发明名称 低膨胀性透明玻璃陶瓷、玻璃陶瓷基板及光学导波元件
摘要 提供低膨胀性透明玻璃陶瓷,其系藉由在1350℃或以下之相当低熔解温度下制成之基本玻璃经热处理而得。该玻璃陶瓷具平均直线热膨胀系数在+6×0-7/℃至+35×0-7/℃之范围内,80%透光率波长(T80)为700毫微米或以下,在光波长1550毫微米下之内透光率为75%,耐热温度为800℃或以上及杨氏模量为90 GPa或以上。玻璃陶瓷包含SiO2,Al2O3,MgO,CaO,BaO,ZnO,Li2O,TiO2及 ZrO2并含有β-石英或β-石英固体溶液作为主晶相。也提供利用此等玻璃陶瓷之光学导波元件及排列导波栅(AWC: arrayedwaveguide grating)型平面光波电路。
申请公布号 TWI255261 申请公布日期 2006.05.21
申请号 TW090112240 申请日期 2001.05.22
申请人 小原股份有限公司 发明人 南川 弘行;大原 和夫;后藤 直雪
分类号 C03C3/087 主分类号 C03C3/087
代理机构 代理人 陈长文 台北市松山区敦化北路201号7楼
主权项 1.一种低膨胀性透明玻璃陶瓷,其系由在1530℃或以 下之熔解温度下制备之原料玻璃经热处理而得者, 该玻璃陶瓷在100℃至300℃温度范围内之平均直线 热膨胀系数在+610-7/℃至+3510-7/℃之范围内,80%透 光率波长(T80)为700毫微米或以下,含有-石英或 -石英固溶体作为主晶相,且含有1.5以上且不到3.0 质量%Li2O,以总氧化物之量为准。 2.如申请专利范围第1项之低膨胀性透明玻璃陶瓷, 其中前述平均直线热膨胀系数系在+1510-7/℃至+30 10-7/℃之范围内。 3.一种低膨胀性透明玻璃陶瓷,其平均直线热膨胀 系数在100℃至300℃温度范围内系在+610-7/℃至+351 0-7/℃之范围内,厚度10毫米之板在光波长1550毫微 米下之内透光率为75%或以上,含有-石英或-石 英固溶体作为主晶相,且含有1.5以上且不到3.0质量 %Li2O,以总氧化物之量为准。 4.如申请专利范围第3项之低膨胀性透明玻璃陶瓷, 其中前述平均直线热膨胀系数系在+1510-7/℃至+30 10-7/℃之范围内。 5.如申请专利范围第1至4项中任一项之低膨胀性透 明玻璃陶瓷,其耐热温度为800℃或以上。 6.如申请专利范围第1至4项中任一项之低膨胀性透 明玻璃陶瓷,其杨氏模量为90GPa或以上。 7.如申请专利范围第5项之低膨胀性透明玻璃陶瓷, 其杨氏模量为90GPa或以上。 8.如申请专利范围第1至4项中任一项之低膨胀性透 明玻璃陶瓷,其中溶离锂离子之量为少于0.0050微克 /平方厘米。 9.如申请专利范围第5项之低膨胀性透明玻璃陶瓷, 其中溶离锂离子之量为少于0.0050微克/平方厘米。 10.如申请专利范围第6项之低膨胀性透明玻璃陶瓷 ,其中溶离锂离子之量为少于0.0050微克/平方厘米 。 11.如申请专利范围第7项之低膨胀性透明玻璃陶瓷 ,其中溶离锂离子之量为少于0.0050微克/平方厘米 。 12.如申请专利范围第1至4中任一项之低膨胀性透 明玻璃陶瓷,其包含以下氧化物质量%(以总氧化物 之量为准): SiO2 50-65% Al2O3 20-30% MgO 0.5-2% CaO 0.5-2% SrO 0-10% BaO 1-5% ZnO 0.5-15% Li2O 1.5%以上且不到3.0% TiO2 3-6% ZrO2 1-5% Nb2O5 0-5% La2O3 0-5% Y2O3 0-5% As2O3及/或Sb2O3 0-2%。 13.如申请专利范围第12项之低膨胀性透明玻璃陶 瓷,其包含: 三或更多种RO成分(其中R为Mg,Ca,Sr,Ba或Zn),其量为0.5 质量%或以上,包含较其他RO成分大质量%之ZnO,包含 RO成分总量为3.5重量%或以上,且包含R'O成分(其中R' 为Mg,Ca,Ba或Sr)之总量为3-13质量%(以上均以总氧化 物之量为准)。 