DE2912563C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Der derartiger Glasaufbau kann aus einer einzelnen oder aus einem Bündel mehrerer Lichtleitfasern bestehen, die als Übertragungsmedium in optischen Nachrichtenübertragungs­ strecken einsetzbar sind. Bei solchen Lichtleitfasern ermög­ licht das erfindungsgemäße Verfahren beispielsweise die Herstellung einer Steckverbindung zwischen aneinanderstoßen­ den Faserabschnitten, in dem bei dem einen Verbindungspart­ ner selektiv das Mantelglas und bei dem anderen Verbindungs­ partner selektiv das Kernglas abgeätzt wird.

Der Glasaufbau kann jedoch auch aus einer Vielzahl relativ kurzer Lichtleiterabschnitte bestehen, die parallel zueinan­ der verlaufend möglichst eng aneinandergepackt in Gestalt einer flachen Scheibe (Faseroptikscheibe) zusammengefaßt sind. Zwischen den lichtleitenden, aus Kernglas und Mantel­ glas bestehenden Lichtleitfasern solcher Faseroptikscheiben können zum Zwecke der Kanaltrennung bzw. zur Verhinderung des Übersprechens noch weitere lichtabsorbierende, beispiels­ weise schwarzgefärbte Faserstücke angeordnet sein.

Solche Faseroptikscheiben dienen beispielsweise als Leucht­ schirmträger in Bildwandler- bzw. Bildverstärkerröhren. Leuchtschirme, die auf selektiv geätzten Faseroptikscheiben angeordnet sind, weisen besonders gute Eigenschaften auf.

Einzelne Lichtleitfasern sowie auch Faseroptikscheiben der vorstehend näher bezeichneten Art sind handelsüblich und können von allen größeren Glasherstellern bezogen werden. Bei einem Verfahren zur Ätzung eines Glasaufbaus, der aus Kern- und Mantelglas besteht, werden Ätzmittel verwendet, die Kernglas und Mantelglas in gleicher Weise angreifen. Um jedoch eine selektive Ätzung von Kernglas oder Mantelglas zu erreichen, wird der jeweils nicht abzuätzende Teil des Glasaufbaus mit einer geeigneten Abdeckschicht vor dem Ätzmittel geschützt. Der Gesamtdurchmesser handels­ üblicher Glasfasern liegt in der Regel unter 100 µm, während der Kerndurchmesser je nach Fasertyp Werte zwischen einigen wenigen µm und einigen 10 µm an­ nehmen kann. Neben der Tatsache, daß bei derartig geringen Abmessungen eine Abdeckung der nicht abzuätzenden Bereiche nur bei extremer Präzision gelingt, stellt dieser zusätz­ liche Abdeckungsschritt ein das Ätzverfahren in jedem Fall verteuernder Verfahrensschritt dar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur selektiven Ätzung eines Glasaufbaus, der aus Kern- und Man­ telglas besteht, anzugeben, bei dem ein vor dem eigentlichen Ätzvorgang vorzunehmendes Abdecken der nicht abzuätzenden Bereiche des Glasaufbaus nicht mehr erforderlich ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.

Durch die Anwendung eines Ätzmittels, daß ausschließlich organische Säuren enthält, gelingt eine selektive Ätzung des Kernglases. Durch die Anwendung eines Ätzmittels, wel­ ches neben einer anorganischen Säure zusätzlich noch das Salz einer organischen Säure enthält, gelingt dagegen die selektive Ätzung des Mantelglases des Glasaufbaus.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Danach sind für die Ätzung des Kernglases besonders Ätz­ mittel gut geeignet, die halogenierte Carbonsäuren, wie beispielsweise Mono-, Di-, Trichloressigsäure, Bromessig­ säure oder Jodessigsäure enthalten.

Zweckmäßig läßt sich für die Ätzung des Kernglases auch eine Ätzlösung verwenden, die Monocarbonsäuren wie Ameisen- oder Essigsäure enthält.

Die Ätzung des Kernglases gelingt weiterhin auch mit Ätz­ lösungen, wie Oxycarbonsäuren, wie beispielsweise Wein-, Zitronen- oder Apfelsäure enthalten.

Für die Ätzung des Kernglases verwendbar sind ebenfalls mehrbasische Carbonsäuren, wie beispielsweise Malein-, Glutar- oder Bernsteinsäure.

