KR20030068463A - 도파로형 액정 광스위치 - Google Patents

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KR20030068463A
KR20030068463A KR10-2003-0009019A KR20030009019A KR20030068463A KR 20030068463 A KR20030068463 A KR 20030068463A KR 20030009019 A KR20030009019 A KR 20030009019A KR 20030068463 A KR20030068463 A KR 20030068463A
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KR10-2003-0009019A
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카와모토신지
나카마켄이치
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닛뽄 시트 글래스 가부시끼가이샤
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    • G02F1/313—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure
    • G02F1/3132—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure of directional coupler type

Abstract

한 쌍의 근접하는 제 1 및 제 2의 코어를 갖는 광 도파로를 구비하고, 상기 한 쌍의 제 1 및 제 2의 코어 사이에서의 광로를 전환하는 도파로형 액정 광스위치로서, 상기 제 1 및 제 2 코어의 광축을 포함하는 평면과 평행하게 상기 제 1 및 제 2의 코어를 덮는 공간, 상기 제 1 및 2의 코어 사이에 끼이는 공간, 및 상기 제 1 및 제 2의 코어에 걸치고 상기 제 1 및 제 2의 코어의 상면을 덮는 공간 중 어느 한 공간에 배치되고, 한 쌍의 배향막 사이에 충진되고 상기 한 쌍의 배향막에 의해 소정의 방향으로 배향되는 네마틱 액정으로 이루어진 제 3의 코어와; 상기 제 1 및 제 2의 코어 사이의 갭 부분을 덮도록 상기 제 1 및 제 2의 코어에 대향하여 상기 제 3의 코어의 표면 상에 배치되는 제 1의 전극과; 상기 배향막의 배향 방향과 직교하는 방향으로 액정 분자를 배향시키기 위해 마련되며, 상기 제 1의 전극을 사이에 끼우는 쌍으로 배치된 제 2 및 제 3의 전극; 및 상기 제 1, 제 2 및 제 3의 코어와 상기 제 1, 제 2 및 제 3의 전극을 일괄하여 둘러싸는 클래드를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

도파로형 액정 광스위치{WAVEGUIDE TYPE LIQUID-CRYSTAL OPTICAL SWITCH}
본 발명은 예를 들면 광통신 시스템에서 사용되는 광스위치(optical switch)에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 코어(cores) 사이에서의 광로(optical path)의 변경을 액정에 의해 제어하는 도파로형 액정 광스위치(waveguide type liquid-crystal optical switch)에 관한 것이다.
광통신은 대량의 정보가 고속으로 송수신될 수 있기 때문에 최근 일반 가정에도 보급되고 있다. 광통신은 광섬유를 사용하는 통신 시스템에 의해 달성될 수 있다. 광학 신호를 각각의 터미널로 분배하기 위해 섬유형 광결합기, 도파로형 광학 멀티플렉서/디멀티플렉서, 자유 공간 전파형 광학 멀티플렉서/디멀티플렉서, 광스위치 등과 같은 여러 광 소자가 개발되었다.
이들 광학 소자 중에서, 광스위치는 광통신 교환기로서 중요한데, 그 이유는광로를 전환(스위칭)하는 기능을 갖기 때문이다. 광통신에서 사용되는 광스위치로서 지금까지 여러 형태의 광스위치가 공지되어 있다. 이들 광스위치 중에서, 여러 가지 물리 현상에 의해 광의 전파 경로를 전환하기 위해 광 도파로를 사용하는 형태의 광스위치가 고신뢰성과 고속의 이점을 갖는데 그 이유는 이러한 형태의 광스위치가 기계적인 가동부(movable portion)를 갖지 않기 때문이다. 이러한 형태의 광스위치로서, 전자-광학 또는 음향-광학 효과를 갖는 LiNbO3로 이루어진 유전체 결정 도파로, 캐리어 주입을 이용하는 반도체 도파로, 또는 열광학 효과를 이용하는 실리카 도파로와 같은 광 도파로를 사용하는 광스위치가 공지되어 있다.
또한, 이러한 광 도파로를 구비한 광스위치에 있어서, 액정을 이용하는 것도 알려져 있다. 액정은, 전계 인가에 의해 굴절율이 변화하는 광의의 전기-광학 효과를 갖는다. 또한, 저전압으로 구동이 가능하고, 디스플레이 등에서 실적이 있는 바와 같이 신뢰성이 높고, 생산성도 높고 저가격화도 가능하다는 등의 특성을 갖는다. 이와 같은 도파로형 액정 광스위치가, 예를 들면, 특개평 5-165068호 공보에 개시되어 있다. 상기 도파로형 액정 광스위치는, 서로 평행하며 근접하는 결합 부분을 구비하는 두 개의 싱글 모드 광 코어 패턴을 하층 클래드상에 형성하고, 상기 결합 부분에 대응하여 하층 클래드의 일부 상에 하부 전극을 더 형성하고, 결합 부분을 배향된 액정으로 채우고, 상부 전극을 갖는 유리판으로 밀봉하는 구성을 갖는다.
