JPH0216484B2 - - Google Patents
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- JPH0216484B2 JPH0216484B2 JP56205941A JP20594181A JPH0216484B2 JP H0216484 B2 JPH0216484 B2 JP H0216484B2 JP 56205941 A JP56205941 A JP 56205941A JP 20594181 A JP20594181 A JP 20594181A JP H0216484 B2 JPH0216484 B2 JP H0216484B2
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B3/00—Simple or compound lenses
- G02B3/0087—Simple or compound lenses with index gradient
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- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、所望のパターンのイオン通過阻止用
マスク層をガラス、その類似物等から成る透明部
材の表面に形成し、このマスク層の開口部を介し
てイオン交換又はイオン拡散を行うことによつ
て、上記透明部材中に上記所望のパターンに応じ
た屈折率分布を得るようにした屈折率分布型透明
部材の製造方法に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention involves forming a mask layer for blocking ion passage in a desired pattern on the surface of a transparent member made of glass or a similar material, and performing ion exchange or The present invention relates to a method of manufacturing a refractive index distribution type transparent member in which a refractive index distribution according to the desired pattern is obtained in the transparent member by performing ion diffusion.
従来、光通信等に用いる光分岐器又は光分波器
としては、集束性ロツドレンズを光フアイバの出
射端に配置して光フアイバからの出射光をほぼ平
行光にし、この平行光が進行する空間内又は前記
集束性ロツドレンズの出射端面にプリズム、ミラ
ー或いは干渉フイルターを挿入したものや、光フ
アイバ端面に直接蒸着膜を形成したものが用いら
れていた。しかしこのような構造のものは製造に
相当の工数を要し、また再現性が必ずしも良くな
い等の欠点があつた。 Conventionally, as an optical splitter or optical demultiplexer used for optical communications, etc., a converging rod lens is placed at the output end of an optical fiber to make the output light from the optical fiber almost parallel light, and a space in which this parallel light travels is used. A prism, a mirror, or an interference filter has been inserted into the output end face of the focusing rod lens, or a vapor-deposited film has been directly formed on the end face of an optical fiber. However, such a structure requires a considerable number of man-hours to manufacture and has drawbacks such as poor reproducibility.
そこでガラス基板等にイオン通過阻止用マスク
層を形成し、このマスク層を所望のパターンにエ
ツチングした後、高温溶融塩中に前記ガラス基板
を漬けてガラスの修飾酸化物を構成する陽イオン
と溶融塩中のアルカリイオンとをイオン交換した
り、あるいは電界をかけながら溶融塩中のイオン
をガラス基板中に拡散したりして、上記所望のパ
ターンに応じた屈折率分布をガラス基板中に形成
することにより、光分岐器や光分波器を構成する
ことが提案されている。 Therefore, a mask layer for blocking ion passage is formed on a glass substrate, etc., and after etching this mask layer into a desired pattern, the glass substrate is immersed in high-temperature molten salt to melt the cations constituting the modified oxide of the glass. A refractive index distribution according to the desired pattern is formed in the glass substrate by ion exchange with alkali ions in the salt, or by diffusing ions in the molten salt into the glass substrate while applying an electric field. It has been proposed to configure an optical branching device or an optical demultiplexer by using this method.
前述のようなイオン交換法或いは電界印加イオ
ン拡散法を用いてガラス基板中に所望の屈折率分
布を形成する際には、従来から、イオンの通過を
阻止する為のマスク層として、チタン、アルミニ
ウム等の金属をガラス基板の表面に蒸着、スパツ
タリング等で製膜したものが用いられていた。 When forming a desired refractive index distribution in a glass substrate using the above-mentioned ion exchange method or electric field application ion diffusion method, titanium or aluminum has traditionally been used as a mask layer to prevent the passage of ions. Metals such as these were used to form a film by vapor deposition, sputtering, etc. on the surface of a glass substrate.
