專利名稱：光開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光開關(guān)，更準(zhǔn)確地說涉及可在集成光學(xué)網(wǎng)絡(luò)中構(gòu)成的光開關(guān)。
光路需要若干將光從一個(gè)通路轉(zhuǎn)換到另一通路的開關(guān)。一般已知有兩種類型的光開關(guān)，即，機(jī)械光開關(guān)和固體光導(dǎo)開關(guān)。
機(jī)械光開關(guān)的結(jié)構(gòu)相對(duì)于使用這些開關(guān)的光路來說其體積是大的，從而不適合結(jié)合到集成光路中去。這種開關(guān)易受物理磨損和機(jī)械震動(dòng)。這些開關(guān)的造價(jià)相當(dāng)?shù)土Ｓ捎谶@種開關(guān)所固有的精度不足，所以，這種機(jī)械開關(guān)通常只適合于涉及具有大的芯徑(通常大約為50至100微米)的多模光纖的應(yīng)用場(chǎng)合。
在共同未決的申請(qǐng)第07/262，935號(hào)(于1988年10月20日提交)(Lee，ED-363)中公開了可用于具有單模光纖的光路的機(jī)械光開關(guān)。該發(fā)明主題的機(jī)械光開關(guān)預(yù)定可進(jìn)行廉價(jià)且精確的制造并利用由某種材料制成的舌形閥，這種材料可避免其它先有技術(shù)的機(jī)械光開關(guān)的不精確性，使得這種機(jī)械光開關(guān)可供單模光纖使用，其中，光纖芯徑為9微米數(shù)量級(jí)。
可在非常高速度操作(微微秒的切換時(shí)間)情況下供單模光纖使用的固體光導(dǎo)開關(guān)是現(xiàn)有的。這些開關(guān)通常用諸如鈮酸鋰(LiNbO)或磷酸氧鈦鉀(KTP)的晶體材料做成。用于這種開關(guān)的晶體材料生長和處理昂貴。這種晶體開關(guān)不適合于并入集成光路。
最近，已經(jīng)用光硬化薄膜和涂層來構(gòu)造光學(xué)裝置和單模波導(dǎo)。在共同未決的申請(qǐng)?zhí)枮?7/144，002(PE-0065)、和申請(qǐng)?zhí)枮?7/144，003(PE-0066)(這兩個(gè)申請(qǐng)以Booth和Marchegiano的各義于1988年1月15日提交，并均已轉(zhuǎn)讓給E.I.DuPontdeNemoursandCompany，Incorporated)中描述了這樣的薄膜和涂層。這些薄膜和涂層適用于集成光學(xué)網(wǎng)絡(luò)。
在1988年1月13日提交的申請(qǐng)?zhí)枮?7/145，020的專利中，描述了一種用于光纖的光束調(diào)相器，在該光束調(diào)相器中，利用溫度變化來改變通過光纖的光束的相位而制成一種干涉儀，該光束調(diào)相器可從NTIS買到，其牌號(hào)是AD-D013717。該裝置未利用光硬化薄膜和涂層，所以，不適合并入集成電路。
根據(jù)上文，可以相信提供這樣的開關(guān)是很有益的，即，這種光開關(guān)可作為由所述光硬化薄膜和涂層所構(gòu)成的集成光路的一部分而廉價(jià)地構(gòu)成，并且，這種光開關(guān)能夠切換在由光硬化薄膜和涂層形成的單模光波導(dǎo)中傳輸?shù)墓狻?br> 本發(fā)明涉及用于將光在光硬化薄膜形成的光波導(dǎo)圖案的第一和第二支路之間切換的開關(guān)。實(shí)現(xiàn)所述切換的方法是改變至少一個(gè)支路的局部光波導(dǎo)圖案的相對(duì)于另一支路的折射率、從而在所傳導(dǎo)的光之間產(chǎn)生相移。所述相移量導(dǎo)致光從一個(gè)支路到該開關(guān)的分開的區(qū)域中的另一支路的相應(yīng)的預(yù)定的轉(zhuǎn)換。
當(dāng)改變支路中光束間的相位關(guān)系，使得其中一支路的光以π/2弧度超前于另一支路的光、并使這兩條支路在耦合區(qū)匯集時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)從超前支路到另一支路的完全的光轉(zhuǎn)換。然而，當(dāng)改變支路間相位關(guān)系使得一個(gè)支路超前另一支路π弧度時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)從各支路到另一支路的二分之一光轉(zhuǎn)換。支路中光的相位關(guān)系的中間變化在這些支路之間產(chǎn)生相應(yīng)百分比的光轉(zhuǎn)換。按本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，可用熱裝置，例如電阻加熱器或帕爾帖(Peltier)裝置來實(shí)現(xiàn)所述相移。
通過在設(shè)置于一個(gè)或兩個(gè)支路附近的一個(gè)或多個(gè)區(qū)域中配置可定向分子來改變一個(gè)或兩個(gè)支路附近光硬化薄膜材料的折射率而實(shí)現(xiàn)相移，這也包含在本發(fā)明的計(jì)劃之內(nèi)。可定向分子也可配置在波導(dǎo)圖案自身之中?？啥ㄏ蚍肿涌梢允沁@樣一種類型，即，分子本身響應(yīng)所加的場(chǎng)而物理地重新定向，或者是這樣一種類型的可定向分子，即，該分子的電子云響應(yīng)所加的場(chǎng)而重新定向。當(dāng)分子處在第一種定向時(shí)，光能夠以第一速度通過波導(dǎo)的支路。當(dāng)分子處在第二種定向時(shí)，光能夠以不同的第二速度通過波導(dǎo)支路。提供一種裝置，該裝置將所選區(qū)域中的分子從第一種取向重新定向?yàn)榈诙N取向，從而按預(yù)定量改變各支路中傳輸?shù)墓庵g的相位關(guān)系、使得在耦合區(qū)出現(xiàn)光從一個(gè)支路到另一支路的預(yù)定的轉(zhuǎn)換?？梢赃@樣操作該重新定向裝置、使得當(dāng)改變支路間相位關(guān)系以致一個(gè)支路的光超前另一支路的光π/2弧度時(shí)，便會(huì)出現(xiàn)光從超前支路到另一支路的完全的轉(zhuǎn)換。然而，如果改變支路間相位關(guān)系使得一個(gè)支路的光超前另一支路的光π弧度的相位時(shí)，便會(huì)出現(xiàn)光從各個(gè)支路到另一支路的二分之一的轉(zhuǎn)換。
結(jié)合以下構(gòu)成本申請(qǐng)一部分的附圖，通過詳細(xì)說明，可對(duì)本發(fā)明有更完全的理解，附圖中

圖1為按照本發(fā)明、用光硬化薄膜材料實(shí)現(xiàn)的集成電路開關(guān)的平面圖;
圖2為按照本發(fā)明、用光硬化薄膜材料做成的2×2耦合器的平面圖;
圖3是圖1中所示集成光開關(guān)或圖2所示2×2耦合器的全部截面的側(cè)視圖，兩者的截面均沿截面線3-3取得;
圖4A、4B、4C、4D和4E是用于改變圖1所示集成光開關(guān)或圖2所示2×2耦合器的波導(dǎo)中通過不同支路的光的相應(yīng)的各種形式熱裝置的位置的圖解說明;
