一种玻璃基离子交换表面光波导芯片连续生产的方法

摘要

本发明公开了一种玻璃基离子交换表面光波导芯片连续生产的方法。放置隧道式高温炉，隧道式高温炉两端开设炉口分别作为进口端和出口端，且在隧道式高温炉的进口端和出口端之间布置水平的传送带；坩埚放置在传送带上并沿传送带运输，传送带的传送轮连接驱动结构，传送带的驱动结构作用下，传送带将坩埚从隧道式高温炉的进口端输送入隧道式高温炉，经高温离子交换反应后输送至隧道式高温炉的出口端。本发明提高了光波导芯片的一致性，使合格率更容易提高；降低了设计、优化玻璃基离子交换表面光波导芯片生产工艺参数的繁琐和成本；提高了光波导芯片的生产效率，降低了能耗。

权利要求

1.一种玻璃基离子交换表面光波导芯片连续生产的方法，其特征在于：放置隧道式高温炉(8)，隧道式高温炉(8)两端开设炉口分别作为进口端和出口端，且在隧道式高温炉(8)的进口端和出口端之间布置水平的传送带(10)；坩埚(3)放置在传送带(10)上并沿传送带(10)运输，传送带(10)的传送轮连接驱动结构(9)，传送带(10)的驱动结构(9)作用下，传送带(10)将坩埚(3)从隧道式高温炉(8)的进口端输送入隧道式高温炉(8)，经高温离子交换反应后输送至隧道式高温炉(8)的出口端。

2.根据权利要求1所述的一种玻璃基离子交换表面光波导芯片连续生产的方法，其特征在于：所述的坩埚(3)装有含掺杂离子的熔盐(2)，坩埚(3)底部通过支架(6)支撑放置有玻璃基片(4)，玻璃基片(4)上表面用微细加工工艺制作有带有镂空结构的掩膜(5)，支架(6)和玻璃基片(4)均完整浸没入含掺杂离子的熔盐(2)中，方法通过传送带(10)移动运输坩埚(3)将表面带有掩膜(5)的玻璃基片(4)浸没在坩埚(3)中含掺杂离子的熔盐(2)内进行离子交换制成表面光波导芯片。

3.根据权利要求2所述的一种玻璃基离子交换表面光波导芯片连续生产的方法，其特征在于：所述的玻璃基片(4)材料为硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃、磷酸盐玻璃或硼酸盐玻璃。

4.根据权利要求2所述的一种玻璃基离子交换表面光波导芯片连续生产的方法，其特征在于：所述的含掺杂离子的熔盐(2)所含的掺杂离子是：K+、Tl+、Ag+和Cs+。

5.根据权利要求1所述的一种玻璃基离子交换表面光波导芯片连续生产的方法，其特征在于：多个坩埚(3)间隔均布地放置在传送带(10)上并沿传送带(10)运输。

说明书

一种玻璃基离子交换表面光波导芯片连续生产的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及光器件、集成光学领域，具体涉及一种玻璃基离子交换表面光波导芯片连续生产的方法。

背景技术

[0002] 1969年，S.E.Miller提出了集成光学的概念，其基本思想是在同一块衬底(或基片)的表面制作光波导，并以此为基础实现光源、耦合器、滤波器等各种器件的集成化制作。通过这种集成化，实现光学系统的小型化、轻量化、稳定化，提高器件性能。

[0003] 采用离子交换法在玻璃基片上制作的集成光器件一直受到企业界和研究者们的重视。基于离子交换技术的玻璃基集成光波导器件具有一些优异的性质，包括：传输损耗低，易于掺杂高浓度的稀土离子，与光纤的光学特性匹配，耦合损耗小，环境稳定性好，易于集成，成本低廉等。1972年，第一篇关于离子交换制作光波导的论文发表，标志着玻璃基集成光学器件研究的起步。自那时起，各国研究机构投入大量的人力和财力进行玻璃基集成光器件的开发。截至目前，一些玻璃基片上的集成光学器件已经实现规模化生产与系列化，成功地用于光通信、光互连和光传感网络，并显示出很强的竞争力。

