專利名稱：數(shù)字光學(xué)開關(guān)的制作方法
描述本發(fā)明涉及的是數(shù)字光學(xué)開關(guān)，它包括被稱為輸入?yún)^(qū)的第一區(qū)，被稱為輸出區(qū)的第二區(qū)，以及根據(jù)絕熱模式演變來控制對(duì)光傳播狀態(tài)的影響的部分。第一區(qū)中具有第一輸入波導(dǎo)和第二輸入波導(dǎo)，這兩個(gè)波導(dǎo)逐漸相互接近，直到其相互作用區(qū)中的某一點(diǎn)；第二區(qū)中具有第三輸出波導(dǎo)和第四輸出波導(dǎo)，從前面提到的那點(diǎn)到相互作用區(qū)域外的某一點(diǎn)這兩個(gè)輸出波導(dǎo)逐漸相互遠(yuǎn)離。第二區(qū)的波導(dǎo)與第一區(qū)的波導(dǎo)相連。
對(duì)于光傳輸網(wǎng)中的寬頻帶光學(xué)信號(hào)中轉(zhuǎn)，對(duì)于用來繞過有故障系統(tǒng)或光纜的轉(zhuǎn)接開關(guān)以及對(duì)于傳輸光學(xué)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)中的空間開關(guān)來說，光學(xué)開關(guān)是有吸引力的部件。計(jì)算機(jī)的寬頻帶光學(xué)反射器和傳感器及汽車中光學(xué)信號(hào)的LAN(局域網(wǎng))電視電纜的轉(zhuǎn)接是其在電訊、微系統(tǒng)技術(shù)和汽車工業(yè)中更進(jìn)一步的應(yīng)用。這些不同的應(yīng)用要求不同開關(guān)參數(shù)，如小的串?dāng)_、小的開關(guān)功耗、偏振獨(dú)立性和波長敏感性。
現(xiàn)有技術(shù)源自US PS 4 775 207或1987年10月19日的應(yīng)用物理通訊51(16),1230-1232頁以及EP 0 457 406。發(fā)明是在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。
初次發(fā)表的出版物涉及的是在LiNbO3基體上布置為X形狀的數(shù)字光學(xué)開關(guān)，輸入?yún)^(qū)中兩個(gè)相近的波導(dǎo)的寬度是不同的。輸出波導(dǎo)從接觸點(diǎn)起被電極包圍。輸入?yún)^(qū)的兩個(gè)輸入波導(dǎo)之間和輸出區(qū)中從接觸點(diǎn)引出的兩個(gè)波導(dǎo)之間有一個(gè)角度θ(θ＜＜Δβ/γ),Δβ是兩個(gè)對(duì)稱模式的傳播常數(shù)的平均差值，γ是波導(dǎo)環(huán)境中的橫向波常數(shù)。對(duì)于這一四端數(shù)字電光開關(guān)來說，在考慮其寬度上非對(duì)稱輸入波導(dǎo)的情況下，切換過程建立在絕熱模式演變的基礎(chǔ)上。由此，通過對(duì)輸出波導(dǎo)進(jìn)行相應(yīng)的控制，實(shí)現(xiàn)有目的地在DOS(數(shù)字光學(xué)開關(guān))的波導(dǎo)中只引入一種確定的模式。
在EP 0457 406中介紹了數(shù)字光學(xué)開關(guān)，在這一開關(guān)中輸入?yún)^(qū)的輸入波導(dǎo)有非對(duì)稱形式，輸出區(qū)的輸出波導(dǎo)有非對(duì)稱或?qū)ΨQ形式，并可用電力切換。輸入?yún)^(qū)和輸出區(qū)中波導(dǎo)形式的非對(duì)稱性通過直線形地和彎曲形地相互接近或遠(yuǎn)離的波導(dǎo)實(shí)現(xiàn)。與上述DOS相比，借助于在輸入?yún)^(qū)域相互接近的彎曲形式或在輸出區(qū)域相互遠(yuǎn)離的波導(dǎo)應(yīng)能實(shí)現(xiàn)部件縮短。
