DE10322350A1 - Optische Einrichtung, sowie Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

Optische Einrichtung, sowie Verfahren zu deren Herstellung Download PDF

Info

Publication number
DE10322350A1
DE10322350A1 DE2003122350 DE10322350A DE10322350A1 DE 10322350 A1 DE10322350 A1 DE 10322350A1 DE 2003122350 DE2003122350 DE 2003122350 DE 10322350 A DE10322350 A DE 10322350A DE 10322350 A1 DE10322350 A1 DE 10322350A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
substrate
layer
coating
exchange
area
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.)
Granted
Application number
DE2003122350
Other languages
English (en)
Other versions
DE10322350B4 (de
DE10322350A9 (de
Inventor
Edgar Pawlowski
Matthias Dr. Brinkmann
Frank Thoma
Tanja Woywod
Wolfram Prof. Dr. Beier
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schott AG
Original Assignee
Schott AG
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schott AG filed Critical Schott AG
Priority to DE10322350A priority Critical patent/DE10322350B4/de
Priority to US10/847,200 priority patent/US20050058423A1/en
Publication of DE10322350A1 publication Critical patent/DE10322350A1/de
Publication of DE10322350A9 publication Critical patent/DE10322350A9/de
Application granted granted Critical
Publication of DE10322350B4 publication Critical patent/DE10322350B4/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/12007—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind forming wavelength selective elements, e.g. multiplexer, demultiplexer
    • G02B6/12009—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind forming wavelength selective elements, e.g. multiplexer, demultiplexer comprising arrayed waveguide grating [AWG] devices, i.e. with a phased array of waveguides
    • G02B6/12014—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind forming wavelength selective elements, e.g. multiplexer, demultiplexer comprising arrayed waveguide grating [AWG] devices, i.e. with a phased array of waveguides characterised by the wavefront splitting or combining section, e.g. grooves or optical elements in a slab waveguide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C15/00—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by etching
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C17/00—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating
    • C03C17/34—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C21/00—Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface
    • C03C21/001—Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface in liquid phase, e.g. molten salts, solutions
    • C03C21/002—Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface in liquid phase, e.g. molten salts, solutions to perform ion-exchange between alkali ions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C21/00—Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface
    • C03C21/001—Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface in liquid phase, e.g. molten salts, solutions
    • C03C21/002—Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface in liquid phase, e.g. molten salts, solutions to perform ion-exchange between alkali ions
    • C03C21/003—Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface in liquid phase, e.g. molten salts, solutions to perform ion-exchange between alkali ions under application of an electrical potential difference
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/13—Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method
    • G02B6/134—Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method by substitution by dopant atoms
    • G02B6/1345—Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method by substitution by dopant atoms using ion exchange
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C2217/00—Coatings on glass
    • C03C2217/90—Other aspects of coatings
    • C03C2217/91—Coatings containing at least one layer having a composition gradient through its thickness
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B2006/12083—Constructional arrangements
    • G02B2006/12097—Ridge, rib or the like
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B2006/12133—Functions
    • G02B2006/1215—Splitter
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B2006/12133—Functions
    • G02B2006/12159—Interferometer
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B2006/12166—Manufacturing methods
    • G02B2006/12176—Etching

Abstract

Um durch Ionenaustausch optische Strukturen in einem Substrat bereitzustellen, die hinischtlich ihrer Dämpfungseigenschaften verbessert sind, sieht die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer optischen Einrichtung mittels Ionenaustausch vor, welches die Schritte umfasst: DOLLAR A - Beschichten zumindest eines ersten Bereichs eines Substrats (1) mit einer Beschichtung (8), welche eine erste Schicht (7) umfasst, die Austauschatome in neutraler oder ionischer Form aufweist, DOLLAR A - Abtragen von Substratmaterial von wenigstens einem zum ersten Bereich benachbarten zweiten Bereich, DOLLAR A - Austauschen von Substrationen mit Austauschionen aus der ersten Schicht.