しかしこの種の金属マスクは、高温の溶融塩、
例えば硝酸塩或いは硫酸塩と接触することにより
酸化され、初期の目的であるイオンの通過を阻止
するマスクとしての機能を果たせない場合が度々
あつた。特に電界印加イオン拡散法では、溶融塩
の分解が激しくなる為、金属マスクが急激に酸化
され易くてマスクとしての機能を果たせず、所望
のパターンの屈折率分布を正しく形成出来ないと
いう欠点があつた。 However, this type of metal mask requires high-temperature molten salt,
For example, when it comes into contact with nitrates or sulfates, it becomes oxidized and often fails to function as a mask to prevent the passage of ions, which was its initial purpose. In particular, in the electric field applied ion diffusion method, the molten salt decomposes rapidly, so the metal mask is easily oxidized and cannot function as a mask, making it impossible to form the desired pattern of refractive index distribution correctly. Ta.
本発明は上述の如き問題を解決する為のもので
あり、イオン交換法或いは電界印加イオン拡散法
等によりガラス、その他の類似物質等から成る透
明部材中に所望のパターンの屈折率分布を形成す
る方法に於いて、上記透明部材の表面の所定の領
域以外でのイオンの通過を阻止する機能を充分に
果たすイオン層を用いることにより、所望通りの
良好な屈折率分布を得ることが出来るようにした
ものである。 The present invention is intended to solve the above-mentioned problems, and is to form a refractive index distribution in a desired pattern in a transparent member made of glass or other similar materials by an ion exchange method or an electric field applied ion diffusion method. In the method, by using an ion layer that sufficiently functions to prevent the passage of ions in areas other than a predetermined area on the surface of the transparent member, it is possible to obtain a desired good refractive index distribution. This is what I did.
以下、本発明の一実施例を第1図〜第3図を参
照して説明する。 Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3.
第1図は、電界印加イオン拡散法によりガラス
基板中に屈折率分布を形成する本発明による方法
を説明する為の電界印加イオン拡散装置の概略縦
断面図である。ガラス基板1としては、普通、光
学ガラス等を用いることが出来、ここではBK―
7と通称される光学ガラスを用いた。 FIG. 1 is a schematic longitudinal cross-sectional view of an electric field application ion diffusion device for explaining the method according to the present invention for forming a refractive index distribution in a glass substrate by an electric field application ion diffusion method. As the glass substrate 1, optical glass or the like can normally be used, and here BK-
Optical glass commonly referred to as No. 7 was used.
上記ガラス基板1の片側表面には、イオンの通
過を阻止する為の所望のパターンのマスク層2を
スパツタリング等を用いて予め付着させてある。
なおガラス基板1に予め所望のパターンのマスク
層2を形成するには、まず、ガラス基板1の片側
表面全体に亘つてマスク層2を形成する。この場
合、ガラス基板1とマスク層2の付着強度を増す
為には、蒸着法よりもスパツタリングの方や望ま
しい。次に、第2図及び第3図に示す如く、公知
のフオトリソグラフイの技術を用いてイオン層2
を部分的にエツチングすることにより、マスク層
2上に所望のパターンを形成して、イオンが通過
する開口部3を形成する。 On one surface of the glass substrate 1, a mask layer 2 having a desired pattern for blocking the passage of ions is deposited in advance by sputtering or the like.
Note that in order to form the mask layer 2 in a desired pattern on the glass substrate 1 in advance, the mask layer 2 is first formed over the entire surface of one side of the glass substrate 1. In this case, in order to increase the adhesion strength between the glass substrate 1 and the mask layer 2, sputtering is preferable to the vapor deposition method. Next, as shown in FIGS. 2 and 3, an ion layer 2 is formed using a known photolithography technique.
By partially etching the mask layer 2, a desired pattern is formed on the mask layer 2 to form openings 3 through which ions pass.
次に第1図に示す電界印加イオン拡散装置にガ
ラス基板1を配置する。この場合、ガラス基板1
を溶融塩容器中に置いた支持枠1b上に乗せ、基
板とほゞ同形の断面を有する筒状の枠部1aをガ
ラス基板1に予め一体に形成しておくか、或はガ
ラス基板1に上述の所望のパターンを形成した後
にこのガラス基板1を枠部1aに取付けるのが好
ましい。 Next, the glass substrate 1 is placed in the electric field application ion diffusion device shown in FIG. In this case, glass substrate 1
is placed on a support frame 1b placed in a molten salt container, and a cylindrical frame portion 1a having a cross section substantially the same as that of the substrate is formed integrally with the glass substrate 1 in advance, or It is preferable to attach this glass substrate 1 to the frame portion 1a after forming the above-described desired pattern.