圖5A、5B和5C是說明三種不同開關(guān)狀態(tài)的、沿圖1和圖2中5-5線標(biāo)出的集成光開關(guān)的瞬逝耦合區(qū)的輸出端的近場(chǎng)圖照片的圖解說明;
以及圖6A、6B和6C是各種形式的重新定向裝置的定位的圖解說明，該裝置用于為改變?cè)趫D1所示集成光開關(guān)或圖2所示2×2耦合器開關(guān)的波導(dǎo)的不同支路中所通過的光的相位而使配置在圖1所示開關(guān)內(nèi)預(yù)定位置的分子重新定向。
在以下全部的詳細(xì)描述中，所有附圖中，相同的標(biāo)號(hào)表示相同的元件。
參考圖1和圖3，圖中分別示出本發(fā)明的總的用標(biāo)號(hào)10表示的集成光開關(guān)的平面圖和側(cè)視圖。開關(guān)10的另一個(gè)實(shí)施例示于圖2。開關(guān)10用由預(yù)定層數(shù)的光硬化薄膜材料構(gòu)成的復(fù)合元件12做成。用以構(gòu)成開關(guān)10的元件12其自身可能就是由這種光硬化材料做成的整個(gè)集成光學(xué)網(wǎng)絡(luò)的一部分。
元件12包括其中形成槽形波導(dǎo)16的基層14(圖3)。應(yīng)當(dāng)注意，在圖1和圖2中，為說明的清晰起見用實(shí)線表示波導(dǎo)16。如將要闡述的那樣，槽形波導(dǎo)16具有與其相關(guān)的、用以確定開關(guān)10的預(yù)定工作區(qū)域的預(yù)定圖案?；鶎?4具有第一(上)表面14A和第二(下)表面14B。波導(dǎo)16由其表面14A、14B和橫向邊界17限定了在基層14中的體積。波導(dǎo)16的材料所呈現(xiàn)的折射率與基層14其余部分的折射率的差別的量足以按全反射的方式來導(dǎo)引光線(典型的折射率差是比基層折射率大0.005到0.060的量級(jí))。然而，該差值不大于按單模傳輸光所必須的量。為有效地與光纖耦合，波導(dǎo)16的尺寸應(yīng)當(dāng)使模能夠與光纖匹配，其典型尺寸為6至9微米寬及6微米厚(假定了在這些方向上的拋物形折射率分布和階躍函數(shù)折射率分布的相關(guān)性)?；鶎?4的厚度通常等于波導(dǎo)16的厚度尺寸。因此，為了按單模傳輸光線，波導(dǎo)16和基層14的周圍部分的折射率的差通常為0.008的量級(jí)。
如前所述，最好參見圖1和圖2，開關(guān)10包括輸入?yún)^(qū)18和順序接著的相位變化區(qū)20、瞬逝耦合區(qū)24以及分離或輸出區(qū)28。瞬逝耦合區(qū)24包括具有有效長度27的瞬逝耦合器26。
輸入?yún)^(qū)18包括裝置30，該裝置用于在波導(dǎo)16中構(gòu)成分支32，借之來確定第一支路34A和第二支路34B。支路34A、34B仍然按預(yù)定的間隙距離36和38分開，使得這兩個(gè)支路分別通過相位變化區(qū)20和瞬逝耦合區(qū)24。必須使結(jié)合到開關(guān)10的瞬逝耦合器26具有這樣的形狀(即，間隔和長度)使得當(dāng)光到達(dá)耦合區(qū)24時(shí)，只有在一個(gè)支路上傳輸?shù)墓獍?0%-50%對(duì)分到另一支路。耦合器的這種性質(zhì)是將要描述的開關(guān)10的二分之一轉(zhuǎn)換的開關(guān)動(dòng)作的基礎(chǔ)。
用于在波導(dǎo)16中構(gòu)成分支32的裝置30包括如圖1所示的Y分支33，該分支33是該槽形波導(dǎo)通向分裂的漸進(jìn)拓寬。在1989年1月13日提交的(PE-0065-A)的申請(qǐng)?zhí)枮?71-，-的共同未決的申請(qǐng)中(該發(fā)明已轉(zhuǎn)讓給E.I.DuPontdeNemoursandCompany，Incorporated)敘述了Y分支的細(xì)節(jié)。如圖2所示，在另一方案中，分支裝置30可采用另一瞬逝耦合器35的形式(與耦合器26性質(zhì)相同)，在該實(shí)施例中，槽形波導(dǎo)圖案16采用2×2耦合器形式。在圖2的實(shí)施例中，光線可從區(qū)28的任一個(gè)區(qū)18發(fā)射到開關(guān)10。另外，裝置30可采用衍射光柵的形式或任何其它可產(chǎn)生適當(dāng)?shù)墓夥至训臋C(jī)構(gòu)。在共同未決的申請(qǐng)?zhí)枮?71-的申請(qǐng)(于1989年1月13日提交(PE-0065-A))中公開了適合用作該分支裝置的衍射光柵。無論選用什么裝置，分支裝置30將發(fā)射到區(qū)18的光按預(yù)定百分比分到各個(gè)支路34A、34B中。
耦合裝置42和44分別設(shè)置在輸入?yún)^(qū)18和分離區(qū)28，以便將各個(gè)區(qū)18和28耦合到光路。裝置42和/或44可采用多種形式中的任何一種形式。為將開關(guān)10(圖1或圖2)耦合到玻璃光纖，耦合裝置42和/或44可采取平接耦合、切槽或端射式耦合的形式。裝置42和/或裝置44也可采用衍射光柵的形式，以便或者耦合到光纖、或者耦合到另一光硬化薄膜中的另一光柵、或者耦合到同一薄膜層內(nèi)的另一波導(dǎo)。此外，該耦合裝置還可簡(jiǎn)單地采用在其中裝備有開關(guān)10的同一薄膜層中的槽形波導(dǎo)的連續(xù)部分的形式。
如圖3所見，第一緩沖層48A和第二緩沖層48B分別配置在薄膜層14的第一表面14A和第二表面14B之上。第一緩沖層48A和第二緩沖層48B配置在波導(dǎo)16的支路34A、34B的上面和下面的相應(yīng)位置上，并延伸出波導(dǎo)16的橫向邊界17使得波導(dǎo)16的光學(xué)特性不受開關(guān)10的周圍介質(zhì)變化的影響。下文有時(shí)將層48A和48B總起來用標(biāo)號(hào)48表示。通常緩沖層延展超過橫向邊界17至少10微米。為易于制造及確保開關(guān)結(jié)構(gòu)整體性，最好在基層14的整個(gè)上表面和下表面14A、14B上層疊若干緩沖層。為了附加的結(jié)構(gòu)整體性，如果需要的話，可將用50A、50B圖解表示的一個(gè)或多個(gè)附加緩沖層加在層48A、48B的上面和下面。下文有時(shí)將層50A和50B總起來用標(biāo)號(hào)50表示。層48(及50，如果需要的話)可呈現(xiàn)任何預(yù)定厚度，典型的是大約30微米。通常波導(dǎo)16的折射率比相鄰緩沖層的折射率大0.001到0.025。在最佳情形下，用基層14和緩沖層18的3層的層壓結(jié)構(gòu)或基層14和緩沖層48及50的5層的層壓結(jié)構(gòu)來確定開關(guān)10。
