DE69116863T2 - Optische schalter - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft optische Schalter und insbesondere Schalter, bei denen ein optisches Signal durch Steuerung einer zur Betätigung dienenden Steuerstrahlung bei optischen Wellenlängen geschaltet wird. Beispielsweise wird ein Signal, das eine Wellenlänge in Bereich von 500 bis 2000 nm aufweist, durch eine Steuerstrahlung geschaltet, die eine Wellenlänge im Bereich von 500 bis 2000 nm aufweist.
• Bei der Telekommunikation ist es üblicherweise wesentlich, zwischen einern optischen "Signal", d.h. den Telekommunikationsverkehr, der üblicherweise bei 1,3 µm oder 1,5 µm stattfindet, und der Steuerstrahlung zu unterscheiden Dieses Erfordernis kann dadurch erfüllt werden, daß unterschiedliche Wellenlängen verwendet werden, so daß die Signale, beispielsweise durch geeignete Filter, getrennt werden können.
• Bei anderen Anwendungen, beispielsweise bei der Bildverarbeitung und der Bildzusarninensetzung, kann es unmoglich sein, zwei Kategorien von Signalen zu unterscheiden, und es wird nur eine Wellenlänge verwendet. Oft ist es bequen, den Schalter als Schwellwertdetektor zu betrachten, und auf diese Weise könnte ein EXCLUSIV-ODER-Gate angeordnet werden. Die optischen Schalter haben normalerweise die Form von Wellenleiter-Anordnungen mit einem oder mehreren Lichtwegbereichen. Der Artikel von S. Jensen, in IEEE Journal of Quantum Electronics, Bd. QE-18 (1982) , S. 1580-1583, beschreibt nichtlineare kohärente Koppler, die in der optischen Verarbeitung verwendet werden. Die Veröffentlichung beschreibt diese Vorrichtung nicht ausgesprochen als Schalter, und wenn sie ein Schalter sein sollte, ist jedenfalls kein Steuermechanismus zu seiner Betätigung erwähnt.
• Integrierte Vorrichtungen, die mehrere nahe nebeneinanderliegende Schalter umfassen, sind ebenfalls möglich. Für Signale und Steuerstrahlung können getrennte Wegbereiche erforderlich sein. Das Schalten wird durch die Änderung des Brechungsindex kritischer Bereiche erzielt, die In einem Lichtwegbereich und/oder einem zwischengeschalteten Bereich liegen; ein kritischer Bereich kann beispielsweise zwischen zwei Lichtwegbereichen liegen. Um das Schalten zu bewirken, besteht jeder kritische Bereich aus einem Betriebsmaterial, das gegenüber der Steuerstrahlung empfindlich ist. Es sind bereits Architekturen einer großen Vielfalt ootischer Schalter erstellt worden, doch ist die chemische Natur des Wirkstoffs von ausgesprochener Bedeutung; so sollte beispielsweise der Wirkstoff ausreichend große Änderungen des Brechungsindex für praktikable Intensitäten der Steuerstrahlung zulassen, und die Änderungen sollten rasch vonstatten gehen, wenn die Steuerstrahlung einoder ausgeschaltet wird. Ein Problem ist die Auswahl des Wirksstoffs.
