FI117243B - Menetelmä materiaalin seostamiseksi ja seostettu materiaali - Google Patents

Description

χ 117243

MENETELMÄ MATERIAALIN SEOSTAMISEKSI JA SEOSTETTU MATERIAALI

Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdanto-osassa määritelty menetelmä huokoisen lasima-5 teriaalin seostamiseksi, patenttivaatimuksen 14 johdanto-osassa määritelty seostettu huokoinen lasimateriaali ja patenttivaatimuksen 27 mukainen optinen aalto j ohde.

10 TUNNETTU TEKNIIKKA

Seostettua huokoista lasimateriaalia käytetään esimerkiksi optisten aaltojohteiden kuten optisten kuitujen ja optisten tasoaaltojohteiden valmistuksessa. Optisella aaltojohteella tarkoitetaan optisen 15 tehon kuljettamiseen käytettävää elementtiä.

Optisten kuitujen valmistus käsittää 1) huokoisen lasiaihion muodostamisen, jonka aikana määräytyvät optisen kuidun ominaisuudet eri prosessiparamet-reistä riippuen; 2) epäpuhtauksien poistamisen huokoi-20 sesta lasiaihiosta; 3) huokoisen lasiaihion sintraami-sen kiinteäksi lasiaihioksi ja/tai osittain kiinteäksi lasiaihioksi ja lopuksi 4) lasiaihion vetämisen opti- • « ϊ " seksi kuiduksi. Valinnaisesti voidaan sintratun la- ; *·· siaihion päälle lisätä lasia suuremman kuituaihion lii 25 valmistamiseksi.

• *

Entuudestaan tunnettuja menetelmiä huokoisten kuituaihioiden valmistamiseksi ovat esimerkiksi CVD- ···· ,*··. (Chemical Vapour Deposition) , OVD- (Outside Vapor De- • φ position), VAD- (Vapor Axial Deposition), MCVD- (Modi-. 30 fied Chemical Vapor Deposition), PCVD- (Plasma Activa- • 9 9 'lii ted Chemical Vapour Deposition) , DND- (Direct Nanopar- '···* tide Deposition) ja sooli-geelimenetelmä. Näitä mene- ··· telmiä on esitetty esimerkiksi julkaisussa "Handbook • * * * of Chemical Vapor Deposition: Principles, Technology •e 35 and Applications, 2nd Ed., Hugh O. Pierson, 1999.

**· CVD-, OVD-, VAD- ja MCVD-menetelmät perustu- 9 ·.*·: vat huoneenlämpötilassa korkean höyrynpaineen omaavien 2 117243 nesteiden käyttöön ns. kasvatusvaiheessa, jossa neste höyrystetään kantokaasuun, joka kuljetetaan kuumennettavaan termiseen reaktoriin. Reaktorissa höyrystyneet raaka-aineet reagoivat hapen tai happea sisältävän yh-5 disteen kanssa muodostaen oksidej a. Oksidihiukkaset kasvavat agglomeroitumisen ja yhteensintrautumisen seurauksena ja ne ajautuvat ns. keräyspinnalle, jolle muodostuu lasihiukkasista huokoinen lasikerros, jota voidaan edelleen sintrata kiinteäksi lasiksi. Maini-10 tuissa menetelmissä käytettäviä lähtöaineita ovat esimerkiksi kvartsilasin pääraaka-aine piitetrakloridi SiCl4, taitekerrointa kasvattavan Ge02:n lähtöaine ger-maniumtetrakloridi GeCl4 sekä lasin viskositeettiä laskevan ja siten sintrausta helpottavan P205:n lähtö-15 aine fosforioksitrikloridi POCl3.

Lisäksi on tunnettua valmistaa optisten kuitujen aihioita sooli-geelimenetelmällä. Sooli-geeli-menetelmässä lähtöaineet ovat yleensä metallien alkok-sideja tai -suoloja. Lähtöaine hydrolysoidaan liuotti-20 messa, jolloin lähtöaine polymeroituu muodostaen soo-lin. Kun soolista haihdutetaan liuotinta, se geeliytyy kiinteäksi materiaaliksi. Kuumennettaessa lopuksi gee-liä korkeassa lämpötilassa loput liuottimesta ja muu i\ orgaaninen aines poistuvat ja geeli kiteytyy lopulli- ]·β·β 25 seen muotoonsa.

* 1 · 1,1 Erityisesti CVD-, OVD-, VAD- ja MCVD-menetel- ···1 mien ongelmana on, ettei niitä voida käyttää harvinai- • · » silla maametalleilla seostettujen optisten kuitujen valmistamiseksi. Harvinaisilla maametalleilla ei ole 30 käytännöllisiä yhdisteitä, joiden höyrynpaine olisi riittävän korkea huoneenlämpötilassa.