第1図に示す装置において、ガラス基板1の屈
折率の増加に寄与するイオンを含む溶融塩4,5
としては、例えば、AgNO3単独の溶融塩或いは
TlNO3単独の溶融塩或いはTl2SO4,K2SO4,
ZnSO4の3つの塩を含む混合溶融塩等を用いるこ
とが出来る。しかし、Agイオンはイオンの半径
が小さい為拡散スピードが早いが、コロイドを発
生し易い為着色の原因になる欠点を有している。
又Tlイオンは一価イオンの中では最も屈折率の
増加に寄与する度合が大きくて望ましいが、その
硝酸塩は溶融温度が206℃と低くて蒸発が激しい
為、TlNO3は電界印加イオン拡散法にはあまり
好ましくない。一方、Tl2SO4,K2SO4,ZnSO4
をモル%で30%:30%:40%の割合で混合した液
はその溶融温度が400℃で電界印加イオン拡散法
に適しているので、この例に於いては上述の塩を
用いた。又、電界を印加する為に、ガラス基板1
のマスク層2に接する溶融塩4中には陽極電極6
を、マスク層2と反対の面に接する溶融塩5中に
は陰極電極7を夫々配置した。 In the apparatus shown in FIG.
For example, molten salt of AgNO 3 alone or
Molten salt of TlNO 3 alone or Tl 2 SO 4 , K 2 SO 4 ,
A mixed molten salt containing three salts of ZnSO 4 or the like can be used. However, although Ag ions have a small radius and thus have a fast diffusion speed, they have the disadvantage of easily generating colloids, which can cause coloring.
In addition, Tl ions are desirable because they contribute to the largest increase in the refractive index among monovalent ions, but nitrates have a low melting temperature of 206°C and evaporate rapidly, so TlNO 3 cannot be used in the electric field applied ion diffusion method. is not very desirable. On the other hand, Tl 2 SO 4 , K 2 SO 4 , ZnSO 4
The above-mentioned salt was used in this example because a liquid mixed in a ratio of 30%:30%:40% by mole has a melting temperature of 400°C and is suitable for the electric field applied ion diffusion method. In addition, in order to apply an electric field, the glass substrate 1
An anode electrode 6 is in the molten salt 4 in contact with the mask layer 2.
A cathode electrode 7 was placed in the molten salt 5 in contact with the surface opposite to the mask layer 2.
まず、本発明による方法との比較の為に、マス
ク層2としてスパツタリングで作成した厚さ
1.5μm(通常1〜2μmの範囲であればよい)のTi
金属のみを作成したガラス基板1について、第1
図の装置を用いて上記混合塩中で電界を印加して
イオン拡散を行つた。この結果、30分間でTi金
属膜が酸化されてTiO2膜が形成されると同時に
ガラス基板1のマスク層2側の全面に亘つてイオ
ンが拡散し、マスクとしての機能を充分に果たせ
なかつた。 First, for comparison with the method according to the present invention, the thickness of the mask layer 2 created by sputtering was
Ti of 1.5μm (usually in the range of 1 to 2μm)
Regarding the glass substrate 1 made of only metal, the first
Ion diffusion was performed by applying an electric field in the mixed salt using the apparatus shown in the figure. As a result, the Ti metal film was oxidized to form a TiO 2 film in 30 minutes, and at the same time, ions were diffused over the entire surface of the mask layer 2 side of the glass substrate 1, making it unable to function as a mask. .
次に本発明に従つて第3図に明示する如く、マ
スク層2として前述の比較例の場合と同様の厚さ
1.5μmのTi金属膜8の上に更にスパツタリングに
より厚さ0.2μmのSiO2膜9を形成して二層膜とし
たものを用い、前述の比較例の場合と同様のテス
トを6時間行つたところ、SiO2膜9にクラツク
が入つたが、Ti金属膜8は酸化されずに初期の
金属光沢を保持し、マスクとしての機能を充分に
果たした。 Next, according to the present invention, as clearly shown in FIG.
A 0.2 μm thick SiO 2 film 9 was further formed by sputtering on the 1.5 μm Ti metal film 8 to form a two-layer film, and the same test as in the comparative example described above was conducted for 6 hours. Incidentally, although a crack appeared in the SiO 2 film 9, the Ti metal film 8 was not oxidized, retained its initial metallic luster, and functioned satisfactorily as a mask.
