CS260948B1

CS260948B1 - Melt Olectrodiphase Chamber

Info

Publication number: CS260948B1
Application number: CS876050A
Authority: CS
Inventors: Jaroslav Docekal; Michal Severa
Original assignee: Jaroslav Docekal; Michal Severa
Priority date: 1987-08-17
Filing date: 1987-08-17
Publication date: 1989-01-12
Also published as: CS605087A1

Abstract

Řešeni se týká realizace planárních světlovodných struktur v povrchové oblasti skleněných destiček výměnou iontů z taveniny za působení elektrického pole. Podstata řešení spočívá v tom, že základní těleso komory pro elektrodifuzi s prostorem uzavíratelným přilehlou skleněnou destičkou, opatřené na své přiléhající straně grafitovou protielektrodou, je upevněno na nosné trubce určené současně pro přívod stlačeného vzduchu do prostoru, a je umístěno v přídržném obvodovém krytu s přítlačnými rameny doléhajícími na okrajové části skleněné destičky. Do prostoru komory pro elektrodifuzi zasahuje pružný kontaktní člen, který je spojen přívodním kabelem se zdrojem elektrického napětí a doléhá na grafitovou protielektrodu, na přilehlé straně skleněné destičky. Mezi stěnou základního tělesa komory a vnitřní stěnou přídržného obvodového krytu je umístěn rozpěrný člen tvořený dvojzvratnou pákou, doléhající místem přítlaku na zadní stěnu tělesa komory. Na protilehlou stranu dvoj zvratné páky doléhá přítlačný prvek a její dolní opěrná okrajová část doléhá na vnitřní stěnu přídržného obvodového krytu. Komora pro elektrodifuzi je využitelná při výrobě planárních světlovodných struktur na dielektrických podložkách, zejména pro aplikaci součástek v integrované optice.The solution concerns the realization of planar light-guiding structures in the surface area of glass plates by exchanging ions from the melt under the action of an electric field. The essence of the solution lies in the fact that the basic body of the electrodiffusion chamber with a space closable by an adjacent glass plate, provided on its adjacent side with a graphite counter electrode, is mounted on a supporting tube intended at the same time for supplying compressed air to the space, and is placed in a holding peripheral cover with pressure arms resting on the edge part of the glass plate. A flexible contact member extends into the space of the electrodiffusion chamber, which is connected by a supply cable to the source of electric voltage and rests on the graphite counter electrode, on the adjacent side of the glass plate. A spacer member formed by a double-reversible lever is placed between the wall of the basic body of the chamber and the inner wall of the holding peripheral cover, which rests by the pressure point on the rear wall of the chamber body. A pressure element rests on the opposite side of the double-reversible lever and its lower supporting edge part rests on the inner wall of the retaining peripheral cover. The electrodiffusion chamber is useful in the production of planar light guide structures on dielectric substrates, especially for the application of components in integrated optics.

Description

Vynález se týká komory pro elektrodifúzi v tavenině, sloužící pro výměnu iontů v povrchové oblasti skleněných podložek z taveniny, probíhající za spolupůsobení elektrického pole.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a melt electrodiffusion chamber for the exchange of ions in the surface region of glass melt substrates, under the action of an electric field.

Je známo, že proces substituční difúze slouží například k vytváření planárních světlovodnýoh struktur pro výrobu součástek integrované optiky. Tyto struktury lze vytvářet též termickou difúzi bez spolupůsobení elektrického pole. Elektrické pole však iontovou výměnu urychluje a současně umožňuje difúzní proces přesněji regulovat, přičemž poskytuje možnost vytváření ponořených vlnovodů. Vzhledem k vysoké teplotě, při které difúze probíhá a omezenému výběru vhodných konstrukčních materiálů, použitelných a chovajících se inertně v agresivním prostředí taveniny, představuje dokonalé izolační oddělení protilehlých stran skleněných podložek značný problém.It is known that the substitution diffusion process serves, for example, to create planar light-guide structures for the production of integrated optic components. These structures can also be created by thermal diffusion without the interaction of an electric field. However, the electric field accelerates the ion exchange and at the same time allows the diffusion process to be more accurately controlled, while providing the possibility of forming submerged waveguides. Due to the high temperature at which diffusion takes place and the limited choice of suitable construction materials that can be used and behaved inertly in an aggressive melt environment, the perfect isolation of opposing sides of glass substrates is a considerable problem.

