DE4203368A1

DE4203368A1 - Integrierter optischer wellenleiter mit w-profil und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE4203368A1
Application number: DE19924203368
Authority: DE
Inventors: Edilbert Dipl Phys Froning
Original assignee: Bodenseewerk Geratetechnik GmbH
Current assignee: Bodenseewerk Geratetechnik GmbH
Priority date: 1992-02-06
Filing date: 1992-02-06
Publication date: 1993-08-12

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines in ein Glassubstrat integrierten optischen Wellenleiters durch Ionenaustausch, bei dem eine Maske, die den Bereich des zu erzeugenden Wellenleiters freiläßt, auf das Glassubstrat aufgebracht und dieses mit einer Metallsalzschmelze in Kontakt gebracht wird, die gegen Ionen des Glassubstrats auszutau schende Ionen enthält.

Die Erfindung betrifft auch einen in ein Glassubstrat inte grierten optischen Wellenleiter, enthaltend ein Glassubstrat mit einem vorgegebenen Brechungsindex und eine in das Glassub strat integrierte, lichtführende Zone mit gegenüber dem vor gegebenen Brechungsindex erhöhten Brechungsindex.

Zugrundeliegender Stand der Technik

Es ist bekannt, in planparallelen Platten optische Wellen leiter zu erzeugen, in denen Licht durch Totalreflexion gelei tet wird. Zu diesem Zweck müssen in der planparallelen Platte Strukturen mit einem Brechungsindex erzeugt werden, der größer ist als der Brechungsindex des Materials der Platte. Es ist bekannt einen solchen erhöhten Brechungsindex dadurch zu erzeugen, daß mit dem Material ein Ionenaustausch vorgenommen wird, bei welchem Ionen im Material der Platte durch Ionen mit größerem Ionenradius ersetzt werden. Die Oberfläche der Platte wird dazu mittels einer Maske bis auf diejenigen Bereiche abgedeckt, in denen der Brechungsindex erhöht werden soll. Die Platte wird auf höhere Temperatur erwärmt und mit geeigneten Substanzen in Kontakt gebracht. Es erfolgt dann Ionenaustausch und damit eine Erhöhung des Brechungsindex in den durch die Maske nicht abgedeckten Bereichen.

Die US-PS 38 57 689 beschreibt die Herstellung einer inte grierten optischen Schaltung, bei welcher auf eine planparal lele Platte (Substrat) eine Maske aufgebracht wird, welche das gewünschte optische Muster festlegt. Die Platte wird dann in ein Bad aus einer Salzschmelze eingebracht. Diese Salzschmelze enthält einwertige positive Ionen, die einen größeren Einfluß auf den Brechungsindex haben als die positiven Ionen im Material der Platte. Es wird dafür gesorgt, daß ein Ionenaus tausch stattfindet, bei welchem positive Ionen der Platte durch positive Ionen der Salzschmelze ersetzt werden. Das führt zu einer Erhöhung des Brechungsindex in den oberflächen nahen Bereichen, die von der Maske nicht abgedeckt und der Salzschmelze ausgesetzt sind.

Durch die JP-OS 58-1 18 609 ist bekannt, den Ionenaustausch durch Anlegen eines elektrischen Feldes zu unterstützen. Bei dem dort beschriebenen Verfahren wird auf eine planparallele Platte eine Maske und dann eine dünne Silberschicht aufge dampft. Auf der gegenüberliegenden Seite wird eine Kathode aus Aluminium vorgesehen. Die Platte wird erwärmt, und gleichzei tig wird zwischen Anode und Kathode eine Spannung angelegt. Durch das elektrische Feld werden Silberionen in das Material der Platte transportiert. Dadurch wird in den durch die Maske nicht abgedeckten Bereichen ein optischer Wellenleiter mit gegenüber der Platte erhöhtem Brechungsindex erzeugt.