그러나, 이 도파로형 액정 광스위치에서는, 하층 클래드의 거의 전체를 덮도록 액정 및 전극이 형성되어 있기 때문에, 클래드의 넓은 범위에서 굴절율이 변화하여 도파 모드에 혼란이 생기고, 스위치로서는 치명적이라고도 말할 수 있는 정도의 큰 크로스토크가 발생하여 버린다. 게다가, 도파로 코어의 결합 부분도 그 3면이 액정에 접하여 있기 때문에, 소정 방향으로 배향되지 않은 액정 분자가 있으면, 그것에 의한 산란 손실도 커진다. 또한, 하부 전극이 도파로 코어의 결합 부분에 극히 가깝게 존재하기 때문에, 하부 전극에 의한 손실이 상당히 커진다. 또한, 전극을 상하 한 쌍밖에 배치할 수 없는 구조이기 때문에, 편파 의존성이 크다는 문제도 있다.
본 발명은 이와 같은 상황을 감안하여 이루어진 것으로, 저소비 전력, 저가격 및 고신뢰성이라는 이점을 갖는 도파로형 액정 광스위치에 있어서, 크로스토크나 삽입 손실을 개선하고, 나아가서는 편파 의존성이 없는 도파로형 액정 광스위치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 하기와 같은 제 1 내지 제 3의 도파로형 액정 광스위치를 제공한다.
(1) 한 쌍의 근접하는 제 1 및 제 2의 코어를 갖는 광 도파로를 구비하고, 상기 한 쌍의 제 1 및 제 2의 코어 사이에서의 광로를 전환하는 도파로형 액정 광스위치로서, 상기 제 1 및 제 2 코어의 광축을 포함하는 평면과 평행하게 상기 제 1 및 제 2의 코어를 덮는 공간, 상기 제 1 및 2의 코어 사이에 끼이는 공간, 및 상기 제 1 및 제 2의 코어에 걸치고 상기 제 1 및 제 2의 코어의 상면을 덮는 공간중 어느 한 공간에 배치되고, 한 쌍의 배향막 사이에 충진되고 상기 한 쌍의 배향막에 의해 소정의 방향으로 배향되는 네마틱 액정으로 이루어진 제 3의 코어와; 상기 제 1 및 제 2의 코어 사이의 갭 부분을 덮도록 상기 제 1 및 제 2의 코어에 대향하여 상기 제 3의 코어의 표면 상에 배치되는 제 1의 전극과; 상기 배향막의 배향 방향과 직교하는 방향으로 액정 분자를 배향시키기 위해 마련되며, 상기 제 1의 전극을 사이에 끼우는 쌍으로 배치된 제 2 및 제 3의 전극; 및 상기 제 1, 제 2 및 제 3의 코어와 상기 제 1, 제 2 및 제 3의 전극을 일괄하여 둘러싸는 클래드를 포함한다.
(2) 한 쌍의 근접하는 제 1 및 제 2의 코어를 갖는 광 도파로를 구비하고, 상기 한 쌍의 제 1 및 제 2의 코어 사이에서의 광로를 전환하는 도파로형 액정 광스위치로서, 상기 제 1 및 제 2 코어의 광축을 포함하는 평면과 평행하게 상기 제 1 및 제 2의 코어를 덮는 공간, 상기 제 1 및 2의 코어 사이에 끼이는 공간, 및 상기 제 1 및 제 2의 코어에 걸치고 상기 제 1 및 제 2의 코어의 상면을 덮는 공간 중 어느 한 공간에 배치되고, 한 쌍의 배향막 사이에 충진되고 상기 한 쌍의 배향막에 의해 소정의 방향으로 배향되는 네마틱 액정으로 이루어진 제 3의 코어와; 상기 배향막의 배향 방향과 직교하는 방향으로 액정 분자를 배향시키기 위해 마련되며, 상기 제 1 및 제 2의 코어에 대향하여 상기 제 3의 코어의 표면 상에 배치되는 한 쌍의 전극; 및 상기 제 1, 제 2 및 제 3의 코어와 상기 한 쌍의 전극을 일괄하여 둘러싸는 클래드를 포함한다.
(3) 한 쌍의 근접하는 제 1 및 제 2의 코어를 갖는 광 도파로를 구비하고,상기 한 쌍의 제 1 및 제 2의 코어 사이에서의 광로를 전환하는 도파로형 액정 광스위치로서, 상기 제 1 및 2의 코어 사이에 끼이는 공간에 배치되고, 한 쌍의 배향막 사이에 충진되고 상기 한 쌍의 배향막에 의해 소정의 방향으로 배향되는 네마틱 액정으로 이루어진 제 3의 코어와; 상기 제 1 및 제 2의 코어의 대향 측면을 따라 상기 제 1의 코어에 근접하는 상기 제 3의 코어의 외부 상면과 상기 제 2의 코어에 근접하는 상기 제 3의 코어의 외부 하면에 각각 배치되는 두 쌍의 전극; 및 상기 제 1, 제 2 및 제 3의 코어와 상기 두 쌍의 전극을 일괄하여 둘러싸는 클래드를 포함한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 제 1의 도파로형 액정 광스위치의 평면도.
도 2는 도 1의 A-A 라인을 따라 취해진 단면도.
