DE1930122A1 - Verfahren zur Herstellung elektrooptischer Anordnungen und nach diesem Verfahren hergestellte Anordnung - Google Patents
Verfahren zur Herstellung elektrooptischer Anordnungen und nach diesem Verfahren hergestellte AnordnungInfo
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Description
IBM Deutschland
Internationale Büro-Matchinen Geseihehaft mbH
Böblingen, 9. Juni 1969 pr-rz
Anmelderin: International Business Machines
Corporation, Armonk, N.Y. 10 504
Amtliches Aktenzeichen: Neuanmeldung
Aktenzeichen der Anmelderin: Docket YO 967 140
Verfahren zur Herstellung elektro-optischer Anordnungen und nach diesem Verfahren hergestellte Anordnung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von elektrooptischen
Anordnungen/ insbesondere von dicht gepackten, aus einer Vielzahl von jeweils zwischen zwei flächenförmigen Elektroden liegenden
flachen Kristallplatten bestehenden Anordnungen und eine nach diesem Verfahren hergestellte Anordnung.
Auf vielen Gebieten der Technik werden in der letzten Zeit optische
Verfahren und optische Anordnungen in stets wachsendem Um- ' fang verwendet. So werden beispielsweise in der Technik der Datenverarbeitung
neuerdings optische Speicher verwendet, bei denen das Einschreiben und das Auslesen der Informationen durch einen
Lichtstrahl erfolgt, der steuerbar und mit großer Geschwindigkeit auf den jeweils gewünschten Speicherplatz gerichtet werden kann.
Die Verschiebung des Lichtstrahls kann beispielsweise durch im Resonator eines Lesers angeordnete Mittel erfolgen. Zu diesem
Zweck ist einer der beiden den Resonator einschließenden Spiegel
009809/1484
mit einem elektro-optischen Element versehen, das je nach seinem Erregungszustand die Ebene des ihn durchsetzenden linear polarisierten
Lichts dreht oder nicht dreht. Die Anordnung ist so ge·-
troffen, daß das von einem Spiegel reflektierte Licht nur in einem
erregten Bereich des elektro-optischen Elements innerhalb dfeÜ Besonators
wirksam werden kann. Zur Aufrechterhaltung einer Strahlung im Resonator ist es erforderlich/ daß mindestens ein Bereich
des elektro-optischen Elements erregt wird. Ist der erregte Bew reich
punktförmig, so wird ein Lichtstrahl mit einem punktförmig "
gen Querschnitt entstehen, dessen Lage von der Lage des erregten "
Bereichs abhängig ist. Eine derartige Anordnung wird beispiels- r
weise in der Literaturstelle "The Electron Beam Scanlaser" von
R.A. Myers und R.V. Pole IBn Journal of Research and Development,
Vol. 11, No. 5, September 1967, Seiten 502 - 510 beschrieben.
Das verwendete elektro-optische Material sollte eine zur Herstellung
sehr kleiner und dünner Elemente ausreichende mechanische Festigkeit aufweisen und schon bei möglichst niedrigen Spannungen
den erforderlichen elektro-optischen Effekt aufweisen. Eine derartige Substanz ist beispielsweise Lithium-Niobat (LiNbO3). Da
bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung
für jede Lage des Strahls ein Paar von sich kreuzenden elektro-optischen Elementen vorhanden sein muß, die Anzahl der
Speicherplätze sehr groß ist und sowohl die Speicherfläche als auch der im Resonator für die Unterbringung der elektro-optischen
Elemente zur Verfügung stehende Raum sehr klein ist, müssen die elektro-optischen Elemente schmal ausgebildet und eng gepackt sein.