Ein ähnliches Verfahren ist aus der US-PS 38 36 348 be kannt. Dort werden zur Herstellung eines integrierten opti schen Schaltkreises Ionen aus einer Salzschmelze in ein Glas substrat eindiffundiert. Hierzu wird das auf einer Seite mas kierte Glassubstrat mit der maskierten Seite in die Salz schmelze eingetaucht. Auf der gegenüberliegenden, von der Salzschmelze nicht berührten Seite des Glassubstrats ist eine Elektrode angebracht. Zwischen der Salzschmelze und der Elek trode wird eine Gleichspannung angelegt, die die Ionendiffu sion in die nicht von der Maske bedeckten Flächenbereiche des Glassubstrats fördert.

Es ist weiterhin bekannt (US-PS 36 27 491), eine planparal lele Platte vertikal zu haltern. Auf beiden Seiten der Platte sind mit entsprechenden Dichtflächen Schalen angesetzt, so daß beiderseits der Platte Hohlräume gebildet werden, die auf einer vertikalen Seitenfläche jeweils durch eine Oberfläche der Platte begrenzt und nach oben hin offen sind. In diesen Hohlräumen befindet sich eine Salzschmelze. Die Schalen tragen eine Anode bzw. Kathode, so daß durch die Salzschmelze und die Platte hindurch ein elektrisches Feld erzeugt wird. Anodensei tig trägt die Platte wieder eine Maske.

Bei den bisher bekannten Verfahren zum Ionenaustausch oder gegebenenfalls feldunterstützten Ionenaustausch zur Erzeugung eines in ein Glassubstrat integrierten Wellenleiters werden beispielsweise die in dem Glassubstrat enthaltenen Natrium ionen teilweise gegen Kaliumionen ausgetauscht, wodurch eine den eigentlichen Wellenleiter bildende, lichtführende Zone entsteht. Es hat sich in der Praxis jedoch gezeigt, daß die dadurch gegenüber dem Glassubstrat in der lichtführenden Zone erzielbare Erhöhung des Brechungsindex unterschiedlich stark ausfällt, so daß die so hergestellten Wellenleiter trotz sonst im wesentlichen gleichen Herstellungsbedingungen unterschied lich gute Führungseigenschaften für das eingekoppelte Licht aufweisen.

Offenbarung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen integrier ten optischen Wellenleiter und ein Verfahren zu seiner Her stellung anzugeben, bei denen die optischen Führungseigen schaften des Wellenleiters wesentlich verbessert und insbeson dere von der Zusammensetzung des Glassubstrats weitestgehend unabhängig sind.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die unter schießlich guten Lichtführungseigenschaften von in Glassub strate integrierten optischen Wellenleitern darauf zurück gehen, daß die Glassubstrate unterschiedliche Konzentrations verhältnisse von Na⁺/K⁺ aufweisen. Dadurch werden in Abhängig keit von diesem Konzentrationsverhältnis beim Ionenaustausch von Natrium- gegen Kaliumionen unterschiedlich große Erhö hungen des Brechungsindex bewirkt, woraus sich die unter schiedlichen Lichtführungseigenschaften erklären.

Erfindungsgemäß ist die Lösung der vorgenannten Aufgabe hinsichtlich des Verfahrens durch die folgenden Verfahrens schritte gekennzeichnet:

a) Inkontaktbringen des Glassubstrats mit einer ersten Metallsalzschmelze, deren Metallionen beim Austausch gegen Ionen des Glassubstrats eine Verringerung des Brechungsindex des Glassubstrats bewirken;
b) Austauschen von Ionen des Glassubstrats gegen Ionen aus der ersten Metallsalzschmelze unter Ausbildung einer Zone mit verringertem Brechungsindex nahe einer Oberfläche des Glassubstrats;
c) Inkontaktbringen des Glassubstrats, das die Zone mit verringertem Brechungsindex enthält, mit einer zwei ten Metallsalzschmelze, deren Metallionen beim Aus tausch gegen Ionen des Glassubstrats eine Erhöhung des Brechungsindex bewirken; und
d) feldunterstütztes Austauschen der Ionen des Glassub strats nahe der vorgenannten Oberfläche gegen die Me tallionen aus der zweiten Metallsalzschmelze unter Ausbildung einer den eigentlichen Wellenleiter bil denden, lichtführenden Zone mit erhöhtem Brechungs index, die vom übrigen Glassubstrat durch eine Zone mit verringertem Brechungsindex getrennt ist.

