DE69701593T2

DE69701593T2 - Optisches Gerät bestehend aus einem Susbstrat aus beta Eucryptit oder Quarzglas,einem optischen Element und einer Schmelzversieglung bestehend aus einer niederschmelzenden Fritte und einem Mahlzusatz

Info

Publication number: DE69701593T2
Application number: DE69701593T
Authority: DE
Inventors: Gaylord Lee Francis; Robert Michael Morena
Original assignee: Corning Inc
Current assignee: Corning Inc
Priority date: 1996-06-13
Filing date: 1997-06-02
Publication date: 2000-07-27
Anticipated expiration: 2017-06-03
Also published as: BR9703542A; KR980003648A; DE69701593D1; EP0812810B1; MX9704370A; CN1196491A; AU2466797A; US5721802A; AU715433B2; JPH1073740A; DK0812810T3; EP0812810A3; ES2144292T3; CA2204480A1; EP0812810A2

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Eine optische Vorrichtung, umfassend ein Substrat mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten, der negativ oder nahe Null ist, und eine optische Komponente, die mit einer Verschmelzung daran befestigt ist.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Es ist gängige Praxis, Komponententeile durch Verschmelzen miteinander zu verbinden, so dass ein Verbundgegenstand erhalten wird. Bisher wurden Verschmelzungen bei der Herstellung solcher Gegenstände wie elektrische Lampen, Kathodenstrahlröhren und anderer Anzeigevorrichtungen verwendet.
Bei der Herstellung dieser Gegenstände muss vorwiegend berücksichtigt werden, dass die Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE) übereinstimmen. Daher muss der CTE der endgültigen Verschmelzung mit denen der zu verschmelzenden Komponententeilen ziemlich gut übereinstimmen. In einer Kathodenstrahlröhre haben die Glaskomponenten üblicherweise einen CTE in der Größenordnung von 95-105 · 10&supmin;&sup7;/ºC.
Die vorliegende Erfindung betrifft optische Gegenstände oder Vorrichtungen, wie flache Wellenleiter, Wellenleitergitter, Kuppler und Filter. In diesen Gegenständen kann eine optische Faser an ein Substrat gebunden werden, dessen CTE nahezu Null oder sehr stark negativ ist. Darum muss eine Verschmelzung fest an dem Substrat und der Faser haften. Das Haftvermögen muss so groß sein, dass Spannung über die Frittenverschmelzung, d. h. zwischen dem Substrat und der Faser, übertragen wird.
In optischen Fasern, wie Siliciumdioxid- und Germaniumoxid-Siliciumdioxid-Fasern, lassen sich durch UV-Licht Bre chungsindex-Änderungen hervorrufen. So veränderte Fasern eignen sich zur Herstellung komplexer, optischer Schmalband- Komponenten, wie Filter- und Kanal-Add/Drop-Vorrichtungen. Diese Vorrichtungen können ein wichtiger Teil von Mehr- Wellenlänge-Telekommunikationssystemen sein. Ein reflektierendes Gitter oder (Bragg-Gitter) ist eine lichtempfindliche Vorrichtung, die über ein schmales Wellenlängeband Licht reflektiert. Die Kanalabstände dieser Vorrichtungen werden gewöhnlich in Nanometern gemessen.
Es sind verschiedene Konstruktionen optischer Filter bekannt, die den Bragg-Effekt für Wellenlängen-selektives Filtern verwenden. Ein Verfahren zur Konstruktion eines Filters umfasst das Aufprägen mindestens eines periodischen Gitters in den Kern der optischen Faser. Der Kern wird durch die Umhüllung dem Interferenzmuster von zwei Ultraviolettstrahlen ausgesetzt. Dies bewirkt ein reflektierendes Gitter, das zur Faserachse senkrecht ausgerichtet ist.
In reflektierenden Siliciumdioxid- und Germaniumoxid- Siliciumdioxid-Gittern werden Änderungen der zentralen Wellenlänge von Änderungen des Brechungsindexes mit der Temperatur beherrscht. Die Frequenz des Lichts, das vom Fasergitter reflektiert wird, variiert mit der Temperatur des Gitterbereichs. Folglich kann ein solches Filter nicht bei Anwendungen verwendet werden, bei denen die Frequenz des reflektierten Lichtes temperaturunabhängig sein soll.