:1!1: Harvinaisilla maametalleilla seostettujen op- tisten kuitujen (RE-kuitujen) valmistamiseksi on tun- *::: nettua käyttää niin sanottua liuosseostusta eli solu- • 1 *·;·1 35 tion-doping -menetelmää, jossa pelkistä perusaineista ':· kasvatettu seostamaton kuituaihio kastetaan seostusai- 11·· · · • «I • · 3 117243 neita sisältävään liuokseen ennen kuituaihion sintraa-mista.

Liuosseostusmenetelmän ongelmana on valmistettujen optisten kuitujen huono homogeenisuus ja li-5 saksi optisten kuitujen parametrien toistettavuus kui-tuaihioiden välillä on huono. Tämä johtuu siitä, että valmistus on riippuvainen useasta eri tekijästä, esimerkiksi nesteen tunkeutumisesta huokoiseen materiaaliin, suolojen tarttumisesta huokoisen materiaalin 10 pinnalle, kaasujen tunkeutumisesta materiaaliin, suolojen reagoimisesta, seostumisesta jne., joiden hallinta on vaikeaa. Huono toistettavuus vaikuttaa epäedullisesti esimerkiksi prosessisääntöön j a nostaa seostettujen kuitujen valmistuskustannuksia.

15 Edelleen tunnetaan menetelmä seostettujen op tisten kuitujen valmistamiseksi ns. suoralla nanohiuk-kasruiskutuksella (Direct Nanoparticle Deposition, DND) . Mainitun menetelmän etuna liuosseostukseen verrattuna on, että menetelmässä käytettyyn reaktoriin 20 voidaan syöttää nestemäisiä raaka-aineita, jolloin la- sihiukkaset seostuvat liekkireaktorissa. Tällä tavalla saadaan seostetuista lasihiukkasista kasvatettua la- siaihio, joka on tasalaatuisempi kuin liuosseostuksel- ;·. la valmistettu. On kuitenkin yleisesti tunnettua, että ♦ »» 25 nanokokoluokan hiukkasten kerääminen on vaikeaa, koska 5*5 lii* hiukkaset seuraavat kaasuvirtausten liikkeitä. Maini- • · *··’ tulla menetelmällä ei myöskään voida seostaa muilla ...ί aihionvalmistusmenetelmillä kasvatettuja huokoisia ai- • · · hioita.

30 Keksinnön tarkoituksena on poistaa edellä : mainitut huokoisen lasimateriaalin seostamiseen käy- ··· ;···. tettyjen tunnettujen menetelmien ongelmat.

**« ·. Erityisesti keksinnön tarkoituksena on tuoda ♦ ·· *··· esiin uusi, yksinkertainen ja edullinen menetelmä huo- ·...* 35 koisen lasimateriaalin seostamiseksi. Keksinnön tar- « ·*· koituksen on tuoda esiin menetelmä, jonka toistetta- : vuus on parempi kuin tunnetun tekniikan mukaisten me- ·· * * Λ 117243 netelmien kohdalla ja, jonka avulla varmistetaan seostetun lasimateriaalin tasainen laatu. Edelleen keksinnön tarkoituksena on tuoda esiin uusi, parempi ja tasalaatuisempi seostettu huokoinen lasimateriaali, jota 5 voidaan käyttää optisten aaltojohteiden kuten optisten kuitujen ja optisten tasoaaltojohteiden valmistukseen.

KEKSINNÖN YHTEENVETO

Keksinnön mukaiselle menetelmälle, seostetul-10 le huokoiselle lasimateriaalille ja optiselle aalto-johteelle on tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksissa .

Keksintö perustuu suoritettuun tutkimustyöhön, jossa yllättäen havaittiin, että huokoisen lasi-15 materiaalin seostamiseksi voidaan käyttää menetelmää, jossa kasvatetaan seostusaineen kerros huokoisen lasi-materiaalin pinnalle ja/tai sen jonkin osan/joidenkin osien pinnalle atomikerroskasvatus-menetelmän (ALD-menetelmän, Atomic Layer Deposition) avulla.

