DE3532811A1 - Optisches duennfilm-element und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Optisches duennfilm-element und verfahren zu seiner herstellung

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DE3532811A1 DE19853532811 DE3532811A DE3532811A1 DE 3532811 A1 DE3532811 A1 DE 3532811A1 DE 19853532811 DE19853532811 DE 19853532811 DE 3532811 A DE3532811 A DE 3532811A DE 3532811 A1 DE3532811 A1 DE 3532811A1
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Description

Optisches DünnfiLm-ELement und Verfahren zu seiner Herste L lung
Die Erfindung betrifft ein optisches Dünnfilm-Element und ein Verfahren zu seiner Herstellung.
Es wurden zahlreiche Forschungen durchgeführt auf dem Gebiet der Anwendung optischer Dünnfilm-Elemente, d.h. optischer Elemente unter Verwendung eines Dünnfilm-Lichtleiters, bei einem Licht-Deflektor, Licht-Modulator, Spektralanalysator, Lichtschalter, usw. Bei einem solchen optischen Dünnfilm-Element wird der Brechungsindex des Lichtleiters durch einen äußeren Effekt, wie z.B. einen akustisch-optischen Effekt oder einen elektrooptischen Effekt, variiert, um das sich in dem Lichtleiter fortpflanzende Licht zu modulieren oder abzulenken. Das Substrat für ein solches optisches Element besteht oft aus Lithiumniobat-Kristall (LiNbO3) oder Lithiumtantalat (LiTaO3), das ausgezeichnete piezoelektrische, akustisch-optische und elektro-optische Effekte zeigt und einen niedrigen Lichtfortpflanzungsverlust hat. Ein typisches Verfahren zur Herstellung eines Dünnfilm-Lichtleiters mit einem solchen kristallinen Substrat besteht darin, daß man Titan (Ti) bei hoher Temperatur in die Oberfläche des genannten kristallinen Substrats eindiffundieren läßt, wodurch eine Lichtleiter-Schicht mit einem Brechungsindex gebildet wird, der etwas höher als der des Substrats ist. Der so hergestellte Dünnfilm-Lichtleiter erfährt jedoch eine
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optische Schädigung, so daß nur Licht von sehr kleiner Energie eintreten kann. Die optische Schädigung bedeutet eine Erscheinung, bei der die Lichtstärke beim Austritt aus dem Lichtleiter nach der Fortpflanzung in ihm infolge Streuung nicht proportional zu der in den Lichtleiter eintretenden Lichtstärke ansteigt.
Zur Vermeidung dieser optischen Schädigung ist eine Ionenaustauschmethode bekannt, bei der man ein kristallines Substrat, z.B. LiNbO3 oder LiTaO3 einer thermischen Tieftemperaturbehandlung in einem geschmolzenen Salz, wie z.B. Thalliumnitrat (TlNO3), Silbernitrat (AgNO3) oder Kaliumnitrat (KNO3), oder in einer schwachen Säure, wie z.B. Benzoesäure (CgH5COOH), unterzieht, um das Lithiumion (Li+) in dem kristallinen Substrat gegen ein Ion, wie z.B. das Proton (H+) einer schwachen Säure auszutauschen und so einen Lichtleiter mit einer großen Differenz im Brechungsindex (ah: 0,12) zu erhalten. Der Schwellenwert der optischen Schädigung des nach einer solchen Ionenaustauschmethode hergestellten Dünnfilm-Lichtleiters ist zigfach höher als der, den man durch Titandiffusion erreicht, aber die genannte Ionenaustauschbehandlung verschlechtert die dem LiNbO3- oder LiTaO3-Kristall eigene piezoelektrische Eigenschaft und seinen elektrooptischen Effekt und verringert so den Beugungswirkungsgrad bei Verwendung als Licht-Deflektor.
Bei der Herstellung eines Licht-Deflektors oder Licht-Modulators unter Benutzung des akustisch-optischen oder elektrooptischen Effekts ist es wesentlich, den Wirkungsgrad dieses Effekts zu verbessern. Ein typisches Beispiel unter Benutzung des akustischoptischen Effekts besteht in der Anlegung eines elektrischen Hochfrequenzfeldes zwischen Kammelektroden, die durch Photolithographie auf einem Lichtleiter gebildet sind, wodurch auf dem Leiter eine elastische Oberflächenwelle induziert wird. Hierbei ist es schon bekannt, daß die Wechselwirkung zwischen der auf dem Lichtleiter induzierten elastischen Oberflächenwelle und dem in dem Lichtleiter geleiteten Licht größer wird, wenn die Energieverteilung des geleiteten Lichts in der Nähe der Substratoberfläche enthalten ist (CS.
Tsai, IEEE Transactions on Circuits and Systems, Vol. Cas. -26, 12, 1979).
Auf der anderen Seite erfolgt der Eintritt oder Austritt von Licht zwischen einem Halbleiter-Laser oder einer optischen Faser und einem solchen Lichtleiter durch dessen Stirnfläche, so daß die Energieverteilung des geleiteten Lichts in Richtung der Dicke des Substrats verbreitert werden muß, entsprechend der Energieverteilung in der optischen Faser oder dergl., um den Wirkungsgrad des optischen Anschlußes zu verbessern.
Das konventionelle optische Dünnfilm-Element konnte daher nicht einen hohen Wirkungsgrad in der Modulation oder Ablenkung und gleichzeitig einen hochwirksamen optischen Anschluß erreichen, weil die erforderliche Energieverteilung des geleiteten Lichts einerseits an den optischen Anschlußstellen für den Lichteintritt/ -austritt und andererseits in dem optischen Funktionsteil für die Modulation oder Ablenkung des geleiteten Lichts verschieden ist. Zur Lösung dieses Problems wurde für den Fall der Bildung des Lichtleiters durch Titandiffusion eine Methode vorgeschlagen, bei der man die Konzentration der Titandiffusion zwischen dem optischen Anschlußteil und dem optischen Funktionsteil Unterschiedlich gestaltet (M. Kondo, K. Komatsu & Y. Ohta, Society of Applied Physics 84, Frühjahrssymposium, Vorausdruck 31a-K-7; und selb., 7. Topical Meeting on Integrated and Guided-Wave Optics TuA5-1). Eine wirksame Methode zur Vermeidung des oben genannten Problems ist jedoch für den Fall unbekannt, daß der Lichtleiter durch die obengenannte Ionen-Injektionsmethode gebildet wird.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines optischen Dünnfilm-Elements, das einen hohen Anschluß-Wirkungsgrad beim Eintritt und Austritt des geleiteten Lichts zeigt und zu einer wirksamen Lichtmodulation oder -ablenkung befähigt ist. Die Aufgabe besteht auch in der Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung eines solchen optischen Elements.
Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem optischen Dünnfilm-Element mit einem Substrat, einem durch Ioneninjektion in die Substratoberfläche gebildeten Dünnfilm-Lichtleiter, einem in einem Teil des Lichtleiters gebildeten optischen Funktionsteil für die Veränderung seines Brechungsindex durch einen äußeren Effekt zum Zwecke der Modulation oder Ablenkung der geleiteten Welle und einem an dem Ende des Lichtleiters ausgebildeten optischen Anschlußteil für die Ein- und Ausleitung des Lichts durch die Stirnfläche des Lichtleiters dadurch gelöst, daß die Verteilung der Ionenverteilung zwischen dem optischen Anschlußteil und dem optischen funktionsteil unterschiedlich ausgebildet ist.
Figur 1 ist eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform des optischen Elements der Erfindung;
die Figuren 2(a) - (f) sind schematische Querschnitte, die ein Beispiel des Herstellungsverfahrens der ersten Ausführungsform zeigen;
die Figuren 3(a) - (f) sind schematische Querschnitte, die ein anderes Beispiel des Herstellungsverfahrens zeigen;
Figur 4 ist ein schematischer Querschnitt eines Apparats zur Verwendung bei dem in Figur 3 gezeigten Verfahren;
die Figuren 5 und 6 sind perspektivische Ansichten eines zweiten bzw» dritten Ausführungsform der Erfindung;
Figur 7 ist eine perspektivische Ansicht einer Maske, die bei dem Verfahren der in Figur 6 gezeigten Ausführungsform benutzt wird;
die Figuren 8 und 9 sind perspektivische Darstellungen einer vierten bzw. fünften Ausführunsgform der Erfindung;
die Figuren 10(a) - (g) sind schematische Querschnitte eines Beispiels des Herstellungsverfahrens der fünften Ausführungs-
Figur 11 ist eine perspektivische Darstellung einer sechsten Ausführungsform der Erfindung;
die Figuren 12(a) - (f) sind schematische Querschnitte eines Beispiels des Herstellungsverfahrens der sechsten Ausführungsform;
Figur 13 ist eine perspektivische Darstellung einer siebenten Ausführungsform der Erfindung;
die Figuren 14(a) - (f) sind schematische Querschnitte eines Beispiels des Herstellungsverfahrens der sechsten Ausführungsform;
die Figuren 15 bis 18 sind perspektivische Darstellungen der 8. bis 11. Ausführungsform der Erfindung;
die Figuren 19(a) - (f) sind schematische Querschnitte eines Beispiels des Herstellungsverfahrens der 11. Ausführungsform;
die Figuren 20 bis 23 sind perspektivische Darstellungen der 12. bis 15. Ausführungsform der Erfindung;
die Figuren 24(a) - (f) sind schematische Querschnitte eines Beispiels des Herstellungsverfahrens der 15. Ausführungsform;
die Figuren 25 bis 28 sind perspektivische Darstellungen der 16. bis 19. Ausführungsform der Erfindung;
die Figuren 29(a) - (g) sind schematische Querschnitte eines Beispiels des Herstellungsverfahrens der 19. AusfUhrungsform;
die Figuren 30(a) - (g) sind schematische Querschnitte eines anderen Beispiels des Herstellungsverfahrens der 19. Ausfüh-
rungsform;
die Figuren 31 bis 34 sind perspektivische Darstellungen der 20. bis 23. Ausführungsform der Erfindung;
die Figuren 35(a) - (h) sind schematische Querschnitte eines Beispiels des Herstellungsverfahrens der 23. Ausführungsform;
die Figuren 36 bis 39 sind perspektivische Darstellungen der 24. bis 27. Ausführungsform der Erfindung;
die Figuren 40(a) - (g) sind schematische Querschnitte eines Beispiels des Herstellungsverfahrens der 27. Ausführungsform;
die Figuren 41 bis 44 sind perspektivische Darstellungen der 28. bis 31. Ausführungsform der Erfindung;
die Figuren 45(a) - (h) sind schematische Querschnitte eines Beispiels des Herstellungsverfahrens der 31. Ausführungsform; und
die Figuren 46 bis 48 sind perspektivische Darstellungen der 32. bis 34. Ausführungsform der Erfindung.
Figur 1 ist eine perspektivische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines optischen Dünnfilm-Elements der Erfindung unter Benutzung eines akustisch-optischen Effekts, in dem ein kristallines LiNbO3-Substrat 1 des x- oder y-Typs, ein durch Protonenaustausch gebildeter Lichtleiter 2, polierte Stirnflächen 3,4 des Lichtleiters, zylindrische Linsen 5,6 und Kammelektroden 7 gezeigt sind.
Ein paralleler Lichtstrahl 8 einer Wellenlänge von 6328 A aus einem He-Ne-Laser wird durch die zylindrische Linie 5 in Richtung der Dicke des Lichtleiters auf seine Stirnfläche 3 fokussiert und so mit dem Lichtleiter verbunden. Das von dieser Stirnfläche abgeleitete Licht 9 wird durch eine durch Anlegen einer Hochfrequenzspannung an die Kammelektroden 7 erzeugte elastische Oberflächenwelle
gebeugt, und das gebeugte Licht tritt aus der Stirnfläche 4 des Lichtleiters aus und wird durch die zylindrische Linse 6 in einen Parallelstrahl umgewandelt. Es wird ein zusammengesetzter Wirkungsgrad von 80 % erreicht, da die in Fokussierungsrichtung gemessene Breite des fokussieren Strahls auf der Stirnfläche 3 des Lichtleiters etwa gleich der Breite des geleiteten Lichts ist.
In dem Lichtleiter 2 nimmt die Injektionstiefe der Protonen in Richtung der Dicke des Substrats von den optischen Anschlußteilen in der Nähe der Stirnflächen 3,4 zu dem optischen Funktionsteil hin, in dem die Wechselwirkung zwischen der elastischen Oberflächenwelle 10 und dem geleiteten Licht 9 eintritt, allmählich, wie in Figur 1 gezeigt ab, so daß das geleitete Licht in dem optischen Funktionsteil in der Nähe der Substratoberfläche enthalten ist, um so einen hohen Beugungseffekt zu erzielen.
Die Figuren 2(a) - (f) sind schematische Querschnittsdarstellungen des Verfahrens zur Herstellung eines optischen Dünnfilm-Elements, wie es in Figur 1 gezeigt ist.
Zunächst wird eine x- oder y-Oberfläche eines LiNbO3-Substrats 1 des x- oder y-Typs bis auf eine Ebenheit von einigen Newton-Ringen oder weniger poliert, dann einer normalen Ultraschallwäsche mit Aceton und dann mit gereinigtem Wasser unterzogen und durch Blasen mit Stickstoffgas getrocknet. Anschließend wird ein
Titanfilm in einer Dicke von 200 A durch Elektronenstrahl bedampfung auf der Oberfläche abgeschieden und 2,5 Stunden bei 965 0C in einer Sauerstoffatmosphäre einer thermischen Diffusion ausgesetzt, um eine thermischeTi-Diffusionsschicht 11 zu bilden, wie in Figur 2{bj gezeigt ist. Andere Metalle, wie V, Ni, Au, Ag, Co, Nb oder Ge können ebenfalls für die thermische Diffusion eingesetzt werden.