なおTi金属膜8及びSiO2膜9を夫々所望のパ
ターンとするには、公知のフオトリソグラフイの
技術を用いて各種の方法を採ることが出来る。例
えば、ガラス基板1の片側表面全体に亘つてTi
金属膜8とSiO2膜9とを順次形成した後に、こ
れらの膜8,9を所望のパターンに順次エツチン
グすることも出来るし、所望のパターンのTi金
属膜8を形成した後に、SiO2膜9を形成してこ
れをエツチングすることも可能である。 Note that in order to form the Ti metal film 8 and the SiO 2 film 9 into desired patterns, various methods can be employed using known photolithography techniques. For example, Ti may be applied to the entire surface of one side of the glass substrate 1.
After forming the metal film 8 and the SiO 2 film 9 in sequence, these films 8 and 9 can be sequentially etched into a desired pattern, or after forming the Ti metal film 8 in the desired pattern, the SiO 2 film can be etched. It is also possible to form 9 and etch it.
次に本発明による方法との比較の為に、ガラス
基板1に直接厚さ約1μmのSiO2膜をスパツタリ
ングで付着させて所望のパターンニングを行つた
後、既述の比較例の場合を同様な電界印加による
イオン拡散を行つたところ、ガラス基板1のマス
ク層2側の全面に高屈折率層が形成され、SiO2
単体ではマスクとしての機能を果たさないことも
明確になつた。 Next, for comparison with the method according to the present invention, a SiO 2 film with a thickness of approximately 1 μm was directly deposited on the glass substrate 1 by sputtering, and after desired patterning was performed, the same process was performed as in the comparative example described above. When ion diffusion was performed by applying an electric field, a high refractive index layer was formed on the entire surface of the glass substrate 1 on the mask layer 2 side, and SiO 2
It has also become clear that a mask alone cannot function as a mask.
以上のテストより、Ti金属膜はイオン通過阻
止用マスク層として機能するが、酸化してTiO2
膜になるとマスクとしての機能を果たさないこと
が判明した。また一方、Ti金属膜の上にSiO2膜
を付着させると、SiO2膜がイオンは通過させる
がO2ガス等は通過させないのでSiO2膜がTi金属
膜の酸化を防止し、このためにこの二層膜は電界
印加イオン拡散法に於けるマスクとして有用であ
ることが判明した。なお金属膜の酸化防止の為の
酸化膜或いは窒化膜は、通常、下地の金属とは膨
張係数が異なるので、剥離が生じないようにする
為にはあまり厚くすることは好ましくなく、0.15
〜0.3μm程度であれば充分である。 From the above tests, the Ti metal film functions as a mask layer for blocking ion passage, but it oxidizes and forms TiO 2
It was discovered that once it becomes a film, it does not function as a mask. On the other hand, when a SiO 2 film is attached on top of a Ti metal film, the SiO 2 film allows ions to pass through but not O 2 gas, etc., so the SiO 2 film prevents the Ti metal film from oxidizing. This two-layer film was found to be useful as a mask in the electric field applied ion diffusion method. Note that the oxide film or nitride film used to prevent oxidation of the metal film usually has a different expansion coefficient from the underlying metal, so it is not recommended to make it too thick to prevent peeling.
A thickness of about 0.3 μm is sufficient.
以上、本発明を実施例に付き説明したが、本発
明はこれらの実施例に限定されるものではなく、
本発明の技術的思想に基いて各種の変更が可能で
ある。 Although the present invention has been described above with reference to Examples, the present invention is not limited to these Examples.
Various modifications are possible based on the technical idea of the present invention.