Es hat sich dabei als besonders vorteilhaft erwiesen, einen LiNbO3
Kristall mit Hilfe einer mit einer Schmirgelflüssigkeit versehenen
umlaufenden Nylonschnur mit Schlitzen zu versehen und in diesen Schlitzen die zur Anlegung der steuernden elektrischen Felder
erforderliche Elektroden unterzubringen. Bei diesem Verfahren sind die Schlitze an der Seite an dem die Schmirgelflüssigkeit zugeführt
wird V-förmig aufgeweitet. Diese Tatsache ist- sowohl auf die überschüssige Schmirgelflüssigkeit am Anfang des Schlitzes
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als auch darauf zurückzuführen, daß die die Schlitze schneidenden
Nylonfäden am Anfang des zu bearbeitenden Bereichs transversale Schwingungen ausführen. Da wie schon gesagt, die streifenförmigen
Bereiche außerordentlich schmal sind, wirken sich schon geringfügige
Ausweitungen so störend aus, daß die praktische Verwendbarkeit derartiger Anordnungen in Frage gestellt wird.
Diese Nachteile werden gemäff Erfindung durch ein Verfahren zur
Herstellung von elektro-optischen Anordnungen, insbesondere von dicht gepackten, aus einer Vielzahl von jeweils zwischen zwei
flächenförmigen Elektroden liegenden flachen Kristallbereichen bestehenden
Anordnungen gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, daß ein oder mehrere schnurförmige Elemente kontinuierlich durch
eine Station zur Beaufschlagung mit einer Schmirgelflüssigkeit, über einen Körper zur Stabilisierung ihrer Lage und zum Abstreifen
des überschüssigen Schmirgelbreis und schließlich über den zu bearbeitenden Körper bis zur Fertigstellung der zur Aufnahme
der flächenförraigen Elektroden erforderlichen Ausnehmungen bewegt wird, daß der mit Schlitzen versehene Körper gereinigt wird, die
Flächen der zwischen den Schlitzen liegenden Stege mit einer elektrisch leitenden Schicht überzogen und die Überzüge nach Ent-.
fernung der außerhalb der Schlitze abgelagerten überschüssigen Substanz mit elektrischen Anschlüssen versehen werden.
Eine besonders vorteilhafte Ausbildungsform des Erfindungsgedankens
ist dadurch gekennzeichnet, daß nach Fertigstellung der Schlitze und Reinigung des bearbeiteten Körpers eine leitende
Schicht auf die Flächen der Schlitze stromlos aufgebracht wird, daß anschließend eine zweite leitende Schicht durch Galvanisieren
aufgebracht wird, die Zwischenräume zwischen den leitenden Schichten mit einer mit ihnen ein Eutektikum bildenden Substanz ausgefüllt
und zur Bildung des Eutektikums erhitzt werden, daß nach Entfernen der außerhalb der Schlitze aufgebrachten überschüssigen
Substanz und nach Entfernen des nicht von den Schlitzen
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durchsetzten Kristallbereichs die in den Schlitzen liegenden Bereiche
mit elektrischen Anschlüssen versehen werden.
Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß die beim Betrieb der
Anordnung von der zu steuernden Strahlung durchsetzten Flächen des Körpers vor der Herstellung der Ausnehmungen planparallel und
optisch genau geschliffen werden.
Eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Anordnung ist gekennzeichnet durch einen quaderförmigen elektro-optischen
Kristall aus LiNbO3, der mit einer Vielzahl von durch scheibenförmige
Schlitze gebildeten plattenförmigen Stegen versehen ist, und deren Zwischenräume durch mit elektrischen Anschlüssen versehene Schichten aus einem Gold-Indium-Eutektikum ausgefüllt sind.