文中所用的光硬化基層和緩沖層為熱塑復(fù)合材料，這種材料一旦在光化幅射下曝光便形成高分子重量的交聯(lián)或聚合物從而改變這種復(fù)合材料的折射率和流變特性。最佳光硬化材料為光聚合組合物，例如在美國專利3，658，526(Haugh)中所公開的，在共同未決的于1988年1月15日提交的申請(qǐng)?zhí)枮?7/144，355，07/144，281和07/144，840的專利中描述了更多的最佳材料，所述專利全部轉(zhuǎn)讓給E.I.DuPontdeNemoursandCompany，Incorporated.在這些材料中，包含一個(gè)或多個(gè)未飽和烯基的自由基附加光聚合和交鍵的化合物通常在終端位置硬化和不溶解所述組合物?？捎冒l(fā)光系統(tǒng)來增強(qiáng)光聚合、復(fù)合材料的感光度，所述發(fā)光系統(tǒng)包含使該材料易于受預(yù)定幅射源(例如可見光)感光的部件。一般來說，根據(jù)本發(fā)明所用基片或涂層所具有的物理特性，粘合劑是大致干的光聚合基片或涂層中最要緊的成分。該粘合劑在曝光前用作單體和發(fā)光體的貯存介質(zhì)，可產(chǎn)生基線折射率，而在曝光之后，產(chǎn)生基層所需的緩沖層的物理的和折射率特性。內(nèi)聚力、粘附力、撓性、擴(kuò)散率、抗拉強(qiáng)度是用來判定該粘合劑是否適用于基層或緩沖層的許多性質(zhì)中的一部分。
打算作為若干干基片或干層光硬化元件的同等物的是光聚合或光交鏈復(fù)合材料，例如，美國專利3，526，504(celeste)中所公開的，或者通過某種機(jī)理來獲得硬化而不是以上述確定的自由基激勵(lì)型的復(fù)合材料。
當(dāng)光聚合基片或?qū)邮蔷鶆蚝穸鹊墓虘B(tài)薄片時(shí)，它由三種主要成分組成，一種是可溶于溶劑的固體聚合材料，至少一種液態(tài)的能附加光聚合而產(chǎn)生其折射率顯著不同于所用的聚合材料或粘合劑的折射率的未飽和烯基單體，以及由光化幅射所啟動(dòng)的發(fā)光系統(tǒng)。盡管基片或?qū)邮枪虘B(tài)復(fù)合材料，然而，在成象曝光前，在成象曝光期間以及成象曝光后，各成分互相擴(kuò)散直到由最終的均勻處理，通常是在光化幅射中進(jìn)一步均勻曝光。通過將其它不活潑的增塑劑加到復(fù)合材料中可進(jìn)一步促進(jìn)相互擴(kuò)散。
除了液態(tài)單體，該復(fù)合材料可包含固態(tài)單體成分，該固態(tài)單體成分能夠在固態(tài)復(fù)合材料中相互擴(kuò)散并與液態(tài)單體起反應(yīng)而產(chǎn)生其折射率偏離粘合劑折射率的共聚物。
在本發(fā)明中用作基層14或緩沖層48、50的最佳復(fù)合材料中，選用預(yù)制的聚合材料和液態(tài)單體使得預(yù)制的聚合材料或單體包含從基團(tuán)中取得的一個(gè)或多個(gè)部分，所述基團(tuán)主要是取代或未取代的苯基、苯氧基、萘基、萘氧基、包含一個(gè)到三個(gè)芳香環(huán)的芳香雜環(huán)基及氯、溴，而其余成分中基本上沒有所規(guī)定的部分。在單體包含這些部分的情況下，下文將該光聚合系統(tǒng)標(biāo)識(shí)為“面向單體的系統(tǒng)”而在聚合材料包含這些部分時(shí)，下文將該光聚合系統(tǒng)標(biāo)識(shí)為“面向粘合劑的系統(tǒng)”。
參考該“面向單體的系統(tǒng)”和“面向粘合劑的系統(tǒng)”可對(duì)本發(fā)明最佳穩(wěn)定的、固態(tài)的、光聚合合成材料作更安全的描述。面向單體的系統(tǒng)最好用作基層14。
面向單體系統(tǒng)的單體為液態(tài)的末飽和烯基化合物，這種化合物可增加聚合作用并且具有100℃以上的沸點(diǎn)。該單體包含苯基、苯氧基、萘基、萘氧基、包含一至三個(gè)芳香環(huán)的芳香雜環(huán)基、氯或溴。該單體至少包含這樣一個(gè)部分并可包含該基團(tuán)中兩個(gè)或多個(gè)的相同或不同的部分，假如該單體仍為液態(tài)?？捎么蛩阌米鞯牡刃锏幕鶊F(tuán)來取代這些基團(tuán)，其中取代物可以是低級(jí)烷基、烷氧基、羥基、羧基、羰基、氨基、酰氨基、亞氨基或者是它們的組合，假定該單體保持液態(tài)并在光聚合層中擴(kuò)散。
在本發(fā)明的面向單體系統(tǒng)中所使用的最佳液態(tài)單體是乙-丙烯酸苯氧乙酯、2-異丁烯酸苯氧乙酯，酚乙氧基丙烯酸酯、1-(ρ氯苯氧基)乙基，ρ-丙烯酸苯酯，丙烯酸苯酯、1-苯丙烯酸苯乙酯、雙酚-A和2-(2萘氧基)丙烯酸乙酯的二(2-丙烯酰乙氧基)醚。
而在本發(fā)明中可用單體為液態(tài)，這些液體可和同類型的第二固態(tài)單體用于混合物，例如，N-Z烯基咔唑，未飽和烯基咔唑單體如在“JournalofPolymerSciencePolymerChemistoyEdition”中(第18卷第9-18頁(1979年)H.Kamagawa等人的文章中所公開的，以及，2-丙烯酸萘酯，戊丙烯酸氯苯酯，2，4，6-丙烯酸三溴苯酯以及雙酚A二丙烯酸酯、2-(2萘氧基)丙烯酸乙酯和N-苯基馬來酰亞胺。
面向單體系統(tǒng)中溶劑可溶的聚合材料或粘合劑基本上無苯基，苯氧基，萘基，萘氧基，包含1到3個(gè)芳香環(huán)的芳香雜環(huán)基、氯和溴。
本發(fā)明的面向單體系統(tǒng)中所用的最佳粘合劑是乙酸丁酸纖維聚合物;丙烯聚合物和包括聚甲基丙烯酸甲酯，異丁烯酸甲酯/異丁烯酸和異丁烯酸甲酯/丙烯酸共聚物，異丁烯酸甲酯/丙烯酸(C-C)烷酯或異丁烯酸酯/丙烯酸或異丁烯酸的二聚合物的共聚物;聚乙酸乙烯酯;聚乙烯醇縮乙醛，聚乙烯醇縮丁醛，聚乙烯醇縮甲醛以及它們的混合物。
面向粘合劑系統(tǒng)的單體是液態(tài)未飽和烯基化合物，該化合物能夠增加聚合作用并且有100℃以上的沸點(diǎn)。該單體基本上沒有從基團(tuán)取出的部分，所述基團(tuán)主要是苯基、苯氧基、萘基、萘氧基、包含一到三個(gè)芳香雜環(huán)基、氯和溴。
本發(fā)明的面向粘合劑系統(tǒng)中使用的最佳液態(tài)單體包括癸烷二醇乙丙烯酸酯，丙烯酸異冰片酯、三甘醇二丙烯酸酯，二甘醇二丙烯酯、三甘醇二異丁烯酸酯，丙烯酸乙氧基乙氧基乙酯，乙氧基化三羥甲基丙烷的三丙烯酸酯，以及1-乙烯基-2-吡咯烷酮。
當(dāng)面向粘合劑系統(tǒng)使用的單體為液體時(shí)，這些單體可用在與同類型的第二固態(tài)單體例如N-Z烯基-己內(nèi)酰按的混合物中。
面向粘合劑系統(tǒng)的溶劑可溶聚合材料或粘合劑按其聚合結(jié)構(gòu)包含取自基團(tuán)的多個(gè)部分，所述基團(tuán)主要是苯基，苯氧基，萘基，萘氧基或包含一到三個(gè)芳香環(huán)的芳香雜環(huán)基以及氯基或溴基原子。打算用作該基組等價(jià)物的取代基可是低級(jí)烷基、烷氧基、羥基、羧基、羰基、酰氨基、亞氨基或其組合，前提是該粘合劑保持溶劑可溶和熱塑性。各部分可形成單體部分的一部分，所述各部分構(gòu)成聚合粘合劑，并分格到預(yù)備好的聚合物或其聚體。這種類型的粘合劑可以是均聚物或者是兩個(gè)或多個(gè)分開的單體部件的共聚體，其中至少一個(gè)單體部件包含與上述相同的一個(gè)部分。
