JPH0288444A - イオン交換によりガラス基板内で導波路を形成する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、（ａ）形成される導波路の範囲を空けてある
金属マスクの、ガラス基板への増付け、（ｂ）ガラス基
板と、このガラス基板のイオンと交換されるイオンを含
有する金属塩融液との接触、の方法工程を用いてイオン
交換によシガラス基板内で導波路を形成するための方法
に関する。

従来技術 平面平行のプレート内で光導波路を形成することは知ら
れており、光はこの光導波路内金全反射によって導かれ
る。このためには平面平行のプレート内にプレートの材
料の屈折率よりも大きな屈折率を持つ構造が形成されな
ければならない。このような高められた屈折率は、プレ
ートの材料内のイオンがより大きなイオン半径を持つイ
オンに代えられるイオン交換を材料内で行なうことによ
り得られることは知られている。プレートの表面は、屈
折率を高めるべき範囲を除いてマスクで覆われる。プレ
ートは高められた温度に加熱され、かつ適切な物質と接
触せしめられる。こうしてイオン交換、したがってマス
クで覆われていない範囲における屈折率の上昇が行なわ
れる。

ｔｒｓ−ｐｓ　３８５７６８９には光集積回路の製作が
記載されており、この場合平面平行なプレート（基板）
上に所望の光学パターンを決定するマスクが取付けられ
る。次いでプレートは塩融液から成る浴中に入れられる
。この塩融液は１価の陽イオンを含有してお９、このイ
オ／はプレートの材料中の陽イオンよシも大きな影響を
屈折率に対して及ばず。プレートの陽イオンが塩融液の
イオンによって代えられるイオン交換が起ることが配慮
される。これは、マスクによって屓われない、塩融液に
曝される、表面近くの範囲において屈折率の上昇をもた
らす。

ＪＰ−Ｏ８５８−１１８６０９によれば、電界をかける
ことによりイオン交換を支えることが知られている。こ
の刊行物に記載された方法では平面平行のプレート上に
マスクが、次に薄い銀層が蒸着される。銀層にはクロム
から成るアノードが設けられる。反対側にはアルミニウ
ム力 から成る１フードが設けられる。プレートは加熱され、
同時にアノードとカソード間に電圧がかけられる。電界
によって銀イオンがプレートの材料内へ移動せしめられ
る。これによってマスクで覆われていない範囲にプレー
トよりも高い屈折率を持つ光導波路が形成される。

更に導波路を設けるべき平面平行なプレートを負圧と接
続された吸引７−ドによって水平位置で保持することが
知られている。吸引フード内には塩融液の貯蔵分が営ま
れている。平面平行なプレートの、吸引フードとは反対
の側はマスクを有している。プレートのこの側はもう１
つの塩融液貯蔵分に浸漬される。電極をブｒして塩融液
に゛電界がかけられる。この場合も下側の塩融液貯蔵分
からより大きな直径を持つ陽イオンが拡散°してプレー
ト内へ入９、こうしてマスクで覆われていない範囲にお
いて高められた屈折率を持つ光導波路全形成し、他方プ
レートの上面ではより小さな直径のイオンがプレートの
材料から塩融液内へ流出する。

更に平面平行なゾＶ−ト’に鉛直に保持することが知ら
れている。プレートの両面には適切な７一ル面でもって
シャーレが付加され、そのためにプレートの両側には中
空間が形成され、この中空間は１鉛直側面でそれぞれプ
レートの表面によって制限され、かつ上部で開いている
。

この中空間内へ塩融液が装入される。シャーレはアノー
ドもしくはカソードを支持しているので塩融液とプレー
トラ通して電界が生ぜしめられる。プレートはアノード
側にマスクを支持して曜ハる。

西ドイツ／寺許出８　Ｐ　３８０２８３７．９号明細書
により平面平行なプレートで電界に支持されたイオン交
換を実施するための装装置が公知であり、この装置では
プレートは２つの金属製の保持体間に締込まれる。保持
体はプレートの両側に中空間を形成しており、中空間は
プレート側で開いている。中空間は閉じたシール面によ
って包囲され、シール面はプレートに当付く。塩融液の
だめの貯蔵容器が充填導管を介して中空間の下端部と接
続されてい・る。中空間からはエア抜き導管が延びてい
る。

特定の構造、例えばリング共振器構造の製作に際しては
互いに電気的に絶縁されたマスク面がガラス基板上に存
在する。これらの場合には形成された導波路が著しい障
害を示すことが認められた。

