DE3789115T2

DE3789115T2 - Verfahren zur herstellung eines optischen wellenleiters und erzeugnis.

Info

Publication number: DE3789115T2
Application number: DE3789115T
Authority: DE
Inventors: John Bierlein; Lothar Brixner; August Ferretti; William Hsu
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1987-01-08
Filing date: 1987-12-15
Publication date: 1994-07-14
Anticipated expiration: 2007-12-16
Also published as: EP0341267A1; WO1988004882A2; WO1988004882A3; EP0341267B1; DE3789115D1; CN1024220C; JP2754226B2; EP0341267A4; KR970009093B1; KR890700840A; CA1322936C; US4766954A; BR8707935A; CN88100679A; JPH02501864A

Description

Hintergrund der Erfindung

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft optische Wellenleiter und ein Verfahren zu ihrer Herstellung.

Beschreibung der verwandten Technik

Für die Entwicklung optischer Kommunikationssysteme wurde viel Arbeit aufgewendet. Das grundlegende Element eines solchen Systems ist der optische Wellenleiter, der optische Wellen von einem Punkt zu einem anderen überträgt oder leitet und dazu dient, verschiedene Vorrichtungen in einer integrierten Optoschaltung zu verbinden. Solche Wellenleiter bestehen aus einem optisch transparenten wellenleitenden Medium, das von Medien mit niedrigeren Brechungsindizes umgeben ist, so daß Licht, das sich entlang des Wellenleiters ausbreitet, an den Grenzen mit den umgebenden Medien totalreflektiert wird. In integrierten Optoschaltkreisen sind die beiden grundlegenden Wellenleiter-Geometrien der planare oder Plattenwellenleiter und der Kanal- oder Streifenwellenleiter.
Die U.S.-Patentschrift 3 998 687 von Ballman et al., 21. Dezember 1976, beschreibt eine Technik zur Züchtung dünner epitaxialer Filme von Lithiumniobat, umfassend Eintauchen eines Kristallisationskeimes eines Lithiumtantalat- Substrates in eine unterkühlte Schmelze eines Schmelzflußsystems, ausgewählt aus Li&sub2;B&sub2;O&sub4;-Li&sub2;Nb&sub2;O&sub6;, Li&sub2;WO&sub4;-Li&sub2;Nb&sub2;O&sub6;, K&sub2;WO&sub4;-Li&sub2;Nb&sub2;O&sub6; und WO&sub3;-Li&sub2;Nb&sub2;O&sub6;, und nach Gleichgewichtseinstellung Herausziehen des Kristallisationskeimes aus dem Schmelzfluß und Kühlen des herausgezogenen Keimes. Es wird beschrieben, daß die Filme als optische Wellenleiter geeignet sind.
Die U.S.-Patentschrift 4 073 675 von Ballman et al., 14. Februar 1978, beschreibt ein Verfahren zur Herstellung epitaxialer kristalliner Filme von LiNbO&sub3; auf LiTaO&sub3;- Substraten in einer ausgewählten kristallographischen Ebene, umfassend das Aufbringen eines Pulvers aus LiNbO&sub3; auf ein LiTaO&sub3;-Substrat unter Erhitzen auf eine Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur von LiNbO&sub3;, aber unterhalb der Schmelztemperatur von LiTaO&sub3;, und das nachfolgende langsame Abkühlen, d. h. zwischen 10º und 50ºC pro Stunde, unter den Schmelzpunkt von LiNbO&sub3;.
Die U.S.-Patentschrift 4 037 005 von Phillips, 19. Juli 1977, beschreibt ein Verfahren zur Herstellung optischer Wellenleiter, bei dem ein mit Niob oder Nioboxid beschichteter Einkristall aus Lithiumtantalat erhitzt wird, um zu ermöglichen, daß Niob in den Kristall diffundiert, wonach der Kristall abgekühlt wird. Wenn der Kristall mit Niob beschichtet ist, wird das Niob während des niedrigeren Temperaturbereiches in der Aufheizphase oxidiert. Die Diffusion tritt bei etwa 1050º bis 1250ºC auf.
Die U.S.-Patentschrift 4 284 663 von Carruthers et al., 18. August 1981, beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer optisch wellenleitenden Oberflächenschicht in einem optisch transparenten kristallinen Substrat, wie Lithiumniobat, durch Abscheiden einer Schicht eines Metalls, ausgewählt aus den Übergangsmetallelementen mit einer Ordnungszahl zwischen 21 und 30 sowie Silber und Gold, auf eine Oberfläche des Substrats und Erhitzen des entstehenden Produkts auf etwa 800ºC bis 1100ºC, um in das Metall einzudiffundieren.
Die U.S.-Patentschrift 4 206 251, von Chen, 3. Juni 1980, und die U.S.-Patentschrift 4 329 016, von Chen, 11. Mai 1982, beschreiben ein Verfahren zur Diffusion eines Metalls in ein Substrat, das entweder ein Halbleitermaterial oder ein dielektrisches Material sein kann, umfassend das Beschichten des Substrates mit einer flüssigen Masse, die organometallische Lösungen des gewünschten Metalls und Siliciumdioxid enthält, Erhitzen der resultierenden beschichteten Oberfläche bei einer erhöhten Temperatur für eine Zeitdauer, die ausreicht, um die Zersetzung des organischen Teils der Lösung zu verursachen, wobei ein Verbundfilm zurückbleibt, der ein Oxid des gewünschten Metalls und Siliciumdioxid enthält, weiteres Erhitzen der resultierenden Struktur, um die Diffusion des Metalls aus dem Metalloxid in das Substrat zu verursachen. LiNbO&sub3; ist als Substrat speziell erwähnt, und die Diffusion von Ti wird speziell diskutiert. Die Patentschriften beschreiben auch die optische Wellenleitervorrichtung, die bei diesem Verfahren gebildet wird. Der Verbundfilm, der durch das Verfahren gebildet wird, verhindert das Herausdiffundieren von Li&sub2;O.
Ishitani et al., ADDI. Phvs. Lett 29, 289-291 (1976) beschreiben einen optischen Wellenleiter, der einen Einkristallfilm aus Sr&sub2;Nb&sub2;O&sub7;, aufgewachsen auf eine b-Ebene eines Einkristallsubstrates aus Sr&sub2;Ta&sub2;O&sub7; durch Hochfrequenzsputtering, enthält.
Die U.S.-Patentschrift 3 949 323 von Bierlein et al., 6. April 1976, beschreibt nichtlineare optische Vorrichtungen und elektrooptische Modulatoren, die einen Kristall verwenden, der aus einer Verbindung mit der Formel MTiO(XO&sub4;) besteht, worin M wenigstens eines von K, Rb, Tl oder NH&sub4; bedeutet und X wenigstens eines von P oder As bedeutet und worin X P darstellt, wenn für M NH&sub4; steht.
Zumsteg et al., Journal of Applied Physics 47, 4980-4985 (1976) beschreiben, daß KxRb&sub1;-xTiOPO&sub4; ein nichtlineares optisches (NLO) Material mit hohem NLO-Koeffizienten ist, das transparent ist, über einen weiten Bereich von Wellenlängen wenig empfindlich gegen Zerstörung mit Laser und chemisch inert ist.
Die U.S.-Patentschrift 4 231 838 von Gier, 4. November 1980, beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Einkristallen aus MTiOXO&sub4;, worin M K, Rb oder Tl bedeutet und X P oder As bedeutet, mit optischer Qualität und ausreichender Größe zur Verwendung in nichtlinearen optischen Vorrichtungen, wobei das genannte Verfahren das Aufheizen der Ausgangsmaterialien so steuert, daß es innerhalb des Bereiches des ternären Phasendiagramms stattfindet, innerhalb dessen das gewünschte kristalline MTiOXO&sub4;-Produkt die einzig stabile feste Phase ist, um MTiOXO&sub4; zu produzieren, und das nachfolgende kontrollierte Kühlen, um das gewünschte Produkt zu kristallisieren, umfaßt. Kristalle, die Gemische der Elemente für M und/oder X enthalten, können mit diesem Verfahren gezüchtet werden.
Die U.S.-Patentschrift 4 305 778 von Gier, 15. Dezember 1981, beschreibt ein hydrothermales Verfahren zur Züchtung von Einkristallen aus MTiOXO&sub4;, worin M K oder Rb bedeutet und X P oder As bedeutet, wobei das genannte Verfahren die Verwendung einer wäßrigen Lösung eines Glases, definiert durch die spezifischen Teile der ternären Diagramme für das ausgewählte M&sub2;O/X&sub2;O&sub5;/(TiO&sub2;)&sub2;-System, als Mineralisierungslösung umfaßt.
Veröffentlichungen, die die nichtlinearen oder elektrooptischen Eigenschaften von KTiOPO&sub4; (KTP) diskutieren, umfassen Belt, et al., Laser Focus/Electro-optics, 110-124 (Oktober 1985) und Massey, et al., Applied Optics 24, 4136-4137 (1980)