Jsou známa zařízení pro provádění elektrodifúze v tavenině používající skleněné substráty ve tvaru misky, kdy difúzní výměna iontů probíhá na vnější ploše skleněné misky z taveniny ji smáčející a tvořící jednu z elektrod, přičemž druhá elektroda je umístěna ve vnitřním prostoru skleněné misky. Válcová část skleněné misky slouží pro izolační oddělení taveniny a druhé elektrody.Apparatus for performing electrodiffusion in a melt using glass substrates is known, wherein the diffusion ion exchange takes place on the outer surface of the glass from the melt wetting it and forming one of the electrodes, the other electrode being located in the interior of the glass. The cylindrical portion of the glass dish serves to isolate the melt and the second electrode.

Nevýhodou uvedeného řešení je nutnost použití skleněných podložek miskového tvaru, jejichž výroba je poměrně náročná i nákladná se zřetelem na nezbytnou rovinnost obou ploch a následnou nutnost dodatečného odstraňování miskového okruží po ukončení difúzníhó procesu.The disadvantage of this solution is the necessity to use glass plates of a bowl shape, which are relatively demanding and expensive to manufacture with respect to the necessary flatness of both surfaces and the consequent necessity of additional removal of the bowl ring after the diffusion process.

Výše uvedené nedostatky odstraňuje komora pro elektrodifúzi v tavenině podle vynálezu, určená pro umístění v nádobě s taveninou tvořící jednu elektrodu zdroje elektrického napětí.The above drawbacks are overcome by the melt electrodiffusion chamber of the present invention intended to be placed in a melt vessel forming a single electrode of a power source.

Podstata vynálezu spočívá v tom, že základní těleso komory pro elektrodifúzi, opatřené prostorem uzavíratelným přilehlou skleněnou destičkou, opatřenou na své příložné straně grafitovou protielektrodou a tvořící součást komory, je upevněno na nosné a přívodní trubce, určené současně pro přívod stlačeného vzduchu do prostoru komory. Těleso komory je umístěno v přídržném obvodovém krytu opatřeném na dolní části přítlačnými rameny doléhajícími na okrajové části skleněné destičky, přiložené k prostoru komory. Do prostoru komory zasahuje pružný kontaktní člen uložený v izolačním tělese upevněném v tělese komory, který je spojen jedním koncem přívodním kabelem se zdrojem elektrického napětí a svým druhým koncem doléhá na grafitovou protielektrodu na přilehlé straně skleněné destičky. Mezi zadní stěnou tělesa komory pro elektrodifúzi a vnitřní stěnou přídržného obvodového krytu je umístěn rozpěrný člen, na nějž doléhá nejméně jeden přítlačný prvek uchycený ve stěně přídržného obvodového krytu.SUMMARY OF THE INVENTION The main body of the chamber for electrodiffusion, provided with a space closable to the adjacent glass plate, provided with a graphite counter electrode on its contact side and forming part of the chamber, is mounted on a support and supply tube intended to supply compressed air to the chamber. The body of the chamber is housed in a retaining circumferential housing provided at the lower part with thrust arms abutting the edge portion of the glass plate adjacent the chamber space. A resilient contact member extends into the chamber space housed in an insulating body mounted in the chamber body, which is connected at one end by a lead cable to a power source and at its other end abuts a graphite counter electrode on an adjacent side of the glass plate. Between the rear wall of the body of the electrodiffusion chamber and the inner wall of the retaining peripheral cover there is a spacer member supported by at least one thrust member mounted in the wall of the retaining peripheral cover.