도 3a 및 도 3b는 도 1에 도시한 도파로형 액정 광스위치에 있어서의 광로의 전환 상태의 한 예를 도시하는 평면도.
도 4a 및 도 4b는 도 1에 도시한 도파로형 액정 광스위치에 의한 광로 전환의 원리를 설명하기 위한 단면도.
도 5는 제 1의 도파로형 액정 광스위치의 다른 실시예를 도시하는 단면도.
도 6은 제 1의 도파로형 액정 광스위치의 또 다른 실시예를 도시하는 단면도.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 제 3의 도파로형 액정 광스위치의 단면도.
도 8은 본 발명의 도파로형 액정 광스위치를 4개 접속하여 구성되는 더블 게이트형 광스위치를 도시하는 평면도.
도 9는 본 발명의 도파로형 액정 광스위치를 2개 접속하여 구성되는 더블 게이트형 광스위치를 도시하는 평면도.
♠도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명♠
1A : 제 1의 코어2A : 제 2의 코어
3 : 클래드4 : 제 3의 코어
6A : 제 2의 전극(상부 전극)6B : 제 1의 전극
6C : 제 3의 전극(상부 전극)7A, 7B : 배향막
8A : 상부 기판8B : 하부 기판
9 : 실 재10 : 도파로형 액정 광스위치
12A, 12C : 하부 전극20 : 광 도파로
본 발명이 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명될 것이다.
(제 1의 도파로형 액정 광스위치)
도 1은 본 발명에 관한 제 1의 도파로형 액정 광스위치(10)의 일 실시예를 코어측(도 2의 아래쪽측)으로부터 본 평면도이고, 도 2는 도 1의 A-A 라인을 따라 취해진 단면도이다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 도파로형 액정 광스위치(10)는, 상부 기판(8A)과 하부 기판(8B)으로 2분할 되고, 하부 기판(8B)에는, 그 축선 방향을 따라서 제 1의 코어(1A) 및 제 2의 코어(1B)가 매설되어 있다. 또한, 이후의 설명에서는, 제 1의 코어(1A)를 코어(1A), 제 2의 코어(1B)를 코어(1B)라고 약칭한다. 코어(1A, 1B)는, 중앙 부분에서 소정 길이에 걸쳐서 서로 근접하여 평행하게 되어 있고, 양 에지를 향하여 점차 코어(1A 및 1B)간의 간격이 넓어지게 되어 있다. 이 근접 평행 부분은 소위 방향성 결합기(directionalcouper)를 형성한다.
상부 기판(8A) 및 하부 기판(8B)은, 코어(1A, 1B)를 형성하는 재료보다도 낮은 굴절율을 갖는 재료로 형성된다. 예를 들면, 상부 및 하부 기판(8A 및 8B)의 재료로서 굴절율 1.523의 (SiO2-TiO2)를 사용할 수 있다. 또한, 하부 기판(8B)은 코어(1A, 1B)를 둘러싸고 클래드(3)로서 기능한다. 한편, 코어(1A, 1B)의 재료로서는, 예를 들면, 굴절율 1.530의 (SiCl4-TiCl4)를 사용할 수 있다.
하부 기판(8B)이 완전히 덮도록, 제 3의 코어(4)가 마련된다. 이 제 3의 코어(4)는 실 재(sealing member; 9), 상부 배향막(7A) 및 하부 배향막(7B)에 의해 밀봉된 네마틱 액정을 포함한다. 실 재(9)는 하부 기판(8B)의 양 에지를 따라서 마련된다. 또한, 제 3의 코어(4)의 액정의 두께는 스페이서(11)에 의해 조정된다.
제 3의 코어(4)를 형성하는 네마틱 액정의 종류는 제한되지 않는다. 예를 들면, 4-(4-펜틸시클로헥실)시아노벤젠이 네마틱 액정으로서 사용될 수 있다. 또한, 상부 배향막(7A) 및 하부 배향막(7B)의 각각의 재료로서 공지의 재료가 사용될 수 있다. 예를 들면, 러빙 처리한 폴리아미드막이 상부 및 하부 배향막(7A 및 7B)으로서 사용될 수 있다.
상부 배향막(7A)의 표상에는, 한 쌍의 코어(1A, 1B) 사이의 갭을 덮도록 제 1의 전극(6B)이 형성되어 있다. 또한, 제 1의 전극(6B)의 양측에는, 코어(1A, 1B)에 대해 약간 밖으로 치우치게 되는 위치에 제 2의 전극(6A), 제 3의 전극(6C)이 각각 형성되어 있다. 제 1의 전극(6B), 제 2의 전극(6A) 및 제 3의 전극(6C)은 각각 독립적으로 제어될 수 있다. 또한, 제 2의 전극(6A)과 제 3의 전극(6B)에 의한 액정 분자의 배향 방향은 배향막(7A, 7B)의 배향 방향과 직교하도록 규정되어 있다.
또한, 코어(1A, 1B)와 각 전극과의 이간 거리를 코어(1A, 1B)의 폭(W)의 1/2 이상으로 하는 것이 바람직하다. 전극 재료로서 IT0 등의 투명 전극 재료를 이용할 수 있지만, 전송 매체로서 적외선을 사용하면, 흡수가 상당히 커진다. 그 때문에, 각 전극과 코어와의 거리를 이와 같이 규정함으로써, 이 흡수에 의한 손실을 억제할 수 있다.