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Wellenleiters bereit, das die Exposition von wenigstens einer optisch glatten Oberfläche eines Einkristalls aus K1-xRbxTiOMO&sub4;, worin X für eine Zahl von 0 bis 1 steht und M P oder As bedeutet, gegenüber einem geschmolzenen Salz oder einer Mischung aus geschmolzenen Salzen mit wenigstens einem Salz von Rb, Cs und Tl, um auf der genannten Oberfläche eine Oberflächenschicht mit erhöhtem Brechungsindex zu bilden, bei einer Temperatur von etwa 200ºC bis etwa 600ºC und für eine Zeitdauer, die ausreicht, um den Brechungsindex der genannten Oberfläche um wenigstens etwa 0,00025 bezüglich des Brechungsindex des Ausgangskristalls zu erhöhen, und die Abkühlung des erhaltenen Kristalls umfaßt, mit den Maßgaben, daß (a) wenn x für eine Zahl von Null bis 0,8 steht, das genannte geschmolzene Salz wenigstens eines ist, das aus der Gruppe ausgewählt wird, bestehend aus RbNO&sub3;, CsNO&sub3;, TlNO&sub3; und die genannte geschmolzene Mischung wenigstens eine aus RbNO&sub3;, CsNO&sub3;, und TlN=&sub3; mit wenigstens einem Nitrat, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Ca(NO&sub3;)&sub2;, Sr(NO&sub3;)&sub2; und Ba(NO&sub3;)&sub2;, oder eine aus Rbcl mit wenigstens einem Chlorid, ausgewählt aus der Gruppe von Zncl&sub2; und LiCl, ist; und (b) wenn x wenigstens 0,8 bedeutet, das geschmolzene Salz CsNO&sub3; und/oder TlNO&sub3; ist und die geschmolzene Mischung wenigstens eine aus CsNO&sub3; und TlNO&sub3; mit wenigstens einem Nitrat, ausgewählt aus der Gruppe von Ca(NO&sub3;)&sub2;, Sr(NO&sub3;)&sub2; und Ba(NO&sub3;)&sub2;, ist.
Es wird bevorzugt, daß die RbNO&sub3;-, CsNO&sub3;-, TlNO&sub3;-Salzschmelzen oder deren Gemische darin gelöst wenigstens eines der Erdalkalimetallnitrate Ca(NO&sub3;)&sub2;, Sr(NO&sub3;)&sub2; und Ba(NO&sub3;)&sub2;, z. B. die eutektische RbNO&sub3;-Ca(NO&sub3;)&sub2;-Lösung enthalten, und wenn ein geschmolzenes Gemisch aus RbCl und wenigstens einem anderen Chlorid verwendet wird, wird es bevorzugt, daß das geschmolzene Gemisch die RbCl-ZnCl&sub2;-Lösung ist.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Bei Platten- oder Kanalwellenleitern ist es notwendig, daß das Material, durch das sich das Licht ausbreitet, einen höheren Brechungsindex aufweist, als die umgebenden Medien. Damit sich das Licht entlang eines Platten- oder eines Kanalmaterials ausbreitet und darin begrenzt bleibt, bestehen jedoch strengere Anforderungen. Allgemein werden die Moden der Ausbreitung in zwei Arten eingeteilt, entsprechend der Richtung der Feldvektoren: jene mit transversalem elektrischem Feld (TE-Moden) und jene mit transversalem magnetischem Feld (TM-Moden). Die Lösungen der Maxwellschen Gleichungen für diese Moden bei Plattenwellenleitern sind gut bekannt. (siehe z. B. "Optical Waves in Crystals", Yariv et al., John Wiley & Sons, New York, Kaptitel 11 (1984) oder "Integrated Optics: Theory and Technology"; Hunsperger, Springer-Verlag, Berlin, 16-37 (1982). Die Anzahl der begrenzten Moden hängt ab von der Frequenz der Lichtquelle, der Tiefe der Platte und den Brechungsindizes der drei beteiligten Medien, d. h. dem des Substrats oder Trägermaterials, ns, dem des Materials des Plattenwellenleiters, Ns + Δn, und dem des Materials oberhalb der Deckoberfläche des Plattenwellenleiters, na. Bei gegebener Frequenz nimmt die Zahl der begrenzten Moden mit steigender Plattentiefe oder mit steigendem Brechungsindex der Platte zu, d. h. mit steigendem Δn. Bei extrem dünnen Platten oder einem extrem kleinen Δn liegt keine Mode innerhalb der Grenze. Mit steigender Plattentiefe und/oder zunehmendem Δn liegt eine Mode innerhalb der Grenze, dann eine weitere usw.
Die Lösungen der Maxwellschen Gleichungen für in Kanalwellenleitern begrenzte Moden sind komplizierter als für Plattenwellenleiter. Aus diesem Grund wurden nur angenäherte Lösungen erhalten (siehe "Integrated Optics: Theory and Technology", Hunsperger, Springer-Verlag, Berlin, 38-43 (1982). Bei einem gegebenen Wert von Δn existieren bestimmte Minimalwerte für die Tiefe und Breite des Kanals, damit der Kanal in der Lage ist, eine Mode zu begrenzen. Diese Werte für Tiefe und Breite sind nicht voneinander unabhängig, d. h. um eine gegebene Mode zu begrenzen, kann ein breiterer Kanal weniger tief sein, während ein schmälerer Kanal eine größere Tiefe erfordert. Typischerweise betragen die Tiefen und Breiten von annähernd quadratischen Kanalwellenleitern das mehrfache der Tiefe eines Plattenwellenleiters. Sowohl bei dem Platten- als auch dem Kanalwellenleiter muß der Brechungsindex hoch genug sein, daß wenigstens eine Mode begrenzt ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Einkristall aus K1-xRbxTiOMO&sub4;, worin x eine Zahl von 0 und 1 darstellt und M P oder As bedeutet, der wenigstens eine optisch glatte Oberfläche hat, mit einem geschmolzenen Salz aus wenigstens einem von Rb, Cs und Tl in Kontakt gebracht. Vorzugsweise bedeutet x 0, und M bedeutet Phosphor. Einkristalle zur Verwendung bei dem Verfahren können durch die Verfahren, die in den U.S.-Patentschriften 3 949 323, 4 231 838 und 4 305 778 beschrieben sind, hergestellt werden.
Wie zuvor festgestellt, werden die zur Verwendung bei dem Verfahren geeigneten Rb-, Cs- und Tl-Salze vorzugsweise aus den Nitraten von Rb, Cs und Tl ausgewählt. Ebenso geeignet sind Lösungen von Ca(NO&sub3;)&sub2;, Sr(NO&sub3;)&sub2; oder Ba(NO&sub3;)&sub2; mit den Nitraten von Rb, Cs oder Tl, z. B. das Rb(NO&sub3;)-Ca(NO&sub3;)&sub2;- Eutektikum und Zn(Cl)&sub2; oder LiCl mit RbCl, z. B. das RbCl- LiCl-Eutektikum. Gemische, die zweiwertige Kationen enthalten, werden bevorzugt.
Wenn x etwas anderes als 0 bedeutet, können Rb&spplus;-Ionen als Ersatzion für K&spplus;-Ionen dienen, wenn die Zahl der Rb&spplus;-Ersatzionen ausreicht, um eine Vergrößerung des Oberflächenbrechungsindex von mindestens etwa 0,00025 bezüglich des Brechungsindex des Ausgangskristalls zu ergeben. Aus praktischen Gründen sind die Ersatzionen Cs&spplus; oder Tl&spplus;, wenn x etwa 0,80 oder mehr beträgt.
Die geschmolzenen Salzlösungen, die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden können, sind teilweise so ausgesucht, um den Vorteil der deutlich niedrigeren Schmelztemperaturen zu nutzen, der möglich wird, wenn sich die Zusammensetzung vom reinen Rb-, Cs- oder Tl-Salz einer eutektischen Zusammensetzung mit anderen Salzen nähert. Es ist nicht nötig, bei der exakten eutektischen Zusammensetzung oder Temperatur zu arbeiten, und tatsächlich kann ein derartiges Vorgehen das Verfahren gegen leichte Betriebsänderungen zu empfindlich machen. Es ist vorteilhaft, das geschmolzene Salz bei einer Temperatur etwas oberhalb der Schmelztemperatur der Zusammensetzung zu verwenden, um die Abkühlung der Schmelze durch ein kühleres Substrat oder eine leichte Änderungen der Temperatur zu vermeiden.
Die Verwendung einer Lösung, die zweiwertige Ionen, z. B. Ca&spplus;&spplus;, Sr&spplus;&spplus;, Ba&spplus;&spplus; oder Zn&spplus;&spplus;, enthält, mit den Rb&spplus;-, Cs&spplus;und/oder Tl&spplus;-Ionen bietet den zusätzlichen Vorteil, Brechungsindex und Dicke des Wellenleiters in umfangreichem Ausmaß zu steuern und vermindert die Abhängigkeit der Eigenschaften des Wellenleiters von den ionischen Eigenschaften des Einkristallsubstrats. Dickere Wellenleiter können mit solchen Lösungen hergestellt werden, und Wellenleiter mit im wesentlichen denselben Eigenschaften wie diejenigen, die nur mit Rb-, Cs- oder Tl-Salzen hergestellt werden, können bei niedrigeren Temperaturen des geschmolzenen Salzes und/oder in kürzerer Zeit hergestellt werden.
Die zweiwertigen Ionen und ebenso die Rb&spplus;-, Cs&spplus;- und/oder Tl&spplus;-Ionen tauschen sich mit den einwertigen Kationen, d. h. den K&spplus;-Ionen des KTiOPO&sub4;-Substrates, aus. Für jedes zweiwertige ausgetauschte Ion entsteht eine Kationenfehlstelle. Diese Fehlstellen können durch Austausch mit benachbarten K&spplus;-Ionen des Gitters wandern. Dies vergrößert die K&spplus;-Leitfähigkeit und die Leitfähigkeit des Rb&spplus;-, Cs&spplus;- und/oder Tl&spplus;- Ions in dem Gitter. Der Effekt erscheint besonders betont bei Ba&spplus;&spplus;-Ionen, und die Zugabe von sogar geringen Mengen eines Bariumsalzes hat einen deutlichen Effekt. Es wird angenommen, daß das Ba&spplus;&spplus;-Ion besonders wirksam ist, weil die Größe des Ba&spplus;&spplus;-Ions nahezu die gleiche ist, wie die des K&spplus;- Ions und es darum leichter in das Gitter eingebaut werden kann als die Ca&spplus;&spplus;- und Sr&spplus;&spplus;-Ionen.