對(duì)于2×2DOS來說，在所述布置的現(xiàn)有技術(shù)中，至少部分地已在輸入和/或輸出區(qū)的形成中實(shí)現(xiàn)了絕熱模式演變原理所需的非對(duì)稱。絕熱光傳播只能在波導(dǎo)參數(shù)有很小變動(dòng)的情況下進(jìn)行，這樣，以一個(gè)給定的基本模式(基模)入射到開關(guān)上的光能基本上也以這種模式保留，不發(fā)生任何模式變化。如果處于很低模式級(jí)中的光能入射到開關(guān)上，那么，光將通過具有較高折射率的輸出波導(dǎo)傳輸，于是當(dāng)開關(guān)中的光能傳輸基本上以絕熱方式進(jìn)行時(shí)，將產(chǎn)生較高的消光比。
此外，眾所周知，數(shù)字光學(xué)開關(guān)由1×2-Y-分路器組成。在ECOC’95-布魯塞爾大會(huì)上報(bào)導(dǎo)了關(guān)于聚合體基體上的數(shù)字熱光學(xué)1×2開關(guān)(參看Proc.21st Eur.Conf.On Opt.Comm.,1063-1065頁)，在這篇報(bào)導(dǎo)中將波導(dǎo)埋藏起來，輸出支路間有一0.12°的角度，兩個(gè)支路的熱電極被完全覆蓋。在給一個(gè)輸出支路加熱時(shí)，光將處于未加熱的支路中，然后，當(dāng)控制功率在130mW到230mW之間時(shí)，在加熱支路中測量的消光系數(shù)優(yōu)于20dB。當(dāng)控制功率約在180mW時(shí)，消光系數(shù)達(dá)到27dB。
在ECOC’95-布魯塞爾大會(huì)的另一篇報(bào)導(dǎo)中第一次介紹了1×8DOS，它由三個(gè)1×2開關(guān)的級(jí)聯(lián)組成(參看Proc.21stEur.Conf.OnOpt.Comm.,1059-1062頁)。在這種解決方法里也在聚合體波導(dǎo)中用上了熱-光效應(yīng)，它可在很小的控制電壓下產(chǎn)生大的折射率變化，并由此能有目的地產(chǎn)生模式性能。
本發(fā)明的任務(wù)在于，介紹有兩個(gè)輸入端和兩個(gè)輸出端的數(shù)字光學(xué)開關(guān)，在這一開關(guān)中，根據(jù)應(yīng)用范圍可靈活調(diào)節(jié)絕熱模式演變的條件，但從技術(shù)上來說可以簡單實(shí)現(xiàn)。
發(fā)明的任務(wù)這樣完成在數(shù)字光學(xué)開關(guān)中，就光的傳播方向來說，開始提到的輸入?yún)^(qū)第一輸入波導(dǎo)與第二輸入波導(dǎo)和輸出區(qū)第三輸出波導(dǎo)與第四波導(dǎo)在橫截面、折射率和關(guān)于光傳播方向的布局上是對(duì)稱的，具有楔形形狀的結(jié)構(gòu)電極與此相鄰地布置在波導(dǎo)上，輸入?yún)^(qū)的電極和輸出區(qū)的電極是電控的。
通過在輸入和輸出區(qū)內(nèi)各自的兩個(gè)相同形式的波導(dǎo)布置并使它們靠近以及工作電極對(duì)波導(dǎo)的楔形作用，本發(fā)明的解決方法可在每一波導(dǎo)支路中分別進(jìn)行參數(shù)調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)絕熱模式演變。由此可實(shí)現(xiàn)非對(duì)稱的波導(dǎo)傳輸，而不必在DOS區(qū)的形成過程中用波導(dǎo)幾何形狀進(jìn)行預(yù)調(diào)節(jié)，因?yàn)樵诒景l(fā)明的方法中設(shè)置了作為轉(zhuǎn)接區(qū)的輸入?yún)^(qū)和輸出區(qū)。本發(fā)明的、建立在絕熱模式演變基礎(chǔ)上的DOS顯示了階梯狀的通斷性能，這使得確定的接通狀態(tài)能保持很長的時(shí)間，如同加上了在門檻值之上的接通電壓或電流。由于其電極工作范圍靈活的調(diào)節(jié)性，本發(fā)明的DOS有較大的容許誤差，降低了接通電壓或電流控制精確調(diào)節(jié)的必要性。此外，這樣的DOS還具有波長靈敏性。