Weiterhin ist es möglich, für die Ätzung des Kernglases auch Carbonsäuren der vorstehend genannten Art miteinander zu mischen.

Schließlich eignen sich für die Ätzung des Kernglases auch Ätzlösungen, die ein Gemisch aus Carbon- und Mineralsäure enthalten.

Die Ätzung des Kernglases mit einem Ätzmittel, welches die vorstehend genannten Bestandteile enthält, erfolgt zweck­ mäßig bei Zimmertemperatur. Für den Ätzvorgang ist abhängig von dem jeweils verwendeten Ätzmittel ein Zeitbedarf von etwa 1-200 Stunden anzusetzen. In der Regel ist es zweck­ mäßig, den Ätzvorgang über einen Zeitraum von etwa 40-140 Stunden ablaufen zu lassen.

Für die Ätzung des Mantelglases des Glasaufbaus wird zweck­ mäßig ein Ätzmittel verwendet, welches neben Salz- und Fluß­ säure Kaliumtartrat enthält.

Mit gleich gutem Erfolg läßt sich Mantelglas auch durch ein Ätzmittel ätzen, welches neben Kaliumtartrat Flußsäure und Wasserstoffperoxid oder Salpetersäure und Flußsäure enthält. Auch der Ätzvorgang des Mantelglases kann bei Zimmertempera­ tur durchgeführt werden; zweckmäßiger ist es jedoch, diesen bei erhöhter Temperatur ablaufen zu lassen. In Abhängigkeit von der jeweils verwendeten Ätzlösung werde zufriedenstellen­ de Abtragungsraten des Mantelglases in einem zwischen 5 Minu­ ten und 16 Stunden liegenden Zeitraum erreicht.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt in einer Teilschnittdarstellung:

Fig. 1 einen aus einer Einzelfaser bestehenden Glas­ aufbau mit konzentrisch angeordnetem Kern- und Mantelglas;

Fig. 2 eine Einzelfaser mit selektiv geätztem Mantel­ glas;

Fig. 3 eine Einzelfaser mit selektiv geätztem Kernglas;

Fig. 4 einen aus einer Vielzahl von ummantelten Fasern bestehenden scheibenförmigen Glasaufbau;

Fig. 5 den Glasaufbau nach Fig. 4 mit selektiv abge­ ätzten Mantelglas-Bereichen;

Fig. 6 den Glasaufbau nach Fig. 4 mit selektiv abge­ ätzten Kernglas-Bereichen.

Fig. 1 zeigt in einer Teilschnittdarstellung einen aus ei­ ner Einzelfaser bestehenden Glasaufbau mit konzentrisch an­ geordnetem Kernbereich 1 und einem Mantelbereich 2. Kernbe­ reich und Mantelbereich unterscheiden sich durch einen ge­ ringfügig voneinander abweichenden Brechungsindex. Bei ei­ nem zur Lichtfortpflanzung geeigneten Glasaufbau ist die Brechungsindexverteilung in der Regel so, daß der Mantelbe­ reich 2 einen geringeren Brechungsindex zeigt als der Kernbereich 1. Der Brechungsindexverlauf wird dabei im wesentlichen durch die Materialzusammensetzung beein­ flußt und kann beispielsweise durch den Zusatz von Do­ tierstoffen verändert werden.

Fig. 4 zeigt einen Glasaufbau, bei der eine Mehrzahl von Einzelfasern, die aus Kernbereich 1 und Mantelbereich 2 bestehen, zu einer Faserglasscheibe zusammengesetzt sind.

Für viele Anwendungsfälle in der Optik ist es wünschenswert, den in Fig. 1 bzw. 4 dargestellten Glasaufbau in der Wei­ se zu bearbeiten, daß von der zunächst von Kernbereich 1 und Mantelbereich 2 gemeinsam eingenommenen Stirnfläche des Glasaufbaus entweder nur der Kernbereich (Fig. 2, Fig. 5) oder nur der Mantelbereich (Fig. 3, Fig. 6) her­ vortreten.

Bei einer einzelnen Lichtleitfaser, die als Übertragungs­ medium in optischen Nachrichtenübertragungsstrecken ein­ setzbar ist, lassen sich durch diese Maßnahme besonders vorteilhafte Steckverbindungsanschlüsse ausbilden, indem bei einem Faserende lediglich der Mantelbereich 2 abgetra­ gen wird und indem bei einem anderen Faserende der Kernbe­ reich 1 selektiv abgetragen wird (Fig. 2, Fig. 3).