20 Atomikerroskasvatus-menetelmä on CVD-mene- telmä (Chemical Vapor Deposition), jossa lähtöaineet johdetaan substraatille yksi kerrallaan. Kunkin lähtö-"*e. ainepulssin jälkeen substraattia huuhdellaan inertillä kaasulla, jolloin pinnalle jää kemisorboitunut mono- • «· 25 kerros yhtä lähtöainetta. Tämä kerros reagoi seuraavan • * » 1,1 lähtöaineen kanssa muodostaen määrätyn osittaisen mo- ···* nokerroksen haluttua materiaalia. Halutun materiaali- ···· kerroksen paksuutta voidaan määrittää tarkasti toista- *...: maila sykliä tarvittava määrä. Esillä olevassa hake- 30 muksessa tarkoitetaan atomikerroskasvatus-menetelmällä mitä tahansa tavanomaista ALD-menetelmää ja/tai maini-tun menetelmän mitä tahansa alan ammattimiehelle il- #* \ meistä sovellusta ja/tai muunnosta.

mHl Keksinnön mukaisen menete1män avulla voidaan *···' 3 5 kasvattaa seostusaineen kerrokset huokoisen lasimate- *:* riaalin kaikille pinnoille eli myös huokosten sisälle tt·· • · • · · • n 5 117243 siten, että huokoisen lasimateriaalin kaikille pinnoille muodostuu haluttu seostusaineen kerros.

Seostusaine voi olla yksi tai useampi aine, joka voidaan valita aineista, jotka käsittävät harvi-5 naisen maametallin kuten erbiumin, ytterbiumin, neo-dyymin ja ceriumin, booriryhmän aineen kuten boorin ja alumiinin, hiiliryhmän aineen kuten germaniumin, tinan ja piin, typpiryhmän aineen kuten fosforin, fluoriryh-män aineen kuten fluorin, ja/tai hopean ja/tai minkä 10 tahansa muun huokoisen lasimateriaalin seostamiseksi sopivan aineen. Aine voi olla alkuaine- tai yhdiste-muodossa. Esimerkkinä voidaan mainita, että ALD-menetelmällä voidaan kasvattaa edellä mainittujen aineiden oksidikerrokset tai muiden yhdisteiden kerrok-15 set huokoisen lasimateriaalin pinnalle.

Keksinnön eräässä sovelluksessa on huokoinen lasimateriaali optisen kuidun valmistukseen käytettävä huokoinen lasimateriaali. Huokoinen lasimateriaali voi myös olla optisen tasoaaltojohteen valmistukseen käy-20 tettävä huokoinen lasimateriaali. Huokoinen lasimateriaali voi myös olla minkä tahansa muun samanlaisen elementin valmistukseen käytettävä huokoinen lasimate-riaali.

• 4« ;·. Keksinnön mukainen seostettava huokoinen la- » »· 25 simateriaali, esimerkiksi lasiaihio, voidaan valmistaa • · t l.l millä tahansa tavanomaisella menetelmällä kuten CVD- m · *···’ {Chemical Vapour Deposition) , OVD- (Outside Vapor De- position) , VAD- (Vapor Axial Deposition) , MCVD- (Modi- • ·· fied Chemical Vapour Deposition) , PCVD- (Plasma Acti- 30 vated Chemical Vapour Deposition), DND- (Direct Nano- : particle Deposition) , sooli-geelimenetelmällä tai mil- ·»· ·**’. lä tahansa muulla samanlaisella menetelmällä. Mainit- • · · \ tujen menetelmien avulla esimerkiksi pelkistä perusai- I·· ···· neista kasvatettu seostamaton huokoinen lasimateriaali **..* 35 voidaan varastoida ja tämän jälkeen tarvittaessa seos- « taa esillä olevan keksinnön mukaisesti ja edelleen kä- »»»· • » • ♦ » • ·· ♦ * 6 117243 sitellä tavanomaisten vaiheiden avulla esimerkiksi optiseksi kuiduksi.

Huokoisen lasimateriaalin valmistuksen aikana on varmistuttava, että huokoinen lasimateriaali käsit-5 tää reaktiivisia ryhmiä huokoisen lasimateriaalin pinnalla ja/tai sen jonkin osan/joidenkin osien pinnalla. Reaktiiviset ryhmät voivat olla OH-ryhmiä, OR-ryhmiä (ai koksi di ryhmiä) , SH-ryhmiä, NHi_4- ryhmiä ja/tai mitä tahansa muita tavanomaisia seostusaineita kohtaan re-10 aktiivisia ryhmiä, joihin seostusaineet voivat tart tua. Eräässä sovelluksessa reaktiiviset ryhmät ovat hydroksyyliryhmiä, joiden kanssa seostusaineet reagoivat seostusaineen kerroksen kasvattamisen aikana.

Säätämällä reaktiivisten ryhmien määrää huo-15 koisen lasimateriaalin pinnalla voidaan säätää seos tusaineen määrää huokoisen lasimateriaalin pinnalla.