Vorteilhafterweise kann in weiteren Verfahrensschritten vorgesehen sein, daß die Maske entfernt und anschließend an der maskenfreien Oberfläche, die der lichtführenden Zone zugeordnet ist, eine Oberflächenschicht erzeugt wird, deren Brechungsindex geringer ist als der Brechungsindex der licht führenden Zone. Diese Oberflächenschicht kann durch Auftragung mittels Sputtern, Vakuumaufdampfung oder dergleichen erfolgen. Es kann aber auch durch feldunterstützten Ionenaustausch eine Oberflächenschicht von niedrigerem Brechungsindex erzeugt werden, wodurch sich die vorhandenen Schichten weiter in das Innere des Glassubstrats verlagern und ein sogenannter "vergrabener" Wellenleiter gebildet wird.

Die Lösung der vorgenannten Aufgabe ist hinsichtlich des in ein Glassubstrat integrierten optischen Wellenleiters gekenn zeichnet durch eine die lichtführende Zone in dem Glassubstrat umgebende und diese von dem Glassubstrat trennende Zwischen zone mit einem Brechungsindex, der geringer ist als der vorgegebene Brechungsindex des Glassubstrats.

Es entsteht so eine Struktur, in der das Glassubstrat über den Bereich der lichtführenden Zone in einer ersten Schnitt ebene parallel zu der vorgenannten Oberfläche des Glassub strats ein allgemein W-förmiges Profil des Brechungsindex als Funktion des Ortes aufweist.

Vorteilhafterweise ist bei dem erfindungsgemäßen inte grierten optischen Wellenleiter die lichtführende Zone nahe einer Oberfläche des Glassubstrats durch eine Oberflächen schicht abgedeckt, die sich über die ganze vorgenannte Ober fläche des Glassubstrats erstreckt und deren Brechungsindex geringer ist als der Brechungsindex der lichtführenden Zone.

Ein solcher integrierter optischer Wellenleiter ist dadurch ausgezeichnet, daß das Glassubstrat über den Bereich der lichtführenden Zone in einer ersten Schnittebene parallel zu der Oberflächenschicht und in einer zweiten Schnittebene senk recht zu der Oberflächenschicht ein allgemein W-förmiges Pro fil als Funktion des Ortes aufweist.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird somit ein in ein Glassubstrat integrierter optischer Wellenleiter erhalten, der vom Glassubstrat durch eine Zone von geringerem Brechungsindex getrennt ist und gegebenenfalls auch durch eine Zone von geringerem Brechungsindex abgedeckt ist. Es wird auf diese Weise eine wesentliche Verbesserung der Lichtführungseigen schaften erreicht, da nach der Erfindung sichergestellt ist, daß die lichtführende Zone praktisch auf allen Seiten von Material mit einem Brechungsindex umgeben ist, der kleiner ist als der Brechungsindex des Glassubstrats. Unterschiedliche Konzentrationsverhältnisse von Natrium und Kalium in den Glassubstraten können sich daher nicht mehr signifikant auf die Lichtführungseigenschaften des Wellenleiters auswirken.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Abbildungen dargestellt und werden nachfolgend an Hand der Bezugszeichen im einzelnen erläutert und beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 2 einen Querschnitt durch ein erstes Ausführungsbei spiel eines in ein Glassubstrat integrierten opti schen Wellenleiters nach der Erfindung;

Fig. 3 eine graphische Darstellung der Abhängigkeit des Brechungsindex des Glassubstrats nach Fig. 2 als Funktion des Ortes entlang einer Linie III-III in Fig. 2;

Fig. 4 einen Querschnitt durch ein zweites Ausführungs beispiel eines in ein Glassubstrat integrierten opti schen Wellenleiters; und

Fig. 5 eine graphische Darstellung der Abhängigkeit des Brechungsindex des Glassubstrats in Fig. 4 als Funk tion des Ortes entlang einer Linie V-V in Fig. 4.

