DE3520812A1

DE3520812A1 - Herstellung von optischen bauteilen

Info

Publication number: DE3520812A1
Application number: DE19853520812
Authority: DE
Inventors: John Stephen Wembley Middlesex McCormack; Noorallah London Nourshargh; Elizabeth Mary London Starr
Original assignee: General Electric Company PLC
Current assignee: General Electric Company PLC
Priority date: 1984-06-11
Filing date: 1985-06-11
Publication date: 1985-12-12
Also published as: GB2160196A; GB8514619D0; GB8414879D0; FR2565700A1

Description

THE GENERAL ELECTRIC COMPANY, p.I.e., London, England Herstellung von optischen Bauteilen

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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von optischen Bauteilen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Gerät für die Herstellung von optischen Bauteilen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 6 und betrifft insbesondere die Herstellung von solchen Bauteilen, die Rillen aufweisen, v;ie z.B. integrierte optische Bauteile oder auch Bauteile, die zum Ankoppeln oder Zusammenfügen von Lichtleitfasern dienen. Rillen werden bei der Herstellung von integrierten optischen Bauteilen ausgebildet, um darin ein Glas anzulagern, so daß auf diese Weise ein in einem Substrat oder auch einer Trägerschicht eingebetteter Lichtwellenleiter hergestellt wird. Indem verschiedene Muster von derartigen Rillen ausgebildet werden, können unterschiedliche integrierte optische Anordnungen realisiert werden.

Zum Koppeln oder Zusammenfügen von Lichtleitfasern werden Rillen in Trägerschichten ausgebildet zum Ausrichten der Lichtleitfasern. Üblicherweise werden die Rillen mit der Breite der Lichtleitfaser hergestellt, die in der Rille aufgenommen wird, und die Trägerschicht ist aus einem Material mit dem gleichen thermischen Expansionsindex und dem gleichen Brechungsindex wie die Lichtleitfaser hergestellt. Eine genaue Kopplung der Glasfasern kann auf diese Weise leicht erzielt werden.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung derartiger optischer Bauteile und ein Gerät für die Herstellung dieser optischen Bauteile anzugeben. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 und 6 gelöst.

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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung optischer Bauteile umfaßt als Verfahrensschritt die Ausbildung einer Rille in einer Trägerschicht durch Fokussieren des Ausgangsstrahls eines Lasers auf dieser Trägerschicht, um so einen Teil der Trägerschicht zu verdampfen, wobei eine Relativbewegung zwischen der Trägerschicht und dem Laserstrahl so erzeugt wird, daß sich diese Rille ausbildet.

Vorzugsweise sind weiterhin Vorrichtungen vorgesehen zum Entfernen von Staub, der sich aufgrund der verdampften Trägerschicht bildet, während die Rillen hergestellt werden. Diese Vorrichtungen enthalten hierzu vorzugsweise eine oder mehrere Düsen, die mit einer Vakuumpumpe verbunden sind und in der Nähe des Verdampfungspunktes angeordnet sind.

Ist die Trägerschicht aus Quarzglas geformt, so kann sie alternativ oder auch zusätzlich in Flußsäure geätzt werden, nachdem die Rillen hergestellt sind, um so sämtliche zurückbleibenden Staubteilchen zu entfernen.

Der Laser ist vorzugsweise ein CO^-Laser bekannter

Art.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand der Figuren

1 bis 5 näher erläutert. Dabei zeigen:

F I G . 1 und 2 schematisch und nicht maßstabgetreu ein Verfahren zur Herstellung optischer Bauteile entsprechend der vorliegenden Erfindung und

F I G . 3 bis 5 verschiedene Querschnitte von Rillen, die mit dem Verfahren der FIG. 1 und 2 ausführbar sind.

In den FIG. 1 und 2 ist eine im wesentlichen ebene Trägerschicht 1 aus Quarzglas aus zwei Richtungen, die zueinander um 90° versetzt sind, gezeigt. Ferner ist in der Trägerschicht eine Rille 2 durch Verdampfen des Quarzglases durch ein CC^-Laser L ausgebildet. Ein Laserausgangsstrahl 3 wird durch eine Linse 4 auf die Oberfläche der Trägerschicht 1 fokussiert, und wenn diese Strahlung von der Trägerschicht absorbiert wird, wird eine ausreichende Wärme erzeugt, um den bestrahlten Bereich zu verdampfen. Indem die Trägerschicht in bezug auf den Punktstrahl des Lasers bewegt wird, wird eine Rille ausgebildet. In der FIG. 1 ist die Trägerschicht auf einem bewegbaren Träger 5 befestigt, der mittels eines elektrischen Motors 7 und eines Unter-Setzungsgetriebes 8 bei Steuerung mit einer geeigneten Steuervorrichtung 9 über eine Grundplatte 6 verschiebbar ist. Die Steuervorrichtung oder auch Steuerschaltung 9, die beispielsweise durch einen Computer realisiert ist, kann ebenfalls die Funktion des Lasers L steuern. Jedoch können auch andere Vorrichtungen zum Erzeugen der erforderlichen Relativbewegung der Trägerschicht 1 verwendet werden, wobei z.B. der Laser L und die Linse 4 alternativ zu dem Träger 5 bewegt werden.