• Bei der vorliegenden Erfindung ist ein Metalldithiolen als Wirkstoff gewählt worden. Diese Dithiolene sind vierwertige Gruppen, die jeweils fünfgliedrige Ringe aufweisen, wie Fig. 8 der Zeichungen zeigt. M (das ein Teil der beiden fünfgliedrigen Ringe ist) von Fig. 8 ist unter Ni, Pt, Pd und Cu ausgewählt. Die Gruppen X, von denen beliebige zwei Gruppen gleich oder verschieden sein könnnen, sind unter S und Se ausgewählt. Da die Gruppe vierwertig ist, gibt es vier nicht abgesättigte Bindungen in Fig. 8 Die Dithiolen-Gruppierung kann elektrisch neutral sein, oder sie kann eine Ladung von -1 (minus Eins) aufweisen. Diese Ladung ist in der vorliegenden Beschreibung durch C dargestellt, und wenn C gleich -1 ist, wird für den elektrisch neutralen Zustand ein Kation benötigt. Wenn alle freien Valenzen in Fig. 8 mit einwertigen Gruppen abgesättigt sind, ergibt sich ein Molekül mit einer Dithiolen-Gruppierung. Um Moleküle mit mehreren Dithiolengruppen, wie beispielsweise Polymerverbindungen herzustellen, können freie Valenzen auch mit zweiwertigen Gruppen abgesättigt werden. Wenn ein Molekül mehrere Dithiolengruppen enthält, hat jede Gruppe ihren eigenen Wert C, wobei der Wert C des vollständigen Moleküls die Summe der einzelnen Werte ist. Um den Gesamtwert von C auszugleichen, werden Kationen benötigt. Wenn jede Dithiolen-Gruppierung neutral ist, ist das vollständige Molekül ebenfalls neutral. In einer Verbindung mit mehr als einem Atom M können die beiden andern Atome M gleich oder verschieden sein.
• Die in Fig. 8 gezeigte Gruppierung bildet den funktionellen Teil des Moleküls. Sie gibt ein delokalisiertes Elektronensystem an, mit dessen Hilfe die Schalteigenschaften realisiert werden. Das zentrale Metallatom, d.h., Ni, Pt, Pd oder Cu, hat Einfluß auf die Natur dieser Delokalisierung. Die an den freien Valenzen gebundenen Gruppen haben ebenfalls eine kleine Wirkung auf die Delokalisierung, aber ihr Haupteinfluß betrifft die Energieniveaus und daher die Wellenlänge der Absorptionsbanden. Daher werden sie so ausgewählt, daß eine Absorptionsbande resultiert, die nahe an der Betriebswellenlänge liegt. Durch ihre Änderung kann eine Feinabstimmung erzielt werden. Die bevorzugten Dithiolene haben die allgemeine Formel 1 (die in Fig. 1 gezeigt Ist) , worin bedeuten:
• (A) die Gruppen R, von denen beliebige zwei Gruppen gleich oder verschieden sein können und die derart ausgewählt sind, daß sie die Absorptionsbanden des Moleküls für eine Verwendung bei der Betriebswellenlänge abstimmen und/oder als Brücken wirken, um Moleküle miteinander zu verknüpfen,
• (B) die Gruppen X, von denen beliebige zwei Gruppen gleich oder verschieden sein könnnen und unter S und Se ausgewählt sind, wobei bevorzugt alle Gruppen X S darstellen,
• (C) M unter Ni, Pt, Pd und Cu ausgewählt ist,
• (D) C gleich -1 oder gleich 0 ist und
• (E) (i) wenn C gleich -1 Ist, Y ein Kation ist, wodurch das Molekül elektrisch neutral wird, Y bevorzugt unter Ammonium, substituiertem Ammonium, Na&spplus; , Li&spplus; und K&spplus; ausgewählt ist, oder
• (ii) wenn C gleich 0 ist, Y nicht vorhanden ist (da das Molekül neutral ist, ist keine Ladung auszugleichen)
• Beispiele für besonders geeignete Gruppen R sind:
• (i) Wasserstoffatome,
• (ii) Alkylgruppen oder halogenierte Alkylgruppen mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen, wobei die Gruppen direkt am Ring gebunden sind,
• (iii) Alkylgruppen oder halogenierte Alkylgruppen mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen, wobei die Gruppen über eine Brücke mit dem Ring verbunden sind, die unter -O-, -C&sub6;H&sub4;- und -NH- ausgewählt ist,
• (iv) Cyanidradikale,