Die Erfindung wird anschließend anhand der Figuren näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1
Figur 1
Figur 2
Figur 3
Figur 4
Figur 5
Figur 6
Figur 4
Figur 5
Figur 6
einen quaderförmigen Kristall mit einer Anzahl von schlitzförmigen Ausnehmungen,
eine vergrößerte Darstellung zweier nebeneinanderliegender Schlitze, die. mit leitenden Belägen überzogen
sind, ' ■ . , ■
eine vergrößerte Ansicht der mit diesen überzügen verbundenen
elektrischen Anschlüsse,
die schematische Darstellung einer vollständigen elek*
tro-optIschen Anordnung,
eine schematische Darstellung der bisher verwendeten
Verfahren,
eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Figur 7 die schematische Darstellung eines Lasers, bei dem die
Steuerung des Lichtstrahls durch eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Anordnung erfolgt.
Bei dem in Figur 5 wiedergegebenen Verfahren wird ein Kristall 2 mit Hilfe von zwei in Richtung des Pfeils bewegten/ als Sägen
wirkenden schnurförmigen Elementen mit schlitzförmigen Ausnehmungen
versehen. Der Kristall 2 ist an einer nicht dargestellten Unterlage befestigt, um eine Bewegung des Kristalls während des Schneidsvorgangs
auszuschließen. Das Gehäuse 4 ist mit einer Schmirgelflüssigkeit 6 gefüllt, die beispielsweise aus Aluminium-Oxid und
Wasser bestehen kann. Das Gehäuse ist oben offen und "enthält eine Walze 8, die durch einen nicht dargestellten Motor angetrieben wird.
Die Walze 8 nimmt während ihrer Drehung Schmxrgelflüssigkeit 6 aus dem Gehäuse 4 auf und überträgt sie auf die beiden schnurförmigen
Elemente 10, die beispielsweise aus Draht oder aus Nylon bestehen.
Diese schnurförmigen Elemente bewegen sich über die obere
Fläche des Kristalls 2 und erzeugen dabei schlitzförmige Ausnehmungen
12. Auf den schnurförmigen Elementen 10 ist an der Seite des Kristalls ein Überschuß an Schmirgelflüssigkeit, der auf dem
Wege zur Seite 16 des Kristalls weitgehend abgestreift wird. Das hat zur Folge, daß die Ausnehmungen 12 V-förmig ausgebildet werden.
Bei einer nach diesem Verfahren hergestellten Anordnung sind die die Scheibe 18 einschließenden Flächen nicht parallel, so daß ein
angelegtes elektrisches Feld keine einheitliche Beeinflußung von polarisiertem Licht bewirken wird, das beispielsweise senkrecht
zur Richtung der Zeichenebene in eine Scheibe 18 eintritt.
Bei dem in Figur 6 dargestellten Verfahren wird ein Siliconblock 20 neben und in Berührung mit dem aus LiNbO3 bestehenden Kristall
2 angeordnet, so daß ein in Richtung des Pfeils bewegtes und mit
Schmirgelflüssigkeit überzogenes schnurförmiges Element 10 zunächst auf den Block 20 und dann erst .auf den Kristall 2 einwirkt. Zweckmäßigerweise
wird der Block 20 etwas höher angeordnet als der Kristall 2, so daß der Schneidevorgang zuerst am Block 20 einsetzt.
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Zur besseren Stabilisierung der Lage der schnurförmigen Elemente
10 kann hinter dem Kristall 2 ein zweiter Block 22 angeordnet werden. Wie aus Figur 6 ersichtlich, entsteht in diesem Fall die
V-förmige Ausnehmung im Block 20 und nicht im zu bearbeitenden Kristall.
Nach-dem die schnurförmigen Elemente genügend tief in dem Kristall
2 eingedrungen sind, wird die Bewegung dieser Elemente unterbrochen und die aus den Blöcken 2., 20 und 22 bestehende Anordnung
mit Wasser gespült und die schnurförmigen Elemente langsam
aus den geschnittenen Ausnehmungen entfernt. Zu diesem Zeitpunkt hat der Kristall 2 das in Figur 1 dargestellte Aussehen. Der
Kristall weist eine größere-Anzahl von schlitzförmigen Ausnehmungen
12 auf, zwischen denen plattenförmige Stege aus LiNbO-stehen geblieben sind. Diese kammartige Anordnung hat einen oberen
Bereich U, einen unteren Bereich L und einen seitlichen Bereich S, in dem der LiNbO3-Kristall keine Ausnehmungen aufweist.
