JPS6177807A - イオン交換による光学素子の製造方法 - Google Patents
イオン交換による光学素子の製造方法Info
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- JPS6177807A JPS6177807A JP59200172A JP20017284A JPS6177807A JP S6177807 A JPS6177807 A JP S6177807A JP 59200172 A JP59200172 A JP 59200172A JP 20017284 A JP20017284 A JP 20017284A JP S6177807 A JPS6177807 A JP S6177807A
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Classifications
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C21/00—Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface
- C03C21/001—Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface in liquid phase, e.g. molten salts, solutions
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
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- G02B6/1345—Integrated optical circuits characterised by the manufacturing method by substitution by dopant atoms using ion exchange
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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。
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、イオン交換によ〜てガラス基板中に光導波路
、レンズなど断面内で屈折率勾配をもつ光学素子を一体
に形成する方法の改良に関する。
、レンズなど断面内で屈折率勾配をもつ光学素子を一体
に形成する方法の改良に関する。
上記のような基板内埋め込み型の光学素子をつくる場合
、第５図に示すようにまずガラス基板／の片面を導波路
、レンズアレイ等所定のパターンの開口を設けたイオン
透過防止マスク桐２で被覆し、この基板／のマスク面上
に四周側壁材３を接着ｊ・ガｔにより接合して基板／を
底壁とする容器５をつくり、この容器ｊ内にタリウム（
Ｔ＃ ） イオン、銀（Ａｇ）イオン等鳩板ガラスの屈
折率増加ｆ寄与する陽イオンを含む硫酸塩、硝酸塩等の
溶融塩≦を溜め、また基板のマスク面とは反対側の面に
は池の溶融塩７を接触させる。
、第５図に示すようにまずガラス基板／の片面を導波路
、レンズアレイ等所定のパターンの開口を設けたイオン
透過防止マスク桐２で被覆し、この基板／のマスク面上
に四周側壁材３を接着ｊ・ガｔにより接合して基板／を
底壁とする容器５をつくり、この容器ｊ内にタリウム（
Ｔ＃ ） イオン、銀（Ａｇ）イオン等鳩板ガラスの屈
折率増加ｆ寄与する陽イオンを含む硫酸塩、硝酸塩等の
溶融塩≦を溜め、また基板のマスク面とは反対側の面に
は池の溶融塩７を接触させる。
そして両溶融塩６．７中に基板ｌに対向させて電極板に
Ａ、ざＢを浸？＋、１配百し、マスク面側電極板、ｒＡ
を賜４１ｉ 、裏面側′ｌ＋ｌＬ極板ｆＢを陰極として
電解を印加する。
Ａ、ざＢを浸？＋、１配百し、マスク面側電極板、ｒＡ
を賜４１ｉ 、裏面側′ｌ＋ｌＬ極板ｆＢを陰極として
電解を印加する。
上記処理により容器内の溶融塩６中の陽イオンがマスク
開口を通１．てｙ；板肉に拡散ｆ２人し、且つ基板／の
・、５血側からガラス中の附イオンが溶融塩７中に浸出
する。
開口を通１．てｙ；板肉に拡散ｆ２人し、且つ基板／の
