專利名稱：一種電場靜態(tài)偏置抑制銀線的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及玻璃基離子交換技術(shù)，特別是涉及一種電場靜態(tài)偏置抑制銀線的方 法及裝置。
背景技術(shù)：
玻璃基離子交換工藝是應(yīng)用于玻璃波導(dǎo)制作的主要工藝之一。它具有工藝條件 簡單、成本低廉和可用于批量制造等特點。常用的波導(dǎo)源離子有銀離子、鉀離子和鉈離 子等。而采用銀離子制作得到的玻璃波導(dǎo)因具有易于觀察、物理化學(xué)穩(wěn)定性好、傳輸損 耗低和與光纖的匹配性好等優(yōu)點廣受關(guān)注。玻璃基離子交換工藝主要分為兩種第一 種是玻璃基離子熱交換工藝，它基于高溫下離子的自由熱擴(kuò)散來實現(xiàn)玻璃上特定區(qū)域的 原始堿性陽離子和熔鹽中的源離子交換進(jìn)而生成離子交換的波導(dǎo)。這種工藝具有條件簡 單、交換溫度不高以及操作方便等優(yōu)點，但是也具有交換時間長、對掩膜要求較高以及 制作得到的波導(dǎo)易受玻璃表面影響等缺點。第二種是玻璃基電場輔助離子交換工藝，它 通常以離子熱交換工藝作為前置工藝，以提供初始的交換源。交換過程中，在電場的輔 助作用下，進(jìn)入玻璃的源離子沿著電場方向進(jìn)一步與玻璃中的堿性陽離子進(jìn)行交換，進(jìn) 而形成埋入型的玻璃波導(dǎo)。這種工藝具有易于實現(xiàn)、交換溫度不高以及交換系統(tǒng)構(gòu)建 簡單等特點，并極大地縮短了交換時間，改善了波導(dǎo)的離子分布，使得波導(dǎo)與光纖更匹 配，同時埋入型的波導(dǎo)對玻璃表面的影響更不敏感，很好地提高了波導(dǎo)及相關(guān)器件的穩(wěn) 定性。以上兩種工藝均涉及了玻璃基離子熱交換，而采用銀離子作為源的玻璃基熱交 換工藝過程具有的主要問題之一是波導(dǎo)的銀線問題，主要表現(xiàn)為波導(dǎo)兩側(cè)的掩膜下表面 出現(xiàn)沿波導(dǎo)的含有銀離子的亮線。這種銀線對波導(dǎo)的折射率分布和限制性都會產(chǎn)生較大 影響，需要盡量避免銀線的產(chǎn)生。實際工藝中，由于交換時間、交換溫度和掩膜等各方 面的影響，銀線較難避免。銀線的生成主要是因為玻璃中被交換離子和交換源銀離子間的遷移率差所引起 的電勢差以及掩膜和熔鹽產(chǎn)生的化學(xué)電勢差，這兩者的疊加使得玻璃基片中無掩膜區(qū)域 的電勢高于掩膜下表面區(qū)域的電勢，這個電勢差促進(jìn)了銀離子在掩膜下表面的聚集，當(dāng) 銀離子聚集到一定程度時形成銀線

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種電場靜態(tài)偏置抑制銀線的方法及裝置，在采用銀離 子作為源的玻璃基離子熱交換工藝過程中采用電場靜態(tài)偏置，抑制了銀線的生成，實現(xiàn) 簡單，具有較好的抑制效果。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一、一種電場靜態(tài)偏置抑制銀線的方法用待交換的帶有掩膜的玻璃基片將盛有一部分含有銀離子的熔鹽的容器和盛有另一部分含有銀離子的熔鹽的另一容器彼此隔離；負(fù)電極插入容器的熔鹽中，正電極插 入另一容器的熔鹽中，有掩膜的玻璃基片面朝向容器的熔鹽；當(dāng)負(fù)電極與正電極間加載 了 1 10V的電場時，由于掩膜表面有氧化層的存在，而熔鹽在熔融狀態(tài)下是良導(dǎo)體，因 此在外加電場的情況下，掩膜下表面的電勢高于無掩膜的電勢，抵消了形成銀線的電勢 差，從而抑制了銀線的生成。所述含有銀離子的熔鹽為硝酸鈉、硝酸鈣和硝酸銀的摩爾比為1 1 0.003。