NL1015055C2

NL1015055C2 - Optische schakelaar.

Info

Publication number: NL1015055C2
Application number: NL1015055A
Authority: NL
Inventors: Reza Paiam
Original assignee: Jds Uniphase Inc
Priority date: 1999-04-30
Filing date: 2000-04-28
Publication date: 2003-08-13
Also published as: EP1048962A2; EP1055958A1; NL1015055A1; US6449404B1; US6285504B1; US6353694B1; CA2271159A1; EP1048971A1; US6535672B1

Description

Optische schakelaar Gebied van de uitvinding

Deze uitvinding heeft betrekking op optische schakelaars en in het bijzonder op een optische schakelaar met twee of meer schakelposities.

5

Achtergrond van de uitvinding

In optische communicatiesystemem is het vaak noodzakelijk een optisch signaal tussen verschillende optische paden te schakelen hetzij langs een optische golfgeleider zoals een 10 optische vezel hetzij in de vrije ruimte. Optische schakelin-richtingen kunnen in het algemeen worden ingedeeld in bewegende straalschakelaars en bewegende vezelschakelaars. Bewegende straal schakelaars leiden het optische signaalpad tussen stationaire golfgeleiders of in de vrije ruimte. Bewegende vezel-15 schakelaars veranderen fysiek de plaats van de te schakelen vezels.

De verschillende categorieën optische schakelaars voor het schakelen van optische signalen omvatten elektrische schakelaars, vaste stof schakelaars, mechanische schakelaars 20 en optische schakelaars alsmede combinaties daarvan.

Elektrische schakelaars zetten een optisch signaal om in een elektrisch signaal en schakelen vervolgens het elektrische signaal door middel van conventionele schakeltechnieken. Elektrische schakelaars zetten het elektrische signaal vervol-25 gens weer om in een optisch signaal.

Elektrische schakelaars zijn sneller dan bestaande mechanische schakelaars maar ook aanzienlijk duurder. Bovendien is het elektrisch schakelen van optische signalen beperkt voor wat betreft de bandbreedte omdat een omgezet elektrisch 30 signaal niet alle informatie kan bevatten van een optisch signaal . Deze bandbreedtebeperking van elektrische schakelaars beperkt de voordelen van het gebruik van optische vezels aanzienlijk.

1015055 2

Vaste stof optische schakelaars hebben hoge schakel-snelheden en dezelfde bandbreedtecapaciteit als optische vezels. Echter de kosten van vaste stof optische schakelaars zijn 30 tot 100 maal hoger dan die van bestaande mechanische 5 schakelaars. Een ander nadeel van vaste stof optische schakelaars is dat zij invoegverliezen veroorzaken die meer dan 20 keer hoger zijn dan die in bestaande mechanische optische schakelaars.

Mechanische optische schakelaars zijn doorgaans goed-10 koper dan elektrische of vaste stof optische schakelaars, veroorzaken een laag invoegverlies en zijn compatibel met de bandbreedte van optische vezels.

Het activeringsmechanisme dat in de optische afbuig-schakelaar volgens de onderhavige uitvinding wordt gebruikt is 15 een bewegend straal schakelmechanisme.

Een typische optische vezelschakelaar die gebruik maakt van een bewegende spiegel om de schakelfunctie uit te voeren wordt openbaar gemaakt door Levinson in United States patent No. 4,580,873 verleend op 8 april 1986 dat hier door 20 middel van verwijzing wordt ingevoegd. Hoewel deze uitvinding zijn bedoelde functie adequaat lijkt te vervullen wordt hij te duur en enigszins te complex geacht.

Er zijn verschillende ontwerpen voor optische afbuig-schakelaars geweest die gebruik maken van Frustrated Total In-25 ternal Reflection (FTIR) om schakelen of modulatie van een optisch signaal te bewerkstelligen. In vrijwel alle gevallen vangen deze systemen aan met een luchtgat dat total internal reflection veroorzaakt en snel het materiaal tot minder dan een tiende golflengte ruimte drijft om frustrated total inter-30 nal reflection te verkrijgen. Dergelijke systemen worden openbaargemaakt in United States Patent Nos. 4,249,814; 3.649,105; 3,559,101; 3,376,092; 3,338,656; 2,997,922; en 2,565,514. In al deze systemen vormt het overwinnen van wrijving en schade aan het glas een probleem.

35 Een ander voorbeeld van een bewegende straal optische schakelaar die het optische signaalpad op stationaire golfge-leiders richt wordt openbaar gemaakt in U.S. patent No. 5,444,801 op naam van Laughlin dat hier door verwijzing wordt , .··> 15055 i & ‘ 3 ingevoegd. De uitvinding die daarin wordt beschreven leert een apparaat voor het schakelen van een optisch signaal van een optische ingangsvezel naar één van twee of meer optische uit-gangsvezels. Dit apparaat omvat middelen voor het veranderen 5 van de hoek van de "collimated" straal met betrekking tot de referentie zodat het optische uitgangssignaal wordt gefocus-seerd op één van de twee of meer optische uitgangsvezels. Vergelijkbare mechanisch optische schakelaars worden openbaar gemaakt in US patent Nos. 5,647,033; 5,875,271; 5,959,756; 10 5,555,558; 5,841,916; en 5,566,260 op naam van Laughlin en hier door verwijzing ingevoegd.