Bevorzugte Ausführungen der Erfindung

Der in ein Glassubstrat integrierte optische Wellenleiter kann nach jedem bekannten Verfahren zur Herstellung solcher Wellenleiter erhalten werden, bei dem die den eigentlichen Wellenleiter bildende, lichtführende Zone durch rein thermi schen oder auch durch feldunterstützten Ionenaustausch erzeugt wird. Dabei werden in dem Glassubstrat vorhandene Ionen durch andere Ionen ersetzt, die eine Erhöhung des Brechungsindex bewirken. Beispielsweise werden in einem Natrium-Kalium-Glas die Natriumionen im Bereich des zu bildenden Wellenleiters gegen Kaliumionen ausgetauscht. Dazu wird das Glassubstrat an der Oberfläche, an der ein Wellenleiter von einem bestimmten, vorgewählten Verlauf gebildet werden soll, mit einer bei spielsweise metallischen Maske abgedeckt, die nach üblichen Verfahren in den Bereichen, in denen der Wellenleiter gebildet werden soll, durch übliche Ätzmittel entfernt wird.

Eine aus der EP-OS 03 26 920 bekannte, vorteilhafte Ausfüh rung einer Vorrichtung zum Ionenaustausch ist schematisch im Schnitt in Fig. 1 dargestellt. Darin ist ein Glassubstrat 1 in Form einer planparallelen Platte an gegenüberliegenden Sei ten zwischen Haltekörpern 2 und 3 und deren Dichtflächen 4 bzw. 5 gehaltert. Die Haltekörper 2 und 3 enthalten Vorratsbe hälter 6 bzw. 7, welche eine jeweils gewünschte Salzschmelze aufnehmen und über Füllzuleitungen 8 bzw. 9 mit Hohlräumen 10 bzw. 11 zu beiden Seiten des Glassubstrats 1 verbunden sind. Entlüftungsleitungen 12 bzw. 13 führen zur Atmosphäre.

Die Haltekörper 2 und 3 werden durch einen Klammerbügel 14 zusammengehalten. Der Klammerbügel 145 umfaßt die Haltekörper 2 und 3 und enthält an der Außenseite des Haltekörpers 2 einen Zentrierstift 15 und einen Satz von Tellerfedern 16, die dem Haltekörper 2 über eine Isolierung 17 anliegen. Auf der gegenüberliegenden Seite enthält der Klammerbügel 14 eine Gewindespindel 18, die dem Haltekörper 3 ebenfalls über eine Isolierung 19 anliegt.

Die Haltekörper 2 und 3 bestehen vorzugsweise aus Metall und sind mit elektrischen Anschlüssen 20 bzw. 21 versehen, über die sie an eine Gleichspannungsquelle angeschlossen wer den können, wenn ein feldunterstützter Ionenaustausch durchge führt werden soll.

Zur Herstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines in ein Glassubstrat integrierten optischen Wellenleiters von der in Fig. 2 dargestellten Art wird ein Glassubstrat 30 in die Haltekörper 2 und 3 eingespannt, und der Vorratsbehälter 6 wird mit einer bestimmten Salzschmelze gefüllt. Die Oberfläche 31 des Glassubstrats 30 in dem Hohlraum 10 ist mit einer Metallmaske 32 abgedeckt, die an Stellen 33, an denen der integrierte optische Wellenleiter gebildet werden soll, wegge ätzt ist. Die Oberfläche 31 wird also an diesen Stellen 33 der Salzschmelze ausgesetzt, wenn diese in den Hohlraum 10 einge lassen wird. Das geschieht in bekannter Weise durch Anheben eines die Füllzuleitung 8 verschließenden Stöpsels.