面向粘合劑系統(tǒng)中使用的最佳粘合劑包括聚苯環(huán)乙烯、聚(苯乙烯/丙烯腈)，聚(苯乙烯/異丁烯酸甲酯，和聚乙烯亞芐基以及基混合物。
由光化幅射啟動(dòng)的相同的發(fā)光系統(tǒng)可用于面向單體系統(tǒng)及面向粘合劑系統(tǒng)中。通常發(fā)光系統(tǒng)包含發(fā)光器，并可包含將光譜響應(yīng)延展到U.V.區(qū)域附近和可見光譜區(qū)域的敏化劑。
最佳發(fā)光器包括CDM-HABI，即2-(0-氯苯基-4，5-雙(m-甲氧苯基)-咪唑二聚物;0-(LHABI，即1，1′-二咪唑，2，2′-雙(0-氯苯基)-4，4′，5，5′-四苯基-;和TCTM_HABI，即，1H-咪唑，2，5-雙(0-氯苯基)-4-3，4-二甲氧苯基，通常分別為氫供體使用的二聚物，即2-巰基-苯并惡唑。
最佳感光劑包括以下材料DBC，即環(huán)戊酮，2，5-雙-((4-(二乙氨基)-2-甲基苯基)亞甲基);
DEAW，即環(huán)戊酮，2，5-雙-((4-(二乙氨基)-苯基)亞甲基);以及二甲氧基-JDI，即，1H-茚-1-酮，2，3-二氫-5-6-二甲氧基-2((2，3，6，7-四氫-1H，5H-苯并[i，j]喹嗪-9-基-亞甲基)-。
本發(fā)明的固體光硬化復(fù)合材料可包含增塑劑。本發(fā)明所用增塑劑的量重量上占復(fù)合材料的2%至20%左右，最好為5%至15%。
在乙酸丁酸單纖維素系統(tǒng)中所用最佳增塑劑是三甘醇二辛酸酯，三甘醇二庚酸酯，己二酸二乙酯，Brij30和三-(乙-乙基己基)磷酸酯。同樣地，三甘醇二辛酸酯，己二酸二乙酯，Brij30，而三-(2-乙基己基)-磷酸酯在其粘合劑為乙酸丁酸纖維素的“面向單體系統(tǒng)”中是最佳的。
除了以上所述的之外其它化學(xué)成分可按不同的量出現(xiàn)在光硬化復(fù)合材料中。這些成分包括紫外線幅射吸收材料，熱穩(wěn)定材料，氫供體，氧清除劑和隔離劑。
光聚合復(fù)合材料中各成分的量根據(jù)光聚合層的總重量通常在以下百分比范圍內(nèi)單體5-50%，最好為15-35%;發(fā)光劑0.1-10%，最好1-5%;粘合劑25-75%，最好45-65%，增塑劑0-25%，最好5-15%，其它成分0-5%，最好為1-4%。
支承物可以是任何光化幅射透明的物質(zhì)，這種物質(zhì)對(duì)處理組合的基片和層可提供足夠的支承。該支承物最好對(duì)0.6至1.6微米波長的光譜區(qū)域的光是透明的。術(shù)語“支承物”意指包括自然或合成的支承物，最好有一支承物能夠以撓性或剛性的薄膜或薄片形式存在。例如，支承物或襯底可以是合成有機(jī)樹脂或兩種或多種的化合物的薄板或薄膜。具體的襯底包括聚對(duì)苯二甲酸乙酯薄膜，例如，涂覆樹脂聚對(duì)苯二甲酸乙酯薄膜，經(jīng)火焰或靜電放電處理的聚對(duì)苯二甲酸乙酯薄膜，玻璃，乙酸纖維素薄膜和同類物。該支承物只要能夠適當(dāng)?shù)刂С斜∧せ驅(qū)?，并且，這些膜層可撤去地粘附于該支承物上，支承物的厚度無特別要求。使用聚對(duì)苯二甲酸的大約25至50微米的支承物厚度可提供足夠硬度。
按照本發(fā)明的一個(gè)方面，在圖1和圖2圖形說明的開關(guān)10的相位變化區(qū)20中，配置有通常用標(biāo)號(hào)56表示的裝置，該裝置以一預(yù)定方向，將各支路中選擇的至少一支路34A的溫度按預(yù)定量改變。由于用作層14和緩沖層48(或50，如果有的話)的光硬化材料的折射率的明顯的溫度相關(guān)性，小的溫度變化就會(huì)引起折射率(大約-3×10/C°)和在波導(dǎo)中的光傳播速度的大的變化。結(jié)果，便可按預(yù)定的量來改變支路34A、34B所傳送光之間的相位關(guān)系。這樣，在耦合區(qū)24，會(huì)出現(xiàn)光從一支路到另一支路的相應(yīng)的預(yù)定轉(zhuǎn)換。對(duì)諸如用于基層14的聚合材料，當(dāng)溫度(加熱)有攝氏1到3度的變化，支路34A的長度變化最好為1到3毫米。如果同時(shí)進(jìn)行加熱和冷卻，(圖4E)，溫度變化在攝氏0.5度到攝氏1.5度范圍內(nèi)，那么，每個(gè)支路34A、34B的長度變化最好為0.5毫米至1.5毫米。
裝置56可取任何變化形式。如圖4A所示，裝置56的一個(gè)實(shí)施例采用一個(gè)或多個(gè)電阻加熱器形式，在附圖中用后接后綴的字符58來指出。加熱器58可置于開關(guān)10的任何可變位置上。例如，加熱器58A和/或58B可網(wǎng)板印制或設(shè)置在波導(dǎo)16所選支路34A之上的一個(gè)或2個(gè)緩沖層48(或50，如果有的話)的最外層表面。也可將電阻加熱器58C可選擇地或附加地網(wǎng)板印刷在基層14某一側(cè)與波導(dǎo)16不接觸的位置上?？蛇x擇或可附加地將電阻加熱器58D和/或58B網(wǎng)板印刷在基層14的表面14A，14B上對(duì)波導(dǎo)16中光傳導(dǎo)不影響的位置。
作為另一選擇，如圖4B所示，用于改變溫度的裝置56可用探針60實(shí)現(xiàn)，該探針位于支路34A上的緩沖層48(或50，如果有的話)中的一個(gè)面上，探針60可通過緩沖層48(或50，如果有的話)的開口62延伸到波導(dǎo)16支路34A的鄰近處。
作為另一選擇，如圖4C所示，在緩沖層48A，48B中的一個(gè)或兩者中和/或與波導(dǎo)1b所選一個(gè)支路34A相鄰的基層14中限定至少一個(gè)、最好66A到66D的多個(gè)區(qū)域。在區(qū)域66中設(shè)置有以預(yù)定波長吸收光譜的分子68，該預(yù)定波長和預(yù)定幅射源S的輸出相匹配。分子68從幅射源S吸收能量并借之加熱周圍材料。適合用作分子68的分子是諸如若丹明的染色分子。預(yù)定幅射源S可用可見光激光器實(shí)現(xiàn)?？蛇x擇地或附加地將分子68插進(jìn)到波導(dǎo)16的支路34A中，只要這些分子68不會(huì)顯著吸收或散射傳過波導(dǎo)16的光。又，適于在波導(dǎo)16中用作分子68的是若丹明染料分子。
如圖4D所示，用于改變溫度的裝置56可選擇地采用一個(gè)或多個(gè)帕爾帖元件70A、70B，所述帕爾帖元件安裝在波導(dǎo)16的支路34A的上和/或下面的通常與分別由電阻加熱器58A、58B(圖4A)所占據(jù)相似位置上。帕爾帖單元件70A、70B中的各個(gè)面72A、72B可以加熱或冷卻方式工作來改變支路34A的溫度。使用帕爾帖元件70A(和/或70B)可進(jìn)行快速轉(zhuǎn)換，因?yàn)樵撛娏鞯姆聪驅(qū)⑴c開關(guān)10接觸的元件70A(和/或70B)的表面72A(和/或72B)從加熱轉(zhuǎn)換為冷卻或從冷卻轉(zhuǎn)換為加熱，從而實(shí)現(xiàn)迅速的溫度變化。
