JPS60237405A - イオン交換による光学素子の製造方法 - 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】 〈発明の属する技術分野〉 本発明は、誘電体基板に溶融塩を接触させ電界を印加し
て溶融塩中のイオンを基板内に拡散させて屈折率分布を
与えるイオン交換法による光学素子の製造り法の改良に
関する。

〈従来技術の説明〉 上記のような電界印加イオン交換法としては、第３図あ
るいは第４図に示す方法か知られている。

第３図に示す方法は、誘電体基板２０の下面に所要パタ
ーンの間口部２１を設けたマスク２２を施し、基板を水
平に保持してこのマスク面を基板の屈折率変化に寄与す
るイオンを含む第一の溶融塩２３に接触させる。また、
基板の側周に側壁２４を設けて容器状にし、この容器内
に第二の溶融塩２５を満たし、上記第一、第二の溶融塩
２３．２５中ｉ電極板を浸漬配置し、両電極板２６．２
７間に直流電圧を印加する。

これにより第一の溶融塩２３中に含まれるイオンがマス
ク開口を通して基板中に拡散し、マスク開口部の基板内
に屈折率分布をもつ領域、例えば屈折率分布型レンズあ
るいは導波路が形成される。

また基板上面から抜は出たイオンは第二の溶融塩２５中
に放出される。

また第４図に示した方法は基板２０を垂直にしこの基板
の両面側に、一方の側壁を欠（二つの容器２８．２９を
当て付けて接着等により液密に接合し、これら容器２８
．１０に前述した第一、第二の溶融塩２３．２５を溝た
して電界を印加しつつイオン交換を行なう方法である。

〈発明が解決しようとする従来技術問題点〉第゛３図の
方法では、電圧印加の結果、溶融塩が電気分解されて発
生ずる微小な気泡３０およびこの気泡に伴なって浮上す
る異物が基板の下面に停滞し、時間の経過とともに停滞
気泡および異物が多量になって基板面のマスク開口部に
おける溶融塩と誘電体面の接触が阻害されるに至り、イ
オン拡散が不均一となって良好な屈折率分布をもった光
等素子が得られなくなる。

また第４図に示す方法は、基板が垂直であるため」−紀
のような気泡による悪影響はないが、溶融塩の温度は５
００〜６００°Ｃという高温であるため基板と溶融塩と
の間、あるいは両者を接着する接着材と基板との間の熱
膨張率の違いに起因してしばしば基板に割れを生じたり
溶融塩が漏れるという問題があった。

〈発明の目的〉 本発明の目的は、上記従来の問題点を解決し、溶融塩か
ら発生ずる気泡の停滞を生じることがなく常時良好な状
態でイオン交換が行なわれ、しかも安全性、確実性の萬
い電界印加イオン交換法による光学素子の製造方法を提
供することにある。

〈発明の構成〉 上記目的を達成する本発明方法は、誘電体基板の下面を
、この誘電体の屈折率変化に寄与するイオンを含む溶融
塩に接触させ、基板両面間に電界を印加してｎ；１記イ
オンを基板中に拡散させて屈折率分布を（＝Ｉ与する光
学素子の製造方法において、ｎｉ＋記基板下■１１を前
記溶融塩の液面に対し望ましくは１度ないし３０度、よ
り好ましくは３度ないし１０度の角度をつけて傾斜させ
る。

〈発明の作用も効果〉 本発明方法によれば、電界印加により陽極側溶融塩中に
発生ずる気泡は傾斜している誘電体基板の下面に沿って
移動浮上し、したがって基板の下面に気泡あるいは異物
が停滞することがなく基板露出面全体に溶融塩か常に接
触し良好な状態でイオン交換が行なわれる。

また、気泡の移動によって溶融塩の基板面との接触部域
が撹拌され、基板内部へ拡散することによってイオンが
減少している基板面近傍の溶融塩に対し、上記撹拌によ
って深部からのイオン補充が効果的に行なわれる。

〈実施例〉 以下本発明を図面に示した実施例について詳細に説明す
る。

第１図は本発明の一実施例を示ず縦断面図１であり、１
は誘電体例えばガラスからなる基板で、この基板１の下
面には所望の光学素子の平ｍ１パターンに応じた開口部
２を設けたヂタ／膜等からなるイオン透過防止マスク３
か施しである。

」−記の基板１は、塩バス４に満たされた溶融１！ｉ５
にマスキング面（下面）ＩＡを接触させ、溶融塩５の液
面５Ａに対し基板下面ＩＡが所定の角度θで傾斜するよ
うに保持する。この保持は、例えば塩溶容器底壁に設け
た傾斜支持脚」二に基板を載せる。溶融塩５中には陽極
側電極板６を浸漬し、基板下面ＩＡに対向させ且つ基板
下面ＩＡと平行にして保持する。