Nützlich als Salzschmelzen bei dem erfindungsgemäßen Verfahren sind Zusammensetzungen, die von reinen Rb-, Cs- und Tl-Nitraten zu Lösungen von einem oder mehreren dieser Nitrate mit wenigstens einem der Erdalkalimetallnitrate, z. B. Ca-, Sr- und Ba-Nitrat, reichen, wobei der Gehalt an Erdakalimetallnitrat dem der eutektischen Zusammensetzung entspricht und diesen sogar übersteigt. Die Schmelztemperaturen der Lösungen nehmen ziemlich schnell zu, wenn der Gehalt des Erdalkalimetallnitrates, denjenigen der eutektischen Zusammensetzung übersteigt, und als Ergebnis wird das Verfahren bei solchen Zusammensetzungen gegen geringfügige Betriebsänderungen empfindlicher. Bevorzugt werden Lösungen, die wenigstens etwa 35 Mol-% des Rb-, Csund/oder Tl-Nitrates enthalten.
Lösungen von RbCl mit anderen geeigneten Chloriden sind recht wünschenswert. Zum Beispiel besitzt eine Lösung aus RbCl-LiCl mit einer Zusammensetzung, die nahe bei der eutektischen Zusammensetzung, d. h. bei etwa 45 Mol-% RbCl und 55 Mol-% LiCl, liegt, eine Schmelztemperatur, die niedrig genug ist, um zu den Bevorzugten zu gehören. Der Schmelzpunkt steigt ziemlich schnell an, wenn die Zusammensetzung von der eutektischen Zusammensetzung abweicht, so daß Lösungen in einem Bereich von Zusammensetzungen nahe der eutektischen Zusammensetzung bevorzugt werden, d. h. Lösungen, die etwa 35 Mol-% bis etwa 55 Mol-% RbCl enthalten. Eine weitere Lösung, die RbCl umfaßt und recht gut verwendbar ist, ist RbCl- ZnCl&sub2;. Diese Lösung bietet den zusätzlichen Vorteil, daß ein zweiwertiges Zn&spplus;&spplus;-Ion in der Lösung vorhanden ist. Bevorzugt werden wiederum Lösungen mit Zncl&sub2;, die etwa 35 Mol-% bis etwa 55 Mol-% RbCl enthalten.
Die geschmolzenen Lösungen sollten durch sorgfältiges Auswiegen der Salzkomponenten und inniges Vermischen derselben, entweder mechanisch oder als wäßrige Lösungen, hergestellt werden. Die gemischten wäßrigen Lösungen werden dann sprühgetrocknet, um eine mögliche Entmischung der Komponenten bei der Verdampfung des Wassers zu vermeiden.
Phasendiagramme für die verschiedenen Lösungen, die als geschmolzenes Salz bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden können, können gefunden werden in "Phase Diagrams für Ceramists", herausgegeben von Levin, Robben und McMurdle, Am. Ceramic Soc., 1964. Diese Diagramme sind hilfreich bei der Auswahl der Zusammensetzung der Lösung und der Kontakttemperatur.
Wenigstens eine optisch glatte Oberfläche des Einkristalls wird mit dem geschmolzenen Salz bei einer Temperatur von etwa 200ºC bis etwa 600ºC, für eine ausreichend lange Zeit in Kontakt gebracht, um den Brechungsindex der Oberfläche um wenigstens etwa 0,00025 bezüglich des Brechungsindex des ursprünglichen Einkristalls zu erhöhen. Wie hier verwendet, bedeutet die Bezeichnung "optisch glatte Oberfläche" eine Oberfläche, die über eine Strecke glatt ist, die im Vergleich mit der Wellenlänge der optischen, sich ausbreitenden Welle klein ist, d. h. glatt genug, um zu keiner wesentlichen Streuung des Lichts zu führen, und keine Gitterschäden unter der Oberfläche,die zu einer Streuung der geleiteten Mode führen würden, aufweist. Eine optisch glatte Oberfläche kann von einer natürlichen Kristallfläche bereitgestellt werden, wie sie durch Spalten eines Kristalls, Ziehen aus der Schmelze oder durch gut bekannte mechanische oder chemische Poliertechniken erhalten werden kann.
Vorzugsweise beträgt die Temperatur während des Kontaktierens etwa 325ºC bis etwa 450ºC, wenn x 0 bedeutet, und das geschmolzene Salz Rb-, Cs- oder Tl-Nitrat oder ein Gemisch daraus ist. Wenn das geschmolzene Salz eine Lösung aus einem oder mehreren der Rb-, Cs- oder Tl-Nitrate mit wenigstens einem der Erdalkalimetallnitrate Ca-, Sr und Ba-Nitrat oder eine RbCl-ZnCl&sub2;-Lösung ist, dann beträgt die bevorzugte Temperatur etwa 300ºC bis etwa 450ºC, wenn x 0 bedeutet. In jedem Fall kann, wenn oberhalb 450ºC gearbeitet wird, eine gewisse Ätzung der Kristalloberfläche auftreten. Daher wird es bevorzugt, die Kontaktierung unterhalb dieser Temperatur durchzuführen, um Oberflächenfehler zu vermeiden, die aus der Ätzung resultieren, wobei die Fehler zu einer Streuung und Abschwächung der optischen Welle führen könnten.
Die Kontaktierung der optisch glatten Oberfläche mit einem geschmolzenen Salz kann auf verschiedenen Wegen durchgeführt werden. Zum Beispiel kann das Salz in Form eines Pulvers auf die optisch glatte Oberfläche des Kristalls gestreut werden und der Kristall dann auf eine Temperatur aufgeheizt werden, die innerhalb des zuvor beschriebenen Temperaturbereiches und oberhalb des Schmelzpunktes des Salzes liegt. Alternativ kann der Kristall in einen Tiegel gegeben werden, der vorzugsweise aus Platin, Gold oder Siliciumdioxid hergestellt ist, und mit Salz in Form eines Pulvers bedeckt werden. Der Tiegel wird dann in einem Ofen mit adäquater Temperatursteuerung, z. B. in einem Förderbandofen, auf eine Temperatur, wie oben beschrieben, aufgeheizt. Besondere Vorsichtsmaßnahmen sollten bei der Handhabung von Thalliumsalzen ergriffen werden. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das Salz in einen Tiegel aus Platin, Gold oder hitzebeständigem inertem Material, wie PyrexTM, gegeben und auf die Temperatur gebracht, bei der es mit der optisch glatten Oberfläche kontaktiert werden soll. Wenn die Kontakttemperatur in einem Bereich von etwa 25ºC bis etwa 50ºC über der Schmelztemperatur liegt, kann die Temperatur weiter gesteigert werden, z. B. etwa 2 bis 16 Stunden lang bis auf etwa 100ºC über die Kontakttemperatur, um den Schmelzprozeß zu erleichtern, und wenn das Salz aus einem Gemisch besteht, um den Lösungsprozeß zu erleichtern. Die Temperatur der Schmelze wird dann bis zu der gewünschten Kontakttemperatur gesenkt und 2 bis 16 Stunden lang stabilisiert.
Der optisch glatte Kristall wird in einen Platin- oder Goldkorb eingesetzt, und dann wird der Korb langsam gesenkt, bis der Kristall in das geschmolzene Salz eintaucht. Das geschmolzene Salz kann gerührt oder geschüttelt, oder der Korb kann in der Schmelze gedreht werden, um sicherzustellen, daß keine lokalen Abweichungen in dem geschmolzenen Material in der Nähe der Oberfläche des Einkristallsubstrates auftreten. Solches Rühren kann besonders vorteilhaft sein, wenn zu größeren Substraten und/oder Schmelzbädern übergegangen wird. Nachdem der Kristall lange genug mit dem geschmolzenen Salz in Kontakt war, wird der Korb auf eine Position knapp über der Oberfläche der Schmelze herausgezogen, um zu ermöglichen, daß das geschmolzenen Salz aus dem Korb abläuft. Dann wird der Korb langsam aus dem Ofen gezogen und die Abkühlung auf Umgebungstemperatur ermöglicht, d. h. etwa 22ºC.
Die Oberfläche des Einkristalls wird mit dem geschmolzenen Salz bei der oben beschriebenen Temperatur lange genug kontaktiert, so daß der Brechungsindex der Oberfläche um wenigstens etwa 0,00025, vorzugsweise um wenigstens etwa 0,001, bezüglich des Brechungsindex des ursprünglichen Einkristalls, steigt. Wie hier verwendet, sind die Dicke des Wellenleiters, d, und die Zunahme des Brechungsindex der Oberfläche, Δn, die korrespondierenden effektiven Parameter, wie festgelegt durch die Verfahren von Tien et al., Applied Physics Letters 14, 291-294 (1969), wenn nicht anders angegeben. Im allgemeinen beträgt die Kontaktzeit bei etwa 350ºC etwa 15 Minuten bis zu etwa 6 Stunden. Die Kontaktzeit ermöglicht den Rb-, Cs- oder Tl-Ionen in die Oberfläche des Einkristalls hineinzudiffundieren und die Kaliumionen dort zu ersetzen. Die spezifische Diffusionstemperatur und Diffusionszeit, die erforderlich sind, um einen optischen Wellenleiter zu bilden, hängt von der Ionenleitfähigkeit des Kristalls ab, wenn eines oder mehrere der Rb-, Cs- oder Tl-Nitrate als geschmolzenes Salz verwendet werden.
Ein Parameter, der ein Maß für die Ionenleitfähigkeit ist, ist der dielektrische Verlustwinkel 6, definiert als tan δ = &epsi;''/&epsi;', worin &epsi; - &epsi;'-i&epsi;'' die komplexe Dielektrizitätskonstante ist. Eine Zunahme von tan δ korreliert mit der Zunahme der Ionenleitfähigkeit. Für ein typisches KTiOPO&sub4;- Einkristallsubstrat mit tan δ = 2,0, gemessen bei 10 kHz und unter Verwendung von RbNO&sub3; als geschmolzenes Salz und einer Aufheiztemperatur von 350ºC, tritt der Hauptteil des Austausches in den ersten 15 Minuten des Kontakts mit dem geschmolzenem Nitrat auf. Die effektive Wellenleiterdicke und die effektive Zunahme des Brechungsindex der Oberfläche sind nahezu unabhängig von der Aufheiztemperatur, wenn die Temperatur von 350ºC auf 450ºC erhöht wird. Weiterhin führt Glühen eines mit Rb ausgetauschten erfindungsgemäßen Wellenleiters an Luft bei 300ºC bis 350ºC für 0,5 bis 2 Stunden zu keiner erkennbaren Änderung von d oder Δn. Bei Substratkristallen mit niedrigerem tan δ sind höhere Temperaturen und/oder längere Diffusionszeiten erforderlich, um Wellenleiter mit ähnlichen Dicken und ähnlichen Zunahmen der Brechungsindizes der Oberfläche zu bilden.