Description

  • Die Erfindung betrifft allgemein optische Einrichtungen und deren Herstellung, insbesondere die Herstellung optischer Elemente mittels Ionenaustausch.
  • Da die elektrische Signalübertragung mit steigenden Datenübertragungsraten an ihre Grenzen stößt, gewinnen insbesondere im Bereich der Datenübermittlung optische Signalübertragungsverfahren zunehmend an Bedeutung. Es besteht im Zuge dieser Entwicklung neben der Signalübermittlung auch ein steigender Bedarf an Vorrichtungen zur optischen Signalverarbeitung. Dazu wurde bereits im Jahre 1969 von S.E. Miller das Konzept der integrierten Optik vorgeschlagen. Die Basiselemente für derartige Vorrichtungen bilden im allgemeinen Wellenleiter.
  • Um integrierte optische Einrichtungen herzustellen, ist es vielfach notwendig, mehrere Wellenleiter auf engem Raum zusammenzubringen. Analog zur Halbleiteroptik werden dazu die Wellenleiter und andere Elemente einer solchen Einrichtung nachträglich in einem Substrat definiert.
  • Als geeignetes Verfahren hat sich dazu unter anderem der Ionenaustausch bewährt. Als weiteres geeignetes Verfahren ist auch das direkte Schreiben von Wellenleitern mittels hochintensiver fs- oder UV-Laserstrahlung bekannt.
  • Gemeinsam ist diesen Verfahren, dass zur Erzeugung eines optischen Elements in einem Bereich des Substrats nachträglich eine Brechzahländerung hervorgerufen wird, so dass Licht in diesem Bereich führbar ist.
  • Beim Ionenaustausch werden dabei im Substrat vorhandene Ionen durch andere Ionen ersetzt, die eine andere, im allgemeinen größere Polarisierbarkeit als die Ionen des Substrats aufweisen, um den Brechungsindex lokal zu erhöhen, so dass beispielsweise ein Wellenleiter entsteht. Normalerweise werden dabei Natriumionen durch Silber- Kalium- Cäsium- oder Thalliumionen ersetzt.
  • Der Ionenaustausch kann thermisch unterstützt werden, indem das Substrat aufgeheizt und so die Beweglichkeit der Ionen erhöht wird, so dass sich der Diffusionsprozess beschleunigt.
  • Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den Ionenaustausch durch ein elektrisches Feld zu unterstützen. Bei diesem sogenannten feldunterstützten Ionenaustausch wird eine Spannung zwischen zwei Elektroden auf gegenüberliegenden Seiten angelegt, wobei auf der Seite mit dem positiven Potential, beziehungsweise der Anode die Ionen zur Verfügung gestellt werden, welche in das Substrat eindiffundieren sollen. Auch bei diesem Verfahren wird das Substrat meistens erwärmt, um eine hinreichende Beweglichkeit der Ionen im Substrat bereitzustellen.
  • Durch das Feld, welches zwischen den beiden Seiten des Substrats angelegt wird, wandern dann die auszutauschenden positiven Ionen des Substrats in Richtung auf die Kathode zu und die Austauschionen in dieselbe Richtung aus der Anode in das Substrat hinein, wobei die mobilen Ionen als Ladungsträger des Stroms zwischen den beiden Elektroden fungieren. Als Elektroden werden dabei sowohl flüssige Salzschmelzen oder Elektrolyte, als auch metallische Schichten verwendet.
  • Durch die Diffusion der Ionen im Substrat wird allerdings kein scharfes oder gut definierbares Brechungsindex-Profil geschaffen. Dies führt dazu, dass die durch das Verfahren des Ionenaustausches erzeugten Wellenleiter eine vergleichsweise hohe Dämpfung aufweisen. Insbesondere zeigen sich hohe Verluste, wenn die Wellenleiter nicht nur geradlinig verlaufen, sondern auch Kurven aufweisen. Diese lassen sich allerdings bei integrierten optischen Einrichtungen, wie etwa einem Mach-Zehnder-Interferometer kaum vermeiden. Die Verluste werden auch dadurch verursacht, dass sich mit Ionenaustausch nur verhältnismäßig kleine Brechungsindexunterschiede aufbauen lassen, so dass durch Ionenaustausch hergestellte lichtführende Strukturen nur eine kleine numerische Apertur aufweisen.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, durch Ionenaustausch optische Strukturen in einem Substrat bereitzustellen, die hinsichtlich ihrer Dämpfungseigenschaften verbessert sind.
  • Diese Aufgabe wird bereits in höchst überraschend einfacher Weise durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1, sowie eine optische Einrichtung gemäß Anspruch 22 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
  • Demgemäß umfasst das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer optischen Einrichtung mittels Ionenaustausch, die Schritte:
    • – Beschichten zumindest eines ersten Bereichs eines Substrats mit einer ersten Schicht, welche Austauschatome in neutraler oder ionischer Form aufweist,
    • – Abtragen von Substratmaterial von wenigstens einem zweiten, zum ersten Bereich benachbarten Bereich,
    • – Austauschen von Substrationen mit Austauschionen aus der ersten Schicht.
  • Dabei wird der zumindest eine erste Bereich vorzugsweise so ausgewählt oder festgelegt, dass dieser der Form eines zu bildenden optischen Elements entspricht. Beispielsweise kann der erste Bereich eine langgestreckte Form aufweisen, so dass ein erhöhter Abschnitt der optischen Einrichtung zumindest einen Wellenleiter umfasst.
  • Eine entsprechend diesem erfindungsgemäßen Verfahren herstellbare optische Einrichtung umfasst dementsprechend
    • – ein Substrat,
    • – zumindest einem ersten Bereich auf einer Seite des Substrats, und
    • – zumindest einem zweiten, an den ersten Bereich angrenzenden Bereich, wobei der erste Bereich gegenüber dem zweien Bereich erhöht ist, so dass das Substrat einen hervorragenden Abschnitt im ersten Bereich aufweist. Dabei sind dann im hervorragenden Abschnitt Ionen des Substrats zumindest teilweise ausgetauscht.
  • Eine derartige optische Einrichtung, welches als lichtführende Struktur einen gegenüber benachbarten Bereichen erhöhten Abschnitt des Substrats aufweist, hat gegenüber bekannten, durch Ionenaustausch hergestellten Einrichtungen den Vorzug, dass die Struktur Grenzflächen zum umgebenden Medium aufweist, die senkrecht oder zumindest geneigt gegenüber der benachbarten Substratoberfläche sind. Dementsprechend wird in einer Richtung entlang der Substratoberfläche ein hoher Brechungsindexunterschied erreicht, der dazu führt, dass derartige erfindungsgemäß hergestellten Strukturen eine deutlich verringerte Dämpfung an entlang der Oberfläche verlaufenden Biegungen oder Knicken aufweisen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der optischen Einrichtung sind die Ionen so ausgetauscht, dass der Brechungsindex des hervorragenden Abschnitts gegenüber dem Brechungsindex des übrigen Substrats erhöht ist.
  • Durch das Abtragen von Substratmaterial aus der Nachbarschaft des ersten Bereiches werden zu der mit der ersten Schicht bedeckten Oberfläche des ersten Bereiches benachbarte Bereiche abgesenkt. Dadurch wird eine reliefartige Struktur geschaffen, deren erhabene Teile mit der ersten Schicht beschichtet sind. Für viele Anwendungen der erfindungsgemäß hergestellten Einrichtungen ist das Abtragen von Substratmaterial mit einer Dicke im Bereich von 0.2 μm bis 50 μm, bevorzugt von 1 μm bis 15 μm sinnvoll. Dadurch wird entsprechend der erste Bereich um 0.2 μm bis 50 μm, bevorzugt 1 μm bis 15 μm gegenüber einem benachbarten Bereich auf dem Substrat erhöht.
  • Wird der Ionenaustauschprozess durchgeführt, so können die Austauschionen seitlich zur Hauptdiffusionsrichtung innerhalb des erhabenen ersten Bereiches zunächst seitlich nicht diffundieren, da sie in dieser Richtung an die Materialoberfläche stoßen. Außerdem werden durch die erhabene Struktur scharfe, gut definierte Grenzflächen für das zu führende Licht geschaffen, welche verglichen mit in herkömmlicher Weise durch Ionenaustausch hergestellten lichtleitenden Strukturen eine erheblich verringerte Dämpfung aufweisen. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Strukturen entlang der Oberfläche eine Biegung aufweisen.