発明が解決しようとする問題点 本発明の課題は、互いに′電気的に絶縁されたマスク面
が生じる場合にも障害のない導波路を形成することであ
る。

問題点を解決するための手段 上記の課題を解決するための本発明の手段は、冒頭に記
載の形式の方法において（ＣＪ金属マスクの互いに分離
された面」碩囲全導電的に互いに結合することである。

発明の効果 本発明の手段により意想外にも得られた導波路の品質が
著しく改善されることが示された。

従来技術による方法では互いに電気的に絶縁された面範
囲間の這位差のために電流が導電性の金属塩面を通って
イオン交換が行なわれるべきガラス基板の表面上へ直接
流れるものと推σＩＩＪされる。この電流によってイオ
ン交換が妨げられる。この作用が面範囲の導′ぼ的な結
合によって回避される。この結合により面範囲の電位が
互いに調整される。

実施例 装置は２つの殆ど一致する保持体１０．１２を有してい
る。保持体１０．１２はほぼ直方体である。両保持体１
０．１２は上端面１４゜１６に各１つの、塩融液のため
の貯蔵容器１８゜２０を形成している。貯蔵容器１８．
２０は上方で開いている。

保持体１０．１２の互いに面した側面２２゜２４には凹
所が形成され、この凹所は中空間２６．２８を形成して
いる。中空間２６．２８の周囲に環状にシール面３０．
３２が形成されている。シール面３０．３２はきわめて
精密に平面に加工されている。シール面３０．３２は側
面２２．２４よりも若干突出している。

中空間２６は充填導管３４を介して貯蔵容器１８と接続
されている。充填導管３４は貯蔵容器１８の底から延び
、かつ中空間２６の下端部で開口している。中空間２６
の上端力島らはエア抜き導管３６が延びている。エア抜
き導管３６は貯蔵容器１８の壁に沿って案内され、かつ
貯蔵容器の上縁、すなわち上端面１４の直ぐ下で貯蔵容
器の上方部分内で開口している。

中空間２８は対応して充填導管３８ｆ、弁して貯蔵容器
２０と接続されている。充填導管３８は貯蔵容器１８の
底７）ｈら延び、たつ中空間２８の下端部で開口してい
る。中空間２８の上端からはエア抜き導管４０が延びて
いる。エア抜き導管４０は貯蔵容器２０の壁に沿って案
Ｐ３され、かつ貯蔵容器２０の上縁、すなわち上端面１
６の直ぐ下で貯蔵容器の上方部分内で開口している。

貯蔵容器１Ｂ、２（ｊの底部は中空間２６゜２８の上縁
よりも、上方に位置している。このようにして貯蔵容器
１８．２０内に塩融液が存在する限り中空間２６．２８
が上部まで塩融液で充填されることが保証される。

２つの保持体１０．１２間に平面平行なプレート４２が
保持されている。プレート４２は保持体１２に面した、
第１図でみて右側の面にマスク４４を支持している。マ
スク４４はこのマスクで覆われた顆間でイオン交換を阻
止する材料から製作されている。クール面３０．３２は
プレート４２の表面に密着している。

２つの保持体は導電性材料、すなわち金属製である。保
持体は内示の実施例ではクランプ部材４６によって一緒
に保持されている。第１図でみて左側で皿はね４８のセ
ットがクランプ部材４６に支持されて２す、皿ばねは絶
縁材５０をブｒして保持体１０の、側面２２とは反対側
の側面５２に当付いている。絶縁材５０のセンタリング
ビン５４が絶縁材５０、皿ばね４８、クランプ部材４６
のセンタリング金配慮する。

反対側ではクランプ部材４６内にねじスピンドル５６が
案内され、このねじスピンドルハ調節ノブ５８を用いて
移動調節可能である。ねじスピンドル５６は絶縁材片６
０′をブｒして保持体１２の、側面２４とは反対側の側
面６２に当付いている。このようにして両保持体１０．
１２は所定の力でもってプレート４２に押圧される。

