Прозрачный материал для электронно-лучевого формирования в нем рефракционных интегрально-оптических элементов и структур Советский патент 1992 года по МПК C03C23/00 G11B11/03 

(Л

С

Область использования- приборостроение, изготовление оптич и интегрально-оп- тич. элементов и конструкций в прозрачных средах. Сущность изобретения: применяют оксидное фосфатное лазерное стекло, содержащее катионы-модификаторы Na или К, при следующем соотношении компонентов, мол.%: РаОб - 45-38, МеаО - 20-35, ВаОз - 20-5, МдО - 10-25, где Me К или Na, в качестве прозрачного материала для электронно-лучевого формирования в нем интег- рально-оптич. элементов и структур, основанных на рефракции света. При воздействии электронным пучком с энергией 3-30 кэВ и при дозе поглощенных электронов более 6 1017 электронов/см2, существенно увеличивается показатель преломления указанного стекла.

Изобретение относится к технике формирования в твердых прозрачных средах оптических и интегрально-оптических элементов и структур методом локального изменения показателя преломления под действием электронного пучка, а также к технике записи на прозрачном носителе оптически воспроизводимой инфорамции пу- тем создания в носителе оптического фазового изображения.

Известно, что в плавленом кварце облучением электронами с энергией 15 кэВ можно сформировать локальные приповерхностные области с повышенным по сравнению с матрицей показателем преломления. Среднее по глубине относительное увеличение показателя преломления дп/п 0,4% достигается при дозе облучения - 1,3 1019 электрон/см2, причем в плавпеном кварце

можно создать канальные оптические волноводы, а также конструкции на их основе.

Плавленный кварц, как материал для электронно-лучевого формирования в нем рефракционных элементов, обладает следующими недостатками: высокая доза облучения, необходимая для получения достаточного для указанных целей изменения показателя преломления, высокая стоимость исходного материала, обусловленная в числе других факторов4 высокой температурой варки стекла и сложностью его очистки, высокая трудоемкость и, следовательно, стоимость процесса изготовления тонких оптических гладких пластин, необходимых для интегрально-оптических устройств.

N о

СЛ

Ю Ю

Целью изобретения является повышение чувствительности материала к электронно-лучевому воздействию.

Цель достигается применением фосфатного лазерного стекла, содержащего ка- тионы-модификаторы Na или К, при следующем соотношении компонентов, мол.%:

P2U545-38

МеО20-35

В20з20-5

МдО10-25

где Me- К или Na.

Сверх этого основного состава в стекло могут входить в обычных небольших количе- ствах ( 1 %) з качестве примеси ионы редкоземельных элементов, делающие стекло лазерной активной средой, Они физически не влияют на радиационные свойства стекол.

Применение фосфатных стекол указанного выше состава по новому назначению стало возможным благодаря эффекту, заключающемуся в том, что при энергии 3-30 кэВ и дозе поглощенных электро- нов 6 10 эл/см2 остросфокусированный электронный пучок производит в фосфатных стеклах физико-химические изменения, приводящие к существенному увеличению их показателя преломления.

В указанном узком интервале концентраций стекла сохраняют практически одинаковую способность изменять показатель преломления под воздействием электронного пучка, что было установлено с по- мощью интерференционно-микроскопических измерений. Также было установлено, что электронное облучение изменяет не только показатель преломления стекла,, но и его коэффициент вторичной эмиссии электронов, что дает возможность производить не только оптическое, но и электронно-лучевое воспроизведение записанной на таком стекле информации.

Перед использованием стекла по ново- му назначению его поверхность покрывается вспомогательной тонкой ( 1000А) электро- и теплопроводящей пленкой металла (например, Аи, AI), которая после электронно-лучевой обработки может быть при необходимости снята механическим или химическим путем.

Пример. Оптически полированный образец стекла состава 0,4Ра05 - О. - 0,2МдО - 0,1 ВаОз локально облучают элект- ронным пучком диаметром 3 мкм при энергии электронов 25 кэВ и дозе поглощенных электронов 2 1018 эл/см плотность поглощенного образцом тока пучка составляет 1,3 А/см , скорость перемещения пучка по образцу- 100 мкм/мин. В процессе облучения разогрев стекла под пучком не превышает 80°. Оптическое изображение получают в режиме фазового контраста на просвет. Облученная область характеризуется измененным по сравнению с необлученной матрицей показателем преломления. Для данного образца при дозе поглощенных электронов 2 1018 эл/см2 среднее относительное увеличение показателя преломления, определенное с помощью интерференционно-оптического микроскопического метода расщепления, составило 5п/л 1,2%.

Относительное усредненное по облученной области изменение показателя преломления в фосфатных стеклах указанного состава при локальном электронном воздействии в 2-5 раз выше, чем у плавленого кварца, и достигается при дозах в 5 раз меньших.

Техническое решение существенно расширяет круг оптических стекол, показатель преломления которых эффективно трансформируется электронным пучком. В этот круг вводятся стекла, которые могут быть сделаны оптически активными введением соответствующих элементов-добавок (редкоземельные элементы).

Внедрение в практику прозрачных оптических материалов, показатель преломления которых может быть эффективно увеличен электронным пучком, позволит развить способы изготовления элементов интегральной оптики, основанные на внешних воздействиях на однородные материалы.

Формула изобретения Применение оксидного фосфатного лазерного стекла, содержащего катионы-модификаторы Na или К, при следующее соотношении компонентов, мол,%:

Р20545-38

Ме2020-35

В20з20-5

МдО10-25

где Ме-К или Na,

в качестве прозрачного материала для электронно-лучевого формирования в ней рефракционных ингредиентов интегрально- оптических элементов и структур.