TWI226456B - Optical path switching device and method - Google Patents

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1226456 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於使用於光通訊領域及光資訊處理領域之 光路徑切換裝置及光路徑切換方法。 【先前技術】 隨著網際網路以及公司内·家庭内内部網路之普及，為 了因應網路通訊（n e t w〇r k t r a f f i c )爆炸性的增加，要求 有不經由電氣訊號之光路徑切換裝置（光開關），亦即要求 光-光直接切換。作為光纖、光導波路徑或轉換空間之光行 進路線，亦即切換光路徑之裝置·方法，已周知有例如於 光導波路徑内或光導波路徑間切換光路徑之空間分割型； 將多重化之複數波長之光分割成對應波長之光路徑而切換 之波長分割多重型；將被分割多重化為一定時間之光的光 路徑切換之分割多重型，；將轉換空間之光的光路徑利用鏡 子或快門等而做空間性分割·合成的自由空間（free s p a c e )型等方式。該等方式可個別予以多重化或組合複數 種而使用。 於空間分割型光開關方面，雖已提案有··利用方向性結 合器者、以光分歧器製作光訊號之複本而藉由閘極元件開 啟·關閉光者、以交叉或Y分歧之交叉部分變化導波路徑 之折射率而藉以使轉換導波路徑之光穿透或反射者等，但 仍處於研究開發之階段。而為了變化瑪哈組恩德 (M a c h - Z e h u d e r )干涉計型光導波路徑開關的導波路徑區 折射率，以電氣加熱器加熱之利用熱光學效果者已趨進於 312/發明說明書(補件)/92/12/92125444 1226456 實用化，但其缺點在於，不僅應答速度遲滯約1微秒，為 了使光開關動作，必須利用電氣訊號。 於自由空間型光開關方面，對微機電系統 （Micro Electro Mechanical System，簡寫為 MEMS)、激子吸收· 反射開關（Exciton Absorption Reflection Switch，簡 寫為EARS開關）、多段光束切換型光開關、全息圖型光開 關、液晶開關等正進行研討。該等尚有具機械性可動部分、 具偏波依存性等課題存在，無法稱為已達到充分實用階段。 另一方面，利用對光學元件照射光所引起之穿透率變化 或折射率變化，直接以光來使光的強度或頻率變調之全光 型光學元件或光控制方法的研究正熱烈進行著。 本案發明人等以開發全光型光元件等來進行新的資訊 處理技術為目標，利用將有機色素凝集體分散於高分子基 材之有機奈米粒子光熱透鏡形成元件（發表於平賀隆、田 中教雄、早水紀久子、守古哲郎著，色素層合體·凝集體 之製作·構造評估·光物性，「電子技術總合研究所彙報」， 通商產業省工業技術院電子技術總合研究所發行，第 5 9 卷，第2號，第2 9 - 4 9頁（1 9 9 4年）），不斷進行光控制方 式之研究。目前以利用控制光（6 3 3 n m )來進行訊號光 (7 8 0 n m )之變調的方式將控制光與訊號光同軸·同焦點入 射為特徵，並開發動作原理為利用控制光的吸收而過渡形 成之熱透鏡來使訊號光屈折之元件，已達成約2 0毫微秒之 南速應答。 