• (v) Aminogruppen, die wahlweise mit zwei Alkylgruppen substituiert sind, die insgesamt nicht mehr als 15 Kohlenstoffatome aufweisen,
• (vi) Phenylgruppen, die wahlweise mit Br, OCH&sub3;, N(CH&sub3;)&sub2; , CH&sub3; , Cl, F substituiert sind,
• (vii) heterocyclische Gruppen,
• (viii) Halogenatome,
• (ix) Brückengruppen, die bevorzugt unter Alkylenoder halogenierten Alkylengruppen mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen ausgewählt sind, oder die Gruppen, die eine oder zwei endständige Gruppen aufweisen, die unter -O-, -C&sub5;H&sub4;- und -NHausgewählt sind
• Einige Beispiele spezieller Verbindungen, bei denen M = Ni, X = S, C = 0 sind und alle vier Gruppen R die gleiche Bedeutung aufweisen, sind unten angegeben. (λ) ist die Wellenlänge der Absorptionsbande) λ(nm) Gruppen R 720 Wasserstoff 774 Methyl 866 Phenyl 982 2-Thienyl 1120 4-Dimethylaminophenyl
• 1270 Juoliden
• 1370 3-(N,N'-Diethyl)-tetrahydrochinazoyl.
• Bevorzugte polymere Dithiolene sind in Fig. 9 gezeigt, wobei M, X und R (von denen beliebige zwei Gruppen gleich oder verschieden sein können) wie oben definiert sind und B eine Alkylengruppe oder eine halogenierte Alkylengruppe mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen ist, A unter direkten Bindungen, -O-, -C&sub6;H&sub4;und -NH- ausgewählt ist,
• C für jedes M gleich 0 oder gleich -1 ist und n gleich 2 bis 100 ist.
• Die Anzahl der Kationen Y gleicht die Gesamtladung aus. Wenn die Gesamtladung Null ist, ist Y nicht vorhanden.
• Die kritischen Bereiche können aus reinem Dithiolen oder einem Gemisch aus Dithiolen miteinander oder mit einer Wirtskomponente (beispielsweise einem organischen Polymer) bestehen, die sowohl gegenüber der Signalstrahlung als auch der Steuerstrahlung transparent sind.
• Das Dithiolen-Wirtskomponenten-Gemisch kann als feste Lösung des Dithiolens in der Wirtskomponente oder als Medium mit einer glasartigen Phase angesehen werden, das eine Struktur aufweist, die den anorganischen Gläsern, beispielsweise Siliciumdioxid- und Halogenidgläsern ähnlich ist. Spezielle Wirtskomponenten, die besonders geeignet sind, umfassen Polyacrylate, Polymethacrylate, wie beispielsweise Polymethylmethacrylat, Polycarbonate, Polylsobutylen, Polyethylen-terephthalat, Polystyrol und Polysiloxan.
• Das Wirtsmaterial steuert primär die Transmissionseigenschaften und gibt den Brechungsindex des kritischen Bereichs vor, ist aber hinsichtlich des Schaltbetriebs passiv
• Das Dithiolen wird durch die Steuerstrahlung beeinflußt und ändert in Gegenwart der Steuerstrahlung seinen Brechungsindex. Wenn das Dithiolen seinen Brechungsindex ändert, ändert sich auch der Brechungs- index der gesamten zum Betrieb verwendeten Zusammensetzung. Die Konzentration des Dithiolens wird derart ausgewählt, daß die zur Betätigung des Schalters erforderliche Änderung oder der erforderliche Brechungsindex erzeugt werden. In den meisten Fällen liegt die Änderung des Brechungsindex innerhalb des Bereichs von 10&supmin;&sup5; bis 10&supmin;¹ ; Änderungen dieser Größenordnung ergeben sich normalerweise mit 1 bis 100 % Dithiolen.
