DE2245221A1 - Wellenleiter fuer kurze wellen - Google Patents

Description

Wellenleiter für kurze Wellen

Bekanntlich können Lichtwellenleiter aus Rohren mit beispielsweise rechteckigem Querschnitt aus strahlungsdurchlässigem Material bestehen, deren Querschnittsabmessungen mindestens in der gleichen Größenordnung liegen, wie die Wellenlänge der durchzulassenden Welle.

Diese Leiter bestehen in der Regel aus einem strahlungsdurchlässigen Material, dessen Brechungsindex höher ist als derjenige des Umgebungsmilieus; die unter einem von der Senkrechten abweichenden Winkel auf die Wände des Leiters auftreffenden Lichtstrahlen werden ins Innere desselben infolge einer Totalreflexion abgebogen.

Es ist klar, daß solche Leiter schwer herzustellen sind und insbesondere gelang es noch nicht, solche Leiter in

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richtiger Weise nach Verfahren herzustellen, die analog den in der Halbleitertechnik angewendeten Integrationsmethoden sind.

Die vorliegende Erfindung betrifft solche Wellenleiter und das Verfahren zu ihrer Herstellung. Sie betrifft auch die Herstellung von Schaltungen auf Basis dieser Wellenleiter.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung besser verständlich.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine erläuternde graphische Darstellung;

Pig. 2 und 3 Querschnittsdarstellungen eines erfindungsgemäßen Wellenleiters während verschiedener Stufen des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Pig. 4 eine perspektivische Darstellung eines solchen Wellenleiters und

Fig. 5 einen mittels erfindungsgemäßer Wellenleiter hergestellten Richtkoppler.

Die Erfindung betrifft eine Anwendung der Vakuumabseheidungstechnik.

Das Prinzip ist das folgende:

In einem Vakuumbehälter erzeugt man beispielsweise durch

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Kathodenzerstäubung oder durch Verdampfung einen Strom metallischer Teilchen, die sich dann auf einem Substrat abscheiden. Wenn man während des Betriebs unter einem vorherbestimmten Partialdruck in den Behälter ein mit dem Metall reaktionsfähiges Gas einführt, ist der erhaltene Niederschlag eine komplexe Zusammensetzung und ihr Brechungsindex für Lichtstrahlen, für welche sie durchlässig ist, geht von einem Wert N', d.h, dem Brechungsindex des Metalls bis η dem Brechungsindex ■ der Verbindung des Metalls mit dem Gas. Diese letztere Verbindung wird erhalten, wenn der Partialdruck P des Gases zur Bildung der fraglichen Verbindung ausreicht.

Mit anderen Worten, so lange der Partialdruck nicht den Wert P erreicht, ist der Brechungsindex der Abscheidung η variabel, η = f(P), wobei η von Ή bis n_Q für P zwischen 0 und P variiert.

Im folgenden wird als nicht beschränkendes Beispiel als

Metall Tantal und als reagierendes Gas Sauerstoff gewählt.

Die Erfindung ist auch ebenso z.B.' auf Zirkon und Sauerstoff anwendbar.

Die Verbindung aus Tantal und Sauerstoff ist Tantaloxid Ta₂O₅.

Für 0<P<CP_Q variiert der Brechungsindex von dem Brechungs index des Tantal N₀ = 3,3 bis zu dem Brechungsindex von Tantaloxid n_Q = 2,2.

Unter Berücksichtigung dieser Tatsachen besteht die Erfindung in der Herstellung von Leitern mit hohem Brechungs

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index, die in ein Plättchen aus einem Material mit geringerem Brechungsindex eingebettet sind, z.B. von Wellenleitern, die durch Abscheidung unter einem Druck P<P_Q einer weniger als die stöchiometrische Menge Sauerstoff enthaltenden, in stöchiometrisches Tantaloxid eingebetteten Verbindung erhalten werden.

Pig. 1 zeigt die Änderungen von η als Punktion von E einer durch reaktive Kathodenzerstäubung von Tantal in Anwesenheit von Sauerstoff erhaltenen Abscheidung· Für P=O ist der Brechungsindex N = 3,3» der Brechungsindex von Tantal. Für P=P ist der Brechungsindex n_Q = 2,2, der Brechungsindex von Tantaloxid. Pur 0<"P<P₀ ist der Brechungsindex N = f (P), wobei N eine fortlaufend abnehmende Punktion von N ist und zwar von P=O bis η für P = P₀.

In Pig_o 2 und 3 sind die Herstellungsstufen des erfindungs gemäßen Wellenleiters gezeigt.

Da in Fig. 2 der Zuführungsdruck des Sauerstoffs P<CP_O ist, jedoch näher bei P als bei 0 liegt, wurde eine Abscheidung 1 aus einer Komplexverbindung von Tantal mit Sauerstoff auf einem Substrat 2, beispielsweise aus Silizium, erhalten. Das Substrat 2 kann dann später entfernt werden.

Auf dieser Abscheidung wird mittels einer Maske in einem vorher bestimmten Bereich eine Aluminiumschicht 3 abgeschieden, siehe Fig. 3.

Das ganze wird dann einer geeigneten Warmebehandlung, beispielsweise einer Erhitzung auf 500⁰C in einer Sauerstoff-

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atmosphäre, unterworfen. Der nicht von der Maske "bedeckte Teil wird dabei in Tantaloxid übergeführt. Vorausgesetzt daß die Dicke der Abscheidung gering ist, in der Größenordnung von 0,1 bis 1 /U, sind die Wände des Bereichs 4 von einem Ende zum anderen des Leiters vollständig reproduzierbar.