Laughlin leert het schakelen van optische signalen tussen ingangsvezels en uitgangsvezels door het verschuiven ven een of meer virtuele assen van het systeem door de positie 15 van een tweede reflector tussen vele posities te wisselen. Deze tweede reflector heeft een wigvorm om de hoek van de "collimated" straal in een gekozen mate te veranderen en de straal op verschillende uitgangslocaties te richten. Echter, de uit-gangslocaties liggen alle langs een diameter in het uitgangs-20 brandpuntvlak van de GRIN lens zoals getoond in figuur 1.

Een andere optische schakelaar die is gebaseerd op total internal reflection is beschreven in United States patent 4,988,157 op naam van Jackel et al. en verleend in januari 1991. Dit octrooi leert het nut van het veranderen van de 25 brekingsindex van een gebied door te voorzien in elektroden die zijn geplaatst naast sleuven en die op selectieve wijze geactiveerd worden om de vloeistof elektrolytisch om te zetten in gasvormige bellen, waardoor de afstemming van de index over de sleuf wordt verstoord en het licht door de sleuf wordt ge-30 reflecteerd in plaats van zich over de sleuf voort te planten. In de aanwezigheid van een katalysator, zal een puls van tegengestelde polariteit of voldoende omvang en van dezelfde polariteit de bel vernietigen. Hoewel de uitvinding van Jackel de bedoelde functie schijnt te verwezenlijken, is hij complex 35 en duur om te vervaardigen.

De laatste tijd zijn monolithische golfgeleidende inrichtingen populair geworden. Deze inrichtingen hebben de neiging compact en rendabel te vervaardigen te zijn. Dergelijke •j 01> 5 4 inrichtingen worden beschreven door de aanvrager in United States patent 5,470,692, getiteld Integrated optic components en verleend op 28 november 1995. In het '692 patent omvat een geïntegreerde optische component een substraat dat een laag 5 van een polymeer materiaal draagt. De component kan gericht zijn om zo een actieve component te vormen en kan de vorm hebben van een randgeleider.

Veel monolithische inrichtingen bevatten bijvoorbeeld polymere golfgeleiders die voorzien in een enkele guided mode, 10 vergelijkbaar met een enkele mode optische vezel. Een andere klasse van monolithische golfgeleidende inrichtingen omvatten golfgeleiders in glas waarin een met ionen gediffundeerd gebied of een reactive-ion-etched structuur bedekt met een bekleding kunnen dienen als een golfgeleiderkern.

15 Polymere golfgeleiders die zijn aangebracht op een drager bieden een aantal voordelen boven anorganisch glas zoals silica, echter laag signaalverlies i.e. hoge transparantie van anorganisch glas is wenselijk en verdient de voorkeur boven polymeer. Polymere golfgeleiders zijn bekend door lage 20 transparantie, i.e. aanzienlijk verlies; polymere golfgeleiders hebben een hoge uitzettingscoëfficient en, daarmee samenhangend een hoge (negatieve) thermo-optische coëfficiënt, en een lage thermische geleidbaarheid. Anorganisch glas heeft daarentegen een hoge transparantie, een hoge thermische ge-25 leidbaarheid en een lage (positieve) thermo-optische coëfficiënt .

Deze uitvinding gebruikt deze verschillen in de twee materialen op een synergetische wijze door te voorzien in een anorganisch glas/polymeer hybride kernstructuur die zeer voor-30 delig is.

Kenmerkend voor optische vezels is dat zij een licht-dragende kern, bijvoorbeeld een anorganisch glas zoals kwarts-glas of een polymeer zoals polymethyl methacrylaat, en een be-kledingsmateriaal omvatten dat een lagere brekingsindex heeft 35 dan de kern. Het bekledingsmateriaal dient om de lichtenergie op te sluiten in de kern en maakt daardoor voortplanting van licht mogelijk door middel van een fenomeen dat algemeen bekend is als "total internal reflection".

1^/ 5 955 5

Het is een doel van deze uitvinding te voorzien in een golfgeleider die de voordelige karakteristieken van anorganisch glas zoals silica en tevens de voordelige karakteristieken van polymeer golfgeleiders benut, terwijl de ongewenste 5 karakteristieken van deze materialen worden geminimaliseerd.