・、５血側からガラス中の附イオンが溶融塩７中に浸出
する。
上記の電解印加イオン交換処理によって基板内には拡散
イオンの濃度分布に対応した屈折率勾配をもつ所期の光
導波路、レンズアレイ等の光学素子が一体形成される。
イオンの濃度分布に対応した屈折率勾配をもつ所期の光
導波路、レンズアレイ等の光学素子が一体形成される。
上述した電界印加イオン交換法は、電＋ｅ印加を行なわ
ない通常のイオン交換法に比べ、ドーパントの拡散を促
進するだけでなくイオン交換部分の屈折率分布を制御で
きる点でも優れている。イオン源としては溶融塩を用い
る方法と、真空蒸着やスパッタ法等で形成した銀膜等の
固体のイオン源を用いる方法があるが、イオン交換層の
屈折率分布の均質性では第５図のようｅこ溶融塩を用い
る方が優れている。
ない通常のイオン交換法に比べ、ドーパントの拡散を促
進するだけでなくイオン交換部分の屈折率分布を制御で
きる点でも優れている。イオン源としては溶融塩を用い
る方法と、真空蒸着やスパッタ法等で形成した銀膜等の
固体のイオン源を用いる方法があるが、イオン交換層の
屈折率分布の均質性では第５図のようｅこ溶融塩を用い
る方が優れている。
上記の従来方法では接着剤企使用して陽極側の：’Ｊ融
塩ｍｌめ容器５を各基板毎に組み立てるため、生産性が
芯く非能率的であるばかりでなく、電解イオン交換処理
は通常数百度Ｃの高温に維持しつつ行なうので接着剤と
基板の熱膨張係数の違いによってガラス基板が破損した
り、接着部分から溶融塩の液洩れをｌドじる等の問題が
あった。
塩ｍｌめ容器５を各基板毎に組み立てるため、生産性が
芯く非能率的であるばかりでなく、電解イオン交換処理
は通常数百度Ｃの高温に維持しつつ行なうので接着剤と
基板の熱膨張係数の違いによってガラス基板が破損した
り、接着部分から溶融塩の液洩れをｌドじる等の問題が
あった。
上記問題を解決・ｒる方法として、溶融塩溜め容器ｊ内
を負圧としにの容器ｊの開放された下端に基板／を吸引
保持させ、この状態でイオン交換処理を行なう方法が提
案されている。しかしながら上記の改良方法によっても
、イオン交換温度が高くなり基板ガラスの粘性がｌｏｇ
η−７２〜／ｊ（転移温度上ｓｏ’ｃ付近）に低下する
と基板表裏面間の圧力差によって基板が変形するという
不都合を生じる。例えばｓｏｍｍ角で７ｍｍ厚みのソー
ダライムガラス基板を使用し、溶融塩溜め容器！内圧力
をｇ ｘ ｏ ｍｍＨｇとして温度ｔｊＯ℃のもとで電
界イオン交換処理を行なった場合、処理後のガラス基板
は容器Ｓ内に向けてわん曲変形し、周縁部と中央付近と
の間でおよそ２００μｍの段差を生じる。
を負圧としにの容器ｊの開放された下端に基板／を吸引
保持させ、この状態でイオン交換処理を行なう方法が提
案されている。しかしながら上記の改良方法によっても
、イオン交換温度が高くなり基板ガラスの粘性がｌｏｇ
η−７２〜／ｊ（転移温度上ｓｏ’ｃ付近）に低下する
と基板表裏面間の圧力差によって基板が変形するという
不都合を生じる。例えばｓｏｍｍ角で７ｍｍ厚みのソー
ダライムガラス基板を使用し、溶融塩溜め容器！内圧力
をｇ ｘ ｏ ｍｍＨｇとして温度ｔｊＯ℃のもとで電
界イオン交換処理を行なった場合、処理後のガラス基板
は容器Ｓ内に向けてわん曲変形し、周縁部と中央付近と
の間でおよそ２００μｍの段差を生じる。
一方、上記のような基板ガラスの熱変形を回避すべくイ
オン交換処理温度を下げるとイオンの拡散速度が遅く処
理に時間がかかるというＡ題を生じる。
オン交換処理温度を下げるとイオンの拡散速度が遅く処
理に時間がかかるというＡ題を生じる。
基板上面に設ける溶融塩収容容器の外周部に下２、室の
みを排気するようにし、これにより容器と基板との密層
固定を溶融塩接触部域外の基板周辺部での真空吸着で行
なう。
みを排気するようにし、これにより容器と基板との密層
固定を溶融塩接触部域外の基板周辺部での真空吸着で行
なう。
本発明によれば、光学素子が形成される基板中央の溶副
：塩との接触部域は大気圧のままであるから従来のよう
に真空吸着による内外圧力差でこの部分に反り、変形を
生じることがなく平担に維持され光学素子が形成されな
い浴融塩抜触部域外の周辺環状部分で溶融塩容器と基板
とを真空吸着するようにしているので、基板中央部を負
圧にする場合Ｖζ比へて変形は極めて小さく、また光学
素子ンこ悪影？グを及ぼすことがない。さらンこ必要で