Vorausgesetzt, daß die Aluminiumschicht eine Breite in der Größenordnung von derjenigen der Dicke des Substrats besitzt, erhält man somit gemäß Pig. 4 einen Bereich 4 mit nahezu rechtwinkeligem Querschnitt mit einem Brechungsindex η von über 2,2, eingebettet in eine Umgebung mit einem Brechungsindex von 2,2. Dieser Bereich 4. erfüllt somit die zur Bildung eines Lichtwellenleiters erforderlichen Bedingungen, da sein Brechungsindex höher ist als derjenige seiner Umgebung; die Aluminiumschicht kann dann entfernt werden. Wenn sie verbleibt, dient sie, wie auch^das Substrat, als Spiegel.

Fig. 5 zeigt eine Draufsicht auf einen Richtkoppler mit 2 Leitern 11 und 12 vom gleichen rechtwinkeligen Querschnitt, ähnlich dem Leiter von Fig. 4. Diese beiden Wellenleiter befinden sich auf dem gleichen Substrat in dem gleichen Tantaloxidplättchen. Sie werden gleichzeitig und aus dem gleichen dielektrischen Material hergestellt. Sie besitzen zwei geradlinige parallel zueinander verlaufende Teile 13 und H,.die gleich lang sind und sich gegenüberliegen. Diese beiden gradlinigen Teile besitzen einen Abstand voneinander, der etwa gleich ihrer j Breite ist.

Der Leiter 11 besitzt ein Eintrittsende E1, durch welches das Licht eintritt und einen Ausgang SI. Der Leiter 12

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besitzt einen Ausgang S2; beide Leiter besitzen Teile 15» (an welchen der Eingang E1 angeordnet ist) bzw. 18. welche senkrecht zu den Teilen 13 und H verlaufen und auf einer gemeinsamen Verlängerungslinie angeordnet sind. Das gleiche gilt für die Teile 16 und 19. Diese Teile schließen sich mittels der Kurventeile 20 und 21 bzw. 22 und 23 an die Teile 13 und H an. Das ganze erhielt man durch Maskierung mittels Aluminiumschichten, wie vorstehend bereits erläutert,

Die Theorie lehrt und die Erfahrung bestätigt es, daß wenn der Eingang E1 erregt wird, Energie von E1 nach S2 mittels einer abklingenden Welle übertragen wird, die sich in dem dazwischen befindlichen Material auf analoge Weise fortpflanzt, wie dies bei den bei Höchstfrequenzen verwendeten Richtkopplern der Fall ist.

Die Erfindung ist natürlich nicht auf die beschriebenen Beispiele beschränkt.

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Claims (3)

1. Patentansprüche

   1J Wellenleiter für elektromagnetische Strahlung mit geringer Wellenlänge, enthaltend ein strahlungsdurchlässiges Material mit einem Brechungsindex N", eingebettet in ein anderes strahlungsdurchlässiges Material mit einem Brechungsindex n, wobei η ΌΓ,dadurch gekennzeichnet, daß eines der beiden strahlungsdurchlässigen Materialien eine komplexe Verbindung aus einem ersten Stoff und einem zweiten,' mit diesem ersten reaktionsfähigen und zur Bildung einer vorherbestimmten chemischen Verbindung mit diesem befähigten Stoff besteht, wobei die komplexe Verbindung eine andere chemische Zusammensetzung besitzt als die chemische Verbindung, und daß das andere strahlungsdurchlässige Material aus dieser chemischen Verbindung besteht.
2. 2. Wellenleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Stoff ein Metall und der zweite Stoff ein Gas ist.
3. 3. Wellenleiter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall einen höheren Brechungsindex besitzt als die chemische Verbindung und daß die komplexe Verbindung einen abnehmenden Brechungsindex aufweist, wenn der Anteil des Gases in dieser Verbindung zunimmt, bis dar zur Bildung der chemischen Verbindung erforderliche stöchiometrische Anteil erreicht ist.

   4. Wellenleiter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall Tantal oder Zirkon, das Gas Sauerstoff und die chemische Verbindung Tantaloxid Ta₂O,- oder Zirkonoxid ZrO₂ ist. ,

   5. Wellen] eiter nach" Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet j daß sein Querschnitt nahezu rechteckig ist.

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   6. Verfahren zur Herstellung eines Wellenleiters nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man

   a)im Vakuum einen Strom von Teilchen des ersten Stoffes in Anwesenheit von Teilchen des zweiten Stoffes erzeugt, wobei dieser zweite Stoff in einer zur Erzielung der chemischen Verbindung nicht ausreichenden Menge zugegen ist, und daß man auf einem Substrat eine Abscheidung der gebildeten komplexen Verbindung unter Bildung einer dünnen Schicht derselben bewirkt,

   b)daß man auf der freiliegenden Seite dieser Schicht eine Schutzmaske in einem vorherbestimmten Muster aufbringt ,

   c)und daß man das Ganze einer chemischen Behandlung zur Überführung der nichtmaskierten Teile in die chemische Verbindung unterwirft.

   7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Stoff Tantal oder Zirkon und der zweite Stoff Sauerstoff ist und daß die chemische Verbindung Tantaloxid TapO,- oder Zirkonoxid ZrOp ist.

   8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzmaske aus Aluminium gebildet wird.

   9. Wellenleitersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenleiter in die Schicht aus der chemischen Verbindung eingebettet sind.

   10. Wellenleitersystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß es zwei Wellenleiter mit zwei gleichlangen, gradlinigen, parallel verlaufenden Teilen umfaßt, die einander gegenüberliegen und durch einen möglichst geringen Abstand unter BiI- ö/:-iß ■-■■■:;■?:.: Riehtkopplers voneinander getrennt sind.

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