Faseroptikscheiben dagegen, bei denen wie zuvor erläutert, entweder selektiv lediglich die Kernbereiche 1 oder aber die Mantelbereiche 2 abgetragen sind, eignen sich als Leuchtschirmträger oder Fotokathodenträger in Bildwandler- und Bildverstärkerröhren.

Erfindungsgemäß erfolgt eine selektive Abtragung des Kern­ bereichs 1 oder des Mantelbereichs 2 in einer einzelnen Lichtleitfaser oder einer zu einem Verbund zusammengefaßten Lichtleitfaser durch die Anwendung eines Ätzmittels, das selektiv entweder nur das Kernmaterial oder das Mantelma­ terial der Lichtleitfaser angreift.

Zur Ätzung des Kernglases wird erfindungsgemäß ein Ätzmit­ tel verwendet, in welches ausschließlich organische Säuren enthält.

Beispielsweise wurde eine Faserglasscheibe 65 Stunden lang bei Raum­ temperatur in 20%iger Zitronensäure geätzt. Dabei werden lediglich die Kernbereiche des Glasaufbaus in hervorragend gleichmäßiger Weise bis auf die gewünschte Tiefe abgeätzt, derart, daß lediglich noch die ursprünglichen Mantelbereiche des Glasaufbaus wabenförmig hervorstehen.

Gleich gute Ergebnisse werden auch erzielt, wenn der Ätz­ vorgang mit einer 20%igen Ameisensäure durchgeführt wird. Die Temperatur der Ätzlösung liegt vorzugsweise bei Raum­ temperatur. Die Ätzdauer sollte in der Regel 200 Stunden nicht übersteigen. Besonders günstige Ätzergebnisse wer­ den mit einer zwischen 40 und 140 Stunden liegenden Ätz­ zeit, insbesondere einer Ätzzeit von etwa 65 Stunden, er­ reicht.

Eine gleichmäßige Abtragung der Kernbereiche des vorste­ hend erwähnten Glasaufbaus gelingt auch mit einer Ätzlö­ sung, die halogenierte Carbonsäuren, wie z. B. Mono-, Di-, Trichloressigsäure, Bromessigsäure oder auch Jodessigsäu­ re enthält.

Gleich gute Ergebnisse erhält man mit mehrbasische Carbon­ säuren, wie beispielsweise Malein-, Glutar- oder Bernstein­ säure enthaltenden Ätzlösungen.

Auch ein Gemisch von Carbonsäuren, welches beispielsweise aus 20%iger Ameisensäure und 20%iger Essigsäure besteht führt zu einer gleichmäßigen Abtragung des Kernbereichs des vorstehend erwähnten Glasaufbaus. In einem Ausführungs­ beispiel der Erfindung wird dabei der Ätzvorgang bei Raum­ temperatur über eine Zeitdauer von etwa 70 Stunden durch­ geführt.

Eine wesentliche Reduzierung der Ätzdauer wird mittels ei­ ner Ätzlösung erreicht, die ein Gemisch aus Carbon- und Mi­ neralsäuren enthält. In einem Ausführungsbeispiel der Er­ findung besteht die Ätzlösung aus 200 ml 30%iger Ameisensäure und 10 ml 65%iger Salpetersäure. Mit einer derartigen Ätzlösung läßt sich die Abtragung der Kernbereiche des vorstehend näher bezeichneten Glasauf­ baus bereits in einem 5 Stunden unterschreitenden Zeitraum erreichen.

Für die selektive Ätzung des Mantelglases eignen sich dagegen bevorzugt anorganische Säuren zusammen mit dem Salz einer organischen Säure. Dabei werden lediglich die Mantelbereiche des Glasaufbaus abgetragen, so daß an der behandelten Stirn­ fläche des Glasaufbaus lediglich noch die Kernbereiche her­ vorragen, die durch Zwischenräume voneinander getrennt sind, die vor dem Ätzvorgang von dem Mantelmaterial ausge­ füllt waren.

Eine besonders geeignete Ätzlösung zur Abtragung der Man­ telbereiche enthält neben Kaliumtartrat, Salzsäure und Flußsäure oder auch Kaliumtartrat, Flußsäure und Wasser­ stoffperoxid.