ねじスピンドル５６はこの押圧力の調整を行なう。皿は
ね４８は、押圧力が大き過ぎて、プレート４２の損傷を
もたらすことがないように作用する。

保持体１０は電圧源の負の端子６４と接続され、したが
ってカソードである。保持体１２は電圧源の正の端子６
６と接続され、アノードを構成する。

上記の装置は以下のよう（で働く。

プレート４２が２つの保持体１０．１２間に締込まれる
。保持体１０．１２のシール面３０゜３２は互いに対向
する側でプレートの縁に沿ってプレートの表面に当付く
。この場合シール面３０．３２は互いに向合って合致し
ているので、曲げモメントはプレート４２に作用しない
。したがってプレートは公知の装置におけるように１チ
ユーテン状に（ｔ’ａｔ、θｎａｒｔｉｇ）”変形する
ことはない。したがってシール面はねじスピンドル５６
と皿はね４８によって十分な力でもってプレート４２の
表面へ押圧され、このためにプレートラ環状に囲む確実
なシールが得られる。

貯蔵容器１８．２０は陽イオンを有する塩融液で充填さ
れ、この陽イオンはプレート４２の材料内の他のイオン
と交換されるものである。

この塩融液は充填導管３４．３８を通って中空間２６．
２８内へ流入する。中空間２６．２８から空気がエア抜
き導管３６．４０’に介して流出する。したがって中空
間において発泡のない、塩融液の申し分のない充填が保
証される。中空間２６．２８は密閉されている。したが
って塩融液はプレート表面に沿ってクリープしない。

保持体１０と１２との間で電圧をがけると、貯蔵容器２
０内の塩融液からの陽イオンが電界の作用下で金属マス
ク４４によって損われてぃない範囲内で同様にして加熱
されたプレート４２を通って移動し、かつ小さな直径金
持つイオンを追い出し、このイオンは中空間２６内の塩
融液中に達する。マスク４４によって覆われない範囲で
はプレート４２の材料よりも高められた屈折率を有する
構造、特に導波路が形成される。

電界で支持されたイオン交換に関して所定の時間、経過
を得るためには、融液を炉の高温運転期中にはガラス基
板、すなわちプレート４２とまだ接触させないことが望
ましい。ここで高温運転期は融液の溶融温度に達してか
ら本来の交換温度に達するまでの期間である。

この理由で島ら第２図に示されているように充填導管３
８は最初１槌の伶６８によって閉鎖されている。第２因
に点ガにで示されているように栓６８は機構装置７０に
よって引抜くことができる。栓は他の装置自体と同じ材
料から成る単純な円錐体である。栓はシールのために軽
く押入れられている。

交換温度に達し、かつ電界をかける直前に栓６８は引抜
かれる。

第５図にはリング共振器のだめの導波路を製作するため
に金属マスク４４を付けたガラス基板４２が示されてい
る。導波路構造は閉じた円形の導波路７２とフォーク形
の導波路配置１４とを有している。導波路配置７４は１
つの入口端部７６金持ち、この入口端部γ６に続いてＶ
字形に２つの分岐路７８．８０が分岐している。

２つの分岐路７８．８０は円形の導波路７２　’を囲む
ように両側で延び、しかも分岐路は中央範囲においては
円形の導波路７２から僅かな間隔を置いて（４Ｒしてお
り、かつこの導波路と一緒にカプラー８２．８４を形成
している。その後分岐路７８．８０は出口端部８６，８
８に移行している。仕上げ導波路構造では操作中入口端
部７６から光波が導入される。こｑ光波は刀プラー８２
．８４に弁して逆時計回シ方向で、もしくは時計回シ方
向での循環のために円形の導波路７２へ入力結合される
。同時に光はカプラー８２．８４を介して円形の導改路
から出力結合される。この導波路構造は公知であり、し
たがってここでは詳述しない。金属マスク４４はこの導
波路構造を形成するために対応するスリットを有し、中
空間２８内でこのスリットを通ってガラス基板４２０表
面と金属塩融液との間でイオン交換が行なわれる。

第５Ｎから明らかに認めることができるように、ｆｉ、
’、Ａマスク４４はこのスリットによって全部で４つの
互いに電気的に絶縁された面範囲９０．９２，９４．９
６に分割されている。このために生じる、製作される導
波路の品質についての問題は、これらの面範囲９０．９
２゜９４．９６を結合線材９８から成るブリッジによっ
て互いに結合することによって回避される。

アルミニウムでマスキングされたガラスとのカリウムイ
オン交換では金製の結合線材が優れていると証明された
。これによシ種々の面範囲９０．９２．９４．９６は互
いに電気的に結合され、その結果これらの面範囲は等し
い電位にある。得られる導波路の品質はこの手段により
著しく改善さ九ることが証明された。

