DE3524605A1 - Lichtwellenleiter, hergestellt aus speziellen hoch-aluminiumhaltigen substratglaesern durch ionenaustausch gegen cs+-ionen - Google Patents

Lichtwellenleiter, hergestellt aus speziellen hoch-aluminiumhaltigen substratglaesern durch ionenaustausch gegen cs+-ionen

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Description

Gegenstand des Hauptpatents (Patentanmeldung P 35 01 898.4 sind Lichtwellenleiter aus einem Substratglas der Zusammensetzung wobei ein Teil der im Glas enthaltenen O2--Ionen durch 1-15% F--Ionen ersetzt ist und die lichtwellenleitende Zone durch teilweisen Austausch der im Glas vorhandenen Alkaliionen gegen Cs⁺-Ionen erzeugt worden ist.
Die erfindungsgemäßen Substratgläser unterscheiden sich von den Gläsern des Hauptpatents durch einen höheren Al2O3-Gehalt. Dieser höhere Al2O3-Gehalt wirkt insbesondere bei hohen Alkaligehalten diffusionsfördernd, so daß die Ionenaustauschzeiten sich verringern bzw. bei gleicher Zeit höhere Diffusionstiefen sich erzielen lassen. Außerdem bewirkt der höhere Al2O3-Gehalt eine weitere Stabilisierung gegenüber chemischem Angriff durch das Ionenaustauschbad bzw. die Ätzlösungen des Strukturierprozesses, so daß Lichtwellenleiter mit fehlerfreier Oberflächenstruktur erhalten werden.
Anwendungsbeispiele
1. Planarer Multi- bzw. Monomode-Lichtwellenleiter
Substratglas mit der Zusammensetzung (Mol-%):
SiO2 62,90; B2O3 12,0; Al2O3 12,5; K2O 12,5 wobei ein Teil der O2-Ionen durch Zugabe von 6,26% F- in Form von AlF3 ersetzt sind, wird entsprechend der Herstellungsmethode für optische Gläser unter Verwendung eines Läutermittels (0,2 Gew.-%), wie As2O3, geschmolzen, in Formen gegossen und nach der Kühlung in Glasplatten von 10 mm × 20 mm × 2 mm geschnitten. Die Glasplatten werden poliert, bis die Oberflächenrauhigkeit besser λ/10 (λ= 500 nm) beträgt. Die so präparierten Glasplatten werden bei 436°C in eine Cäsiumsalzschmelze 2, 4, 8, 16 bzw. 24 Stunden gehängt. Nach dem Herausnehmen aus dem Salzbad werden die Glasplatten mit ca. 100-200°C/h abgekühlt, das anhaftende Salz mit Wasser abgewaschen und getrocknet. Nach Politur der Stirnflächen des Substratglaskörpers, wobei eine scharfe Kante auf der Seite der Wellenleiterschicht erzeugt werden muß, sind die Glasplatten als planare Lichtwellenleiter zu verwenden. Die Brechwertprofile sind in Abb. 1 dargestellt.
2. Planare Streifenwellenleiter
Substratglas mit der Zusammensetzung (Mol-%):
SiO2 53,5; B2O3 8,03; Al2O3 19,5; K2O 18,0; Na2O 1,0 wobei ein Teil der O2--Ionen durch Zugabe von 7,22% F--Ionen in Form von ALF3 ersetzt sind, wird in gleicher Weise wie das Glas in Beispiel 1 hergestellt und präpariert.
Nach der Politur der Oberfläche der Substratglasplatte wird eine ca. 2000 Å dicke Ti-Schicht aufgedampft, mit Photolack beschichtet, und im Kontakt mit einer Maske werden dünne Streifen von 3-5 µm Breite belichtet. Dabei können die Streifen verschiedenste Strukturen, wie beispielsweise ein 1-8-Verteiler, der schematisch in Abb. 4 der Anmeldung P 35 01 898.4 dargestellt ist, annehmen. Nach dem Belichten wird der Photolack entwickelt, wobei er sich von den belichteten Teilen ablöst. Danach wird das vom Photolack nicht mehr bedeckte Titan abgeätzt, der unbelichtete Photolack abgelöst, und nach Reinigung und Trocknung wird die Substratglasplatte in das Salzbad aus 70 Mol-% CsNO3 und 30 Mol-% CsCl bei 395°C 2 h getaucht. Die weitere Bearbeitung erfolgt wie in Beispiel 1. Man erhält so Monomode- Streifenwellenleiter, die nach Ankopplung der entsprechenden Lichtleitfasern als Koppler, Verteiler oder ähnliche Bauelemente, je nach Maske, benutzt werden können.
3. Planarer vergrabener Streifenwellenleiter
Die Herstellung erfolgt zunächst wie in Beispiel 2 beschrieben, jedoch erfolgt eine Al-Maskierung. Nach dem ersten Ionenaustausch wird die Al-Maske abgelöst und es folgt ein zweiter Ionenaustausch, wobei die beiden polierten Glasflächen der Substratglasplatten von zwei voneinander elektrisch isolierten 420°C warmen KNO3-Salzschmelzen benetzt werden. An die beiden in die Salzschmelzen tauchenden Pt-Elektroden wird eine elektrische Spannung von 50 V für ca. 30 min angelegt. Nach Abkühlung, Reinigung und Trocknung erhält man Streifenwellenleiter, deren Struktur sich 20-30 µm unter der Glasoberfläche befindet.

Claims (3)

1. Lichtwellenleiter aus einem Substratglas mit der Zusammensetzung (in Mol.-%): wobei ein Teil der im Glas enthaltenen O2--Ionen durch 1-15% F--Ionen ersetzt ist, und die lichtwellenleitende Zone durch einen Ionenaustausch von K⁺-, Li⁺- und/oder Na⁺-Ionen gegen Cs⁺-Ionen erzeugt worden ist,
nach P 35 01 898, dadurch gekennzeichnet, daß das Substratglas 10-25 Mol-% Al2O3 enthält.
2. Lichtwellenleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substratglas zusätzlich 0-2 Mol-% Cs2O enthält.
3. Lichtwellenleiter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Mol-Verhältnis von Al2O3 : M2O (M2O = Li2O, Na2O, K2O, Cs2O) zwischen 0,8 und 1,2 liegt.
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