また、基板の上面ＩＢには金属薄膜例えば銀薄膜を蒸着
等で付着形成してこれを陰極側電極７とし両電極６，７
を直流電源８に接続する。

また、基板１を傾斜させることによって溶融塩５が陰極
側電極と接触しないようにするために、基板１の側周に
この基板と一体の側壁ＩＣを例えばプレス加工等によっ
て形成し、溶融塩５の侵入を防止している。

溶融塩５としては基板１の屈折率を変化する効果をもつ
イオンを含む塩、一般には基板ガラスの屈折率増大に寄
与するタリウムイオン、銀イオン等の１価イオンを含む
硫酸塩が使用される。

上記装置において、両電極６，７間に直流電圧を印加す
ると溶融塩５中のイオンが基板下面ＩＡのマスク開口部
２を通して基板内に拡散し、基板内の上記マスク開口直
下に上記イオンの濃度分布によって屈折率分布が形成さ
れる。

そして、電圧印加の結果溶融塩中に発生ずる微小気泡お
よび気泡にイー１随する異物は傾斜している基板下面に
沿って浮上移動し、従来のように一ト面に停滞すること
がなく、基板下面のマスク開口部では気泡あるいは浮上
異物に阻害されることなく効率的に且つ全体に均一にイ
オン交換が行なわれる。

上記の第一段イオン交換の後必要に応じて第二段のイオ
ン交換処理を直流電圧印加のもとで行なう。

この第二イオン交換処理時は上記マスクを除去し溶融塩
として屈折率減少に寄与する例えばカリウム（Ｋ）イオ
ン、ナトリウム（Ｎ　ａ）イオン等の一価イオンを含む
溶融塩を用いる。

これにより第一段イオン交換で形成された断面が略２１
′円形の高屈折率領域は円形に変形しつつ基板深部に移
動し、基板内には断面が略円形の屈折率分布をもったレ
ンズ、導波路等の光学素子が埋め込み形成される。

この第二段イオン交換処理においても前述と同様に基板
下面を溶融塩液面に対し斜めに保持しておけば気泡に阻
害されることなく効率的に且つ均一・にイオン交換を行
なうことができる。

イオン交換の終了後、基板側周の側壁ＩＣおよび電極膜
、マスクを除去することにより第２図に示すように平板
状の誘電体基板１０中にレンズ、導波路等の屈折率分布
型光学素子１１が埋め込み形成された光学素子が得られ
る。

以上本発明を図１面に示した実施例について説明したが
、図示側以外に種々の変更が可能である。

例えば、陰極側電極７は金属％ｈＶ膜以外に導電ペース
ト等種々の導電物質が使用でき、さらに基板底壁と側周
壁で囲まれる容器空間９内に溶融塩を満たしてこのル中
に陰極電極板を配置してもよい。

要するに、陰極側が陽極側に対し絶縁されており、且つ
基板から抜は出るイオンの通過が阻害されない範囲なら
Ｗｔ造に制限は無い。

また、基板が小さいときは基板側周の側壁ＩＣを省略し
てもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す縦断面図、第２図は本
発明で製造される光学素子の一例を示す断面図、第３図
は従来のイオン交換力ドを示ず縦断面図、第４図は従来
の他の方法を示す断面図である。 １・誘電体基板　ＩＣ・・・側壁　２・・・開口３・・
・マスク　４・・・塩バス　５・溶融塩６．７・・・電
極　８・・・直流電源 特許出願人　日本板硝子株式会社 第１図 第２図 第３図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）誘電体基板の下面を、この誘電体の屈折率変化に寄
   与するイオンを含む溶融塩に接触させ、基板両面間に電
   界を印加して前記イオンを基板中に拡散させて屈折率分
   布を付与する光学素子の製造方法において、 前記基板下面を前記溶融塩の液面に対し傾斜させること
   を特徴とするイオン交換による光学素子の製造方法。 ２、特許請求の範囲第１項において、基板面の傾斜角を
   １度ないし３０度とする光学素子の製造方法。 ３）特許請求の範囲第１項において、基板の上乍面に対
   向配置する電極を基板面と平行に保持する光学素子の製
   造方法。 ４）特許請求の第１項において、電界印加は前記溶融塩
   と接触する面側を陽極とし他面側を陰極とする光学素子
   の製造方法。 ５）特許請求の範囲第４項において、陰極側の電極を誘
   電体基板面に付着した金属薄穀で形成した光学素子の製
   造方法。 ６）特許請求の範囲第１項において、誘電体基板の側周
   に立上り側壁を一体に形成して傾斜に伴なう基板上面へ
   の前記溶融塩侵入を防止するようにした光学素子の製造
   方法。 ７）特許請求の範囲第６項において、基板」−面と側周
   壁で囲まれる容器部に基板」二面に接触させるべき溶融
   塩を満たず光学素子の製造方法。