  • Dringen die Austauschionen weiter vor, bis sie die erhabene Struktur durchquert haben, so können diese nun zwar seitlich in das Material unterhalb der Oberfläche des an den ersten Bereich angrenzenden zweiten Bereich diffundieren, jedoch führt dies aufgrund der nun zusätzlich zur Verfügung stehenden Diffusionsrichtungen dann zu einer starken Verdünnung der Austauschionen. Somit wird im Substrat hier ein starker Konzentrationsgradient der Austauschionen-Konzentration erreicht, so dass auch im Substrat das optische Element durch eine vergleichsweise gut definierte Grenzfläche abgeschlossen wird.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst ferner der Schritt des Austauschens von Substrationen den Schritt des Heizens des Substrats, um die Beweglichkeit der Ionen zu erhöhen und damit den Austauschprozess zu beschleunigen.
  • In einfacher Weise kann außerdem das Beschichten des zumindest einen ersten Bereiches des Substrats mit einer Beschichtung, welche die erste Schicht umfasst, durch photolithographisches Strukturieren der Beschichtung erfolgen. Ebenso kann vorteilhaft der Schritt des Abtragens von Substratmaterial von wenigstens einem zum ersten Bereich benachbarten Bereich den Schritt des photolithographischen Strukturierens des Substrats umfassen.
  • Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird dabei das Herstellen eines beschichteten ersten Bereiches des Substrats und das Abtragen von Substratmaterial von einem zweiten Bereich durchgeführt, indem
    • – auf das mit einer Beschichtung versehene Substrat eine Photolack-, bzw. Photoresist-Schicht aufgebracht wird,
    • – die Photolack-Schicht durch Belichten und Entwickeln positiv strukturiert wird, so dass die Photolack-Schicht über dem zumindest einen zum ersten Bereich benachbarten zweiten Bereich entfernt wird,
    • – die Beschichtung, die eine erste Schicht umfasst, auf dem zumindest einen zweiten Bereich entfernt, und dann
    • – Substratmaterial von diesem Bereich entfernt wird.
  • Um die Beschichtung vom zweiten Bereich zu entfernen, ist insbesondere nass- und/oder trockenchemisches Ätzen (RIE, CAIBE) der Beschichtung, und/oder Ionenstrahlätzen (IBE) geeignet. Ebenso kann durch nass- und/oder trockenchemisches Ätzen auch das Substratmaterial vom zweiten Bereich abgetragen werden.
  • Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahren sieht weiterhin vor, dass der Schritt des Austauschens von Substrationen mit Austauschionen aus der ersten Schicht den Schritt des feldunterstützten Austauschens von Substrationen mit Austauschionen aus der ersten Schicht umfasst. Durch die Feldunterstützung wird eine noch bessere Definition des Brechungsindexverlaufes, beziehungsweise der Grenzflächen eines erfindungsgemäß hergestellten optischen Elements erreicht. Insbesondere verläuft das elektrische Feld im Bereich des erhöhten ersten Bereiches im wesentlichen senkrecht zur Oberfläche, wohingegen das elektrische Feld dann auf der Höhe der Oberfläche des abgesenkten zweiten Bereiches, beziehungsweise am Fußpunkt der erhabenen Struktur des ersten Bereiches stark auffächert. Dies führt ebenfalls dazu, dass an dieser Stelle eine starke Verdünnung der Austauschionen eintritt, so dass durch den dadurch hervorgerufenen Konzentrationsabfall von Austauschionen eine vergleichsweise scharfer Sprung des Brechungsindexes auftritt.
  • Für die Austauschprozesse hat es sich als besonders günstig erwiesen, wenn die erste Schicht mit einer Dicke in einem Bereich von 20 nm bis 1200 nm, bevorzugt in einem Bereich von 100 bis 600 nm aufgebracht wird. Als erste Schicht ist weiterhin besonders eine Silberschicht geeignet, da Silberionen vergleichsweise große Brechungsindexänderungen hervorrufen, wenn diese beispielsweise Natrium-Ionen ersetzen.
  • Um einen feldunterstützten Ionenaustausch zu bewerkstelligen, kann vorteilhaft eine Spannung zwischen der Beschichtung und einer Elektrodenschicht auf einer der Seite mit der Beschichtung, welche die erste Schicht umfasst, gegenüberliegenden Seite angelegt werden.
  • Um eine solche Elektrodenschicht bereitzustellen, kann das Verfahren, sofern beispielsweise das Substrat nicht bereits eine leitfähige Oberfläche auf einer Seite aufweist, vorteilhaft auch den Schritt des Aufbringens einer Elektrodenschicht auf einer der Beschichtung mit der ersten Schicht gegenüberliegenden Seite umfassen.
  • Von Vorteil kann es außerdem sein, wenn als Beschichtung auf dem ersten Bereich des Substrats nicht nur eine einzelne Schicht aufgebracht wird. Vielmehr können neben der ersten Schicht auch noch eine zweite oder weitere Schichten abgeschieden oder aufgebracht werden. Insbesondere bei feldunterstütztem Ionenaustausch ist es dabei günstig, wenn zumindest eine Schicht der Beschichtung leitfähig ist. Selbstverständlich gilt dies auch dann, wenn die Beschichtung nur eine einzelne Schicht umfasst.
  • Beispielsweise ist es vorteilhaft, wenn bei feldunterstütztem Ionenaustausch noch zumindest eine zweite Schicht vorhanden ist. Diese stellt sicher, dass die Spannungszuführung erhalten bleibt, auch wenn die Schicht mit den Austauschatomen durch den Austauschprozess ausdünnt und schließlich ihre Leitfähigkeit verliert.
  • Bevorzugt wird dabei die zweite Schicht auf der ersten Schicht aufgebracht, so dass die erste Schicht direkt mit dem Substrat in Kontakt ist und die Austauschatome ungestört in das Substrat gelangen können. Als zweite Schicht ist unter anderem eine Schicht geeignet, die Titan oder Kupfer aufweist.
  • Ein geeignetes Verfahren für das Aufbringen der Beschichtung auf dem ersten Bereich des Substrats ist beispielsweise das PVD-Beschichten, beziehungsweise die physikalische Dampfphasenabscheidung oder das Sputtern. Dabei kann sowohl die erste Schicht mit den Austauschatomen, als auch, falls vorgesehen, die weiteren Schichten, insbesondere die zweite Schicht mittels PVD-Beschichtung oder Sputtern abgeschieden werden. Vorteilhaft ist es ebenso, eine Elektrodenschicht auf der gegenüberliegenden Seite mittels PVD oder Sputtern abzuscheiden.
  • Nachdem das Ionenaustauschen durchgeführt und so ein optisches Element im Substrat definiert wurde, kann schließlich die verbleibende Beschichtung auf der ersten Seite des Substrats entfernt werden. Ebenso kann nach feldunterstützendem Ionenaustausch auch die Elektrodenschicht auf der gegenüberliegenden zweiten Seite durch geeignete Verfahren entfernt werden.
  • Der zumindest eine durch Abtragen von Substratmaterial gegenüber dem ersten Bereich abgesenkte zweite Bereich kann anschließend auch wieder aufgefüllt werden. Auch kann, beispielsweise um die hergestellten Strukturen auf dem Substrat zu schützen und das optische Modenfeld zu optimieren, das Substrat insbesondere auf einer Seite mit einem erfindungsgemäß hergestellten optischen Element nach dem Ionenaustauschen durch Beschichten mit einem transparenten Material abgedeckt werden.
  • Eine erfindungsgemäß herstellbare optische Einrichtung kann selbstverständlich auch insbesondere eine Vielzahl von erhöhten Abschnitten mit ausgetauschten Ionen aufweisen, so dass sich vielfältige integrierte optische Vorrichtungen realisieren lassen. Beispiele für optische Vorrichtungen, die sich auf einem Substrat durch erfindungsgemäß hergestellte optischen Elemente realisieren lassen sind:
    • – Mach-Zehnder-Interferometer,
    • – Thermo- und elektrooptische Schalter
    • – Arrayed-Waveguide-Grating (AWG),
    • – optische Multiplexer oder Demultiplexer, oder Verzweiger.
  • Für integrierte optische Anwendungen interessant sind insbesondere auch optische Verstärkerelemente.
  • Auch andere optische Elemente, wie etwa eine Grin-Linse oder ein diffraktives optisches Element können erfindungsgemäß hergestellt werden. Ein weiteres Anwendungsgebiet sind außerdem rechnererzeugte Hologramme.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Substrat ein Glas. Geeignete Gläser zur Herstellung optischer Einrichtungen sind dabei unter anderem Silikat-, Borat-, Germanat-, Arsenoxid- und Phosphatgläser. Insbesondere für aktive optische Einrichtungen sind auch LiNbO-Gläser als Substratmaterial geeignet.
  • Zur Herstellung optisch verstärkender Elemente kann das Substrat besonders vorteilhaft auch ein optisch verstärkendes Material umfassen. Als optisch verstärkendes Material ist diesbezüglich ein Seltenerd-dotiertes Material, insbesondere ein Erbium und Ytterbium-dotiertes Material geeignet.