Hydroksyyliryhmät muodostuvat lasimateriaalissa vedyn läsnäollessa, jolloin muodostuu sekä Si-H että Si-OH ryhmiä. Reaktiivisia ryhmiä kuten hydrok-20 syyliryhmiä voidaan lisätä huokoisen lasimateriaalin pinnalle käsittelemällä lasimateriaalia vetyä ja/tai vety-yhdistettä käsittävällä kaasulla ja/tai nesteellä ·*·,. korkeassa lämpötilassa. Lisäksi reaktiivisia ryhmiä :·. voidaan lisätä käsittelemällä lasimateriaalia sätei- * ** 25 lyttämällä, esimerkiksi sähkömagneettisesti tai y- • * ·

Imi' säteillä, ja tämän jälkeen ja/tai tätä ennen käsitte- **· lemällä esimerkiksi vetyä ja/tai vety-yhdistettä kä- ··· *;*j Eittävällä kaasulla ja/tai nesteellä. Säteilytettyä aluetta voidaan myös käsitellä millä tahansa muulla 30 samanlaisella aineella reaktiivisten ryhmien muodostani^ miseksi huokoisen lasimateriaalin pinnalle ja/tai sen jonkin osan/joidenkin osien pinnalle.

··· *. Seostettaessa huokoista lasimateriaalia ALD- *;·* menetelmän avulla poistuvat reaktiiviset ryhmät, esi- * · *···* 35 merkiksi hydroksyyliryhmät, tehokkaasti huokoisesta ·:· lasimateriaalista, esimerkiksi lasiaihiosta, seostus- ·««« ;*·.· aineen reagoidessa mainittujen reaktiivisten ryhmien * · 7 117243 kanssa. Tarvittaessa voidaan seostettu huokoinen lasi-materiaali seostamisen jälkeen puhdistaa poistamalla siinä mahdollisesti jäljellä olevat reaktiiviset ryhmät ja mahdolliset muut epäpuhtaudet.

5 Eräässä sovelluksessa huokoinen lasimateriaa li on kvartsilasia, eli piidioksidia (Si02) . Lasimateriaali voi myös olla mitä tahansa muuta lasia muodostavaa oksidia kuten B203:a, Ge02:a ja P4Oi0:a. Huokoinen lasimateriaali voi myös olla fosforilasia, fluoridi-10 lasia, sulfidilasia ja/tai mitä tahansa muuta tavanomaista lasimateriaalia.

Eräässä sovelluksessa huokoinen lasimateriaali on osaksi tai kokonaan seostettu yhdellä tai useammalla aineella, joka käsittää germaniumin, fosforin, 15 fluorin, boorin, tinan, titaanin ja/tai minkä tahansa muun samanlaisen aineen.

Haluttu huokoisen lasimateriaalin ominaispin-ta-ala aikaansaadaan säätämällä hiukkaskokoa valmistettaessa huokoista lasimateriaalia. Kun kasvatettava 20 massa/tilavuusvirta on suuri, esimerkiksi 1-100 g/min, kasvavat lasihiukkaset suuriksi, esimerkiksi submikro-ni- tai mikronikokoluokkaan, ennen keräyspinnalle :·, tarttumista. Tällöin huokoset hiukkasten välissä ovat I ·« ;·. mikrometrien suuruusluokkaa. Massa/tilavuusvirran oi- • *· 25 lessa pienempi saadaan keräyspinnalle kasvatettua 1- 1 *·.: putuotteen, kuten optisen aaltojohteen, muodostamisek- • # nm:n kokoisia hiukkasia, jolloin niiden välillä » · olevien huokosten koko on pienempi. Hiukkaskokoa voi-

• M

...! daan säätää myös millä tahansa muulla tavalla säätä- • · m mällä proses s iparametrejä huokoisen lasimateriaalin 30 kasvattamisen aikana. Eräässä sovelluksessa on huokoi- sen lasimateriaalin ominaispinta-ala edullisesti > 1 ·***. m2/g, edullisemmin > 10 m2/g ja edullisimmin > 100 ··· _ \ «/g-

Kun huokoinen lasimateriaali on seostettu 35 esillä olevan keksinnön mukaisesti voidaan se edelleen ·** käsitellä tavanomaisten vaiheiden avulla halutun lop- • ··· β 117243 si. Huokoisen lasimateriaalin seostamisen jälkeen voidaan se sintrata kiinteäksi, huokosettomaksi lasimateriaaliksi, jolloin seostusaineet diffundoituvat lasi-materiaaliin. Kiinteäksi sintrattua lasimateriaalia 5 voidaan edelleen käsitellä, esimerkiksi vetää optiseksi kuiduksi.