상기한 바와 같이 구성되는 도파로형 액정 광스위치(10)에서는, 전극 쌍(6A, 6B) 사이에 인가하는 전압을 조정하여 제 3의 코어(4)의 액정 분자의 배향을 제어함으로써 코어(1A, 1B) 사이에서의 광로의 전환(스위칭)을 행할 수가 있다. 예를 들면, 도 3a에 도시한 바와 같이, 광신호(5A, 5B)를, 각각 입사측의 코어로부터 제 3의 코어(4)로 투과시키고, 또한 다른 쪽의 코어로 이행시키거나, 도 3b에 도시한 바와 같이, 다른 쪽의 코어로 이행한 광신호를 재차 제 3의 코어(4)로 투과시키고, 다시 입사측의 코어로 이행시킬 수 있다. 또한, 이후의 설명에 있어서, 입사한 광신호를 동일한 코어로부터 출사시키는 경우를 「ON 상태」(도 3b)라고 하고, 입사한 광신호를 다른 쪽의 코어로부터 출사시키는 경우를 「OFF 상태」(도 3a)라고 한다.
상기의 광로 전환에 있어서, 도 4a에 도시한 바와 같이, 제 1의 전극(6B)에 대해, 제 2의 전극(6A) 및 제 3의 전극(6C)에 동위상의 전위를 가함으로써, 도면중 화살표로 도시한 바와 같이, 제 3의 코어(4)에 있어서 제 1의 전극(6B)으로부터 제 2의 전극(6A) 및 제 3의 전극(6C)을 향하는 전계가 발생하고, 그것에 의해 제 1의 전극(6B)으로부터 코어(1A, 1B)를 향하는 전계가 지배적으로 된다. 그 결과, TE 모드의 편광(이하, TE 편광으로 약칭한다)에 대한 결합 계수의 변화가 지배적으로 된다. 또한, 도 4b에 도시한 바와 같이, 제 2의 전극(6A) 및 제 3의 전극(6C)에, 제 1의 전극(6B)의 전위를 기준 전위로 하는 역위상의 전위가 인가되면, 도면 중 화살표로 도시한 바와 같이, 제 3의 코어(4)에 있어서 제 2의 전극(6C)으로부터 제 3의 전극(6C)을 향하는 전계가 지배적으로 되고, TM 모드의 편광(이하, TM 편광으로 약칭)에 대한 결합 계수의 변화가 지배적으로 된다. 이와 같이, 제 1의 전극(6B)에 대한 제 2의 전극(6A) 및 제 3의 전극(6C)의 전압과 위상이 상기와 같은 방식으로 조정되면, TE 편광 및 TM 편광의 쌍방에 대한 ON/OFF 상태의 조정이 가능하게 되어, 편광 의존성이 없어진다.
일반적으로, 액정의 굴절율 변화는, 코어(1A, 1B)를 형성하는 재료와 클래드(3)를 형성하는 재료의 굴절율 차와 비교하여 수십배 크기 때문에, 상기 스위칭은 적은 전압에 의해 확실하게 수행될 수 있다.
또한, 상기한 스위칭 양식은, 제 3의 코어(4)에 사용되는 네마틱 액정이 정의 굴절율 변화를 나타내는 경우와, 부의 굴절율 변화를 나타내는 경우에서는 반대로 된다.
또한, 구조 자체도 변경 가능하다. 예를 들면 도 2와 유사한 단면도인 도 5에 도시한 바와 같이, 코어(1A, 1B)의 평행 부분의 갭에 제 3의 코어(4)가 형성될수도 있다. 즉, 하부 기판(8B)의 상면에서부터 코어(1A, 1B)의 갭을 따라서 형성된 홈의 저부에 하부 배향막(7B)을 형성하고 네마틱 액정을 충전하고, 상부 배향막(7A)으로 하부 기판(8B)의 전면을 덮어서 제 3의 코어(4)를 형성하고, 또한 상부 배향막(7A)의 상면에 제 1의 전극(6B), 제 2의 전극(6A) 및 제 3의 전극(6C)을 상기한 바와 마찬가지로 하여 마련하여 구성된다. 이렇게 구성된 도파로형 액정 광스위치(10)에서는, 도 5의 제 3의 코어(4)의 좌우 2개의 측면만이 코어(1A, 1B)와 접하고 있고, 코어(1A, 1B)의 거의 전체면을 덮도록 제 3의 코어(4)가 형성되어 있는 종래의 도파로형 액정 광스위치에 비해, 크로스토크가 대폭적으로 절감하고, 손실도 적어진다.
또한, 상기와 같이 구성된 도파형 액정 광스위치(10)에 있어서는, 하부 배향막(7B)의 형성이 곤란하기 때문에, 이것을 생략하고 상부 배향막(7A) 만으로 할 수도 있다. 또한, 제 3의 코어(4)의 하부 배향막(7B)(또는 홈 바닥부)을 코어(1A, 1B)보다도 깊은 위치까지 형성할 수 있다.