如使用前面所列方法(圖4A到4D)來確定裝置56，必須保持支路34B的另一支路溫度不變，以便保持支路34A、34B之間的溫差基本不變。為此目的，將散熱片74(只在圖4A中示出)置于和緩沖層48(或50，如果有的話)接觸的另一支路34B的上面或下面。散熱器74包括金屬或?qū)岵遄?6，該散熱器用絕緣器78與裝置56熱絕緣。當(dāng)然，如果使用圖4B至圖4D所示形式的裝置56，相應(yīng)地確定散熱器74的位置也是可以理解的。
現(xiàn)參考圖4E，如果不希望使用散熱器74，或者如果希望開關(guān)10切換速度最大，那么將帕爾帖元件70置于支路34A、34B之間的間隙距離36處。帕爾帖元件70通過緩沖層48A(和50A如果有的話)的開口80延伸。如果需要，也可選擇性地將開口80置于另一緩沖層48B(和50B，如果有的話)帕爾帖元件70能以這樣方式運(yùn)行，即，支路34A、34B中的一個(gè)支路在加熱而其它支路分別處于同時(shí)冷卻的情形。
但是，提供了裝置56(圖4A至4E)，用于在Y分支33(圖1)或瞬逝耦合器35(圖2)處把發(fā)射到波導(dǎo)16的輸入?yún)^(qū)18的光線分入第一支路34A和第二支路34B。把發(fā)射到輸入?yún)^(qū)18的光線按預(yù)定的百分比(最好是50%對(duì)分)分入支路34A和34B中的每一個(gè)。在裝有裝置56的相位變化區(qū)20，所選用的支路34A的溫度按預(yù)定量、沿預(yù)定的方向變化。正如從上文可以理解的那樣，裝置56在實(shí)現(xiàn)各支路之一(34A)相對(duì)于另一支路的預(yù)定的溫度變化方面是有效的，其方法是或者加熱、或者冷卻，即按預(yù)定量沿一個(gè)方向改變各支路之一的溫度。無論以何種方法實(shí)現(xiàn)所述溫度變化，由于所述材料的折射率對(duì)溫度的依賴性，按預(yù)定量改變?cè)谥?4A、34B中傳輸?shù)墓庵g的相位關(guān)系。因此，當(dāng)光進(jìn)入耦合區(qū)24時(shí)，在該區(qū)域出現(xiàn)從一個(gè)支路到另一支路的相應(yīng)的預(yù)定的光轉(zhuǎn)換。
圖5A至5C中舉例說明用熱方法改變?cè)陂_關(guān)10(圖1或2)的支路34A、34B中傳輸?shù)墓獾南辔魂P(guān)系的效果。圖5A、5B和5C是說明三種不同開關(guān)狀態(tài)的、沿圖1和圖2中5-5線標(biāo)出的集成光開關(guān)瞬逝耦合區(qū)的輸出處的近場(chǎng)圖照片的圖解說明。[應(yīng)當(dāng)指出，圖中未示出當(dāng)使用圖2的2×2耦合器開關(guān)(具有輸入?yún)^(qū)28和輸出區(qū)18)時(shí)沿5′-5′線(圖2)的開關(guān)狀態(tài)輸出圖形，但是，存在類似于圖5A至5C中所示的開關(guān)效果)?？偟挠脴?biāo)號(hào)81表示沿參考線5-5的攝象機(jī)輸出圖形。陰影區(qū)82表示高的光強(qiáng)度。用豎線掃描器分析了穿過陰影區(qū)82中心的垂直線83，并且，在圖5A至5C中顯示出該豎線掃描器的輸出信號(hào)84。
當(dāng)各支路之間的相位關(guān)系的改變使得各支路之1(例如，支路34A)中的光比另一支路(例如，支路34B)中的光超前π/2弧度時(shí)，出現(xiàn)光從超前支路34A至另一支路34B(圖5A)的完全的轉(zhuǎn)換。圖5B中描繪了支路34B中的光超前于支路34A中的光時(shí)的情況。在本實(shí)施例中，出現(xiàn)光從超前支路(此處是支路34B)到滯后支路(支路34A)的完全的轉(zhuǎn)換。當(dāng)然，很明顯，如果各支路之間的相位關(guān)系的改變使得各支路之一(例如，支路34A)中的光比另一支路(例如，支路34B)中的光超前[N(2π)+(π/2)]弧度(其中N是整數(shù))，那么，出現(xiàn)光從超前支路34A到另一支路34B的完全的轉(zhuǎn)換。
如圖5C中所示，當(dāng)支路34A、34B之間相位關(guān)系的改變使得各支路中任一支路的光比另一支路中的光超前π弧度時(shí)，出現(xiàn)光從一個(gè)支路到另一個(gè)支路的對(duì)半轉(zhuǎn)換。各支路中光相位的中間變化導(dǎo)致各支路之間相應(yīng)的中間百分比的光轉(zhuǎn)換。同樣，很顯然，如果各支路之間相位關(guān)系的改變使得各支路之一(例如，支路34A)中的光比另一支路(例如，支路34B)的光超前(Nπ)弧度(其中N是整數(shù))，那么，出現(xiàn)光從一個(gè)支路到另一支路的對(duì)半轉(zhuǎn)換。
實(shí)施例本實(shí)施例說明本發(fā)明的熱控光開關(guān)。
為了形成基層14，把大約6微米厚的、涂敷在25微米厚、大約3×4平方英寸截面的純凈的聚乙烯對(duì)苯二酸鹽支承物上的基本上干燥的光硬化薄膜(其成分列于表Ⅰ)在穿過鍍鉻玻璃光掩模的、具有350至400毫微米光譜范圍的寬帶紫外光下曝光，從而形成波導(dǎo)圖案16。波導(dǎo)16具有6微米寬度。相位變化區(qū)20的間隙距離36是大約1毫米，而瞬逝耦合區(qū)24的間隙距離38是大約3微米。瞬逝耦合器26的有效長度27是619微米。曝光條件是強(qiáng)度大約6毫瓦/厘米平方，總曝光量大約10毫焦耳/平方厘米，以及溫度大約38℃。
大約5分鐘之后，為了加上緩沖層48A而去掉所述掩模，然后，把大約30微米厚的、涂敷在25微米厚的純凈的聚乙烯對(duì)苯二酸鹽支承物上的基本上干燥的光硬化(緩沖)層(其成分列于表Ⅱ)層疊到所述波導(dǎo)圖案的薄膜表面14A上。用機(jī)械剝離的方法去掉所述聚乙烯對(duì)苯二酸鹽支承薄膜，然后，把具有與所述第一緩沖層同樣成分和結(jié)構(gòu)的第二光硬化(緩沖)層疊加到基層14的相反表面14B上、以形成緩沖層48B。
使所述合成構(gòu)件(聚乙烯對(duì)苯二酸鹽支承物，緩沖層48A，基層14，緩沖層48B，聚乙烯對(duì)苯二酸鹽支承物)在室溫(大約23-25℃)下保持大約15分鐘。在大約38℃下，用具有350至400毫微米光譜范圍的大約2000毫焦耳/厘米平方的寬帶紫外光對(duì)所述合成構(gòu)件的第一側(cè)面進(jìn)行泛光照射，然后，對(duì)所述第二側(cè)面重復(fù)這種泛光照射。
為了構(gòu)成緩沖層50A和50B，從所述合成構(gòu)件的第一側(cè)面去掉聚乙烯對(duì)苯二酸鹽支承物，并把大約30微米厚的、涂敷在25微米厚的純凈的聚乙烯對(duì)苯二酸鹽支承物上的基本上干燥的光硬化(緩沖)層(其成分列于表Ⅲ)層疊到所述緩沖層上，然后，對(duì)所述合成件的第二側(cè)面重復(fù)上述過程。使該合成構(gòu)件(聚乙烯對(duì)苯二酸鹽支承物，緩沖層50A，緩沖層48A，基層14，緩沖層48B，緩沖層50B，聚乙烯對(duì)苯二酸鹽支承物)的每個(gè)側(cè)面在大約38℃以及具有350至400毫微米光譜范圍的、大約400毫焦耳/厘米平方的寬帶紫外光下曝光。