Rozpěrný člen je výhodně dvojzvratnou pákou doléhající místem přítlaku a natáčení na zadní stěnu tělesa komory pro elektrodifúzi, přičemž na protilehlou stranu horní okrajové části dvojzvratné páky doléhá přítlačný člen a její dolní opěrná okrajová část doléhá na vnitřní stěnu přídržného obvodového krytu.Preferably, the spacer is a double-reversible lever abutting the pivot and pivot points on the rear wall of the body of the electrodiffusion chamber, the opposite side of the upper edge portion of the double-reversible lever being abutted and its lower abutment edge abutting the inner wall of the retaining peripheral cover.

Výhody řešení podle vynálezu spočívají v možnosti použití běžných rovinných skleněných podložek obdélníkového, kruhového, případně jiného tvaru bez větších nároků na jejich rovinnost a úpravu povrchu optickým leštěním.Advantages of the solution according to the invention reside in the possibility of using conventional flat glass substrates of rectangular, circular or other shape without major demands on their flatness and surface treatment by optical polishing.

Komora pro elektrodifúzi v tavenině podle vynálezu bude následovně blíže popsána v příkladovém provedení pomocí připojeného vyobrazení, znázorňujícího na obr. 1 její celkové uspořádání v osovém řezu a na obr. 2 v půdorysu.The melt electrodiffusion chamber of the present invention will now be described in more detail by way of example with reference to the accompanying drawing, in FIG. 1 showing its overall arrangement in axial section and in FIG. 2 in plan view.

Komora pro elektrodifúzi v tavenině je umístěna v nádobě N s taveninou T, která tvoří jednu elektrodu zdroje elektrického napětí.The melt electrodiffusion chamber is housed in a vessel N with a melt T, which forms one electrode of the power supply.

Základní těleso 1 komory pro elektrodifúzi je opatřeno prostorem P uzavíratelným přilehlou skleněnou destičkou 2i' opatřenou na své příložné straně grafitovou protielektrodouThe base body 1 for the electrodiffusion chamber is provided with a space P closable by an adjacent glass plate 2i 'provided with a graphite counter electrode on its side side

111. Toto uspořádání slouží pro oddělení zmíněné grafitové protielektrody 111 od taveniny T tvořící druhou elektrodu zdroje elektrického napětí. Základní těleso 2 komory je upevněno na nosné a přívodní trubce 5, určené současně pro přívod stlačeného vzduchu do prostoru P jeho komory. V tomto případě nejde jen o upevnění základního tělesa 2 komory v nádobě N s taveninou T, ale především o zabezpečení přívodu stlačeného vzduchu do prostoru P komory, s cílem zamezení vniknutí taveniny T do tohoto prostoru z okolního prostředí taveniny T o vysoké teplotě. Základní těleso komory je umístěno v přídržném obvodovém krytu 2, zakončeném v dolní části přítlačnými rameny 21 doléhajícími na okrajové části skleněné destičky 11 za účelem zajištění jejího přilehnuti k dosedací ploše základního tělesa 2 komory pro elektrodifúzi. Do prostoru P komory zasahuje pružný kontaktní člen 2» uložený v izolačním tělese upevněném v základním tělese JL komory, který je spojen jedním koncem přívodním kabelem £ se zdrojem elektrického napětí a svým druhým koncem doléhá na grafitovou protielektrodu 111 na skleněné destičce 11 Toto uspořádání slouží k vzájemnému oddělení obou elektrod a k zajištění spolehlivého připojení grafitové elektrody ke zdroji elektrického napětí. Za účelem vyvození dostatečné síly pro přítlak skleněné destičky 11 k dosedací ploše komory je mezi zadní stěnou tělesa 2 této komory a vnitřní stěnou přidržného obvodového krytu 2 umístěn rozpěrný člen, na nějž doléhá nejméně jeden přítlačný prvek 2 uchycený ve stěně přidržného obvodového krytu 2 pomocí závitové průchodky 22.111. This arrangement serves to separate said graphite counter electrode 111 from the melt T forming the second electrode of the power source. The chamber main body 2 is mounted on a support and supply pipe 5 intended simultaneously for supplying compressed air to the chamber P of its chamber. In this case, it is not only the attachment of the chamber main body 2 in the vessel N with the melt T, but above all a supply of compressed air to the chamber P of the chamber, in order to prevent the melt T from entering the area from the surrounding high temperature melt T. The chamber body is housed in a retaining circumferential cover 2 terminating in the lower portion with thrust arms 21 abutting the edge portion of the glass plate 11 to ensure abutment thereof to the abutment surface of the body 2 of the electrodiffusion chamber. The chamber P extends into a resilient contact member 2, housed in an insulating body mounted in the base body 11, which is connected at one end by a power cable 6 to a power source and abuts the other end on a graphite counter electrode 111 on a glass plate 11. separating the two electrodes from each other and ensuring a reliable connection of the graphite electrode to the power supply. In order to exert sufficient force to press the glass plate 11 against the chamber seating surface, a spacer member is placed between the rear wall of the chamber body 2 and the inner wall of the retaining circumference 2 and supported by at least one pressure element 2 bushings 22.