또한, 도 5와 유사한 단면도인 도 6에 도시한 바와 같이, 코어(1A, 1B)의 상면만을 덮도록 제 3의 코어(4)를 형성할 수 있다, 또한, 제 3의 코어(4)의 하부 배향막(7B)은, 코어(1A, 1B) 상면과 접하고 있어도 좋지만, 하부 배향막(7B)에 의한 광학적인 영향이 우려되는 경우에는, 코어(1A, 1B)의 상면과 하부 배향막(7B)과의 사이에 극히 약간의 갭을 마련하여도 좋다.
(제 2의 도파로형 액정 광스위치)
본 발명의 다른 실시예에 따른 제 2의 도파로형 액정 광스위치는, 도시는 생략하지만, 상기에서 나타낸 각 제 1의 코어형 액정 스위치(10)에 있어서, 3개의 전극(6A, 6B, 6C) 중, 어느 하나의 전극을 생략하고 구성된다. 단, 그 경우는, 제 3의 코어(4)에 의한 광로의 전환은 한 쪽의 편광으로 한정된다. 예를 들면, 제 1의 전극(6B)을 생략한 경우는, 제 2의 전극(6A)과 제 3의 전극(6C)과의 사이의 수평 방향의 전계가 지배적으로 되기 때문에(도 4b 참조), TE 편광에 대한 광로 전환이 가능하게 된다. 또한, 제 2의 전극(6A) 또는 제 3의 전극(6C)을 생략한 경우는, 코어측을 향하는 전계가 지배적으로 되기 때문에(도 4a참조), TM 편광에 대한 광로 전환이 가능하게 된다.
따라서 제 2의 도파로형 액정 광스위치(10)에서는, 광신호(5A, 5B)가 랜덤하게 편광되는 경우, 광신호(5A, 5B)를 TE 편광 또는 TM 편광의 어느 하나로 편광하기 위한 파장판(wave plate) 등의 편광 유닛을 도파로형 액정 광스위치(10)의 입사측에 별도로 마련한다.
(제 3의 도파로형 액정 광스위치)
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제 3의 도파로형 액정 광스위치(10)가 도 6과 유사한 단면도인 도 7에 도시된다. 제 3의 도파로형 액정 광스위치(10)에 있어서, 상부 기판(8A)과 하부 기판(8B)과의 사이에 제 3의 코어(4)가 배치되어 있고, 상부 배향막(7A)의 표면상에 코어(1A), 및 코어(1A)를 끼우도록 한 쌍의 상부 전극(6A, 6C)이 마련되고, 하부 배향막(7B)의 표면상에, 코어(1A)와 대향하는 위치에 코어(1B), 상부 전극(6A, 6C)과 대향하는 위치에 하부 전극(12A, 12C)이 마련되어 있다. 즉, 제 3의 코어(4)를 끼워지지하도록, 한 쌍의 코어(1A, 1B), 상부 전극쌍(6A, 6C) 및 하부 전극 쌍(12A, 12C)이 마련되어 있다. 또한, 액정의 두께는 도시되지 않은 스페이서로 조정되고, 제 3의 코어(4)는 실 재(sealing member; 9)로 밀봉된다.
제 3의 도파로형 액정 스위치(10)에서는, 상부 전극(6A, 6C)을 동전위로 하고 하부 전극(12A, 12C)에 전계를 가하면, TE 편광에 대한 결합 계수의 변화가 지배적으로 된다. 대향하는 한 쌍의 전극(예를 들면, 6A와 12A)을 동전위로 하고, 대향하는 다른 쌍의 전극(예를 들면, 6C와 12C)에 전계를 가하면, TM 편광에 대한 결합 계수의 변화가 지배적으로 된다. 따라서, 제 1의 도파로형 액정 광스위치와 마찬가지로, 편파 의존성이 없어진다. 또한, 전압을 인가하는 전극 쌍은 여러가지로 조합될 수 있다. 예를 들면, 전극(6A)과 전극(12C)의 쌍과 전극(6C)과 전극(12A)의 쌍이 조합될 수도 있다.
(더블 게이트형 광스위치)
또한, 상기한 각 도파로형 액정 광스위치(10)는, 그 짝수개를 접속하고, 전체로서 단일한 광스위치와 마찬가지로 한 쌍의 입력단 및 한 쌍의 출력단을 구비하는 구성으로 할 수 있다. 본 발명에 있어서는, 짝수개의 도파로형 액정 광스위치(10)를 접속하고, 전체로서 단일한 광스위치로서 기능하는 구성으로 한 것을 "더블 게이트형 광스위치"라고 정의한다.