在本發(fā)明的實(shí)施形式中規(guī)定-第一輸入波導(dǎo)和第二輸入波導(dǎo)在輸入?yún)^(qū)中以θ角(θ＜＜Δβ/γ)直線地逐漸互相接近，Δβ是兩個(gè)對(duì)稱模式的傳播常數(shù)的平均差值，γ是波導(dǎo)環(huán)境中的橫向波常數(shù)。第三輸出波導(dǎo)和第四輸出波導(dǎo)在輸出區(qū)中以相同的θ角直線地逐漸相互遠(yuǎn)離。或-第一輸入波導(dǎo)和第二輸入波導(dǎo)，在輸入?yún)^(qū)中曲線地相互接近；第三輸出波導(dǎo)和第四輸出波導(dǎo)也是曲線地相互逐漸遠(yuǎn)離。在提到的實(shí)施例的特殊構(gòu)成中，輸入?yún)^(qū)的輸入波導(dǎo)在橫截面、折射率和布置上與輸出區(qū)的輸出波導(dǎo)是對(duì)稱的?；?第一輸入波導(dǎo)和第二輸入波導(dǎo)在輸入?yún)^(qū)以在θ角(θ＜＜Δβ/γ)直線地相互接近。第三輸出波導(dǎo)和第四輸出波導(dǎo)，在輸出區(qū)中曲線地相互遠(yuǎn)離。或-第一輸入波導(dǎo)和第二輸入波導(dǎo)，在輸入?yún)^(qū)中曲線地相互接近。第三輸出波導(dǎo)和第四輸出波導(dǎo)在θ角(θ＜＜Δβ/γ)直線地相互遠(yuǎn)離。
在其它實(shí)施形式中規(guī)定，鄰近波導(dǎo)布置的電極楔形地形覆蓋波導(dǎo)或具有楔形結(jié)構(gòu)，并設(shè)置在波導(dǎo)的同一層中。
在這一實(shí)施形式中，對(duì)于波導(dǎo)來說，發(fā)明的方法可使用在其它實(shí)施例中已知的、從Ⅲ-Ⅴ族半導(dǎo)體、LiNbO3、玻璃、Si-Ge混晶、SiO2和聚合體中選出的材料，以能在所有的變化中實(shí)現(xiàn)希望的功能，即根據(jù)波導(dǎo)材料的熱-光或電-光效應(yīng)，有目的地調(diào)節(jié)輸入?yún)^(qū)的兩個(gè)波導(dǎo)中的光傳播速度差值。對(duì)于發(fā)明的數(shù)字光學(xué)開關(guān)的生產(chǎn)來說，用這種方式可以有很寬的材料選擇范圍，還將進(jìn)一步擴(kuò)大可能的應(yīng)用范圍。
發(fā)明的其它實(shí)施形式涉及的是電極的控制變化。規(guī)定，與輸入?yún)^(qū)中輸入波導(dǎo)鄰近布置的電極以及與輸出區(qū)中輸出波導(dǎo)(它與輸入波導(dǎo)鏡面對(duì)稱或點(diǎn)對(duì)稱)鄰近布置的電極是電控的。
用發(fā)明的這些實(shí)施形式說明了實(shí)現(xiàn)發(fā)明的DOS的很大的可變性。這些實(shí)施形式涉及到輸入?yún)^(qū)輸入波導(dǎo)的對(duì)稱結(jié)構(gòu)、輸出區(qū)輸出波導(dǎo)的對(duì)稱結(jié)構(gòu)、在輸入?yún)^(qū)和輸出區(qū)波導(dǎo)之間的光傳播中借助于電極控制進(jìn)行的非對(duì)稱調(diào)節(jié)和在其作用下折射率的改變以及在與受控電極相鄰的波導(dǎo)中光傳播的改變。