Dann wird - wie in Figur 2(c) gezeigt - ein Chromfilm 12 als Maske für die Protonenaustauschbehandiung in dem optischen Funktionsteil aufgedampft, in dem die Wechselwirkung zwischen der elastischen Oberflächenwelle und dem geleiteten Licht eintritt. Das die
Maske tragendeLiNbO3-Substrat wird in einen Aluminiumoxid-Tiegel gesetzt, der Benzoesäure mit einer zugesetzten Menge von 2 % Lithiumbenzoat im molaren Verhältnis enthält. Der Tiegel wird für die Ionenaustauschbehandlung 5 Stunden in einem Ofen bei 250 0C gehalten, so daß sich in dem nicht durch die Maske abgedeckten Teil der Ti-Diffusionsschicht 11 eine Protonenaustauschschicht 13 bildet, wie in Figur 2(c) gezeigt ist. Zur Bildung der genannten Protonenaustauschschicht kann das Gemisch aus Benzoesäure und Lithiumbenzoat durch ein anderes Gemisch
aus einer Carbonsäure mit einer Dissoziationskonstante von 10~ bis _3
10 und ihrem Lithiumsalz ersetzt werden, z.B. durch ein Gemisch aus Palmitinsäure (CH3(CH2J14COOH) und Lithiumpalmitat (CH3(CH2J14COOLi) oder ein Gemisch aus Stearinsäure (CH3(CH2J16COOH) und Lithiumstearat (CH3(CH2J16COOLi). Es wurden verschiedene Proben durch Änderung des Molverhältnisses der Lithium enthaltenden Substanz in dem Bereich von 1% bis 10 % hergestellt. Das Substrat wird dann einer Ultraschallwäsche mit Äthanol unterzogen, durch Blasen mit Stickstoff getrocknet, und die Maske wird durch Ätzen entfernt.
Nach der oben erläuterten Protonenaustauschbehandlung wird das Substrat 1 Stunde bei 150 0C mit Benzoesäure, der eine Menge von 1 % Lithiumbenzoat im molaren Verhältnis zugesetzt war, einer anderen Protonenaustauschbehandlung unterzogen, um eine Protonenaustauschschicht 14 zu bilden, wie in Figur 2(d) gezeigt ist. Auch bei dieser Protonenaustauschbehandlung kann ein Gemisch aus Palmitinsäure und Lithiumpalmitat oder ein Gemisch aus Stearinsäure und Lithiumstearat eingesetzt werden. Nach diesem Protonenaustausch wird das Substrat erneut einer Ultraschallwäsche mit Äthanol unterzogen und durch Blasen mit Stickstoff getrocknet.
Nach den zwei Protonenaustauschstufen wird das kristalline Substrat in einem Ofen 4 Stunden bei 350 0C in einer feuchten Sauerstoffatmosphäre mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 1,0 l/min. einer Temperungsbehandlung unterworfen. Die feuchte Sauerstoffatmosphäre wurde durch Durchleiten von Sauerstoff durch erwärmtes Wasser erzeugt. Auf diese Weise erhielt man einen Lichtleiter 2, dessen Protoneninjektionstiefe im optischen Funktionsteil kleiner und zu
den Stirnflächen 20,21 des Substrats hin größer ist. Die Protonenverteilung an den Grenzen 18,19 des optischen Funktionsteils zeigt infolge der Temperungsbehandlung eine allmähliche Änderung, und ein niedriger Fortpflanzungsverlust in diesem Teil wurde experimentell bestätigt.
Die Temperungsbedingung kann von den oben angegebenen Werten abweichen, sollte aber vorzugsweise so ausgewählt werden, daß das Absorptionsmaximum des OH-Radikals in dem optischen Funktionsteil in dem Bereich von 3480 bis 3503 cm liegt.
Schließlich werden auf dem oben genannten Lichtleiter 2 durch ein gewöhnliches photolithographisches Verfahren Kamme!ektroden gebildet, wie in Figur 2(f) dargestellt ist.
Bei der oben genannten Ausführungsform wird der Lichtleiter durch Titan-Diffusion und thermische Protonendiffusion gebildet, aber die Ti-Diffusion ist nicht unbedingt erforderlich. Stattdessen kann der Lichtleiter durch Injektion oder thermische Diffusion von Protonen all eine oder durch äußere Diffusion von LiO in Kombination mit der Injektion oder thermischen Diffusion von Protonen gebildet werden.
Im folgenden wird ein anderen Verfahren zur Herstellung eines optischen Dünnfilm-Elements als bei der vorstehenden ersten Ausführungsform erläutert.
Zuerst wird ein Ti-FiIm - wie in Figur 3(a) gezeigt -durch Bedampfung auf der x- oder y-0berflache eines LiNbO3-Substrats des x- oder y-Typs abgeschieden und in einer Sauerstoffatmosphäre thermisch diffundiert, so daß eine thermische Ti-Diffusionsschicht gebildet wird, wie in Figur 3(b) gezeigt ist.
Das Substrat wird anschließend an die Ti-Diffusion einem Protonenaustausch in einer Benzoesäure und Lithiumbenzoat enthaltenden Lösung unterworfen, um eine Protonenaustauschschicht 15 zu bilden, wie
in Figur 3(c) gezeigt ist. Dann wird - wie in Figur 3(d) gezeigt - ein Goldfilm 16 auf die Fläche der Wechselwirkung zwischen der elastischen Oberflächenwelle und dem geleiteten Licht aufgedampft, und ein weiterer Goldfilm wird auf die rückseitige Oberfläche des Substrats aufgedampft. Das Substrat wird dann in einem Ofen bei 350 0C in einer durch Durchleiten von Sauerstoff durch erwärmtes Wasser gebildeten, feuchten Sauerstoffatmosphäre bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 0,5 Liter/min und bei einer von einer Spannungsquelle 18 an die Goldfilme 16,17 angelegten Spannung von solcher Polarität, daß die thermische Diffusion der Protonen in das Substrat unterdrückt wird, einer Temperung unterzogen.
Auf diese Weise wird ein Lichtleiter 2, wie in Figur 3{e) gezeigt, gebildet, da die Protonendiffusion in den optischen Anschlußteilen in der Nachbarschaft der Stirnflächen des Lichtleiters begünstigt wird, jedoch in dem oben erwähnten Bereich, in dem die Protonendiffusion durch das elektrische Feld unterdrückt wird, flacher ist.
Schließlich werden die Kammelektroden 7 mit einer zentralen Frequenz von 400 MHz durch ein gewöhnliches photolithographisches Verfahren gebildet, wie in Figur 3(f) gezeigt ist.
Bei dem oben beschriebenen Verfahren wird das elektrische Feld während der Temperung an das Substrat angelegt; dies kann aber auch erfolgen während des Protonenaustausches in einem in Figur 4 gezeigten Apparat oder vor dem Protonenaustausch. In Figur 4 sind die Elektroden 25,26, ein Lösungsgemisch 27 aus Benzoesäure und Lithiumbenzoat und Einspanneinrichtungen 28,29 für die Festlegung des Substrats gezeigt, und der Protonenaustausch kann bei einer Spannung an den Elektroden 25,26 in einer kürzeren Zeit durchgeführt werden.
Bei der oben beschriebenen Methode erfolgt die Ioneninjektion durch thermische Diffusion oder Ionenaustausch in Gegenwart eines an das Substrat angelegten elektrischen Feldes, so daß die Tiefe der Ioneninjektion durch Einstellung der angelegten Spannung leicht geregelt werden kann.
Figur 5 ist eine schematische Ansicht einer 2. Ausführungsform, in der das Element der Figur 1 unter Benutzung eines elektrooptischen Effekts als ein Licht-Deflektor dient. In der Ansicht sind die gleichen Bestandteile wie die in Figur 1 mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet und nicht weiter erläutert.
Ein Laser-Strahl 8 wird durch eine zylindrische Linse 8 in Richtung der Dicke des Lichtleiters auf die polierte Stirnseite 3 des Lichtleiters fokussiert und so mit dem Lichtleiter verbunden. Das von dieser Stirnseite fortgeleitete Licht 9 wird durch ein Phasengitter gebeugt, das durch eine an die Kammelektroden 37 mit elektrooptischem Effekt angelegte Spannung erzeugt wird. Das Licht tritt dann aus der anderen Stirnfläche 4 des Lichtleiters aus und wird durch eine zylindrische Linse 6 in einen Parallelstrahl umgewandelt. Die bei dieser AüsfUhrungsform benutzten Kammelektroden haben 350 Elektrodenpaare mit einer Breite und einem Abstand von 2,2 \im und einer überlappungsbreite von 3,8 mm. Durch Anlegen einer Spannung von 5 V zwischen den genannten Kammelektroden erhält man einen Beugungswirkungsgrad von 90 %.
Die Tiefe der Ioneninjektion oder thermischen Diffusion bei den vorgenannten AusfUhrungsformen ist in den optischen Anschlußteilen größer als in dem optischen Funktionsteil, die Ausbildung kann jedoch in Abhängigkeit von dem zu injizierenden Ion umgekehrt sein.
Figur 6 ist eine perspektivische Darstellung einer 3. AüsfUhrungsform des erfindungsgemäßen optischen Dünnfilm-Elements, in der die gleichen Bestandteile wie die in Figur 1 mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet sind und nachfolgend nicht im einzelnen erläutert sind. Anders als bei der ersten AüsfUhrungsform wird der Lichtleiter 32 durch Injektion von Helium-Ion (He+) gebildet. Wie bei der Protoneninjektion erhöht die Helium-Ionrlnjektion den Brechungsindex und bildet so einen Lichtleiter.
Nun wird unter Bezugnahme auf Figur 7 ein Verfahren zur Herstellung des Elements der 3. Ausführunsgform erläutert.
Zuerst wird auf einem kristallinen LiNbO3-Substrat 1 des x- oder y-Typs ein Zinkoxid-Film 33 einer Dicke von 0,5 Mikron durch Hochfrequenzaufsprühung gebildet und durch einen normalen photolithographischen Prozess und chemische Ätzung auf der Fläche 34 entfernt, auf der Wechselwirkung zwischen der elastischen Oberflächenwelle und dem geleiteten Licht erfolgt. Ein Resistfilm 35 einer Dicke von etwa 1,3 μηι wird auf dem Zinkoxid-Film 33 gebildet und über die Breite 36 durch ein photolithographisches Verfahren entfernt. Infolgedessen ist die Verbundmaske der Filme 33,35 auf der Fläche 34 abwesend, auf der Fläche der Breite 36 als einzelne Schicht anwesend und auf der Außenfläche als Doppel schicht anwesend.
Die Ioneninjektion durch diese Verbundmaske erlaubt die Bildung eines Lichtleiters 32 mit unterschiedlichen Tiefen in den optischen Anschlußteilen und in dem optischen Funktionsteil entsprechend der Darstellung in Figur 6 auf Grund der unterschiedlichen Maskendicken in den verschiedenen Bereichen. Die Helium-Ion-Injektion erfolgt mit einer Beschleunigurigsenergie von 200 keV.
Bei dieser Ausführungsform ist die Tiefe der Ioneninjektion in den optischen Anschlußteilen kleiner als in dem optischen Funktionsteil, aber die Wanderung des Lichts aus dem Lichtleiter ist relativ groß, weil die durch Helium-Ionen-Injektion erhaltene Brechungsindexdifferenz kleiner als bei der Protonen-Injektion ist, so daß die tatsächliche Energieverteilung des geleiteten Lichts in den optischen Anschlußteilen stärker als in dem optischen Funktionsteil in das Substrat gestreut wird. Infolgedessen ist es auch bei dieser Ausführungsform ebenso wie bei der ersten Ausführungsform möglich, einen hohen Anschlußwirkungsgrad in den optischen Anschlußteilen gleichzeitig mit einem hohen Beugungswirkungsgrad in dem Funktionsteil zu erreichen.
Das LiNbO3-Substrat der vorhergehenden Ausführungsformen kann durch ein Lithiumtantalat-Substrat (LiTaO3) ersetzt werden, wobei man das optische Dünnfilm-Element der Erfindung durch ein identisches Verfahren erhalten kann. Anstelle des dielektrischen Substrats
kann ferner ein Halbleiter-Substrat benutzt werden, wie nachfolgend erläutert wird.
