Leistungsangebot

Optische Funktionalisierung von Displayglas

Illuminierte Lichtwellenleiter
© Fraunhofer IZM
Prozesskette zur Integration von Lichtwellenleitern in großformatiges Dünnglas.

Die Integration optischer Lichtwellenleiter in Glas kann auf verschiedene Art und Weise realisiert werden. Besonders dämpfungsarme Lichtwellenleiter können mithilfe eines in den 70ern entwickelten Ionenaustausch hergestellt werden. Dieser Ionenaustausch wurde in zahlreichen Forschungsarbeiten untersucht und im Labormaßstab auf kleinen Formaten weiterentwickelt. Das Fraunhofer IZM hat diesen Ionenaustausch im Jahr 2003 aufgegriffen und gemeinsam mit Industrie und Forschungspartnern in gemeinsamen Forschungsprojekten einen Prozess entwickelt, der unter Verwendung von kommerziellem Equipment die Realisierung von Lichtwellenleiter in großformatigen Dünngläsern ermöglicht.

Der Herstellungsprozess besteht dabei im Wesentlichen aus 7 Prozessschritten. Das Glas wird mit einem CO2-Laser auf das gewünschte Format geschnitten. Im Anschluss wird das Glas beidseitig mit einer Metalllage beschichtet. Darauf wird ein Photoresist aufgebracht der mittels Laser-Direktbelichtung eine Strukturierung der Metalllagen ermöglicht. Durch die so entstandenen Diffusionsmasken findet in einer Salzschmelze ein Ionenaustausch von Silberionen mit im Glas befindlichen Natriumionen statt. Die Silberionen erzeugen dabei ein Gradientenbrechzahlprofil im Glas mit dem maximalen Brechzahlhub nah der Glasoberfläche. Nach dem Entfernen der Diffusionsmaske bis auf Beschriftungen und Justagemarken findet ein zweiter Ionenaustausch statt. Bei diesem werden oberflächennahe Silberionen durch Natriumionen ersetzt und im Glas vergrabene Silberionen diffundieren tiefer in das Glas. Dabei entstehen eine mehrere Mikrometer tief vergrabene Lichtwellenleiter. Im letzten Prozessschritt werden die Gläser mit einem CO2–Laser auf das Zielformat vereinzelt. Die daraus resultierenden Spiegelbrüche erfordern keine nachträgliche Politur. Je nach Wellenleiterlayout befinden sich nach diesem letzten Prozessschritt mit Fasern ankontaktierbare Lichtwellenleiter an den Stirnflächen des Glases. 

Glass waveguide panels

  • Glass: Schott D 263® T eco (others on request)
  • Panel size: 440 x 305 mm2
  • Thickness: 300 – 550 µm

Waveguide specifications

  • Gradient index waveguides
  • Low dispersion
  • Buried waveguides
  • Single-mode or multi-mode
  • Propagation loss below 0.1 dB/cm (λ = 850, 1,310 & 1,550 nm)

Laser cutting and structuring of glass

  • Borosilicate glass, soda-lime glass (others on request)
  • Glass size: up to 610 x 610 mm2
  • Laser cutting of optical glass edge quality with high edge strength
  • Laser structuring:
  • Smallest structure size: 100 µm
  • Structuring accuracy: ≤ 20 µm