二、一種電場靜態(tài)偏置抑制銀線的裝置技術(shù)方案1:將盛有熔鹽的輔助容器嵌入容器的另一熔鹽中，輔助容器底面設(shè)置待交換的帶 有掩膜的玻璃基片與容器彼此隔離，其中有掩膜的玻璃基片面朝向輔助容器的熔鹽，熔 鹽中嵌入負(fù)電極，另一熔鹽中嵌入正電極，玻璃基片、負(fù)電極和正電極相互平行。技術(shù)方案1:將帶支腳容器中間用帶有掩膜的玻璃基片隔成兩個容腔，在一個容腔中盛有一 部分熔鹽，熔鹽中插入負(fù)電極；在另一個容腔中盛有另一部分熔鹽，熔鹽中插入正電 極；有掩膜的玻璃基片面朝向一個容腔的熔鹽。以上兩種技術(shù)方案中，所述容器為石英或鉬金容器；所述正、負(fù)電極為鉬金電 極；所述玻璃基片的掩膜為鋁掩膜或鈦掩膜。本發(fā)明具有的有益效果是1.電場的靜態(tài)偏置較好地抑制了銀線的生成。2.實現(xiàn)方法簡單易行。


圖1是一種電場靜態(tài)偏置抑制銀線的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖1中玻璃基片局部放大示意圖。圖3是另一種電場靜態(tài)偏置抑制銀線的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1、負(fù)電極，2、含有銀離子的熔鹽，3、輔助容器，4、掩膜，5、玻璃基 片，6、含有銀離子的熔鹽，7、正電極，8、容器，9、電場，10、掩膜氧化層，11、掩 膜下表面區(qū)域，12、無掩膜區(qū)域，13、帶支腳容器。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。如圖1所示，是本發(fā)明的一種裝置結(jié)構(gòu)示意圖，將盛有熔鹽2的輔助容器3嵌入 容器8的另一熔鹽6中，輔助容器3底面設(shè)置待交換的帶有掩膜4的玻璃基片5與容器8 彼此隔離，其中有掩膜4的玻璃基片5面朝向輔助容器3的熔鹽2，熔鹽2中嵌入負(fù)電極 1，另一熔鹽8中嵌入正電極7，玻璃基片5、負(fù)電極1和正電極7相互平行。如圖2所示，當(dāng)負(fù)電極與正電極間加載了 1 10V的電場時，由于掩膜4表面有 掩膜氧化層10的存在，而熔鹽2和熔鹽6在熔融狀態(tài)下是良導(dǎo)體，因此在外加電場9的 情況下，掩膜下表面區(qū)域11的電勢高于熔鹽2中的電勢，且熔鹽2中的電勢與無掩膜區(qū) 域12的電勢相等，因此，掩膜下表面區(qū)域11的電勢高于無掩膜區(qū)域12的電勢，這抵消
4了形成銀線的電勢差，從而抑制了銀線的生成。如圖3所示，是本發(fā)明的另一種裝置結(jié)構(gòu)示意圖，將帶支腳容器13中間用帶有 掩膜4的玻璃基片5隔成兩個容腔，在一個容腔中盛有一部分熔鹽2，熔鹽2中插入負(fù)電 極1;在另一個容腔中盛有另一部分熔鹽6，熔鹽6中插入正電極7;有掩膜4的玻璃基 片5面朝向一個容腔的熔鹽2。所述輔助容器3、容器8和帶支腳容器13為石英或鉬金容器；所述正電極7、負(fù) 電極1為鉬金電極或者其他惰性電極；所述玻璃基片5的掩膜4為鋁掩膜或鈦掩膜或者其 他常用金屬掩膜。所述的輔助器皿3可以采用筒形結(jié)構(gòu)，或者其他可實現(xiàn)熔鹽隔離的結(jié)構(gòu)。實施例1 在內(nèi)壁直徑為12cm的圓形石英容器中置入硝酸鈉、硝酸鈣和硝酸銀的摩爾比為 1:1: 0.003的混合熔鹽以及鉬金電極。內(nèi)壁直徑為7cm的石英圓筒形管與帶有光刻 圖樣的鋁掩膜的直徑為7.5cm的玻璃基圓片通過絕緣耐熱膠粘合成一個密閉容器，掩膜朝 上。置入硝酸鈉、硝酸鈣和硝酸銀的摩爾比為1 1 0.003的混合熔鹽以及鉬金電極。 將石英圓筒形管與帶有掩膜的玻璃基片合成的密閉容器置入內(nèi)壁直徑為12cm的圓形石英 容器中。在兩片電極間對玻璃基片加載10V的電壓完成離子交換。實施例2:將兩個對稱的帶有支撐的直徑為7cm的圓形石英容器通過絕緣耐熱膠密閉粘合 在直徑為7.5cm的帶有鋁掩膜的玻璃基圓片兩側(cè)，玻璃基圓片連同兩側(cè)的石英容器豎直放 置。帶有掩膜的一側(cè)置入硝酸鈉、硝酸鈣和硝酸銀的摩爾比為1 1 0.003的混合熔鹽 以及加負(fù)電的鉬金電極，另一側(cè)置入酸鈉、硝酸鈣和硝酸銀的摩爾比為1 1 0.003的 混合熔鹽以及加正電的鉬金電極。在兩片電極間對玻璃基片加載IV的電壓完成離子交 換。