Figur 8 ist eine perspektivische Ansicht einer 4. Ausführungsform des optischen DünnfiIm-Elements der Erfindung, in der die gleichen Bestandteile wie in Figur 1 mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet sind und nicht weiter erläutert werden. Es sind ein GaIliumarsenid-Substrat 41 (GaAs), eine Pufferschicht 42 aus Aluminiumgalliumarsenid (AlGaAs), ein Lichtleiter 43 aus Galliumarsenid-Aluminiumgalliumarsenid (GaAs-AlGaAs) mit einem Profil in der Verteilung des injizierten Trägers, sowie ein Zinkoxid-Film 44 (ZnO) mit einer verjüngten Ausbildung ihrer einen Seite gezeigt. Das an die auf dem Zinkoxid-Film gebildete Kammelektroden 7 angelegte Hochfrequenzfeld induziert darauf eine elastische Oberflächenwelle 10, die durch die verjüngte Ausbildung übertragen wird und in dem Lichtleiter 43 fortschreitet, um das darin geleitete Licht 9 zu beugen. Die optischen Anschlußteile in dem Lichtleiter 43 in der Nachbarschaft ihrer Stirnflächen 3,4 haben eine höhere Trägerkonzentration und eine größere Dotierungstiefe, so daß der effektive Brechungsindex in diesen Teilen kleiner ist als in dem optischen Funktionsteil, in dem die Wechselwirkung zwischen der elastischen Oberflächenwelle und dem geleiteten Licht eintritt. Demgemäß weitet sich die Energieverteilung des geleiteten Lichts in den optischen Anschlußteilen zwecks Erreichung eines hohen Anschlußwirkungsgrads und sie konzentriert sich an der Oberfläche des Funktionsteils zwecke Erreichung eines hohen Beugungswirkunsgrads.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehenden Ausführungsformen beschränkt, sondern kann in verschiedener Weise verändert werden. Beispielsweise kann der Lichtleiter in Form von Kanälen ausgebildet sein, von denen jeder in den optischen Funktionsteil geschaltet werden kann. Die Modulation oder Ablenkung des Lichts kann nicht nur durch den vorgenannten akustisch-optischen oder elektrooptischen Effekt erreicht werden, sondern auch durch Beugung mit einer durch einen magneto-optisehen Effekt verursachten magnetostati-
sehen Oberflächenwelle oder durch einen thermo-optisehen Effekt.
Die oben erläuterte Herstellung des Lichtleiters durch Ioneninjektion kann - wie schon zum Stand der Technik erläutert ist eine Verschlechterung der piezoelektrischen und elektro-optischen Eigenschaften des Kristalls verursachen, was zum Abfall des Beugungswirkungsgrads des geleiteten Lichts führt. In diesem Fall kann der Verlust des Beugungswirkungsgrads dadurch verhindert werden, da3 man eine Ioneninjektion auf einer bestimmten Fläche des Substrats vermeidet und die Kamme!ektroden auf dieser Fläche anordnet. Eine solche Ausführungsform wird nachfolgend erläutert.
Figur 9 ist eine perspektivische Darstellung einer 5. Ausführungsform des optischen Dünnschicht-Elements der Erfindung unter Benutzung eines akustisch-optischen Effekts. Die Darstellung zeigt ein LiNbO3-Substrat 1 des x- oder y-Typs, einen durch Protonenaustausch gebildeten Lichtleiter 2, polierte Stirnflächen 3,4 des Lichtleiters, zylindrische Linsen 5,6, Kammelektroden 7,50 sowie Titandiffusionsflächen 51,52 ohne Protoneninjektion.
Ein Parallelstrahl 8 einer Wellenlänge von 6328 A aus einem He-Ne-Laser wird mit dem Lichtleiter in der Weise vereinigt, daß man den Strahl durch die zylindrische Linse 5 in der Richtung der Leiterdicke auf die polierte Stirnfläche 3 des Lichtleiters fokussiert. Das von der Stirnfläche fortgeleitete Licht 9 wird durch die elastische Oberflächenwelle 10 gebeugt, die durch ein an die Kammelektroden 7 angelegtes Hochfrequenzfeld erzeugt wird. Das gebeugte Licht tritt aus der Stirnfläche 4 aus und wird durch die Zylinderlinse 6 in einen Parallelstrahl umgewandelt. Man erreicht einen hohen Anschlußwirkungsgrad von 80 %, da die Breite des fokussierten Strahls in Fokussierrichtung auf der Stirnfläche 3 etwa der Breite des geleiteten Lichts entspricht. Die Kammelektroden 50 dienen zum Empfang der durch die Kammelektroden 7 erzeugten elastischen Oberflächenwelle.
Die Protoneninjektionstiefe des Lichtleiters 2 nimmt von den optischen Anschlußteilen in der Nähe der Stirnflächen 3,4 zu dem optischen Funktionsteil hin, in dem die Wechselwirkung zwischen der elastischen Oberflächenwelle 10 und dem geleiteten Licht 9 eintritt, fortschreitend ab, so daß das geleitete Licht zur Erreichung eines hohen Beugungswirkungsgrads in dem Funktionsteil in der Nähe der Substratoberfläche enthalten ist.
Die vorgenannten Kammelektroden 7,50 werden auf der Titan-Diffusionsschicht der Flächen 51,52 ohne Protoneninjektion gebildet, so daß eine Verschlechterung der piezoelektrischen Eigenschaft infolge Protoneninjektion nicht eintritt. Infolgedessen ist es möglich, durch Erzeugung der elastischen Oberflächenwelle durch eine niedrige Spannung eine Lichtmodulation oder -ablenkung mit hohem Wirkungsgrad zu erreichen.
Die Figuren 10(a) - (g) sind schematische Querschnitte, die ein Verfahren zur Herstellung des in Figur 9 gezeigten optischen Dünnfilm-Elements darstellen.
Zuerst wird - wie in Figur 10(a) gezeigt ist - eine y- oder x-Oberfläche eines LiNbO3-Substrats 1 des y- oder x-Typs bis auf eine Ebenheit von einigen Newton-Ringen oder weniger poliert, dann einer gewöhnlichen Ultraschallwäsche mit Aceton und dann mit gereinigtem Wasser unterzogen und durch Blasen mit Stickstoffgas getrocknet. Anschließend wird auf der Oberfläche durch Elektronen-
strahl bedampfung ein Titanfilm von einer Dicke von 200 A abgeschieden und zwei Stunden bei 965 0C in einer Sauerstoffatmosphäre einer thermischen Diffusion unterworfen, um eine thermische Ti-Diffusionsschicht 11 zu bilden, wie in Figur 10(b) gezeigt ist.
Dann wird - wie in Figur 10(c) gezeigt - ein Chromfilm 12 als Maske für die Protonenaustauschbehandlung auf das optische Funktionsteil aufgedampft, in dem die Wechselwirkung zwischen der elastischen Oberflächenwelle und dem geleiteten Licht erfolgt. Das die Maske
tragende LiNbO3-Substrat wird dann in einen Aluminiumoxid-Tiegel gesetzt, der Benzoesäure mit einem Zusatz von 2 Mol-% Lithiumbenzoat enthält. Der Tiegel wird zur Durchführung der Ionenaustauschbehandlung 5 Stunden in einem Ofen bei 250 0C gehalten, so daß sich eine Protonenaustauschschicht 53 auf dem nicht von der Maske abgedeckten Teil der Ti-Diffusionsschicht 11 bildete, wie in Figur 10(c) gezeigt ist. Das Substrat wurde dann einer Ultraschallwäsche mit Äthanol unterzogen und durch Blasen mit Stickstoff getrocknet; die Maske wurde durch Ätzen entfernt.
Dann wurde auf den Flächen, auf denen die Elektroden gebildet werden sollten, ein Chromfilm 55 abgeschieden, wie in Figur 10(d) dargestellt ist, und das Substrat wurde 1 Stunde bei 250 0C einer Protonenaustauschbehandlung mit Benzoesäure unterzogen, der eine Menge von 1 Mol.-# Lithiumbenzoat zugesetzt war, um die Protonenaustauschschicht 54 zu bilden. Dann wurde das Substrat erneut einer Ultraschallwäsche mit Äthanol unterzogen und durch Blasen mit Stickstof fgas getrocknet. Der Film 55 wurde durch Ätzen entfernt.
Das Substrat wurde nach dem zweifachen Protonenaustausch dann 4 Stunden in einem Ofen bei 350 0C in einer feuchten Sauerstoffatmosphäre, die durch Hindurchleiten von Sauerstoff durch erwärmtes Wasser gebildet wurde, bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 1,0 l/min. getempert, wodurch ein Lichtleiter 2 gebildet wurde, dessen Protoneninjektionstiefe in dem optischen Funktionsteil kleiner ist und zu den Stirnflächen des Substrats hin fortschreitend größer wird, wie in Figur 10(e) gezeigt ist. Die Protonenverteilung an den Grenzen 58,59 des Funktionsteils zeigt infolge der Temperung eine allmähliche Änderung, und der geringe Fortpflanzungsverlust in diesem Teil wurde experimentell bestätigt.
Die Titandiffusionsschicht 53 bleibt in den Flächen, auf denen die Elektroden zu bilden sind, ohne Protoneninjektion, da diese Flächen auch bei dem zweiten Protonenaustausch durch die Maske abgedeckt sind.
Schließlich werden die Kammelektroden 7 auf der Titandiffusionsschicht 53 durch ein gewöhnliches photoTithographisches Verfahren gebildet, wie in Figur 10(g) gezeigt ist.
Figur 11 ist eine schematische Ansicht einer 6. Ausführungsform, in der das Element der Figur 9 unter Benutzung eines elektrooptischen Effekts als ein Licht-Deflektor dient. In der Ansicht sind die gleichen Bestandteile wie die in Figur 9 mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet und nicht weiter erläutert.
Ein Laser-Strahl 8 wird durch eine zylindrische Linse 8 in Richtung der Dicke des Lichtleiters auf die polierte Stirnseite 3 des Lichtleiters fokussiert und so mit dem Lichtleiter verbunden. Das von dieser Stirnseite fortgeleitete Licht 9 wird durch ein Phasengitter gebeugt, das durch eine an die Kammelektroden 57 mit elektrooptischen! Effekt angelegte Spannung erzeugt wird. Das Licht tritt dann aus der anderen Stirnseite 4 des Lichtleiter aus und wird durch die zylindrische Linse 6 in einen Parallel strahl umgewandelt.
Wenngleich nicht dargestellt, ist die Fläche der Kammelektroden 57 frei von Protoneninjektion.
An Hand der Figur 12 wird nun das Verfahren zur Herstellung des in Figur 11 gezeigten Elements erläutert. Zuerst wird -wie in Figur 12(a) gezeigt - ein kristallines LiNbO3-Substrat des x-Typs (Dimension: 1 mm in x-Richtung und 25,4 mm in y- und z-Richtung) bis auf eine Ebenheit von einigen Newton-Ringen oder weniger auf einer Oberfläche, z.B. der x-Oberflache, poliert, dann einer normalen Ultraschallwäsche mit Methanol, Aceton und gereinigtem Wasser unterzogen und durch Blasen mit Stickstoffgas getrocknet.
Anschließend wird auf der getrockneten Oberfläche durch
Elektronenstrahl bedampfung ein Titanfilm einer Dicke von 200 A abgeschieden, und das auf einen Halter aus Quarzglas aufgesetzte Substrat wird in einen thermischen Diffusionsofen einer Temperatur von 965 0C
eingesetzt. Als Atmosphäre wird in den Ofen getrocknetes Sauerstoffgas mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 1 Liter/min, eingeführt. Die Ofentemperatur wird während einer Stunde mit einer Geschwindigkeit von 16 °C/min. von Zimmertemperatur auf 965 0C angehoben und dann 2,5 Stunden auf dem konstanten Wert von 965 0C gehalten. Der Inhalt wird dann in einen zweiten thermischen Diffusionsofen von 600 0C gebracht und durch Abschaltung der Stromversorgung zu dem Ofen der selbsttätigen Abkühlung überlassen. Auf diese Weise wird auf dem Substrat 1 eine thermische Titan-Diffusionsschicht 11 gebildet, wie in Figur 12(b) gezeigt ist.
Nach dem Waschen und Trocknen des Substrats wird mit einer Schleuder ein positiver Photoresist in einer Dicke von 1 bis 1,5 \im als Schicht aufgebracht, dann durch eine Negativmaske in den Mustern der Kammelektroden belichtet und zur Entfernung des Photoresists entsprechend den Mustern entwickelt. Nach dem Waschen mit Wasser und Trocknen wird das Substrat in einen Vakuumbedampfungsapparat eingesetzt, und es wird bei einem Vakuum von 1·10" Torr ein Goldfilm
einer Dicke von 1500 A durch Elektronenstrahlbedampfung abgeschieden. Nach dieser Bedampfung wird das Substrat zur Abhebung des Goldfilms auf dem Photoresist mehrere Minuten in Aceton eingetaucht, wobei man die Kammelektroden 64 auf dem Substrat erhält, wie in Figur 12(c) gezeigt ist. Die Kammelektroden haben bei dieser Ausführunsgform 350 Elektrodenpaare mit einer Breite und einem Abstand von 2,2 pm und einer Verzahnungsbreite von 3,8 mm.
Dann wird - wie in Figur 12(d) gezeigt - als Maske für die Protonenaustauschbehandlung ein die Kammelektroden 64 abdeckender Chromfilm 62 aufgedampft. Das diese Maske tragende LiNbO3-Substrat wird dann in einen Aluminiumoxid-Tiegel gesetzt, der Benzoesäure mit einem Zusatz von 2 Mol-% Lithiumbenzoat enthielt. Der Tiegel wird zur Durchführung der Ionenaustauschbehandlung 5 Stunden in einem Ofen auf 250 °C gehalten, so daß sich in dem nicht durch die Maske abgedeckten Teil der Ti-Diffusionsschicht 11 eine Protonaustauschschicht 63 bildet, wie in Figur 12(d) dargestellt ist. Das Substrat
wird dann einer Ultraschallwäsche mit Äthanol unterzogen und durch Blasen mit Stickstoffgas getrocknet. Die Maske wird durch Ätzen mit einer Chrom-Ätzlösung entfernt.
Das die Gold-Kammelektroden nach dem Protonenaustausch tragende Substrat wird dann 1 Stunde bei 250 0C einem anderen Protonenaustausch mit Benzoesäure unterzogen, der eine Menge von 1 Mol-% Lithiumbenzoat zugesetzt ist, um - wie in Figur 12(e) gezeigt - auf der nicht mit der Kamme!ektrode 64 bedeckten Fläche eine Protonenaustauschschicht 61.zu bilden. Dann wird das Substrat erneut einer Ultraschal !wäsche mit Äthanol unterworfen und durch Blasen mit Stickstoffgas getrocknet.