Keksintö perustuu edelleen optiseen aaltojohteeseen, kuten optiseen kuituun tai optiseen tasoaal-tojohteeseen, jonka valmistuksen aikana on käytetty 10 esillä olevan keksinnön mukaisella menetelmällä seostettua huokoista lasimateriaalia.

Keksinnön etuna on, että menetelmässä voidaan käyttää usealla tunnetulla vaihtoehtoisella menetelmällä valmistettua huokoista lasimateriaalia. Tämä 15 huokoinen lasimateriaali voidaan valmistaa varastoon käytettäväksi esimerkiksi optisten kuitujen, tai muiden lopputuotteiden, valmistukseen tarvittaessa. Keksinnön mukaisella menetelmällä aikaansaadaan huokoisen lasimateriaalin seostaminen halutulla seostusaineella 20 erittäin tarkasti, tasalaatuisesta ja paremmalla tuotannon toistettavuudella kuin tunnettujen menetelmien avulla.

Keksinnön etuna on edelleen, että huokoisen • »· ;·. lasimateriaalin seostukseen käytetyn ALD-menetelmän * ·1 . 25 avulla voidaan seostusainetta kasvattaa juuri haluttu • · « määrä ja seostusaineen kerroksen paksuutta voidaan « · *···' vaihdella tarkasti, jopa osittaisen atomikerroksen —ί tarkkuudella, lasimateriaalista toiseen.

Edelleen keksinnön etuna on, että menetelmä 30 mahdollistaa Sn-seostuksen, joka ei aikaisemmin ole : ollut mahdollinen.

···

Edelleen keksinnön etuna on, että tarkan ja ··· \ säädeltävän menetelmän avulla saadaan kaupallisesti ·1« edullinen menetelmä, joka varmistaa juuri halutunlai- • · *···1 35 sen seostetun huokoisen lasimateriaalin valmistamisen ··· ilman, että materiaalia menee hukkaan.

···· · · • ·♦ • « 9 117243

KUVALUETTELO

Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti sovellutusesimerkkien avulla viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa 5 Kuva 1 esittää vuokaaviota optisen kuidun valmistuksesta, ja

Kuva 2 esittää vaiheet huokoisen lasimateriaalin valmistamisesta aihion tiivistämiseen.

10 KEKSINNÖN YKSITYISKOHTAINEN KUVAUS

Esimerkki 1: Al203/Er203-seostetun lasiaihion valmistaminen

Esillä olevan keksinnön toimivuutta eli ALD-15 menetelmän käyttöä huokoisen lasimateriaalin seostami-sessa tutkittiin kasvattamalla Ai203/Er203-kerros optisen kuidun valmistukseen käytettävän huokoisen lasiaihion pinnoille (kuva 2).

Huokoinen lasiaihio valmistettiin entuudes-20 taan tunnetun sooli-geeli-menetelmän mukaisesti. Lasiaihio voidaan valmistaa myös millä tahansa muulla tavanomaisella huokoisen lasiaihion valmistusmenetel-mällä. Huokoinen lasiaihio oli Si02-aihio (kuva 1, « «« ** vaihe 1).

» #· \ „ 25 Valmistettaessa huokoinen lasiaihio sooli- j · » geeli-menetelmällä, sisälsi lasiaihio itsessään yli * “···* 200 ppm (painon suhteen) hydroksyyliryhmiä. Tehokkaan ALD-menetelmän aikaansaamiseksi lisättiin hydroksyyli- ryhmien määrää edelleen käsittelemällä lasiaihiota ve- 30 dyllä lasiaihion säteilyttämisen jälkeen (kuva 1, vai- : he 2) . Käsittelyn jälkeen hydroksyyli ryhmien määrä oli ··· 1000 ppm.

• · · \ Lasiaihion valmistuksen jälkeen kasvatettiin «tl ·*·ί Al203/Er203-kerrokset huokoisen lasiaihion pinnoille *.·.· 35 ALD-menetelmän avulla (kuva 1# vaihe 3) .

m ... Al203:n lähtöaineena voidaan käyttää esimer- .·. : kiksi seuraavia lähtöaineita: • ·· • » 10 1 1 7243 A1X3, jossa X on F, Cl, Br tai I, X3AI, eli organometailinen yhdiste, jossa X on H, CH3, CH3CH2, (ΟΗ3)2αΗ2 jne., A1X3/ jossa X on hapesta tai typestä koor-5 dinoitunut ligandi, esimerkiksi, etoksidi, isopropok-sidi, 2,2,6,6,-tetrametyyliheptaanidioni, asetyy-liasetonaatti tai Ν,Ν-dialkyyliasetamidinaatto.

Edellä mainittujen lisäksi voidaan käyttää yhdisteitä joissa ligandit ovat edellä mainittujen yh-10 distelmiä.