面範囲９０．９２．９４．９６は相互にのみならず、金
属ｉｉｉ！ＩＩ液全含有した容器とも導電結合される。

このことは第１図の装置で、保持体１２がシール面３２
でもって金属マスク４４の面範囲９０と９６へ接触し、
これらの面範囲は島”様の面範囲９２．９４と結合線材
９８を介して結合されていることによって既に保証され
ている。

第７図、第８図による実施例では製作される導波路の構
造は第５図、第６図の実施例と同一である。対応する部
分は第５図、第６図と同じ符号を付けられている。第７
図、第８図では各面範囲の電気的な結合は導電性材料力
島ら成るヨーク１００によって行なわれ、ヨークは突出
部１０２．１０４，１０６，１０８．１１０でもって面
範囲９０．９２．９４．９６に接触し、こうしてこれら
の面範囲間に電気的な結合全形成する。ヨーク１００は
内側へ曲げ出された端部１１２．１１４を有し、これら
の端部はガラス基板４２の互いに反対側に位置した縁を
囲むようにこれに係合している。端部１１２．１１４内
には止めねじ１１６．１１８が案内され、止めねじはガ
ラス基板の背面に支持され、これによジョーク１００は
金属マスク４４に対してしっかりと引き付けられている
。

【図面の簡単な説明】

第１丙は平面平行なプレートでイオン交換を実施するた
めの装置の略示縦断面図、第２図は充填導管が交換温度
に達するまで栓によって閉鎖可能である構成の、第１図
の装置における保持体の側面１色、第６南は第１図の装
置における保持体を第２丙でみて左側から見た図、第４
１Ｖは第２図、第６囚の保持体の平面図、第５内は第１
内から第４図による装置で製作することのできる導波路
病造の１更施例を有するガラス基板の１１１面１箇、第
６図は第５−のＶｌ−Ｖｌ線に沿った１祈面図、第７内
はガラス基板の別の実施例の、第５因に相当する図、第
８図は第７図の■−■線に沿った断面図である。 １０．１２・・・保持体、１４．１６・・・端面、１８
．２０・・・貯蔵容器、２２，２４．５２゜６２−・・
側面、２６．２８・・・中空間、３０．３２・・・シー
ル面、３４．３８・・・充填導管、３６゜４０・・・エ
ア抜き導管、４２・・・プレート、４４・・・金属マス
ク、４６・・・フランジ部材、４８・・・皿ばね、５０
・・・絶縁材、５２・・・センメリ／グビ／、５６・・
・ねじスビ／ドル、５８・・・調節ノブ、６０・・・絶
縁材片、６４．６６・・・端子、６８・・・栓、７０・
・・機構′ＬＡ置、７２・・・導波路、７４・・・４波
路配置、７６・・・入口端部、７８．８０・・・分岐路
、８２．８４・・・カプラー　８６．８８・・・出口端
部、９０．９２，９４．９６・・・面範囲、９８・・・
結合線材、１００・・・ヨーク、１０２，１０４，１０
６゜１０８．１１０・・・突出部、１１２．１１４・・
・端部、１１６，１１８・・・止めねじ。 Ｆｉｇ　２ ４２・　づラス基ワ ４４・全潰マスク Ｆｉｇ、３

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、（ａ）形成される導波路の範囲を空けてある金属マ
   スク（４４）の、ガラス基板（４２）への取付け、 （ｂ）ガラス基板（４２）と、このガラス基板（４２）
   のイオンと交換されるイオンを含有する金属塩融液との
   接触、の方法工程を用いてイオン交換によりガラス基板
   内で導波路を形成するための方法において、 （ｃ）金属マスク（４４）の互いに分離された面範囲（
   ９０、９２、９４、９６）を相互に導電的に結合するこ
   とを特徴とする、イオン交換によりガラス基板内で導波
   路を形成する方法。 ２、金属マスク（４４）の面範囲（９０、９２、９４、
   ９６）が結合線材（９８）によつて導電的に相互に結合
   されている、請求項１記載の方法。 ３、金属マスク（４４）の面範囲（９０、９２、９４、
   ９６）が導電性のヨーク（１００）によつて互いに結合
   され、ヨークがイオン交換過程中基板（４４）に固定さ
   れている、請求項１記載の方法。 ４、面範囲（９０、９２、９４、９６）が金属融液を含
   有した金属の容器（１２）と導電的に結合されている、
   請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。