Daher möchte man offensichtlich ein temperaturunempfindliches System entwickeln. Die vorläufige Anmeldung S. N. 60/.010,058, eingereicht am 16. Januar 1996, beschreibt eine athermische Vorrichtung, in der eine thermisch empfindliche Komponente mit einem positiven CTE an zwei benachbarten Stellen auf der Oberfläche eines Substrats mit einem negativen CTE befestigt ist. Eine Lithiumoxid-Aluminosilikat- Glaskeramik, beta-Eucryptit, wird als Substrat zur Verwendung in einer solchen Vorrichtung vorgeschlagen. Es wird ebenfalls gelehrt, dass sich der an das Substrat befestigte Gegenstand, wie eine optische Faser, durch einen organischen Polymerzement, eine anorganische Fritte oder ein Metall befestigen lässt.
Eine Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer optischen Vorrichtung, umfassend eine optische Komponente mit einem positiven CTE in Kombination mit einem Substrat, dessen CTE nahezu Null oder negativ ist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines solchen Gegenstandes, bei dem die Komponente durch eine Verschmelzung am Substrat befestigt ist. Eine weitere Aufgabe ist die Bereitstellung eines Schmelzmaterials mit guten Schmelzeigenschaften und geringem CTE, das eine haftende Verschmelzung zwischen der optischen Komponente und dem Substrat bildet. Eine weitere Aufgabe ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung einer solchen optischen Vorrichtung, die eine Verschmelzung umfasst.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Der erfindungsgemäße Gegenstand ist eine optische Vorrichtung, umfassend ein Substrat mit einem CTE, der nahezu Null oder negativ ist, und eine optische Komponente, die mit einer Verschmelzung an dem Substrat befestigt ist, wobei die Verschmelzung das Schmelzprodukt aus einer niedrigschmelzenden Glasfritte mit einem positiven CTE und einem Mahlzusatz einer Glaskeramik mit negativem CTE ist.
Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zur Herstellung einer solchen optischen Vorrichtung, umfassend das Vermischen einer niedrigschmelzenden Glasfritte mit einem positiven CTE mit einem Glaskeramik-Mahlzusatz mit einem negativen CTE, Bilden einer Schmelzpaste bzw. einer Schmelzmasse mit dem Gemisch, Auftragen der Masse auf eine Oberfläche auf dem Substrat, Anordnen der optischen Komponente über der Schmelzmasse und Erwärmen der Masse auf eine Temperatur und für einen Zeitraum, dass die Komponente und das Substrat miteinander verschmelzen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 in der beigefügten Zeichnung ist eine Seitenansicht, die eine typische erfindungsgemäße optische Vorrichtung zeigt.
Fig. 2 ist eine graphische Darstellung der bei Verschmelzungen auftretenden Fehlanpassung.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung entstand im Verlauf der Entwicklung eines effektiven Mittels, mit der eine optische Faser an einem Substrat mit viel geringerem CTE haftend befestigt werden soll. Folglich wird die Erfindung anhand eines solchen Gegenstandes und seiner Entwicklung beschrieben. Es ist ersichtlich, dass die Erfindung nicht so eingeschränkt ist, sondern sie betrifft im allgemeinen Verschmelzungen in optischen Vorrichtungen.
Bei der Herstellung einer Verschmelzung muss das Schmelzmaterial auf eine Temperatur erwärmt werden, bei der es so weich wird, dass es die zu verschmelzende Oberfläche benetzt und eine haftende Bindung bildet. Für viele Zwecke ist es wünschenswert die Schmelztemperatur so niedrig wie möglich zu halten. Glasfritten, die bei Temperaturen unter 500ºC, vorzugsweise 400-500ºC, verschmelzen, werden oft als niedrigschmelzende bzw. als Mitteltemperatur-Schmelzgläser, bezeichnet.