Het is bijvoorbeeld wenselijk een optische golfgeleider te hebben met een actief gebied dat in hoge mate thermo-optisch actief is, zodat het met een laag vermogen geschakeld of gemoduleerd kan worden. Desondanks is een optische golfge-10 leider gewenst die tijdens normale transmissie zeer transparant is, dat wil zeggen een gering signaalvermogensverlies heeft. Bovendien is een golfgeleider gewenst waarin de brekingsindex relatief efficiënt en aanzienlijk veranderd kan worden met een minimaal vermogen. Voorts is het bovendien ge-15 wenst dat de golfgeleider twee verschillende gebieden heeft die geleid licht voortplantende kernen hebben die onderling verschillende brekingsindices hebben, die bovendien veranderd kunnen worden door middel van een geschikte energie, om het verschil in brekingsindex tussen de twee gebieden te vergro-20 ten.

Het is een doel van deze uitvinding te voorzien in een golfgeleider die de voordelige kenmerken van anorganisch glas zoals silica en de voordelige kenmerken van polymeergolf-geleiders benut, terwijl de ongewenste karakteristieken van 25 deze materialen worden geminimaliseerd.

Het is een doel van deze uitvinding te voorzien in een optische schakelaar die een laag vermogen vereist.

Samenvatting van de uitvinding 30 In overeenstemming met de uitvinding wordt voorzien in een optische schakelaar omvattende: een eerste golfgeleider voorzien van een eerste kern van een eerste materiaal voorzien van een eerste ingangsuiteinde en een eerste uitgangsuiteinde; en een tweede golfgeleider voorzien van een tweede kern van 35 het eerste materiaal voorzien van een tweede ingangsuiteinde en een tweede uitgangsuiteinde, waarbij het eerste ingangsuiteinde over een afstand d2 van het tweede ingangsuiteinde is gescheiden, en een koppelgebied tussen het eerste ingangsui- 1015055 6 teinde en het eerste uitgangsuiteinde, waarbij de eerste en de tweede golfgeleiderkern zich met een afstand dx zeer dicht bij elkaar bevinden, waarbij di << d2; en een tweede materiaal dat in contact is met de eerste en de tweede golfgeleiderkern in 5 het koppelgebied, en verschillend is van het eerste materiaal; en middelen voor het aanbrengen van een verschil in brekingsindex tussen het eerste en het tweede materiaal om het schakelen van licht dat in één van de ingangspoorten geïntroduceerd is te bewerkstelligen.

10 In overeenstemming met de uitvinding wordt voorts voorzien in een optische schakelaar omvattende twee golfgeleiders die gescheiden kernen hebben die tezamen een X patroon vormen, welke kernen dicht bij elkaar gelegen zijn in een actief gebied waar zij convergeren en waar vanaf de kernen 15 divergeren, waarbij de kernen een gebied hebben van een ander materiaal dat daartussen is geplaatst en daarmee contact maakt in het actieve gebied, en middelen voor het veranderen van een brekingsindexverschil tussen het andere materiaalgebied en de kernen.

20 De uitvinding is niet beperkt tot golfgeleiders die een kern met een specifieke vorm hebben, echter deze uitvinding heeft betrekking op golfgeleiders die zijn gevormd van materialen die verschillende optische eigenschappen hebben en die aangrenzend en naast elkaar zijn geplaatst.

25 In plaats van te schakelen door middel van de thermi sche middelen zoals in de hieronder beschreven voorkeursuitvoering, kan het schakelen ook bereikt worden door een voltage te gebruiken om de brekingsindex te veranderen indien een elektro-optisch polymeer wordt gebruikt, of druk kan gebruikt 30 worden als een middel om de brekingsindex van het polymeer te variëren en een brekingsindexverschil tussen het polymeer en het aangrenzende glasgebied te veroorzaken.

Korte beschrijving van de tekeningen 35 Voorbeelduitvoeringen van de uitvinding zullen nu worden beschreven in samenhang met de tekeningen, waarin:

Figuur 1 een isometrisch aanzicht is van een tweela-gige planaire structuur op een vlak substraat dat dient als 1 0 1 f, 0 5 5 7 een basis voor het vervaardigen van een golfgeleiderinrich-ting;

Figuur 2 is een isometrisch aanzicht van een apparaat getoond in figuur 1 inclusief een metalen masker dat bovenop 5 een bovenlaag is geplaatst en dat gebruikt kan worden voor het maken van grafted onderdelen;

Figuur 3 is een isometrisch aanzicht van de inrichting getoond in figuur 2 waarin drie grafting onderdelen worden getoond nadat het ongemaskerde materiaal rond deze delen 10 is verwijderd;

Figuur 4 is een isometrisch aanzicht van de inrichting getoond in figuur 3 inclusief een additionele gespincoate laag;

Figuur 5 is een isometrisch aanzicht van de inrich-15 ting getoond in figuur 4 met een masker over de grafting onderdelen en aangrenzend aan polymeermateriaal voor het vormen van een longitudinale kernsectie;