  • Die Erfindung wird nachfolgend genauer anhand bevorzugter Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Dabei verweisen gleiche Bezugszeichen auch gleiche oder ähnliche Teile.
  • Es zeigen:
  • 1A bis 1F anhand von schematischen Querschnittansichten die Verfahrensschritte zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
  • 2A und 2B eine Variante der anhand der 1A bis 1D gezeigten Verfahrensschritte,
  • 3A und 3B erfindungsgemäß hergestellte optische Einrichtungen nach Durchführung eines weiteren Verfahrensschrittes gemäß noch einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
  • 4 die Feldverteilung innerhalb des Substrats bei feldunterstütztem Ionenaustausch
  • 5A bis 5C den Verlauf der Konzentration von Austauschionen im Substrat während des Austauschprozesses, und
  • 6A bis 6D verschiedene Ausführungsformen von mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens herstellbaren optischen Einrichtungen.
  • Die 1A bis 1F zeigen anhand schematischer Querschnittansichten die Schritte gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer erfindungsgemäßen optischen Einrichtung.
  • Zunächst wird ein Substrat 1 auf einer ersten Seite 3 mit einer Beschichtung 8 versehen. Diese Beschichtung umfasst eine erste Schicht 7, die Austauschatome in neutraler oder ionischer Form aufweist. Die Schicht 7 kann dabei beispielsweise eine metallische Silberschicht sein. Bevorzugt wird die erste Schicht mit einer Dicke in einem Bereich von 20 nm bis 1200 nm, bevorzugt in einem Bereich von 100 bis 600 nm aufgebracht.
  • Außerdem umfasst die Beschichtung 8 eine zweite Schicht 9, welche auf der ersten Schicht 7 aufgebracht wird, so dass die erste Schicht 7 in Kontakt mit der Oberfläche des Substrats 1 ist. Als zweite Schicht 9 kann beispielsweise eine Titanschicht, Cromschicht, Aluminiumschicht oder Kupferschicht aufgebracht werden. Die Beschichtung 8 mit den Einzelschichten 7 und 9 wird dabei gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens mittels physikalischer Dampfphasenabscheidung abgeschieden. Bevorzugt ist dabei zumindest eine der Schichten 7, 9 der Beschichtung 8 leitfähig.
  • Auf der gegenüberliegenden Seite 5 des Substrats 1 wird außerdem eine Elektrodenschicht 13 abgeschieden. Auch diese Schicht wird bevorzugt mittels physikalischer Dampfphasenabscheidung oder Sputtern auf dem Substrat 1 erzeugt.
  • Die Beschichtung 8 und das Substrat 1 werden anschließend photolithographisch strukturiert. Dazu wird, nachdem das Substrat 1 auf die oben beschriebene Weise beschichtet wurde, auf die Beschichtung 8 zusätzlich eine Photolack-Schicht 11 aufgebracht.
  • Anschließend kann dann der Photolack durch ein geeignetes Verfahren strukturiert belichtet werden, etwa, indem die Belichtung durch eine strukturierte Maske erfolgt. Dadurch wird zumindest ein erster Bereich 15 und daran angrenzende Bereiche 17 und 19 auf der ersten Seite des Substrats definiert.
  • In einem nachfolgenden Schritt wird die Photolackschicht 11 entwickelt, so dass die Photolack-Schicht 11 über den zum ersten Bereich benachbarten zweiten Bereichen 17, 19 entfernt wird, beziehungsweise auf dem ersten Bereich 15 stehen bleibt. Diesen so erreichten Verarbeitungszustand zeigt 1B.
  • Nachfolgend wird durch nass- und/oder trockenchemisches Ätzen die Beschichtung 8 von den zweiten Bereichen 17, 19 entfernt, wie anhand von 1C dargestellt ist.
  • Als weiterer Schritt wird Substratmaterial von dem zum ersten Bereich 15 benachbarten zweiten Bereichen 17, 19 entfernt, so dass im Bereich 15 ein gegenüber den benachbarten Bereichen 17, 19 erhöhter Abschnitt 21 entsteht, der von der Beschichtung 8 bedeckt ist. Vorzugsweise wird dazu Substratmaterial mit einer Dicke im Bereich von 0.2 μm bis 50 μm, besonders bevorzugt im Bereich von 1 μm bis 15 μm Dicke entfernt. Schließlich kann der auf dem ersten Bereich 15 verbliebene Photolack entfernt werden.
  • Mit dem anhand von 1C gezeigten Verarbeitungszustand ist der Schritt des Beschichtens zumindest eines ersten Bereichs 15 des Substrats 1 mit einer Beschichtung 8, welche eine erste Schicht 7 umfasst, die Austauschatome in neutraler oder ionischer Form aufweist, abgeschlossen.
  • Die anhand der 1C und 1D gezeigten Verfahrensschritte können auch in einem einzelnen Schritt durchgeführt werden, wenn beispielsweise ein geeignetes Ätzmittel verwendet wird, welches sowohl die Beschichtung 8, als auch das Substratmaterial ätzen kann. Alternativ oder zusätzlich zu nass- oder trockenchemischem (RIE, CAIBE) Ätzen kann die Beschichtung 8, sowie das Substratmaterial auch durch Ionenstrahlätzen (IBE) entfernt werden. Dabei kann beispielsweise die Beschichtung und das darunterliegende Substratmaterial im ersten Bereich 15 durch die Photolack-Schicht 11 geschützt werden.
  • Damit ist das photolithographische Strukturieren der Beschichtung 8 und das Strukturieren des Substrats durch photolithographisches Abtragen von Substratmaterial von den zweiten Bereichen 17, 19 abgeschlossen. Diesen Verarbeitungszustand zeigt 1D.
  • Im so vorbereiteten Substrat können dann, wie anhand von 1E gezeigt ist, Substrationen mit Austauschionen aus der ersten Schicht ausgetauscht werden.
  • Dabei erfolgt der Ionenaustausch gemäß 1E feldunterstützt. Dazu wird eine Spannungsquelle 25 mit der elektrisch leitenden Schicht 9 und der ebenfalls elektrisch leitenden Elektrodenschicht auf der gegenüberliegenden Seite 5 angeschlossen, wobei die Spannungsquelle so gepolt wird, dass die Elektrodenschicht 13 die Kathode bildet. Um die Beweglichkeit der Ionen im Substrat 1 zu erhöhen, kann das Substrat außerdem vorteilhaft geheizt werden. Durch die feldunterstützte Diffusion wandern nun Austauschatome aus der ersten Schicht 7 als Austauschionen in den erhöhten Abschnitt 21 des Substrats 1 ein, wobei gleichzeitig Ionen des Substrats in Richtung auf die Kathode wandern.
  • Durch den Ionenaustauschprozeß baut sich die erste Schicht 7 ab. Diese kann schließlich im Verlauf des Austauschprozesses je nach Schichtdicke und Dauer des Ionenaustausches auch vollständig abgebaut werden. Durch das Vorhandensein der zweiten Schicht 9 wird jedoch verhindert, dass die Beschichtung 8 vollständig abgebaut wird oder aufgrund ihrer abnehmenden Dicke ihre Leitfähigkeit verliert.
  • Schließlich kann die verbleibende Beschichtung 8 nach dem in
  • 1E gezeigten Schritt des Austauschens die verbleibende Beschichtung auf der ersten Seite 3 des Substrats 1 entfernt werden. Eine Ausführungsform eines so erhaltenen strukturierten Substrats 1 ist in 1F als aufgeschnittene, perspektivische Ansicht dargestellt. Durch den Ionenaustausch wird im Substrat 1 ein Bereich 27 mit zumindest teilweise ausgetauschten Ionen gebildet, welcher einen zu benachbarten Bereichen unterschiedlichen Brechungsindex aufweist. Dieser Bereich wird von den Außenseiten des erhöhten Abschnitts 21 einerseits und andererseits durch eine Grenzfläche 29 zu benachbarten Bereichen innerhalb des Substrats 1 begrenzt. Die Grenzfläche 29 ist dabei keine scharfe Grenzfläche, wie sie beispielsweise an der Oberfläche eines festen, transparenten Materials zur Umgebung hin entsteht, sondern ist aufgrund der zu benachbarten Substratbereichen hin abnehmenden Konzentration von Austauschionen vielmehr diffus. Jedoch wird andererseits beim erfindungsgemäß durchgeführten Ionenaustausch eine im Vergleich zu bekannten Verfahren wesentlich schärfere Grenzfläche 29 geschaffen, da im Bereich der erfindungsgemäß geschaffenen Grenzfläche die Konzentration der Austauschionen aufgrund der Feldverteilung beim Ionenaustausch stark abfällt. Wurden beispielsweise Na+-Ionen durch Ag+-Ionen ausgetauscht, so weist der Bereich 27 einen gegenüber angrenzenden Bereichen erhöhten Brechungsindex auf, so dass im erhöhten Abschnitt 21 Licht geführt werden kann.
  • Bei der in 1F gezeigten Ausführungsform hatte der erste Bereich 15 ursprünglich eine entlang der Oberfläche der ersten Seite 3 des Substrats 1 langgestreckte Form, so dass nach Durchführung des Verfahrens auch der erhöhte Abschnitt 21 diese Form aufweist, so dass der erhöhte Abschnitt 21 zusammen mit der Grenzfläche 29 einen Wellenleiter 31 bildet.
