專利名稱：電場輔助離子交換系統(tǒng)設(shè)計的制作方法
電場輔助離子交換系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域電場輔助離子交換系統(tǒng)設(shè)計，屬于光通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及光波導(dǎo)制作技術(shù)。
技術(shù)背景近年來，隨著集成光學(xué)迅速發(fā)展，人們對于光波導(dǎo)的研究越來越深入。在眾多種類的光 波導(dǎo)中，以玻璃為襯底的光波導(dǎo)使用十分廣泛。玻璃光波導(dǎo)的折射率與光纖很接近，適宜與 光纖的耦合。選擇合適的工藝，可以制得低損耗、能承受高功率密度的玻璃光波導(dǎo)。由于離 子交換技術(shù)工藝簡單、易操作、成木低廉，能夠制作復(fù)雜的玻璃光波導(dǎo)，目前己成為制作玻 璃光波導(dǎo)的首選方案。離子交換技術(shù)又可分為熱擴散型離子交換法和電場輔助熱擴散型離子 交換法。用離子交換法制作的平面波導(dǎo)和溝道波導(dǎo)由于其波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的非對稱性，當(dāng)波導(dǎo)與光場耦 合時，會導(dǎo)致模場失配從而造成較高的耦合損耗；而掩埋型波導(dǎo)為對稱性波導(dǎo)，與光場耦合 時具有很高的耦合效率。用于離子交換的離子源通常是AgN03、 KN03和NaN03混和熔鹽。由于熱擴散型離子交換法的交換時間一般較長，而較長的交換時間會使得熔鹽中的對玻璃中的 氧化物產(chǎn)生化學(xué)腐蝕，從而導(dǎo)致波導(dǎo)表面的損傷或缺陷。電場輔助離子交換不僅可以大大縮 短交換時間，減輕避免了波導(dǎo)表面的損傷或缺陷；而且可以對波導(dǎo)中的折射率分布進行修正， 其折射率分布接近階躍型。特別是用電場輔助離子交換制作的掩埋型波導(dǎo)，擁有更低的傳輸損耗和偏振相關(guān)性，能夠更好與光纖兼容。無論對于有源或無源玻璃波導(dǎo)器件，其性能都更 加優(yōu)良。在進行電場輔助離子交換時，外加電極通常是直接靜止在熔鹽中。由于電場的引入，熔 鹽中的離子和玻璃中的離子都將沿電場方向運動。玻璃內(nèi)的離子會不斷在基片的另一面堆積， 形成反向電場，削弱輔助電場的作用；同時，析出Na+離子還原為鈉原子，對電極有極強的 腐蝕性。為了避免反向電場的形成，必須設(shè)法把基片表面的堆積離子引導(dǎo)出來，形成循環(huán)的 離子流。這種離子流的產(chǎn)生會帶來另一個問題；在通過電極時，會在電極表面發(fā)生電化學(xué)反 應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物沉積在電極上，隨著析出物在電極上的聚集，加在玻璃基片上的電場會被減弱， 從而阻礙離子流的運動。為了解決這一問題，可隔離電極板并對熔鹽進行攪拌，從而在去除 金屬引導(dǎo)電極表面產(chǎn)物的同時，使基片表面的熔鹽離子濃度保持不變。所以凾需對電場輔助 離子交換系統(tǒng)進行改進，設(shè)計制作一種能隔離電極與熔鹽，并具有攪拌作用的電場輔助離子 交換系統(tǒng)。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明將設(shè)計一種電場輔助離子交換系統(tǒng)，包括電極板插槽及交換裝置、基片固定裝置 以及傳動及支撐裝置；并將以上幾種裝置進行整合，從而構(gòu)成電場輔助離子交換系統(tǒng)?；?通過基片固定裝置固定在電極板及交換裝置上，電極板及交換裝置與傳動及支撐裝置結(jié)合， 當(dāng)接通電源，傳動及支撐裝置轉(zhuǎn)動時，電極板及交換裝置隨之轉(zhuǎn)動。從而避免了電極的電化 學(xué)反應(yīng)，同時獲得了循環(huán)的離子流。本發(fā)明電場輔助離子交換系統(tǒng)的組成見附圖1、 2、 3、 4。裝置的參數(shù)已標示在圖中(本 裝置的參數(shù)是根據(jù)本實驗室的相關(guān)實驗裝置設(shè)定的，可以根據(jù)具體的實驗設(shè)備具體制訂相關(guān) 參數(shù))。該系統(tǒng)由電極板插槽及交換裝置、基片固定裝置以及傳動及支撐裝置等3大部分組成。