[0004] 现有方法所制作的离子交换光波导的光学特性依赖于离子交换时间和离子交换温度。采用现有的离子交换方式，即在箱式高温炉中进行离子交换，用于光波导芯片的批量化生产存在多方面的问题。

[0005] 第一，一般的箱式高温炉的容量有限，考虑到箱式高温炉炉腔内部的温度的不均匀性，高温炉所能容纳的玻璃基片的数目受到影响，限制了生产效率，也使芯片生产的平均能耗增加。

[0006] 第二，规模化生产需要很多台箱式高温炉同时工作，高温炉之间的温度差异，以及操作人员操作速度，操作习惯之间的差异增大了离子交换光波导光学性质的不一致性，不利于合格率的提高。

[0007] 第三，多台箱式高温炉，需要较多的固定资产投资，占用更多的土地资源。

[0008] 因此，现有的基于箱式高温炉的离子交换技术不能适合玻璃基光波导芯片大规模、批量化的生产。

发明内容

[0009] 为了解决背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种玻璃基离子交换表面光波导芯片连续生产的方法。

[0010] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案的是：

[0011] 本发明中放置隧道式高温炉，隧道式高温炉两端开设炉口分别作为进口端和出口端，且在隧道式高温炉的进口端和出口端之间布置水平的传送带；坩埚放置在传送带上并沿传送带运输，传送带的传送轮连接驱动结构，传送带的驱动结构作用下，传送带将坩埚从隧道式高温炉的进口端输送入隧道式高温炉，经高温离子交换反应后输送至隧道式高温炉的出口端。

[0012] 所述的坩埚装有含掺杂离子的熔盐，坩埚底部通过支架支撑放置有玻璃基片，玻璃基片上表面用微细加工工艺制作有带有中间镂空的掩膜，支架和玻璃基片均完整浸没入含掺杂离子的熔盐中，方法通过传送带移动运输坩埚将表面带有掩膜的玻璃基片浸没在坩埚中含掺杂离子的熔盐内进行离子交换制成表面光波导芯片。

[0013] 所述的玻璃基片材料为硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃、磷酸盐玻璃或硼酸盐玻璃。

[0014] 所述的含掺杂离子的熔盐所含的掺杂离子是：K+、Tl+、Ag+和Cs+。

[0015] 多个坩埚间隔均布地放置在传送带上并沿传送带运输。

[0016] 与现有的玻璃基光波导芯片制作技术相比，本发明具有的有益效果是：

[0017] 本发明提高了光波导芯片的一致性，使合格率更容易提高；减少了固定资产投资；提高了光波导芯片的生产效率，降低了能耗。

附图说明

[0018] 图1是采用本发明所述技术方案制作玻璃基表面光波导的示意图。

[0019] 图2是本发明坩埚结构装置示意图。

[0020] 图中：2.含掺杂离子的熔盐；3.坩埚；4.玻璃基片；5.掩膜；6.支架；7.离子掺杂区；8.隧道式高温炉；9.驱动机构；10.传送带。

具体实施方式

[0021] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

[0022] 如图1所示，具体实施放置隧道式高温炉8，隧道式高温炉8内具有高温加热设备对炉内进行加热达到离子交换温度，隧道式高温炉8直线的两端开设炉口分别作为进口端和出口端，且在隧道式高温炉8的进口端和出口端之间布置水平的传送带10，具体实施中，传送带10的上带位于隧道式高温炉8内，传送带10的下带位于隧道式高温炉8外，传送带10绕经隧道式高温炉8进口端和出口端的底部；多个坩埚3间隔均布地放置在传送带10上并沿传送带10运输，传送带10的传送轮连接驱动结构9，驱动结构9具体可为电机，传送带10的驱动结构9作用下，传送带10将坩埚3从隧道式高温炉8的进口端输送入隧道式高温炉8，经高温离子交换反应后输送至隧道式高温炉8的出口端。