又，於日本專利特開平 8 - 2 8 6 2 2 0 號公報、特開平 8 312/發明說明書(補件)/92/12/92125444 1226456 8 - 3 2 0 5 3 5 號公報、特開平 8 - 3 2 0 5 3 6 號公報、特開平 9 - 3 2 9 8 1 6 號公報、特開平 1 0 - 9 0 7 3 3 號公報、特開平 1 0 - 9 0 7 3 4號公報、特開平1 0 - 1 4 8 8 5 2號公報中，揭示有一 種光控制方法，係以控制光照射由光應答性組成物所構成 之光學元件，藉由使位在異於控制光之波長帶區域之訊號 光之穿透率及/或折射率可逆地變化，以進行穿透上述光學 元件之上述訊號光的強度變調及/或光束密度變調之光控 制方法，其特徵為，分別使上述控制光及上述訊號光收斂 而向上述光學元件照射，並調整上述控制光及上述訊號光 之光路徑，以使上述控制光及上述訊號光各別之焦點附近 光束半腰寬（beam waist)的光子密度最高之區域在上述 光學元件中互相疊合。 又，於曰本專利特開平1 0 - 1 4 8 8 5 3號公報中，揭示有一 種光控制方法，其係以波長互異之控制光及訊號光照射由 光應答性組成物所構成之光學元件，並將上述控制光之波 長設在選自上述光應答性組成物會吸收之波長帶區域者， 上述光應答性組成物因為吸收上述控制光之區域及其週邊 區域所發生之溫度上升，造成密度變化，使以密度變化分 布為基礎之熱透鏡可逆地形成，而進行穿透上述熱透鏡之 訊號光的強度變調及/或光束密度變調。此外，於曰本專利 特開平1 0 - 1 4 8 8 5 3號公報中，作為上述光學元件例如如使 用色素/樹脂膜或色素溶液膜，其記載控制光在功率 2至 2 5 m W中，訊號光對於控制光照射之應答時間為2微秒以下。 此處所謂之熱透鏡效果，係指於光吸收之中心部分由已 9 312/發明說明書(補件)/92/12/92125444 1226456 吸收光之分子等將光轉換為熱，該熱能傳導至周圍藉以產 生溫度分布，於是，光穿透媒體之折射率自光吸收中心向 外部呈球狀變化，產生光吸收中心之折射率低、向外部之 折射率漸高之分布，由此顯示出作用如凹透鏡之光折射效 果。熱透鏡效果自古以來即被應用於分光分析之領域，目 前亦可進行高感度分光分析，檢測出1個分子之光吸收（揭 示於··藤原祺多夫、不破敬一郎、小林孝嘉著，雷射誘導 熱透鏡效果及其於比色法之應用，「化學」，化學同人發行， 第3 6卷，第6號，第4 3 2〜4 3 8頁（1 9 8 1年）；以及北森武 彥、澤田嗣郎著，光熱轉換分光分析法，「分析」，日本分 析化學會發行，1 9 9 4年3月號，第1 7 8〜1 8 7頁）。 於日本專利特開昭 6 0 - 1 4 2 2 1號公報中揭示一種使光偏 向之方法，作為利用由熱透鏡效果乃至熱所產生之折射率 變化使光路徑偏向之方式，其係以發熱抵抗體對媒體賦予 熱而使媒體内產生折射率分布。然而，上述之手法係以發 熱抵抗體發熱，以熱傳導而將媒體加熱，因此本身就具有 「熱擴散」之問題。也就是說，由於熱擴散，無法於大面 積内進行精密的熱分配，因而難以得到所希望的折射率分 布。此外，雖然發熱抵抗體之精密加工係採用半導體積體 電路所使用之光刻技術，但於實務上仍有一定的界限，而 不得不將元件大型化。若元件大型化，則伴隨而來的是光 學系統亦隨之複雜並大型化。又，由於係以發熱抵抗體發 熱，並以熱傳導加熱媒體，具有應答遲緩、無法增加折射 率變化頻率之缺點，為其本質上的問題。 10 312/發明說明書(補件)/92/12/92125M4 1226456 又，日本專利特開平1 1 - 1 9 4 3 7 3號公報中揭示有一種使 用光學元件之偏向元件，其特徵為，至少由光應答組成物 所構成之光學元件與用來以楔形之光強度分布對該光學元 件照射光之強度分布調整機構所構成，並透過控制光於上 述光學元件中形成折射率分布，介由該折射率分布來進行 波長異於上述控制光之訊號光的偏向。