Das Glassubstrat 30 enthält ein vorgegebenes Konzentrati onsverhältnis von Natrium- zu Kaliumionen und besitzt damit einen vorgegebenen Brechungsindex n₁; die Salzschmelze besteht aus einem ausgewählten Natriumsalz. Nach Einlaß der Salz schmelze in den Hohlraum 10 findet ein Ionenaustausch statt, der rein thermisch erfolgt und dazu führt, daß in einer Ober flächenschicht 31 des Glassubstrats 30 Natriumionen angerei chert werden, so daß in dieser Oberflächenschicht 31 ein Bre chungsindex n₂ ausgebildet wird, der kleiner ist als der vor gegebene Brechungsindex n₁ des Glassubstrats 30. Das gleiche kann auch durch feldunterstützten Ionenaustausch erreicht wer den, wenn beide Vorratsbehälter 6 und 7 mit der Salzschmelze gefüllt werden und der Anschluß 20 an den positiven Pol und der Anschluß 21 an den negativen Pol einer Gleichspannungs quelle angeschlossen werden.

Anschließend wird das so vorbehandelte Glassubstrat 30 in eine gleiche Vorrichtung eingesetzt, wobei diese von vorn herein für den feldunterstützten Ionenaustausch eingerichtet und in gleicher Weise an die Gleichspannungsquelle angeschlos sen ist. Die Vorratsbehälter 6 und 7 werden mit einer Salz schmelze aus einem Kaliumsalz beschickt. Unter dem Einfluß des angelegten elektrischen Feldes wandern Kaliumionen in die Oberfläche 31 des Glassubstrats 30 ein, während gleichzeitig die mit Natriumionen angereicherte Oberflächenschicht in das Innere des Glassubstrats 30 wandert. Es wurden daher nunmehr Kaliumionen in der Oberflächenschicht angereichert, wodurch sich in der kaliumreichen Schicht ein Brechungsindex n₃ aus bildet, der höher ist als der vorgegebene Brechungsindex n₁ des Glassubstrats 30 und der Brechungsindex n₂ der vorher gebildeten, mit Natrium angereicherten Schicht.

Infolge der Maskierung der Oberfläche 31 entsteht so in dem Glassubstrat 30 die in Fig. 2 in einem Querschnitt darge stellte Struktur mit einer in die Oberfläche 31 eingebetteten kaliumreichen Zone 34 mit dem Brechungsindex n₃, die von dem Glassubstrat 30 mit dem vorgegebenen Brechungsindex n₁ durch eine natriumreiche Zwischenzone 35 mit dem Brechungsindex n₂ getrennt ist.

Nach Entfernung der Maske 32 und den üblichen weiteren Vor behandlungen wird schließlich ein in das Glassubstrat 30 in dessen Oberfläche eingebetteter integrierter optischer Wel lenleiter erhalten, der durch die kaliumreiche, lichtführende Zone 34 bestimmt ist. Diese lichtführende Zone 34 ist durch die Zwischenzone 35 von dem übrigen Glassubstrat 30 getrennt. Da die Zwischenzone 35 in jedem Fall einen Brechungsindex n₂ hat, der geringer als der vorgegebene Brechungsindex n₁ des Glassubstrats 30 ist, wird sichergestellt, daß die lichtfüh renden Eigenschaften der den eigentlichen Wellenleiter bilden den kaliumreichen, lichtführenden Zone 34 weitestgehend unab hängig von dem Konzentrationsverhältnis der Natrium- und Ka liumionen in dem Glassubstrat 30 sind.

Fig. 2 zeigt weiterhin eine Schnittebene, die sich paral lel zur Oberfläche 31 des Glassubstrats 30 durch die gebildete Wellenleiterstruktur erstreckt. Fig. 3 ist eine graphische Darstellung des Verlaufs des Brechungsindex n entlang einer Linie III-III in der vorgenannten Schnittebene. In Fig. 3 sind die Brechungsindices n₁ bis n₃ eingetragen, und man er kennt ein allgemein W-förmiges Profil 36 für den Verlauf des Brechungsindex n entlang der Linie III-III.