Ebenfalls gute Ergebnisse werden mit einer Ätzlösung er­ reicht, die neben Kaliumtartrat, Salpetersäure und Fluß­ säure enthält.

Die Abtragung des Mantelglases erfordert wesentlich weni­ ger Zeit als die Abätzung des Kernbereichs. Je nach ge­ wünschter Tiefe des abzutragenden Mantelbereichs werden gute Ergebnisse mit einer zwischen 1 Minute und etwa 16 Stunden liegenden Ätzzeit erreicht. Auch die Abätzung des Mantelbereichs kann bei Raumtemperatur durchgeführt werden. Bevorzugt wird jedoch die Abätzung des Mantelbereichs bei einer erhöhten Temperatur der Ätzlösung durchgeführt, die allerdings 80 oder 90°C nicht überschreiten sollte.

Endstücke von einzelnen Lichtleitfasern, bei denen gemäß der Erfindung selektiv entweder nur der Mantelbereich oder nur der Kernbereich abgetragen sind, bilden eine zweckmäßi­ ge Steckverbindung für Lichtleitfasern. Indem nämlich das eine, lediglich noch den hervorstehenden Kernbereich auf­ weisende Endstück mit dem lediglich ein hervorstehendes Mantelstück aufweisenden Lichtleiterende zusammengesteckt wird, kann auf einfache Weise eine koaxiale Ausrichtung der Lichtleitfasern im Bereich der Koppelstelle erreicht werden, die unbedeutende Lichtverluste an der Kopplungs­ stelle nach sich zieht.

Eine aus einer Vielzahl von ummantelten Lichtleitfasern bestehende Faseroptikscheibe, die nach dem erfindungsge­ mäßen Verfahren derart behandelt ist, daß lediglich an ei­ ner Stirnfläche Kernbereiche oder Mantelbereiche hervorra­ gen, eignet sich besonders gut als Leuchtschirmträger oder Kathodenträger in Bildwandler- und Bildverstärkerröhren.

Claims (15)

1. Verfahren zum selektiven Ätzen eines aus Kern- und Mantelglas bestehenden Glasaufbaus, bei dem der Brechungs­ index des Kernglases geringfügig von dem des Mantelglases abweicht, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ätzen des Kern­ glases organische Säuren und für das Ätzen des Mantelglases anorganische Säuren zusammen mit dem Salz einer organischen Säure verwendet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für das Ätzen des Kernglases eine halogenierte Carbonsäuren enthaltende Ätzlösung verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mono-, Di-, Trichloressigsäure, Bromessigsäure oder Jodeessigsäure enthaltende Ätzlösung verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ätzen des Kernglases eine Monocarbonsäuren, wie Ameisen­ säure oder Essigsäure enthaltende Ätzlösung verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ätzen des Kernglases eine Oxycarbonsäuren, wie Wein-, Zitronen- oder Apfelsäure enthaltende Ätzlösung verwendet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ätzen des Kernglases eine mehrbasische Carbonsäuren, wie Malein-, Glutar- oder Bernsteinsäure enthaltende Ätzlösung verwendet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ätzen des Kernglases eine ein Gemisch von Carbonsäurege­ mischen enthaltende Ätzlösung verwendet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ätzen des Kernglases eine Mischung aus Carbon- und Mineralsäuren verwendet wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Ätzen des Kernglases während eines Zeitraumes von 1-200 Stunden, vorzugsweise während 40- 140 Stunden durchgeführt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ätzen des Mantelglases eine Ätzlösung, die neben Kalium­ tartrat Salzsäure und Flußsäure enthält, verwendet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ätzen des Mantelglases eine Ätzlösung, die neben Kalium­ tartrat Flußsäure und Wasserstoffperoxid enthält, verwendet wird.

12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ätzen des Mantelglases eine Ätzlösung, die neben Kalium­ tartrat Salpetersäure und Flußsäure enthält, verwendet wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Ätzen des Mantelglases in einem Zeitraum, der mindestens 1 Minute und maximal 16 Stunden dauert, durchgeführt wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Ätzen des Kernglases vorzugsweise bei Zimmertemperatur durchgeführt wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Ätzen des Mantelglases vorzugsweise bei erhöhter Temperatur durchgeführt wird.