此方式在以光控制 光方面雖屬優異，但具有偏向角度在3 0度以内之限制，具 有無法自由設定光路徑切換方向之問題。 【發明内容】 本發明之目的（優勢）在於提供一種光路徑切換裝置及 光路徑切換方法，其不需利用電氣電路或機械式可動部 分，因而不會發生故障，且耐久性高、不具偏波依存性， 可自由設定光路徑切換之角度及方向，並可在訊號光的光 強度衰減低的前提下多重連結使用。 為了達成上述目的（優勢），本發明之光路徑切換裝置 之特徵為具備：以至少使控制光焦點聚集的方式配置之光 吸收層膜；至少於上述光吸收層膜中，使波長為選自上述 光吸收層膜會吸收之波長帶區域的控制光與波長為選自上 述光吸收層膜不吸收之波長帶區域的訊號光分別收斂而照 射之機構；包含上述光吸收層膜，並藉由根據因上述光吸 收層膜吸收上述控制光之區域以及其週邊區域所產生之溫 度上升所造成之可逆地發生之折射率的分布來使用熱透 鏡，在控制光未照射而熱透鏡未形成之情況，使上述已收 斂之訊號光以平常的開啟角度擴散並射出，在控制光被照 11 312/發明說明書(補件)/92/12/92125444 1226456 射而於上述光吸 使上述已收斂之 出，以改變對應 號光開啟角度之 變光路徑之鏡子 情況，使以平常 上述訊號光直接 號光通過之孔穴 層膜入射面附近 之開啟角度自上 光、或使透過受 機構。 為了達成上述 特徵為具備··以 收層膜；至少於 吸收層膜會吸收 光吸收層膜不吸 之機構；包含上 吸收層膜吸收上 溫度上升所造成 在控制光未照射 訊號光以平常的 於上述光吸收層 述已收斂之訊號 收層膜入射面附近形 訊號光以大於平常開 於上述控制光之照射 熱透鏡形成元件；以 :在上述控制光未照 的開啟角度自上述熱 通過或使透過受光透 ，而在上述控制光被 形成熱透鏡之情況， 述熱透鏡形成元件擴 光透鏡改變開啟角度 之目的，本發明之另 至少使控制光焦點聚 上述光吸收層膜中， 之波長帶區域的控制 收之波長帶區域的訊 述光吸收層膜’並藉 述控制光之區域以及 之可逆地發生之折射 而熱透鏡未形成之情 開啟角度擴散並射出 膜入射面附近形成熱 光以大於平常開啟角 成熱透鏡之情況，則 啟角度之開啟角度射 有無而射出的上述訊 及具備下述機構之改 射而未形成熱透鏡之 透鏡形成元件射出之 鏡改變開啟角度的訊 照射而於上述光吸收 則直接使以大於平常 散並射出的上述訊號 的訊號光反射之反射 一光路徑切換裝置之 集的方式配置之光吸 使波長為選自上述光 光與波長為選自上述 號光分別收斂而照射 由使用根據因上述光 其週邊區域所產生之 率的分布之熱透鏡， 況，使上述已收斂之 ，在控制光被照射而 透鏡之情況，則使上 度之開啟角度射出， 312/發明說明書(補件)/92/12/92125444 12 1226456 以改變對應於上述控制光之照射有無而射出的上述訊號光 開啟角度之熱透鏡形成元件；以及具備下述機構之改變光 路徑之鏡子··在上述控制光被照射而於上述光吸收層膜入 射面附近形成熱透鏡之情況，使已收斂之自上述熱透鏡形 成元件射出的上述訊號光保持收斂狀態通過之孔穴，及在 上述控制光未照射而未形成熱透鏡之情況，直接使以平常 開啟角度自上述熱透鏡形成元件射出的上述訊號光、或使 穿透用以改變上述開啟角度而設置的受光透鏡之訊號光反 射之反射機構。 