Schließlich wird das Substrat nach den zwei Protonenaustauschvorgängen 4 Stunden in einem Ofen bei 350 0C in einer feuchten Sauerstoffatmosphäre bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 1,0 l/min, getempert, wobei die Sauerstoffatmosphäre durch Hindurchleiten von Sauerstoff durch erwärmtes Wasser gebildet wird.
Es wird so das optische Dünnfilm-Element der 6. Ausführungsform gebildet, bei dem - wie in Figur 12(f) gezeigt - die Tiefe der thermischen Protonendiffusion in den optischen Anschlußteilen von der im optischen Funktionsteil verschieden ist und bei der die Fläche der Kammelektroden frei von Protoneninjektion ist.
Bei Anlegung einer niedrigen Spannung von 5 V an die Kammelektroden erreicht man einen Beugungswirkungsgrad in der Höhe von 90 %. Der Anschlußwirkungsgrad an den Stirnflächen des Lichtleiters ist so hoch wie bei der 5. Ausführungsform und beträgt 80 %.
Der Lichtleiter der vorstehend abgehandelten Ausführungsform wird durch Titandiffusion und thermische Protonendiffusion gebildet. Die Titandiffusion ist jedoch nicht unbedingt erforderlich, und der Lichtleiter kann auch durch Injektion oder thermische Diffusion von Protonen alleine oder aber durch externe Diffusion von LiO
in Verbindung mit der Injektion oder thermischen Diffusion von Protonen gebildet werden. Es ist ferner möglich, wie nachfolgend erläutert wird, ein weiteres wirksames optisches Element dadurch herzustellen, daß man die Diffusionskonzentration eines Metalls, z.B. des Titans, zwischen den optischen Anschlußteilen und dem optischen Diffusionsteil variiert.
Figur 13 ist eine perspektivische Darstellung einer 7. Ausführungsform des optischen Elements der Erfindung, in der die gleichen Bestandteile wie in Figur 1 mit der gleichen Bezugszahl bezeichnet sind und nicht weiter im einzelnen erläutert werden. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dadurch, daß sie eine Fläche 66 mit hoher Ti-Konzentration hat, wodurch die Titankonzentration in dem Funktionsteil höher als in den optischen Anschlußteilen ist. Bei dieser Ausführungsform ist wie bei der ersten Ausführungsform ein hoher Anschlußwirkungsgrad von 80 % in den optischen Anschlußteilen erreichbar. Wegen der fortschreitend geringeren Tiefe der Protoneninjektion in dem optischen Funktionsteil für die Wechselwirkung zwischen der elastischen Oberflächenwelle und dem geleiteten Licht 9 und wegen der höheren Titankonzentration in diesem Teil ist das in diesem Funktionsteil geleitete Licht in der Nähe der Substratoberfläche enthalten, so daß ein hoher Beugungswirkungsgrad erreicht wird.
Die Figuren 14(a) - (f) sind schematische Querschnittsdarstellungen, die ein Verfahren zur Herstellung des in Figur 13 gezeigten optischen Dünnfilm-Elements darstellen.
Zuerst wird - wie in Figur 14(a) gezeigt - eine y- oder x-Oberflache eines kristallinen LiNbO3-Substrats 1 des y- oder x-Typs bis auf eine Ebenheit von einigen Newton-Ringen oder weniger poliert, dann einer gewöhnlichen Ultraschal!wäsche mit Aceton und dann mit gereinigtem Wasser unterworfen und durch Blasen mit Stickstoff gas getrocknet. Dann wird auf der Oberfläche durch Elektronen-
strahl bedampfung ein Titanfilm 74 einer Dicke von 100 A abgeschieden, wie in Figur 14(b) gezeigt ist. Das Substrat wird anschließend mit
einer Maske 72 abgedeckt, die nur eine öffnung in dem optischen Funktionsteil hat, wie in Figur 14(c) dargestellt ist. Das Substrat wird dann wieder mit einem Titanfilm bedampft, um eine Titan-Plat-
form 73 in einer zentralen Dicke von 500 A zu bilden.
Das Substrat wird dann 6 Stunden bei 965 0C in einer Sauerstoffatmosphäre einer thermischen Diffusionsbehandlung unterzogen, um - wie in Figur 14(d) gezeigt, eine thermische Titandiffusionsschicht 67 mit einem Bereich 66 von höherer Titankonzentration zu bilden, in dem später der optische Funktionsteil zu bilden ist. Ein anderes Metall, wie V, Ni, Au, Co, Nb oder Ge kann anstelle von Titan ebenfalls bei der thermischen Diffusion eingesetzt werden.
Das LiNbO3-Substrat mit der in Figur 14(d) gezeigten Titandiffusionsschicht 67 wird dann in einen Aluminiumoxid-Tiegel gesetzt, der Benzoesäure mit einer zugesetzten Menge von 1 Mol-% Lithiumbenzoat enthält. Das Substrat wird 3 Stunden in einem Ofen bei 250 0C einer Ionenaustauschbehandlung unterzogen, um in der Ti-Diffusionsschicht 67 eine Protonenaustauschschicht 70 zu bilden, wie in Figur 14(e) gezeigt ist. In dem Bereich 66 mit hoher Ti-Konzentration ist die Tiefe der Protonenaustauschschicht geringer als in den Stirnteilen des Lichtleiters, wie aus Figur 14(e) ersichtlich, weil die Protoneninjektion durch die höhere Konzentration des thermisch eindiffundierten Titans in diesem Bereich unterdrückt wird. Die erhaltene Probe wird dann einer Ultraschallwäsche mit Äthanol unterzogen und durch Blasen mit Stickstoffgas getrocknet.
Dann wird das Substrat 4 Stunden in einem Ofen bei 350 0C in einer feuchten Sauerstoffatmosphäre, die durch Hindurchleiten von Sauerstoff durch erwärmtes Wasser erzeugt wird, bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 1,0 Liter/min, getempert.
Auf diese Weise erhält man einen Lichtleiter 2, der wie in Figur 14(f) dargestellt - eine dünnere Protonenaustauschschicht und eine höhere Ti-Konzentration in dem Bereich, in dem der
optische Funktionsteil zu bilden ist, und eine fortschreitend dickere Protonenaustauschschicht und eine niedrigere Ti-Konzentration zu den Enden des Lichtleiters hin aufweist.
Schließlich wird der optische Funktionsteil durch die Bildung von Kamme!ektroden 7 nach einem gewöhnlichen photolithographischen Verfahren vervollständigt.
Infolge der genannten Temperung zeigt die Protonenverteilung an den Grenzen 68,69 des Funktionsteils eine allmähliche Änderung, und ein niedriger Fortpflanzungsverlust an diesen Grenzen wurde experimentell bestätigt.
Figur 15 ist eine schematische Ansicht einer 8. Ausführungsform, in der das Element der Figur 13 unter Benutzung eines elektrooptischen Effekts als ein Licht-Deflektor dient. In der Ansicht sind die gleichen Bestandteile wie die in Figur 13 mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet und nicht weiter erläutert. Die Kammelektroden sind für die Bewirkung des elektrooptischen Effekts vorgesehen.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist in der Fläche des durch den elektro-optisehen Effekts erzeugten Phasengitters ein Flächenbereich 66 mit hoher Ti-Konzentration gebildet, in dem die Tiefe der Protoneninjektion kleiner ist, wodurch die Intensitätsverteilung des geleiteten Lichts 9 in der Nähe der Substratoberfläche in diesem Flächenbereich konzentriert ist. Dadurch kann mit einer an die Kamme!ektroden 71 angelegten niedrigen Spannung von 5 V ein hoher Beugungswirkungsgrad von 90 % erreicht werden.
Auch der Anschlußwirkungsgrad an den Stirnseiten des Lichtleiters ist mit 80 % hoch. Das Element dieser Ausführungsform kann durch ein Verfahren hergestellt werden, das ähnlich dem Verfahren ist, das in bezug auf Figur 14 erläutert wurde.
Figur 16 ist eine perspektivische Darstellung einer 9. AusfUhrungsform der Erfindung, bei der in einem Teil des Substrats der vorstehend behandelten 7. Ausführungsform von Protoneninjektion freie Flächen 75,76 gebildet sind, in denen sich Kammelektroden 7,50 befinden. In Figur 16 sind die gleichen Bestandteile wie in Figur mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet, die nicht im einzelnen weiter erläutert sind. Wie bei der 7. AusfUhrungsform kann man mit dieser AusfUhrungsform einen hohen Anschlußwirkungsgrad gleichzeitig mit einem hohen Beugungswirkungsgrad erreichen. Ferner wird mit einer niedrigen elektrischen Energie eine wirksame Modulation oder Ablenkung des geleiteten Lichts ermöglicht, da die fehlende Protoneninjektion auf der Fläche der Kammelektroden eine Verschlechterung der piezoelektrischen und elektro-optischen Eigenschaften in diesem Flächenbereich verhindert.
Das in Figur 16 gezeigte optische DUnnfilm-Element kann durch ein an Hand von Figur 14 erläutertes Verfahren hergestellt werden, wobei jedoch die genannten, von Protonenaustausch freien Flächen auf einem Teil der Substratoberfläche in der Weise gebildet werden, daß man vor dem Protonenaustausch auf diesen Flächen eine Maske vorsieht.
Figur 17 ist eine schematische Ansicht einer 10. Ausführungsform, in der das Element der Figur 16 unter Benutzung eines elektrooptischen Effekts als ein Licht-Deflektor dient. In der Ansicht sind die gleichen Bestandteile wie die in Figur 16 mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet und nicht weiter erläutert. In dieser Ausführungsform fehlt unter den Kammelektroden 77 für den elektro-optischen Effekt die Protoneninjektion. Das Element dieser Ausführungsform kann durch ein Verfahren ähnlich dem der Figur 14 leicht hergestellt werden, wobei die Kammelektroden als Maske für den Protonenaustausch dienen.
Während die vorgenannten Ausführungsformen unterschiedliche Ioneninjektionstiefen in dem optischen Funktionsteil und den optischen Anschlußteilen haben, sind gleiche Effekte auch zu errei-
chen durch Veränderung der Konzentration der Ioneninjektion, wie im folgenden erläutert wird.
Fig. 18 ist eine perspektivische Darstellung einer 11. Ausführungsform eines optischen Dünnfilm-Elements der Erfindung unter Benutzung eines akustisch-optischen Effekts. In Figur 18 sind dargestellt ein kristallines LiNbO3-Substrat 1 des x- oder y-Typs, ein durch Protonenaustausch gebildeter Lichtleiter 82, polierte Stirnseiten 3,4 auf dem Lichtleiter, zylindrische Linsen 5,6, Kamme!ektroden 7 und eine Schicht 80 hoher Protonenkonzentration, die höher als in dem Lichtleiter 82 ist.
Ein paralleler Lichtstrahl 8 einer Wellenlänge von 6328 A aus einem He-Ne-Laser wird durch die zylindrische Linse in Richtung der Dicke des Lichtleiters auf die polierte Stirnseite 3 des Leiters fokussiert und dadurch an den Lichtleiter angeschlossen. Das von der Stirnseite fortgeleitete Licht wird durch eine elastische Oberflächenwelle 10 gebeugt, die durch eine den Kammelektroden 7 zugeführte Hochfrequenzspannung erzeugt wird. Das gebeugte Licht tritt an der Stirnseite 4 aus und wird durch die zylindrische Linse 6 in einen Parallel strahl umgeformt. Es ist ein hoher Anschlußwirkungsgrad von 80 % erreichbar, da die Breite des fokussierten Strahls in der Fokussierrichtung auf der Stirnseite 3 etwa mit der Breite des geleiteten Lichts übereinstimmt.
Der Lichtleiter 82 ist in dem Flächenbereich der Wechselwirkung zwischen der elastischen Oberflächenwelle 10 und dem geleiteten Licht mit einer Schicht 80 von hoher Protonenkonzentration versehen, und die höhere Protonenkonzentration in der Nähe der Oberfläche zieht die Verteilung des geleiteten Lichts in diesem Flächenbereich an diese Oberfläche, so daß durch die elastische Oberflächenwelle ein hoher Beugungswirkungsgrad des geleiteten Lichts erreicht wird.
Die Figuren 19(a) - (f) sind schematische Querschnittsdarstellungen, die ein Verfahren zur Herstellung des in Figur 18 dar-
gestellten optischen DlinnfiIm-Elements zeigen.
Zuerst wird - wie in Figur 19(a) gezeigt - eine y- oder x-Oberfläche eines kristallinen LiNbO3-Substrats 1 des y- oder x-Typs bis auf eine Ebenheit von einigen Newton-Ringen oder weniger poliert, dann einer gewöhnlichen Ultraschal!wäsche mit Aceton und dann mit gereinigten Wasser unterzogen und durch Blasen mit Stickstoffgas getrocknet. Anschließend wird durch Elektronenstrahlbedampfung
auf der Oberfläche ein Titanfilm einer Dicke von 200 A abgeschieden und 2,5 Stunden bei 965 0C in einer Sauerstoffatmosphäre einer thermischen Diffusion ausgesetzt, um eine thermische Ti-Diffusionsschicht 11 zu bilden, wie in Figur 19(b) gezeigt ist. Für die thermische Diffusion können auch andere Metalle , wie V, Ni, Au, Ag, Co, Nb oder Ge eingesetzt werden.