Das bei der Herstellung einer Verschmelzung verwendete glasartige Material wird gewöhnlich in Pulverform verwendet und als Glasfritte bezeichnet. Schmelzglasfritten werden ge wöhnlich mit einem organischen Vehikel, wie Amylacetat, gemischt, so dass eine fließfähige oder extrudierbare Masse erhalten wird. Dieses Massegemisch wird dann auf die zu verschmelzende Oberfläche, in diesem Fall das Substrat der Vorrichtung, aufgetragen. Der CTE der zu verschmelzenden Komponente und der CTE der Schmelzglasfritte sind oft unterschiedlich. Mit Hilfe eines Mahlzusatzes lässt sich die Ausdehnung von Fritte und Komponente aneinander anpassen.
Neben Fließ- und Ausdehnungskompatibilität besitzt eine Schmelzglasfritte wünschenswerterweise eine Reihe anderer günstiger Eigenschaften. Diese umfassen gute Benetzbarkeit der zu verschmelzenden Teile und Kompatibilität mit organischen Vehikeln. Die Fritte sollte insbesondere mit dem gängigen Vehikel und dem Bindemittel aus Nitrocellulose und Amylacetat kompatibel sein.
Kristallisierende oder nicht-kristallisierende Blei- Zinkborat-Schmelzgläser wurden über einen langen Zeitraum bei der Herstellung von Verschmelzungen kommerziell eingesetzt. Diese Glasfamilie besteht im Wesentlichen aus 68-82% PbO, 8- 16% ZnO, 6-12% B&sub2;O&sub3; und gegebenenfalls bis zu 5% SiO&sub2;, BaO und Ab&sub2;O&sub3;. Diese Gläser eignen sich bei Schmelztemperaturen im Bereich von 430 bis 500ºC.
Kürzlich wurde eine Familie von Nicht-Blei-Zinn-Zink- Phosphat-Schmelzgläsern entwickelt. Diese Gläser sind eingehend in den US-Patenten Nr. 5 246 890 (Aitken et al.) und 5 281 560 (Francis et al.) beschrieben. Die in diesen Patenten beschriebenen Gläser sind bleifrei und bieten etwas niedrigere Schmelztemperaturen im Bereich von 400 bis 450ºC.
Die Gläser von Aitken et al. sind aufgrund ihres relativ niedrigen Zinnoxidgehaltes zur Verwendung bei der Herstellung von Verschmelzungen in Ummantelungen von Kathodenstrahlröhren besonders interessant. Diese Gläser sind nicht nur bleifrei, sondern ihre Zusammensetzungen enthalten 25-50 Mol% P&sub2;O&sub5; und SnO und ZnO in solchen Mengen, dass das Molverhältnis von SnO : ZnO von 1 : 1 bis 5 : 1 reicht. Die Glaszusammensetzungen können zudem bis zu 20 Mol% modifizierende Oxide enthalten, einschließlich bis zu 5 Mol% SiO&sub2;, bis zu 20 Mol% B&sub2;O&sub3; und bis zu 5 Mol% Al&sub2;O&sub3;. Sie können auch einen oder mehrere Kristallisationsförderer enthalten, ausgewählt aus 1 bis 5 Mol% Zirkon und/oder Zirkondioxid und 1-15 Mol% R&sub2;O. Die Zusammensetzung kann zudem einen Schmelzhaftvermittler enthalten, ausgewählt aus bis zu 5 Mol% WO&sub3;, bis zu 5 Mol% MoO&sub3;, bis zu 0,10 Mol% Ag-Metall und Gemischen.
Die Gläser von Francis et al. setzen SnO und ZnO in einem Molverhältnis von größer als 5 : 1 ein. Sie enthalten in ihrer Zusammensetzung auch mindestens ein stabilisierendes Oxid, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus bis zu 25% R&sub2;O, bis zu 20% B&sub2;O&sub3;, bis zu 5% Al&sub2;O&sub3;, bis zu 5% SiO&sub2; und bis zu 5% WO&sub3;.
Für erfindungsgemäße Zwecke kann eine Schmelzglasfritte hergestellt werden, indem ein Glasansatz mit geeigneter Zusammensetzung hergestellt wird. Die Glasschmelze wird gekühlt, vorzugsweise durch Kühlen, so dass Bruchstücke entstehen, und dann zu einem Glaspulver (Fritte) zerkleinert. Die Glasfritte wird dann mit einem erfindungsgemäßen Mahlzusatz gemischt. Die Mischung wird mit einem Vehikel und einem Bindemittel gemischt, so dass eine Masse erhalten wird, deren Viskosität sich zur Aufbringung auf die zu verschmelzende Oberfläche eignet.
