СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОЛИНЗ Российский патент 1997 года по МПК C03C21/00 

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.

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.

Недостатками этого способа изготовления микролинз являются сложность изготовления и использование дорогостоящего оборудования при выполнении операции вакуумного напыления металлических пленок и фотолитографии.

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.

Недостатками описанного способа являются сложность и высокая стоимость, обусловленная большим расходом серебра.

Технической задачей изобретения является упрощение и удешевление способа изготовления микролинз.

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.

На фиг.1 схематически представлен способ изготовления микролинз; на фиг. 2 прилагается фото внешнего вида полученной микролинзы.

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.

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.

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.

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.

2. Применение серебряной иглы в качестве источника ионов вместо тонкой пленки позволяет проводить диффузию сколь угодно долго, т.е. формировать микролинзы большого диаметра.

Изобретение может быть использовано при изготовлении устройств, осуществляющих фокусировку или коллимирование оптического излучения в волоконно-оптических схемах. Цель изобретения состоит в упрощении и удешевлении способа изготовления микролинз за счет использования в качестве источника ионов серебра серебряной иглы, являющейся одновременно анодом в процессе электростимулированной диффузии, и отказа в технологии изготовления микролинз от таких операций, как вакуумное напыление и фотолитография. 2 ил.

Способ изготовления интегральных микролинз, включающий электростимулированную диффузию ионов серебра в стеклянную пластинку с металлического анода, отличающийся тем, что анод выполнен в виде серебряной иглы, имеющей контакт сo стеклянной пластинкой.