Das in Figur 19(b) dargestellte Substrat mit der Ti-Diffusionsschicht wird in einen Aluminiumoxid-Tiegel gesetzt, der Benzoesäure mit einem Zusatz con 2 Mol-% Lithiumbenzoat enthielt, und 5 Stunden in einem Ofen von 250 0C einer Ionenaustauschbehandlung unterzogen, um in der Ti-Diffusionsschicht 11 eine Protonenaustauschschicht 83 zu bilden, wie in Figur 19(c) gezeigt ist. Die erhaltene Probe wurde einer Ultraschallwäsche mit Methanol unterzogen und durch Blasen mit Stickstoffgas getrocknet.
Dann wird das Substrat 4 Stunden in einem Ofen von 350 0C in einer feuchten Sauerstoffatmosphäre, die durch Hindurchleiten von Sauerstoff durch erwärmtes Wasser gebildet wurde, bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 1,0 Liter/min, getempert. Auf diese Weise wurde der Lichtleiter 82 durch Protonendiffusion zu dem Substrat hin gebildet.
Wie in Figur 19(e) dargestellt ist, wurde durch Bedampfung des Lichtleiters 82 als Maske für den nachfolgenden Protonenaustausch ein Chromfilm 84 gebildet, der ein Fenster nur in dem optischen Funktionsteil für die Wechselwirkung zwischen der elastischen Oberflächen-
welle und dem geleiteten Licht hat. Das diese Maske tragende Substrat wird 1 Stunde bei 250 0C einem Protonenaustausch mit Benzoesäure mit einem Zusatz von 5 Mol-% Lithiumbenzoat unterzogen, um durch Protonenaustausch durch das Fenster in der Nähe der Oberfläche des Funktionsteils eine Schicht 80 von hoher Protonenkonzentration zu erhalten. Nach diesem Protonenaustausch wird das Substrat erneut einer Ultraschal!wäsche mit Äthanol unterzogen und durch Blasen mit Stickstoffgas getrocknet.
Schließlich wird die Maske 84 durch Ätzen entfernt, und die Kammelektroden 7 werden, wie in Figur 19(f), durch ein gewöhnliches photolithographisches Verfahren gebildet.
Die Temperung muß vor der Bildung der Kammelektroden durchgeführt werden, falls eine große Differenz der Brechungsindices des Lichtleiters 82 und der Schicht 80 von hoher Protonenkonzentration besteht mit dem Ergebnis eines bedeutenden Verlustes in dem geleiteten Licht an der Grenze zwischen beiden.
Der Lichtleiter wird bei der oben beschriebenen Ausführungsform durch Titandiffusion und thermische Protonendiffusion gebildet, jedoch ist die Ti-Diffusion nicht unbedingt erforderlich. Stattdessen kann der Lichtleiter durch Injektion oder thermische Diffusion von Protonen alleine oder durch äußere Diffusion von LiO in Verbindung mit Injektion oder thermischer Diffusion von Protonen gebildet werden.
Figur 20 ist eine schematische Ansicht einer 12. Ausführungsform, in der das Element der Figur 18 unter Benutzung eines elektrooptischen Effekts als ein Licht-Deflektor dient. In der Ansicht sind die gleichen Bestandteile wie die in Figur 18 mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet und nicht weiter erläutert.
Ein Laser-Strahl 8 wird durch eine zylindrische Linse 8 in Richtung der Dicke des Lichtleiters auf die polierte Stirnseite
des Lichtleiters fokussiert und so mit dem Lichtleiter verbunden. Das von dieser Stirnseite fortgeleitete Licht 9 wird durch ein Phasengitter gebeugt, das durch eine an die Kammelektroden 87 mit elektrooptischem Effekt angelegte Spannung erzeugt wird. Das Licht tritt dann aus der anderen Stirnseite 4 des Lichtleiters aus und wird durch die zylindrische Linse 6 in einen parallelen Strahl umgeformt. Die benutzten Kammelektroden haben 350 Elektrodenpaare in einer Breite und einem Abstand von 2,2 pm und mit einer Verzahnungsbreite von 3,8 mm.
Auch bei dieser Ausführungsform zieht die anwesende Schicht 80 von hoher Protonenkonzentration in dem Flächenbereich des Phasengitters durch den elektro-optisehen Effekt die Verteilung des geleiteten Lichts 9 in diesem Flächenbereich zur Oberfläche. Infolgedessen kann durch eine an die Kammelektroden 87 angelegte niedrige Spannung von 5 V ein hoher Beugungswirkungsgrad von 90 % erreicht werden.
Der Anschlußwirkungsgrad an den Stirnseiten des Lichtleiters beträgt 80 %. Das Element dieser Ausführungsform kann durch ein Verfahren hergestellt werden,das ähnlich dem der 11. Ausführungsform ist.
Figur 21 ist eine perspektivische Ansicht einer 13. Ausflihrungsform der Erfindung, bei der in einem Teil des Substrats 1 der obigen 11. Ausführungsform Flächenbereiche 85,86 gebildet sind, die frei von Protoneninjektion sind, und bei der auf diesen Flächenbereichen Kämme!ektroden 7,81 ausgebildet sind. In Figur 21 werden die gleichen Bestandteile wie in Figur 18 mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet und nicht im einzelnen weiter erläutert. Wie bei der 11. Ausführungsform kann man mit dieser Ausführungsform gleichzeitig einen hohen Anschlußwirkungsgrad und einen hohen Beugungswirkungsgrad erreichen. Ferner ist bei geringem elektrischem Energieaufwand eine wirksame Modulation oder Ablenkung des geleiteten Lichts möglich, da die fehlende Protoneninjektion auf der Fläche der Kammelektroden eine Verschlechterung der piezoelektrischen und elektrooptischen Eigenschaften in diesem Flächenbereich verhindert.
Das in Figur 21 gezeigte optische Dünnfilm-Element kann durch ein in bezug auf Figur 19 erläutertes Verfahren hergestellt werden, wobei jedoch die von Protonenaustausch freien Flächen für die Kammelektroden auf einem Teil der Substratoberfläche in der Weise gebildet werden, daß man vor dem Protonenaustausch auf diesen Flächen eine Maske bildet.
Figur 22 ist eine schematische Ansicht einer 14. Ausführungsform, in der das Element der Figur 21 unter Benutzung eines elektrooptischen Effekts als ein Licht-Deflektor dient. In der Ansicht sind die gleichen Bestandteile wie die in Figur 21 mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet und nicht weiter erläutert. Bei dieser Ausführungsform fehlt unter den Kammelektroden 88 für den elektro-optisehen Effekt die Protoneninjektion. Das Element dieser Ausführungsform kann ebenfalls leicht durch ein Verfahren hergestellt werden, das dem in Figur 19 erläuterten Verfahren ähnlich ist, in dem die Kammelektroden als Maske für den Protonenaustausch dienen.
Abweichend von den vorgenannten Ausführungsformen, in denen die Tiefe oder Konzentration der Ioneninjektion zwischen dem optischen Funktionsteil und den optischen Anschlußteilen unterschiedlich ist, können gleiche Effekte auch dadurch erreicht werden, daß man die Ionenkonzentration in Richtung der Dicke des Substrats im Inneren größer als an der Substratoberfläche macht, wie nachfolgend erläutert wird.
Figur 23 ist eine perspektivische Darstellung einer 15. Ausführungsform des erfindungsgemäßen optischen Dünnfilm-Elements unter Benutzung eines akustisch-optischen Effekts. Die Darstellung zeigt ein kristallines LiNbO3-Substrat des x- oder y-Typs, einen durch Protonenaustausch gebildeten Lichtleiter 92, polierte Stirnseiten 3,4 des Lichtleiters, zylindrische Linsen 5,6, Kammelektroden 7 und durch Protonendiffusion nach außen gebildete Schichten 90,91 mit niedrigem Brechungsindex.
Ein paralleler Lichtstrahl 8 einer Wellenlänge von
6328 A aus einem He-Ne-Laser wird durch eine zylindrische Linse 8 in Richtung der Dicke des Lichtleiters auf die polierte Stirnseite 3 des Lichtleiters fokussiert und so mit dem Lichtleiter verbunden. Das von dieser Stirnseite fortgeleitete Licht 9 wird durch eine elastische Oberflächenwelle 10 gebeugt, die durch eine an die Kammelektroden 7 angelegte Hochfrequenzspannung erzeugt wird. Das gebeugte Licht verläßt die andere Stirnseite 4 und wird durch die Zylinderlinse 6 in einen Parallel strahl umgewandelt. In diesem Fall stimmt die Breite des durch die Zylinderlinse 5 in Fokussierungsrichtung auf die Stirnfläche 3 fokussierten Strahls etwa mit der Breite des geleiteten Lichts überein, und der Lichtleiter 92 ist in der Nähe der Stirnseiten unter der Schicht 90 mit geringem Brechungsindex eingebettet. Aus diesen Gründen liegt die Intensitätsverteilung des geleiteten Lichts sehr nahe an der des Eingangs- oder Ausgangslichts, so daß man einen hohen Anschlußwirkungsgrad von 85 % erreicht. Das von der Stirnseite fortgeleitete Licht wird bei der Fortpflanzung zu dem optischen Funktionsteil für die Wechselwirkung mit der elastischen Oberflächenwelle hin zu der Substratoberfläche hochgezogen, so daß ein hoher Beugungswirkungsgrad erreicht wird.
Die Figuren 24(a) - (f) sind schematische Querschnittsdarstellungen, die ein Verfahren zur Herstellung des in Figur 23 gezeigten optischen Dünnfilm-Elements darstellen.
Zunächst wird - wie in Figur 24(a) gezeigt - eine y- oder x-Oberfläche eines kristallinen LiNbO3-Substrats 1 des y- oder x-Typs bis zu einer Ebenheit von einigen Newton-Ringen oder weniger poliert, dann einer gewöhnlichen Ultraschallwäsche mit Aceton und dann mit gereinigten Wasser unterzogen und durch Blasen mit Stick-
stoffgas getrocknet. Dann wird ein Titanfilm einer Dicke von 200 A durch Elektronenstrahl bedampfung auf der genannten Oberfläche abgeschieden und 2,5 Stunden bei 965 0G in einer Sauerstoffatmosphäre einer thermischen Diffusion unterzogen, um eine thermische Ti-Diffusionsschicht 11 zu erhalten, wie in Figur 24(b) gezeigt ist. Für
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diese thermische Diffusion können auch andere Metalle, wie V, Ni, Au, Ag, Co, Nb oder Ge eingesetzt werden.
Das die Ti-Diffusionsschicht enthaltende, in Figur 24(b) gezeigte LiNbO3-Substrat wird dann in einen Aluminiumoxid-Tiegel gesetzt, der Benzoesäure mit einem Zusatz von 1 Mol-% Lithiumbenzoat enthält, und 1 Stunde in einem Ofen von 250 0C einer Ionenaustauschbehandung unterzogen, um in der Ti-Diffusionsschicht 11 eine Protonenaustauschschicht 13 zu bilden, wie in Figur 24(c) gezeigt ist. Die Probe wird einer Ultraschallwäsche mit Äthanol unterzogen und durch Blasen mit Stickstoffgas getrocknet.
Das Substrat wird nach dem Protonenaustausch 4 Stunden in einem Ofen bei 350 0C in einer durch Hindurchleiten von Sauerstoff durch erwärmtes Wasser erhaltenen feuchten Sauerstoffatmosphäre bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 1,0 Liter/min, getempert, wodurch der Lichtleiter 92 durch Protonendiffusion in das Substrat gebildet wird, wie in Figur 24(d) gezeigt ist.
Dann wird die Oberfläche des Lichtleiters 92 - wie in Figur 24(e) gezeigt - einer Laser-Temperung mit einem fokussierten Strahl 95 einer Wellenlänge von 10,6 pm aus einem CO2-Laser unterzogen, wobei die Fläche für die Wechselwirkung zwischen der elastischen Oberflächenwelle und dem geleiteten Licht von dieser Behandlung ausgenommen wird. Der genannte Strahl von 10,6 pm wird von dem LiNbO3-Kristall absorbiert, um die Protonen des Oberflächenbereichs nach außen in die Luft zu treiben, wodurch der Brechungsindex in der Nähe der Oberfläche verringert und eine Schicht 91 von niedrigem Brechungsindex gebildet wird.
Schließlich werden die Kamme!ektroden 7 durch ein gewöhnliches photolithographisches Verfahren gebildet, wie in Figur 24(f) gezeigt ist.
Bei dem oben beschriebenen Verfahren wird der Lichtleiter durch separate thermische Temperung, wie in Figur 24(d) gezeigt, und Laser-Temperung gebildet, jedoch kann der Lichtleiter auch ausschließlich durch Laser-Temperung gebildet werden, wenn die Wellenlänge des zur Temperung eingesetzten Laserstrahls so gewählt wird, daß sie mit dem Absorptionskoeffizienten des LiNbO3-Kristalls zusammenfällt.
Der Lichtleiter der oben beschriebenen Ausführungsform wird durch Titan-Diffusion und thermische Protonen-Diffusion gebildet, jedoch ist die Titan-Diffusion nicht unverzichtbar. Stattdessen kann der Lichtleiter auch durch Injektion oder thermische Diffusion von Protonen alleine oder durch externe LiO-Diffusion in Verbindung mit der Injektion oder thermischen Diffusion von Protonen gebildet werden.
Figur 25 ist eine schematische Ansicht einer 16. Ausführungsform, in der das Element der Figur 23 unter Benutzung eines elektrooptischen Effekts als ein Licht-Deflektor dient. In der Ansicht sind die gleichen Bestandteile wie die in Figur 23 mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet und nicht weiter erläutert.