電極對(duì)波導(dǎo)有楔形作用的區(qū)域保證了在輸入?yún)^(qū)和輸出區(qū)內(nèi)的絕熱波導(dǎo)傳輸。借助于輸入?yún)^(qū)內(nèi)的受控電極來調(diào)節(jié)絕熱模式的條件，使得在輸入?yún)^(qū)的兩個(gè)波導(dǎo)中的光傳播速度有目的地產(chǎn)生差值Δβ。第一輸入波導(dǎo)和第二輸入波導(dǎo)在輸入?yún)^(qū)以θ角(θ＜＜Δβ/γ)直線地相互接近，第三輸出波導(dǎo)和第四輸出波導(dǎo)在輸出區(qū)以同一θ角區(qū)直線地相互遠(yuǎn)離。θ角與絕熱模式演變條件相對(duì)應(yīng)，并這樣地小，使得在中心區(qū)域根據(jù)是否加熱相應(yīng)的輸入波導(dǎo)而出現(xiàn)或者對(duì)稱的模式或者非對(duì)稱的模式，這里中心區(qū)域是輸入?yún)^(qū)波導(dǎo)直線進(jìn)入交匯點(diǎn)以及輸出區(qū)輸出波導(dǎo)離開點(diǎn)的所在區(qū)域。因此可以通過準(zhǔn)確調(diào)節(jié)與輸出波導(dǎo)相鄰的電極的加熱功率將中心區(qū)域的對(duì)稱模式傳輸給希望的輸出波導(dǎo)。當(dāng)加熱功率足夠大時(shí)，對(duì)稱模式始終在未加熱的波導(dǎo)中傳播，非對(duì)稱模式在加熱的波導(dǎo)中傳播。因此，發(fā)明的方法將輸入?yún)^(qū)或輸出區(qū)的每一波導(dǎo)部實(shí)現(xiàn)為單模的。當(dāng)在發(fā)明的DOS的至少一個(gè)區(qū)中段，即輸入?yún)^(qū)或輸出區(qū)中，波導(dǎo)被形成曲線形時(shí)，可以模擬地調(diào)節(jié)絕熱模式演變的條件。
根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，在由級(jí)聯(lián)多個(gè)已知DOS組成的陣列中，由于輸入波導(dǎo)支路的不同尺寸而需要楔形區(qū)，它將陣列的結(jié)構(gòu)長度以不希望的方式放大，并不允許優(yōu)化的插入衰減。在本發(fā)明(輸入?yún)^(qū)的輸入波導(dǎo)與輸出區(qū)的輸出波導(dǎo)成鏡面和點(diǎn)對(duì)稱，且實(shí)現(xiàn)了可雙向工作的DOS)的實(shí)施形式中不出現(xiàn)這些缺陷，因?yàn)閳龇植贾恍枧c所有波導(dǎo)都一樣的橫截面相符。因此，發(fā)明的DOS可以有利的方式用作陣列組件。此外，與現(xiàn)有技術(shù)中提到的1×2-Y開關(guān)相比，該陣列組件有非常緊湊的布置。而1×2-Y開關(guān)在由四個(gè)這種開關(guān)組成的陣列中才能有與發(fā)明的DOS相同的功能。
在發(fā)明的數(shù)字光學(xué)開關(guān)的另一實(shí)施形式中這一陣列建立在聚合物基體上。兩個(gè)線性接近或遠(yuǎn)離的波導(dǎo)包含的θ角≤0.1°。電極通過布置在緩沖中間層上楔形地覆蓋波導(dǎo)。在這一優(yōu)選實(shí)施例中，通過對(duì)電極的控制，相應(yīng)波導(dǎo)的折射率改變量可調(diào)節(jié)到為Δn＞0.0015。由于良好的可控制生產(chǎn)方式，聚合物波導(dǎo)的使用使得有許多結(jié)構(gòu)改進(jìn)途徑。此外，聚合物還有很大的熱-光系數(shù)，即溫度的改變產(chǎn)生很大的折射率改變和很小的導(dǎo)電性。借助于聚合物技術(shù)可以用混合技術(shù)將許多光學(xué)部件集成在一個(gè)基底上。
下面借助于附圖進(jìn)一步介紹發(fā)明的實(shí)施例。