權(quán)利要求
1.一種電場靜態(tài)偏置抑制銀線的方法，其特征在于用待交換的帶有掩膜的玻璃基 片將盛有一部分含有銀離子的熔鹽的容器和盛有另一部分含有銀離子的熔鹽的另一容器 彼此隔離；負(fù)電極插入容器的熔鹽中，正電極插入另一容器的熔鹽中，有掩膜的玻璃基 片面朝向容器的熔鹽；當(dāng)負(fù)電極與正電極間加載了 1 IOV的電場時，由于掩膜表面有 氧化層的存在，而熔鹽在熔融狀態(tài)下是良導(dǎo)體，因此在外加電場的情況下，掩膜下表面 的電勢高于無掩膜的電勢，抵消了形成銀線的電勢差，從而抑制了銀線的生成。
2.—種電場靜態(tài)偏置抑制銀線的方法，其特征在于所述含有銀離子的熔鹽為硝酸 鈉、硝酸鈣和硝酸銀的摩爾比為1 1 0.003。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法的一種電場靜態(tài)偏置抑制銀線的裝置，其特征在于將 盛有熔鹽(2)的輔助容器(3)嵌入容器(8)的另一熔鹽(6)中，輔助容器(3)底面設(shè)置待 交換的帶有掩膜(4)的玻璃基片(5)與容器(8)彼此隔離，其中有掩膜(4)的玻璃基片 (5)面朝向輔助容器(3)的熔鹽(2)，熔鹽⑵中嵌入負(fù)電極(1)，另一熔鹽⑶中嵌入正 電極(7)，玻璃基片(5)、負(fù)電極⑴和正電極(7)相互平行。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種電場靜態(tài)偏置抑制銀線的裝置，其特征在于所述輔 助容器(3)和容器(8)為石英或鉬金容器；所述正、負(fù)電極為鉬金電極；所<述玻璃基片 的掩膜為鋁掩膜或鈦掩膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法的一種電場靜態(tài)偏置抑制銀線的裝置，其特征在于將 帶支腳容器(13)中間用帶有掩膜(4)的玻璃基片(5)隔成兩個容腔，在一個容腔中盛有 一部分熔鹽(2)，熔鹽(2)中插入負(fù)電極(1)；在另一個容腔中盛有另一部分熔鹽(6)， 熔鹽(6)中插入正電極(7)；有掩膜(4)的玻璃基片(5)面朝向一個容腔的熔鹽(2)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種電場靜態(tài)偏置抑制銀線的裝置，其特征在于所述帶 支腳容器(13)為石英或鉬金容器；所述正、負(fù)電極為鉬金電極；所述玻璃基片的掩膜為 鋁掩膜或鈦掩膜。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電場靜態(tài)偏置抑制銀線的方法及裝置。用待交換的帶有掩膜的玻璃基片將盛有一部分含有銀離子的熔鹽的容器和盛有另一部分含有銀離子的熔鹽的另一容器彼此隔離；負(fù)電極插入容器的熔鹽中，正電極插入另一容器的熔鹽中，有掩膜的玻璃基片面朝向容器的熔鹽；當(dāng)負(fù)電極與正電極間加載了1～10V的電場時，由于掩膜表面有氧化層的存在，而熔鹽在熔融狀態(tài)下是良導(dǎo)體，因此在外加電場的情況下，掩膜下表面的電勢高于無掩膜的電勢，抵消了形成銀線的電勢差，從而抑制了銀線的生成。本發(fā)明電場的靜態(tài)偏置較好地抑制了銀線的生成；實現(xiàn)方法簡單易行。
文檔編號C03C21/00GK102010141SQ20101029864
公開日2011年4月13日 申請日期2010年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月30日
發(fā)明者楊建義, 江舒杭, 王明華, 鄭偉偉, 郝寅雷 申請人:浙江大學(xué)