あれは変形した吸着保持部分は切断除去することもでき
る。
：塩との接触部域は大気圧のままであるから従来のよう
に真空吸着による内外圧力差でこの部分に反り、変形を
生じることがなく平担に維持され光学素子が形成されな
い浴融塩抜触部域外の周辺環状部分で溶融塩容器と基板
とを真空吸着するようにしているので、基板中央部を負
圧にする場合Ｖζ比へて変形は極めて小さく、また光学
素子ンこ悪影？グを及ぼすことがない。さらンこ必要で
あれは変形した吸着保持部分は切断除去することもでき
る。
また、μ仮と容器とを接着剤で接合する方法に比べて、
作業が極めてｆ？ｉｉ単で迅速にセントすることができ
、且つ接オ゛ｉ剤との熱膨張係数の違いによる基板の破
ＪＧや接着部分からの溶融塩洩れといった問題も回避す
ることができ、大面積の基板に高精度で光学素子をＪ構
成することが可能となる。
作業が極めてｆ？ｉｉ単で迅速にセントすることができ
、且つ接オ゛ｉ剤との熱膨張係数の違いによる基板の破
ＪＧや接着部分からの溶融塩洩れといった問題も回避す
ることができ、大面積の基板に高精度で光学素子をＪ構
成することが可能となる。
以下本発明を図面に示した実施例に基づき詳細に説明す
る。
る。
第１図は本発明で使用する溶融塩容器の断面図であり第
２ＦＡは同容器の斜視図である。溶融塩容器ＩＯは石英
等のｌｌｌ１．Ｉ蝕、耐熱性材料で構成されており、上
下端が開放した角筒状の内Ｂ４ ／ ｌの外側に内高外
周面との間に一定幅の環状空隙／２をおいて外ｒ；’ｒ
７ ／ ３ ヲ装置ｉ’？ Ｌ、両筒／ ／ ｙ ／
３ ノ上Ｑ間ヲ連結しして気密封止し、外筒１３の側壁
の一部に上記空隙／２に連通ずる誹気口ｌグを取り付け
たＮ’７ 農となっている。そして内外筒１／、／３の
下端面は而−に揃えるとともに平担面に仕上げである。
２ＦＡは同容器の斜視図である。溶融塩容器ＩＯは石英
等のｌｌｌ１．Ｉ蝕、耐熱性材料で構成されており、上
下端が開放した角筒状の内Ｂ４ ／ ｌの外側に内高外
周面との間に一定幅の環状空隙／２をおいて外ｒ；’ｒ
７ ／ ３ ヲ装置ｉ’？ Ｌ、両筒／ ／ ｙ ／
３ ノ上Ｑ間ヲ連結しして気密封止し、外筒１３の側壁
の一部に上記空隙／２に連通ずる誹気口ｌグを取り付け
たＮ’７ 農となっている。そして内外筒１／、／３の
下端面は而−に揃えるとともに平担面に仕上げである。
上記の溶融容柑１を使って電解イオン交換処理を行なう
方法を第３図に示す。
方法を第３図に示す。
／ｊはガラス基板であり、この基板上面は微小レンズの
アレイ、光導波路等所期の光学素子の平面パターンに応
じた開口を残してイオン透過防止マスク／４で覆っであ
る。
アレイ、光導波路等所期の光学素子の平面パターンに応
じた開口を残してイオン透過防止マスク／４で覆っであ
る。
この基板上面に溶融塩容器１０を空隙部／２の開口側を
下にして載せる。
下にして載せる。
Ｉ？
そして内筒ｌｌ内の溶融塩収容室−に、タリウム（ＴＯ
１銀（Ａｇ）などの基板ガラスの屈折率増加に寄与する
陽イオンを含む硫酸塩、硝酸塩等の固体状の塩を入れる
。また容器１０の排気口／グを真空排気装置１７に接続
して、基板１５で下端開口部が］′Ａ塞されている内外
筒ｌ／、１３間の空隙／２（負圧室）を排気する。これ
によって基板１５はその周辺環状部分で内外圧力差によ
り容器１０に密着固定される。
１銀（Ａｇ）などの基板ガラスの屈折率増加に寄与する
陽イオンを含む硫酸塩、硝酸塩等の固体状の塩を入れる
。また容器１０の排気口／グを真空排気装置１７に接続
して、基板１５で下端開口部が］′Ａ塞されている内外
筒ｌ／、１３間の空隙／２（負圧室）を排気する。これ
によって基板１５はその周辺環状部分で内外圧力差によ
り容器１０に密着固定される。
次に容器ｌＯの下端に保持された基板１５の下面側を加
熱炉内にある溶融塩／９に接触させる。
熱炉内にある溶融塩／９に接触させる。
この溶融塩ｌｑ中には陰極側の電極板２ＪＢ が浸漬
配置しである。これにより容器１０内の塩は溶解して溶
融塩−〇となるので、この溶融塩２０中に陽極側の７ｒ
Ｌ極扱２３Ａを浸漬設置する。そして両電極板２．３に
、２３Ｂ間に電圧を印加しつつイオン交換処理をｔ）な
うと、容器１０内の溶融塩２０中に含まれる陽イオンが
マスク／乙の開口を通して基板内に拡散し、また基板１
５の裏面からはガラス中のイ副ンが他方の溶融塩１９中