圖1示意性地顯示了聚合物基底上本發(fā)明的DOS的多層結(jié)構(gòu)平面圖；圖2顯示的是圖1中多層結(jié)構(gòu)AA’剖面的橫截面；圖3顯示的是圖1中介紹的DOS的直通(“bar”)狀態(tài)的BPM(光傳播法)模擬；
圖4顯示的是圖1中介紹的DOS的交錯(cuò)(“cross”)狀態(tài)的BPM(光傳播法)模擬；圖5顯示的是輸出區(qū)波導(dǎo)光功率與直通狀態(tài)下對(duì)圖1DOS電極的電控功率的關(guān)系的測量曲線；圖6顯示的是輸出區(qū)波導(dǎo)光功率與交錯(cuò)狀態(tài)下對(duì)圖1DOS電極的電控功率的關(guān)系的測量曲線；圖7顯示的是描述通斷性能可調(diào)節(jié)性的測量曲線。
圖1中示意性地描述聚合物基底上的DOS多層結(jié)構(gòu)包括了輸入?yún)^(qū)S1和輸出區(qū)S2中的對(duì)稱的波導(dǎo)。在輸入?yún)^(qū)S1中布置有兩個(gè)波導(dǎo)WG1和WG2，它們有相應(yīng)的輸入端1和2，兩者之間的角度θ=0.08°。在輸出區(qū)S2中有兩個(gè)以相同角度θ分開的波導(dǎo)WG1’和WG2’，其有相應(yīng)的輸出端1’和2’。用PMMA(有機(jī)玻璃)借助于標(biāo)準(zhǔn)聚合物波導(dǎo)技術(shù)在-3”-Si-片上產(chǎn)生波導(dǎo)。波導(dǎo)有7μm×7μm的橫截面。輸入?yún)^(qū)或輸出區(qū)的兩波導(dǎo)相距250μm，整個(gè)DOS長度為25mm。四個(gè)波導(dǎo)WG1,WG2,WG1’和WG2’被四個(gè)疊加在相應(yīng)的波導(dǎo)之上的楔形電極E1,E2,E1’和E2’覆蓋。在發(fā)明的DOS中，光的傳播性能通過絕熱模式演變表征。對(duì)于每個(gè)波導(dǎo)WG1,WG2,WG1’和WG2’可以通過控制相應(yīng)的電極E1,E2,E1’和E2’來實(shí)現(xiàn)絕熱模式演變的條件。發(fā)明的方法初次允許在聚合物基底上生成有兩個(gè)輸入輸出的DOS。
圖2以平面圖的方式描述了聚合物基底上2×2-DOS的橫截面。在用作散熱片的硅基底S上布置有SiOx緩沖層BB。由四氟乙烯塑料組成的3μm厚的緩沖層TB用于減少損耗和保護(hù)波導(dǎo)層W不受潮，在波導(dǎo)層中設(shè)有波導(dǎo)WG1,WG2,WG1’和WG2’。在每一波導(dǎo)WG1,WG2,WG1’和WG2’上布置相應(yīng)的熱電極E1,E2,E1’和E2’作為最后一層，使得其下面的波導(dǎo)被楔形地復(fù)蓋。
本發(fā)明的基于絕熱模式演變的DOS的功能可以很好地借助于圖3和圖4說明。在圖3和圖4的第一部分中分別介紹和說明了以X形狀布置的、電極被加熱的波導(dǎo)WG1,WG2,WG1’和WG2’的輸入?yún)^(qū)S1和輸出區(qū)S2。隨后的部分中顯示了各個(gè)波導(dǎo)WG1,WG2,WG1’和WG2’中在直通(“bar”)狀態(tài)或交錯(cuò)(“cross”)狀態(tài)下，光波傳播的可能途徑。
如圖3所示，當(dāng)電極E2和E2’被加熱，即被電功率PelE2和PelE2’相應(yīng)地控制時(shí)，DOS在直通狀態(tài)工作。如果在未加熱波導(dǎo)WG1中傳輸?shù)墓獾竭_(dá)中央?yún)^(qū)域，那么，如在圖的第二部分中看到的那樣，其對(duì)稱模式將通過波導(dǎo)WG1’傳輸，因?yàn)閃G1’的折射率比波導(dǎo)WG2’的折射率大。如果在加熱的波導(dǎo)WG2’中傳輸光，那么在中央?yún)^(qū)域非對(duì)稱模式將在有較小折射率的波導(dǎo)WG2’中繼續(xù)傳輸。在未加熱的波導(dǎo)WG1/WG1’和加熱的波導(dǎo)WG2/WG2’之間的折射率差值確定為Δn=0,0025。