• Ein kritischer Bereich kann entweder in einem Lichtwegbereich oder in einem eingegrenzten Bereich liegen. Daher werden die (erfindungsgemäß verwendeten) Dithiolenzusammensetzungen in Verbindung mit anderen Materialien eingesetzt, die die übrige Vorrichtung bilden; diese Materialien sind so ausgewählt, daß sie an die Wellenlänge, für die die Schaltvorrichtung vorgesehen ist, angepaßt sind. DIE Dithiolenzusammensetzungen sind mit den meisten in Schaltvorrichtungen verwendeten Materialien kompatibel, beispielsweise anorganischen Gläsern, wie z.B. Sillcat-, Borosilicat- Siliciumdioxid- und Germaniumdioxid-Gläsern, ferner Halogenidgläsern, insbesondere Fluoridgläsern. Des weiteren können im Schalter Kunststoffe, beispielsweise die als Wirtskomponenten verwendeten Materialien, als die anderen Materialien verwendet werden.
• Die Erfindung umfaßt nicht nur die optischen Schalter, sondern auch die neuen Dithiolen-Wirtskomponenten- Zusammensetzungen.
• Die Erfindung wird im folgenden beispielhaft unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben; es zeigen:
• Fig. 1 wie oben beschrieben, die allgemeine Formel der Dithiolene,
• Fig. 2 einen Querschnitt durch eine herkömmliche Schaltvorrlchtung, in der die Schichten gezeigt sind,
• Fig. 3 einen Querschnitt durch die Vorrichtung von Fig. 2, in der die Anordnung der Lichtwegbereiche in der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung gezeigt ist,
• Fig. 4-7 Strukturformel der zur Verwendung in den kritischen Bereichen der Schalter geeigneten Dithiolenen,
• Fig. 8 die allgemeine Formel des Dithiolen- Ringsystems,
• Fig. 9 die allgemeine Formel polymerer Dithiolene und
• Fig. 10 die Formel eines Zwischenprodukts.
• Die Fig 2 und 3 zeigen die für eine Verwendung in einem erfindungsgemäßen Schalter geeigneten Architekturen. Der Schalter ist aus einem geätzten Wafer hergestellt; und Fig. 2 ist ein Querschnitt durch die Schichten des Wafers.
• Der Schalter weist ein Substrat aus Siliciumdioxid 10 mit Rippen 11 und 12 aus Siliciumdioxid/Germaniumdioxid auf, die als Lichtwegbereiche wirken. Wie herkömmlich, befindet sich ein kritischer Bereich 13 zwischen den zwei Lichtwegbereichen 11 und 12.
• Der kritische Bereich Ist operativ mit den beiden Lichtwegbereichen 11 und 12 verbunden! und wenn erwünscht, könnte er sich weiter in jeden der beiden Lichtwegbereiche erstrecken. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Wirkstoff im kritischen Bereich ein Dithiolen, d.h., ein Stoff, der die allgemeine, in Fig. 1 oder Fig. 9 gezeigte Formel aufweist. Die Lichtwegbereiche 11 und 12 und der kritische Bereich 13 sind von einer Schutzschicht 14, z.B. einer Kunststoffschicht, bedeckt. Die Schutzschicht 14 und das Substrat 10 wirken zusammen und bilden einen abgegrenzten Bereich, der Strahlungsverluste aus den Lichtwegbereichen 11 und 12 und dem kritischen Bereich 13 verhindert.
• Die Vorrichtung IST in Fig. 3 näher erläutert, aus der ersichtlich ist, daß der Lichtwegbereich 11 eine Eingangsöffnung 16, die mit einer Telekommunikationsverkehrs-Quelle (nicht gezeigt) verbunden sein kann, und eine Ausgangsöffnung 17 aufweist, die mit einer ersten Ausgangsvorrichtung (nicht gezeigt) verbunden sein kann. Der Lichtweg 12 hat eine Eingangsöffnung 18, die zum Anschluß an einen Steuerlaser (nicht gezeigt) zur Übertragung der Steuerstrahlung in den kritischen Bereich 13 ausgebildet ist. Der Lichtweg 12 weist eine Ausgangsöffnung 19 auf, die mit einer zweiten Ausgangsvorrichtung (nicht gezeigt) verbunden sein kann. Dem Fachmann auf diesem Gebiet sind viele weitere Architekturen und Arten einer Implementierung geläufig.