に浸出して基板内には拡散したイオンの濃度分布に応じ
た屈折率勾配をもつレンズ、導波路等の所期の光学素子
２／が形成される。
配置しである。これにより容器１０内の塩は溶解して溶
融塩−〇となるので、この溶融塩２０中に陽極側の７ｒ
Ｌ極扱２３Ａを浸漬設置する。そして両電極板２．３に
、２３Ｂ間に電圧を印加しつつイオン交換処理をｔ）な
うと、容器１０内の溶融塩２０中に含まれる陽イオンが
マスク／乙の開口を通して基板内に拡散し、また基板１
５の裏面からはガラス中のイ副ンが他方の溶融塩１９中
に浸出して基板内には拡散したイオンの濃度分布に応じ
た屈折率勾配をもつレンズ、導波路等の所期の光学素子
２／が形成される。
以上のようにして溶融塩収容室１ｇ内は大気圧に開放し
ておき、その外周に設けた環状の負圧室／−の部分で吸
７７１保持しているから狭い幅でも充分大な吸着面積を
確保でき、容器全体を負圧にする場合に比べて内外圧力
差に因る基板の変形を実質的に無視し得る程度まで小さ
くすることができる。以上の実施例では基板の陰極面側
に溶融塩／９を接触させて、ガラス中のイオンをこの溶
融塩１９中へ逃が１ようにしているが、要するに導電性
が有り且つ基板ガラスからのイオンの抜は出しを阻害し
ないものであれば基板陰極面側に接触する導電媒体の材
質、構造に制限は無い。
ておき、その外周に設けた環状の負圧室／−の部分で吸
７７１保持しているから狭い幅でも充分大な吸着面積を
確保でき、容器全体を負圧にする場合に比べて内外圧力
差に因る基板の変形を実質的に無視し得る程度まで小さ
くすることができる。以上の実施例では基板の陰極面側
に溶融塩／９を接触させて、ガラス中のイオンをこの溶
融塩１９中へ逃が１ようにしているが、要するに導電性
が有り且つ基板ガラスからのイオンの抜は出しを阻害し
ないものであれば基板陰極面側に接触する導電媒体の材
質、構造に制限は無い。
例えば、第１図に示すように基板の下面側に銀膜等の導
電薄膜２２を施してこの薄膜２２に陰極を接続して電圧
印加を行なうようにしてもよい。
電薄膜２２を施してこの薄膜２２に陰極を接続して電圧
印加を行なうようにしてもよい。
また容？：５１０は第１図に示したように角筒状とする
以外に円筒状その他基板の形状に応じて種々の形状にす
ることができる。
以外に円筒状その他基板の形状に応じて種々の形状にす
ることができる。
〔試 験 例〕
弘容器１０として円筒状で外筒１３の外径が７ｇｍｍ
、内筒／／の内径が５６ｍｍ、肉厚が３ｍｍ、負王室の
間隙幅ｔｍｍの石英製容器を製作した。
弘容器１０として円筒状で外筒１３の外径が７ｇｍｍ
、内筒／／の内径が５６ｍｍ、肉厚が３ｍｍ、負王室の
間隙幅ｔｍｍの石英製容器を製作した。
一方、大きさがざＯｍｍψで厚さ７ｍｍのソーダライム
ガラス基板を用意し、この基板の片面に、フォトリソグ
ラフィー法で直径ｑＯμｍの多数の開孔を規則旧バ配列
したチタン（Ｔ１）膜からなるイオン透過防止マスク１
６を施した。
ガラス基板を用意し、この基板の片面に、フォトリソグ
ラフィー法で直径ｑＯμｍの多数の開孔を規則旧バ配列
したチタン（Ｔ１）膜からなるイオン透過防止マスク１
６を施した。
また裏面側には銀１ｐを施した。
上記基板のマスク面側に上記容器１０を載せ、環状負圧
室／２内の圧力がｊ乙ＯｍｒｏＨｇとなるまで排気して
基板と容器とを吸着させた。
室／２内の圧力がｊ乙ＯｍｒｏＨｇとなるまで排気して
基板と容器とを吸着させた。
容器の内筒内に塩および電極板を入れ全１体を加熱炉内
に入れて温度を＃Ｌｔ’Ｃに上げた。そして溶融塩側を
陽極、銀膜側を陰極として基板両面間に電圧印加しつつ
イオン交換処理を行なった。この結果、マスク面側の基
板内には屈折率分布レンズが形成され、また基板の変形
は全く認められなかった。
に入れて温度を＃Ｌｔ’Ｃに上げた。そして溶融塩側を
陽極、銀膜側を陰極として基板両面間に電圧印加しつつ
イオン交換処理を行なった。この結果、マスク面側の基
板内には屈折率分布レンズが形成され、また基板の変形
は全く認められなかった。
図面のｒ／ｌｔ単な説明
第１図および・官２図は本発明で使用する溶融塩容器の
一例を示ｒそれぞれ断面図、斜視図、第３図は上記容器
を使用して電界イオン交換処理を行なう方法の一例を示
す断面図、第弘図は本発明の他の実施例を示す断面図、
第５図は従来の方法を示す断面図である。
