RU2073659C1

RU2073659C1 - Method for manufacturing of integral microlenses

Info

Publication number: RU2073659C1
Application number: RU93017069A
Authority: RU
Inventors: В.А. Никитин; Е.П. Никитина; Н.А. Яковенко
Original assignee: Кубанский государственный университет
Priority date: 1993-03-31
Filing date: 1993-03-31
Publication date: 1997-02-20

Abstract

FIELD: focusing and collimation of optic irradiation. SUBSTANCE: silver needle is simultaneously used as source of ions of silver and as anode. EFFECT: simplification of method, decreased its cost. 2 dwg

Description

Изобретение относится к области технологии изготовления фокусирующих устройств интегральной и волоконной оптики и может быть использовано при изготовлении устройств, осуществляющих фокусировку или коллимирование оптического излучения, в волоконно-оптических разъемах и интегрально-оптических схемах. The invention relates to the field of manufacturing technology of focusing devices for integrated and fiber optics and can be used in the manufacture of devices focusing or collimating optical radiation in fiber optic connectors and integrated optical circuits.

Известен способ изготовления интегральных микролинз, основанный на диффузии высокопреломляющих ионов в стекле, стимулированной внешним электрическим полем [1]
Согласно этому способу, на одну из поверхностей стеклянной пластинки формируются алюминиевые диски диаметром, составляющим 0,1 0,2 от диаметра изготавливаемых микролинз, а на противоположную сторону пластинки наносится сплошной слой алюминия, выполняющий в дальнейшем роль катода. В поверхность пластинки осуществляется электростимулированная диффузия ионов рубидия из расплава азотнокислого рубидия, а анод при этом погружен непосредственно в расплав. Затем алюминиевые диски удаляются, а в стеклянную пластинку внедряются ионы серебра из расплава азотнокислого серебра под действием внешнего стимулирующего поля. В результате в стекле формируются микролинзы, имеющие хорошую сферичность, а в промежутках между ними отсутствуют неконтролируемые зоны с повышенным показателем преломления.A known method of manufacturing integrated microlenses, based on the diffusion of highly refracting ions in glass, stimulated by an external electric field [1]
According to this method, aluminum disks with a diameter of 0.1 to 0.2 of the diameter of the manufactured microlenses are formed on one of the surfaces of the glass plate, and a continuous layer of aluminum is applied to the opposite side of the plate, which subsequently acts as a cathode. Electrically stimulated diffusion of rubidium ions from a melt of rubidium nitrate is carried out on the plate surface, while the anode is immersed directly in the melt. Then the aluminum disks are removed, and silver ions are introduced into the glass plate from the silver nitrate melt under the influence of an external stimulating field. As a result, microlenses with good sphericity are formed in the glass, and in the spaces between them there are no uncontrolled zones with a high refractive index.

Недостатками этого способа изготовления микролинз являются сложность изготовления и использование дорогостоящего оборудования при выполнении операции вакуумного напыления металлических пленок и фотолитографии. The disadvantages of this method of manufacturing microlenses are the complexity of manufacturing and the use of expensive equipment when performing the operation of vacuum deposition of metal films and photolithography.

Наиболее близким к заявляемому является способ изготовления канальных интегрально-оптических волноводов, предложенный в [2] Этот способ может быть применен и при изготовлении микролинз. Согласно этому способу на одной из поверхностей пластинки натриевосиликатного стекла методом фотолитографии создается серебряная полоска заданной ширины и толщиной от 0,2 до 1,0 мкм. Затем на обе поверхности наносятся металлические электроды, к которым подводится электрическое поле таким образом, что на серебряной полоске оказывается положительный потенциал. После прогрева стеклянной пластинки ионы серебра из металлической пленки под действием электрического поля диффундируют в поверхность стекла, вызывая увеличение его показателя преломления. Если вместо серебряной полоски, которая необходима для изготовления интегрально-оптического канального волновода, использовать серебряную пленку, выполненную в виде диска с соответствующими размерами, то после проведения электростимулированной диффузии можно получить в стекле область с повышенным показателем преломления и имеющую форму полусферы, т.е. микролинзу. Closest to the claimed is a method of manufacturing channel integrated optical waveguides, proposed in [2] This method can be applied in the manufacture of microlenses. According to this method, a silver strip of a given width and a thickness of 0.2 to 1.0 μm is created by photolithography on one of the surfaces of the sodium silicate glass plate. Then, metal electrodes are applied to both surfaces, to which an electric field is applied in such a way that a positive potential appears on the silver strip. After heating the glass plate, silver ions from a metal film under the influence of an electric field diffuse into the glass surface, causing an increase in its refractive index. If instead of a silver strip, which is necessary for the manufacture of an integrated optical channel waveguide, a silver film made in the form of a disk with appropriate dimensions can be used, then after conducting electrostimulated diffusion, a region with a higher refractive index and having the shape of a hemisphere, i.e. microlens.