Ein Laser-Strahl 8 wird durch eine zylindrische Linse 8 in Richtung der Dicke des Lichtleiters auf die polierte Stirnseite 3 des Lichtleiters fokussiert und so mit dem Lichtleiter verbunden. Das von dieser Stirnseite fortgeleitete Licht 9 wird durch ein Phasengitter gebeugt, das durch eine an die Kammelektroden 97 mit elektrooptischen] Effekt angelegte Spannung erzeugt wird. Das Licht tritt dann aus der anderen Stirnseite des Lichtleiters aus und wird durch die zylindrische Linse 6 in einen parallelen Strahl umgewandelt. Die verwendeten Kammelektroden haben 350 Elektrodenpaare mit einer Breite und einem Abstand von 2,2 \im und einer Verzahnungsbreite von 3,8 mm. Bei einer an die Kammelektroden angelegten niedrigen Spannung von 5 V wird ein hoher Beugungswirkungsgrad von 90 % erreicht. Der Anschlußwirkungsgrad an den optischen Anschlußteilen hat eine Größe
von 85 %.
Figur 26 ist eine perspektivische Darstellung einer 16. Ausführungsform der Erfindung, bei der auf einem Teil des Substrats der vorigen 15. Ausführungsform von Protoneninjektion freie Flächen 103,104 gebildet und auf diesen Flächen Kammelektroden 100,101 angeordnet sind. In Figur 26 sind gleiche Bestandteile wie in Figur mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet und nicht weiter erläutert. Wie bei der 15. Ausführungsform erreicht man bei dieser Ausführungsform gleichzeitig einen hohen Anschlußwirkungsgrad und einen hohen Beugungswirkungsgrad. Ferner wird mit niedriger elektrischer Leistung eine wirksame Modulation oder Ablenkung des geleiteten Lichts ermöglicht, da die fehlende Protoneninjektion auf den Flächen der Kammelektroden eine Verschlechterung der piezoelektrischen und elektrooptischen Eigenschaften in diesen Flächen verhindert.
Das in Figur 26 gezeigte optische Dünnfilm-Element kann durch das an Hand von Figur 24 erläuterte Verfahren hergestellt werden, wobei jedoch in einem Teil der Substratoberfläche von Protonenaustausch freie Flächen für die Kammelektroden in der Weise gebildet werden, daß man vor der Protonenaustauschbehandlung auf diesen Flächen eine Maske bildet.
Figur 27 ist eine schematische Ansicht einer 18. Ausführungsform, in der das Element der Figur 26 unter Benutzung eines elektrooptischen Effekts als ein Licht-Deflektor dient. In der Ansicht sind die gleichen Bestandteile wie die in Figur 26 mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet und nicht weiter erläutert. Bei dieser Ausführungsform fehlt unter den Kammelektroden 107 für den elektro-optisehen Effekt die Protoneninjektion. Das Element dieser Ausführungsform kann durch ein ähnliches Verfahren leicht hergestellt werden, wie es in Figur 24 erläutert wurde, bei dem die Kammelektroden als Maske für den Protonenaustausch dienen.
Neben den vorgenannten Ausführungsformen, bei denen die Ioneninjektionstiefe oder -konzentration zwischen dem optischen
Funktionsteil und den optischen Anschlußteilen unterschiedlich ist oder die Ionenkonzentration in Richtung der Substratdicke im Inneren höher als an der Substratoberfläche ist, kann ein weiteres wirksames optisches Element durch Kombination dieser Faktoren verwirklicht werden, wie nachfolgend erläutert wird.
Figur 28 ist eine perspektivische Ansicht einer 19. Ausführungsform des erfindungsgemäßen optischen Elements unter Benutzung eines akustisch-optischen Effekts, die dadurch von der in Figur 1 gezeigten ersten Ausführunsgform abweicht, daß die Ionenkonzentration an den optischen Anschlußteilen im Inneren größer als an der Substratoberfläche ist. In Figur 28 sind die gleichen Bestandteile wie in der Figur 1 mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet und nicht weiter erläutert. Diese Ausführungsform zeigt in den optischen Anschlußteilen eine größere Ioneninjektionstiefe als in den optischen Funktionsteilen und ist auf der Oberfläche des Lichtleiters mit Schichten 110,111 von niedrigem Brechungsindex versehen, die man durch Protonendiffusion zur Außenseite erhält. Dementsprechend liegt die Energieverteilung des geleiteten Lichts in den optischen Anschlußteilen sehr dicht bei der Energieverteilung des extern eintretenden Lichts, so daß ein hoher Anschlußwirkungsgrad erreicht wird. Auf der anderen Seite ist die Energieverteilung des geleiteten Lichts in dem optischen Funktionsteil nahe an der Oberfläche des Substrats konzentriert, so daß ein hoher Beugungswirkungsgrad erreicht wird. Das Element der 19. Ausführungsform kann in ähnlicher Weise wie das Element der ersten Ausführungsform hergestellt werden, wobei das an Figur 2 erläuterte Verfahren durch eine in Figur 24 gezeigte Laser-Temperung ergänzt wird. Nun wird unter Bezugnahme auf die Figuren 29(a) - (g) das Herstellungsverfahren kurz erläutert, in dem die Einzelheiten des Protonenaustauschs usw. mit denen des in Figur 2 dargestellten Verfahrens identisch sind.
Zuerst wird auf einem in Figur 29(a) gezeigten kristallinen LiNbO3-Substrat 1 eine thermische Ti-Diffusionsschicht 11 gebildet, wie in Figur 29(b) gezeigt ist. Durch eine aus einem Chromfilm
bestehende Maske wird nur in dem optischen Funktionsteil eine Protonenaustauschschicht gebildet, wie in Figur 29(c) zu sehen ist.
Dann wird nach Entfernung des Chromfilms 12 wiederum auf der gesamten Substratoberfläche eine Protonenaustauschschicht 14 gebildet, wie in Figur 29(d) gezeigt ist. Die erhaltene Probe wird einer Temperung unterzogen, wobei man einen Lichtleiter 2 mit einer größeren loheninjektionstiefe in den optischen Anschlußteilen als in dem optischen Funktionsteil erhält, wie in Figur 29(e) dargestellt ist. Dann erfolgt auf den optischen Anschlußteilen des Lichtleiters eine Laser-Temperung mit einem C02-Laser 112 (Figur 29(f)), um durch Protonendiffusion nach außen die Schichten 110,111-zu bilden.
Schließlich werden auf dem Funktionsteil die Kammelektroden gebildet, wie in Figur 29(g) gezeigt ist.
Das in Figur 28 dargestellte optische Element kann auch durch ein in den Figuren 30(a) - (g) dargestelltes Verfahren hergestellt werden, das eine Abänderung des in Figur 3 gezeigten Verfahrens ist.
Zunächst wird auf einem kristallinen LiNbO3-Substrat 1, wie in Figur 30(a) gezeigt, eine thermische Ti-Diffusionsschicht 11 gebildet, wie in Figur 30(b) gezeigt ist. Ferner wird eine Protonenaustauschschicht 15 gebildet, wie in Figur 30(c) gezeigt ist. Dann wird durch Bedampfung nur auf dem optischen Funktionsteil ein Goldfilm 16 gebildet, und ein weiterer Goldfilm 17 wird auch auf der Substratunterseite gebildet, wie in Figur 30(d) gezeigt ist. Dann wird eine Temperung durchgeführt und dabei gleichzeitig von einer Spannungsquelle 18 an die Goldfilme 16,17 eine Spannung einer zur Unterdrückung der thermischen Protonendiffusion in das Substrat geeigneten Polarität angelegt, so daß man einen Lichtleiter mit einer größeren Ioneninjektionstiefe in den optischen Anschlußteilen als in dem optischen Funktionsteil erhält. Dann erfolgt eine Laser-Temperung der optischen Anschlußteile des Lichtleiters 2 mit einem C02-Laser 112, wie in Figur 30(f) dargestellt ist, wobei durch Protonendiffusion nach außen die Schichten 110,111 gebildet werden.
Zuletzt werden auf dem Funktionsteil die Kamme!ektroden gebildet, wie in Figur 30(g) gezeigt ist.
Figur 31 ist eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform, bei der das in Figur 28 gezeigte Element unter Benutzung eines elektrooptischen Effekts als Licht-Deflektor dient. Diese Ausführungsform ist identisch mit der 19. Ausführungsform, wobei jedoch ihre Kamme1ektroden durch Kammelektroden 117 für den elektrooptischen Effekt ersetzt sind. In dieser Darstellung sind die gleichen Bestandteile wird die in Figur 18 mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet und nicht weiter erläutert. Das Element dieser Ausführungsform kann auch durch das in Figur 30 erläuterte Verfahren leicht hergestellt werden.
Figur 32 ist eine perspektivische Ansicht einer 21. Ausführungsform der Erfindung, bei der in einem Teil des Substrats der oben genannten 19. Ausführungsform Flächen 123,124 gebildet sind, die frei von Protoneninjektion sind und auf denen Kammelektroden 120, 121 gebildet sind. In Figur 32 haben die gleichen Bestandteile wie in Figur 28 die gleichen Bezugszahlen, und sie sind nicht weiter erläutert. Wie bei der 19. Ausführungsform erreicht man bei dieser Ausführungsform gleichzeitig einen hohen Anschlußwirkungsgrad und einen hohen Beugungswirkungsgrad. Ferner ist mit einer niedrigen elektrischen Energie eine wirksame Modulation oder Ablenkung des geleiteten Lichts möglich, da die fehlende Protoneninjektion auf den Flächen der Kammelektroden die Verschlechterung der piezoelektrischen und elektrooptischen Eigenschaften in diesen Flächen verhindert.
Das in Figur 32 gezeigte optische Dünnfilm-Element kann durch ein in Figur 29 oder Figur 30 erläutertes Verfahren hergestellt werden mit der Abweichung, daß auf einem Teil der Substratoberfläche für die Kammelektroden von Protonenaustausch freie Flächen in der Weise gebildet werden, daß man vor dem Protonenaustausch in diesen Flächen eine Maske bildet.
Figur 33 ist eine schematische Ansicht einer 22. Ausführungsform, in der das Element der Figur 32 unter Benutzung eines elektrooptischen Effekts als ein Licht-Deflektor dient. In der Ansicht sind die gleichen Bestandteile wie die in Figur 32 mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet und nicht weiter erläutert. Bei dieser Ausführungsform fehlt unter den Kammelektroden 127 für den elektro-optisehen Effekt die Protoneninjektion. Das Element dieser Ausführungsform kann leicht durch ein ähnliches Verfahren, wie es in Figur 29 oder Figur 30 erläutert wurde, hergestellt werden, bei dem die Kammelektroden als Maske für den Protonenaustausch dienen.
Figur 34 ist eine perspektivische Ansicht einer 23. erfindungsgemäßen Ausführungsform mit Ausnutzung eines akustisch-optischen Effekts. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform der Figur 1 dadurch, daß die Ionenkonzentration in dem optischen Funktionsteil höher als die in den optischen Anschlußteilen ist. In Figur 34 sind gleiche Bestandteile wie in Figur mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet und nicht weiter erläutert. Das Element dieser Ausführungsform hat in den optischen Anschlußteilen eine größere Ioneninjektionstiefe als in dem Funktionsteil und in dem letzteren eine Schicht 130 von hoher Ionenkonzentration. Die Energieverteilung des geleiteten Lichts ist infolgedessen in den optischen Anschlußteilen sehr ähnlich der des extern eintretenden Lichts, so daß ein hoher Anschlußwirkungsgrad erreicht wird. Auf der anderen Seite ist die Energieverteilung des abgeleiteten Lichts in dem optischen Funktionsteil in der Nähe der Substratoberfläche konzentriert, so daß ein hoher Beugungswirkungsgrad erzielt wird.
Das Element der 23. Ausführungsform kann in ähnlicher Weise wie das Element der ersten Ausführungsform hergestellt werden, wobei man das in bezug auf Figur 2 beschriebene Verfahren durch die in Figur 18 gezeigte Stufe der partiellen Ioneninjektion ergänzt. Nun wird unter Bezugnahme auf die Figuren 35(a) - (h) das Herstellungsverfahren kurz erläutert, bei dem die Einzelheiten des Protonenaustausches usw. mit denen des in Figur 2 angegebenen Verfahrens iden-
tisch sind.
Zuerst wird auf einem in Figur 35(a) gezeigten kristallinen LiNbO3-Substrat 1 eine thermische Ti-Diffusionsschicht 11 gebildet, wie in Figur 35(b) gezeigt ist. Dann wird lediglich in dem optischen Fuktionsteil durch eine aus einem Chromfilm bestehende Maske eine Protonenaustauschschicht 13 gebildet, wie in Figur 35(c) gezeigt ist.
Nach der Entfernung des Chromfilms 12 wird auf der gesamten Substratoberfläche eine Protonenaustauschschicht 14 gebildet, wie in Figur 35(d) gezeigt ist. Die Probe wird dann einer Temperung unterzogen, wobei man einen Lichtleiter erhält, der in den optischen Anschlußteilen eine größere Ioneninjektionstiefe als in dem optischen Funktionsteil aufweist, wie in Figur 35(e) gezeigt ist. Dann erfolgt eine Protonenaustauschbehandlung durch eine Maske aus einem Chromfilm 84 mit einer öffnung zu dem optischen Funktionsteil, so daß eine Schicht 130 von hoher Protonenkonzentration gebildet wird, wie in Figur 35(g) gezeigt ist.
Schließlich werden auf dem Funktionsteil die Kammelektroden 7 gebildet, wie in Figur 35(h) dargestellt ist.