Figuur 6 is een isometrisch aanzicht van de inrichting getoond in figuur 5, waarbij de composiete kern met graf-20 ted secties zijn getoond na verwijdering van het ongemaskerde omgevende materiaal, in afwachting van een definitieve bovenste bekledingslaag die daarop gespincoat zal worden;

Figuur 7 is een isometrisch aanzicht van een golfge-leiderinrichting met een grafted kern die wordt omgeven door 25 een bekleding;

Figuren 8 tot en met 11 zijn isometrische aanzichten van een grafting proces voor het vervaardigen van polymere kernsecties in een silica kerngolfgeleider;

Figuren 12a tot en met 12d illustreren verschillende 30 terugetstoestanden;

Figuur 13 is een aanzicht in doorsnede uit een stand van de techniek octrooi EP 0707113A1 op naam van Bosc et al en overgedragen aan France Telecom waarin een planaire golfgeleider openbaar wordt gemaakt die een silica kern en een polymeer 35 bekledingsgebied heeft.

Figuur 14 is een isometrisch aanzicht van een hybride kern van een optische golfgeleider in overeenstemming met een uitvoering volgens de uitvinding; 1015055 8

Figuur 15 is een isometrisch aanzicht van een alternatieve hybride kern van een optische golfgeleider;

Figuur 16 is een bovenaanzicht van een optische schakelaar volgens een voorkeursuitvoering van de uitvinding; en 5 Figuur 17 is een aanzicht in doorsnede van de opti sche schakelaar getoond in figuur 17 langs de lijn a-a' in overeenstemming met een voorkeursuitvoering van de uitvinding.

Gedetailleerde beschrijving 10 Het graften van planaire polymere golfgeleiders is bekend en wordt beschreven in een publicatie getiteld Novel "serially grafted" connection between functional and passive polymer waveguides, by Watanabe et al Appl. Phys. Lett. 65 (10), 5 Sept. 1994, biz. 1205-1207. De processtappen die nodig 15 zijn om inlegstructuren te creëren zijn getoond in de figuren en beginnen met het spincoaten van een onderbekledingslaag 12 op een siliciumsubstraat 10 en gevolgd door het coaten van de polymere kern 14 zoals getoond in figuur 1. Deze kernlaag wordt gebruikt om de te graften onderdelen te vervaardigen.

20 Figuur 2 illustreert het aanbrengen van metaalstructuren 16 die worden gebruikt als een masker voor de grafting onderdelen en die worden aangebracht op een lift-off resist door verdamping van een metaallaag, resist spinning en definitie door middel van foto-lithografie. De grafting onderdelen 18 zijn 25 getoond in figuur 3 na reactive ion etching (RIE) om het ongemaskerde kernlaagmateriaal te verwijderen. Na een lift-off stap om het metalen masker te verwijderen wordt een tweede kernlaag 20 gespincoat. Het resterende gedeelte van de golfge-leiderkern wordt door deze laag gevormd. Een vlak oppervlak 30 wordt verkregen door conventionele terugetsplanarisatie uit te voeren. Een planarisatielaag wordt gespincoat op de tweede kernlaag 20 en vervolgens teruggeetst totdat de voorkeursgolf-geleiderhoogte is bereikt. De topografie van het bovenoppervlak van de planarisatielaag wordt overgebracht op de onder-35 liggende laag. Op deze wijze wordt een polymeerstapel verkregen met grafted onderdelen en een vlak oppervlak zoals getoond in figuur 4. Hierna wordt een verdere metaalstructuur 22 aangebracht op de lift-off resist door verdamping van de metaal- 1015055 9 laag, resist spinning en definitie door fotolithografie met het uiteindelijke golfgeleiderpatroon zoals getoond in figuur 5. Figuur 6 illustreert de golfgeleider bestaande uit grafted onderdelen 18, 19 na reactive ion etching. Figuur 7 illu-5 streert de polymeerstapel nadat een definitieve spincoat 24 van bovenbekleding is aangebracht.

Hoewel optische inrichtingen vervaardigd van twee verschillende polymeerkernen zoals de grafted kernen die eerder werden besproken nuttig zijn in bepaalde optische toepas-10 singen, wordt er van uitgegaan dat deze structuur aanzienlijk verbeterd kan worden.