Fig. 4 zeigt einen Querschnitt durch ein Glassubstrat 40, das einen "vergrabenen" Wellenleiter enthält, d. h. eine den eigentlichen Wellenleiter bildende, lichtführende Zone, die in das Glassubstrat 40 eingebettet ist. Dieses Produkt wird da durch erhalten, daß das Glassubstrat 40 mit dem vorgegebenen Brechungsindex n₁ zunächst in der vorstehend beschriebenen Weise an einer mit einer nicht gezeigten Maske bedeckten Ober fläche 41 einem zweifachen Ionenaustausch unterworfen wird. Dadurch wird wie vorher eine lichtführende Zone 44 mit einem hohen Brechungsindex n₃ erhalten, die durch eine Zwischen schicht 45 mit einem Brechungsindex n₂, der geringer ist als der vorgegebene Brechungsindex n₁ des Glassubstrats 40, von dem übrigen Glassubstrat 40 getrennt ist.

Anschließend wird die Maske entfernt und die gesamte Ober fläche 41 der Struktur mit einer Oberflächenschicht 46 abge deckt, deren Brechungsindex n₄ kleiner ist als der Brechungs index n₃ der lichtführenden Zone 44. In dem dargestellten Bei spiel wird die Oberflächenschicht 46 auf die Oberfläche 41 des in das Glassubstrat 40 integrierten optischen Wellenleiters aufgetragen. Dazu können alle gängigen Verfahren zur Beschich tung von Oberflächen wie Sputtern, Vakuumaufdampfen, chemische Abscheidung aus der Gasphase etc. eingesetzt werden.

Nach einem weiteren Verfahren kann die Oberflächenschicht 46 auch durch feldunterstützten Ionenaustausch in der weiter vorstehend beschriebenen Vorrichtung gebildet werden. Es wird dann im Anschluß an die Ausbildung einer Wellenleiterstruktur entsprechend Fig. 2 und nach Entfernung der Maske ein weiterer Ionenaustausch an der Oberfläche 41 vorgenommen, bei dem die Oberflächenschicht 46 nicht durch Abscheidung auf der Oberfläche 41 gebildet wird, sondern dadurch, daß die licht führende Zone 44 und die Zwischenzone 45 weiter in das Innere des Glassubstrats verlagert werden. Die Salzschmelze wird dazu so ausgewählt, daß der Brechungsindex n₄ in jedem Fall klei ner ist als der Brechungsindex n₃ der lichtführenden Zone 44; sie kann aber auch so gewählt werden, daß der Brechungsindex n₄ dem vorgegebenen Brechungsindex n₁ des Glassubstrats 40 oder dem geringeren Brechungsindex n₂ der Zwischenzone 45 entspricht.

Wie die in Fig. 2 abgebildete Struktur zeigt die so erhal tene Struktur in einer ersten Schnittebene durch die Wellen leiterstruktur parallel zur Oberfläche 41 entlang einer der Linie III-III entsprechenden Linie einen Verlauf des Brechungsindex n von allgemein W-förmigem Profil. Zusätzlich ist diese Wellenleiterstruktur dadurch ausgezeichnet, daß der Brechungsindex n einen Verlauf mit allgemein W-förmigem Profil auch entlang einer Linie V-V in einer zweiten Schnittebene zeigt, die senkrecht zur ersten Schnittebene verläuft. Diese Linie ist in Fig. 4 eingezeichnet, und das entsprechende Profil ist in Fig. 5 dargestellt, und zwar für den Fall, daß die Oberflächenschicht 46 einen Brechungsindex n₄ hat, der gleich dem vorgegebenen Brechungsindex n₁ des Glassubstrats 40 ist. Bei anders gewählter Oberflächenschicht werden weniger symmetrisch ausgebildete Profile gleicher oder ähnlicher Art erhalten.