14.一种制造玻璃陶瓷之方法,包含下列步骤: 将包含以下氧化物质量%(以总氧化物之量为准)之 玻璃材料: SiO2 50-65% Al2O3 20-30% MgO 0.5-2% CaO 0.5-2% SrO 0-10% BaO 1-5% ZnO 0.5-15% Li2O 1.5%以上且不到3.0% TiO2 3-6% ZrO2 1-5% Nb2O5 0-5% La2O3 0-5% Y2O3 0-5% As2O3及/或Sb2O3 0-2% 在1530℃或以下之熔解温度下熔解; 将熔融玻璃材料冷却以提供基本玻璃;及 将基本玻璃热处理以引起-石英晶体或-石英 固溶体晶体沉淀。 15.如申请专利范围第1至4项中任一项之低膨胀性 透明玻璃陶瓷,其系用于玻璃陶瓷基板之制造。 16.如申请专利范围第1至4项中任一项之低膨胀性 透明玻璃陶瓷,其系用于光学导波元件之制造,该 光学导波元件包含如申请专利范围第15项之低膨 胀性透明玻璃陶瓷所制得之玻璃陶瓷基板,及前述 玻璃陶瓷基板上提供之芯及包层,该包层具有较该 芯为小之折射率。 17.如申请专利范围第1至4项中任一项之低膨胀性 透明玻璃陶瓷,其系用于光学导波元件之制造,该 光学导波元件包含如申请专利范围第15项之低膨 胀性透明玻璃陶瓷所制得之玻璃陶瓷基板、前述 玻璃陶瓷基板上提供之SiO2-GeO2芯及覆盖该芯之SiO2 包层。 18.如申请专利范围第16项之低膨胀性透明玻璃陶 瓷,其中该包层包含下包层及上包层,及该下包层 系提供于基板上,而芯及上包层则提供于下包层上 。 19.如申请专利范围第16项之低膨胀性透明玻璃陶 瓷,其中该芯系提供为排列导波栅(AWG),一对片状导 波器及衆多输入及输出导波器,且可作为光学多路 转换或去多路转换电路。 20.如申请专利范围第18项之低膨胀性透明玻璃陶 瓷,其中该芯系提供为排列导波栅(AWG),一对片状导 波器及衆多输入及输出导波器,且可作为光学多路 转换或去多路转换电路。 21.一种制造光学导波元件之方法,包含下列步骤: 在如申请专利范围第15项之低膨胀性透明玻璃陶 瓷所制得之基板上藉反应离子蚀刻(RIE)形成芯,然 后形成包层覆盖该芯。 22.如申请专利范围第21项之制造光学导波元件之 方法,其中该芯为SiO2-GeO2及该包层为SiO2包层。 23.如申请专利范围第21或22项之制造光学导波元件 之方法,其中芯膜系藉化学蒸气沉积法(CVD)在基板 上形成及其后该芯系藉反应离子蚀刻(RIE)形成。 24.如申请专利范围第21或22项之制造光学导波元件 之方法,其中下包层及芯膜系藉化学蒸气沉积法( CVD)在基板上形成及其后芯系藉反应离子蚀刻(RIE) 形成。 25.如申请专利范围第23项之制造光学导波元件之 方法,其中下包层及芯膜系藉化学蒸气沉积法(CVD) 在基板上形成及其后芯系藉反应离子蚀刻(RIE)形 成。 26.如申请专利范围第21或22项之制造光学导波元件 之方法,其中SiO2-GeO2玻璃粒子系藉火焰水解沉积法 (FHD)沉积在基板上以形成SiO2-GeO2芯膜,该芯膜系藉 加热变成透明及其后该芯系藉反应离子蚀刻(RIE) 形成呈导波图案之形式,及覆盖芯之SiO2上包层系 藉火焰水解沉积法(FHD)形成。 27.如申请专利范围第26项之制造光学导波元件之 方法,其中SiO2玻璃粒子及SiO2-GeO2玻璃粒子系藉火 焰水解沉积法(FHD)沉积在基板上用形成SiO2下包层 膜及SiO2-GeO2芯膜,该下包层膜及该芯膜系藉加热变 成透明及其后该芯系藉反应离子蚀刻(RIE)形成呈 导波图案之形式及覆盖芯之SiO2上包层系藉火焰水 解沉积法(FHD)形成。 28.一种光学导波器,其包含制成呈导波图案形式之 芯及覆盖玻璃陶瓷基板上提供之芯之包层,其中前 述玻璃陶瓷基板系由如申请专利范围第15项之低 膨胀性透明玻璃陶瓷所制得者。
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