如同在圖4的第一部分中看到的那樣，如果加熱電極E1和E2’，即用功率PelE2和PelE2’相應(yīng)地進(jìn)行控制，那么本發(fā)明的DOS在交錯(cuò)狀態(tài)工作。這里也有相同的、前面提到的折射率差值。如果光在加熱的波導(dǎo)WG1中傳輸，那么在中央?yún)^(qū)域產(chǎn)生非對(duì)稱模式，光將通過加熱的具有較低折射率的波導(dǎo)WG2’傳輸。如果光在未加熱的波導(dǎo)WG2中傳輸，那么在中央?yún)^(qū)域產(chǎn)生對(duì)稱模式，光將通過波導(dǎo)WG1’傳輸。應(yīng)該明確，開關(guān)的絕熱條件不僅會(huì)在輸入?yún)^(qū)的波導(dǎo)中保持，而且還會(huì)在輸出區(qū)的波導(dǎo)中保持，只要輸入?yún)^(qū)或輸出區(qū)的兩個(gè)波導(dǎo)之間的角度θ≤0.1°，折射率差值Δn≥0.0015。
為了演示聚合物基體上的本發(fā)明的DOS(在圖1和2中示意性描述了其結(jié)構(gòu)，在圖3和4中介紹了其功能)，將λ=1.55μm的激光二極管的光線與輸入端1或輸入端2相連，并在輸出端1’和2’上測量光輸出功率Popt。由于已確定對(duì)于TE和TM偏振的輸出功率值＜±0.5dB，所以只介紹TM偏振的結(jié)果。
圖5顯示了波長λ=1.55μm時(shí)作為電功率PelE2’函數(shù)的傳輸特性的測量曲線，即在這種情況下加熱電極E2’。這里用65mW的恒定功率PelE2控制電極E2(在插圖中描述了控制)。為了在輸入?yún)^(qū)S1的波導(dǎo)WG1和WG2中實(shí)現(xiàn)絕熱模式演變，需要這樣的加熱控制。在這種配置下，開關(guān)將在直通狀態(tài)工作。在電接通功率PelE2’≥45mW時(shí)，串?dāng)_測量值＜-25dB。已確定，接通功率PelE2’＜100mW時(shí)這一值不發(fā)生變化。
對(duì)交錯(cuò)向狀態(tài)，在圖6中描述了在聚合物基底上的、作為電功率PelE2’函數(shù)的本發(fā)明DOS的傳輸特性。在這種情況下，用45mW的恒定功率PelE1控制電極E1，以再次滿足輸入?yún)^(qū)S1的波導(dǎo)WG1和WG2中的絕熱模式演變條件。如果可變、可控的接通功率值PelE2’≥45mW，那么這里也會(huì)測量到＜-25dB的串?dāng)_值。在這兩種接通狀態(tài)下恒定控制功率的微小偏差來源于制作過程中電極和波導(dǎo)的微小偏差。但這并不因此涉及到發(fā)明原理，每一波導(dǎo)只對(duì)一種確定的模式是可通過的。
在這兩種接通配置中，聚合物基底上的熱-光DOS的切換時(shí)間＜1ms。
對(duì)于相同的開關(guān)，在λ=1.3μm時(shí)也會(huì)產(chǎn)生這樣的傳輸特性，并表現(xiàn)出類似的數(shù)字通斷性能(未示出)。
在觀察圖7(描述了、具有各種PelE2值的與圖5有相同配置的本發(fā)明聚合物基底上的DOS的傳輸特性)時(shí)可以清楚地看到，這種DOS的通斷性能可通過對(duì)輸出區(qū)一個(gè)電極的可變接通功率控制以及對(duì)輸入?yún)^(qū)電極的恒定基本控制進(jìn)行調(diào)節(jié)。可以辨別出，該DOS的“數(shù)字性”(即“0”、“1”的分明性)可以根據(jù)與輸入?yún)^(qū)S1的電極E2的恒定基本控制值Pel-E2的關(guān)系進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得在一個(gè)很窄的Pel-E2’值范圍內(nèi)保證非常好的消光比。如果這一值發(fā)生改變，則將表面出有很好“魯棒性”(抗干擾性)的小消光比數(shù)字接通性能。