Erbiumin lähtöaineena voidaan käyttää esimerkiksi seuraavia lähtöaineita:

ErX3, jossa X on F, Cl, Br, I tai nitraatti, Er(X)3 tai Er(X)3Z, jossa X on hapen kautta 15 koordinoitunut ligandi, esimerkiksi yksi tai useampi seuraavista: 2,2,6,6,-tetrametyylioktaanidioni, 2,2,6,6,-tetrametyyliheptaanidioni tai asetyyliaseto-naatti tai vastaava; ja Z on esimerkiksi tetraglyymi, pyridiini-N-oksidi, 2,2'-bipyridyyli tai 1,10-20 tenantrollini tai vastaava neutraali ligandi, X3Er tai X3ErZ, jossa X on C5Z5 (Z = H tai R) tai sen johdannainen tai vastaava ηχ, η5 tai η8- koor- ;·. dinoitunut ligandi ja Z on neutraali ligandi, • *« •·β ErX3, jossa X on typen kautta koordinoitunut • »» \ . 25 ligandi, esimerkiksi alkyylisilyyliamido tai N,N- • * » *·[·' dialkyyliasetamidinaatto.

• * *··.* Sekä alumiini- että erbiumlähtöaineille voi- * daan käyttää kasvatuksessa toisena lähtöaineena jota-kin happea sisältävää yhdistettä, esimerkiksi vettä, 30 vetyperoksidia, happea, otsonia tai erilaisia metalli- • alkoksideja.

.···. Tässä kokeessa käytettiin lähtöaineina (CH3) 3A1:a ja Er{thd)3:a (thd=CnH2o02) . Happilähtöainei- #*· na käytettiin vettä ja otsonia. Kasvatuksissa käytet- ·** 35 tiin 300 °C lämpötilaa. Kasvatussar j a suoritettiin muuttamalla Er(thd)3/03- ja (CH3) 3Al/H20-pulssien välis- ]·”· tä pulssitussuhdetta 1:0-0:1 välillä.

• ·· • » 11 1 17243

Seostaminen ALD-menetelmällä käsitti kaksi vaihetta {kuva 1, vaihe 3). Ensiksi kasvatettiin la-siaihion pinnoille AI203-kerros (kuvassa 1 esitettynä Ax) käyttämällä lähtöaineita (CH3)3A1 ja H20 (kuvassa 1 5 esitettyinä lähtöaineina 1 ja 2) ja tämän jälkeen kasvatettiin lasiaihion pinnoille Er203-kerros (kuvassa 1 esitettynä By) käyttämällä lähtöaineita Er(thd)3 ja 03 (kuvassa 1 esitettyinä lähtöaineina 3 ja 4) . Sykliä jatkettiin kunnes saatiin tarpeeksi paksu kerros* 10 ALD-menetelmä havai11iin tehokkaaksi menetel mäksi Al203/Er2O3-seostetun huokoisen lasiaihion valmistuksessa. Tyypillisessä Er-aihiossa vaadittavat määrät ja seostettavien aineiden suhteet aikaansaatiin ALD-menetelmän avulla alhaisten syklilukumäärien avul-15 la. Täten prosessiaika ja kustannukset pysyivät alhaisina.

Lisäksi havaittiin, että Al203-seostamista voidaan käyttää taitekertoimen nostamiseen tavanomaisesti taitekertoimen nostamiseen käytettävän kalliin 20 Ge02:n seostamisen sijasta.

Seostamisen jälkeen poistettiin jäljellä olevat OH-ryhmät (kuva 1, vaihe 4) ja tämän jälkeen huo-•\e koinen lasiaihio tiivistettiin (kuva 1, vaihe 5), jon- ka aikana di f fuusiovoimat tasasivat huokosten pinnan • ·· * 25 ja lasiaihion konsentraatiosuhdetta muodostaen samalla

• · » J

• * * tasaisesti Al203- ja Er203-seostetun huokoisen aihion.

• « **·;’ Tämän jälkeen aihion ympärille muodostettiin • m * ·*·* piidioksidivaippa (kuva 1, vaihe 6) . Lopuksi aihio ja vaippa sintrattiin (kuva 1, vaihe 7) , Tuloksena saa- 30 ti in kirkas kuituaihio, joka vedettiin kuiduksi (kuva : 1, vaihe 8) .

