GeO2, P2O5 і т.д.), які і утворюють скляну матрицю, а також з інших типів оксидів, які додаються для модифікації їх фізичних і оптичних властивостей, у тому числі оксиди натрію, калію, літію. Після виготовлення скла відповідні іони Na ??+, Li +, K + слабо пов'язані зі скляною матрицею. З киснем вони утворюють іонну зв'язок. Тому ці моновалентні іони можуть при нагріванні розривати ці зв'язки і заміщатися іншими іонами того ж знака заряду, але з іншим розміром іона та іншої поляризуемостью, що і використовується в технології іонного обміну. Скло, що містить іони B + поміщається в нагрітий до температури до 350-400 градусів джерело іонів впроваджуваних іонів - розплав солі (нітрату), що містить іони A +, і відбувається процес іонного обміну:
, (3)
Як джерело впроваджуваних іонів A + використовують іони срібла, калію і, рідше, талія, рубідію і цезію. У деяких випадках іонного обміну розплав вже спочатку містить іони B +, що дозволяє контролювати концентрація іонів впроваджуваного іона A + на поверхні скла. Процес іонного обміну сильно залежить від складу скла [9]. Існує кілька базових технологічних різновидів іонного обміну. Найбільше практичне значення для отримання хвилеводних структур з оптимальними характеристиками для застосування в телекомунікаційних системах, отримала технологія іонного обміну Ag + «Na + в розплаві солі AgNO3, що складається з послідовності етапів: іонного обміну в розплаві солі, простого або електростімулірованного; електростімулірованного заглиблення хвилеводів.
В іншому варіанті даної технології в скло шляхом іонного обміну Ag + «Na + в розплаві солі AgNO3, впроваджуються іони срібла. Заглиблення хвилеводу не проводиться. Впровадження іонів відбувається з причини термічної дифузією. Для збереження нейтральності іони натрію рухаються зі скла в розплав. У разі формування оптичних хвилеводів шляхом іонного обміну Ag + «Na + в розплаві AgNO3 слід збільшення показника заломлення за рахунок механічного напруги викликаного різницею розмірів іонів натрію і срібла. Це анізотропне механічне напруження викликає двулучепреломление і максимальне збільшення показника заломлення для обох поляризацій оцінюється як:
(4)
Профіль показника заломлення канального калійного хвилеводу досить добре описується функцією (формула 5).
, (5)
де 2dx і dу - ефективні розміри хвилеводу по горизонтальній і вертикальній осях. Параметр dу - це ефективна глибина дифузії, 2dx - її ефективна ширина.
Малюнок 14 - (a) розрахунковий розподіл концентрації срібла в при поверхневому шарі скляній підкладці, (b) розподіл напруженості електричного поля моди Ag +-канального одномодового хвилеводу, (c) розподіл електричного поля в поперечному перерізі одномодового волокна на довжині хвилі 1, 55 мкм
Характерні результати теоретичного моделювання процесу формування одномодових калійних хвилеводів показані на малюнку 9.
На малюнку 14 (а) показано розподіл концентрації іонів срібла в хвилеводі в результаті іонного обміну в перебігу 1часа 45 хвилин. Дані отримані шляхом рішення рівняння дифузії при ширині щілини в масці 2 мкм.
На малюнку 14 (b) показано відповідний розподіл електричного поля фундаментальної моди в поперечному перерізі одномодового хвилеводу (l=1,55 мкм). Дані отримані шляхом вирішення хвильового рівняння з профілем показника залом...