도 8은 이와 같은 더블 게이트형 광스위치의 한 예를 도시한 것으로, 4개의 도파로형 액정 광스위치(10)로 구성한 더블 게이트형 광스위치를 모식적으로 도시한 도면이다. 도 8에 도시된 더블 게이트형 광스위치는 다음과 같이 구성된다. 제1의 도파로형 액정 광스위치(10A)의 한쪽의 출력단(c)이 제 2의 도파로형 액정 광스위치(10B)의 한쪽의 입력단(e)에 광 도파로(20)에 의해 연결된다. 제 1의 도파로형 액정 광스위치(10A)의 다른쪽의 출력단(d)은 제 4의 도파로형 액정 광스위치(10D)의 한쪽의 입력단(m)에 광 도파로(20)에 의해 연결된다. 제 3의 도파로형 액정 광스위치(10C)의 한쪽의 출력단(k)은 제 2의 도파로형 액정 광스위치(10B)의 다른쪽의 입력단(f)에 광 도파로(20)에 의해 연결된다. 제 3의 도파로형 액정 광스위치(10C)의 다른쪽의 출력단(l)은 제 4의 도파로형 액정 광스위치(10D)의 다른쪽의 입력단(n)에 광 도파로에 의해 연결된다. 또한, 제 1의 도파로형 액정 광스위치(10A)의 한쪽의 입력단(a)은 제 1의 입력 포트(IN1)로서 사용된다. 제 3의 도파로형 액정 광스위치(10C)의 한쪽의 입력단(j)은 제 2의 입력 포트(IN2)로서 사용된다. 제 2의 도파로형 액정 광스위치(10B)의 한쪽의 출력단(g)은 제 1의 출력 포트(OUT1)로서 사용된다. 제 4의 도파로형 액정 광스위치(10D)의 다른쪽의 출력단(p)은 제 2의 출력 포트(OUT2)로서 사용된다. 따라서, 제 2의 도파로형 액정 광스위치(10B)의 다른쪽의 출력단(h)은 더미 포트(1)로서 종단되고(terminated), 제 4의 도파로형 액정 광스위치(10D)의 다른쪽의 출력단(o)은 더미 포트(2)로서 종단된다.
이 더블 게이트형 광스위치에 있어서의 ON/OFF 상태는 도파로형 액정 광스위치에서와 동일한 방식으로 규정된다(도 3a 및 도 3b 참조). 즉, 제 1의 입력 포트(IN1)로부터 입사된 광신호가 제 1의 출력 포트(OUT1)로부터 출사되고, 제 2의 입력 포트(IN2)로부터 입사된 광신호가 제 2의 출력 포트(OUT2)로부터 출사되는 상태를 "ON 상태"라 한다. 역으로 제 1의 입력 포트(IN1)로부터 입사된 광신호가 제 2의 출력 포트(OUT2)로부터 출사되고, 제 2의 입력 포트(IN2)로부터 입사된 광신호가 제 1의 출력 포트(OUT1)로부터 출사되는 상태를 "OFF 상태"라고 한다. 또한, ON 상태 또는 OFF 상태에 있어서, 각 출력 포트로부터 출사되게 되는 광신호의 강도와, 출사되지 않게 되는 광신호(미광(stray light))의 강도와의 비를 "소광비(extinction ratio)"라고 정의한다.
상기 더블 게이트형 광스위치에 dlT어서, ON 상태로 하기 위해서는 모든 도파로형 액정 광스위치(10A 내지 10D)를 ON 상태로 한다. 그로 인해, 제 1의 입력 포트(IN1)에 입사된 광신호는 제 1의 도파로형 액정 광스위치(10A)의 출력단(c)으로부터 출사되고, 제 2의 도파로형 액정 광스위치(10B)의 입력단(e)에 입사되고 출력단(g), 즉 제 1의 출력 포트(OUT1)로부터 출사된다. 그 때, 미광이 존재하더라도, 제 1의 도파로형 액정 광스위치(10A)에 있어서는 출력단(d)으로부터 출사되어, 더미 포트(2)에 이르고, 제 2의 도파로형 액정 광스위치(10B)에 있어서는 더미 포트(1)에 이르기 때문에, 각각 본래의 출력 포트로부터는 출사되지 않는다. 따라서, 높은 소광비를 실현할 수 있다.
한편, OFF 상태로 하기 위해서는, 모든 도파로형 액정 광스위치(10A 내지 10D)를 OFF 상태로 하면 좋고, 그 경우도 미광은 더미 포트(1) 또는 더미 포트(2)로부터 출사된다.
또한, 도 9에 도시한 바와 같이, 도파로형 액정 광스위치(10)를 2개 접속하여, 전체로서 단일한 광스위치를 구성할 수 있다. 이 구성은 다음과 같다. 제 1의도파로형 액정 광스위치(10A)의 한쪽의 출력단(c)은 제 2의 도파로형 액정 광스위치(10B)의 한쪽의 입력단(e)에 광 도파로(20)에 의해 연결된다. 제 1의 도파로형 액정 광스위치(10A)의 한쪽의 입력단(a)은 제 1의 입력 포트(IN1)로서 사용된다. 제 2의 도파로형 액정 광스위치(10B)의 다른쪽의 입력단(f)은 제 2의 입력 포트(IN2)로서 사용된다. 제 2의 도파로형 액정 광스위치(10B)의 한쪽의 출력단(g)은 제 1의 출력 포트(OUT1)로서 사용된다. 제 1의 도파로형 액정 광스위치(10A)의 다른쪽의 출력단(d)은 제 2의 출력 포트(OUT2)로서 사용된다. 또한, 제 2의 도파로형 액정 광스위치(10B)의 다른쪽의 출력단(h)은 더미 포트로서 사용된다.
