Guías ópticas integradas fabricadas por intercambio iónico en vidro mediante difusión asistida por campo eléctrico con efecto ión mixto

Resumo

Mediante o intercambio iónico substitúense catións de sodio orixinarios do vidro por catións de potasio ou prata (dopantes) procedentes dun sal fundido, ben por un proceso térmico, ben coa axuda dun campo eléctrico. Neste último caso a prata pode proceder dunha película metálica. O índice de refracción aumenta proporcionalmente á concentración de dopantes permitindo fabricar guías ópticas. Baixo a aproximación de neutralidade eléctrica, constrúese un sistema de dúas ecuacións diferenciais en derivadas parciais que describen o intercambio asistido por campo eléctrico e as súas condicións de contorno (con sales, película de prata e máscaras), resolvendo inconsistencias presentes na bibliografía e demostrando que a densidade de corrente non verifica estritamente a lei de Ohm. Compróbase que a aproximación de neutralidade eléctrica é excelente nas condicións típicas de fabricación de guías ópticas. As ecuacións xeneralízanse para o caso de intercambio non ideal e coeficientes de difusión dependentes da concentración de dopantes (efecto ión mixto). Desenvólvese un método numérico para simular problemas de difusión asistida por campo de interese na óptica integrada. Proponse un modelo mecánico-estatístico para explicar o efecto ión mixto. Desenvólvese un método de fabricación de máscaras metálicas sobre vidro cunha resolución de 3 micrómetros, suficiente para fabricar guías de canle, e constrúese un sistema de difusión asistida por campo. Con eles fabrícanse guías planas e de canle enterradas. Determínase experimentalmente o coeficiente de interdifusión (función presente nas ecuacións diferenciais) a partir dos índices efectivos dunha guía plana, confirmando a presenza do efecto ión mixto. Adaptouse un método de microscopía interferencial para medir a distribución de índice de guías de canle enterradas. Desenvolveuse un novo método non destrutivo de caracterización de guías de canle enterradas bimodais, baseado na captura de imaxes da cara de saída, que recupera as amplitudes dos modos e a distribución de índice de refracción da guía.