• Zur Herstellung einer Vorrichtung wurde eine einheitliche Schicht aus Siliciumdioxid/Germaniumdioxid, die mit der Bezugsziffer 15 in Fig. 2 bezeichnet ist, auf ein Siliciumdioxidsubstrat 10 aufgebracht. Unter Anwendung der eingeführten Masken- und Ätztechniken wurden die unerwünschten Teile der einheitlichen Schicht 15 derart entfernt, daß die Lichtwegbereiche 11 und 12 ausgebildet wurden. Nachdem die Wirkstoffzusammensetzung in den kritischen Bereich 13 eingebracht wurde, wird die Schutzschicht 14 aufgebracht.
• Bei der Verwendung für Telekommunikationszwecke wird beispielsweise ein optisches Signal in den Lichtweg 11 eingespeist. Die von einem geschalteten Laser ausgesandte Steuerstrahlung wird in den Lichtweg 12 eingespeist. Wenn in beiden Lichtwegen 11 und 12 Strahlung vorhanden ist, d. h., wenn der Laser eingeschaltet ist, wechselwirken ihre abklingenden Felder im kritischen Bereich 13. Infolge der Wechselwirkung kann die bei der Öffnung 18 eintretende Signalstrahlung entweder zur Ausgangsöffnung 17 oder zur Ausgangsöffnung 19 geschaltet werden. Es ist zu betonen, daß die Anordnungen und Architekturen dem Fachmann auf diesem Gebiet geläufig sind. Ferner sind komplexe Vorrichtungen mit mehreren Schaltern bekannt. Die Erfindung besteht in dem für den kritischen Bereich ausgewählten Material, d.h., Materialien, die vorteilhaft mit dem Signal und der Steuerstrahlung in Wechselwirkung treten.
• Die Fig. 4, 5, 6 und 7 zeigen die Strukturformel für vier verschiedene Dithiolene, die im folgenden mit DTL1, DTL2, DTL3, DTL4 bezeichnet werden und die für eine Verwendung in den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen besonders geeignet sind. Es gibt bestimmte kritische Betriebsanforderungen für die Schalter, und die Auswahl des Materials ist wichtig, um diese Anforderungen zu erfüllen. Die wichtigsten Anforderungen sind in Tabelle I genannt.
TABELLE 1
• Betätigungsleistung unter 100 mW
• Schaltzeit unter 100 PS
• Transmission mindestens 80 %
• Durchmesser des Lichtwegbereichs 2 bis 10 µm.
• Die Betätigungsleistung von Tabelle I ist die im kritischen Bereich vorhandene und für das Schalten erforderliche Lichtleistung. Bei der praktischen Anwendung kann sie als die Leistung angesehen werden, die der Betätgungslaser liefern muß. Die "Transmission" ist der Prozentsatz der Signalleistung (an der Öffnung 16 ankommend) , die jeweils an der gewählten Ausgangsöffnung 17 oder 19 auftritt. Die in der vorliegenden Beschreibung mit T bezeichnete Schaltzeit zeigt an, wieviel Zeit vergeht, bis der Schalter von einem Zustand in den anderen übergeht. Sie ist ein Kennzeichen des Materials.
• Die in Tabelle I aufgeführten Erfordernisse werden durch bestimmte Parameter des Wirkstoffs beeinflußt. Diese Parameter sind:
• (a) n&sub2; nichtlinearer Drechungsindex (cm²/kW),
• (b) α linearer Absorptionskoeffizent (cm&supmin;¹),
• (c) ß zwei-Photonen-Absorptionskoeffizent (cm/gW).
• Diese bei 1,06 µm gemessenen Parameter sind in Tabelle II für jedes der vier beispielhaften Dithiolene angegeben. TABELLE II Verbindung