圖1中的電極板插槽及交換裝置是用于在熔鹽中交換的集成了電極板插槽3、玻璃框架5 和底板4的裝置。電極板插槽3固定在底板4兩端，電極板可以插到電極板插槽3中，與熔 鹽隔離?；胖迷诓ＡЭ蚣?內(nèi)，基片用基片固定裝置固定在玻璃框架5內(nèi)。圖1中的1 是把手，與圖3的掛鉤11相連。圖1中的2為底板上帶螺紋的圓孔，和圖2的螺栓7 —起固 定基片。圖2中的基片固定裝置用來把基片8固定在玻璃框架5中，圖2中的2既是裝置1中的 帶螺紋的圓孔2;當(dāng)旋轉(zhuǎn)螺栓7時，就能將基片8固定在玻璃板6和底板4之間。在傳動及支撐裝置(圖3、 4)中，兩根金屬絲10熔制在玻璃棒中9 (玻璃棒直徑為0.5cm， 金屬絲直徑為0.05cm)，金屬絲10與作為電極板的金屬片14相連；傳動及支撐裝置放置在 恒溫爐頂部。旋轉(zhuǎn)位于四根帶螺紋的玻璃棒(金屬棒)19上，位于下底板18下方的螺母可 以調(diào)節(jié)上底板17和下底板18之間的距離，從而升高或者降低傳動裝置的高度(下底板18另 有支架支撐)。圖3的玻璃棒9和圖4的玻璃棒9為一個整體，金屬片14緊緊包裹在玻璃棒 9外表面，并與熔制在其中的金屬絲IO相連；彈性金屬片15下端與玻璃棒9上的金屬片14 緊密接觸，上端固定在上底板17上，并與外電源12和13相接，這樣就可以將電壓穩(wěn)定的傳 到電極上，形成靜電場。驅(qū)動圓盤16在上底板17上方，并與玻璃棒9結(jié)合為一個整體。組合方式用基片固定裝置將基片8固定在電極板插槽3及交換裝置的玻璃框架5中， 然后把電極板插入電極板插槽3中，并將電極板插槽3及交換裝置通過把圖1中的把手1掛 在圖3的掛鉤11上，將圖3的金屬絲IO分別與兩個作為電極板的金屬片14連接。工作過程為將傳動及支撐裝置放置在恒溫爐頂部的通氣孔上方，并將玻璃棒9通過通 氣孔伸入恒溫爐內(nèi)部，連接好電極板插槽及交換裝置和固定裝置，并將電極板插槽3及交換 裝置放置在熔鹽中(基片8完全浸沒在熔鹽中，但電極板插槽3不能浸沒在熔鹽中，從而消除了電極板與熔鹽接觸時產(chǎn)生的電化學(xué)反應(yīng))，接通傳動及支撐裝置的外接電源。當(dāng)電機帶動 驅(qū)動圓盤16的時候，驅(qū)動圓盤16就可以帶動玻璃棒9轉(zhuǎn)動，進而帶動電極板插槽3及交換 裝置在熔鹽中轉(zhuǎn)動，從而起到攪拌的作用，使熔鹽中形成循環(huán)的離子流。本發(fā)明的特色在實驗研究的基礎(chǔ)上，改變以往實驗研究中直接將電極放置在熔鹽中的 做法，設(shè)計了電極板插槽，在離子交換過程中使電極板和熔鹽隔離，防止電極與熔鹽發(fā)生電 化學(xué)反應(yīng)。將金屬絲熔制在玻璃棒中，并在傳動及支撐裝置上設(shè)計了彈性金屬片，使玻璃棒 在旋轉(zhuǎn)過程中，外接電源依然通電極板保持導(dǎo)通。該電場輔助離子交換系統(tǒng)的各組成部件設(shè) 計緊湊，集成度較高，有利于整個系統(tǒng)運作更穩(wěn)定。本發(fā)明的創(chuàng)新點(1)設(shè)計了電極板插槽及交換裝置，把電極板插槽和玻璃框架集成到 一起；使電極板能夠在離子交換過程中和容易隔離，防止電極板和熔鹽產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)；(2) 設(shè)計了用于本系統(tǒng)的基片固定裝置；(3)設(shè)計了傳動及支撐裝置，在離子交換過程中不僅帶 動電極板插槽及交換裝置在熔鹽中旋轉(zhuǎn)，而且提供了一個穩(wěn)定的靜電場。本發(fā)明的應(yīng)用價值為制作性能更加優(yōu)良的波導(dǎo)，特別是對制作掩埋型波導(dǎo)打下了堅實 的基礎(chǔ)；這對制作性能優(yōu)良的光波導(dǎo)器件，如M-Z波導(dǎo)、波導(dǎo)型光開關(guān)、AWG、光波導(dǎo)激光 器和放大器有著重要的意義。


圖l電極板插槽及交換裝置結(jié)構(gòu)示意圖，其中，l為把手，2為底板上帶螺紋的圓孔， 3為電極板插槽，4為底板，5為玻璃框架。圖2基片固定裝置結(jié)構(gòu)示意圖，其中，2為底板上帶螺紋的圓孔，4為底板，5為玻璃 框架，6為玻璃板，7為螺栓，8為基片。圖3玻璃棒結(jié)構(gòu)示意圖，其中，9為玻璃棒，IO為金屬絲，ll為掛鉤。圖4傳動及支撐裝置結(jié)構(gòu)示意圖，其中，9為玻璃棒，10為金屬絲，12為外接電源"+"， 13為外接電源"-"，14為金屬片，15為彈性金屬片，16為驅(qū)動圓盤，17為上底板，18為下 底板，19為帶螺紋的玻璃棒(金屬棒)。