Das herkömmliche Vehikel und Bindemittel zur Verwendung bei der Verschmelzung von Kathodenstrahlröhren ist ein Gemisch aus Nitrocellulose und Amylacetat. Kürzlich wurde ein Vehikel entwickelt, das flüchtige organische Verbindungen meidet. Dieses Vehikel, eine wässrige Cellulosepolymerlösung, ist in der vorläufigen Anmeldung S. N. 60/012,330 offenbart. Diese Anmeldung, eingereicht am 27. 2. 1996, ist an den glei chen Zessionar abgetreten worden, wie die vorliegende Erfindung und ist hier durch Bezugnahme aufgenommen. Bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung lassen sich beide Vehikel sowie jedes geeignete andere Vehikel einsetzen.
Die vorliegende Erfindung ist zur Verwendung bei Wellenleiter-Anwendungen, wie Gittern, die an ein Substrat mit einer Ausdehnung von nahezu Null oder einer negativen Ausdehnung gebunden sind, entwickelt worden. Nahe Null kennzeichnet einen CTE-Wert von 0 ± 10 · 10&supmin;&sup7;/ºC über den Temperaturenbereich von 0-300ºC. Übliche Materialien sind die Quarzgläser. Ein negativer CTE bedeutet, dass die Ausdehnung eine negative Steigung hat.
Das Substrat kann aus der beta-Eucryptit-Glaskeramik hergestellt werden. In diesem Fall ist der eingesetzte Mahlzusatz zumindest vorwiegend ein Pyrophosphat. Ein geeignetes Pyrophosphat hat die generische Formel 2(Co, Mg)O · P&sub2;O&sub5;. Der Kristall unterliegt bei einer Temperatur im Bereich von 70- 300ºC einer Phaseninversion. Die genaue Temperatur hängt von der Co-Menge ab.
Außer der Phaseninversion hat das Material einen positiven CTE über den Bereich von 0-300ºC. Eine Volumenänderung beruht jedoch auf der Phaseninversion. Dies hat den Nettoeffekt, dass der CTE des Systems stark in den negativen Bereich gesenkt wird. Das bei einem beta-Eucryptit-Substrat eingesetzte spezifische Material enthält 28 Kationen% CoO.
Das Substrat kann alternativ Quarzglas sein. In diesem Fall kann das Schmelzglasgemisch als Glaskeramik-Mahlzusatz ein Pyrophosphat zusammen mit einem Material mit sehr niedrigem oder negativen Ausdehnungskoeffizienten einsetzen. Das Material kann bspw. ein beta-Eucryptit, ein beta-Spodumen oder ein beta-Quarz sein, das einen effektiven CTE nahe Null in einer Verschmelzung mit einer geringen oder keiner Fehlanpassung zum Substrat bereitstellt. Diese Materialien senken den effektiven CTE im üblichen additiven Sinn. beta-Eucryptit ist ein bevorzugtes Additiv und überwiegt in einem Gemisch. Es wird hergestellt, indem ein geeignetes Glas bei einer Temperatur im Bereich von 1250-1350ºC vier Std. lang keramisiert wird. Sein gemessener CTE liegt im Bereich von -50 bis -75 · 10&supmin;&sup7;/ºC.
Heide Mahlzusätze sind Glaskeramiken. Sie werden durch übliche Glasschmelztechniken als Gläser geschmolzen, kristallisiert und dann in einer Kugelmühle zu einem 20-25 um Pulver gemahlen. Nach dem Mahlen in der Kugelmühle werden große Teilchen aus jedem Füllstoff durch Luft-Klassierung oder durch Sieben durch ein 400 M-Sieb entfernt.
Für erfindungsgemäße Zwecke lässt sich entweder eine Blei-Zinkborat- oder eine Zinn-Zinkphosphatfritte einsetzen. Bei vielen Anwendungen ist jedoch eine Laserstrahl-Erwärmung einer Masse für Verschmelzungszwecke notwendig. In diesem Fall wirkt ein Gemisch mit der Nicht-Blei-Zinn- Zinkphosphatfritte viel besser und ist die bevorzugte Fritte.