• Alle vier Verbindungen weisen eine Schaltzeit unter 50 ps auf.
• Zwei Verhältnisse, die aus n&sub2; , α und ß berechnet werden, sind für zufriedenstellende Eigenschaften erforderlich.
• Verhältnis 1, das durch n&sub2;/α definiert ist, bezieht sich auf die in der obigen Tabelle I angegebene "Transmission". Aus theoretischen Überlegungen, die durch praktische Erfahrungen bewiesen worden sind, ist bekannt, daß das Verhältnis 1 zur Erzielung einer zufriedenstellenden Leistung größer als 10&supmin;¹&sup0; sein muß.
• Verhältnis 2, das durch (2 ß)/n&sub2; definiert ist, bezieht sich darauf, ob ein Schalten überhaupt möglich ist. Das Verhältnis 2 muß unter 10 liegen und für eine gute Leistung bevorzugt kleiner als 1 sein.
• Tabelle III gibt die Verhältnisse 1 und 2 für die vier Dithiolene an. TABELLE III VERHÄLTNIS 1 VERHÄLTNIS 2
• Wenn der Wirkstoff mit einer Wirtskomponente zu einer Wirkstoffzusammensetzung gemischt wird, werden die in Tabelle II angegebenen Parameter entsprechend "verdünnt". Somit sind für x % des Wirkstoffs die Parameter der Wirkstoffzusammensetzung x % der Parameter der reinen Verbindungen. Es ist anzumerken, daß die Verhältnisse 1 und 2 somit nicht durch die Verdünnung beeinträchtigt werden, was bedeutet, daß eine Verdünnung durch eine Wirtskomponente die grundlegende Eignung nicht wesentlich beeinträchtigt. Die Wirtskomponente ist wichtig, um für die Wirkstoffzusammensetzung einen vorgegebenen Brechungsindex zu erzielen und um die Berarbeitung während der Herstellung des Schalters zu erleichtern.
• Schließlich ist noch eine letzte Überlegung zu erwähnen. Idealerweise sollte die gesamte Ausgangsleistung an der gewählten Ausgangsöffnung erscheinen, und es sollte keine Leistung in anderen Richtungen auftreten, die nicht gewählt worden sind. In der Praxis reicht es aus, wenn sich die nichtgewählte Leistung unterhalb eines Schwellwerts befindet.
• Um ein Schalten zu erzielen, müssen die Länge des kritischen Bereichs und die Intensität der Steuerstrahlung richtig gewählt werden, was erfordert, daß
• 2T = (n&sub2; I L)/λ ist,
• wobei λ die Betriebswellenlänge (des in Frage kommenden Mediums), L die Länge des kritischen Bereichs und I die Gesamtintensität der Strahlung im kritischen Bereich bedeuten. Wie oben angegeben, wird n&sub2; durch Verdünnung verringert, jedoch können I und/oder L vergrößert werden, um diese Verringerung zu kompensieren. In den meisten Fällen ist es bequem, L zu vergrößern. Die Verdünnungsgrenze ist erreicht, wenn L zu groß wird. Reines DTL1 ergab bei einer Wellenlänge von 1,06 µm ein gutes Schaltvermögen, wobei in einem Lichtwegbereich von 3,5 µm Durchmesser mit einer Weglänge von 1 um in kritischen Bereich eine optische Leistung von 100 mW angewandt wurde.
• Andere Dithiolene, für die zufriedenstellende Werte n&sub2; , α und ß gemessen wurden, sind unter Bezug auf Fig. 1 angegeben. (I) Neutrale Moleküle, d.h. C=0 alle X 4-Bromphenyl Phenyl Methyl 4-Octylphenyl und Methyl
• Bei der letzten Species ist eine 4-Octylphenylgruppe und eine Methylgruppe an jeden Ring gebunden. (II) Geladene Moleküle, d.h., C = -1: alle X Phenyl In dieser Auflistung bedeuten: TEA Tetraethylammonium TBA Tetrabutylammonium.