權(quán)利要求
1、電場輔助離子交換系統(tǒng)設(shè)計，包括電極板插槽及交換裝置、基片固定裝置和傳動及支撐裝置，其特征在于，基片通過基片固定裝置固定在電極板及交換裝置上，電極板及交換裝置與傳動及支撐裝置結(jié)合，當(dāng)接通電源，傳動及支撐裝置轉(zhuǎn)動時，電極板及交換裝置隨之轉(zhuǎn)動，從而避免了電極的電化學(xué)反應(yīng)，同時獲得了循環(huán)的離子流。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電場輔助離子交換系統(tǒng)設(shè)計，其特征在于，所述電極板插槽 及交換裝置中的電極板插槽(3)固定在底板(4)兩端，電極板插到電極板插槽(3)中，與 熔鹽隔離。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電場輔助離子交換系統(tǒng)設(shè)計，其特征在于，基片放置在玻璃框 架(5)內(nèi)，基片用基片固定裝置固定在玻璃框架(5)內(nèi)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l、 2所述的電場輔助離子交換系統(tǒng)設(shè)計，其特征在于，所述電極板插 槽及交換裝置中的把手(1)與玻璃棒中的掛鉤(11)相連，電極板插槽及交換裝置中的底板 上帶螺紋的圓孔和基片固定裝置中的螺栓(7) —起固定基片。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電場輔助離子交換系統(tǒng)設(shè)計，其特征在于，所述傳動及支撐 裝置中的兩根金屬絲(10)熔制在玻璃棒(9)中(玻璃棒直徑為0.5cm,金屬絲直徑為0.05cm)， 金屬絲(io)與作為電極板的金屬片(14)相連。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電場輔助離子交換系統(tǒng)設(shè)計，其特征在于，所述傳動及支撐 裝置中的金屬片(14)緊緊包裹在玻璃棒(9)外表面，并與熔制在其中的金屬絲(10)相連。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電場輔助離子交換系統(tǒng)設(shè)計，其特征在于，所述傳動及支撐裝 置中的彈性金屬片(15)下端與玻璃棒(9)上的金屬片(14)緊密接觸，上端固定在上底板(17)上，并與外電源(12)和(13)相接，這樣就可以將電壓穩(wěn)定的傳到電極上，形成靜 電場。
8、 根據(jù)權(quán)利要求l、 6所述的電場輔助離子交換系統(tǒng)設(shè)計，其特征在于，所述傳動及支 撐裝置中的驅(qū)動圓盤(16)在上底板(17)上方，并與玻璃棒(9)結(jié)合為一個整體。
全文摘要
電場輔助離子交換系統(tǒng)設(shè)計，屬于光通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及光波導(dǎo)制作技術(shù)。本發(fā)明將設(shè)計一種電場輔助離子交換系統(tǒng)，包括電極板插槽及交換裝置、基片固定裝置以及傳動及支撐裝置；并將以上幾種裝置進行整合，從而構(gòu)成電場輔助離子交換系統(tǒng)?；ㄟ^基片固定裝置固定在電極板及交換裝置上，電極板及交換裝置與傳動及支撐裝置結(jié)合，當(dāng)接通電源，傳動及支撐裝置轉(zhuǎn)動時，電極板及交換裝置隨之轉(zhuǎn)動。從而避免了電極的電化學(xué)反應(yīng)，同時獲得了循環(huán)的離子流。該電場輔助離子交換系統(tǒng)的各組成部件設(shè)計緊湊，集成度較高，有利于整個系統(tǒng)運作更穩(wěn)定，對制作性能優(yōu)良的光波導(dǎo)器件有著重要的意義。
文檔編號G02B6/13GK101576632SQ20091005951
公開日2009年11月11日 申請日期2009年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月5日
發(fā)明者張曉霞, 王仕超, 邢子彬 申請人:電子科技大學(xué)