Недостатками описанного способа являются сложность и высокая стоимость, обусловленная большим расходом серебра. The disadvantages of the described method are the complexity and high cost due to the high consumption of silver.

Технической задачей изобретения является упрощение и удешевление способа изготовления микролинз. An object of the invention is to simplify and reduce the cost of the method of manufacturing microlenses.

Поставленная цель достигается тем, что электростимулированная диффузия ионов серебра в стеклянную пластинку проводится не из тонкой серебряной пленки, а из серебряной иглы, располагаемой перпендикулярно к стеклянной пластинке. This goal is achieved in that the electrostimulated diffusion of silver ions into a glass plate is carried out not from a thin silver film, but from a silver needle located perpendicular to the glass plate.

На фиг.1 схематически представлен способ изготовления микролинз; на фиг. 2 прилагается фото внешнего вида полученной микролинзы. Figure 1 schematically shows a method of manufacturing microlenses; in FIG. 2 attached photo appearance of the obtained microlenses.

Одна из плоскостей стеклянной пластинки 1 приводится в соприкосновение с расплавом соли 2, в который погружен платиновый электрод 3, выполняющий роль катода. Анодом и источником ионов серебра является серебряная игла 4, острие которой располагается на противоположной плоскости стеклянной пластинки 1. One of the planes of the glass plate 1 is brought into contact with the molten salt 2, in which the platinum electrode 3, which acts as a cathode, is immersed. The anode and source of silver ions is a silver needle 4, the tip of which is located on the opposite plane of the glass plate 1.

После приложения внешнего стимулирующего электрического поля ионы серебра диффундируют с острия серебряной иглы в поверхность стеклянной пластинки, вызывая увеличение показателя преломления стекла. Область диффузии, с повышенным показателем преломления и имеющая форму полусферы, фактически является микролинзой. After applying an external stimulating electric field, silver ions diffuse from the tip of the silver needle into the surface of the glass plate, causing an increase in the refractive index of the glass. The diffusion region, with a high refractive index and having the shape of a hemisphere, is actually a microlens.

Пластинка натриевосиликатного стекла с содержанием окиси натрия 14% размером 30х10х2,6 (мм) одной плоскостью приводится в соприкосновение с расплавом K₂Cr₂O₇, в котором находится платиновый катод. Анод был выполнен в виде иглы диаметром 1 мм из чистого серебра Ср 99,99 и располагался на противоположной плоскости стеклянной пластинки. Между анодом и катодом прикладывалось внешнее стимулирующее напряжение величиной 12 В. Электростимулированная диффузия ионов серебра из иглы в стеклянную пластинку осуществлялась при температуре 500^oC в течение 90 минут. При этом в стекле была сформирована микролинза полусферической формы диаметром 1,6 мм, фокусным расстоянием 7,1 мм и диаметром фокального пятна 5,5 мкм.A sodium silicate glass plate with a sodium oxide content of 14%, size 30x10x10.6 (mm), is brought into contact with the K ₂ Cr ₂ O ₇ melt in one plane, in which the platinum cathode is located. The anode was made in the form of a needle with a diameter of 1 mm of pure silver Cp 99.99 and was located on the opposite plane of the glass plate. An external stimulating voltage of 12 V was applied between the anode and cathode. Electrostimulated diffusion of silver ions from a needle into a glass plate was carried out at a temperature of 500 ^° C for 90 minutes. In this case, a hemispherical microlens with a diameter of 1.6 mm, a focal length of 7.1 mm, and a focal spot diameter of 5.5 μm was formed in the glass.

Заявляемый способ изготовления микролинз имеет следующие преимущества по сравнению с прототипом:
1. Отсутствие таких технологических операций, как вакуумное напыление и фотолитография, требующих дорогостоящего оборудования и приводящих к нежелательным потерям серебра обуславливает простоту и дешевизну заявляемого способа.The inventive method of manufacturing microlenses has the following advantages compared to the prototype:
1. The absence of technological operations such as vacuum deposition and photolithography, requiring expensive equipment and leading to undesirable losses of silver, makes the proposed method simple and cheap.

2. Применение серебряной иглы в качестве источника ионов вместо тонкой пленки позволяет проводить диффузию сколь угодно долго, т.е. формировать микролинзы большого диаметра. 2. The use of a silver needle as a source of ions instead of a thin film allows diffusion to be carried out for an arbitrarily long time, i.e. to form large diameter microlenses.

Claims

A method of manufacturing integrated microlenses, including electrostimulated diffusion of silver ions into a glass plate from a metal anode, characterized in that the anode is made in the form of a silver needle having contact with a glass plate.