Die beiden Seitenflächen X und Y wurden vor Beginn des Sägevorgangs
planparallel und optisch genau geschliffen.
Der in Figur 1 dargestellte, mit Schlitzen versehene LiNbO-"Kristall
soll nun mit metallischen Einlagen versehen werden, so daß ein plattenförmiger Bereich aus LiNbO3, beispielsweise der
plattenförmige Bereich 26, an gegenüberliegenden Seiten mit metallischen überzügen versehen ist, die ein Anlegen elektrischer
Spannungen ermöglichen.
Zuerst wird eine etwa 1 Mikron dicke Kupferschicht 28 auf die Flächen der Ausnehmungen 12 stromlos aufgetragen. Das kann beispielsweise
durch ein CuSO.-Bad zum stromlosen Auftragen von Kupfer erfolgen. Wird der in der oben angegebenen Weise mit Schlitzen versehene LiNbO-j-Kristall 2 in eine umgerührte Lösung eines
solchen Beschichtungsbades bei 24 C eingetaucht, so wird eine Kupferschicht von 1,5 Mikron/Stunde in den geschlitzten Bereichen
abgelagert. Die Kupferschicht 28 haftet fest an dem LiNbO3
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so daß anschließend eine Goldschicht, die nicht an LiNbO3 aber
an Kupfer haftet, aufgebracht werden kann. Nach der Ablagerung der Kupferschicht in den schlitzförmigen Ausnehmungen des Kristalls
2 wird dieser Kristall in ein Galvanisierbad eingebracht, in dem er die Kathode bildet,während die Anode aus Gold besteht.
Unter der Berücksichtigung der Temperatur des Bades, des Abstandes
zwischen der Anode und der Kathode, des verwendeten Stroms usw., wird eine vorgegebene Menge von Gold in den schlitzförmigen
Ausnehmungen abgelagert. Entweder werden die Schlitze ganz mit Gold gefüllt oder der Kristall wird auf einer auf etwa 4OO°C
erhitzten Platte in eine Gasatmosphäre eingeführt. Dann wird Indium, das ebenfalls auf 4OO°C erhitzt ist,auf die Schlitze 12
gelegt und dringt in diese ein. Dabei wird mit dem Gold ein Eutektikum
erzeugt. Das Eindringen des Indiums in den Bereich kann
beispielsweise öiit Hilfe eines Mikroskopes überwacht werden, da
er LiNbCU-Kristall durchsichtig ist. Vorteilhafterweise werden die schlitzförmigen Ausnehmungen ganz mit Indium ausgefüllt.
Nach dem Eindringen von Indium in den Bereich 32 wird der LiNbO--Körper
langsam auf Zimmertemperatur abgekühlt. Die Seite S wird wie in Figur 2 dargestellt, bis zu der gestrichelten Linie durch
Läppen entfernt. Ein besonderer Vorteil dieses Verfahrens wird darin gesehen, daß die Seiten X und Y, die senkrecht zu den Selten
U und L liegen, vor Beginn des Schneidevorgangs schon ausgerichtet,
eben und poliert sind, so daß nur die Seite S und das überschüssige Elektrodenmaterial an der S gegenüberliegenden Seite
entfernt werden muß, um die Anordnung fertigzustellen. Werden nämlich die Seiten X und Y poliert bevor der Kristall 2 geschnitten wird, so muß der Poliervorgang nicht an dem durch das Schneiden
der schlitzförmigen Ausnehmungen geschwächten Kristall durchgeführt
werden. Anschließend werden die Bereiche ü und L solange poliert, bis sie bis auf wenige Wellenlängen optisch parallel zueinander
sind. Schließlich werden die Indiumeinlagen in den Bereichen 32 mit Golddrähten 34 verbunden. Diese Verbindung kann
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— Q.. w
beispielsweise mit einem sehr scharfen Meisel aus Saphir oder.