上述通斷性能獨(dú)在生產(chǎn)過程中允許有誤差，并且不再需要很精密的電流和電壓控制。此外，對(duì)于環(huán)境溫度的變化而言，描述的DOS的通斷性能是穩(wěn)定的。
權(quán)利要求
1.數(shù)字光學(xué)開關(guān)，它包括-被稱為輸入?yún)^(qū)的第一區(qū)，第一區(qū)中具有輸入第一波導(dǎo)和第二波導(dǎo)，這兩個(gè)波導(dǎo)逐漸相互接近，直到其相互作用區(qū)的某一點(diǎn)；以及-被稱為輸出區(qū)的第二區(qū)，第二區(qū)中具有第三輸出波導(dǎo)和第四輸出波導(dǎo)，從前面提到的那點(diǎn)到相互作用區(qū)域外的某一點(diǎn)這兩個(gè)輸出波導(dǎo)逐漸相互遠(yuǎn)離，第二的區(qū)波導(dǎo)與第一區(qū)的波導(dǎo)相連；以及-用來根據(jù)絕熱模式演變控制光傳播狀態(tài)影響的部分，其特征是，輸入?yún)^(qū)的第一輸入波導(dǎo)相對(duì)于第二輸入波導(dǎo)，輸出區(qū)的第三輸出波導(dǎo)相對(duì)于第四輸出波導(dǎo)在橫截面、折射率上相互相同，并且它們在關(guān)于光傳播方向的布置上相互對(duì)稱，具有局部變化寬度的結(jié)構(gòu)電極與這些波導(dǎo)相鄰布置，布置在輸入?yún)^(qū)的電極和布置在輸出區(qū)的電極設(shè)計(jì)得可被電控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的數(shù)字光學(xué)開關(guān)，其特征是，第一輸入波導(dǎo)和第二輸入波導(dǎo)以θ角(θ＜＜Δβ/γ)在輸入?yún)^(qū)中直線地相互接近，第三輸出波導(dǎo)和第四輸出波導(dǎo)以相同的θ角在輸出區(qū)中直線地相互遠(yuǎn)離。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的數(shù)字光學(xué)開關(guān)，其特征是，第一輸入波導(dǎo)和第二輸入波導(dǎo)在輸入?yún)^(qū)中曲線地相互接近；第三輸出波導(dǎo)和第四輸出波導(dǎo)在輸出區(qū)中曲線地相互遠(yuǎn)離。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3的數(shù)字光學(xué)開關(guān)，其特征是，輸入?yún)^(qū)的輸入波導(dǎo)相對(duì)于輸出區(qū)的輸出波導(dǎo)在橫截面和折射率上相同，并且它們在布置上對(duì)稱。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的數(shù)字光學(xué)開關(guān)，其特征是，第一輸入波導(dǎo)和第二輸入波導(dǎo)以θ角(θ＜＜Δβ/γ)在輸入?yún)^(qū)中直線地相互接近，第三輸出波導(dǎo)和第四輸出波導(dǎo)在輸出區(qū)中曲線地相互遠(yuǎn)離。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的數(shù)字光學(xué)開關(guān)，其特征是，第一輸入波導(dǎo)和第二輸入波導(dǎo)在輸入?yún)^(qū)中曲線地相互接近，第三輸出波導(dǎo)和第四輸出波導(dǎo)以θ角(θ＜＜Δβ/γ)下在輸出區(qū)中直線地相互遠(yuǎn)離。