  • Die 2A und 2C zeigen eine Variante der anhand der 1A bis 1D dargestellten Verfahrensschritte.
  • Gemäß dieser Variante wird ebenfalls auf der zweiten Seite 5 eine Elektrodenschicht 13 aufgebracht. Der Schritt des Beschichtens eines ersten Bereichs 15 des Substrats 1 mit der Beschichtung 8, mit einer ersten Schicht 7, die Austauschatome in neutraler oder ionischer Form aufweist, sowie der zweiten, leitfähigen Schicht 9 erfolgt gemäß dieser Variante nicht durch photolithographisches Strukturieren einer ganzflächig aufgebrachten Schicht 8, sondern durch Aufdampfen der Schichten 7 und 9 durch eine Maske 33 mit geeignet strukturierter Öffnung 35.
  • Mit einem passenden Ätzmittel, welches das Substrat, jedoch im wesentlichen nicht die Schichten 7, 9 der Beschichtung 8 angreift, oder durch Ionenätzen wird dann Substratmaterial von den zum ersten, beschichteten Bereich 15 benachbarten Bereichen 17 und 19 abgetragen, so dass der in 2B gezeigte Verarbeitungszustand erhalten wird, der ähnlich zu der in 1D gezeigten Konfiguration ist.
  • Die 3A und 3B zeigen erfindungsgemäß hergestellte optische Einrichtungen nach Durchführung eines zusätzlichen Verfahrensschrittes gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Dazu werden die Substrate gemäß den anhand der 1A bis 1F gezeigten Verfahrensschritten vorbereitet, wobei beispielsweise anstelle der Verfahrensschritte der 1A bis 1D auch die Verfahrensschritte gemäß der obigen Beschreibung der 2A und 2B durchgeführt werden kann.
  • Anschließend wird die erste Seite 3 mit dem erhöhten Abschnitt, beziehungsweise dem daraus gebildeten optischen Element mit einem transparenten Material wie z.B. SiO2 oder einem Polymer beschichtet. Dabei wurde die in 3A gezeigte Ausführungsform so beschichtet, dass das abgetragene Substratmaterial von den zweiten Bereichen 17, 19 wieder aufgefüllt wird. Dadurch bleibt die Außenseite des erhöhten Abschnitts 21 frei. Diese Ausführungsform einer erfindungsgemäß hergestellten, als Ganzes mit 30 bezeichneten optischen Einrichtung kann beispielsweise nachfolgend mit noch einer weiteren Beschichtung versehen werden. Auch kann die freibleibende Außenseite zur Lichteinkopplung oder Lichtauskopplung benutzt werden. Weiterhin können mit anderen Verfahren weitere optische Elemente aufgebracht werden, welche auf diese Weise mit dem beispielhaft als Wellenleiter 31 ausgebildeten erhöhten Abschnitt 21 in Kontakt kommen können.
  • 3B zeigt eine optische Einrichtung 30 mit einem Substrat 1, welches ebenfalls auf der ersten Seite 3 mit einem transparenten Material 37 beschichtet wurde.
  • Bei dieser Ausführungsform der Erfindung wurde jedoch die erste Seite 3 so beschichtet, dass der erhöhte Abschnitt 21 vollständig überdeckt wird. Auf diese Weise wird ein durch den Abschnitt 21 und den Bereich 27 mit den ausgetauschten Ionen definiertes optisches Element der optischen Einrichtung 30 gut gegen mechanische Beschädigungen oder chemischen Angriff geschützt und das optische Modenfeld optimiert. Als transparentes Material ist bei beiden Ausführungsformen beispielsweise Epoxydharz geeignet.
  • 4 zeigt die errechnete Feldverteilung der dielektrischen Verschiebung innerhalb eines Substrats 1. Das Feld ist innerhalb des Substrats 1 durch Pfeile und Striche gekennzeichnet, wobei die Länge der Pfeile und Striche die Feldstärke angeben. Das Substrat 1 ist dabei, wie in 1E dargestellt, vorbereitet und an eine Spannungsquelle angeschlossen. Der Übersichtlichkeit halber sind jedoch die Beschichtung auf dem ersten Bereich 15 und die Elektrodenschicht auf der Seite 5 des Substrats zeichnerisch nicht dargestellt.
  • Anhand von 4 wird deutlich, dass sich durch das erfindungsgemäße Verfahren deutlich besser definierte Grenzflächen im Substrat durch Ionenaustausch herstellen lassen. Im Substrat sinkt die Feldstärke außerhalb des erhöhten Abschnitts 21 schnell ab. Dies führt dazu, dass hier kaum noch eine treibende Kraft für die durch den erhöhten Abschnitt 21 gewanderten Austauschionen mehr vorhanden ist, so dass der Wanderprozess im Substrat hier im wesentlichen zum Erliegen kommt.
  • Dazu zeigen die 5A bis 5C eine Simulation des Verlauf der Konzentration von Austauschionen im Substrat 1 während des Austauschprozesses. Als Austauschschicht dient dabei eine Silberschicht. Die Konzentrationen sind dabei in relativen Einheiten angegeben, die auf die höchste erreichte Austauschionenkonzentration bezogen sind. Im einzelnen zeigen die 5A, 5B und 5C den Konzentrationsverlauf nach 2, 3 und 5 Minuten Prozessdauer. Die verschiedenen Innenkonzentrationen sind dabei durch unterschiedlich schraffierte Bereiche kenntlich gemacht. Nach 3 Minuten Prozessdauer sind die Austauschionen am Fuß des hervorragenden Abschnitts 21 angekommen. Nach 5 Minuten Prozessdauer (5C) ist die erste Schicht mit den Austauschionen bei der verwendeten Schichtdicke bereits aufgebraucht, so dass die Konzentration von Austauschionen im Abschnitt 21 gegenüber der höchsten, zu Beginn des Austauschprozesses vorhandener Konzentration abgesunken ist. Aufgrund der Feldverteilung am Fuß des Abschnitts 21 nimmt, wie oben erläutert, die Konzentration der Austauschionen stark ab, so dass sich nach 5 Minuten Prozessdauer nach Abschluss des Austauschprozesses eine vergleichsweise gut ausgebildete Grenzfläche zu benachbarten Bereichen des Substrats 1 gebildet hat.
  • Nachfolgend wird auf die 6A bis 6D Bezug genommen, die verschiedene beispielhafte Ausführungsformen optischer Einrichtungen zeigen, welche mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens herstellbar sind.
  • 6A zeigt eine optische Einrichtung 30, die einen optischen Verzweiger umfasst. Die Einrichtung weist dazu einen aus einem erhöhten Abschnitt 21 gebildeten Wellenleiter 31 auf, der sich an einer Verzweigungsstelle 41 in zwei weitere Wellenleiter 310, 311 aufteilt.
  • 6B zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen optischen Einrichtung 30, die ein Mach-Zehnder-Interferometer aufweist. Dieses umfasst zwei Wellenleiter 31, 32, die über Verzweigungsstellen 39, 41 und daran angeschlossene Wellenleiter 310, 311 miteinander verbunden sind.
  • 6C zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen optischen Einrichtung mit einem Arrayed-Waveguide-Grating.
  • Dieses umfasst einen Wellenleiter 31, an den sich ein erster Freistrahlbereich 43 anschließt, weitere, mit dem ersten Freistrahlbereich 43 und einem weiteren Freistrahlbereich 45 verbundene Wellenleiter 310 bis 316, sowie an den weiteren Freistrahlbereich 45 angeschlossene Wellenleiter 320 bis 323.
  • Die Wellenleiter 310 bis 316 weisen zur Erzeugung von Phasenverschiebungen zwischen den die Wellenleiter durchlaufenden Teilstrahlen unterschiedliche Längen auf. Das Substrat kann auch ein optisch verstärkendes Material, wie etwa ein geeignetes Erbium-dotiertes Glas umfassen, so dass in die optische Einrichtung 30 zusätzliche Verstärkerstrukturen zur Verstärkung der durch die Wellenleiter 320 bis 323 laufenden Teilstrahlen integriert werden können. Alle in 6C gezeigten Strukturen 31, 43, 45, 310 bis 316, 320 bis 323 können vorteilhaft mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden und dementsprechend gegenüber benachbarten Bereichen des Substrats 1 erhöhte Abschnitte umfassen, welche die jeweiligen optischen Strukturen definieren.
    • 1
    Substrat
    3
    erste Seite von 1
    5
    zweite Seite von 1
    7
    Erste Schicht
    9
    Opferschicht
    11
    Photoresist-Schicht
    13
    Elektrodenschicht
    15
    erster Bereich
    17, 19
    zweite Bereiche
    21
    hervorragender Abschnitt
    25
    Spannungsquelle
    27
    Bereich mit ausgetauschten Ionen in 1
    29
    Grenzfläche
    30
    optische Einrichtung
    31,32, 310 – 316,
    320–323
    Wellenleiter
    33
    Maske
    35
    Öffnung in 33
    37
    transparente Beschichtung
    39, 41
    optische Verzweigung
    43, 45
    Freistrahlbereiche