為了達成上述目的，本發明之光路徑切換方法之特徵 為，於至少包含光吸收層膜之熱透鏡形成元件中的光吸收 層膜内，分別使波長為選自上述光吸收層膜會吸收的波長 區域之控制光以及波長為選自上述光吸收層膜不吸收的波 長區域之訊號光收斂而照射，並至少將上述控制光調整為 於上述光吸收層膜内聚集焦點；根據上述光吸收層膜吸收 上述控制光之區域以及起因於其週邊區域所產生之溫度上 升而可逆地產生之屈折率的分布來使用熱透鏡，藉以在控 制光未照射而不形成熱透鏡之情況使上述已收斂之訊號光 以平常的開啟角度自上述熱透鏡形成元件射出，在控制光 被照射而於上述光吸收層膜的入射面附近形成熱透鏡的情 況則使上述已收斂之訊號光以大於平常開啟角度的開啟角 度自上述熱透鏡形成元件射出，以對應於上述控制光照射 的有無改變所設出的上述訊號光之開啟角度；在控制光未 照射而不形成熱透鏡之情況，直接使以平常的開啟角度自 13 312/發明說明書(補件)/92/12/92125444 1226456 上述熱透鏡 鏡而改變開 直線前進； 膜之入射面 啟角度自上 或使透過受 孔穴之鏡子 為了達成 徵為，於至 收層膜内， 長區域之控 波長區域之 為於上述光 收上述控制 上升而可逆 控制光被照 鏡之情況使 鏡形成元件 則以平常的 成元件射出 的上述訊號 收層膜的射 態使自上述 設有孔穴的 形成元件射 啟角度之訊 另一方面， 附近形成熱 述熱透鏡形 光透鏡改變 的反射面而 上述目的， 少包含光吸 分別使波長 制光以及波 訊號光收斂 吸收層膜内 光之區域以 地產生之屈 射而於上述 上述已收斂 射出，於控 開啟角度將 ，以改變對 光之開啟角 出面附近形 熱透鏡形成 鏡子之孔穴 出的上述訊 號光通過設 在控制光被 透鏡之情況 成元件擴散 開啟角度的 反射，藉以 本發明之另 收層膜之熱 為選自上述 長為選自上 而照射，並 聚集焦點； 及起因於其 折率的分布 光吸收層膜 訊號光保持 制光未照射 上述已收斂 應於上述控 度；在控制 成熱透鏡之 元件射出之 而直線前進 號光、或使 有孔穴之鏡 照射而於上 ，直接使以 並射出之上 訊號光，利 改變光路徑 一光路徑切 透鏡形成元 光吸收層膜 述光吸收層 至少將上述 根據上述光 週邊區域所 來使用熱透 的出射面附 收斂狀態地 而未形成熱 訊號光自上 制光照射的 光被照射而 情況，直接 上述已收斂 ;另一方面 透過受光透 子的穴而 述光吸收層 大於平常開 述訊號光、 用上述設有 〇 換方法之特 件中的光吸 會吸收的波 膜不吸收的 控制光調整 吸收層膜吸 產生之溫度 鏡，藉以在 近形成熱透 自上述熱透 透鏡之情況 述熱透鏡形 有無而射出 於上述光吸 以收斂之狀 訊號光通過 ，在控制光 14 312/發明說明書(補件)/92/12/92125444 1226456 未照射而未形成熱透鏡之情況，則直接使以平常的開啟角 度自上述熱透鏡形成元件射出的上述訊號光、或透過受光 透鏡而改變開啟角度的訊號光，利用上述設有孔穴的鏡子 之反射面反射，以改變光路徑。 【實施方式】 [熱透鏡形成元件] 於本發明中，熱透鏡形成元件可使用例如具層合膜型構 造者，此層合膜之構成可列舉如下之組合。 (1 ) 單一的光吸收層膜。然而，光吸收層膜可為字 面上的「光吸收膜」之單一單層膜，或「光吸收模/熱透鏡 形成層」之2層構造，抑或「光吸收膜/熱透鏡形成層/光 吸收膜」之3層構造層合型薄膜中任一種。此外，以下（2 ) 至（1 0 )的光吸收層膜亦包含與上述相同之構造者。 (2 ) 光吸收層膜/保温層膜 (3 ) 保溫層膜/光吸收層膜/保溫層膜 (4 ) 光吸收層膜/熱傳導層膜 (5 ) 熱傳導層膜/光吸收層膜/熱傳導層膜 (6 ) 光吸收層膜/保溫層膜/熱傳導層膜 (7 ) 熱傳導層膜/光吸收層膜/保溫層膜 (8 ) 熱傳導層膜/光吸收層膜/保溫層膜/熱傳導層 膜 (9 ) 熱傳導層膜/保溫層膜/光吸收層膜/保溫層膜 (10) 熱傳導層膜/保溫層膜/光吸收層膜/保溫層膜 /熱傳導層膜 15 312/發明說明書(補件)/92/12/92125444 1226456 (11) 折射率分布型透鏡/ (光穿透層/ )上述（1 ) 至（10)之熱透鏡形成元件 (12) 折射率分布型透鏡/ (光穿透層/ )上述（1) 至（10)之熱透鏡形成元件/ (光穿透層/ )折 射率分布型透鏡 另外，上述「（光穿透層/)」係指視需要而設置光穿透 層。