去掉各緩沖層支承物就形成具有埋置的槽形波導(dǎo)16的合成元件12。使該合成元件12在日光燈下保持大約1小時(shí)、使所述敏化染料變無色，然后，在100℃下加熱60分鐘、以獲得熱穩(wěn)定性。切去元件12的端部，然后，用膠狀硅石對(duì)該端部拋光大約15分鐘。
把單模的1300毫微米波長的光發(fā)射到復(fù)合元件12的已拋光的端部。光源是經(jīng)由大于10米長的SumitomoZ光纖引入的激光二極管，日本大坂的SumitomoLtd.能大批供應(yīng)該激光二極管。對(duì)元件12的一個(gè)支路34A的相位變化區(qū)加熱，其方法是在與波導(dǎo)支路34A上元件12的表面接觸的7歐姆鎳鉻合金線上加上2伏的電壓。該合金線確定了電阻加熱器元件58A的邊界。在支路34A的大約3毫米的范圍內(nèi)產(chǎn)生了大約1至3℃的溫度變化。
用具有0.9數(shù)值孔徑的Nikon100C透鏡收集由元件12的支路34A、34B輸出的光，并且，由C2741HamamatsuIR型攝象機(jī)(HamamatsuPhofonicSystems，Bridgewater，NewJersey)俘獲該輸出光。圖5A、5B和5C是沿圖1的5-5線標(biāo)出的集成光開關(guān)的瞬逝耦合區(qū)的輸出端的近場(chǎng)圖照片的圖解說明，用于說明三種不同的開關(guān)狀態(tài)。在PanasonicWV-5490視頻調(diào)制器上顯示了該攝象機(jī)的輸出信號(hào)。圖5中總的用標(biāo)號(hào)81表示該攝象機(jī)的輸出信號(hào)。陰影區(qū)82表示高光強(qiáng)度區(qū)。
用ColoradoVideo，Inc.的321型豎線掃描器分析了穿過陰影區(qū)82的中心的頂線83，同時(shí)，在所述視頻調(diào)制器上顯示該頂線掃描器的輸出信號(hào)84。
表Ⅰ基層成分重量(%)乙酸.丁酸纖維素156.54丙烯酸苯氧基乙酯35.00三甘醇二辛酸酯5.000-Cl HABI21.002-巰基苯并噻唑1.89敏化染料(DEAW)30.562，6-二-叔丁基-4-甲酚(BHT)0.011.依斯特曼CAB531-1型2.1，1′-雙-二咪唑，2，2′-雙-鄰氯苯基-4，4′，5，5′-四苯基;CAS1707-68-23.2，5-雙([4-(二乙氨基)-苯基]亞甲基)環(huán)戊酮表Ⅱ緩沖層成分重量(%)聚(乙烯基乙酸酯)，MW500，000，CAS9003-20-766.04一價(jià)丙烯酸乙氧化苯CAS56641-05-517.02
二丙烯酸乙氧化雙酚ACAS24447-78-73.00N-乙烯基咔唑7.940-Cl-HABI13.694-甲基-4H-1，2，4-三唑-3-硫醇，CAS24854-43-12.09FC-43020.19敏化染料(DEAW)30.031.1，1′-雙-咪唑，2，2′-雙-鄰-氯苯基-4，4′，5，5′-四苯基;CAS1707-68-22.氟化脂肪聚合酯，3MCompanyst.Paul，MN3.2，5-雙([4-(二乙氨基)-苯基]亞甲基)環(huán)戊酮表Ⅲ緩沖層成分重量(%)乙酸.丁酸纖維素157.11丙烯酸苯氧基乙酯38.000-ClHABI3.002-巰基苯并惡唑1.891.依斯特曼CAB531-1型2.1，1′-雙-咪唑，2，2′-雙-鄰氯苯基-4，4′，5，5′-四苯基;CAS1707-68-2除了上述方法之外，本發(fā)明也預(yù)期通過其他機(jī)理來改變各支路之-(34A)中的光相對(duì)于另一支路(34B)中的光的相位關(guān)系。為此，根據(jù)示于圖6A和6B中的本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，在緩沖層48A和/或48B中，在設(shè)置裝置56的相位變化區(qū)24的大致同一位置，設(shè)置了相應(yīng)的分子重新取向部分90。相位變化區(qū)24的分子重新取向部分90包括鄰接波導(dǎo)16的支路34A的區(qū)域92A和92B。用替代的方法或者附加的方法，在基層14中可以有鄰接波導(dǎo)16的支路34A的區(qū)域92C或92D。
至少在區(qū)域92A至92D的選定的一個(gè)區(qū)域中布置可重新取向的分子98。下文中有時(shí)可能用標(biāo)號(hào)92集中地表示各區(qū)域92。如果需要的話，可以用替代的方法或者附加的方法，在支路34A中設(shè)置分子98，只要這些分子98不顯著地吸收或或散射經(jīng)由波導(dǎo)16傳輸?shù)墓狻?br> 根據(jù)本發(fā)明，設(shè)置在選定的區(qū)域92中的分子98可以是液晶分子、電光分子、或者這兩類分子的混合。液晶分子在以下意義上可重新取向，即，該分子本身隨著外加的電場(chǎng)或磁場(chǎng)而在布置該分子的區(qū)域92中物理地重新取向。電光分子在以下的意義上可重新取向，即，該分子的電子云隨外加的電場(chǎng)而重新取向。m-硝基苯胺，9-硝基苯胺，2-甲基4-硝基苯胺，半花青染料，4-二甲基氨基4′-硝化芪(DANS)適合于作為所述電光分子。也可以使用PC6S(一種懸吊側(cè)鏈或聚合物)和C22(一種有專利權(quán)的電光材料)，這兩種材料都由NewJersey，Somerville的Hoechse-celameseResearchCompany生產(chǎn)。可選用P-氰烷氧基聯(lián)苯以及5-膽甾基油酸鹽和類似的酯類作為液晶分子，只要這些分子能夠與基層14和/或緩沖層48兼容。
為了便于制作，可以在涂敷之前把分子98加到基層14或緩沖層48A、48B的涂敷溶液中。用替代的方法或附加的方法，可以用溶劑擴(kuò)散法把分子98引入?yún)^(qū)域92中。為了獲得最佳效果，應(yīng)當(dāng)使電光分子98排列成行。例如J.I.Thackara等人所說明的(Appl.Phys.Lett.52.1031-1033，1988)，可以用單疇化場(chǎng)9最好在玻璃軟化溫度或高于該溫度條件下)使分子98排成行。
當(dāng)分子98采取第一種取向時(shí)，光能夠以第一速度通過波導(dǎo)16的支路34A。另一方面，當(dāng)分子98采取第二種取向時(shí)，光以第二種不同的速度通過該波導(dǎo)的所述支路。
為了使選定區(qū)域92中的分子98(和/或波導(dǎo)16的支路34A中分子98，如果在該支路中也設(shè)置分子98的話)從第一種取向到第二種取向重新取向、從而按預(yù)定量改變支路34A中的光相對(duì)于另一支路34B中的光的相對(duì)關(guān)系，設(shè)置了總的用標(biāo)號(hào)100標(biāo)明的裝置。結(jié)果，由于在支路34A和34B中傳輸?shù)墓庵g的相位關(guān)系發(fā)生給定的變化，所以，在耦合區(qū)24中出現(xiàn)光從一個(gè)支路到另一支路的相應(yīng)的預(yù)定轉(zhuǎn)換，導(dǎo)致類似于上述開關(guān)效應(yīng)(圖5A至5C)的效應(yīng)。