Das Querschnittsprofil der Rille und ihre Gesamtausdehnungen hängen in kritischer Weise von der Lichtfleckgröße des fokussierten COp-Lasers, der Ausgangsleistung des Lasers, der Geschwindigkeit der Träger- schicht relativ zu dem fokussierten Laserfleck und von dem Abstand zwischen der Oberfläche der Trägerschicht und der Fokusebene der fokussierenden Linse ab. Wenn erforderlich, können daher ein oder mehrere dieser Variablen so eingestellt werden, daß die Geometrie der Rillen verändert werden kann. Die FIG. 3 bis 5 zeigen drei typische Querschnittsprofile von Rillen, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren in einfacher

Weise erhältlich sind.

Wenn der bestrahlte Flächenbereich der Trägerschicht verdampft wird, bildet sich jedoch Quarzglasstaub, der entfernt werden muß und zwar sowohl aus Sicherheitsgründen als auch zur Erzeugung von Rillen guter Qualität. Daher sind, wie in der FIG. 2 zu sehen ist, zwei Düsen 15 nahe dem Verdampfungspunkt angeordnet, wobei ihre anderen, rückwärtigen Enden mit einer nicht dargestellten Vakuumpumpe verbunden sind, mittels derer der Quarzglasstaub von der Rille weggesaugt wird.

Wenn diese Anordnung zur Staubabsaugung nicht sämtlichen Staub entfernt, der sich z.B. in der Nähe der Rillen ablagert und daher rauhe Rillenkanten erzeugt, so kann die Trägerschicht anschließend mit Flußsäure geätzt werden. Auf diese Weise wird der angelagerte Quarzglasstaub oder auch das angelagerte Quarzglaspuder beseitigt, und es werden auf diese Weise wieder Rillen mit weichen Kanten hergestellt.

Das oben beschriebene Verfahren zur Herstellung von Rillen in Trägerschichten für optische Bauteile ist sehr einfach und vielseitig. Es kann in einfacher Weise angewandt werden, wenn sehr komplizierte Muster von Rillen mit gekrümmten Verläufen, Verjüngungen und abrupten oder periodischen Breite/Tiefe-Variationen hergestellt werden sollen. Das Verfahren eignet sich ferner gut für eine Computersteuerung und bietet sich daher für die Massenproduktion von Rillen mit einer hohen Geschwindigkeit an. Dabei kann durch Änderung der Software das Muster der Rillen sehr leicht abgeändert werden.

Obwohl es im allgemeinen vorteilhafter ist, die

Trägerschicht in bezug auf den Laserausgangsstrahl zu

bewegen, wie oben beschrieben wurde, so kann es in manchen Fällen aber auch vorteilhafter sein, die Trägerschicht stationär zu halten und mit dem Laserausgangsstrahl die Trägerschicht abzutasten. Dabei können parallele Rillen erzeugt werden, indem die Position der Trägerschicht in transversaler Richtung zu den Rillen jeweils zwischen jeder Abtastung eingestellt wird.

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Claims

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Pctieniaüwälie
Reiche! u. Reichel

Parkstraße 13
6000 Frankfurt a. M. 1 35 20

THE GENERAL ELECTRIC COMPANY, p.l.c, London, England

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung optischer Bauteile, die eine Rille in einem Substrat aufweisen, dadurch gekennzeichnet,

daß zur Herstellung der Rille (2) der Ausgangsstrahl (3) eines Lasers (L) auf dem Substrat (1) fokussiert wird, so daß ein Teilbereich des Substrats verdampft wird, und eine Relativbewegung zwischen dem Substrat und dem Laserausgangsstrahl so ausgeführt wird, daß die Rille (2) ausgebildet wird.
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2. Verfahren nach Anspruch 1, welches als weiteren Verfahrensschritt das Entfernen von Staub, der sich beim Verdampfen des Substrats bildet, durch Absaugung vorsieht.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Substrat aus Quarzglas hergestellt ist und in dem die Entfernung von zumindest eines Teils des sich während des Verdampfens bildenden Staubes durch Ätzen mit Flußsäure bewirkt wird.

4. Verfahren nach jedem vorangehenden Anspruch, in dem anschließend das Glas in der hergestellten Rille oder den hergestellten Rillen angelagert wird.

3. Verfahren nach jedem der Ansprüche 1, 2 oder 3, in dem zwei Lichtleitfasern zur Realisierung einer optischen Kopplung zwischen beiden Lichtleitfasern mit ihren Enden dicht aneinander hintereinander in einer hergestellten Rille befestigt werden.

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6. Gerät zur Herstellung von optischen Bauteilen mit einem Substrat, in dem eine oder mehrere Rillen ausgebildet sind,

dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät eine Trägervorrichtung (5) für das Substrat (1), einen Laser (L), eine Vorrichtung (4) zum Fokussieren des Laserausgangsstrahls auf einen Bereich (2) des Substrats zum Verdampfen des Substratmaterials in diesem Bereich und Vorrichtungen (6, 8) aufweist zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen dem Substrat einerseits und dem Laser und der Vorrichtung zum Fokussieren andererseits zur Ausbildung einer Rille (2) in der Substratoberfläche.