··♦

Keksintöä ei rajata pelkästään edellä esitet- * * · \ tyä sovellutusesimerkkiä koskevaksi, vaan monet muun- nokset ovat mahdollisia pysyttäessä patenttivaatimus- **··* 35 ten määrittelemän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

··· #·»» • · • % · • ·· • «

Claims (27)

117243

1. Menetelmä huokoisen lasimateriaalin seos-tamiseksi, tunnettu siitä, että menetelmässä kasvatetaan seostusaineen kerros huokoisen lasimateri- 5 aalin pinnalle ja/tai sen jonkin osan/joidenkin osien pinnalle atomikerroskasvatus-menetelmällä (ALD- menetelmällä).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että seostusaine käsittää yhden 10 tai useamman aineen, joka käsittää harvinaisen maame-tallin kuten erbiumin, ytterbiumin, neodyymin ja ceriumin, booriryhmän aineen kuten boorin ja alumiinin, hiiliryhmän aineen kuten germaniumin, tinan ja piin, typpiryhmän aineen kuten fosforin, fluoriryhmän aineen 15 kuten fluorin, ja/tai hopean.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että huokoinen lasimateriaali on optisen kuidun tai optisen tasoaaltojohteen valmistuksessa käytettävä huokoinen lasimateriaali.

4. Jonkin patenttivaatimuksista 1-3 mukai nen menetelmä, tunnettu siitä, että huokoinen lasimateriaali on lasiaihio. 44

: ** 5. Jonkin patenttivaatimuksista 1-4 mukai- 4 « ; **· nen menetelmä, tunnettu siitä, että huokoinen •JJ 25 lasimateriaali on valmistettu yhdellä seuraavista me- netelmistä: CVD- (Chemical Vapour Deposition), OVD- (Outside Vapor Deposition) , VAD- (Vapor Axial Deposi- .··*. tion) , MCVD- (Modified Chemical Vapour Deposition) , PCVD- (Plasma Activated Chemical Vapour Deposition), * 30 DND- (Direct Nanoparticle Deposition) ja sooli- • 4 4 *·;;* geelimenetelmä. 4 4

'···* 6. Jonkin patenttivaatimuksista 1-5 mukai- 4 ··· nen menetelmä, tunnettu siitä, että lasimateri- 4 44 4 .*·*. aali käsittää reaktiivisia ryhmiä, joihin seostusai- 35 neet tarttuvat. 4 44 4

···· 7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, • 4 tunnettu siitä, että säädetään seostusaineen 117243 määrää huokoisen lasimateriaalin pinnalla säätämällä reaktiivisten ryhmien määrää huokoisessa lasimateriaalissa.

8. Patenttivaatimuksen 6 tai 7 mukainen mene-5 telmä, tunnettu siitä, että reaktiiviset ryhmät ovat OH-ryhmiä, OR-ryhmiä, SH-ryhmiä ja/tai NHi_4-ryhmiä.

9. Jonkin patenttivaatimuksista 6-8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lisätään re- 10 aktiivisia ryhmiä huokoisen lasimateriaalin pinnalle käsittelemällä lasimateriaalia vetyä ja/tai vety-yhdistettä käsittävällä kaasulla ja/tai nesteellä korkeassa lämpötilassa.

10. Jonkin patenttivaatimuksista 6-8 mukai-15 nen menetelmä, tunnettu siitä, että lisätään reaktiivisia ryhmiä huokoisen lasimateriaalin pinnalle käsittelemällä lasimateriaalia säteilyttämisen ja ve-tykäsittelyn yhdistelmän avulla.

11. Jonkin patenttivaatimuksista 1-10 mu-20 kainen menetelmä, tunnettu siitä, että huokoinen lasimateriaali on kvartsilasia, fosforilasia, fluori-dilasia ja/tai sulfidilasia.

12. Jonkin patenttivaatimuksista 1-11 mu- * kainen menetelmä, tunnettu siitä, että huokoinen > »» 25 lasimateriaali on osaksi tai kokonaan seostettu yhdel- • » » 1.1' lä tai useammalla aineella, joka käsittää germaniumin, fosforin, fluorin, boorin, tinan ja/tai titaanin. «··

13. Jonkin patenttivaatimuksista 1-12 mu- * · ····* kainen menetelmä, tunnettu siitä, että huokoisen 30 lasimateriaalin ominaispinta-ala on > 1 m2/g, edulli-sesti > 10 m2/g ja edullisemmin > 100 m2/g.

14. Seostettu huokoinen lasimateriaali, \ tunnettu siitä, että seostusaineen kerros on »»· kasvatettu huokoisen lasimateriaalin pinnalle ja/tai • m *··** 35 sen jonkin osan/joidenkin osien pinnalle atomikerros- I ·:· kasvatus-menetelmällä (ALD-menetelmällä) . * » · « • · 117243

15. Patenttivaatimuksen 14 mukainen seostettu huokoinen lasimateriaali, tunnettu siitä, että seostusaine käsittää yhden tai useamman aineen, joka käsittää harvinaisen maametallin kuten erbiumin, yt-5 terbiumin, neodyymin ja ceriumin, booriryhmän aineen kuten boorin ja alumiinin, hiiliryhmän aineen kuten germaniumin, tinan ja piin, typpiryhmän aineen kuten fosforin, fluoriryhmän aineen kuten fluorin, ja/tai hopean.