Die Zinn-Zinkphosphat-Glasfamilie wurde in den vorstehend erwähnten Patenten von Aitken et al. und Francis et al. beschrieben. Die Lehren dieser Patente sind vollinhaltlich aufgenommen. Für erfindungsgemäß Zwecke werden Gläser mit Zusammensetzungen zwischen der Orthophosphat- und Pyrophosphat- Stöchiometrie, d. h. zwischen 25 und 33 Mol% P&sub2;O&sub5;, 0-15 Mol% ZnO, 0-5 Mol% wahlfreie Oxide, einschließlich SiO&sub2;, Al&sub2;O&sub3;, B&sub2;O&sub3; und WO&sub3; und als Rest SnO, bevorzugt, wobei das Molverhältnis von SnO : ZnO vorzugsweise 1-10 : 1 beträgt.
In unserer Entwicklungsarbeit haben wir ein Basisglas nahe der Orthophosphat-Zusammensetzung verwendet. Diese Glaszusammensetzung besteht auf molarer Basis im Wesentlichen aus 28,5% P&sub2;O&sub5;, 1% B&sub2;O&sub3;, 0,5% AbO&sub3; und SnO und ZnO in einem Molverhältnis von 10 : 1. Das Glas wurde bei 950ºC geschmolzen, durch Walzen gekühlt und dann in der Kugelmühle auf eine durchschnittliche Teilchengröße von 20-25 um gemahlen.
Verschiedene Gemische von Basisglas und Füllstoffen wurden durch Trockenmischen der eingewogenen Pulver in einer Walzenmühle hergestellt. Die Gemische wurden durch ein grobes Sieb gesiebt, so dass weiteres Mischen erzielt wurde. Der Fluss wurde durch manuelles Pressen eines zylindrischen 6 g Flow-Pellets, Unterbringen des Pellets auf einem Objektträger und Brennen bei dem gewünschten Wärmezyklus bestimmt. Die Wärmeausdehnung wurde durch Herstellen einer fehlangepassten Probe aus einer Masse aus Frittengemisch mit Amylacetat und Nitrocellulose gemessen. Diese Masse wurde zur Herstellung einer inversen Sandwich-Verschmelzung mit zwei Quarzglassubstraten verwendet. Diese fehlangepasste Probe wurde getrocknet und dann bei dem gewünschten Wärmezyklus gebrannt. Spannungen aufgrund fehlangepasster Ausdehnung im Substrat wurden im Polarimeter gemessen.
Die nachstehende Tabelle zeigt Daten für mehrere Frittengemische. Ebenfalls gezeigt ist - ausgedrückt als Zug oder Druck der RT-Fehlanpassung, die für jedes Gemisch in einer inversen Sandwich-Verschmelzung mit Quarzglas beobachtet wurde. Der eingesetzte Wärmezyklus war 1 Std. bei 425ºC. Die Zusammensetzung jedes Gemischs ist in Gewichtsprozent angegeben. Die Frittengemische 1 und 3 sind mit Quarzglas entweder neutral oder stehen unter sehr schwacher Spannung. Der Fluss der Gemische 1 und 3 war bei der für die Proben verwendeten Schmelztemperatur von 425ºC sehr gut. Diese Gemische scheinen zum Verschmelzen mit einem Quarzsubstrat geeignet zu sein.
Die Frittengemische 5 und 6 wurden in Quarzglas- Sandwich-Schmelzen sehr stark komprimiert. Diese Gemische sind zum Verschmelzen mit dem Substrat mit viel geringerer Ausdehnung, beta-Eucryptit, geeignet.
Mit Hilfe dieser Fritten wurde eine Gittervorrichtung hergestellt. Eine Faserlänge wurde bei 450ºC unter Verwendung von Fritte 6 mit einer beta-Eucryptit-Platte verschmolzen. Polarimetermessungen wurden an der Wellenleiterfaser durchgeführt. Diese zeigten, dass Fritte 6 gut genug an die beta- Eucryptit-Platte band, um Fehlanpassungsspannung von dem Substrat mit negativer Ausdehnung auf die Faser mit positiver Ausdehnung zu übertragen. TABELLE NICHT-BLEI-FRITTEN MIT GERINGER AUSDEHNUNG
Die Fig. 1 in der beigefügten Zeichnung ist eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen athermischen optischen Fasergittervorrichtung 20. Die Vorrichtung 20 hat ein Substrat 22, das aus einem flachen Block aus einem Material mit negativer Ausdehnung, wie beta-Eucryptit, besteht. Eine optische Faser 24 mit mindestens einem darin eingravierten UV-induzierten reflektierenden Gitter 26 wird auf der Oberfläche 28 des Substrates 22 befestigt. Die Faser 24 ist an jedem Ende der Oberfläche 28 an den Punkten 30 und 32 befestigt. Die Befestigung der Faser 24 an das Substrat 22 an den Punkten 30 und 32 erfolgt mit einem kleinen Punkt aus erfindungsgemäßem Schmelzglasmaterial 34.