Wie zuvor angegeben, wird die Abhängigkeit der charakteristischen Eigenschaften des Wellenleiters von den Leitfähigkeitseigenschaften des Substrates nahezu vollständig unterbunden, wenn Lösungen, die zweiwertige Ionen enthalten, als geschmolzene Salze verwendet werden. Da der Ionenaustausch ein Diffusionsprozeß ist, ist die zur Produktion eines Wellenleiters erforderliche Kontaktzeit von der Kontakttemperatur abhängig. Für ein spezifisches Substrat und ein spezifisches geschmolzenes Salz nimmt die Kontaktzeit ab, die erforderlich ist, um einen Wellenleiter mit spezifischen charakteristischen Eigenschaften zu produzieren, wenn die Kontakttemperatur ansteigt. Diese Beobachtungen zeigen, daß die durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten Wellenleiter in relativ kurzen Zeiten und bei relativ niedrigen Temperaturen hergestellt werden können und daß die effektiven Parameter der so hergestellten Wellenleiter thermisch stabil sind.
Erhitzen eines erfindungsgemäßen Wellenleiters über die Diffusionstemperatur, z. B. über 400ºC bei einem mit Rb ausgetauschten KTiOPO&sub4;-Wellenleiter, kann das Konzentrationsprofil des Ersatzions und das Brechungsindexprofil in Abhängigkeit vom Abstand in der Oberflächenschicht ändern. Wenn z. B. ein mit Rb ausgetauschter erfindungsgemäßer KTiOPO&sub4;-Wellenleiter für wenigstens 0,5 Stunden über 400ºC aufgeheizt wird, ändert sich das Konzentrationsprofil der Rb-Ionen, d und Δn, der Wellenleiter genügt jedoch den erfindungsgemäßen Anforderungen.
Nachdem der Kristall mit dem geschmolzenen Salz, wie hier beschrieben, in Kontakt gebracht worden ist, wird auf Umgebungstemperatur abgekühlt, d. h. etwa 22ºC, und dann vorzugsweise in Wasser gewaschen, um überschüssiges Salz von den Kristalloberflächen zu entfernen.
Wenn Kanalwellenleiter gebildet werden sollen, müssen geeignete Masken verwendet werden, so daß nur die unmaskierten Teile der Oberfläche mit dem geschmolzenen Salz in Kontakt gebracht werden. Solche Maskenverfahren sind in der Technik gut bekannt. Zum Beispiel besteht ein übliches Verfahren darin, ein Resist aufzubringen, wie z. B. ein Photoresist, das polymerisiert, wenn es mit Licht bestrahlt wird. Das Photoresist wird auf die optisch glatte Oberfläche des Einkristalls aufgebracht und mit einem Lichtmuster bestrahlt, um das Resist in den Regionen zu polymerisieren, wo der Kanalwellenleiter gebildet werden soll. Die unpolymerisierten Teile des Resists werden abgewaschen. Ein Metallfilm aus Au, Ag, Al oder Ti mit einer typischen Dicke von 500 bis 5000 Å (50 bis 500 nm) wird auf der Kristalloberfläche und dem polymerisierten Resist abgeschieden. Der polymerisierte Teil des Resists und das Metall, das es bedeckt, werden dann entfernt, wodurch die Teile der Kristalloberfläche freigelegt werden, die mit dem geschmolzenen Salz in Kontakt gebracht werden, um die gewünschten Kanäle zu bilden. Das verbleibende Metall dient als Maske, um den Rest der Kristalloberfläche abzudecken, um die Diffusion von Ionen in jenen Teil der Oberfläche zu verhindern.
Nachdem das Substrat nach dem Kontakt mit dem geschmolzenen Salz abgekühlt ist, kann die Metallmaske entfernt werden. Sorgfältiges Polieren kann angewendet werden, um die Maske zu entfernen. Eine Aluminiummaske kann unter Verwendung einer wäßrigen 0,2 M KOH-Lösung bei Umgebungstemperatur entfernt werden. Eine Titanmaske kann unter Verwendung einer Lösung, bestehend aus 4 Vol.-% HF, 4 Vol.-% H&sub2;O&sub2; und 92 Vol.-% H&sub2;O bei Umgebungstemperatur entfernt werden. Im allgemeinen ist ein Kontakt von etwa 1 bis 10 Minuten mit der Lösung erforderlich, um die Maske vollständig zu entfernen. Nach der Entfernung der Metallmaske wird das Substrat mit destilliertem Wasser gespült und bei Umgebungstemperatur luftgetrocknet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Oberfläche des Kristalls, die mit dem geschmolzenen Salz in Kotakt gebracht wird, eine z-Oberfläche, d. h. eine Oberfläche senkrecht zur c- oder z-Achse. Die Ionendiffusion von Rb-, Cs- und/oder Tl-Ionen in die Kristalloberfläche hinein, ist stark anisotrop, wobei die Diffusion in Richtung der z-Achse viel größer ist. Daher ist es zur Herstellung rechtwinkliger Kanalwellenleiter durch das erfindungsgemäße Verfahren wichtig, daß eine z-Oberfläche mit dem geschmolzenen Salz in Kontakt gebracht wird, um jegliche seitliche Diffusion von Rb-, Cs- und Tl-Ionen aus der Kanalregion heraus so klein wie möglich zu halten.
Die Kanalwellenleiter, die durch das erfindungsgemäße Verfahren auf z-Oberflächen hergestellt werden, sind über die Breite des Kanals optisch gleichförmig und zeigen anscheinend keinen Beweis für seitliche Ionendiffusion. Weitere Oberflächen können verwendet werden, um Wellenleiter von anderer Form herzustellen.
Ein weiterer Gesichtspunkt der Erfindung ist der Kanal- oder Plattenwellenleiter, der mit dem vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren erzeugt wird. Der erfindungsgemäße Wellenleiter ist ein K1-xRbxTiOMO&sub4;-Einkristall, worin x von 0 bis 1 verläuft und M P oder As bedeutet, der wenigstens eine optisch glatte Oberfläche und eine darauf gebildete Oberflächenschicht aufweist, in der genügend Kationen durch Ionen ersetzt worden sind, die aus wenigstens einem der Ionen Rb&spplus;, Cs&spplus; und Tl&spplus; ausgewählt worden sind, um eine Zunahme des Brechungsindex der genannten Oberflächenschicht von wenigstens etwa 0,00025, vorzugsweise wenigstens etwa 0,001 zu ergeben, bezüglich des Brechungsindex des Ausgangskristalls. Wenn x wenigstens etwa 0,8 ist, werden die Ersatzionen aus wenigstens einem der Ionen Cs&spplus; und Tl&spplus; ausgesucht. Die Tiefe der Oberflächenschicht beträgt wenigstens etwa 0,25 um. Genügend Kationen werden in der Oberflächenschicht mit Rubidium, Caesium und/oder Thallium ersetzt, um die oben angegebene Zunahme des Brechungsindex der Oberfläche und die nötige Tiefe der Oberflächenschicht zu ergeben.
Messungen mit der Elektronenmikrosonde an den Wellenleitern, die durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellt worden sind zeigen, daß, wenn das geschmolzene Salz Rb-, Cs- oder Tl-Nitrat ist, die Konzentration, C, von Rubidium, Caesium und Thallium an der Oberfläche des Kristalls ein Maximum aufweist und mit wachsendem Abstand in der Oberflächenschicht auf 0 abnimmt und dabei im wesentlichen der komplementären Fehlerfunktion
C(x) = CO erfc(x/d)
gehorcht, worin C(x) die Konzentration von Rb, Cs und/oder Tl als Funktion des Abstandes, x, von der Oberfläche ist, CO, für die Konzentration von Rb- Cs und/oder Tl an der Oberfläche steht und d die charakteristische Tiefe darstellt. Von dem Profil des Brechungsindex in Bezug auf den Abstand in der Oberflächenschicht wird angenommen, daß es der Rb-, Cs- und/oder Tl-Konzentration folgt, an der Oberfläche ein Maximum hat und entsprechend der komplementären Fehlerfunktion abnimmt, wenn sich der Brechungsindex dem Wert für KTiOPO&sub4; oder KTiOAsO&sub4; annähert.
Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten optischen Platten- oder Kanalwellenleiter sind für verschiedene optische Vorrichtungen geeignet, wie Modulatoren oder Schalter, wie sie bei Hunsperger, "Integrated Optics: Theory and Technology", Springer-Verlag, Berlin, 107-157 (1982) diskutiert werden.
Die erfindungsgemäßen optischen Wellenleitervorrichtungen umfassen wenigstens einen Kanalwellenleiter, Mittel um eine eintretende optische Welle in einen Kanalwellenleiter einzukoppeln und Mittel um eine austretende optische Welle aus einem Kanalwellenleiter auszukoppeln. Der Kanalwellenleiter ist ein erfindungsgemäßer Einkristall. Der Kristall kann mehr als einen Kanalwellenleiter besitzen. Licht kann durch Befestigen einer ausgerichteten Faser in eine Vorrichtung ein- und ausgekoppelt werden und durch Ansetzen einer ausgerichteten Faser an das Ende des Wellenleiters in einen Wellenleiter ein- und ausgekoppelt werden.
Weiter wird die Erfindung durch die folgenden Beispiele veranschaulicht, in denen sich alle Prozentsätze und Teile auf das Gewicht beziehen, und, wenn nicht anders angegeben, Temperaturen in ºC angegeben werden. Wenn nicht anders angegeben, wurden die Wellenleiterdicke, d, und die Zunahme des Brechungsindex, Δn, die in den Beispielen angegeben werden, durch das Verfahren von Tien et al., auf das hierin bereits Bezug genommen wurde, bestimmt, indem die Proben durch die in diesem Artikel beschriebene m-Linien-Prismenschicht- Kopplertechnik unter Verwendung eines 45º-45º-90º-Rutilprismas und eines He-Ne-Lasers getestet wurden. Die Wellenleiterdicke wurde bei einigen Beispielen optisch bestimmt, unter Verwendung eines Phasenkontrastmikroskops, nämlich eines Zeiss AxiomatsTM. Die optisch gemessenen Wellenleiterdicken stimmen mit denen überein, die mit der m-Linien-Prismenschicht-Kopplertechnik bestimmt wurden.