重新取向裝置可以采用多種形式中的任意一種。例如，如圖6A中所示，可以通過在設(shè)置所述分子的區(qū)域92的上面和下面分別設(shè)置一對(duì)電路102A、102B來實(shí)現(xiàn)裝置100。如果所述分子或者是液晶分子或者是電光分子，那么，可以使用所述電極。
如圖6B中所示，用替代的方法或附加的方法，可以用在設(shè)置液晶分子的所述區(qū)域附近設(shè)置磁線圈的方法來實(shí)現(xiàn)裝置100。如圖4A，4B，4D，4E和6A至6C中所述，各種形式的溫度變化裝置56和重新取向裝置100各自連接到適當(dāng)?shù)碾妷涸?，在各圖中用標(biāo)號(hào)110示意地表示該電壓源。
根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的另一方面，可以在支路34B附近設(shè)置分別類似于區(qū)域92A至92D的區(qū)域112A至112D。可以在至少一個(gè)或多個(gè)選定區(qū)域112中和/或在波導(dǎo)16的支路34B中設(shè)置可重新取向的分子98。
根據(jù)本發(fā)明的這個(gè)方面，當(dāng)鄰接第一支路34A的區(qū)域92中的(或支路34A中的)分子98處在第一種取向時(shí)，光能夠以第一速度通過第一支路34A，而當(dāng)鄰接第一支路34A的區(qū)域92中的(或支路34B中的)分子98處在第二種取向時(shí)，光以與所述第一速度相差+△1數(shù)量的第一速度通過該波導(dǎo)的第一支路34A。
相應(yīng)地，當(dāng)鄰接第二支路34B的區(qū)域112中的(或支路34B本身中的)分子98處在第一種取向時(shí)，光能夠以第一速度通過第二支路34B，而當(dāng)鄰接第二支路34B的區(qū)域112中的分子98處在第二種取向時(shí)，光以與所述第一速度相差-△2數(shù)量的第二速度通過第二支路34B。應(yīng)當(dāng)指出，光通過各支路的第一和第二速度不必相等，由分子的重新取向引起的速度變化也不必相等。結(jié)果，由于在支路34A和34B傳輸?shù)墓庵g相位關(guān)系的給定變化，所以，在耦合區(qū)24中出現(xiàn)光從一個(gè)支路到另一支路的相應(yīng)的預(yù)定轉(zhuǎn)換，也導(dǎo)致類似于上述開關(guān)效應(yīng)(圖5A至5C)的效應(yīng)。
得益于本發(fā)明上述教導(dǎo)的本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以據(jù)此進(jìn)行多種變更。顯然，這些變更將被認(rèn)為屬于由所附權(quán)利要求所規(guī)定的本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.用于在光路中進(jìn)行光轉(zhuǎn)換的光開關(guān)，其特征在于包括其中構(gòu)成有波導(dǎo)的光硬化薄膜，該薄膜具有第一和第二表面，該薄膜構(gòu)成光路的一部分，該波導(dǎo)的輸入?yún)^(qū)分成第一和第二支路，各支路順序經(jīng)過相位變化區(qū)和瞬逝耦合區(qū)，發(fā)射到所輸入?yún)^(qū)的光按預(yù)定的百分比分入各支路中，分別設(shè)置在所述薄膜的所述第一和第二表面、在所述波導(dǎo)上面和下面的相應(yīng)位置的第一和第二緩沖，用于按預(yù)定量、沿預(yù)定方向改變相位變化區(qū)中至少一個(gè)選定的支路的溫度、從而按預(yù)定量改變?cè)诟髦分袀鬏數(shù)墓庵g的相位關(guān)系、使得在耦合區(qū)中出現(xiàn)光從睛個(gè)支路到另一個(gè)支路的相應(yīng)的預(yù)定轉(zhuǎn)換的裝置。
2.權(quán)利要求1的光開關(guān)，其特征在于還包括用于按預(yù)定量沿與所述預(yù)定方向相反的方向改變所述相位變化區(qū)中另一支路的溫度的裝置。
3.權(quán)利要求1的光開關(guān)，其特征在于所述溫度變化裝置是這樣工作的它改變所述溫度以致當(dāng)各支路之間的相位關(guān)系變化導(dǎo)致各支路之一中的光比另一支路中的超前π/2弧度時(shí)，出現(xiàn)光從超前支路到另一支路的完全的轉(zhuǎn)換。
4.權(quán)利要求1的光開關(guān)，其特征在于所述溫度變化裝置是這樣工作的它改變所述溫度以致當(dāng)各支路之間的相位關(guān)系變化導(dǎo)致各支路之一中的光比另一支路中的光超前π弧度時(shí)，出現(xiàn)光從一個(gè)支路到另一支路的二分之一轉(zhuǎn)換。
5.權(quán)利要求2的光開關(guān)，其特征在于所述溫度變化裝置是這樣的它改變所述溫度以致當(dāng)各支路之間的相位變化導(dǎo)致各支路之一中的光比另一支路中的光超前π/2弧度時(shí)，出現(xiàn)光從超前支路到另一支路的完全的轉(zhuǎn)換。
6.權(quán)利要求2的光開關(guān)，其特征在于所述溫度變化裝置是這樣的它改變所述溫度以致當(dāng)各支路之間的相位變化導(dǎo)致各支路之一中的光比另一支路中的光超前π弧度時(shí)，出現(xiàn)光從一個(gè)支路到另一支路的二分之一轉(zhuǎn)換。
7.權(quán)利要求1的光開關(guān)，其特征在于所述輸入?yún)^(qū)包括Y分支。
8.權(quán)利要求1的光開關(guān)，其特征在于所述輸入?yún)^(qū)包括瞬逝耦合器。
9.用于在光路中進(jìn)行光轉(zhuǎn)換的光開關(guān)，其特征在于包括其中構(gòu)成有波導(dǎo)的薄膜，該薄膜具有第一和第二表面，該薄膜構(gòu)成光路的一部分，該波導(dǎo)的輸入?yún)^(qū)分成第一和第二支路，各支路順序經(jīng)過相位變化區(qū)和瞬逝耦合區(qū)，發(fā)射到所述輸入?yún)^(qū)的光按預(yù)定百分比入各支路中，分別設(shè)置在所述薄膜的所述第一和二表面、在所述波導(dǎo)上面和下面的相應(yīng)位置的第一和第二緩沖層，所述薄膜和緩沖層在相位變化區(qū)具有與至少一個(gè)支路鄰接的區(qū)域，所述區(qū)域中至少一個(gè)選定的區(qū)域具有能夠隨電場(chǎng)而按預(yù)定方向取向的分子，當(dāng)該分子處在第一種取向時(shí)，光能夠以第一速度通過所述波導(dǎo)的所述支路，而當(dāng)該分子處于第二種取向時(shí)，光以不同的第二速度通過該波導(dǎo)的該支路，以及用于所述選定區(qū)域中的所述分子從第一種取向到第二種取向重新取向、從而按預(yù)定量改變?cè)诟髦分袀鬏數(shù)墓庵g的相位關(guān)系，使得在耦合區(qū)中出現(xiàn)從一個(gè)支路到另一個(gè)支路的相應(yīng)的預(yù)定的裝置。
10.權(quán)利要求9的光開關(guān)，其特征在于所述重新取向裝置是這樣工作的、以至當(dāng)各支路之間的相位關(guān)系變化導(dǎo)致各支路之一的光比另一支路中的光超前π/2弧度時(shí)，出現(xiàn)光從超前支路到另一支路的完全的轉(zhuǎn)換。