In einem Ausführungsbeispiel wurde ein Glassubstrat 40 aus Kronglas (White Crown Glass), wie es üblicherweise bei der Herstellung von Wellenleitern Verwendung findet, an der mit beispielsweise Aluminium maskierten Oberfläche zunächst einem feldunterstützten Ionenaustausch mit einer Natriumnitrat schmelze bei 360°C unter Anlegen einer Gleichspannung von 100 Volt über eine zeitliche Dauer von 240 s ausgesetzt. Dabei bildet sich an der Oberfläche 41 eine Zone aus, die einen gegenüber dem Glassubstrat 40 verringerten Brechungsindex hat. Beim nachfolgenden feldunterstützten Ionenaustausch mit einer Kaliumnitratschmelze (360°C, 80 V, 40 s) wandert diese Zone in das Glassubstrat 40 hinein unter Ausbildung der Zwischenzone 45 mit einem gegenüber dem Glassubstrat 40 verringerten Bre chungsindex n₂. Gleichzeitig wird die lichtführende Zone 44 mit dem gegenüber der Zwischenzone 45 und dem Glassubstrat 40 erhöhten Brechungsindex n₃ gebildet.

Anschließend wird die Maske mit einem der für die Entfer nung von Aluminiummasken üblichen Ätzmittel von der Oberfläche 41 des Glassubstrats 40 entfernt und die von der Maske befrei te Oberfläche 41 erneut einem feldunterstützten Ionenaustausch mit einer Natriumnitratschmelze (360°C, 100 V, 240 s) unter worfen. Es entsteht dabei eine Oberflächenschicht 46, deren Brechungsindex n₄ dem Brechungsindex n₂ der Zwischenzone 45 im wesentlichen gleich ist. Im Endergebnis wird so in einer Ebene senkrecht zu der Oberfläche 41 ein allgemein W-förmiges Profil von der Art des in Fig. 5 dargestellten W-Profils 47 er halten.

In dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel sind der Brechungsindex n₂ der Zwischenzone 45 und der Brechungsin dex n₄ der Oberflächenschicht um 0,1% geringer als der Bre chungsindex n₁ des Glassubstrats 40, während der Brechungs index n₃ um 0,35% größer als der des Glassubstrats ist. Diese Änderungen des Brechungsindex als Folge des Ionenaustausches liegen in dem Bereich wie er bei der Herstellung integrierter optischer Wellenleiter üblich ist.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines in ein Glassubstrat inte grierten optischen Wellenleiters durch Ionenaustausch, bei dem eine Maske, die den Bereich des zu erzeugenden Wellen leiters frei läßt, auf das Glassubstrat aufgebracht und dieses mit einer Metallsalzschmelze in Kontakt gebracht wird, die gegen Ionen des Glassubstrats auszutauschende Ionen enthält, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ionenaustausch im Verfahrensschritt (b) als feldunter stützter Ionenaustausch durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die weiteren Verfahrensschritte:

e) Entfernen der Maske; und
f) Erzeugen einer Oberflächenschicht, deren Brechungs index geringer ist als der Brechungsindex der licht führenden Zone, an der vorgenannten Oberfläche des Glassubstrats.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an der vorgenannten Oberfläche eine Oberflächenschicht mit einem Brechungsindex erzeugt wird, der dem Brechungsindex des Glassubstrats gleich ist.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an der vorgenannten Oberfläche eine Oberflächenschicht mit einem Brechungsindex erzeugt wird, der geringer ist als der Brechungsindex des Glassubstrats.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, daß im Verfahrensschritt (f) auf die vorge nannte Oberfläche des Glassubstrats eine Oberflächen beschichtung aufgetragen wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, daß im Verfahrensschritt (f) das Glassub strat mit einer weiteren Metallsalzschmelze in Kontakt ge bracht wird, deren Metallionen beim Austausch gegen Ionen des Glassubstrats eine Verringerung des Brechungsindex des Glassubstrats bewirken, und ausgehend von der vorgenannten Oberfläche des Glassubstrats durch feldunterstützten Ionenaustausch unter Verlagerung der lichtführenden Zone in das Innere des Glassubstrats eine die Oberflächen schicht bildende Oberflächenzone erzeugt wird.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 4 und 7, dadurch gekenn zeichnet, daß als weitere Metallsalzschmelze die erste Metallsalzschmelze eingesetzt wird.

