[发明专利]光开关

说明书

本发明涉及光开关，更准确地说涉及可在集成光学网络中构成的光开关。

光路需要若干将光从一个通路转换到另一通路的开关。一般已知有两种类型的光开关，即，机械光开关和固体光导开关。

机械光开关的结构相对于使用这些开关的光路来说其体积是大的，从而不适合结合到集成光路中去。这种开关易受物理磨损和机械震动。这些开关的造价相当低廉。由于这种开关所固有的精度不足，所以，这种机械开关通常只适合于涉及具有大的芯径（通常大约为50至100微米）的多模光纤的应用场合。

在共同未决的申请第07/262，935号（于1988年10月20日提交）（Lee，ED-363）中公开了可用于具有单模光纤的光路的机械光开关。该发明主题的机械光开关预定可进行廉价且精确的制造并利用由某种材料制成的舌形阀，这种材料可避免其它先有技术的机械光开关的不精确性，使得这种机械光开关可供单模光纤使用，其中，光纤芯径为9微米数量级。

可在非常高速度操作（微微秒的切换时间）情况下供单模光纤使用的固体光导开关是现有的。这些开关通常用诸如铌酸锂（LiNbO）或磷酸氧钛钾（KTP）的晶体材料做成。用于这种开关的晶体材料生长和处理昂贵。这种晶体开关不适合于并入集成光路。

最近，已经用光硬化薄膜和涂层来构造光学装置和单模波导。在共同未决的申请号为07/144，002（PE-0065）、和申请号为07/144，003（PE-0066）（这两个申请以Booth和Marchegiano的各义于1988年1月15日提交，并均已转让给E.I.Du    Pont    de    Nemours    and    Company，Incorporated）中描述了这样的薄膜和涂层。这些薄膜和涂层适用于集成光学网络。

在1988年1月13日提交的申请号为07/145，020的专利中，描述了一种用于光纤的光束调相器，在该光束调相器中，利用温度变化来改变通过光纤的光束的相位而制成一种干涉仪，该光束调相器可从NTIS买到，其牌号是AD-D013717。该装置未利用光硬化薄膜和涂层，所以，不适合并入集成电路。

根据上文，可以相信提供这样的开关是很有益的，即，这种光开关可作为由所述光硬化薄膜和涂层所构成的集成光路的一部分而廉价地构成，并且，这种光开关能够切换在由光硬化薄膜和涂层形成的单模光波导中传输的光。

本发明涉及用于将光在光硬化薄膜形成的光波导图案的第一和第二支路之间切换的开关。实现所述切换的方法是：改变至少一个支路的局部光波导图案的相对于另一支路的折射率、从而在所传导的光之间产生相移。所述相移量导致光从一个支路到该开关的分开的区域中的另一支路的相应的预定的转换。

当改变支路中光束间的相位关系，使得其中一支路的光以π/2弧度超前于另一支路的光、并使这两条支路在耦合区汇集时，就会出现从超前支路到另一支路的完全的光转换。然而，当改变支路间相位关系使得一个支路超前另一支路π弧度时，就会出现从各支路到另一支路的二分之一光转换。支路中光的相位关系的中间变化在这些支路之间产生相应百分比的光转换。按本发明的一个实施例，可用热装置，例如电阻加热器或帕尔帖（Peltier）装置来实现所述相移。

通过在设置于一个或两个支路附近的一个或多个区域中配置可定向分子来改变一个或两个支路附近光硬化薄膜材料的折射率而实现相移，这也包含在本发明的计划之内。可定向分子也可配置在波导图案自身之中。可定向分子可以是这样一种类型，即，分子本身响应所加的场而物理地重新定向，或者是这样一种类型的可定向分子，即，该分子的电子云响应所加的场而重新定向。当分子处在第一种定向时，光能够以第一速度通过波导的支路。当分子处在第二种定向时，光能够以不同的第二速度通过波导支路。提供一种装置，该装置将所选区域中的分子从第一种取向重新定向为第二种取向，从而按预定量改变各支路中传输的光之间的相位关系、使得在耦合区出现光从一个支路到另一支路的预定的转换。可以这样操作该重新定向装置、使得当改变支路间相位关系以致一个支路的光超前另一支路的光π/2弧度时，便会出现光从超前支路到另一支路的完全的转换。然而，如果改变支路间相位关系使得一个支路的光超前另一支路的光π弧度的相位时，便会出现光从各个支路到另一支路的二分之一的转换。

结合以下构成本申请一部分的附图，通过详细说明，可对本发明有更完全的理解，附图中：

图1为按照本发明、用光硬化薄膜材料实现的集成电路开关的平面图;

图2为按照本发明、用光硬化薄膜材料做成的2×2耦合器的平面图;