De uitvinding heeft betrekking op het vervaardigen van een optische golfgeleider die een kern heeft waarbij een gebied van de kern een polymeer materiaal is en waarbij een 15 naastliggend aangrenzend gebied van de golfgeleider anorganisch glas en bij voorkeur silica is. Omdat silica zeer transparant is en minder dempend dan polymeer materialen, verdient het in de meeste gevallen de voorkeur inrichtingen te vervaardigen waarin de kern in hoofdzaak is vervaardigd van silica en 20 waarin een veel kleiner gedeelte is gemaakt van polymeer. Bovendien kunnen de voordelen van polymeer benut worden terwijl slechts een kleine hoeveelheid polymeer in deze inrichtingen wordt gebruikt. Zo kan bijvoorbeeld in een actieve inrichting zoals een optische schakelaar het schakelgebied zelf worden 25 gerealiseerd met een kleine polymere grafted invoeging. In temperatuurstabiele inrichtingen, waar de voordelige combinatie van het combineren van een kern van polymeer met een kern van silica wordt gebruikt, is de verhouding van polymeer tot silica of glas ongeveer 1:10, zodat in veel gevallen in klei-30 nere inrichtingen slechts een geringe hoeveelheid polymeer vereist is. Polymeer silica hybride kerngolfgeleiders, zoals hierna die beschreven worden, zijn in het bijzonder geschikt in optische schakelaars of in-line Bragg grating toepassingen om een aantal redenen. Omdat een polymeer silica kernhybride 35 golfgeleider verkregen kan worden waarin de brekingsindex hetzelfde is als bij kamertemperatuur of bij een van te voren bepaalde temperatuur, kunnen gratings vervaardigd worden die, voor licht met voorafbepaalde golflengtes, in hoofdzaak door- 1015055 10 latend zijn bij een specifieke temperatuur en die zeer reflecterend zijn bij andere hogere temperaturen. Een dergelijke optische golfgeleider zal zich derhalve gedragen als een reflecterend (of voorwaarts koppelend) filter wanneer warmte wordt 5 toegevoerd en zal zich gedragen alsof er geen grating is wanneer de warmte wordt weggenomen. In plaats van verschillende polymeer silica secties die worden gebruikt in de gratings, zou een enkele polymeer sectie zich gedragen als een golfleng-teongevoelige reflector wanneer warmte wordt toegevoerd en 10 zich gedragen alsof er geen reflector was wanneer de warmte werd weggenomen.

Aldus kunnen praktische, bruikbare actieve en passieve optische inrichtingen worden vervaardigd met de golfgeleiders volgens de onderhavige uitvinding.

15 Figuren 1 tot en met 7 zoals getoond hebben betrek king op het vormen van een hybride grafted kernsectie met twee verschillende polymeer materialen die naast elkaar gelegen de kern van de golfgeleider vormen. Dit proces kan uitgebreid worden om een hybride silica/polymeer kern overeenkomstig de 20 onderhavige uitvinding op te leveren. Thans wederom verwijzend naar figuren 1 tot en met 7, worden de eerste basislagen 12 en 14 nu vervaardigd uit silica; deze lagen kunnen worden gemaakt door een flame hydrolysis deposition (FHD) proces of een chemical vapour deposition (CVD) proces; deze lagen gaan vooraf 25 aan de polymeerlagen omdat zij bij temperaturen worden vervaardigd die ruim boven de degradatietemperatuur van de polymeren liggen. Aanvankelijk wordt de silica onderbekledingslaag 12 op het siliciumsubstraat aangebracht, gevolgd door de sili-cakernlaag 14. Dit wordt geïllustreerd in figuur 1. Kanaal-30 golfgeleider kernsecties zullen uit de kernlaag worden geëtst door middel van reactive ion etching (RIE) in CHF3, Ar gasmengsels door middel van een Cr masker. Dit masker 16 wordt vervaardigd door standaard fotolithografisch resist patronering en nat chemisch etsen. Aldus wordt voorzien in openingen voor 35 de polymeer kanaalsecties die blootgesteld moeten worden zoals getoond in figuur 2. Na RIE wordt het masker verwijderd door een nat chemisch etsproces en zijn de silica grafting onderde- 1015055 11 len 18 gereed voor bedekking met een polymeer zoals getoond in figuur 3.

Dit wordt getoond in figuur 4 alwaar een oplossing van een cross-linkbaar polymeer voor de kernsecties door mid-5 del van spincoaten op de wafer is aangebracht om de resterende silica kernsecties 18 in te bedden in het kernpolymeer 20. Afhankelijk van het polymeer dat wordt gebruikt wordt thermisch of fotoharden gebruikt om de polymeerlaag onoplosbaar te maken. Aanvullende gehard polymeerlagen kunnen over deze laag 10 worden aangebracht om het oppervlak verder te planariseren.

Het polymere oppervlak wordt dan teruggeëtst tot het bovenker-noppervlak door middel van RIE met 02. Een continu Ti maskerpa-troon 22 voor de hybride kanaalgolfgeleider wordt op dit oppervlak gevormd door middel van standaard fotolithografisch 15 resist patroneren gevolgd door droog etsen door middel RIE met SF6. Dit wordt getoond in figuur 5. Het titanium wordt op een fotoresistlaag gedampt die allereerst op het oppervlak is ge-spincoat. Figuur 6 toont het continue hybridekanaal 18+19 dat is vervaardigd door polymeeretsen door middel van 02-RIE. Het 20 maskerpatroon is verwijderd door middel van een lift-off procedure. Uiteindelijk wordt een polymere bovenbekledingslaag 24 met een brekingsindex die lager is dan de brekingsindex van de polymere kernsecties over de hybride kanaalgolfgeleiderstruc-tuur gespincoat zoals getoond in figuur 7. Na uitharden vormt 25 dit een onoplosbare bovenbekledingslaag. De uiteindelijke golfgeleider is gevormd uit kernsecties van silica 18 en aangrenzende kernsecties 19 van polymeer.