• Die Dithiolene sind als Verbindungsklasse bekannt; ihre Chemie Ist beschrieben in:
• (1) J.A. McCleverty, "Metal 1,2 Dithiolene and Related Complexes", Progress in Inorganic Chemistry, Bd. 10, S. 49 (1968), und
• (2) U.T. Müller-Westerhoff und B. Vance, "Dithiolenes and Related Species", in Comprehensive Co-ordination Chemistry", Bd. II, Pergamon Press (Qxford), S. 595- 608.
• In der Veröffentlichung (2) sind wesentliche Informationen über die Synthese zu finden.
• Eine Zusammenfassung von zwanzig Wirkstoff-Verbindungen ist in Tabelle 1 angegeben. In der Tabelle 1 beziehen sich R, M, C, Y und X auf die Formel von Fig. 1; sie gibt die Wellenlänge der Absorptionsbanden an. Die kürzestes Schaltzeit einer Vorrichtung wird durch die Ansprechzeit des Wirkstoffs begrenzt. Die Ansprechzeiten aller in Tabelle 1 aufgelisteten Substanzen wurden durch Autokorrelationsversuche gemessen, wobei Pulse einer Dauer von 100 ps verwendet wurden und die Ergebnisse durch die Pulsdauer begrenzt wurden, d.h., jede Ansprechzeit war kürzer als 50 ps. Die Beobachtungen legen nahe, daß die Ansprechzeiten bei 1 bis 2 ps lagen. TABELLE 1 CODE Methyl Phenyl Ethyl Phenyl und Methyl Phenyl und Decyl OPH und Methyl
• TEA = Tetraethylammonium
• TBA = Tetrabutylammonlum
• PHh = Octylphenyl
• 4BrPh = 4-Bromphenyl
• BPh = Butylphenyl
• 4MPh = 4-Methylphenyl
• 4MOPh = 4-Methoxyphenyl
• Es wurden mehrere Filme hergestellt, um die Filmbildungseigenschaften der erfindungsgemäßen Wirtskomponenten-Dithiolen-Gemische zu zeigen.
• Die in Tabelle 1 aufgeführten Verbindungen 1, 7 und 14 wurden in Konzentrationen im Bereich von 1 10¹&sup8; bis 2 10¹&sup9; Molekülen des Wirkstoffs pro Kubikzentimeter der Zusammensetzung mit Polymethylmethacrylat, Polystyrol bzw. Polyvinylacetat gemischt. Diese Gemische wurden durch Schleuderbeschichtung aufgebracht und zu Filmen einer Dicke von 1 bis 120 µm gegeben. Diese Filme zeigten eine optische Wirksamkeit, die mit der Konzentration des Wirkstoffs in Einklang stand. Ferner wurde ein Polymer, wie in Fig. 9 angegeben ist, hergestellt. Bei diesem Polymer waren
• (a) alle X S,
• (b) alle M NI,
• (c) alle R H,.
• (d) alle A -CbH&sub4; (para),
• (e) alle B -CH&sub2;-,
• (f) n in der Größenordnung von 50
• (g) alle C Null (und Y nicht vorhanden).
• Das Polymer hatte eine Ansprechzeit unter 50 ps. Die Herstellung wird im folgenden kurz unter Bezug auf Fig. 10 beschrieben.
• Diphenylmethan wurde unter Verwendung von AlCl&sub3; als Katalysator in einer Friedel-Crafts-Reaktion mit Cl- CO-CH&sub2;CL umgesetzt, wodurch sich das in Fig. 10 gezeigte Produkt ergab. Dieses Produkt wurde unter Anwendung einer herkömmlichen Zweistufenreaktion zur Herstellung von Dithiolenen in das Endprodukt umgewandelt.
• In Stufe 1 wurde C&sub2;H&sub5;OCS&sub2;K zusammen mit einem Gemisch von HBr und Essigsäure verwendet, wodurch die Gruppen Cl-CH&sub2;-CO durch Schwefel enthaltende heterocyclische Ringe ersetzt wurden.
• In Stufe 2 wurden in Methanol gelöstes Na sowie NiCl&sub2; mit Iod als Katalysator verwendet, wodurch zwei der heterocyclischen Ringe in ein Dithiolen-Ringsystem umgewandelt wurden. Da die in Fig. 10 gezeigte Verbindung zwei heterocyclische Gruppen liefert, findet eine Polymerisation statt.