此外，亦可視需要於光的入射面及射出面設置反射防 止膜（AR覆膜）。 例示熱透鏡形成元件構造之一例的剖面圖示於圖 5。如 圖5所例示，熱透鏡形成元件係自控制光5 0 9及訊號光5 0 8 之入射側開始，以例如折射率分布型透鏡 5 0 7 /光穿透層 5 0 6 /熱傳導層膜5 0 1 /光吸收層膜5 0 3 /熱透鏡形成層5 0 5 / 光吸收層膜504 /熱傳導層膜502之順序層合而成。另外， 圖5所示之控制光5 0 9的光線係模型圖，圖中省略各層膜 間之折射。 以下針對光吸收層膜、熱透鏡形成層、保溫層膜、熱傳 導層膜、光穿透層以及折射率分布型透鏡之材料、製作方 法。各自的膜厚等，依序進一步進行說明。 另外，本發明中所使用之光吸收層膜、熱透鏡形成層、 保溫層膜、熱傳導層膜、光穿透層以及折射率分布型透鏡 的材料，在不對阻礙其機能之範圍内，為了提高加工性， 或提高作為光學元件之安定性·耐久性，亦可含有周知的 氧化防止劑、紫外線吸收劑、氧抑制劑、分散助劑等作為 添加劑。 16 312/發明說明書(補件)/92/12/92125444 1226456 [光吸收層膜之材料] 作為用於本發明之熱透鏡形成元件中使用於光吸收層 膜之光吸收性材料，可使用周知之種種物質。 具體地列舉用於本發明之熱透鏡形成元件中使用於光 吸收層膜之光吸收性材料，可適當地使用例如：GaAs、 GaAsP、GaAlAs、InP、InSb、InAs、PbTe、InGaAsP、ZnSe 等化合物半導體之單結晶；將上述化合物半導體的微粒子 分散於基質材料中者；摻雜有異種金屬離子之金屬i化物 (例如溴化鉀、氯化鈉等）之單結晶；將上述金屬i化物 (例如溴化銅、氯化銅、氯化鈷等）的微粒子分散於基質 材料中者；摻雜有銅等異種金屬離子之CdS、CdSe、CdSeS、 CdSeTe等硫族化鎘之單結晶；將上述硫族化鎘之微粒子分 散於基質材料中者；矽、鍺、硒、碲等之半導體單結晶薄 膜、多結晶薄膜乃至多孔質薄膜；將矽、鍺、硒、碲等之 半導體微粒子分散於基質材料中者；紅寶石、紫翠玉、柘 榴石、Nd: YAG、藍寶石、Ti:藍寶石、Nd: YLF等相當於 摻雜有金屬離子之寶石的單結晶（所謂「雷射結晶」）；摻 雜有金屬離子（例如鐵離子）之鈮酸鋰（L i N b 0 3 )、L i B3 0 5、 L i TaOs > KTiOPCh、KH2P〇4、KNb〇3、BaB2〇2 等之強鐵電性結 晶；摻雜有金屬離子（例如鈥離子·、铒離子等）之石英玻 璃、鈉玻璃、硼矽酸玻璃、其他玻璃等之其他於基質材料 中溶解或分散有色素者；以及非晶質的色素凝集體。 該等之中，由於在基質材料中溶解或分散有色素者之基 質材料與色素選擇範圍廣，且對熱透鏡形成元件之加工亦 17 312/發明說明書(補件)/92/12/92125444 1226456 容易，固為特別適用者。 作為可使用於本發明之光路徑切換裝置及光路徑切換 方法的色素，具體例可適當地使用下列者：若丹明 B (RhodamineB)、若丹明 6G、曙紅、根皮紅 B(PholxinB) 等二苯駢哌喃系色素；吖啶橙、吖啶紅等吖啶系色素；乙 基紅、甲基紅等偶氮色素；紫質系色素；酞青系色素；3，3 ’ -二乙基噻羰赛安寧碘化物、3, 3’-二乙基氧基二羰赛安寧碘 化物等赛安寧（cyanine)色素；乙基·紫、維多利亞·藍 R等三芳基曱烷系色素；萘醌系色素；蔥醌系色素；萘四 羧酸二亞胺系色素；衣四羧酸二亞胺系色素等。 