Figuren 8 tot en met 11 tonen een alternatief proces dat begint met silica kanaalgolfgeleiders 34 inclusief de si-30 lica bovenbekleding 32 (figuur 8). Secties voor de polymeer-kern worden aangebracht door het wegetsen van de silica tot aan de silica onderbekleding door middel van een metaalmasker (figuur 9) om graftinggaten in de silicakern te maken door middel van RIE (figuur 10). De gaten worden eerst gevuld met 35 het kernpolymeer door spincoaten en uitharden. Dit polymeer wordt vervolgens teruggeëtst door middel van RIE met 02 tot aan het bovenste kerngrensvlak. Dit proces kan uitgevoerd worden zonder het gebruik van een masker, omdat silica niet wordt ge- 12 etst in het RIE proces voor het polymeer. Een polymere bekleding wordt daarna aangebracht (figuur 11).

Onder verwijzing naar figuren 12a tot en met 12 d wordt het terugetsprincipe geïllustreerd. Om succesvol terug 5 te etsen moet het planarisatiemateriaal dezelfde etssnelheid hebben als het kern- of graftingmateriaal. De uitgangssituatie is een stapel lagen die is opgebouwd tot de planarisatielaag als getoond in 12a. Wanneer de etssnelheid van het planarisatiemateriaal Vp groter is dan de etssnelheid van de kernmateri-10 alen V0 zal een bobbel achterblijven zoals getoond in figuur 12b. Wanneer de etssnelheid van het planarisatiemateriaal kleiner is dan de etssnelheid van het kernmateriaal kan een deuk ontstaan zoals getoond in figuur 12c. Het verdient de voorkeur dat Vp = Vc zoals getoond in figuur 12d.

15 Figuur 13 toont in een Europese octrooiaanvraag EP

0797113A1 volgens de stand van de techniek op naam van Bosc et al. een planaire golfgeleider met een silicakern en een polymeer bekledingsgebied. Hoewel een dergelijke structuur voordelen heeft, verschaft de onderhavige uitvinding in een planaire 20 optische golfgeleider die voorziet in een geheel nieuwe klasse optische inrichtingen.

Deze uitvinding voorziet in controle over en binnen de kern van een golfgeleider zelf.

Door deze twee zeer compatibele materialen met aan-25 zienlijk verschillende eigenschappen te gebruiken binnen een kern van een optische golfgeleider is aldus een verscheidenheid aan nieuwe inrichtingen haalbaar; inrichtingen die kanalen of golflengten van licht kunnen routeren, schakelen, mul-tiplexen en veranderen; inrichtingen die essentieel zijn voor 30 optische communicaties. De kern van de golfgeleider hoeft niet beperkt te zijn tot de kleine dimensies die gebruikelijk zijn bij single mode voortplanting van licht; de dimensies van de kern kunnen zelfs aanzienlijk groter zijn, bijvoorbeeld bij gebruik in toepassingen zoals multimode interferentie inrich-35 tingen.

Met verwijzing naar figuur 14 wordt een kern van een optische golfgeleider getoond in overeenstemming met deze uitvinding, die een polymeer gedeelte 12 heeft dat is gegraft 1015055 13 tussen twee silica secties 10. Vanzelfsprekend is een geschikte dekking (niet getoond) om de golfgeleiderskern in figuur 14 noodzakelijk om zeker te stellen dat het licht in de kern is opgesloten. Hoewel het polymeergedeelte 12 en silicasecties 10 5 in longitudinale zin, het ene gedeelte serieel achter het andere gedeelte, aangrenzend zijn en naast elkaar gelegen zijn, is deze uitvinding niet beperkt tot longitudinale naast elkaar gelegen secties of gedeelte van silica of polymeer binnen een kern van een golfgeleider. Zo wordt bijvoorbeeld in figuur 15 10 een kern getoond die twee naast elkaar gelegen gedeelten van silica 40 en polymeer 42 heeft, waarbij er geen longitudinale aanliggende gedeeltes zijn.

Multi-mode interference couplers zijn algemeen bekend en worden beschreven in de volgende tekst: L. B. Soldano en E. 15 C. M. Pennings, Optical multi-mode interference devices based on self-imaging; principles and applications, J. Lightwave Technology. 13 (4), 615-627 (1995) .