이 더블 게이트형 광스위치에 있어서, ON 상태로 하기 위해서는, 제 1의 도파로형 액정 광스위치(10A) 및 제 2의 도파로형 액정 광스위치(10B)를 ON 상태로 한다. 그로 인해, 제 1의 입력 포트(IN1)에 입사된 광신호는 제 1의 도파로형 액정 광스위치(10A)의 출력단(c)으로부터 출사되고, 제 2의 도파로형 액정 광스위치(10B)의 입력단(e)에 입사되어 출력단(g), 즉 제 1의 출력 포트(OUT1)로부터 출사된다. 그 때, 미광이 존재하면, 미광은 제 1의 도파로형 액정 광스위치(10A)의 다른쪽의 출력단(d)에 이르러 제 2의 출력 포트(OUT2)로부터 출사된다. 따라서, 소광비는 도파로형 액정 광스위치가 단독으로 사용되는 경우와 동일하게 된다.
한편, OFF 상태로 하기 위해서는, 제 1의 도파로형 액정 광스위치(10A) 및 제 2 의 도파로형 액정 광스위치(10B)를 모두 0FF 상태로 한다. 그로 인해, 제 1의 입력 포트(IN1) 및 제 2의 입력 포트(IN2)에 입사된 광신호의 미광은 어느 것이나더미 포트(2)로부터 출력된다.
상기한 바와 같이, 2개의 도파로형 액정 광스위치(10A, 10B)로 구성되는 더블 게이트형 광스위치에서는, 도파로형 액정 광스위치의 수가 적기 때문에 저가이지만, 제 2의 입력 포트(IN2)로부터 제 2의 출력 포트(OUT2)로 광을 출력할 수 없기 때문에, ON 상태에서 제 2의 출력 포트(OUT2)가 사용되지 않도록 구성할 필요가 있다.
또한, 상기한 더블 게이트형 광스위치는, 동일 기판상에 모든 도파로형 액정 광스위치를 광 도파로로 접속하여 집적한 구성이 바람직하지만, 개별적으로 형성된 도파로형 액정 광스위치를 광섬유로 접속한 구성으로 할 수도 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 종래의 도파로형 액정 광스위치에 비하여 삽입 손실이 낮고, 고성능의 도파로형 액정 광스위치를 제공할 수 있다.

Claims (19)

  1. 한 쌍의 근접하는 제 1 및 제 2의 코어를 갖는 광 도파로를 구비하고, 상기 한 쌍의 제 1 및 제 2의 코어 사이에서의 광로를 전환하는 도파로형 액정 광스위치에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 코어의 광축을 포함하는 평면과 평행하게 상기 제 1 및 제 2의 코어를 덮는 공간, 상기 제 1 및 2의 코어 사이에 끼이는 공간, 및 상기 제 1 및 제 2의 코어에 걸치고 상기 제 1 및 제 2의 코어의 상면을 덮는 공간 중 어느 한 공간에 배치되고, 한 쌍의 배향막 사이에 충진되고 상기 한 쌍의 배향막에 의해 소정의 방향으로 배향되는 네마틱 액정으로 이루어진 제 3의 코어와;
    상기 제 1 및 제 2의 코어 사이의 갭 부분을 덮도록 상기 제 1 및 제 2의 코어에 대향하여 상기 제 3의 코어의 표면 상에 배치되는 제 1의 전극과;
    상기 배향막의 배향 방향과 직교하는 방향으로 액정 분자를 배향시키기 위해 마련되며, 상기 제 1의 전극을 사이에 끼우는 쌍으로 배치된 제 2 및 제 3의 전극; 및
    상기 제 1, 제 2 및 제 3의 코어와 상기 제 1, 제 2 및 제 3의 전극을 일괄하여 둘러싸는 클래드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 도파로형 액정 광스위치.
  2. 제 1항에 있어서,
    각각의 상기 전극에 인가되는 전압과 상기 전압의 위상을 조정하여 TE 또는TM 모드의 편광에 대한 상기 제 3의 코어의 굴절율을 변화시켜, 상기 제 1 및 제 2의 코어 사이에서의 상기 광로를 전환하는 것을 특징으로 하는 도파로형 액정 광스위치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 전극 각각은 제 1 또는 제 2의 코어로부터 상기 제 1 또는 제 2의 코어의 폭의 1/2 이상의 간격으로 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 도파로형 액정 광스위치.