Figur 36 ist eine perspektivische Ansicht einer 24. Ausführungsform, bei der das in Figur 34 gezeigte Element unter Benutzung eines elektro-optischen Effekts als Lichtleiter dient. Diese Ausführungsform ist identisch mit der 23. AusfUhrungsform, wobei lediglich deren Kammelektroden durch Kammelektroden 131 für den elektro-optischen Effekt ersetzt sind. Bei dieser Ansicht sind gleiche Bestandteile wie in Figur 34 durch gleiche Bezugszahlen bezeichnet und nicht näher erläutert. Das Element dieser Ausführungsform kann ebenfalls leicht durch das in Figur 35 erläuterte Verfahren hergestellt werden.
Figur 37 ist eine perspektivische Darstellung einer 25. Ausführungsform der Erfindung, bei der in einem Teil des Substrats
der oben genannten 23. AusfUhrungsform Flächen 133,132 gebildet sind, die frei von Protoneninjektion sind und auf denen Kammelektroden 134, 135 ausgebildet sind. In Figur 37 sind die gleichen Positionen wie in Figur 34 mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet und nicht näher erläutert. Wie bei der 23. AusfUhru-ngsform erreicht man mit dieser Ausführungsform gleichzeitig einen hohen Anschlußwirkungsgrad und einen hohen Beugungswirkungsgrad. Auch mit geringer elektrischer Energie ist eine wirksame Modulation oder Ablenkung des geleiteten Lichts möglich, da die fehlende Protoneninjektion in den Flächen der Kamme!ektröden eine Beeinträchtigung der piezoelektrischen und elektro-optischen Eigenschaften in diesen Flächen verhindert.
Das in Figur 37 gezeigte optische Dünnfilm-Element kann nach dem in Figur 35 erläuterten Verfahren hergestellt werden, wobei jedoch auf einem Teil der Substratoberfläche protonenaustauschfreie Flächen für die Kammelektroden in der Weise gebildet werden, daß man vor dem Protonenaustausch auf diesen Flächen eine Maske ausbildet.
Figur 38 ist eine schematische Ansicht einer 26. Ausführungsform, in der das Element der Figur 37 unter Benutzung eines elektrooptischen Effekts als ein Licht-Deflektor dient. In der Ansicht sind die gleichen Bestandteile wie die in Figur 37 mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet und nicht weiter erläutert. Bei dieser Ausführungsform fehlt unter den Kammelektroden 137 für den elektro-optischen Effekt die Protoneninjektion. Ein Element dieser Ausführungsform kann leicht durch das in Figur 35 erläuterte Verfahren hergestellt werden, bei dem die Kammelektroden als Maske für den Protonenaustausch dienen.
Figur 39 ist eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen 27. Ausführungsform unter Benutzung eines akustischoptischen Effekts. Diese Ausführunsgform unterscheidet sich von der in Figur 18 gezeigten 11. Ausführungsform dadurch, daß in den optischen Anschlußteilen die Ionenkonzentration in Richtung der Substrat-
dicke im Inneren höher als an der Substratoberfläche ist. In Figur sind die gleichen Bestandteile wie in Figur 18 mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet und nicht weiter erläutert. Das Element dieser AusfUhrungsform hat durch die Anwesenheit einer Schicht 80 von hoher Protonenkonzentration in dem optischen Funktionsteil eine höhere Ionenkonzentration als in den optischen Anschlußteilen und ist auf dem Lichtleiter mit Schichten 140,141 von geringerem Brechungsindex versehen, die durch Protonendiffusion nach außen gebildet sind. Infolgedessen liegt die Energieverteilung des geleiteten Lichts in den optischen Anschlußteilen sehr nahe bei der des extern eintretenden Lichts, so daß ein hoher Anschlußwirkungsgrad erreicht wird. Auf der anderen Seite ist die Energieverteilung des geleiteten Lichts in dem optischen Funktionsteil in der Nähe der Substratoberfläche konzentriert, so daß ein hoher Beugungswirkungsgrad erreicht wird.
Das Element der 27. Ausführungsform kann in ähnlicher Weise wie das Element der ersten Ausführungsform hergestellt wenden, wobei man das an Hand von Figur 19 erläuterte Verfahren durch die; in Figur 24 gezeigte Laser-Temperung ergänzt. Dies wird kurz in den Figuren 40(a) bis (g) erläutert, in der die Einzelheiten des Protonenaustausches usw. mit denen des in Figur 19 gezeigten Verfahrens identisch sind.
Zuerst wird auf einem in Figur 40(a) gezeigten kristallinen LiNbO3-Substrat 1 eine thermische Ti-Diffusionsschicht 11 gebildet, wie in Figur 40(b) gezeigt ist. Dann wird eine Protonenaustauschschicht 13 gebildet, wie in Figur 40(c) zu sehen ist. Die erhaltene Probe wird unter Bildung eines Lichtleiters 82 getempert, wie in Figur 40(d) dargestellt ist.
Anschließend wird durch eine aus einem Chromfilm 84 bestehende Maske mit einer öffnung in dem optischen Funktionsteil eine Protonenaustauschbehandlting durchgeführt, um eine Schicht 80 von hoher Protonenkonzentration zu bilden, wie in Figur 40(e) gezeigt ist.
Dann erfolgt auf den optischen Anschlußteilen des Lichtleiters 2 eine Laser-Temperung mit einem CO2-Laser 145, wie in Figur 40(f) gezeigt ist, wobei durch Protonendiffusion nach außen die Schichten 110,111 gebildet werden.
Schließlich werden auf dem Funktionsteil die Kammelektroden 7 gebildet, wie in Figur 40(g) dargestellt ist.
Figur 41 ist eine perspektivische Darstellung einer 28. AusfUhrungsform, bei der das in Figur 39 gezeigte Element unter Benutzung eines elektro-optischen Effekts als Licht-Deflektor dient. Diese Ausführungsform ist identisch mit der 27. Ausführungsform, wobei jedoch deren Kammelektroden durch Kammelektroden 147 für den elektrooptischen Effekt ersetzt sind. In Figur 41 sind gleiche Bestandteile wie in Figur 39 mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet und nicht weiter erläutert. Das Element dieser Ausführungsform kann leicht durch das in Figur 40 erläuterte Verfahren hergestellt werden.
Figur 43 ist eine perspektivische Ansicht einer 29. Ausführungsform der Erfindung, bei der in einem Teil des Substrats der oben genannten 27. Ausführungsform Flächen 144,145 gebildet sind, die frei von Protoneninjektion sind und auf denen die Kammelektroden 142,143 angeordnet sind. In Figur 42 sind die gleichen Bestandteile wie in Figur 39 mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet und nicht näher erläutert. Wie bei der 27. Ausführungsform kann man bei dieser Ausführungsform gleichzeitig einen hohen Anschlußwirkungsgrad und einen hohen Beugungswirkungsgrad erzielen. Ebenso wird mit einer niedrigen elektrischen Energie eine wirksame Modulation oder Ablenkung des geleiteten Lichts ermöglicht, da die fehlende Protoneninjektion in den Flächenbereichen der Kammelektroden eine Verschlechterung der piezoelektrischen und elektro-optischen Eigenschaften in diesen Flächen verhindert.
Das in Figur 42 gezeigte optische DlinnfiIm-Element kann durch das in Figur 40 erläuterte Verfahren hergestellt werden, wobei
jedoch in einem Teil des Substrats die von Protonenaustausch freien Flächen für die Kammelektroden so gebildet werden, daß man vor dem Protonenaustausch in diesen Flächenbereichen eine Maske bildet.
Figur 43 ist eine schematische Ansicht einer 30. Ausführungsform, in der das Element der Figur 42 unter Benutzung eines elektrooptischen Effekts als ein Licht-Deflektor dient. In der Ansicht sind die gleichen Bestandteile wie die in Figur 42 mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet und nicht weiter erläutert. Bei dieser Ausführungsform fehlt unter den Kammelektroden 147 für den elektro-optisehen Effekt die Protoneninjektion. Das Element dieser Ausführungsform kann durch ein Verfahren ähnlich dem in Figur 40 erläuterten Verfahren leicht hergestellt werden, bei dem die Kammelektroden als Maske für den Protonenaustausch dienen.
Figur 44 ist eine perspektivische Ansicht einer 31. Ausführungsform der Erfindung unter Benutzung eines akustisch-optischen Effekts. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der in Figur 13 gezeigten 7. Ausführunsgform dadurch, daß in den optischen Anschlußteilen die Ionenkonzentration in Richtung der Substratdicke im Inneren höher als an der Substratoberfläche ist. In Figur 44 sind gleiche Bestandteile wie in Figur 13 mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet und nicht näher erläutert. Das Element dieser Ausführungsform hat in den optischen Anschlußteilen eine größere Ioneninjektionstiefe als in dem optischen Funktionsteil und ist auf der Oberfläche des Lichtleiters mit durch Protonendiffusion nach außen gebildeten Schichten 150,151 von niedrigem Brechungsindex und in dem optischen Funktionsteil mit einer Fläche 153 von hoher Ti-Konzentration versehen. Die Energieverteilung des geleiteten Lichts in den optischen Anschlußteilen liegt daher sehr nahe bei der des von außen eintretenden Lichts, so daß ein hoher Anschlußwirkungsgrad erreicht wird. Auf der anderen Seite ist die Energieverteilung des geleiteten Lichts in dem optischen Funktionsteil in der Nähe der Substratoberfläche konzentriert, so daß ein hoher Beugungswirkungsgrad erzielt wird.
Das Element der 31. Ausführungsform kann in ähnlicher Weise wie das Element der ersten AusfUhrungsform hergestellt werden, wobei man das in Figur 14 erläuterte Verfahren durch die in Figur 24 dargestellte Laser-Temperung ergänzt. Dies wird in den Figuren 45(a) - (h) kurz erläutert, in denen die Einzelheiten des Protonenaustausches usw. mit denen des in Figur 14 gezeigten Verfahrens identisch sind.
Zuerst wird auf dem in Figur 45(a) gezeigten, kristallinen LiNbO3-Substrat 1 ein Titanfilm 74, wie in Figur 45(b) gezeigt, gebildet. In dem optischen Funktionsteil wird durch eine Maske 72 ein Titanfilm 73 der Mesa-Form gebildet, wie in Figur 45(c) gezeigt ist. Die Probe wird zur thermischen Eindiffusion des Titanfilms 73 in das Substrat einer thermischen Behandlung unterworfen, wodurch eine thermische Ti-Diffusionsschicht 155 mit einer Fläche 153 von hoher Ti-Konzentration gebildet wird, wie in Figur 45(d) gezeigt ist.
Eine Protonenaustauschschicht 146 wird dann in der thermischen Ti-Diffusionsschicht 155 gebildet, wie in Figur 45(e) gezeigt ist, und unter Bildung eines Lichtleiters 2 getempert, der in den optischen Anschlußteilen eine größere Ioneninjektionstiefe als in dem optischen Funktionsteil hat, wie in Figur 45(f) gezeigt ist. Ferner werden die optischen Anschlußteile des Lichtleiters 2 einer Laser-Temperung mit einem C02-Laser 157 unterzogen, wie in Figur 45(f) gezeigt ist, um durch Protonendiffusion nach außen die Schichten 150, 151 zu bilden.
Schließlich werden auf dem optischen Funktionsteil die Kammelektroden 7 gebildet, wie in Figur 45(g) dargestellt ist.
Fig. 46 ist eine perspektivische Ansicht einer 32. AusfUhrungsform, bei der das in Figur 44 gezeigte Element unter Benutzung eines elektrooptischen Effekts als Licht-Deflektor dient. Diese AusfUhrungsform ist mit der 31. Ausführunsgform identisch, wobei jedoch deren Kammelektroden durch Kamme!ektroden 158 für einen elektro-optischen Effekt ersetzt sind. In Figur 46 sind gleiche Positionen
wie in Figur 44 mit den gleichen Bezugzahlen bezeichnet und nicht weiter erläutert. Das Element dieser Ausführungsform kann auch leicht durch das in Figur 45 gezeigte Verfahren hergestellt werden.
Figur 47 ist eine perspektivische Ansicht einer 33. Ausführungsform der Erfindung, bei der in einem Teil des Substrats der 32. Ausführunsgform Flächen 163,162 gebildet sind, die frei von Protoneninjektion sind und auf denen Kammelektroden 160,161 ausgebildet sind. In Figur 47 sind die gleichen Bestandteile wie in Figur 44 mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet und nicht näher erläutert. Wie bei der 31. Ausführungsform erreicht man bei dieser Ausführungsform gleichzeitig einen hohen AnschluBwirkungsgrad und einen hohen Beugungswirkungsgrad. Ebenso kann mit niedriger elektrischer Energie eine wirksame Modulation oder Ablenkung des geleiteten Lichts erreicht werden, da die fehlende Protoneninjektion in den Flächen der Kammelektroden eine Verschlechterung der piezoelektrischen und elektro-optischen Eigenschaften in diesen Flächen verhindert.
Das in Figur 47 dargestellte optische Dünnfilm-Element kann durch das an Hand von Figur 40 erläuterte Verfahren hergestellt werden, wobei jedoch in einem Teil des Substrats Flächen ohne Protonenaustausch für die Kammelektroden in der Weise gebildet werden, daß man vor dem Protonenaustausch auf diesen Flächen eine Maske vorsieht.