In figuur 16 wordt een optische schakelaar getoond die twee optische golfgeleiders 176a en 176b heeft met ingang-20 suiteinden 172a 172b en uitgangsuiteinden 174a en 174b. Een bekledingslaag 178 met een brekingsindex nci, lager dan de brekingsindex n± van de golfgeleiderkernen wordt aangebracht over de kernen en over het middengebied. Het middengebied is weergegeven als een gestippelde rechthoek en omvat glasgolfgelei-25 ders 176a en 176b alsmede een dun gebied van een ander materiaal zoals polymeer 179. Omdat de schakelaar bi-directioneel is, kunnen de ingangsuiteinden dienen als uitgangsuiteinden en de uitgangsuiteinden als ingangsuiteinden. Wanneer warmte wordt toegevoerd door middel van een verwarmingselement 180 in 30 een actief gebied bepaald door de gestreepte lijn die het verwarmingselement aangeeft, neemt het brekingsindexverschil tussen het polymeer en het glas in het middengebied toe. Overeenkomstig is in de afwezigheid van warmte de brekingsindex van het polymeer hetzelfde als de brekingsindex van het glas en 35 zodanig dat het brekingsindexverschil tussen ni en n2 nul is. Het verdient de voorkeur een middengebied te hebben dat zo klein mogelijk is terwijl het modeveld van de kernen wordt gehandhaafd. De horizontale tweede getoond in het middengebied 1015055 14 worden zo klein mogelijk gemaakt. Tegelijkertijd verdient het de voorkeur dat de golfgeleider A in lijn is met de golfgelei-dersectie B en dat de golfgeleidersectie A' in lijn is met de golfgeleidersectie B'.

5 Total internal reflection stelt zeker dat licht dat wordt toegevoerd in uiteinde 172a zich voortplant binnen golfgeleider 176a en door zal gaan langs 176a totdat het de uit-gangspoort 174a bereikt. Hiervoor is nodig dat het polymeerge-bied 179 een brekingsindex n2 heeft, waarbij de sinus 1 10 n2/nl. Wanneer de geometrie van het X patroon eenmaal is vastgesteld wordt het schakelen van het ene pad naar het andere vanzelfsprekend bewerkstelligd door het variëren van het bre-kingsindexverschil tussen de polymere en de glasgolfgeleider.

De schakeling is bij voorkeur zo ontworpen dat indien 15 geen warmte wordt toegevoerd, bij kamertemperatuur, het polymeer dezelfde brekingsindex als de golfgeleiderkern heeft en licht dat langs A is toegevoerd naar B koppelt. In aanwezigheid van warmte blijft licht dat aan A is toegevoerd binnen dezelfde golfgeleider en koppelt naar B'. In dit voorbeeld is 20 de brekingsindex van het polymeer minder dan die van glas en blijft licht door middel van total internal reflection in golfgeleider 176a. In deze mode kan licht gelijktijdig in beide uiteinden 172a en 172b worden geïntroduceerd en gelijktijdig uitgaan uit respectievelijk uiteinden 174a en 174b.

25 Omdat de schakelaar een binaire schakelaar is die een geschakelde en een ongeschakelde toestand heeft, zal de schakelaar, volgens de wet van Snell, zich in één van twee scha-keltoestanden bevinden wanneer aan de voorwaarden voor total internal reflection is voldaan en wanneer niet aan deze voor-3 0 waarden is voldaan zich in de andere van de twee schakeltoe-standen bevinden. Vanzelfsprekend kan de optische schakelaar worden gebruikt als een twee toestandenmodulator.

Figuur 17 toont een doorsnede van een schakelaar ter plaatse van het middengebied. Een bovenbekleding is getoond me 3 5 een verwarmingselement over de bovenkant en met een onderbe-kleding ondersteunende laag.

Γ'· !jY ·' :v,

Claims

1. Optische schakelaar omvattende een eerste golfgelei-der voorzien van een eerste kern van een eerste materiaal voorzien van een eerste ingangsuiteinde en een eerste uitgangsuiteinde; 5 en een tweede golfgeleider voorzien van een tweede kern van het eerste materiaal voorzien van een tweede ingangsuiteinde en een tweede uitgangsuiteinde, waarbij het eerste ingangsuiteinde over een afstand d2 van het tweede ingangsuiteinde is gescheiden, en een koppelgebied tussen het eerste in-10 gangsuiteinde en het eerste uitgangsuiteinde, waarbij de eerste en de tweede golfgeleiderkern zich met een afstand di zeer dicht bij elkaar bevinden, waarbij di << d2; en een tweede materiaal dat in contact is met de eerste en de tweede golfgeleiderkern in het koppelgebied, en verschillend is van het 15 eerste materiaal; en middelen voor het aanbrengen van een verschil in brekingsindex tussen het eerste en het tweede materiaal om het schakelen van licht dat in één van de ingangspoorten geïntroduceerd is te bewerkstelligen.

2. Een optische schakelaar volgens conclusie 1, waarbij 20 het eerste materiaal een brekingsindex nx heeft en waarbij het tweede materiaal een brekingsindex heeft die variabel is tussen ni en n2.