例えば、Ti金属膜の上にSi3N4膜をCVD法によ
り形成した二層膜やAl金属膜或いはCr金属膜上
にSiO2膜を形成した二層膜をマスク層2として
前述の場合と同様のテストを行つたところ、何れ
もマスクとしての機能を充分果たすことが判明し
た。又電界印加イオン拡散法がイオン交換法に比
べて処理時間が1/3〜1/4で済んで特に有用である
ので、以上の説明では電界印加イオン拡散法につ
いてのみ説明したが、本発明はイオン交換法を用
いてガラス基板などの透明部材上に屈折率分布を
形成する場合に適用できることはいうまでもな
い。 For example, a two-layer film in which a Si 3 N 4 film is formed on a Ti metal film by the CVD method, a two-layer film in which an SiO 2 film is formed on an Al metal film or a Cr metal film is used as the mask layer 2. When similar tests were conducted, it was found that all of them functioned satisfactorily as masks. In addition, the electric field applied ion diffusion method is particularly useful as it takes 1/3 to 1/4 of the processing time compared to the ion exchange method, so in the above explanation, only the electric field applied ion diffusion method was explained, but the present invention It goes without saying that the method can be applied to forming a refractive index distribution on a transparent member such as a glass substrate using the ion exchange method.
本発明は上述の如く、イオン交換又はイオン拡
散により透明部材中に所望のパターンの屈折率分
布を形成するに際し、金属膜とこの金属膜上に積
層して形成した酸化膜又は窒化膜との二層膜から
成るイオン通過阻止用マスク層を形成するように
したので、イオンの通過を上記マスク層によつて
極めて良好に阻止することが出来、この為に所望
通りの良好な屈折率分布を得ることが出来る。 As described above, when forming a desired pattern of refractive index distribution in a transparent member by ion exchange or ion diffusion, the present invention combines a metal film and an oxide film or nitride film laminated on the metal film. Since the mask layer for blocking ion passage consisting of a layered film is formed, the passage of ions can be extremely well blocked by the mask layer, thereby obtaining a desired good refractive index distribution. I can do it.
図面は電界印加イオン拡散法を用いた本発明の
一実施例を示すものであつて、第1図は電界印加
イオン拡散装置の概略縦断面図、第2図は第1図
に示すガラス基板の一部分の平面図、第3図は第
2図の―線断面図である。
なお図面に用いられている符号に於いて、1…
…ガラス基板、2……マスク層、3……開口部、
である。
The drawings show an embodiment of the present invention using an electric field applied ion diffusion method, in which Fig. 1 is a schematic vertical cross-sectional view of an electric field applied ion diffusion device, and Fig. 2 is a cross-sectional view of the glass substrate shown in Fig. 1. A partial plan view, FIG. 3 is a sectional view taken along the line -- in FIG. Regarding the symbols used in the drawings, 1...
... glass substrate, 2 ... mask layer, 3 ... opening,
It is.
Claims (1)
を透明部材の表面に形成し、このマスク層の開口
部を介してイオン交換又はイオン拡散を行うこと
によつて、上記透明部材中に上記所望のパターン
に応じた屈折率分布を得るようにした屈折率分布
型透明部材の製造方法に於いて、上記透明部材の
表面に接して形成した金属膜と、この金属膜上に
更に積層して形成した酸化膜又は窒化膜との二層
膜から成る上記イオン通過阻止用マスク層を形成
した後に、上記イオン交換又はイオン拡散を行う
ようにしたことを特徴とする屈折率分布型透明部
材の製造方法。1. By forming a mask layer for blocking ion passage in a desired pattern on the surface of a transparent member, and performing ion exchange or ion diffusion through the openings of this mask layer, the desired pattern is formed in the transparent member. In a method for manufacturing a refractive index distribution type transparent member that obtains a refractive index distribution according to A method for producing a gradient index transparent member, characterized in that the ion exchange or ion diffusion is performed after forming the ion passage blocking mask layer consisting of a double layer film or a nitride film.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56205941A JPS58106504A (en) | 1981-12-18 | 1981-12-18 | Manufacture of refractive index distribution type transparent member |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56205941A JPS58106504A (en) | 1981-12-18 | 1981-12-18 | Manufacture of refractive index distribution type transparent member |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58106504A JPS58106504A (en) | 1983-06-24 |
| JPH0216484B2 true JPH0216484B2 (en) | 1990-04-17 |
Family
ID=16515250
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56205941A Granted JPS58106504A (en) | 1981-12-18 | 1981-12-18 | Manufacture of refractive index distribution type transparent member |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58106504A (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61261238A (en) * | 1985-05-13 | 1986-11-19 | Hoya Corp | Production of lens having refractive index distribution in axial direction |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4882841A (en) * | 1972-02-02 | 1973-11-06 |
-
1981
- 1981-12-18 JP JP56205941A patent/JPS58106504A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58106504A (en) | 1983-06-24 |
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