Figur 48 ist eine schematische Ansicht einer 34. Ausführungsform, in der das Element der Figur 47 unter Benutzung eines elektrooptischen Effekts als ein Licht-Deflektor dient. In der Ansicht sind die gleichen Bestandteile wie die in Figur 47 mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet und nicht weiter erläutert. Bei dieser Ausführungsform fehlt unter den Kammelektroden 167 für den elektro-optisehen Effekt die Protoneninjektion. Das Element dieser Ausführungsform kann leicht durch ein Verfahren ähnlich dem in Figur 45 erläuterten Verfahren hergestellt werden, bei dem die Kammelektroden als Maske für den Protonenaustausch dienen.
Wenngleich die vorgenannten Ausführungsformen prinzipiell auf dem Einsatz eines kristallinen LiNbO3-Substrats beruhen, kann
man das optische DünnfiIm-Element der Erfindung nach gleichen Verfahren mit einem Substrat aus Lithiumtantalat (LiTaO3) erhalten.
Die durch das optische DünnfiIm-Element der Erfindung
erzielte Lichtmodulation kann nicht nur bei dem oben erwähnten Licht-Deflektor eingesetzt werden, sondern auch bei verschiedenen optischen Geräten. Ferner kann die Licht-Modulation oder -Ablenkung nicht nur
durch den erwähnten akustisch-optischen oder elektrooptischen Effekt erreicht werden, sondern auch durch Beugung mit einer magneto-optisch induzierten magnetostatischen Oberflächenwelle oder durch einen thermooptisehen Effekt.
- Leersei te -

Claims (56)

Patentansprüche
1. Optisches Dünnfilm-Element, gekennzeichnet durch ein Substrat,
einen durch Ionen-Injektion auf die Substratoberfläche gebildeten Dünnfilm-Lichtleiter,
einen in einem Teil des Lichtleiters gebildeten optischen Funktionsteil für die Modulation oder Ablenkung des geleiteten Lichts durch Veränderung des Brechungsindex des Lichtleiters durch einen äußeren Effekt, und
einen optischen Anschlußteil am Ende des Lichtleiters für den Eintritt oder Austritt des Lichts in die bzw. aus der Stirnseite des Lichtleiters,
wobei die Tiefe der Ionen-Injektion in Richtung der Substratdicke in dem optischen Anschlußteil von der in dem optischen Funktionsteil verschieden ist.
2. Optisches Dünnfilm-Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat in einem Teil seiner Oberfläche mit einer von der Ionen-Injektion freien Fläche versehen ist, in der Elektroden zur Erzeugung des äußeren Effekts ausgebildet sind.
Dresdner Bank (Manchen) Kto. 3939 844
Deutsche Bank (Manchen) Kto. 2861060
Postscheckamt (Mönchen) Kto. 670-<i3-»u
3. Optisches Dünnfilm-Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ferner Metall in den Lichtleiter thermisch eindiffundiert ist.
4. Optisches Dlinnfilm-Element nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration des thermisch diffundierten Metalls in dem optischen Funktionsteil höher als in dem optischen Anschlußteil ist.
5. Optisches Dünnfilm-Element nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat in einem Teil seiner Oberfläche mit einer von der Ionen-Injektion freien Fläche versehen ist, in der Elektroden zur Erzeugung des äußeren Effekts ausgebildet sind.
6. Optisches Dünnfilm-Element nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem optischen Anschlußteil die Ionen-Konzentration in der Verteilung in Richtung der Dicke des Substrats im Inneren höher als in der Nähe der Substratoberfläche ist.
7. Optisches Dünnfilm-Element nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat in einem Teil seiner Oberfläche mit einer von der Ionen-Injektion freien Fläche versehen ist, in der Elektroden zur Erzeugung des äußeren Effekts ausgebildet sind.
8. Optisches Dünnfilm-Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem optischen Anschlußteil die Ionen-Konzentration in der Verteilung in Richtung der Dicke des Substrats im Inneren höher als in der Nähe der Substratoberfläche ist.
9. Optisches Dünnfilm-Element nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat in einem Teil seiner Oberfläche mit einer von der Ionen-Injektion freien Fläche versehen ist, in der Elektroden zur Erzeugung des äußeren Effekts ausgebildet sind.
10. Optisches Dünnfilm-Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Lichtleiter die Ionen-Konzentration in dem optischen Funktionsteil höher als in dem optischen Anschlußteil ist.
11. Optisches Dünnfilm-Element nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat in einem Teil seiner Oberfläche mit einer von der Ionen-Injektion freien Fläche versehen ist, in der Elektroden zur Erzeugung des äußeren Effekts ausgebildet sind.
12. Optisches Dünnfilm-Element nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat aus Lithiumniobat-Kristall oder
Lithiumtantalat-Kristall besteht und das Ion das Proton ist.
13. Optisches Dünnfilm-Element nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß in dem optischen Anschlußteil die Tiefe der Ionen-Injektion größer als in dem optischen Funktionsteil ist.
14. Optisches DünnfiIm-Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat aus Galliumarsenid besteht.
15. Optisches Dünnfilm-Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Effekt ein akustisch-optischer Effekt ist.
16. Optisches Dünnfilm-Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Effekt ein elektro-optischer Effekt ist.
17. Optisches DünnfiIm-Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ion thermisch in das Substrat diffundiert ist.
18. Verfahren zur Herstellung eines optischen Dünnfilmelements, dadurch gekennzeichnet, daß man
in die Oberfläche eines Substrats lediglich auf einer Fläche nahe dem Substratende Ionen injiziert,
in die gesamte Oberfläche des Substrats Ionen injiziert, die so injizierten Ionen thermisch diffundiert, und in einem anderen Substratteil als der nahe dem Substratende befindlichen Fläche Elektroden ausbildet.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß man vor der Ionen-Injektion auf die gesamte Substratoberfläche auf einer Fläche für die Elektrodenbildung eine Maske anordnet.
20. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß man die Elektroden vor der Ioneninjektion auf die gesamte Oberfläche des Substrats bildet.
21. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß man ferner ein Metall in die Substratoberfläche thermisch eindiffundieren läßt.
22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß man das Metall in einem anderen Substratteil als der nahe am Substratende befindlichen Fläche mit einer höheren Konzentration eindiffundiert.
23. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß man nur den nahe dem Substratende befindlichen Teil der der Ionen-Injektion unterzogenen Substratoberfläche mit einem Laserstrahl tempert.
24. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß man nur in den nahe dem Substratende befindlichen Teil der der thermischen Ionen-Diffusion unterworfenen Substratoberfläche Ionen injiziert.
25. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat aus Lithiumniobat-Kristall oder Lithiumtantalat-Kristall besteht und das Ion das Proton ist.
26. Verfahren zur Herstellung eines optischen Dünnfilm-Elements, dadurch gekennzeichnet, daß man
in ein Substrat in Gegenwart eines daran angelegten elektrischen Feldes Ionen injiziert oder thermisch eindiffundiert, und auf dem Substrat Elektroden ausbildet.
27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß man an einem anderen Substratteil als der nahe dem Substratende befindlichen Fläche das elektrische Feld mit einer solchen Polarität anlegt, daß die Injektion oder thermische Diffusion der Ionen unterdrückt wird.
28. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Metall in die Substratoberfläche thermisch eindiffundiert.
29. Verfahren zur Herstellung eines optischen Dünnfilm-Elements, dadurch gekennzeichnet, daß man
ein Metall so in die Oberfläche eines Substrats thermisch eindiffundiert, daß man in einem anderen Oberflächenteil als der nahe dem Substratende befindlichen Fläche eine höhere Konzentration erhält,
in die Oberfläche des der thermischen Metalldiffusion unterzogenen Substrats ionen injiziert,
und in einem anderen Substratteil als der nahe dem Substratende befindlichen Fläche Elektroden ausbildet.
30. Optisches Dünnfilm-Element, gekennzeichnet durch ein Substrat,
einen durch Ionen-Injektion auf die Substratoberfläche gebildeten Dünnfilm-Lichtleiter,
ein optisches Anschlußteil am Ende des Lichtleiters für
den Eintritt oder Austritt des geleiteten Lichts in die bzw. aus der Stirnfläche des Lichtleiters, und
ein optisches Funktionsteil, das in einem anderen Teil als dem Lichtleiterende vorgesehen ist und zur Modulation oder Ablenkung des geleiteten Lichts durch Veränderung des Brechungsindex des Lichtleiters durch einen äußeren Effekt befähigt ist,
wobei der optische Funktionsteil eine höhere Konzentration der injizierten Ionen als der optische Anschlußteil aufweist.
31. Optisches Dünnfilm-Element nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat in einem Teil seiner Oberfläche mit einer von der Ionen-Injektion freien Fläche versehen ist, in der Elektroden zur Erzeugung des äußeren Effekts ausgebildet sind.
32. Optisches Dünnfilm-Element nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß ferner ein Metall thermisch in den Lichtleiter eindiffundiert ist.
33. Optisches Dünnfilm-Element nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß in dem optischen Anschlußteil die Ionen-Konzentration in der Verteilung in Richtung der Dicke des Substrats im Inneren höher als in der Nähe der Substratoberfläche ist.
34. Optisches Dünnfilm-Element nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat in einemiTeil seiner Oberfläche mit einer von der Ionen-Injektion freien Fläche versehen ist, in der Elektroden zur Erzeugung des äußeren Effekts ausgebildet sind.
35. Optisches Dünnfilm-Element nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat aus Lithiumniobat-Kristall oder
Lithiumtantalat-Kristall besteht und das Ion das Proton ist.
36. Optisches Dünnfilm-Element nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Effekt ein akustisch-optischer Effekt ist.
37. Optisches Dünnfilm-Element nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Effekt ein elektro-optischer Effekt ist.
38. Optisches Dünnfilm-Element nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionen in das Substrat thermisch eindiffundiert sind.
39. Verfahren zur Herstellung eines optischen Dünnfilm-Elements, dadurch gekennzeichnet, daß man
in die Substratoberfläche Ionen injiziert, die so injizierten Ionen thermisch diffundiert, in einem anderen Teil der der thermischen Ionen-Diffusion unterzogenen Substratoberfläche als der nahe dem Substratende befindlichen Fläche wiederum Ionen injiziert, und
in einem anderen Teil der Substratoberfläche als der nahe dem Substratende befindlichen Fläche Elektroden ausbildet.
40. Verfahren nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß man vor der Ionen-Injektion auf die gesamte Substratoberfläche auf einer Fläche für die Elektrodenbi!dung eine Maske anordnet.
41. Verfahren nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß man die Elektroden vor der Ionen-Injektion auf die gesamte Oberfläche des Substrats bildet.
42. Verfahren nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß man ferner ein Metall in die Substratoberfläche thermisch eindiffundieren läßt.
43. Verfahren nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß man nur den nahe dem Substratende befindlichen Teil der der Ionen-Injektion unterzogenen Substratoberfläche mit einem Laserstrahl tempert.
44. Verfahren nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat aus Lithiumniobat-Kristall oder Lithiumtantalat-Kristail besteht und das Ion das Proton ist.
45. Optisches Dünnfilm-Element, gekennzeichnet durch ein Substrat,
einen durch Ionen-Injektion auf die Substratoberfläche gebildeten Dlinnfilm-Lichtleiter,
einen in einem Teil des Lichtleiters gebildeten optischen Funktionsteil für die Modulation oder Ablenkung des geleiteten Lichts durch Veränderung des Brechungsindex des Lichtleiters durch einen äußeren Effekt, und
einen optischen Anschlußteil am Ende des Lichtleiters für den Eintritt oder Austritt des Lichts in die bzw. aus der Stirnseite des Lichtleiters,
wobei in dem optischen Funktionsteil die Ionenkonzentration in der Verteilung in Richtung der Dicke des Substrats im Inneren höher als in der Nähe der Substratoberfläche ist.
46. Optisches Dünnfilm-Element nach Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat in einem Teil seiner Oberfläche mit einer von der Ionen-Injektion freien Fläche versehen ist, in der Elektroden zur Erzeugung des äußeren Effekts ausgebildet sind.
47. Optisches Dünnfilm-Element nach Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet, daß ferner ein Metall in den Lichtleiter thermisch eindiffundiert ist.
48. Optisches DUnnfilm-Element nach Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat aus Lithiumniobat-Kristall oder Lithiumtantalat-Kristall besteht und das Ion das Proton ist.
49. Optisches Dünnfilm-Element nach Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Effekt ein akustisch-optischer Effekt ist.
50. Optisches Dünnfilm-Element nach Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet, daB der äußere Effekt ein elektro-optischer Effekt ist.
51. Optisches Dünnfilm-Element nach Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionen in den Lichtleiter thermisch eindiffundiert sind.
52. Verfahren zur Herstellung eines optischen Dünnfilm-Elements, dadurch gekennzeichnet, daß man in eine Substratoberfläche Ionen injiziert, die so injizierten Ionen thermisch diffundiert, von der der thermischen Ionen-Diffusion ausgesetzten
Substratoberfläche nur eine nahe dem Substratende befindliche Fläche mit einem Laserstrahl tempert, und
in einem anderen Substratteil als der nahe dem Substratende
befindlichen Fläche Elektroden ausbildet.
53. Verfahren nach Anspruch 52, dadurch gekennzeichnet, daß man vor der Ionen-Injektion auf die gesamte Substratoberfläche auf einer Fläche für die Elektrodenbildung eine Maske anordnet.
54. Verfahren nach Anspruch 52, dadurch gekennzeichnet, daß man die Elektroden vor der Ionen-Injektion auf die gesamte Oberfläche des Substrats bildet.
55. Verfahren nach Anspruch 52, dadurch gekennzeichnet, daß man in die Substratoberfläche ein Metall thermisch eindiffundiert.
56. Verfahren nach Anspruch 52, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat aus Lithiumniobat-Kristall oder Lithiumtantalat-Kristall besteht und das Ion das Proton ist.
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