AljP-;durchgeführt werden, der auf%mehr als 4OO°C erhitzt wird.
Bei dieser Temperatur wird, das Indium.;im· Bereich., 32. mit dem Gold-,
draht 34^'verschmolzen. Nach dem beschriebenen..Verfahren känn. eine
elektro-optische^ Anordnung /hergestellt, wurden»- bei,;der fdie taus, .,, LiNbObestehenden
stegförmigen Bereiche 26 etwa 0,03 mm, und. die aus den Elementen. 28, ,32 und '34 ;bestehenden Elektroden; etwa,0,02. :
mm d-iöKinßi-e'-ganze Anordnung hat ,die^^ Abmessungen von ,7/5x7»5^115 ,
mm.· Die'!optische Achse oder die "C", Achse liegt,, wie aus Figur .
4 zu ersehen, parallel zu der 1,5 mm langen Kante der Anordnung.
Die .nach-dem oben beschriebenen. Verfahren„hergestellte An-
Ordnung "kann-beispielsweise zur Steuerung eines sogenannten Abtastlasers
verwendet werden. Ein derartiger Abtastlas^r ist .beispielsweise'
in. der Literaturstelle "The Electron Beam Scanlaser., Theoretibalanä Operational. Studies,, vqn. R.A. Myers ,und ,R.V., Pole
in IBM Journal .of;.Research and;D,evelopme.nt, ,Vol. 11, ,No..^ 5, Sepr-,-Seiten
502 -.51O*beschrieben. , . ,
In der in; Figur -7 dargestellten Anordnung ^ besteht das aktive
Medium 40 aus einem, Rubinstab oder aus. einem mit.Neodym dotierten
Yttrium Aluminium Granat (YAG), deriin dem durch die optisch ebenen Spiegel 42 und 44 begrenzten Resonator angeordnet ist.
Die Linsen 46 und 48 sind so im Resonator angeordnet, daß die Spiegel 42 und 44 in ihren Brennebenen liegen. Vor dem Spiegel
42 und 44 liegt jeweils eine Anordnung 50 bzw. 52 die der in Figur 4 dargestellten Anordnung gleich ist. Die plattenförmigen
Bereiche 26 der Anordnung 50 liegen horizontal während die plattenförmigen Bereiche der Anordnung 52 senkrecht liegen. Zwischen
der Linse 46 und der Anordnung 50 ist eine doppelbrechende Platte 54 und ein Polarisator 56, und zwischen der Linse 48 und
der Anordnung 52 die doppelbrechende Platte 58 und der Polarisator 60 angeordnet.
Bei nicht erregten Anordnungen 50 und 52 kann keine Emission ent-Docket
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OY
stehen, da beispielsweise der polarisierte Lichtstrahl B nach seinem Durchtritt durch die Linse 48 und den Polarisator 60 in
der als -L·— -Platte ausgebildeten doppelbrechenden Platte 58 zirkular
polarisiert wird. Nach der Reflexion am Spegel 44 durchsetzt
der Strahl die doppelbrechende Platte 58 ein zweites mal, und wird in ihr so beeinflußt, daß er den Polarisator 60 nicht mehr
durchsetzen kann. Die gleichen Verhältnisse liegen bei einem Lichtstrahl vor, der am Spiegel 42 reflektiert wird. Ist beispielsweise
ein aus LiNbO3 bestehender horizontaler plattenförmiger Bereich
in der Anordnung 50 und ein entsprechender vertikal liegender Bereich in der Anordnung 52 durch Anlegung geeigneter
Spannungen an die die Bereiche einschließenden Elektroden erregt, so wird der Polarisationszustand des diese Bereiche vor und nach
der Reflexion an den dahinterliegenden Spiegel durchsetzenden Lichtes so verändert, daß keine Schwächung dieser Strahlung bei
ihrem Durchtritt durch die doppelbrechende Platte 54 und den Polarisator 56 bzw. durch die doppelbrechende Platte 58 und den
Polarisator 60 erfolgt. Das hat zur Folge, daß im Kreuzungspunkt dieser Bereiche am Spiegel 42 oder 44 ein Lichtpunkt entsteht.