9. In ein Glassubstrat (1, 30, 40) integrierter optischer Wel lenleiter, enthaltend ein Glassubstrat (1, 30, 40) mit einem vorgegebenen Brechungsindex (n₁) und eine in das Glassub strat (1, 30, 40) integrierte, lichtführende Zone (34, 44) mit gegenüber dem vorgegebenen Brechungsindex (n₁) erhöh ten Brechungsindex (n₃), gekennzeichnet durch eine die lichtführende Zone (34, 44) in dem Glassubstrat (30, 40) umgebende und diese von dem Glas substrat (30, 40) trennende Zwischenzone (35, 45) mit einem Brechungsindex (n₂), der geringer ist als der vorgegebene Brechungsindex (n₁) des Glassubstrats (30,40).

10. Integrierter optischer Wellenleiter nach Anspruch 9, da durch gekennzeichnet, daß die lichtführende Zone (34, 44) an einer Oberfläche (31, 41) des Glassubstrats (30, 40) in das Glassubstrat (30, 40) eingebettet ist.

11. Integrierter optischer Wellenleiter nach Anspruch 10, da durch gekennzeichnet, daß das Glassubstrat (30, 40) über den Bereich der lichtführenden Zone (34, 44) in einer ersten Schnittebene parallel zu der vorgenannten Ober fläche (31, 41) des Glassubstrats (30, 40) ein allgemein W- förmiges Profil (36) des Brechungsindex (n) als Funktion des Ortes aufweist.

12. Integrierter optischer Wellenleiter nach Anspruch 10, da durch gekennzeichnet, daß die lichtführende Zone (44) in das Innere des Glassubstrats (40) eingebettet ist.

13. Integrierter optischer Wellenleiter nach Anspruch 12, da durch gekennzeichnet, daß die lichtführende Zone (44) nahe einer Oberfläche (41) des Glassubstrats (40) durch eine Oberflächenschicht (46) abgedeckt ist, die sich über die ganze vorgenannte Oberfläche (41) des Glassubstrats (40) erstreckt und deren Brechungsindex (n₄) geringer ist als der Brechungsindex (n₃) der lichtführenden Zone (44).

14. Integrierter optischer Wellenleiter nach Anspruch 13, da durch gekennzeichnet, daß das Glassubstrat (40) über den Bereich der lichtführenden Zone (44) in einer ersten Schnittebene parallel zu der Oberflächenschicht (46) und in einer zweiten Schnittebene senkrecht zu der Oberflächenschicht (46) ein allgemein W-förmiges Profil (47) als Funktion des Ortes aufweist.

15. Integrierter optischer Wellenleiter nach Anspruch 13, da durch gekennzeichnet, daß die Oberflächenschicht (46) von einer Beschichtung gebildet ist, die auf die vorgenannte Oberfläche (41) mit der darin eingebetteten lichtführenden Zone (44) aufgetragen ist.

16. Integrierter optischer Wellenleiter nach Anspruch 13, da durch gekennzeichnet, daß die Oberflächenschicht (46) aus einer durch feldunterstützten Ionenaustausch gebildeten Oberflächenzone besteht.

17. Integrierter optischer Wellenleiter nach einem der Ansprü che 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflä chenschicht (46) einen Brechungsindex (n₄) gleich dem vor gegebenen Brechungsindex (n₁) des Glassubstrats (40) aufweist.

18. Integrierter optischer Wellenleiter nach einem der Ansprü che 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflä chenschicht (46) einen Brechungsindex (n₄) aufweist, der geringer ist als der vorgegebene Brechungsindex (n₁) des Glassubstrats (40).