於本發明之光路徑切換裝置及光路徑切換方法中，該等 色素可單獨使用，亦可混合2種以上使用。 可使用於本發明之光路徑切換裝置或光路徑切換方法 之基質材料’只要滿足· (1 )於本發明之光路徑切換裝置及光路徑切換方法所 使用之光的波長區域穿透率高；以及 (2 )可安定地溶解或分散本發明之光路徑切換裝置及 光路徑切換方法所使用之色素或各種微粒子 之條件，均可任意使用。 作為無機系的基質材料，可使用例如：金屬鹵化物之單 結晶、金屬氧化物之單結晶、金屬硫屬化合物之單結晶、 石英玻璃、鈉玻璃、硼矽酸玻璃等之其他所謂溶膠法所做 成之低融點玻璃材料等。 又，作為有機系的基質材料，可使用例如各種有機高分 18 312/發明說明書(補件)/92/12/92125444 1226456 子材料。其具體例可舉出：聚苯乙烯、聚（α -曱基苯乙烯）、 聚纤、聚（4 -曱基-1 -戊烯）、聚乙烯吼啶、聚乙烯縮甲W、 聚乙烯醋酸酯、聚乙烯縮丁遵生、聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醇、 聚氯乙烯、聚二氯乙烯、聚乙烯甲基醚、聚乙烯乙基醚、 聚乙烯苄基醚、聚乙烯曱基酮、聚（N -乙烯咔唑）、聚（N -乙烯咄咯酮）、聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯、聚丙烯酸、 聚丙烯腈、聚曱基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯、聚甲 基丙烯酸丁酯、聚甲基丙烯酸苄酯、聚甲基丙烯酸環己酯、 聚甲基丙烯酸、聚甲基丙烯酸醯亞胺、聚曱基丙烯腈、聚 乙醯醛、聚氯政垄、聚氧乙烯、聚氧丙烯、聚對苯二甲酸乙 酯、聚對苯二甲酸丁酯、聚碳酸酯類（雙酚類+碳酸）、聚 (二乙二醇·雙烯丙基碳酸酯）類、6 -尼龍、6，6 -尼龍、 1 2 -尼龍、6，1 2尼龍、聚天門冬胺酸乙醋、聚麵胺酸乙S旨、 聚離胺酸、聚吼咯啶甲酸、聚（γ -苄基-L -麩胺酸酯）、甲 基纖維素、乙基纖維素、辛基纖維素、羥乙基纖維素、羥 丙基纖維素、乙醯纖維素、纖維素三醋酸酯、纖維素三丁 酯、醇酸樹脂（苯二曱酸酐+丙三醇）、脂肪酸變性醇酸樹 脂（脂肪酸+苯二甲酸酐+丙三醇）、不飽和聚酯樹脂（順丁 烯二酸酐+苯二甲酸酐+丙二醇）、環氧樹脂（雙酚類+表氣 醇）、聚胺基曱酸酯樹脂、酚樹脂、尿素樹脂、三聚氰胺樹 脂、二甲苯樹脂、甲苯樹脂、胍甲癍迄樹脂等樹脂、聚（苯 基甲基矽烷）等有機聚矽烷、有機聚鍺烷及該等之共聚合· 共聚縮合體。又，可使用將二硫化碳、四氟化碳、乙基苯、 過氟化苯、過氟化環己烷或三曱基氯矽烷等平常不具聚合 19 312/發明說明書(補件)/92/12/92125444 1226456 性之化合物以電漿聚合所得之高分子化合物等。此外 可於該等有機高分子化合物中，將色素殘基作為單體 之側鏈、或作為交聯基、作為共聚合單體單位、抑或 聚合起始末端而結合者作為基質材料使用。另外，上 素殘基與基質材料亦可形成化學鍵結。 將色素溶解或分散於此等基質材料中之方法可使 知之方法。適宜使用之方法例如：將色素與基質材料 於共同之溶劑中並混合後，再將溶劑蒸發而除去之方 將色素溶解或分散於以溶膠法製造之無機系基質材料 料溶液中後，再形成基質材料之方法；將色素溶解或 於有機高分子系基質材料之單體中，並視需要使用溶 再將該單體聚合或聚縮合而形成基質材料之方法；將 與有機高分子系基質材料溶解於共同溶劑中所形成 液，滴下於色素與熱可塑性有機高分子系基質材料兩 不溶的溶劑中，並將所生成之沉澱過濾並乾燥後，再 加熱·熔融加工之方法等。