Rozpěrný člen je v daném případě tvořen dvojzvratnou pákou 2 doléhající místem přítlaku a natáčení na zadní stěnu tělesa 1 komory pro elektrodifúzi, přičemž na protilehlou stranu horní okrajové části dvojzvratné páky 2 doléhá přítlačný prvek 4 a její dolní opěrná okrajová část 31 je opřena o vnitřní stěnu přidržného obvodového krytu 2. Toto opatření slouží pro snadné rozebrání celkového uspořádání komory pro elektrodifúzi po skončení procesu elektrodifúze, za účelem vyčištění jednotlivých částí komory od zbytků ztuhlé taveniny T a výměny vložené skleněné destičky 11 za další.In the present case, the spacer is formed by a double-reversible lever 2 abutting the point of pressing and pivoting on the rear wall of the body 1 of the electrodiffusion chamber, the opposite side of the upper edge of the double-reversible lever 2 bears a pressing element 4 and its lower abutment edge 31 is supported This measure serves to easily disassemble the overall configuration of the electrodiffusion chamber after the completion of the electrodiffusion process, in order to clean the individual parts of the chamber from the solidified melt residues T and replace the inserted glass plate 11 with another.

Proces elektrodifúze v tavenině probíhá na vnější straně skleněné destičky 11, přilehlé k dosedací obvodové ploše tělesa 2 komory svojí protější stranou, opatřenou grafitovou elektrodou 111. Očelem komory pro elektrodifúzi je jednak umístění skleněné destičky 21 ve stanovené poloze v roztavené tavenině T v nádobě N při současném zabezpečení izolačního oddělení grafitové elektrody 111 na jedné straně skleněné destičky 11 od taveniny T, smáčející její vnější stranu a tvořící druhou elektrodu, připojenou ke zdroji elektrického napětí.The melt electrodiffusion process takes place on the outside of the glass plate 11 adjacent to the abutment surface of the chamber body 2 with its opposite side provided with a graphite electrode 111. The purpose of the electrodiffusion chamber is to position the glass plate 21 in a predetermined position in the molten melt T in vessel N at at the same time providing an insulating separation of the graphite electrode 111 on one side of the glass plate 11 from the melt T, wetting its outer side and forming the other electrode connected to a power source.

Během difúzního procesu se zajištuje utěsnění vnitřního prostoru P základního tělesa 2 komory mírným přetlakem vzduchu přiváděným přívodní a nosnou trubkou 5. Tento přetlak zabraňuje vniknutí taveniny T do prostoru P případnými netěsnostmi mezi tělesem 2 komory a skleněnou destičkou 11 a zkratováni obou elektrod. Utěsnění prostoru P pomocí uvedeného přetlaku vzduchu se'provádí především z důvodu omezeného výběru vhodných konstrukčních materiálů, použitelných při vysokých teplotách v agresivním prostředí taveniny T. Skleněná destička 11 se přiloží k dosedací ploše tělesa 2 komory a přidrží pomocí přítlačných ramen 21 přidržného obvodového krytu 2 tak, že tato doléhají na její okrajové části, čímž se zajistí její přidržení během celého procesu elektrodifúze. Propojení elektrického obvodu se provede připojením grafitové elektrody 111 k jednomo pólu zdroje elektrického napětí.During the diffusion process, the inner space P of the chamber body 2 is sealed by a slight overpressure of air through the inlet and support pipe 5. This overpressure prevents the melt T into the space P from possible leaks between the chamber body 2 and the glass plate 11 and shorts the two electrodes. The sealing of the space P by said air overpressure is mainly due to the limited choice of suitable construction materials to be used at high temperatures in an aggressive melt environment T. The glass plate 11 is applied to the bearing surface of the chamber body 2 and held by the pressure arms 21 of the retaining enclosure 2 such that they abut on its peripheral parts, thereby ensuring its retention during the entire electrodiffusion process. The electrical circuit is connected by connecting the graphite electrode 111 to one pole of the power supply.