[0023] 如图2所示，所述的坩埚3装有含掺杂离子的熔盐2，坩埚3底部通过支架6支撑放置有玻璃基片4，玻璃基片4上表面用微细加工工艺制作有光波导所用的带有中间镂空的掩膜5，中间镂空作为离子交换窗口，支架6和玻璃基片4均完整浸没入含掺杂离子的熔盐2中，方法通过传送带10移动运输坩埚3将表面带有掩膜5的玻璃基片4浸没在坩埚3中含掺杂离子的熔盐2内进行离子交换制成表面光波导芯片。

[0024] 掩膜5的中间镂空作为离子交换窗口，在坩埚3传送带10被输送过程中，含掺杂离子的熔盐2中的掺杂离子通过掩膜5形成的离子交换窗口与玻璃基片4中的Na+进行交换，掺杂离子进入玻璃基片4表面层，并扩散形成离子掺杂区7，形成表面光波导芯片的芯层。

[0025] 本发明所涉及的玻璃基离子交换表面光波导芯片连续生产的方法，分别以K+/Na+离子交换和Ag+/Na+离子交换制作的表面单模和多模光波导为例，介绍玻璃基离子交换表面光波导芯片连续生产的具体实施。

[0026] 实施例1：用K+/Na+离子交换制作单模光波导

[0027] 所需准备工作：

[0028] 长度为6米的隧道式高温炉(8)、传送带(10)以及驱动机构(9)。其中驱动机构(9)可以进行无级变速传送工作。

[0029] 含掺杂离子的熔盐(2)，这里是KNO3熔盐。

[0030] 表面制作有镂空结构的掩膜(5)的硅酸盐玻璃基片(4)。

[0031] 准备坩埚(3)70个，支架(6)70个。

[0032] 主要步骤如下：

[0033] (A)隧道式高温炉(8)升温至350℃，并保温。调整驱动机构(9)转速，使传送带(10)的传动速度为0.25mm/s。

[0034] (B)将支架(6)放入坩埚(3)内，并将玻璃基片(4)置入坩埚(3)内支架(6)之上；

[0035] (C)在坩埚(3)内注入含掺杂离子的熔盐(2)，至淹没玻璃基片(4)；

[0036] (D)将坩埚(3)置于隧道式高温炉(8)进口端的传送带(10)上；

[0037] (E)在隧道式高温炉(8)进口端的传送带(10)上，每隔10min，按照上述(B)-(C)-(D)的顺序，将一个新的玻璃基片(4)放入坩埚(3)中的支架(6)上，并注入含掺杂离子的熔盐(2)，置于隧道式高温炉(8)进口端的传送带(10)上；

[0038] (F)在第一次放置的内有玻璃基片(4)的坩埚(3)输送至隧道式高温炉(8)出口端之后，每间隔10min，将玻璃基片(4)从坩埚(3)内取出清洗，并对坩埚(3)中的含掺杂离子的熔盐(2)进行处理。

[0039] 实施例2：用K+/Na+离子交换制作多模光波导

[0040] 所需准备工作：

[0041] 长度为6米的隧道式高温炉(8)，传送带(10)，以及驱动机构(9)。其中驱动机构(9)可以进行无级变速传送工作。

[0042] 含掺杂离子的熔盐(2)，这里是KNO3熔盐。

[0043] 表面制作有镂空结构的掩膜(5)的硅酸盐玻璃基片(4)。

[0044] 准备坩埚(3)70个，支架(6)70个。

[0045] 主要步骤如下：

[0046] (A)隧道式高温炉(8)升温至400℃，并保温。调整驱动机构(9)转速，使传送带(10)的传动速度为0.20mm/s。

[0047] (B)将支架(6)放入坩埚(3)内，并将玻璃基片(4)置入坩埚(3)内支架(6)之上；

[0048] (C)在坩埚(3)内注入含掺杂离子的熔盐(2)，至淹没玻璃基片(4)；

[0049] (D)将坩埚(3)置于隧道式高温炉(8)进口端的传送带(10)上；

[0050] (E)在隧道式高温炉(8)进口端的传送带(10)上，每隔12.5min，按照上述(B)-(C)-(D)的顺序，将一个新的玻璃基片(4)放入坩埚(3)中的支架(6)上，并注入含掺杂离子的熔盐(2)，置于隧道式高温炉(8)进口端的传送带(10)上；