Claims (29)

  1. Verfahren zur Herstellung einer optischen Einrichtung mittels Ionenaustausch, welches die Schritte umfasst: – Beschichten zumindest eines ersten Bereichs (15) eines Substrats (1) mit einer Beschichtung (8), welche eine erste Schicht (7) umfasst, die Austauschatome in neutraler oder ionischer Form aufweist, – Abtragen von Substratmaterial von wenigstens einem zum ersten Bereich (15) benachbarten zweiten Bereich (17, 19), – Austauschen von Substrationen mit Austauschionen aus der ersten Schicht (7).
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Austauschens von Substrationen den Schritt des Heizens des Substrats (1) umfasst.
  3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Beschichtens zumindest eines ersten Bereichs (15) eines Substrats (1) mit einer Beschichtung (8) den Schritt des photolithographischen Strukturierens der Beschichtung (8) auf dem Substrat (1) umfasst.
  4. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Abtragens von Substratmaterial von wenigstens einem zum ersten Bereich (15) benachbarten zweiten Bereich (17, 19) den Schritt des photolithographischen Strukturierens oder Siebdruck des Substrats (1) umfasst.
  5. Verfahren gemäß Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass – auf das mit einer Beschichtung (8), welche eine erste Schicht (7) umfasst, versehene Substrat (1) eine Photolack-Schicht (11) aufgebracht wird, – die Photolack-Schicht (11) durch Belichten und Entwickeln positiv strukturiert wird, so dass die Photolack-Schicht (11) über dem zumindest einen zum ersten Bereich (15) benachbarten zweiten Bereich (17, 19) entfernt wird, – die Beschichtung (8), die eine erste Schicht (7) umfasst, auf dem zumindest einen zweiten Bereich (17, 19) entfernt, und – Substratmaterial von diesem Bereich (17, 19) entfernt wird.
  6. Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Entfernens der Beschichtung (8) vom zweiten Bereich (17, 19) den Schritt des nass- und/oder trockenchemischen Ätzens oder des Ionenstrahlätzens umfasst.
  7. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Abtragens von Substratmaterial von wenigstens einem zum ersten Bereich (15) benachbarten Bereich (17, 19) den Schritt des nass- und/oder trockenchemischen Ätzens (RIE, CAIBE) oder des Ionenstrahlätzens (IBE) umfasst.
  8. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Austauschens von Substrationen mit Austauschionen aus der ersten Schicht (7) den Schritt des feldunterstützten Austauschens von Substrationen mit Austauschionen aus der ersten Schicht (7) umfasst.
  9. Verfahren gemäß Anspruch 8, gekennzeichnet durch den Schritt des Aufbringens einer Elektrodenschicht (13) auf einer der Seite (3) mit der Beschichtung (8), welche die erste Schicht (7) umfasst, gegenüberliegenden Seite (5).
  10. Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenschicht (13) mittels physikalischer Dampfphasenabscheidung oder Sputtern abgeschieden wird.
  11. Verfahren gemäß Anspruch 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des feldunterstützten Austauschens von Substrationen mit Austauschionen aus der ersten Schicht den Schritt des Anlegens einer Spannung zwischen der Beschichtung und einer Elektrodenschicht (13) auf einer Seite (3) mit der Beschichtung, welche die erste Schicht umfasst, gegenüberliegenden Seite (5).
  12. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht (7) mit einer Dicke in einem Bereich von 20 nm bis 1200 nm, bevorzugt in einem Bereich von 100 bis 600 nm aufgebracht wird.
  13. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichten zumindest eines ersten Bereichs eines Substrats (1) mit einer Beschichtung, welche eine erste Schicht (7) umfasst, die Austauschatome in neutraler oder ionischer Form aufweist, das Beschichten mit einer Silberschicht umfasst.
  14. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichten zumindest eines ersten Bereichs eines Substrats (1) mit einer Beschichtung, welche eine erste Schicht (7) umfasst, das Aufbringen einer zweiten Schicht (9) umfasst.
  15. Verfahren gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schicht (9) auf der ersten Schicht (7) aufgebracht wird.
  16. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen einer zweiten Schicht (9) das Aufbringen einer Titan, Chrom, Aluminium oder Kupfer aufweisenden Schicht umfasst.
  17. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Schicht (7, 9) der Beschichtung (8) leitfähig ist.
  18. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (8), welche eine erste Schicht (7) umfasst, die Austauschatome in neutraler oder ionischer Form aufweist, mittels physikalischer Dampfphasenabscheidung abgeschieden wird.
  19. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Abtragens von Substratmaterial von wenigstens einem zum ersten Bereich (15) benachbarten Bereich (17, 19) das Abtragen von Substratmaterial einer Dicke im Bereich von 0.2 μm bis 50 μm, bevorzugt von 1 μm bis 15 μm umfasst.
  20. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Schritt des Austauschens die verbleibende Beschichtung (8) auf der ersten Seite (3) des Substrats (1) entfernt wird.
  21. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (1) nach dem Ionenaustauschen mit einem transparenten Material (37) wie z.B. SiO2 oder einem Polymer beschichtet wird.
  22. Optische Einrichtung (30), insbesondere herstellbar gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, mit – einem Substrat (1), – zumindest einem ersten Bereich (15) auf einer Seite (3) des Substrats (1), – zumindest einem zweiten, an den ersten Bereich angrenzenden Bereich (17, 19), wobei der erste Bereich (15) gegenüber dem zweiten Bereich (17, 19) erhöht ist, so dass das Substrat (1) einen hervorragenden Abschnitt (21) im ersten Bereich (15) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass im hervorragenden Abschnitt (21) Ionen des Substrats (1) zumindest teilweise ausgetauscht sind.
  23. Optische Einrichtung gemäß Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Brechungsindex des hervorragenden Abschnitts (21) gegenüber dem Brechungsindex benachbarter Abschnitte des Substrats (1) erhöht ist
  24. Optische Einrichtung gemäß Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass der erhöhte Abschnitt (21) der optischen Einrichtung zumindest einen Wellenleiter (31, 32, 310–314, 320–323) umfasst.
  25. Optische Einrichtung gemäß einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Einrichtung zumindest eines der Elemente – ein Mach-Zehnder-Interferometer, – ein thermo- oder elektrooptischer Schalter – ein Arrayed-Waveguide-Grating (AWG), – einen optischen Multiplexer oder Demultiplexer – einen Verzweiger, – einen optischen Richtkoppler, – eine Grin-Linse – ein diffraktives optisches Element – ein rechnererzeugtes Hologramm, – einen optischen Verstärker umfasst.
  26. Optische Einrichtung gemäß einem der Ansprüche 22 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (1) ein Glas umfasst.
  27. Optische Einrichtung gemäß Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (1) ein Glas aus einer Gruppe aufweist, die Silikat-, Borat-, Germanat-, Arsenoxid-, Phosphat- und LiNbO-Glas umfasst.
  28. Optische Einrichtung gemäß einem der Ansprüche 22 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (1) ein optisch verstärkendes Material umfasst.
  29. Optische Einrichtung gemäß Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (1) ein Seltenerd dotiertes Material, insbesondere ein Erbium- oder Ytterbium dotiertes Material umfasst.
DE10322350A 2003-05-17 2003-05-17 Optische Einrichtung, sowie Verfahren zu deren Herstellung Expired - Fee Related DE10322350B4 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10322350A DE10322350B4 (de) 2003-05-17 2003-05-17 Optische Einrichtung, sowie Verfahren zu deren Herstellung
US10/847,200 US20050058423A1 (en) 2003-05-17 2004-05-17 Optical device, and process for producing it