3. Een optische schakelaar volgens conclusie 2, waarbij licht dat geïntroduceerd is in het ingangsuiteinde van de eer- 25 ste golfgeleider zich voortplant in de eerste kern naar het uitgangsuiteinde van de eerste golfgeleider in een eerste, niet-geschakelde toestand, en waarbij licht dat in het ingangsuiteinde van de eerste golfgeleider is geïntroduceerd zich voortplant in de eerste kern naar het uitgangsuiteinde van de 30 tweede golfgeleider in een tweede, geschakelde toestand.

4. Een optische schakelaar volgens conclusie 3, waarbij de brekingsindex van het tweede materiaal in de eerste, niet-geschakelde toestand gelijk is aan n2 en waarbij de brekingsindex van het tweede materiaal in de tweede, geschakelde toe- 35 stand gelijk is aan ni en waarbij ni > n2. 1015055

5. Een optische schakelaar volgens conclusie 4, waarbij een bundel die in de eerste poort geïntroduceerd wordt via total internal reflection op een grens van het eerste en het tweede materiaal reflecteert in de niet-geschakelde toestand, 5 en waarbij de bundel zich door de grens voortplant indien total internal reflection op de grens van het eerste materiaal en het tweede materiaal in de geschakelde toestand afwezig is.

6. Een optische schakelaar volgens conclusie 5, waarbij de eerste golfgeleiderkern twee in hoofdzaak rechtlijnige 10 langssecties met snijdende langsassen heeft en waarbij de tweede golfgeleiderkern twee in hoofdzaak rechtlijnige langssecties met elkaar snijdende langsassen heeft.

7. Een optische schakelaar volgens conclusie 6, waarbij één van de twee in hoofdzaak rechtlijnige langssecties van de 15 eerste kern en één van de twee in hoofdzaak rechtlijnige langssecties van de tweede kern langs een gemeenschappelijke langsas liggen.

8. Een optische schakelaar volgens conclusie 7, waarbij de ander van de twee in hoofdzaak rechtlijnige langssecties 20 van de eerste kern en de ander van de twee in hoofdzaak rechtlijnige langssecties van de tweede kern langs een gemeenschappelijke langsas liggen.

9. Een optische schakelaar volgens conclusie 2, waarbij de eerste kern en de tweede kern en het tweede materiaal dat 25 met de eerste en tweede golfgeleiderkernen in het koppelgebied in contact is zijn bekleed met een bekleding.

10. Een optische schakelaar volgens conclusie 9, waarbij de bekleding een brekingsindex n3 < n3 heeft.

11. Een optische schakelaar volgens conclusie 10, waar- 30 bij het genoemde middel voor het bewerkstelligen van een verschil in brekingsindex een verwarmingselement is.

12. Een optische schakelaar volgens conclusie 11, waarbij de brekingsindex van de golfgeleiderkernen in hoofdzaak gelijk is aan de brekingsindex van het polymere gebied in af- 35 wezigheid van het genoemde middel voor het aanbrengen van een verschil in brekingsindex.

13. Een optische schakelaar omvattende twee golfgelei-ders met gescheiden kernen die tezamen een X patroon vormen, 1515055 welke kernen dicht bij elkaar gelegen zijn in een actief gebied waar zij convergeren en waar vanaf de kernen divergeren, de kernen een gebied hebben van een ander materiaal dat daartussen is geplaatst en daarmee contact maakt in het actieve 5 gebied, en middelen voor het veranderen van een brekingsindex-verschil tussen het andere materiaalgebied en de kernen.

14. Een optische schakelaar volgens conclusie 13, waarbij het andere materiaal polymeer is en waarbij de kernen en het polymeer zijn voorzien van een bekleding.

15. Een optische schakelaar volgens conclusie 14, waar bij de kernen glas omvatten en de bekleding een gezamenlijke bekleding voor het polymeer en de kernen is.

16. Een optische schakelaar volgens conclusie 15, waarbij het middel voor het veranderen van de brekingsindex een 15 verwarmingselement is.

17. Een optische schakelaar volgens conclusie 16, waarbij het middel voor het veranderen van de brekingsindex een aangebracht voltage is en waarbij het polymeer een brekingsindex heeft die elektro-optisch variabel is.

18. Een optische schakelaar volgens conclusie 15, waar bij licht dat is geïntroduceerd in een van de golfgeleiderker-nen op de andere kern wordt overgebracht wanneer de brekingsindex van het polymeer in hoofdzaak gelijk is aan de brekingsindex van de kern.

19. Een optische schakelaar volgens conclusie 18, waar bij het licht dat in één van de golfgeleiderkernen is geïntroduceerd zich voortplant door de kern zonder koppeling naar de andere kern in een tweede toestand wanneer het brekingsindex-verschil tussen het polymeer en de kernen in hoofdzaak anders 30 is zodanig dat total internal reflection optreedt binnen het actieve gebied. Hi U j ii