經由設法使色素與基質材 合並加工之方法，將色素分子凝集，以形成稱為「Η 體」或「J聚集體」等之特殊聚集體的方法已被廣知 亦可使用使基質材料中之色素分子形成此種凝集狀態 集狀態的條件。 又，可使用周知的方法將上述各種微粒子分散於該 質材料中。例如，可適當地使用將上述微粒子分散於 材料之溶液或基質材料之先質溶液後再除去溶劑之方 將上述微粒子分散於有機高分子系基質材料之單體中 312/發明說明書(補件)/92/12/92125444 ，亦 單位 作為 述色 用周 溶解 法； 之原 分散 劑， 色素 之溶 者均 予以 料組 聚集 ，而 或聚 等基 基質 法； ，並 20 1226456 視需要而使用溶劑，再將該單體聚合或聚縮合以形成 材料之方法；例如以過氯酸鎘或氣化金等金屬鹽作為 子之先質，使之溶解或分散於有機高分子系基質材 後，以硫化氫氣體處理或以熱處理，將硫化鎘之微粒 金的微粒子分別析出於基質材料中之方法；化學氣相 法；濺鍍法等。 在可使色素單獨存在為光散射少之非晶質 (amorphous)薄膜之情況下，亦可不使用基質材料， 晶質色素膜使用作為光吸收層膜。 又，在可使色素單獨存在為光散射少之微結晶凝集 情況下，亦可不使用基質材料，將色素的微結晶凝集 用作為光吸收層膜。如本發明所使用之熱透鏡形成元 作為光吸收層膜之色素微結晶凝集體係與熱透鏡形 (樹脂等）、熱傳導層膜（玻璃等）及/或保溫層膜（ 等）層合而存在之情況，只要上述色素微小結晶的粒 小不超過上述訊號光波長與控制光波長中較短者的波 1 / 5，則實質上不會發生光散射。 [光吸收層膜之材料、訊號光之波長區域以及控制光之 區域的組合] 本發明之光路徑切換裝置及光路徑切換方法中所 之光吸收層膜的材料、訊號光之波長區域以及控制光 長區域，可視使用目的選定適當的該等之組合來使用 具體的設定順序，例如，首先視使用目的來決定訊 波長及波長區域，再選定最適合用於控制該等的光吸 312/發明說明書(補件)/92/12/92125444 基質 微粒 料中 子或 沉積 狀態 將非 體的 體使 件， 成層 樹脂 徑大 長的 波長 使用 之波 〇 號光 收層 21 1226456 膜材料與控制光波長之組合即可。或者，視使用目的決定 訊號光與控制光波長之組合後，再選定適合於該組合之光 吸收層膜的材料即可。 [光吸收層膜材料之組成、光吸收層膜中之光吸收層膜膜，厚 以及熱透鏡形成層膜厚] 本發明之光路徑切換裝置及光路徑切換方法所使用之 熱透鏡形成元件中，光吸收層膜可為：「光吸收膜」之單一 單層膜、或「光吸收膜/熱透鏡形成層」之2層構造、抑或 是「光吸收膜/熱透鏡形成層/光吸收膜」之3層構造的層 合性薄膜，而光吸收層膜整體厚度以不超過已收斂之上述 控制光的共焦距的2倍為佳。此外，欲進一步達到更高速 的應答速度之情況下，上述層合型薄膜所形成之光吸收層 膜的厚度以不超過已收斂之上述控制光的共焦距之1倍為 佳。 在此種條件之中，關於本發明所使用之光吸收層膜材料 的組成及光吸收層膜中光吸收膜（1或2片）的膜厚，該 等組合可以穿透光吸收層膜之控制光及訊號光之穿透率作 為基準而設定。例如，首先在光吸收層膜材料的組成内， 至少決定吸收控制光或訊號光之成份的濃度，接著，便可 設定光吸收層膜中光吸收膜（1或2片）的厚度，以使穿 透熱透鏡形成元件之控制光及訊號光的穿透率成為透定 值。或者，可首先例如視裝置設計上之需要，將光吸收層 膜中光吸收膜（1或2片）的膜厚設定為特定值之後，調 整光吸收層膜材料的組成，以使穿透熱透鏡形成元件之控 22 312/發明說明書(補件)/92/12/92125444 1226456 制光及訊號光的穿透率成為特定值。 