Beispiel 1

Ein Plattenwellenleiter bis zu einer Tiefe von etwa 0,5 mm wurde hergestellt, indem auf eine polierte x-Oberfläche (Oberfläche senkrecht zur x-Achse) eines KTiOPO&sub4;-Kristalls RbNO&sub3;-Pulver aufgestreut und der Kristall 2 Stunden lang auf etwa 330º aufgeheizt wurde. Der erhaltene Kristall wurde auf Raumtemperatur abgekühlt und dann mit Wasser gewaschen, um überschüssiges RbNO&sub3; zu entfernen.
Der entstandene Wellenleiter wurde dann mit der m-Linien- Prismenschicht-Kopplertechnik untersucht, und 2 TM-Wellenleitermoden wurden beobachtet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengefaßt.

Beispiel 2

Ein Plattenwellenleiter wurde hergestellt durch Einsetzen eines KTiOPO&sub4;-Kristalls mit einer polierten x-Oberfläche in einen Platintiegel unter Bedecken des Kristalls mit RbNO&sub3;- Pulver, Aufheizen des Tiegels auf 450ºC für 20 Minuten, Abkühlen des Tiegels auf Umgebungstemperatur und Waschen des erhaltenden Kristalls mit Wasser, um überschüssiges RbNO&sub3; zu entfernen.
Der erhaltende Wellenleiter wurde dann mit der m-Linien- Prismenschicht-Kopplertechnik geprüft. Eine TM-Wellenleitermode wurde beobachtet. Die Dicke d des Wellenleiters wurden auf 1,3 um und die Zunahme des Brechungsindex Δn des Wellenleitermaterials auf 0,02 abgeschätzt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengefaßt.

Beispiel 3

Ein Plattenwellenleiter wurde auf folgende Weise hergestellt. Die beiden z-Oberflächen eines KTiOPO&sub4;-Einkristalls von etwa 5 mm · 5 mm · 1 mm Dicke wurden poliert, wobei die negative z-Oberfläche, z(-W), mit einer positiven pyroelektrischen Konstante korrespondierte, und die positive z-Oberfläche, z(+), mit einer negativen pyroelektrischen Konstante korrespondierte. Eine Schleife aus Platindraht wurde um den Kristall gelegt, um eine mögliche Flotation zu vermeiden und der Kristall am Boden eines 20 ml-Platintiegels eingesetzt. Der Kristall wurde dann mit etwa 8 g RbNO&sub3;-Pulver beschichtet. Der Tiegel wurde dann auf das Förderband eines BTU-Förderbandofens, der eine Gesamtlänge von 193 cm (72 in.) hatte, mit einer 61 cm (24 in.) Heizzone gesetzt. Der Tiegel wurde mit einer Geschwindigkeit von 1,3 cm pro Minute (1/2 in. pro Minute) in die Heizzone bewegt, für 4 Stunden auf einer Temperatur von 350 gehalten und mit einer Geschwindigkeit von 0,64 cm pro Minute (1/4 in pro Minute) aus der Heizzone herausbewegt. Das Heizen wurde in einer Stickstoffatmosphäre durchgeführt. Der Kristall wurde dann auf Raumtemperatur abkühlen gelassen und dann in Wasser gewaschen, um RbNO&sub3; zu entfernen.
Der entstandene Wellenleiter wurde dann mit der m-Linien- Prismenschicht-Kopplertechnik geprüft. Drei TE-Moden und drei TM-Moden wurden für den Plattenwellenleiter auf der z(+)-Oberfläche beobachtet. Aus diesen Messungen wurden d zu etwa 4,0 um und Δn zu 0,019 aus den TE-Messungen und zu 0,018 aus den TM-Messungen abgeschätzt. Drei TE-Moden und zwei TM-Moden wurden für den Plattenwellenleiter auf der z(-)-Oberfläche beobachtet. Aus diesen Messungen wurden d zu 6,5 um und Δn zu 0,018 sowohl aus den TE- und den TM- Messungen abgeschätzt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengefaßt.

Beispiele 4 und 5

Die Wellenleiter wurden unter Anwendung von im wesentlichen ähnlichen Verfahren, wie in Beispiel 3 verwendet, hergestellt. Die verwendete Kristalloberfläche, das geschmolzene Material, die Temperatur des geschmolzenen Materials, die Kontaktzeit des geschmolzenen Materials mit der Kristalloberfläche, die Zahl der beobachteten Moden und die effektive Dicke und die effektive Zunahme des Brechungsindex des wellenleitenden Materials sind in Tabelle 1 angegeben.

Beispiel 6

Ein Wellenleiter wurde unter Verwendung eines im wesentlichen ähnlichen Verfahrens, wie in Beispiel 3 verwendet, hergestellt, außer der Heizstufe und des geschmolzenen Materials. Der Platintiegel, der den Kristall mit einer polierten z-Oberfläche enthielt, wurde mit etwa 8 g TlNO&sub3; abgedeckt. Aus Sicherheitsgründen wurde der Tiegel in einem programmierbaren Röhrenofen unter Stickstofffluß aufgeheizt. Der Tiegel wurde innerhalb 1 Stunde auf 335º aufgeheizt, für 4 Stunden auf 335 gehalten und in einer Zeitspanne von 1 Stunde auf Raumtemperatur abgekühlt. Der erhaltene Kristall wurde dann in Wasser gewaschen und mit der m-Linien- Prismenschicht-Kopplertechnik geprüft. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengefaßt.

Beispiel 7

Ein Plattenwellenleiter wurde entsprechend dem folgenden Verfahren hergestellt. Etwa 35 g RbNO&sub3; wurden in einem 25 ml-Goldtiegel geschmolzen und bei einer Temperatur von 350º gehalten. Ein KTiOPO&sub4;-Kristall mit einer polierten z-Oberfläche wurde in einen Platinkorb gesetzt und langsam in das geschmolzene RbNO&sub3; abgesenkt. Der Kristall wurde etwa 1 Stunde lang in das geschmolzene RbNO&sub3; eingetaucht gehalten, und der Korb wurde in eine Position oberhalb der Oberfläche des geschmolzenen RbNO&sub3; herausgezogen, um ein Abfließen des geschmolzenen Salzes aus dem Korb zu ermöglichen. Der Korb wurde dann langsam aus dem Ofen entfernt und auf Raumtemperatur abkühlen gelassen. Der Kristall wurde dann mit destilliertem Wasser gewaschen, um verbliebene Spuren von RbNO&sub3; zu entfernen.
Der erhaltene Wellenleiter wurde dann mit der m-Linien- Prismenschicht-Kopplertechnik geprüft. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengefaßt.

Beispiel 8

Ein Kanalwellenleiter wurde hergestellt unter Anwendung eines im wesentlichen ähnlichen Verfahrens, wie in Beispiel 7 verwendet, außer daß eine Metallmaske auf der Kristalloberfläche gebildet wurde, bevor der Kristall in das RbNO&sub3; eingetaucht wurde, wie nachstehend beschrieben.
Ein etwa 1 mm breiter Klebstreifen aus Polyester- Maskierungsband wurde auf die polierte z-Oberfläche des Kristalls geklebt. Eine Schicht von etwa 500 Å Gold (50 nm) wurde dann auf die z-Oberfläche gesputtert, um eine Maske zu bilden. Das Band wurde entfernt, um die Kristalloberfläche darunter freizugeben. Der Kristall mit der Goldmaske wurde dann in einen Platinkorb gesetzt, und bei 350ºC etwa 1 Stunde lang in geschmolzenes RbNO&sub3; eingetaucht. Nachdem der abgekühlte Kristall aus dem Korb genommen worden war, wurde die Metallmaske unter Verwendung von Wasser und einem Poliertuch entfernt.
Die Oberfläche wurde dann mit der m-Linien-Prismenschicht- Kopplertechnik geprüft. In der Oberflächenregion, die sich unter der Goldmaske befand und nicht mit dem geschmolzenen RbNO&sub3; in Kontakt gekommen war, wurde keine Wellenleitung gefunden. Für die Oberflächenregion, die sich nicht unter der Maske befand und die mit dem geschmolzenen RbNO&sub3; in direkten Kontakt gekommen war, wurden jedoch sowohl TE- als auch TM-Moden beobachtet. Die Ergebnisse sind in Tabelle l zusammengefaßt. Tabelle 1 geschmolzenes Material Temp. Kontaktzeit (Stunden) Kristall-Oberfläche verwendet Typ Mode beob. Zahl Moden beob.