Bei der gezeigten Gittervorrichtung ist es wichtig, dass die Faser 24 immer gerade ist und keinem Druck aufgrund einer negativen Ausdehnung unterliegt. Die Faser 24 wird daher gewöhnlich unter Spannung befestigt. Vor dem Befestigen wird sie, wie schematisch gezeigt, unter Verwendung eines Gewichtes 34 unter kontrollierte Spannung gebracht. Die richtige Auswahl der Spannung gewährleistet, dass die Faser bei sämtlichen erwarteten Gebrauchstemperaturen nicht unter Druck steht.
Eine weitere Vorrichtung, in der die vorliegende Erfindung angewendet wird, ist ein optischer Lichtwellenschaltkreis. Dies ist eine Vorrichtung mit einem Quarzglassubstrat, auf dem sich mehrere optische Funktionen befinden. Jede Funktion muss mit einer Verbindung zu einer gesonderten externen Faser versehen sein, genauso wie elektrische Verbindungen in einem integrierten Schaltkreis benötigt werden. Jede Verbindungsfaser muss erfindungsgemäß mit einem Tropfen Verschmelzungsmaterial verschmolzen werden und in Position gehalten werden. Die Gemische 1 oder 3 in der Tabelle lassen sich für diese Anwendung einsetzen.
Die Verschmelzungen in diesen optischen Vorrichtungen sind recht klein. Dies erfordert eine sorgfältige Kontrolle des Schmelzverfahrens. Es ist daher folglich wünschenswert, eine steuerbare Wärmequelle, wie einen Laser zu verwenden, statt die Flamme eines herkömmlichen Brenners. Ein Laserstrahl kann defokussiert werden, d. h. eine kurze Entfernung hinter oder vor dem Ziel fokussiert werden. Dies vermeidet eine Überhitzung die bei einer punktgenauen Fokussierung auftritt.
Es hat sich bei vielen Anwendungen ebenfalls als wünschenswert herausgestellt, indirektes Erwärmen einzusetzen. Bei der Befestigung einer Faser auf einem Substrat können ein oder mehrere Tropfen Schmelzmasse auf die Vorderseite eines Substrates aufgebracht werden. Die Faser wird dann wie für das Beispiel in Fig. 1 gezeigt befestigt.
Dann wird die Rückseite, d. h. die gegenüberliegende Fläche des Substrates, einer Wärmequelle, wie einer Brennerflamme oder einem Laserstrahl, ausgesetzt. Auf diese Weise wird die Schmelzmasse thermisch erweicht, indem Wärme durch das Substrat geleitet wird, statt durch direktes Erhitzen. Dies bietet eine bessere Steuerung des Verschmelzungsverfahrens und eine geringeres Risiko, dass die Vorrichtung beschädigt wird. Bei der Verwendung eines Lasers lässt sich dieser defokussieren, um eine Beschädigung des Substrates zu vermeiden.
Die Fig. 2 veranschaulicht die auftretende Fehlanpassung bei Verwendung von zwei unterschiedlichen Gemischen zur Herstellung einer Sandwich-Verschmelzung mit Quarzglas. Die Temperatur ist auf der horizontalen Achse aufgetragen; die Fehlanpassung in Teilen/Million (ppm) für das Substrat ist auf der vertikalen Achse aufgetragen. Die Fehlanpassungswerte für das Frittengemisch haben die gleichen numerischen Werte, wie für das Substrat, jedoch mit einem Vorzeichenwechsel von positiv nach negativ. Positive Werte in Fig. 2 zeigen, dass das Substrat unter Spannung steht und dass das Frittengemisch unter Druck steht.
Die Kurve A zeigt die bei verschiedenen Temperaturen gemessenen Fehlanpassungswerte bei einer Verschmelzung zwischen Gemisch 1 und Quarzglas. Die Kurve B zeigt die recht starke Fehlanpassung, die zwischen Gemisch 6 und Quarzglas gemessen wird, wobei die Fritte stark unter Druck steht. Das Gemisch 6 ist zur Verwendung bei einem Substrat mit einem viel niedrigeren Wärmeausdehnungskoeffizient (CTE) als Quarzglas vorgesehen. Es wird bspw. bei einem beta-Eucryptit-Substrat mit einem CTE von etwa -50 · 10&supmin;&sup7;/ºC verwendet.