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10322350A DE10322350B4 (de) 2003-05-17 2003-05-17 Optische Einrichtung, sowie Verfahren zu deren Herstellung

Publications (3)

Publication Number Publication Date
DE10322350A1 true DE10322350A1 (de) 2004-12-09
DE10322350A9 DE10322350A9 (de) 2005-04-14
DE10322350B4 DE10322350B4 (de) 2005-11-10

Family

ID=33440939

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE10322350A Expired - Fee Related DE10322350B4 (de) 2003-05-17 2003-05-17 Optische Einrichtung, sowie Verfahren zu deren Herstellung

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20050058423A1 (de)
DE (1) DE10322350B4 (de)

Cited By (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004020363A1 (de) * 2004-04-23 2005-11-17 Schott Ag Verfahren zur Herstellung eines Masters, Master und Verfahren zur Herstellung von optischen Elementen sowie optischen Element
WO2012125857A1 (en) * 2011-03-16 2012-09-20 Apple Inc. Controlled chemical strengthening of thin glass
US8684613B2 (en) 2012-01-10 2014-04-01 Apple Inc. Integrated camera window
US8773848B2 (en) 2012-01-25 2014-07-08 Apple Inc. Fused glass device housings
US8824140B2 (en) 2010-09-17 2014-09-02 Apple Inc. Glass enclosure
US8873028B2 (en) 2010-08-26 2014-10-28 Apple Inc. Non-destructive stress profile determination in chemically tempered glass
US8923693B2 (en) 2010-07-30 2014-12-30 Apple Inc. Electronic device having selectively strengthened cover glass
US8937689B2 (en) 2009-03-02 2015-01-20 Apple Inc. Techniques for strengthening glass covers for portable electronic devices
US9128666B2 (en) 2011-05-04 2015-09-08 Apple Inc. Housing for portable electronic device with reduced border region
US9213451B2 (en) 2010-06-04 2015-12-15 Apple Inc. Thin glass for touch panel sensors and methods therefor
US9405388B2 (en) 2008-06-30 2016-08-02 Apple Inc. Full perimeter chemical strengthening of substrates
US9459661B2 (en) 2013-06-19 2016-10-04 Apple Inc. Camouflaged openings in electronic device housings
US9516149B2 (en) 2011-09-29 2016-12-06 Apple Inc. Multi-layer transparent structures for electronic device housings
US9615448B2 (en) 2008-06-27 2017-04-04 Apple Inc. Method for fabricating thin sheets of glass
US9725359B2 (en) 2011-03-16 2017-08-08 Apple Inc. Electronic device having selectively strengthened glass
US9778685B2 (en) 2011-05-04 2017-10-03 Apple Inc. Housing for portable electronic device with reduced border region
WO2018013505A1 (en) * 2016-07-15 2018-01-18 Corning Incorporated Optical waveguide article with laminate structure and method for forming the same
US9886062B2 (en) 2014-02-28 2018-02-06 Apple Inc. Exposed glass article with enhanced stiffness for portable electronic device housing
US9944554B2 (en) 2011-09-15 2018-04-17 Apple Inc. Perforated mother sheet for partial edge chemical strengthening and method therefor
US9946302B2 (en) 2012-09-19 2018-04-17 Apple Inc. Exposed glass article with inner recessed area for portable electronic device housing
US10133156B2 (en) 2012-01-10 2018-11-20 Apple Inc. Fused opaque and clear glass for camera or display window
US10144669B2 (en) 2011-11-21 2018-12-04 Apple Inc. Self-optimizing chemical strengthening bath for glass
US10189743B2 (en) 2010-08-18 2019-01-29 Apple Inc. Enhanced strengthening of glass
US10781135B2 (en) 2011-03-16 2020-09-22 Apple Inc. Strengthening variable thickness glass

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5640474A (en) * 1995-09-29 1997-06-17 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Easily manufacturable optical self-imaging waveguide
DE69637984D1 (de) * 1995-12-28 2009-09-17 Panasonic Corp Optischer Wellenleiter, Vorrichtung zur Umwandlung optischer Wellenlängen und Verfahren zu ihrer Herstellung
US6324326B1 (en) * 1999-08-20 2001-11-27 Corning Incorporated Tapered fiber laser
KR100415625B1 (ko) * 2001-08-06 2004-01-24 한국전자통신연구원 이온 교환법을 이용한 평면형 광도파로 제조 방법

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
H. HULTZSCH: Optische Telekommunikationssysteme, Damm-Verlag Gelsenkirchen, 1996, S. 102-104 *
JP 05-313 031 A mit englischem Abstract und Compu- terübersetzung des JPO
JP 05313031 A mit englischem Abstract und Computerübersetzung des JPO *