Beispiel 9

Ein Kanalwellenleiter wurde auf einem KTiOPO&sub4;-Einkristall von etwa 10 mm · 10 mm · 1 mm Dicke unter Anwendung des folgenden Verfahrens hergestellt. Eine Aluminiummaske wurde auf den polierten z-Oberflächen gebildet, indem eine Graphitfaser unmittelbar über eine z-Oberfläche des Kristallsubstrats gespannt und an jedem Ende mit Klebeband gehalten wurde. Die Oberfläche wurde dann mit Aluminium bedampft, um einen 600 Å (60 nm) dicken Film zu bilden. Die Graphitfaser wurde dann entfernt, um die darunterliegende Kristalloberfläche freizugeben. Die freigegebene Oberfläche ist etwa 6 um breit und verläuft über die Länge des Kristalls.
Das Phasendiagramm für RbNO&sub3;-Ba(NO&sub3;)&sub2;, ermittelt von V.E. Plyushchev et al.,. Doklady Akad. Nauk S.S.S.R. 108, 646 (1956) wird in Fig. 1056 in "Phase Diagrams for Ceramists", herausgegeben von Levin, Robben und McMurdle, Am. Ceramic Soc., 1964, angegeben. Dieses Diagramm gibt eine eutektische Schmelztemperatur von 235ºC bei einer Zusammensetzung von etwa 70 Mol-% RbNO&sub3; und etwa 30 Mol-% Ba(NO&sub3;)&sub2; an. Ein Gemisch dieser Zusammensetzung wurde durch Mahlen von 11,366 g RbNO&sub3; mit 8,633 g Ba(NO&sub3;)&sub2; gebildet. Das Gemisch wurde in ein PyrexTM-Becherglas gegeben und an Luft 16 Stunden lang bei 350ºC erhitzt. Die Salzmischung war nicht vollständig geschmolzen, weshalb die Temperatur auf 415ºC gesteigert und 2 Stunden lang gehalten wurde. Die Menge an Festkörper am Ende dieser 2stündigen Zeitspanne hatte sich vermindert, war aber nicht eliminiert. Der flüssige Teil wurde in ein PyrexTM-Becherglas abgegossen und in einen vertikalen Röhrenofen gebracht und 2 Stunden lang an Luft bei 360ºC belassen.
Das KTiOPO&sub4;-Einkristallsubstrat mit der Aluminiummaske wurde in einen Platingitterkorb gegeben. Der Korb, der das Substrat enthielt, wurde in die Schmelze abgesenkt. Der Korb wurde mit einem Platinschutzgitterdeckel versehen, um das Substrat daran zu hindern, auf der Oberfläche des geschmolzenen Salzes zu schwimmen. Das Substrat wurde 45 Minuten lang in das geschmolzene Salz gehalten, und der Korb wurde dann aus dem geschmolzenen Salz herausgezogen. Das Substrat wurde auf Raumtemperatur abkühlen gelassen und dann bei Raumtemperatur in Wasser getaucht, um die restlichen Nitrate abzuwaschen.
Um die Zusammensetzung des geschmolzenen Salzes, das tatsächlich mit dem Substrat in Kontakt gekommen war, zu bestimmen, wurde die Spektralanalyse angewendet. Diese Analyse ergab die Zusammensetzung 77,3 Mol-% RbNO&sub3; und 22,6 Mol-% Ba(NO&sub3;)&sub2;. Um eine mögliche Abweichung von der gewünschten Zusammensetzung zu vermeiden, wurden alle nachfolgenden Beispiele mit klaren und vollständigen Schmelzen durchgeführt.
Die Aluminiummaske wurde unter Verwendung einer wäßrigen 0,2 M KOH-Lösung bei Umgebungstemperatur entfernt.
Das Substrat, das den Kanalwellenleiter enthielt, wurde unter Verwendung eines Zeiss AxiomatTM-Phasenkontrastmikroskops geprüft, um die Dicke des Wellenleiters optisch zu bestimmen. Das Substrat, das den Kanalwellenleiter enthielt, wurde dann mit der m-Linien-Prismenschicht-Kopplertechnik untersucht, und es wurden mehr als 10 TE-Moden und mehr als 10 TM-Moden beobachtet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 zusammengefaßt.

Beispiel 10

Ein Kanalwellenleiter wurde auf einem KTiOPO&sub4;-Einkristall von etwa 8 mm · 8 mm · 1 mm Dicke unter Anwendung des folgenden Verfahrens hergestellt. Eine Aluminiummaske wurde auf den polierten z-Oberflächen unter Anwendung des in Beispiel 9 beschriebenen Verfahrens gebildet.
Die Zusammensetzung des geschmolzenen Salzes wurde so gewählt, daß es sich definitiv in der flüssigen Phase befand, um so den Übergang in das Flüssig-Fest-Grenzgebiet des Phasendiagramms bei einer Kontakttemperatur von 300ºC zu vermeiden. 80 Mol-% RbNO&sub3; (20,789 g) und 20 Mol-% Ba(NO&sub3;)&sub2; (9,210 g) wurden in einem PyrexTM-Becherglas kombiniert und etwa 90 Stunden lang bei 300ºC an Luft erhitzt. Das Salzgemisch war vollständig geschmolzen, und die Schmelze war klar.
Das KTiOPO&sub4;-Einkristallsubstrat mit der Aluminiummaske wurde in einen Platingitterkorb gesetzt, mit dem geschmolzenen Salz in Kontakt gebracht und danach gewaschen, im wesentlichen unter Anwendung des Verfahrens, das in Beispiel 9 beschrieben wurde, außer daß die Kontaktzeit 2 Stunden betrug.
Die Aluminiummaske wurde durch das in Beispiel 9 beschriebene Verfahren entfernt.
Das Substrat, das den Kanalwellenleiter enthielt, wurde untersucht, um optisch die Dicke des Wellenleiters zu bestimmen, und wurde dann mit der m-Linien-Prismenschicht- Kopplertechnik untersucht. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 zusammengefaßt.

Beispiel 11

Ein Kanalwellenleiter wurde auf einem KTiOPO&sub4;-Einkristall von etwa 6 mm · 4 mm · 0,8 mm Dicke unter Anwendung des folgenden Verfahrens hergestellt. Eine Aluminiummaske wurde auf einer der polierten z-Oberflächen unter Anwendung des in Beispiel 9 beschriebenen Verfahrens gebildet.
Die Zusammensetzung des geschmolzenen Salzes wurde so gewählt, um zu demonstrieren, daß sogar geringe Mengen von zweiwertigen Ionen, in diesem Beispiel Ba&spplus;&spplus;, hilfreich sind, um die Kontaktzeit und/oder Temperatur zu verringern, die notwendig sind, um vergleichbare Wellenleiter unter Verwendung von ausschließlich RbNO&sub3; als geschmolzenem Salz zu bilden. 95 Mol-% RbNO&sub3; (27,435 g) und 5 Mol-% Ba(NO&sub3;)&sub2; (2,559 g) wurden in einem PyrexTM-Becherglas kombiniert und an Luft 2 Stunden lang auf 300ºC erhitzt. Das Salzgemisch war vollständig geschmolzen, und die Schmelze war klar.
Das KTiOPO&sub4;-Einkristallsubstrat mit der Metallmaske wurde in einen Platingitterkorb gesetzt, mit dem geschmolzenen Salz in Kontakt gebracht und danach gewaschen, im wesentlichen wie in Beispiel 9 beschrieben, außer daß die Kontaktzeit 2 Stunden betrug.
Die Aluminiummaske wurde durch das in Beispiel 9 beschriebene Verfahren entfernt.
Das Substrat, das den Wellenleiter enthielt, wurde geprüft, um optisch die Dicke des Wellenleiters zu bestimmen und wurde dann mit der m-Linien-Prismenschicht-Kopplertechnik geprüft. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 zusammengefaßt.

Beispiel 12

Ein Kanalwellenleiter wurde auf einem KTiOPO&sub4;-Einkristall von etwa 15 mm · 6 mm · 0,8 mm Dicke unter Anwendung des folgenden Verfahrens hergestellt. Eine Aluminiummaske wurde auf einer der polierten z-Oberflächen unter Anwendung des in Beispiel 9 beschriebenen Verfahrens gebildet.
Die Zusammensetzung des geschmolzenen Salzes wurde so gewählt, um zu demonstrieren, daß sogar geringe Menge von zweiwertigen Ionen, in diesem Beispiel Ba&spplus;&spplus;, hilfreich sind, um die Kontaktzeit und/oder Temperatur zu vermindern, die notwendig sind, um vergleichbare Wellenleiter zu bilden, die nur RbNO&sub3; als geschmolzenes Salz verwenden. 98 Mol-% RbNO&sub3; (28.952 g) und 2 Mol-% Ba(NO&sub3;)&sub2; (1,047 g) wurden in einem PyrexTM-Becherglas kombiniert und an Luft etwa 2 Stunden lang auf 360ºC erhitzt. Das Salzgemisch war vollständig geschmolzen, und die Schmelze war klar.
Das KTiOPO&sub4;-Einkristallsubstrat mit der Metallmaske wurde in einen Platingitterkorb gesetzt, mit dem geschmolzenen Salz in Kontakt gebracht und danach gewaschen, im wesentlichen wie in Beispiel 9 beschrieben.
Die Aluminiummaske wurde durch das in Beispiel 9 beschriebene Verfahren entfernt.
Das Substrat, das den Wellenleiter enthielt, wurde geprüft, um optisch die Dicke des Wellenleiters zu bestimmen und wurde dann mit der m-Linien-Prismenschicht-Kopplertechnik geprüft. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 zusammengefaßt.