7.根據(jù)權(quán)利要求1到6的數(shù)字光學(xué)開關(guān)，其特征是，與波導(dǎo)相鄰布置的電極楔形地覆蓋波導(dǎo)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1到6的數(shù)字光學(xué)開關(guān)，其特征是，與波導(dǎo)相鄰布置的電極結(jié)構(gòu)為楔形的，并設(shè)置在波導(dǎo)層中。
9.根據(jù)權(quán)利要求1,7和8的數(shù)字光學(xué)開關(guān)，其特征是，與輸入?yún)^(qū)輸入波導(dǎo)相鄰的電極和與輸出區(qū)輸出波導(dǎo)(與輸入波導(dǎo)鏡面對(duì)稱)相鄰的電極設(shè)計(jì)得是可被電控制的。
10.根據(jù)權(quán)利要求1,7和8的數(shù)字光學(xué)開關(guān)，其特征是，與輸入?yún)^(qū)輸入波導(dǎo)相鄰的電極和與輸出區(qū)輸出波導(dǎo)(與輸入波導(dǎo)點(diǎn)對(duì)稱)相鄰的電極是設(shè)計(jì)得可電控的。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的數(shù)字光學(xué)開關(guān)，其特征是，波導(dǎo)材料從下面列舉的材料組中選擇Ⅲ-Ⅴ族半導(dǎo)體、LiNbO3、玻璃、Si-Ge混晶、SiO2和聚合體。
12.根據(jù)權(quán)利要求1,2,4,7和11的數(shù)字光學(xué)開關(guān)，其特征是，在聚合物基體上的開關(guān)中，在輸入?yún)^(qū)(S1)或輸出區(qū)(S2)中的兩個(gè)直線地接近的波導(dǎo)(WG1,WG2)或兩個(gè)直線地遠(yuǎn)離的波導(dǎo)(WG1’,WG2’)之間的θ角≤0.1°，波導(dǎo)(WG1,WG2,WG1’,WG2’)上方的電極(E1,E2,E1’和E2’)隔著一個(gè)緩沖層(TB)楔形地復(fù)蓋這些波導(dǎo)，并通過控制輸入?yún)^(qū)(S1)和輸出區(qū)(S2)中各個(gè)電極(E1或E2,E1’或E2’)可調(diào)節(jié)相應(yīng)波導(dǎo)的折射率改變量Δn＞0.0015。
全文摘要
一種帶有兩個(gè)輸入端和兩個(gè)輸出端的數(shù)字光學(xué)開關(guān)應(yīng)能適合于多種光學(xué)開關(guān)的廣泛使用。絕熱模式演變條件可以根據(jù)上述開關(guān)的計(jì)劃中的應(yīng)用要求靈活地調(diào)節(jié),而其技術(shù)生產(chǎn)過程仍然是簡單的。在根據(jù)本發(fā)明的數(shù)字光學(xué)開關(guān)中,輸入?yún)^(qū)(S1)內(nèi)的一輸入波導(dǎo)(WG1)相對(duì)于第二輸入波導(dǎo),以及輸出區(qū)(S2)內(nèi)的第三輸出波導(dǎo)(WG1’)相對(duì)于第四輸出波導(dǎo)(WG2’),在橫截面、折射率、和關(guān)于光傳播方向上的布局都是互相對(duì)稱的。四個(gè)有結(jié)構(gòu)的電極對(duì)各波導(dǎo)有楔形的作用并與各波導(dǎo)相鄰近,設(shè)置在輸出區(qū)內(nèi)的一個(gè)電極用電力驅(qū)動(dòng)。
文檔編號(hào)G02F1/313GK1221496SQ97195341
公開日1999年6月30日 申請(qǐng)日期1997年5月30日 優(yōu)先權(quán)日1996年6月5日
發(fā)明者諾貝特·凱爾, 姚匯海, 克里斯平·扎瓦茲基 申請(qǐng)人:海因里希－赫茲－研究所信息技術(shù)柏林有限公司