16. Patenttivaatimuksen 14 tai 15 mukainen seostettu huokoinen lasimateriaali, tunnettu siitä, että huokoinen lasimateriaali on optisen kuidun tai optisen tasoaaltojohteen valmistuksessa käytettävä huokoinen lasimateriaali.

17. Jonkin patenttivaatimuksista 14 - 16 mu kainen seostettu huokoinen lasimateriaali, tunnettu siitä, että huokoinen lasimateriaali on la-siaihio.

18. Jonkin patenttivaatimuksista 14 - 17 mu-20 kainen seostettu huokoinen lasimateriaali, tunnettu siitä, että huokoinen lasimateriaali on valmistettu yhdellä seuraavista menetelmistä: CVD- (Che- Γ\. mical Vapour Deposition), OVD- (Outside Vapor Deposi- * tion), VAD- (Vapor Axial Deposition), MCVD- (Modified .V. 25 Chemical Vapour Deposition), PCVD- (Plasma Activated * I * 1*1' Chemical Vapour Deposition), DND- (Direct Nanoparticle « · Deposition) ja sooli-geelimenetelmä.

··" 19. Jonkin patenttivaatimuksista 14 - 18 mu- • » ***** kainen seostettu huokoinen lasimateriaali, t u n - 30. e t t u siitä, että lasimateriaali käsittää reaktii-visia ryhmiä, joihin seostusaineet tarttuvat.

20. Patenttivaatimuksen 19 mukainen seostettu »»» \ huokoinen lasimateriaali, tunnettu siitä, että **· r * ··** seostusaineen määrää huokoisen lasimateriaalin pinnal- • « *·;** 35 la on säädetty säätämällä reaktiivisten ryhmien määrää *:· huokoisessa lasimateriaalissa. ·*·♦ • · • * » • • · 117243

21. Patenttivaatimuksen 19 tai 20 mukainen seostettu huokoinen lasimateriaali, tunnettu siitä, että reaktiiviset ryhmät ovat OH-ryhmiä, OR-ryhmiä, SH-ryhmiä ja/tai NHi-4-ryhmiä.

22. Jonkin patenttivaatimuksista 19 - 21 mu kainen seostettu huokoinen lasimateriaali, tunnettu siitä, että huokoisen lasimateriaalin pinnalle on lisätty reaktiivisia ryhmiä käsittelemällä lasimateriaalia vetyä ja/tai vety-yhdistettä käsittä- 10 väliä kaasulla ja/tai nesteellä korkeassa lämpötilassa.

23. Jonkin patenttivaatimuksista 19 - 21 mukainen seostettu huokoinen lasimateriaali, tunnettu siitä, että huokoisen lasimateriaalin pin- 15 nalle on lisätty reaktiivisia ryhmiä käsittelemällä lasimateriaalia säteilyttämisen ja vetykäsittelyn yhdistelmän avulla.

24. Jonkin patenttivaatimuksista 14 - 23 mukainen seostettu huokoinen lasimateriaali, t u n - 20. e t t u siitä, että huokoinen lasimateriaali on kvartsilasia, fosforilasia, fluoridilasia ja/tai sul-fidilasia. Γ\, 25. Jonkin patenttivaatimuksista 14 - 24 mu- t Ϊ*. kainen seostettu huokoinen lasimateriaali, t u n - • M 9 ,V.

25 n e t t u siitä, että huokoinen lasimateriaali on « · * osaksi tai kokonaan seostettu yhdellä tai useammalla • * mml aineella, joka käsittää germaniumin, fosforin, fluo- •••| rin, boorin, tinan ja/tai titaanin.

• » *···' 2 6. Jonkin patenttivaatimuksista 14 - 25 mu- 30 kainen seostettu huokoinen lasimateriaali, t u n - * 5,5.2 n e t t u siitä, että huokoisen lasimateriaalin omi- naispinta-ala on > 1 m2/g, edullisesti > 10 m2/g ja edullisemmin > 100 m2/g. *lll

27. Optinen aaltojohde, jonka valmistuksessa • * 35 on käytetty patenttivaatimuksen 1 mukaisella menet el- *:* mällä seostettua huokoista lasimateriaalia. • » • · » » »i « « 117243