Austausch zum Zwecke der optischen ¥ellenleitung in einem optischen Bo^rosilikatglas bzw» in dem Soda-Kalkglas Corning 1802 zu folgenden ¥erten führt: ^n = 0» 003 und £ χ = 100 /um bzw. ^n= 0,0^5 und 4
um.
.Ziel der Erfindung j
Ziel der Erfindung ist es, auf der Basis eines handelsüblichen optischen Glases, ein Verfahren zur Herstellung von optisch inhomogenen Medien zu entwickeln, das sich durch einen minimalen technologischen Aufwand auszeichnet und das zur Herstellung von optischen Eopplern bzw. Verzweigern von lichtwellenleitenden Gradientenfasern für den Multimoden-Betrieb geeignet ist.
Darlegung des Vesens der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, durch ein geeignetes Verfahren in einem gegen Hydrolyse stabilen Glas optischer Qualität einen für die Lichtwellenleitung im Kultimoden—Betrieb ausreichenden Brechzahlgradienten zu erzeugen.
Ξrfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß an einem Kronflintglas KF 3 der Zusammensetzung 70-72 Gew.-Ji
| 15 - | 16 | 3 | Gew. | -5b Na2O | der Zusammensetzung |
| 5 - | 6 | Gew. | -c/o PbO | ||
| 5 | Gew. | -£ ZnO | |||
| 1 - | 2 | Gew. | -# Al2O | ||
| ο, | Gew. | -^ As2O3 | |||
| ein Ionenaustausch | mit einer Salzschmelze | ||||
)1 .(TINO,,) ,mit 0,,1<y<0,2, im Temperaturbereich zwischen 44O und 520 C vorgenommen wird. Die Austauschzeiten betragen'bis zu kO h.
Überraschende nieise wurde gefunden, daß durch den Ionenaustausch ,am Glas EP 3 mit der NaJJO„-TlNO„-Schmelze eine hohe Brechzahländerung über eine hinreichende Tiefe erzielt werden kann, so daß eine Verwendung in optischen Bauteilen zur Kopplung und Verzweigung von lichtwellenleitenden Gradientenfasern möglich ist. Die Brechzahländerung der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten optisch inhomogenen Medien beträgt /in3>0,05 bei Diffusionstiefen Ax 40äum, Bei einem Ms auf 0,2 Mol-Anteile T^-NO„ erhöhten Gehalt an Thallium sind Brechzahländerungen bis ^n = 0,09 erreichbar.
Gemäß der Erfindung wird das Glas KF 3 der folgenden Behandlung unterzogen:
- Vorheizen mit der Aufheizgeschwindigkeit R-_ = 10 - 20 K/min
- Ionenaustausch mit einer Salzschmelze
mit 0,1<-y«=0,2
bei Temperaturen im Bereich von 44θ bis 520 0C über Zeiten bis zu 40 h
- Abkühlung mit der Eühlgeschwindigkeit IL, = 5 K/min
- mehrfaches ,Waschen mit destilliertem Wasser
Nach dem Ionenaustausch ist keine feinoptische Nachbehandlung der Glasoberfläche erforderlich. · -
· ,. ,.
Ausführungsbeispiele
Die Erfindung soll nachstehend an folgenden Ausführungsbeispielen erläutert werden. x .
Fig!. 1 zeigt die Probenforra und die Probenbearbeitung
' ' . '"'( Pig. 2 zeigt die Brechzahlgradienten
1. Sin,Stück KF3-Glas (Tg = 460 °C, ^6 ^ = 1,5105, Maße:
/20 3: 20 χ 10 mm ) wird einseitig eben geschliffen und poliert (1 in Fig. 1). Bei 440 0C wird der Ionenaustausch im Kontakt
mit einer Salzschmelze (iiaN0o)_ o(TlN0„)„ . (F =300 °C) . 3 0,9 3 0,1 ρ
vorgenommen. Die Austauschzeit beträgt 40 h. Nach dem Abwaschen der Salzreste werden die 4 Randstücke entfernt und so der Kern (2 in Fig, 1) freigelegt, um daran 2 gegenüberliegende Flächen planparallel zu schleifen und polieren (3 in Fig. 1). Fig. 2a zeigt das nach der ¥KB-Methode aus η „„-Messungen resultierende Brechzahlprofil mit Δη = 0,053 und Δ:
2. Ein Stück KF3-Glas - bearbeitet wie im Ausführungsbeispiel 1 - wird bei 480 0C 40 h im Kontakt mit einer Salzschmelze (NaNO^)n o(TINO«)-. " gebracht. In Fig. 2b ist das Brechzahlprofil aufgezeichnet, welches aus Messungen der η «„-^erte bzw, durch Vermessen der Modeninterferenz erhalten wird. Es ergeben sich folgende ¥erte ^n = 0,053 "und ^xÄ90 /um.
3« Ein Stück KF3—Glas - bearbeitet wie im Ausführungsbeispiel
1 - wird bei 480 0C 4ö h im Kontakt mit einer Salzschmelze (NaHO^)n 5,(TlNOjn o .(P„.= 275 °C> gebracht. Fig. 2c belegt - nach Messungen und Berechnungen gemäß Ausführungsbeispiel
2 - die Brechzahldifferenz /\n = 0,09 und die Diffusionstiefe Ax&
x&95 /
4, Ein Stück KF3-Glas - bearbeitet wie im Ausführungsbeispiel 1 - wird bei 520 C einen Ionenaustausch mit einer Salzschmelze (NaMK)n ο(Τ1Ν0ο)η Λ unterzogen. Nach 7 h stellt sich das in Fig, 2d angegebene Brechzahlprofil mit einer Brechzahländerung von An = 0,055 "und einer Diffusionstiefe von Ax£Z9Q /um ein.
Claims (2)
1 sanspruch
Verfahren zur Erzeugung von optisch, inhomogenen Medien gekennzeichnet dadurch, daß an einen an sich bekannten Sronflintglas KF3 der Zusammensetzung
70 - 72 Gew.-Ja
15 - 1 6 Gew.-CJ> 2Ja2O
. 5 - 6 Gew.-^ PbO
5 Gew.-Ji ZnO
1 - 2 Gew.-^ Al2O
0,3 Gew.-^ As2O
ein Ionenaustausch mit einer Salzschmelze (NaNOw)n ο (TlNOo)0 * im Temperaturbereich zwischen khO und 520 C vorgenommen wird, wobei die Austauschzeiten bis zu 40 h betragen.
2. Verfahren nach Punkt 1 gekennzeichnet dadurch, daß die Salzschmelze einen bis au an Thallium aufweist.
schmelze einen bis auf 0,2 Mol-Anteile T1NO„ erhöhten Gehalt
1-Seite Zeichnungen
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DD26033784A DD222290A1 (de) | 1984-02-27 | 1984-02-27 | Verfahren zur herstellung von optisch inhomogenen medien |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DD26033784A DD222290A1 (de) | 1984-02-27 | 1984-02-27 | Verfahren zur herstellung von optisch inhomogenen medien |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DD222290A1 true DD222290A1 (de) | 1985-05-15 |
Family
ID=5554892
Family Applications (1)
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| DD26033784A DD222290A1 (de) | 1984-02-27 | 1984-02-27 | Verfahren zur herstellung von optisch inhomogenen medien |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DD (1) | DD222290A1 (de) |
-
1984
- 1984-02-27 DD DD26033784A patent/DD222290A1/de not_active IP Right Cessation
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