5.3.4. Метод дифузії
Даний метод полягає у розміщенні підкладки у пічку при температурі 700-1000°С, в якій знаходиться джерело домішкових атомів. Таким джерелом може бути потік газу, рідини або тверда поверхнева плівка. Наприклад, для отримання хвилеводів на основі LiNbO3 або LiTaO3 на підкладку з цих матеріалів наносять шар металу (титан або тантал). Після цього, підкладку з нанесеним на неї металевим шаром, заносять у пічку. При високих температурах приблизно 1000°С атоми титану (танталу) дифундують у підкладку. Концентрація домішкових атомів є найбільшою на поверхні підкладки і плавно зменшується у глибину. У такий самий спосіб буде мінятися показник заломлення, тому отримані з допомогою методу дифузії хвилеводи є градієнтними. Даним методом були отримані хвилеводи на основі LiNbO3 або LiTaO3, які характеризувалися оптичними втратами не більше 1 дБ/см.
Рис. Виготовлення тонкоплівкових хвилеводів методом дифузії
Дифузія металів також може використовуватись і для виготовлення хвилеводів на основі напівпровідникових матеріалів. Як правило, домішка p-типу дифундує у підкладку n-типу, або навпаки, що приводить до утворення p-n–переходу, забезпечуючи, таким чином, електричну ізоляцію, а також поширення оптичного випромінювання.
Для виготовлення як плоских так і канальних хвилеводів була використана дифузія Cd і Se в ZnS, а також Cd в ZnSe. Канальні хвилеводи шириною 10 мкм і глибиною 3 мкм, утворені дифузією Cd в ZnSe, характеризувались оптичними втратами менше 3 дБ/см.
5.3.5. Метод іонного обміну
Типова схема установки зображена на рисунку.
Рис. Виготовлення тонкоплівкових хвилеводів методом іонного обміну
В якості матеріалу підкладки використовується скло леговане натрієм, яке розміщують у розплавлений нітрат талію. При подачі напруги, як показано на рисунку, і нагріванні скла до температури приблизно 300°С, іони Na+ будуть мігрувати в напрямку катоду. Частина іонів Na+ обміняється з іонами Tl+. Це призведе до формування поверхневого шару з більшим показником заломлення.
5.3.6. Метод іонної імплантації
Домішкові атоми можна вводити у підкладку також шляхом її бомбардування іонами відповідної домішки. Такий процес називається іонною імплантацією. При використанні такого методу іони необхідної домішки спочатку генеруються, а потім прискорюються до енергій 20-200 кеВ і після цього направляються на підкладку. Основними елементами системи легування є джерело іонів, прискорюючі електроди, електростатичні або магнітні дефлектори для розділення іонів по масі і пристрій сканування іонним пучком поверхні підкладки. Процес іонної імплантації звичайно проводиться у вакуумі.
У кварцевому склі імплантовані іони і зміни кристалічної гратки, викликані імплантацією, збільшують показник заломлення. Величина збільшення залежить від числа частинок в одиниці об’єму. Таким чином, з допомогою іонної імплантації можна виготовити глибинні хвилеводи. Глибина проникнення імплантованих іонів у підкладку залежить від маси, енергії, а також від типу матеріалу підкладки та її орієнтації.
Після проведення іонної імплантації як правило необхідно провести відпал матеріалу підкладки при високих температурах для видалення наведених дефектів кристалічної структури і для стимулювання заміщення введеними іонами власних іонів матеріалу. Після відпалу ОХ, отримані таким методом, мають подібні характеристики з хвилеводами, отриманими методом дифузії. Проте, метод іонної імплантації має більші можливості для керування розподілом концентрації введених домішкових атомів завдяки зміні енергії і дози іонів з метою отримання заданого профілю.
Найкращі результати по виготовленню ОХ методом іонної імплантації були отримані при бомбардуванні підкладки з плавленого кварцу іонами літію. Імплантуючи 1015 іонів/см3 у підкладку при температурі 220°С були отримані хвилеводи з показником заломлення 1,493 і втратами 1,8 дБ/см. Відпал на протязі 1 години при температурі 300°С знижував показник заломлення до 1,468, а втрати нижче ніж 0,2 дБ/см (для довжини хвилі λ = 632,8 нм, для неопроміненого кварцевого скла показник заломлення становить 1,457).