Beispiel 13

Ein Kanalwellenleiter wurde auf einem KTiOPO&sub4;-Einkristall von etwa 4 mm · 4 mm · 0,7 mm Dicke unter Anwendung des folgenden Verfahrens hergestellt. Eine Aluminiummaske wurde auf einer der polierten z-Oberflächen unter Anwendung des in Beispiel 9 beschriebenen Verfahrens gebildet.
Die Zusammensetzung des geschmolzenen Salzes wurde zu 95 Mol-% RbNO&sub3; und 5 Mol-% Ba(NO&sub3;)&sub2; gewählt und auf folgende Weise hergestellt. 5,48 g RbNO&sub3; und 0,5 g Ba(NO&sub3;)&sub2; wurden in 10 ml warmem Wasser zusammengebracht. Nachdem eine vollständige Auflösung erreicht worden war, wurde das Volumen der Lösung durch Erwärmen auf 10 ml verringert. Beim Abkühlen auf Raumtemperatur begannen die Salze aus der Lösung auszufallen. Eine dünner Überzug dieser Salzgemischaufschlämmung wurde schnell auf das maskierte KTiOPO&sub4;- Einkristallsubstrat aufgetragen. Das Substrat wurde an Luft in einem Dreizonen-BTU-Förderbandofen gebrannt, wobei die Temperatur aller 3 Zonen 300ºC betrug. Die Gesamtlänge der 3 heißen Zonen beträgt 24 in., und die Bandgeschwindigkeit betrug 0,64 cm pro Minute (1/4 in. pro Minute), so daß die Kontaktzeit 96 Minuten betrug. Das Salzgemisch verblieb während des gesamten Brennzyklus auf dem Substrat.
Nach dem Abkühlen wurde das Substrat mit Wasser gewaschen, um das verbleibende Salzgemisch zu entfernen, und die Aluminiummaske wurde durch das in Beispiel 9 beschriebene Verfahren entfernt.
Das Substrat, das den Wellenleiter enthielt, wurde geprüft, um optisch die Dicke des Wellenleiters zu bestimmen und wurde dann mit der m-Linien-Prismenschicht-Kopplertechnik geprüft. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 zusammengefaßt.

Beispiel 14

Ein Kanalwellenleiter wurde auf einem KTiOPO&sub4;-Einkristall von etwa 3 mm · 3 mm · 0,7 mm Dicke unter Anwendung des folgenden Verfahrens hergestellt. Eine Aluminiummaske wurde auf einer der polierten z-Oberflächen unter Anwendung des in Beispiel 9 beschriebenen Verfahrens gebildet.
Das Phasendiagramm für RbNO&sub3;-Ca(NO&sub3;)&sub2;, ermittelt von P.I. Protsenko et al., Zhur. Neorg. Khim. 2, 2618 (1957), ist angegeben in Fig. 1057 in "Phase Diagrams für Ceramist", herausgegeben von Levin, Robben und McMurdle, Am. Ceramic Soc., 1964. Das Diagramm gibt an, daß die Zusammensetzung aus 80 Mol-% RbNO&sub3; und 20 Mol-% Ba(NO&sub3;)&sub2; in dem gewünschten Arbeitstemperaturbereich von 300ºC bis 350ºC flüssig bleiben würde. Eine geschmolzene Lösung dieser Zusammensetzung wurde durch Kombinieren von 21,42 g RbNO&sub3; und 8,57 g Ca(NO&sub3;)&sub2;.H&sub2;O in einem 30 ml-PyrexTM-Becherglas gebildet, indem das Becherglas in einen vertikalen Ofen gestellt und an Luft auf 300ºC aufgeheizt wurde. Für etwa 30 Minuten waren Blasen zu sehen, die aus der Schmelze aufstiegen. Nach beendeter Blasenentwicklung wurde die Schmelze etwa 2 Stunden lang bei 300ºC belassen.
Das KTiOPO&sub4;-Einkristallsubstrat mit der Aluminiummaske wurde in einen Platingitterkorb gesetzt, mit dem geschmolzenen Salz in Kontakt gebracht und danach gewaschen, im wesentlichen wie in Beispiel 9 beschrieben, außer daß die Kontaktzeit 2 Stunden betrug.
Die Aluminiummaske wurde durch das in Beispiel 9 beschriebene Verfahren entfernt.
Das Substrat, das den Wellenleiter enthielt, wurde geprüft, um optisch die Dicke des Wellenleiters zu bestimmen und wurde dann mit der m-Linien-Prismenschicht-Kopplertechnik geprüft. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 zusammengefaßt.

Beispiel 15

Ein Kanalwellenleiter wurde auf einem KTiOPO&sub4;-Einkristall von etwa 3 mm · 3 mm · 0,7 mm Dicke unter Anwendung des folgenden Verfahrens hergestellt. Eine Aluminiummaske wurde auf einer der polierten z-Oberflächen unter Anwendung des in Beispiel 9 beschriebenen Verfahrens gebildet.
Eine geschmolzene Salzlösung mit der Zusammensetzung 80 Mol-% RbNO&sub3; - 20 Mol-% Ba(NO&sub3;)&sub2; wurde unter Anwendung des Verfahrens und der Salzmengen, die in Beispiel 14 verwendet wurden, hergestellt, außer daß das geschmolzene Salz auf 330 C aufgeheizt und 2 Stunden lang bei 330ºC belassen wurde.
Das KTiOPO&sub4;-Einkristallsubstrat mit der Aluminiummaske wurde in einen Platingitterkorb gesetzt, mit dem geschmolzenen Salz in Kontakt gebracht und danach gewaschen, im wesentlichen wie in Beispiel 9 beschrieben, außer daß die Kontaktzeit zwei Stunden betrug.
Die Aluminiummaske wurde durch das in Beispiel 9 beschriebene Verfahren entfernt.
Das Substrat, das den Wellenleiter enthielt, wurde geprüft, um optisch die Dicke des Wellenleiters zu bestimmen und wurde dann mit der m-Linien-Prismenschicht-Kopplertechnik geprüft. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 zusammengefaßt.

Beispiel 16

Kanalwellenleiter wurden auf zwei KTiOPO&sub4;-Einkristallen von jeweils etwa 13 mm · 7 mm · 0,7 mm Dicke unter Anwendung des folgenden Verfahrens hergestellt. Aluminiummasken wurden auf einer der polierten z-Oberflächen von jedem der beiden KTiOPO&sub4;-Einkristalle unter Anwendung des in Beispiel 9 beschriebenen Verfahrens gebildet.
Eine geschmolzene Salzlösung mit der Zusammensetzung 80 Mol-% RbNO&sub3; - 20 Mol-% Ba(NO&sub3;)&sub2; wurde unter Anwendung des Verfahrens, das in Beispiel 14 verwendet wurde, hergestellt, außer daß die Mengen der Salze, die verwendet wurden, das Doppelte derjenigen aus Beispiel 14 betrugen, d. h. 42,84 g RbNO&sub3; und 17,14 g Ca(NO&sub3;)&sub2;·H&sub2;O. Nachdem diese Salze gemischt worden waren, wurde das Gemisch in zwei gleiche Teile aufgeteilt, um 2 Parallelversuche in verschiedenen vertikalen Öfen auszuführen. Jeder Teil wurde in ein 30 ml-PyrexTM- Becherglas gegeben. Bei jedem Versuch wurde das Becherglas in einen vertikalen Ofen gestellt, auf 310ºC aufgeheizt und etwa 2 Stunden lang bei 310ºC belassen.
Bei jedem Versuch wurde das KTiOPO&sub4;-Einkristallsubstrat mit der Aluminiummaske in einen Platingitterkorb gesetzt, mit dem geschmolzenen Salz in Kontakt gebracht und danach gewaschen, im wesentlichen wie in Beispiel 9 beschrieben, außer daß die Kontaktzeit 2 Stunden und 15 Minuten betrug.
Die Aluminiummasken wurde durch das in Beispiel 9 beschriebene Verfahren entfernt.
Das Substrat, das den Wellenleiter enthielt, wurde geprüft, um optisch die Dicke des Wellenleiters zu bestimmen und wurde dann mit der m-Linien-Prismenschicht-Kopplertechnik geprüft. Die für die beiden Wellenleiter erhaltenen Ergebnisse stimmen innerhalb der experimentellen Fehlergrenzen überein. Die Ergebnisse für einen der Wellenleiter sind in Tabelle 2 zusammengefaßt.

Beispiel 17

Ein Kanalwellenleiter wurde auf einem KTiOPO&sub4;-Einkristall von etwa 2 mm · 4 mm · 0,7 mm Dicke unter Anwendung des folgenden Verfahrens hergestellt. Eine Aluminiummaske wurde auf einer der polierten z-Oberflächen unter Anwendung des in Beispiel 9 beschriebenen Verfahrens gebildet.
Das Phasendiagramm für RbNO&sub3;-Sr(NO&sub3;)&sub2;, ermittelt von V.E. Plyushchev et al., Zhur. Neorg. Khim. 1, 1614 (1956) wird angegeben in Fig. 1058 in "Phase Diagrams für Ceramist", herausgegeben von Levin, Robben und McMurdle, Am. Ceramic Soc., 1964. Das Diagramm gibt an, daß eine Zusammensetzung aus 80 Mol-% RbNO&sub3; und 20 Mol-% Ba(NO&sub3;)&sub2; bei der gewünschten Arbeitstemperatur von 300ºC flüssig bleiben würde. Eine geschmolzene Lösung dieser Zusammensetzung wurde durch Kombinieren von 22,074 g RbNO&sub3; und 7,92 g Sr(NO&sub3;)&sub2; in einem 30 ml-PyrexTM-Becherglas gebildet, indem das Becherglas in einen vertikalen Ofen gestellt und an Luft auf 300ºC aufgeheizt und etwa 2 Stunden lang bei 300ºC belassen wurde.
Das KTiOPO&sub4;-Einkristallsubstrat mit der Aluminiummaske wurde in einen Platingitterkorb gesetzt, mit dem geschmolzenen Salz in Kontakt gebracht und danach gewaschen, im wesentlichen wie in Beispiel 9 beschrieben, außer daß die Kontaktzeit 2 Stunden betrug.
Die Aluminiummaske wurde durch das in Beispiel 9 beschriebene Verfahren entfernt.
Das Substrat, den Wellenleiter enthielt, wurde geprüft, um optisch die Dicke des Wellenleiters zu bestimmen und wurde dann mit der m-Linien-Prismenschicht-Kopplertechnik geprüft.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 zusammengefaßt.