Claims

1. Optische Vorrichtung, umfassend ein Substrat mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten, der negativ oder nahe Null ist, und eine optische Komponente, die mit einer Verschmelzung an dem Substrat befestigt ist, wobei die Verschmelzung das Schmelzprodukt aus einer niedrigschmelzenden Glasfritte mit einem positiven CTE und eines Mahlzusatzes, der eine Glaskeramik mit einem effektiven negativem CTE enthält, ist.

2. Optische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Glaskeramik-Mahlzusatz ein Pyrophosphat allein ist oder im Gemisch mit einer sehr ausdehnungsarmen Glaskeramik oder einer Glaskeramik mit negativer Ausdehnung vorliegt.

3. Optische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Substrat beta-Eucryptit ist, und der Mahlzusatz zumindest vorwiegend eine Pyrophosphat-Glaskeramik mit einem negativen CTE ist.

4. Optische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Substrat ein Quarzglas ist und der Mahlzusatz ein Gemisch aus Pyrophosphat und einem beta-Eucryptit ist.

5. Optische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die niedrigschmelzende Glasfritte ein Bleiborat oder ein Zinn/Zink- Phosphat ist.

6. Optische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die optische Komponente eine optische Faser ist.

7. Optische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Verschmelzung ein Knopf ist, der aus einer Glasfritte und einem Mahlzusatz zusammengesetzt ist, und zu einem Punkt/Fleck auf der Substratoberfläche verschmolzen wird.

8. Verfahren zur Herstellung einer optischen Vorrichtung, umfassend ein Substrat mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten, der negativ oder nahe Null ist, und einer mit dem Substrat befestigten optischen Komponente, umfassend Vermischen einer niedrigschmelzenden Glasfritte mit einem positiven CTE mit einem Glaskeramik-Mahlzusatz mit einem effektiven negativen CTE, Bilden einer Schmelzmasse bzw. Schmelzpaste mit dem Gemisch, Auftragen der Masse auf eine Oberfläche auf dem Substrat, Anordnen der optischen Komponente über der Schmelzmasse und Erwärmen der Masse auf eine Temperatur und für einen Zeitraum, um eine Verschmelzung zwischen der Komponente und dem Substrat auszubilden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, umfassend Erwärmen der Schmelzmasse mit einem Laserstrahl, der in Bezug auf die Schmelzmasse defokussiert ist.

10. Verfahren nach Anspruch 8, wobei eine Wärmequelle auf die hintere Oberfläche des Substrats einwirkt, wodurch die Schmelzmasse auf der gegenüberliegenden Oberfläche mit Hilfe von durch das Substrat geleiteter Wärme erweicht wird.