一例を示ｒそれぞれ断面図、斜視図、第３図は上記容器
を使用して電界イオン交換処理を行なう方法の一例を示
す断面図、第弘図は本発明の他の実施例を示す断面図、
第５図は従来の方法を示す断面図である。
１０・・・溶融塩容器 ／２・・・負圧室１５・・・基
板 ／６・・・イオン透過防止マスクｌざ・・・溶融
１駄収容室 ／９，２０・・・溶融塩 ２１・・・光学素子２２−・
−導７ｕ Ａ’ｉ膜 ２３Ａ、２３Ｂ・−電極板第１図 第２図 第３図
板 ／６・・・イオン透過防止マスクｌざ・・・溶融
１駄収容室 ／９，２０・・・溶融塩 ２１・・・光学素子２２−・
−導７ｕ Ａ’ｉ膜 ２３Ａ、２３Ｂ・−電極板第１図 第２図 第３図
Claims (1)
- （１）ガラス基板を底壁としてこの基板の上面に溶融塩
収容容器を密着固定し、前記容器内に溶融塩を満たして
基板上面に接触させるとともに、他の導電媒体を基板下
面に接触させて電界印加のもとで溶融塩中のイオンを基
板内に拡散させて、拡散イオンの濃度分布に応じた屈折
率勾配をもつ光学素子を基板内に一体形成する方法にお
いて、前記容器の外周部に下端が開放され前記溶融塩収
容室とは気密隔離された負圧室を設け、該室内を排気し
て、前記容器と基板との密着固定を溶融塩接触部域外で
の真空吸着で行なう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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59200172A JPS6177807A (ja) | 1984-09-25 | 1984-09-25 | イオン交換による光学素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59200172A JPS6177807A (ja) | 1984-09-25 | 1984-09-25 | イオン交換による光学素子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6177807A true JPS6177807A (ja) | 1986-04-21 |
| JPH0528362B2 JPH0528362B2 (ja) | 1993-04-26 |
Family
ID=16419987
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59200172A Granted JPS6177807A (ja) | 1984-09-25 | 1984-09-25 | イオン交換による光学素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6177807A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02501864A (ja) * | 1987-01-08 | 1990-06-21 | イー・アイ・デユポン・デ・ニモアス・アンド・カンパニー | 光学的導波管の製造方法およびその製品 |
| JP2002228865A (ja) * | 2001-01-29 | 2002-08-14 | Fdk Corp | イオン交換方法及びそれによる光導波路デバイスの製造方法 |
-
1984
- 1984-09-25 JP JP59200172A patent/JPS6177807A/ja active Granted
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02501864A (ja) * | 1987-01-08 | 1990-06-21 | イー・アイ・デユポン・デ・ニモアス・アンド・カンパニー | 光学的導波管の製造方法およびその製品 |
| JP2002228865A (ja) * | 2001-01-29 | 2002-08-14 | Fdk Corp | イオン交換方法及びそれによる光導波路デバイスの製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0528362B2 (ja) | 1993-04-26 |
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