Cited By (56)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004020363A1 (de) * 2004-04-23 2005-11-17 Schott Ag Verfahren zur Herstellung eines Masters, Master und Verfahren zur Herstellung von optischen Elementen sowie optischen Element
US7662544B2 (en) 2004-04-23 2010-02-16 Schott Ag Method for manufacturing a master, master, method for manufacturing optical elements and optical element
US9615448B2 (en) 2008-06-27 2017-04-04 Apple Inc. Method for fabricating thin sheets of glass
US9405388B2 (en) 2008-06-30 2016-08-02 Apple Inc. Full perimeter chemical strengthening of substrates
US10185113B2 (en) 2009-03-02 2019-01-22 Apple Inc. Techniques for strengthening glass covers for portable electronic devices
US8937689B2 (en) 2009-03-02 2015-01-20 Apple Inc. Techniques for strengthening glass covers for portable electronic devices
US9213451B2 (en) 2010-06-04 2015-12-15 Apple Inc. Thin glass for touch panel sensors and methods therefor
US8923693B2 (en) 2010-07-30 2014-12-30 Apple Inc. Electronic device having selectively strengthened cover glass
US10189743B2 (en) 2010-08-18 2019-01-29 Apple Inc. Enhanced strengthening of glass
US8873028B2 (en) 2010-08-26 2014-10-28 Apple Inc. Non-destructive stress profile determination in chemically tempered glass
US8824140B2 (en) 2010-09-17 2014-09-02 Apple Inc. Glass enclosure
US10021798B2 (en) 2010-09-17 2018-07-10 Apple Inc. Glass enclosure
US10765020B2 (en) 2010-09-17 2020-09-01 Apple Inc. Glass enclosure
US11785729B2 (en) 2010-09-17 2023-10-10 Apple Inc. Glass enclosure
US9439305B2 (en) 2010-09-17 2016-09-06 Apple Inc. Glass enclosure
US10398043B2 (en) 2010-09-17 2019-08-27 Apple Inc. Glass enclosure
US10781135B2 (en) 2011-03-16 2020-09-22 Apple Inc. Strengthening variable thickness glass
US10676393B2 (en) 2011-03-16 2020-06-09 Apple Inc. Electronic device having selectively strengthened glass
CN103476727B (zh) * 2011-03-16 2016-12-28 苹果公司 薄玻璃的受控化学强化
US11518708B2 (en) 2011-03-16 2022-12-06 Apple Inc. Electronic device having selectively strengthened glass
US9725359B2 (en) 2011-03-16 2017-08-08 Apple Inc. Electronic device having selectively strengthened glass
CN103476727A (zh) * 2011-03-16 2013-12-25 苹果公司 薄玻璃的受控化学强化
WO2012125857A1 (en) * 2011-03-16 2012-09-20 Apple Inc. Controlled chemical strengthening of thin glass
US10656674B2 (en) 2011-05-04 2020-05-19 Apple Inc. Housing for portable electronic device with reduced border region
US10401904B2 (en) 2011-05-04 2019-09-03 Apple Inc. Housing for portable electronic device with reduced border region
US11681326B2 (en) 2011-05-04 2023-06-20 Apple Inc. Housing for portable electronic device with reduced border region
US10983557B2 (en) 2011-05-04 2021-04-20 Apple Inc. Housing for portable electronic device with reduced border region
US10761563B2 (en) 2011-05-04 2020-09-01 Apple Inc. Housing for portable electronic device with reduced border region
US9128666B2 (en) 2011-05-04 2015-09-08 Apple Inc. Housing for portable electronic device with reduced border region
US9513664B2 (en) 2011-05-04 2016-12-06 Apple Inc. Housing for portable electronic device with reduced border region
US9778685B2 (en) 2011-05-04 2017-10-03 Apple Inc. Housing for portable electronic device with reduced border region
US9944554B2 (en) 2011-09-15 2018-04-17 Apple Inc. Perforated mother sheet for partial edge chemical strengthening and method therefor
US10574800B2 (en) 2011-09-29 2020-02-25 Apple Inc. Multi-layer transparent structures for electronic device housings
US10320959B2 (en) 2011-09-29 2019-06-11 Apple Inc. Multi-layer transparent structures for electronic device housings
US9516149B2 (en) 2011-09-29 2016-12-06 Apple Inc. Multi-layer transparent structures for electronic device housings
US11368566B2 (en) 2011-09-29 2022-06-21 Apple Inc. Multi-layer transparent structures for electronic device housings
US10144669B2 (en) 2011-11-21 2018-12-04 Apple Inc. Self-optimizing chemical strengthening bath for glass
US8684613B2 (en) 2012-01-10 2014-04-01 Apple Inc. Integrated camera window
US10018891B2 (en) 2012-01-10 2018-07-10 Apple Inc. Integrated camera window
US10551722B2 (en) 2012-01-10 2020-02-04 Apple Inc. Fused opaque and clear glass for camera or display window
US10133156B2 (en) 2012-01-10 2018-11-20 Apple Inc. Fused opaque and clear glass for camera or display window
US10512176B2 (en) 2012-01-25 2019-12-17 Apple Inc. Glass device housings
US8773848B2 (en) 2012-01-25 2014-07-08 Apple Inc. Fused glass device housings
US9756739B2 (en) 2012-01-25 2017-09-05 Apple Inc. Glass device housing
US9125298B2 (en) 2012-01-25 2015-09-01 Apple Inc. Fused glass device housings
US10842031B2 (en) 2012-01-25 2020-11-17 Apple Inc. Glass device housings
US10278294B2 (en) 2012-01-25 2019-04-30 Apple Inc. Glass device housings
US11260489B2 (en) 2012-01-25 2022-03-01 Apple Inc. Glass device housings
US11612975B2 (en) 2012-01-25 2023-03-28 Apple Inc. Glass device housings
US9946302B2 (en) 2012-09-19 2018-04-17 Apple Inc. Exposed glass article with inner recessed area for portable electronic device housing
US9459661B2 (en) 2013-06-19 2016-10-04 Apple Inc. Camouflaged openings in electronic device housings
US10496135B2 (en) 2014-02-28 2019-12-03 Apple Inc. Exposed glass article with enhanced stiffness for portable electronic device housing
US10579101B2 (en) 2014-02-28 2020-03-03 Apple Inc. Exposed glass article with enhanced stiffness for portable electronic device housing
US9886062B2 (en) 2014-02-28 2018-02-06 Apple Inc. Exposed glass article with enhanced stiffness for portable electronic device housing
US11307352B2 (en) 2016-07-15 2022-04-19 Corning Incorporated Optical waveguide article with laminate structure and method for forming the same
WO2018013505A1 (en) * 2016-07-15 2018-01-18 Corning Incorporated Optical waveguide article with laminate structure and method for forming the same

Also Published As

Publication number Publication date
DE10322350B4 (de) 2005-11-10
DE10322350A9 (de) 2005-04-14
US20050058423A1 (en) 2005-03-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE10322350B4 (de) Optische Einrichtung, sowie Verfahren zu deren Herstellung
DE60315352T2 (de) Verfahren zur herstellung optischer wellenleiter
DE10309826B4 (de) Verfahren zum Strukturieren von Phosphatgläsern durch zerstörungsfreien Ionenaustausch, strukturierte Phosphatgläser und deren Verwendung
DE2723972C2 (de) Optisches Kopplungselement sowie Positioniervorrichtungen für derartige Elemente
EP1647535B1 (de) Verfahren zur Mikrostrukturierung von Substraten aus Flachglas
DE19610656A1 (de) Optische Mehrwege-Weiche mit elektrisch einstellbaren Photonenkristallen
DE3520813A1 (de) Verfahren zur herstellung eines integrierten optischen lichtwellenleiters
EP1008013A1 (de) Thermo-optischer schalter
EP0559040B1 (de) Verfahren zur Herstellung optoelektronischer Bauelemente
DE3443149C2 (de) Optischer Körper und Verfahren zu seiner Herstellung
DE2553685C2 (de) Verfahren zur Herstellung eines optischen Richtkopplers
DE10041174A1 (de) Doppelbrechungsfreie passive optische Komponente
DE602004012752T2 (de) Optischer verstärker
DE69914315T2 (de) Verfahren zur herstellung optisch nichtlinearer dünnfilmwellenleiter sowie optisch nichtlineare dünnfilmwellenleiter
WO1992022839A1 (de) Integriert optische schaltung
DE102019132569B3 (de) Multikernfaser mit Multikern-Faserkomponenten sowie Verfahren zu ihrer Herstellung
WO1997028473A1 (de) Verfahren zur herstellung von optischen bauelementen und optisches bauelement
DE2332736A1 (de) Integrierter optischer kreis und verfahren zu seiner herstellung
DE3501898C2 (de)
DE10339837B4 (de) Feldunterstützter Ionenaustausch aus kontinuierlich aufgebrachten Metallfilmen auf Glassubstraten
DE3807606C2 (de)
WO2005036221A1 (de) Verfahren zur herstellung von elektrisch-optischen leiterplatten mit polysiloxanwellenleitern und ihre verwendung
DE4200396C1 (de)
AT502050A4 (de) Verfahren zum herstellen einer lichtkopplungseinrichtung
DE10352974B3 (de) Verfahren zur Herstellung von flüssigen optischen Wellenleitern

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8197 Reprint of an erroneous patent document
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8364 No opposition during term of opposition
8339 Ceased/non-payment of the annual fee