Claims (9)

1. Optischer Schalter, der eine oder mehrere Lichtwegbereiche (11, 12) und mindestens einen kritischen Bereich (13) aufweist, der zur gesteuerten Übertragung optischer Energie ausgebildet ist, wobei jeder der kritischen Bereiche operativ mit mindestens einem der Lichtwegbereiche verbunden und aus einer Wirkstoffzusammensetzung gebildet ist,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Wirkstoffzusammensetzung aus 1 bis 100 % eines Wirkstoffs und einer Wirtskomponente besteht, wobei der Wirkstoff eine oder mehrere Gruppierungen der allgemeinen Formel

enthält, wobei die Atome M, von denen beliebige zwei gleich oder verschieden sein können, unter Ni, Pt, Pd und Cu ausgewählt sind und die Gruppen X, von denen beliebige zwei Gruppen gleich oder verschieden sein könnnen, unter S und Se ausgewählt sind.

2. Optischer Schalter nach Anspruch 1, wobei der Wirkstoff eine oder mehrere Gruppierugen der allgemeinen Formel

darstellt, wobei

(A) die Gruppen R, von denen beliebige zwei Gruppen gleich oder verschieden sein können, derart ausgewählt sind, daß sie die Absorptionsbanden des Moleküls fur eine Verwendung bei der Betriebswellenlänge abstimmen und/oder als Brücken wirken, um Moleküle miteinander zu verknüpfen,

(B) die Gruppen X wie in Anspruch 1 definiert sind,

(C) M wie in Anspruch 1 definiert ist,

(D) C gleich -1 oder gleich 0 ist und

(E) wenn C gleich -1 ist, Y ein Kation ist, wodurch das Molekül elektrisch neutral wird.

3. Optischer Schalter nach Anspruch 2, wobei die Wirtskomponente ein organisches transparentes Polymer ist und die Gruppen R ausgewählt sind unter:

(i) Wasserstoffatomen,

(ii) Alkylgruppen oder halogenierten Alkylgruppen mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen, wobei die Gruppen direkt am Ring gebunden sind,

(iii) Alkylgruppen oder halogenierten Alkylgruppen mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen, wobei die Gruppen über eine Brücke mit dem Ring verbunden sind, die unter -O-, C&sub6;H&sub4;- und -NH- ausgewählt ist,

(iv) Cyanidradikalen,

(v) Aminogruppen, die wahlweise mit zwei Alkylgruppen substituiert sind, die insgesamt nicht mehr als 15 Kohlenstoffatome aufweisen,

(vi) Phenylgruppen, die wahlweise mit Br, OCH&sub3; N(CH&sub3;)&sub2;, CH&sub3;, Cl, F substituiert sind,

(vii) heterocyclischen Gruppen,

(viii) Halogenatomen,

(ix) Brückengruppen, die bevorzugt unter Alkylenoder halogenierten Alkylengruppen mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen ausgewählt sind, oder Gruppen, die eine oder zwei endständige Gruppen aufweisen, die unter -O-, -C&sub5;H&sub4;- und - NH- ausgewählt sind.

4. Optischer Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei alle Gruppen X des Wirkstoffs S darstellen.

5. Optischer Schalter nach Anspruch 4, wobei der Wirkstoff eine der folgenden Formeln aufweist:

6. Optischer Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wirtskomponete unter Polyacrylaten, Polymethacrylaten, Polycarbonaten, Polyisobutylen, Polyethylen-terephthalat, Polystyrol und Polysiloxan ausgewählt ist.

7. Verwendung eines Wirkstoffs im kritischen Bereich eines optischen Schalters, wobei der Wirkstoff eine oder mehrere Gruppierungen der Formel

enthält, wobei die Atome M, von denen beliebige zwei Atome gleich oder verschieden sein können, unter Ni, Pt, Pd und Cu ausgewählt sind und die Gruppen X, von denen beliebige zwei Gruppen gleich oder verschieden sein können, unter S und Se ausgewählt sind.

8. Verwendung nach Anspruch 7, wobei der Wirkstoff eine einzige Gruppierung enthält und die allgemeine Formel

aufweist, wobei

(A) die Gruppen R, von denen beliebige zwei Gruppen gleich oder verschieden sein können, derart ausgewählt sind, daß sie die Absorptionsbanden des Moleküls für eine Verwendung bei der Betriebswellenlänge abstimmen,

(B) die Gruppe X, von denen beliebige zwei Gruppen gleich oder verschieden sein können, unter 5 und Se ausgewählt sind,

(C) M unter Ni, Pt, Pd und Cu ausgewählt ist,

(D) C gleich -1 oder gleich 0 ist und

(E) wenn C gleich -1 ist, Y ein Kation ist, wodurch das Molekül elektrisch neutral wird.

9. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Ansprechzeit des Wirkstoffs unter 50 ps liegt.