  4. 한 쌍의 근접하는 제 1 및 제 2의 코어를 갖는 광 도파로를 구비하고, 상기 한 쌍의 제 1 및 제 2의 코어 사이에서의 광로를 전환하는 도파로형 액정 광스위치에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 코어의 광축을 포함하는 평면과 평행하게 상기 제 1 및 제 2의 코어를 덮는 공간, 상기 제 1 및 2의 코어 사이에 끼이는 공간, 및 상기 제 1 및 제 2의 코어에 걸치고 상기 제 1 및 제 2의 코어의 상면을 덮는 공간 중 어느 한 공간에 배치되고, 한 쌍의 배향막 사이에 충진되고 상기 한 쌍의 배향막에 의해 소정의 방향으로 배향되는 네마틱 액정으로 이루어진 제 3의 코어와;
    상기 배향막의 배향 방향과 직교하는 방향으로 액정 분자를 배향시키기 위해 마련되며, 상기 제 1 및 제 2의 코어에 대향하여 상기 제 3의 코어의 표면 상에 배치되는 한 쌍의 전극; 및
    상기 제 1, 제 2 및 제 3의 코어와 상기 한 쌍의 전극을 일괄하여 둘러싸는 클래드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 도파로형 액정 광스위치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 전극 각각은 상기 제 1 또는 제 2의 코어로부터 상기 제 1 또는 제 2의 코어의 폭의 1/2 이상의 간격으로 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 도파로형 액정 광스위치.
  6. 제 4항 또는 제 5항에 있어서,
    입사광을 TE 또는 TM 모드의 편광으로 통일시키는 편광 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 도파로형 액정 광스위치.
  7. 한 쌍의 근접하는 제 1 및 제 2의 코어를 갖는 광 도파로를 구비하고, 상기 한 쌍의 제 1 및 제 2의 코어 사이에서의 광로를 전환하는 도파로형 액정 광스위치에 있어서,
    상기 제 1 및 2의 코어 사이에 끼이는 공간에 배치되고, 한 쌍의 배향막 사이에 충진되고 상기 한 쌍의 배향막에 의해 소정의 방향으로 배향되는 네마틱 액정으로 이루어진 제 3의 코어와;
    상기 제 1 및 제 2의 코어의 대향 측면을 따라 상기 제 1의 코어에 근접하는 상기 제 3의 코어의 외부 상면과 상기 제 2의 코어에 근접하는 상기 제 3의 코어의외부 하면에 각각 배치되는 두 쌍의 전극; 및
    상기 제 1, 제 2 및 제 3의 코어와 상기 두 쌍의 전극을 일괄하여 둘러싸는 클래드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 도파로형 액정 광스위치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 전극 각각에 인가되는 전압을 조정하여 TE 또는 TM 모드의 편광에 대한 상기 제 3의 코어의 굴절율을 변화시켜, 서로 근접한 상기 제 1 및 제 2의 코어 사이에서의 상기 광로를 전환하는 것을 특징으로 하는 도파로형 액정 광스위치.
  9. 더블 게이트형 광스위치 시스템에 있어서,
    제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 기재된 2개 또는 4갱의 도파로형 액정 광스위치; 및
    한쪽의 도파로형 액정 광스위치의 출력단이 다른쪽의 도파로형 액정 광스위치의 입력단과 광 도파관 또는 광섬유에 의해 접속되도록 상기 2개 또는 4개의 도파관형 액정 광스위치를 서로 또는 하나씩 연결하는 광도파관 또는 광섬유를 포함하고,
    상기 더블 게이트형 광스위치 시스템은 전체로서 2개의 입력단과, 2개의 출력단 및 하나 또는 2개의 더미 출력단을 구비하는 것을 특징으로 하는 더블 게이트형 광스위치 시스템.
  10. 제 1 및 제 2의 코어와;
    상기 제 1 및 제 2의 코어에 근접하여 배치되며, 제 3의 코어에 대한 제 1의 측면과 상기 제 1의 측면과 대향하는 제 2의 측면을 규정하는 네마틱 액정으로 이루어진 제 3의 코어; 및
    상기 제 1의 측면에 배치된 적어도 두 개의 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 광스위치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2의 코어는, 적어도 일부에서, 상기 제 2의 측면에 배치되는 것을 특징으로 하는 광스위치.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 전극은 상기 제 1 및 제 2의 코어의 광축을 포함하는 평면과 평행한 평면 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 광스위치.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 전극은 제 1의 전극, 제 2의 전극, 및 상기 제 1의 전극에 대해 상기 제 2의 전극과 대향하는 제 3의 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 광스위치.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 제 1의 전극은 상기 제 3의 코어를 통해 상기 제 1 및 제 2의 코어 사이의 갭과 직면하는 것을 특징으로 하는 광스위치.
  15. 제 10항에 있어서,
    상기 제 1의 코어는 상기 제 1의 측면에 배치되고, 상기 제 2의 코어는 상기 제 2의 측면에 대치되는 것을 특징으로 하는 광스위치.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 전극은 상기 제 1 및 제 2의 코어의 광축을 포함하는 평면과 평행한 평면 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 광스위치.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2의 코어의 광축을 포함하는 평면과 직교하는 평면 및 상기 제 2의 측면에 배치된 제 3 및 제 4의 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광스위치.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 제 1의 전극은 상기 제 1의 코어에 대해 상기 제 2의 전극과 대향하여 위치되고, 상기 제 3의 전극은 상기 제 2의 코어에 대해 상기 제 4의 코어와 대향하여 위치되는 것을 특징으로 하는 광스위치.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 제 1의 전극은 상기 제 3의 코어를 통해 상기 제 3의 전극과 직면하고, 상기 제 2의 전극은 상기 제 3의 코어를 통해 상기 제 4의 전극과 직면하는 것을 특징으로 하는 광스위치.
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