Durch die Erregung beliebiger Paare von senkrechtaufeinander
stehenden LiNbO3~Streifen kann der Lichtpunkt sehr schnell in beliebiger
Weise bewegt werden.
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Claims (3)
1. Verfahren zur Herstellung von dicht gepackten, aus einer
Vielzahl von jeweils zwischen zwei flächenförmigen Elektroden liegenden Kristallbereichen bestehenden Anordnungen, insbesondere
von Anordnungen zur steuerbaren Ablenkung von Lichtstrahlen/ dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere schnurförmige
Elemente (10) kontinuierlich durch eine Station (4) zur Beaufschlagung mit einer Schmirgelflüssigkeit, über einen
Körper (20) zur Stabilisierung ihrer Lage und zum Abstreifen der überschüssigen Schmirgelflüssigkeit und schließlich
über den zu bearbeitenden Körper (2) bis zur Fertigstellung der zur Aufnahme der flächenförmigen Elektroden erforderlichen
Ausnehmungen (12) bewegt werden, daß der mit Schlitzen versehene Körper (2) gereinigt wird, die Flächen
der zwischen den Schlitzen liegenden Stege (2) mit einer elektrisch leitenden Schicht (28) überzogen und die überzüge
nach Entfernung der außerhalb der Schlitze abgelagerten Substanz mit elektrischen Anschlüssen (34) versehen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach Fertigstellung der Schlitze und Reinigung des bearbeiteten
Körpers eine leitende Schicht (28) strombs aufgetragen wird, daß anschließend eine zweite leitende Schicht (30) durch
Galvanisieren aufgetragen wird, daß die Zwischenräume (32) zwischen den leitenden Schichten mit einer mit ihnen ein
leitendes Eutektikum bildenden Substanz ausgefüllt und zur Bildung des Eutektikums erhitzt werden, daß nach Entfernen
der außerhalb der Schlitze aufgebrachten überschüssigen Substanz und nach Entfernen des nicht von den Schlitzen durchsetzten
Kristallbereichs (s) die in den Schlitzen liegenden Bereiche mit elektrischen Anschlüssen (34) versehen werden.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die beim Betrieb der Anordnung von der zu steuern-
DoOcet>
967 140 gj$t0,/UM
den, Strahlung.durchsetzten Flächen (xtf ). des Körpers (2)
.....,- :vorr der Herstellung der Ausnehmungen planparailel und
..,. optisch genau geschliffen werden.
.....,- :vorr der Herstellung der Ausnehmungen planparailel und
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4,.,. Mife-.d^m Verfahren nach den Ansprüchen .1 bis 3 hergestellte
4,.,. Mife-.d^m Verfahren nach den Ansprüchen .1 bis 3 hergestellte
Anordnung, gekennzeichnet durch einen*quaderförmigen elektro-optischen
Kristall (2). aus LiNbO3, der mit einer Vielzahl
von durclv s.cheibenförmige Schlitze gebildeten plattenförmigen
Stegen" (26). versehen ist, die mit einer'leitenden
ScMcht (28) aus Kupfer überzogen, und deren Zwischenräume
-■..«» ,^upph-, mit, Anschlüssen. (34) versehene Schichten aus" einem
- :.ίί; Goild-indium-Eutektikum, ausgefüllt sind. . . " ,
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Docket YO 967 140
009809/148A
ORiGlNAL INSPECTED
Applications Claiming Priority (1)
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