[0051] (F)在第一次放置的内有玻璃基片(4)的坩埚(3)输送至隧道式高温炉(8)出口端之后，每间隔12.5min，将玻璃基片(4)从坩埚(3)内取出清洗，并对坩埚(3)中的含掺杂离子的熔盐(2)进行处理。

[0052] 实施例3：用Ag+/Na+离子交换制作单模光波导

[0053] 所需准备工作：

[0054] 长度为6米的隧道式高温炉(8)，传送带(10)，以及驱动机构(9)。其中驱动机构(9)可以进行无级变速。

[0055] 含掺杂离子的熔盐(2)，这里是AgNO3与NaNO3的混合熔盐，其中AgNO3的含量1mol％。

[0056] 表面制作有镂空结构的掩膜(5)的硅酸盐玻璃基片(4)。

[0057] 准备坩埚(3)50个，支架(6)50个。

[0058] 主要步骤如下：

[0059] (A)隧道式高温炉(8)升温至330℃，并保温。调整驱动机构(9)转速，使传送带(10)的传动速度为0.50mm/s。

[0060] (B)将支架(6)放入坩埚(3)内，并将玻璃基片(4)置入坩埚(3)内支架(6)之上；

[0061] (C)在坩埚(3)内注入含掺杂离子的熔盐(2)，至淹没玻璃基片(4)；

[0062] (D)将坩埚(3)置于隧道式高温炉(8)进口端的传送带(10)上；

[0063] (E)在隧道式高温炉(8)进口端的传送带(10)上，每隔5min，按照上述(B)-(C)-(D)的顺序，将一个新的玻璃基片(4)放入坩埚(3)中的支架(6)上，并注入含掺杂离子的熔盐(2)，置于隧道式高温炉(8)进口端的传送带(10)上；

[0064] (F)在第一次放置的内有玻璃基片(4)的坩埚(3)输送至隧道式高温炉(8)出口端之后，每间隔5min，将玻璃基片(4)从坩埚(3)内取出清洗，并对坩埚(3)中的含掺杂离子的熔盐(2)进行处理。

[0065] 实施例4：用Ag+/Na+离子交换制作多模光波导

[0066] 所需准备工作：

[0067] 长度为6米的隧道式高温炉(8)，传送带(10)，以及驱动机构(9)。其中驱动机构(9)可以进行无级变速。

[0068] 含掺杂离子的熔盐(2)，这里是AgNO3与NaNO3的混合熔盐，其中AgNO3的含量1mol％。

[0069] 表面制作有镂空结构的掩膜(5)的硅酸盐玻璃基片(4)。

[0070] 准备坩埚(3)50个，支架(6)50个。

[0071] 主要步骤如下：

[0072] (A)隧道式高温炉(8)升温至350℃，并保温。调整驱动机构(9)转速，使传送带(10)的传动速度为0.25mm/s。

[0073] (B)将支架(6)放入坩埚(3)内，并将玻璃基片(4)置入坩埚(3)内支架(6)之上；

[0074] (C)在坩埚(3)内注入含掺杂离子的熔盐(2)，至淹没玻璃基片(4)；

[0075] (D)将坩埚(3)置于隧道式高温炉(8)进口端的传送带(10)上；

[0076] (E)在隧道式高温炉(8)进口端的传送带(10)上，每隔10min，按照上述(B)-(C)-(D)的顺序，将一个新的玻璃基片(4)放入坩埚(3)中的支架(6)上，并注入含掺杂离子的熔盐(2)，置于隧道式高温炉(8)进口端的传送带(10)上；

[0077] (F)在第一次放置的内有玻璃基片(4)的坩埚(3)输送至隧道式高温炉(8)出口端之后，每间隔10min，将玻璃基片(4)从坩埚(3)内取出清洗，并对坩埚(3)中的含掺杂离子的熔盐(2)进行处理。

[0078] 上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。