Beispiel 18

Ein Kanalwellenleiter wurde auf einem KTiOPO&sub4;-Einkristall von etwa 5 mm · 4 mm · 0,7 mm Dicke unter Anwendung des folgenden Verfahrens hergestellt. Eine Titanmaske wurde auf einer der polierten z-Oberflächen durch Spannen einer Graphitfaser unmittelbar über der z-Oberfläche auf dem Kristallsubstrat gebildet, indem sie mit Klebeband an jedem Ende fixiert wurde. Die Fläche wird dann mit Titan bedampft, um einen 700 Å (70 nm) dicken Film zu bilden. Die Graphitfaser wird dann entfernt, um die darunterliegende Kristalloberfläche freizugeben. Die freigegebene Oberfläche ist etwa 6 um breit und verläuft über die Länge des Kristalls.
Das Phasendiagramm für RbCl-ZnCl&sub2;, ermittelt von B.F. Markov et al., Ukrain. Khim. Zhur. 22 290 (1956), ist angegeben in Fig. 1335 in "Phase Diagrams für Ceramist", herausgegeben von Levin, Robben und McMurdle, Am. Ceramic Soc., 1964. Dieses Diagramm gibt eine eutektische Zusammensetzung von etwa 49 Mol-% RbCl und 51 Mol-% ZnCl&sub2; mit einer Schmelztemperatur von 249ºC an. Eine geschmolzene Lösung dieser Zusammensetzung wurde durch Kombinieren von 14,402 g RbCl und 15,59 g ZnCl&sub2; in einem 50 ml-PyrexTM-Becherglas gebildet und das Becherglas in einen vertikalen Ofen gestellt und an Luft bei 400ºC etwa 72 Stunden erhitzt. Die Temperatur wurde dann auf 300ºC gesenkt. Wenn in der Schmelze etwas Festkörperbildung beobachtet wurde, wurde die Temperatur auf 325ºC gesteigert und die Festkörper vollständig aufgelöst.
Das KTiOPO&sub4;-Einkristallsubstrat mit der Titanmaske wurde in einen Platingitterkorb gesetzt und mit dem bei 325ºC geschmolzenen Salz in Kontakt gebracht und dort 20 Minuten lang gehalten. Der Korb wurde dann aus dem geschmolzenen Salz gezogen und auf Raumtemperatur abkühlen gelassen, bevor er bei Raumtemperatur in Wasser getaucht wurde, um die restlichen Chloride abzuwaschen.
Die Titanmaske wurde unter Verwendung einer Lösung, die 4-Vol.% HF, 4 Vol-% H&sub2;O&sub2; und 92 Vol.-% H&sub2;O enthielt, bei Raumtemperatur entfernt.
Das Substrat, das den Wellenleiter enthielt, wurde geprüft, um optisch die Dicke des Wellenleiters zu bestimmen und wurde dann mit der m-Linien-Prismenschicht-Kopplertechnik geprüft. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 zusammengefaßt. Tabelle 2
* optisch bestimmt

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines optischen Wellenleiters, umfassend Exposition mindestens einer optisch glatten Oberfläche eines K1-xRbxTiOMO&sub4;-Einkristalls, worin x eine Zahl von 0 bis 1 bedeutet und M für P oder As steht, gegenüber einem geschmolzenem Salz oder einem Gemisch aus Salzen von mindestens einem Salz von Rb, Cs und Tl, das eine Schmelztemperatur unter 600ºC aufweist, bei einer Temperatur von etwa 200ºC bis etwa 600ºC, um eine Oberflächenschicht mit erhöhtem Brechungsindex auf der genannten Oberfläche zu bilden, für einen Zeitraum, der ausreicht, um den Brechungsindex der genannten Oberflächenschicht um mindesten etwa 0,00025 bezüglich des Brechungsindexes des Ausgangskristalls zu erhöhen, und Abkühlen des resultierenden Kristalls mit der Maßgabe, daß

(a) das genannte geschmolzene Salz mindestens eines ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus RbNO&sub3;, CsNO&sub3;, TlNO&sub3;, und das genannte Gemisch mindestens eines von RbNO&sub3;, CsNO&sub3;, TlNO&sub3; mit mindestens einem Nitrat, ausgewählt aus der Gruppe Ca(NO&sub3;)&sub2;, Sr(NO&sub3;)&sub2; und Ba(NO&sub3;)&sub2; oder RbCl, und mit mindestens einem Chlorid, ausgewählt aus der Gruppe ZnCl&sub2; und LiCl, ist; und

(b) wenn x mindestens 0,8 bedeutet, das geschmolzene Salz mindestes eines, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus CsNO&sub3; oder TlNO&sub3;, ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, worin das genannte geschmolzene Gemisch aus RbCl besteht, das in Lösung damit mindestens ein Chlorid enthält, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus ZnCl&sub2; und LiCl.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem x für 0 steht.

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem M für Phosphor steht.

5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem das genannte geschmolzene Salz von RbNO&sub3;, CsNO&sub3; oder TlNO&sub3; verwendet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die genannte optische glatte Oberfläche eine z-cvt-Oberfläche ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die genannte Kontaktzeit etwa 0,25 Stunden bis etwa 6 Stunden beträgt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die genannte Temperatur etwa 325ºC bis etwa 450ºC beträgt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die genannte Oberflächenschicht, die den vergrößerten Brechungsindex aufweist, mindestens etwa 0,25 um ist.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem die genannte Zunahme des Brechungsindexes der genannten Oberflächenschicht mindestens etwa 0,001 beträgt.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem der genannte gekühlte Kristall mit Wasser gewaschen wird, um jeglichen Salzüberschuß zu entfernen.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem eine Maske auf die Oberfläche des genannten Einkristalls aufgelegt wird, so daß die genannte Exposition zur Bildung eines Kanals führt, der die genannte Zunahme des Brechungsindexes aufweist.

13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die genannte Maske von der Oberfläche des genannten Kristalls nach dem Abkühlen entfernt wird.

14. Optische Wellenleitung, umfassend einen K1-xRbxTiOMO&sub4;- Einkristall, worin x eine Zahl von 0 bis 1 ist und M für P oder As steht, mit mindestens einer optisch glatten Oberfläche und einer darauf gebildeten Oberflächenschicht, in der genügend Kationen durch Ionen ersetzt worden sind, ausgewählt aus mindestens einem von Rb&spplus;-, Cs&spplus;- und Tl&spplus;-Ionen, um zu einer Zunahme des Brechungsindexes der genannten Oberflächenschicht um mindestens etwa 0,00025 hinsichtlich des Brechungsindexes des Ausgangskristalls zu führen, die Oberflächenschicht, worin die Kationen so ersetzt worden sind, eine Tiefe von mindestens etwa 0,25 um besitzt, mit der Maßgabe, daß wenn x mindestens etwa 0,8 bedeutet, die Ersatzionen ausgewählt werden aus mindestens einem von Cs&spplus;- und Tl&spplus;-Ionen.

15. Optische Wellenleitung nach Anspruch 14, worin das Einkristall-Substrat KTiOP&sub4; ist.

16. Optische Wellenleitung nach Anspruch 15, worin die K&spplus;-Ionen durch Rb&spplus;-Ionen ersetzt werden.

17. Optische Wellenleitung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, worin die Zunahme des Brechungsindexes der genannten Oberflächenschicht mindestens etwa 0,001 beträgt.

18. Optische Wellenleitungsvorrichtung, umfassend mindestens einen Wellenleitungskanal, Mittel, um eine auftreffende optischen Welle mit dem genannten Wellenleitungskanal in Verbindung zu bringen und Mittel, um eine austretende optische Welle aus dem genannten Wellenleitungskanal herauszuleiten, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenleitungskanal ein K1-xRbxTiOMO&sub4;-Einkristallsubstrat enthält, worin x eine Zahl von 0 bis 1 bedeutet und M für P oder As steht, mit mindestens einer optisch glatten Oberfläche und einer darauf gebildeten Oberflächenschicht, in der genügend Kationen durch Ionen ersetzt worden sind, ausgewählt aus mindestens einem von Rb&spplus;-, Cs&spplus;- und Tl&spplus;-Ionen, um zu einem vergrößerten Brechungsindex der genannten Oberflächenschicht um mindestens etwa 0,00025, hinsichtlich des Brechungsindexes des Ausgangskristalls, zu führen, die Oberflächenschicht, worin die Kationen so ersetzt worden sind, eine Tiefe von mindestens etwa 0,25 um aufweist, mit der Maßgabe, daß, wenn x mindestens etwa 0,8 bedeutet, die Ersatzionen aus mindestens einem von Cs&spplus;- und Tl&spplus;-Ionen ausgewählt werden.

19. Optische Wellenleitungsvorrichtung nach Anspruch 18, worin das Einkristallsubstrat des genannten Wellenleitungskanals KTiOPO&sub4; ist.

20. Optische Wellenleitungsvorrichtung nach Anspruch 19, worin die K&spplus;-Ionen durch Rb&spplus;-Ionen ersetzt werden.

21. Optische Wellenleitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, worin die Zunahme des Brechungsindexes der genannten Oberflächenschicht mindestens etwa 0,001, bezüglich des Brechungsindexes des Ausgangskristalls, beträgt.