11.權(quán)利要求9的光開關(guān)，其特征在于所述重新取向裝置是這樣工作的，以致當(dāng)各支路之間的相位關(guān)系變化導(dǎo)致各支路之一中的光比另一支路中的光超前π弧度時(shí)，出現(xiàn)光從一個(gè)支路至另一支路的二分之一轉(zhuǎn)換。
12.權(quán)利要求9的光開關(guān)，其特征在于還包括所述波導(dǎo)的各支路中至少一個(gè)在所述相位變化區(qū)中具有能夠隨電場(chǎng)而按預(yù)定方向取向的分子，當(dāng)所述分子處在第一種取向時(shí)，興能夠以第一速度通過該波導(dǎo)的該支路，而當(dāng)所述分子處在第二種取向時(shí)，光以不同的第二速度通過該波導(dǎo)的該支路，所述重新取向裝置使所述波導(dǎo)中的所述分子從所述第一種取向到所述第二種取向重新取向。
13.權(quán)利要求9的光開關(guān)，其特征在于所述輸入?yún)^(qū)包括Y分支。
14.權(quán)利要求9的光開關(guān)，其特征在于所述輸入?yún)^(qū)包括瞬逝耦合器。
15.用于在光路中進(jìn)行光轉(zhuǎn)換的光開關(guān)，其特征在于包括其中構(gòu)成有波導(dǎo)的薄膜，該薄膜具有第一和第二表面，該薄膜構(gòu)成光路的一部分，該波導(dǎo)的輸入?yún)^(qū)分成第一和第二支路，各支路順序經(jīng)過相位變化區(qū)和瞬逝耦合區(qū)，發(fā)射到所述輸入?yún)^(qū)的光按預(yù)定百分比分入各支路中，分別設(shè)置在所述薄膜的所述第一和第二表面、在所述波導(dǎo)上面和下面的相應(yīng)位置的第一和第二緩沖區(qū)，所述薄膜和緩沖層在相位變化區(qū)具有與每個(gè)支路鄰接的區(qū)域，每個(gè)支路附近的所述區(qū)域中至少一個(gè)選下的區(qū)域具有能夠隨電場(chǎng)按預(yù)定方向取向的分子，當(dāng)鄰接第一支路的區(qū)域中的分子處在第一種取向時(shí)，光能夠以第一速度通過所述波導(dǎo)的所述第一支路，而當(dāng)鄰接該第一支路的該區(qū)域中的分子處在第二種取向時(shí)，光以與所述第一速度相差+△1數(shù)量的第二速度通過該波導(dǎo)的該第一支路，當(dāng)鄰接第二支路的區(qū)域中的分子處在第一種取向時(shí)，光能夠以第一速度通過所述波導(dǎo)的所述第二支路，而當(dāng)鄰接該第二支路的該區(qū)域中的分子處在第二種取向時(shí)，光以與所述第一速度相差-△2數(shù)量的第二速度通過該波導(dǎo)的該第二支路，用于使每個(gè)所述選定區(qū)域中的所述分子從第二種取向到第二種取向重新取向、從而按預(yù)定量改變?cè)诟髦分袀鬏數(shù)墓庵g的相位關(guān)系、使得在耦合區(qū)中出現(xiàn)光從一個(gè)支路到另一個(gè)支路的相應(yīng)的預(yù)定轉(zhuǎn)換的裝置。
16.權(quán)利要求15的光開關(guān)，其特征在于所述重新取向裝置是這樣工作的、以致當(dāng)各支路之間的相位關(guān)系變化導(dǎo)致各支路之一中的光比另一支路中的光超前π/2弧度時(shí)，出現(xiàn)光從超前支路到另一支路的完全的轉(zhuǎn)換。
17.權(quán)利要求15的光開關(guān)，其特征在于所述重新取向裝置是這樣工作的、以致當(dāng)各支路之間的相位關(guān)系變化導(dǎo)致各支路之一中的光比另一支路中的光超前π弧度時(shí)，出現(xiàn)光從一個(gè)支路到另一支路的二分之一轉(zhuǎn)換。
18.權(quán)利要求15的光開關(guān)，其特征在于所述輸入?yún)^(qū)包括Y分支。
19.權(quán)利要求15的光開關(guān)，其特征在于所述輸入?yún)^(qū)包括瞬逝耦合器。
20.用于在光路中進(jìn)行光轉(zhuǎn)換的光開關(guān)，其特征在于包括其中構(gòu)成有波導(dǎo)的薄膜，該薄膜具有第一和第二表面，該薄膜構(gòu)成光路的一部分，該波導(dǎo)的輸入?yún)^(qū)分成第一和第二支路，各支路順序經(jīng)過相位變化區(qū)和瞬逝耦合區(qū)，發(fā)射到所述輸入?yún)^(qū)的光按預(yù)定百分比分入各支路中，設(shè)備在所述薄膜的所述第一和第二表面、在所述波導(dǎo)上面和下面的相應(yīng)位置的第一和第二緩沖，所述波導(dǎo)支路中至少一個(gè)支路在相位變化區(qū)中具有能夠隨電場(chǎng)而按預(yù)定方向取向的分子，當(dāng)所述分子處在第一種取向時(shí)，光能夠以第一速度通過所述波導(dǎo)的所述支路，而當(dāng)所述分子處在第二種取向時(shí)，光以不同的第二速度通過所述波導(dǎo)的所述支路，以及用于使所述分子人第一種取向到第二種取向重新取向、從而按預(yù)定量改變?cè)诟髦分袀鬏數(shù)墓庵g的相位關(guān)系、使得在耦合區(qū)中出現(xiàn)光從一個(gè)支路到另一個(gè)支路的相應(yīng)的預(yù)定轉(zhuǎn)換的裝置。
21.權(quán)利要求20的光開關(guān)，其特征在于所述重新取向裝置是這樣工作的、以致當(dāng)各支路之間的相位關(guān)系變化導(dǎo)致各支路之一中的光比另一支路中的光超前π/2弧度時(shí)，出現(xiàn)光從超前支路到另一支路的完全的轉(zhuǎn)換。
22.權(quán)利要求20的光開關(guān)，其特征在于所述重新取向裝置是這樣工作的、以致當(dāng)各支路之間的相位關(guān)系變化導(dǎo)致各支路之一中的光比另一支路中的光超前π弧度時(shí)，出現(xiàn)光從一個(gè)支路到另一支路的二分之一轉(zhuǎn)換。
23.權(quán)利要求20的光開關(guān)，其特征在于所述輸入?yún)^(qū)包括Y分支。
24.權(quán)利要求20的光開關(guān)，其特征在于所述輸入?yún)^(qū)包括瞬逝耦合器。
全文摘要
一種用于把光從光路的一個(gè)支路轉(zhuǎn)換到另一個(gè)支路的光開關(guān)，其特征在于包括用于改變各支路之一相對(duì)于另一支路的折射率的裝置。這產(chǎn)生通過各支路的光的光速差異和相位關(guān)系的變化。當(dāng)先進(jìn)入耦合區(qū)時(shí)，出現(xiàn)光從一個(gè)支路到另一個(gè)支路的預(yù)定轉(zhuǎn)換，該轉(zhuǎn)換的性質(zhì)取決于在各支路中傳播的光之間相位關(guān)系變化的幅度。
文檔編號(hào)G02B6/122GK1044858SQ9010063
公開日1990年8月22日 申請(qǐng)日期1990年2月7日 優(yōu)先權(quán)日1989年2月7日
發(fā)明者布魯斯·李·布夫 申請(qǐng)人:納幕爾杜邦公司