Tuto funkci zajištuje pružný kontaktní člen 2» uložený v izolačním tělese j6, upevněném v tělese 2 komory pro elektrodifúzi. Přítlačná síla potřebná k přidržení skleněné destičky 11 k dosedací ploše tělesa 2 komory se vyvozuje rozpěrným členem tvořeným dvojzvratnou pákou 2» jejíž střed se opírá o těleso 2 komory, přičemž dolní okraj dvojzvratné páky doléhá na vnitřní stěnu přidržného obvodového krytu 2 ^{a na} horní okraj dvojzvratné páky doléhá přítlačný prvek 2· Tento přítlačný prvek 2 je umístěn nad hladinou taveniny T, čímž se zabraňuje kontaminaci taveniny konstrukčními materiály z přítlačného prvku 2 ^a mimoto umožňuje uvolnění rozpěrného členu po vyjmutí komory pro elektrodifúzi z taveniny T s ulpělými zbytky na povrchu komory.This function is provided by a resilient contact member 2 'housed in an insulating body 16 mounted in the body 2 of the electrodiffusion chamber. The pressing force required to hold the glass plate 11 against the bearing surface of the chamber body 2 is exerted by a spacer member formed by a double-return lever 2 whose center abuts the chamber body 2, the lower edge of the double-return lever abutting the inner wall of the retaining skirt 2 ^and The pressure element 2 is positioned above the surface of the melt T, thereby preventing contamination of the melt with structural materials from the pressure element 2 ^and furthermore permits the release of the spacer after removal of the electrodiffusion chamber from the melt T with residues on the chamber surface.

Komora pro elektrodifúzi podle vynálezu je využitelná při výrobě planárních světlovodných struktur na dielektrických podložkách, zejména pro aplikaci součástek v integrované optice.The electrodiffusion chamber of the present invention is useful in the manufacture of planar light guide structures on dielectric substrates, particularly for the application of components in integrated optics.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

A melt electrodiffusion chamber for positioning in a melt vessel forming a single electrode of a power source, characterized in that the base body (1) of the electrodiffusion chamber, provided with a space (P) closable by an adjacent glass plate (11), forming part of the chamber, provided with a graphite counter electrode (111) on its adjacent side, is mounted on a support and supply tube (5), which is simultaneously intended for supplying compressed air to the space (P) and is located in the holding peripheral cover (2) with pressure arms (21) abutting on the edge portion of the glass plate (11), wherein a resilient contact member (7) extends into the chamber (P) of the electrodiffusion chamber housed in an insulating body (6) mounted in the chamber body (1) cable (8) with a power supply and its other end abuts the graphite counterelectrode (111) an opposing side of the glass plate (11), wherein a spacer member is disposed between the rear wall of the electrodiffusion chamber body (1) and the inner wall of the holding peripheral cover (2), supported by at least one thrust member (4) mounted in the wall of the holding peripheral cover ( 2).

A melt electrodiffusion chamber according to claim 1, characterized in that the spacer member is formed by a double-reversible lever abutting and pivoting on the rear wall of the body of the electridiffusion chamber, the opposite side of the upper edge portion of the double-reversible lever (3). the pressing element (4) and its lower abutment edge portion (31) abutting the inner wall of the retaining peripheral cover (2).