以下，分別例示用以自本發明之光路徑切換裝置及光路 徑切換方法中所使用之熱透鏡形成元件，盡可能的以低光 率達成大小充分且高速度的熱透鏡效果的穿透光吸收層膜 之控制光及訊號光之穿透率的最佳值。 於本發明之光路徑切換裝置及光路徑切換方法中所使 用之熱透鏡形成元件中，最好施行對光吸收層膜中的光吸 收成分濃度與存在狀態之控制、以及光吸收層膜中的光吸 收膜（1或2片）之膜厚設定，以使傳播於熱透鏡形成元 件中之光吸收層膜的控制光穿透率為9 0 %至0 %。 另一方面，於控制光未照射之狀態中，最好施行對光吸 收層膜中的光吸收成分濃度與存在狀態之控制、以及光吸 收層膜中的光吸收膜（1或2片）之膜厚設定，以使傳播 於熱透鏡形成元件中之光吸收層膜的訊號光穿透率下限為 1 0 %，又，其上限為盡可能接近1 0 0 %。 光吸收層膜中的熱透鏡形成層膜厚下限係如下所述，根 據入透鏡形成層的材料來選定。 [光吸收層膜中熱透鏡形成層之材料及熱透鏡形成層之膜 厚] 雖單層之光吸收膜亦可發揮熱透鏡形成層的作用，但以 使光吸收與熱透鏡形成之機能由不同材料分擔，將各別選 擇之最佳材料予以層合而使用為佳。 作為光吸收層膜中的熱透鏡形成層材料，可使用液體、 液晶以及固體材料。熱透鏡形成層特別係以自非晶質有機 23 312/發明說明書(補件)/92/12/92125444 1226456 化合物、有機化合物液體以及液晶所組成之群組中選出之 有機化合物所構成為佳。另外，在熱透鏡形成層的材質為 液晶及液體之情況，可例如以具自身形態保持性的材質作 成光吸收膜及/或熱傳導層，並設置相當於熱透鏡形成層厚 度之空洞，藉由於該空洞内注入流動狀態的熱透鏡形成層 材料，以作成熱透鏡形成層。另一方面，於熱透鏡形成層 的材質為固體之情況，只要熱透鏡形成層的單面或兩面係 將光吸收膜予以層合而作成即可。 熱透鏡形成層的材質亦可不為單一，例如，亦可為複數 種類的固體層合膜，另外，亦可為層合固體與液體者。 熱透鏡形成層的厚度雖亦隨所使用材料之種類而有所 不同，僅要為數nm至數百μπι之範圍的厚度即可，又以數 十nm至數十μπι之範圍為佳。 如上所述，熱透鏡形成層與1或2片光吸收膜層合而成 之光吸收層膜的合計厚度，以不超過已收斂之上述控制光 共焦距的2倍為佳。 作為光吸收層膜中之熱透鏡形成層材料，可使用液體、 液晶以及固體材料，但不論在何種狀況下均以折射率之溫 度依存性大的材料為佳。 代表性的相關有機化合物與水的折射率溫度依存性之 物性值記載於文獻[D. Solimini: J· Appl. Phys·，vol.37 3 3 1 4 ( 1 9 6 6 )]中。對於波長6 3 3 n m的光折射率之溫度變化 [單位：1 / K ]，曱醇（3 , 9 X 1 0~4 )等醇類較水（0 · 8 X 1 0_ 4 ) 大，而環戊烷（5 . 7χ 1 (Γ4 )、苯（6. 4χ 1 (Γ4 )、氯仿（5. 8χ 1 0_4 )、 24 312/發明說明書(補件)/92/12/92125444 1226456 苯（6 · 4 χ 1 (Γ4 )、二硫化碳（7 · 7 χ 1 (Γ4 )等非氫結合性有機 溶劑更大。 當使用液晶作為光吸收層膜中的熱透鏡形成層材料之 情況，液晶可使用周知之任意者。具體而言，可使用：各 種膽固醇衍生物、4’-正-丁氧基亞苄基-4-氰基苯胺、4’-正-六亞罕基-4-氰基苯胺等 4’ -烧氧基亞亨基-4-鼠基苯 胺類；4’-乙氧基亞苄基-4-正-丁基苯胺、4’ -甲氧基亞苄 基胺基偶氮苯、4-(4’ -甲氧基亞苄基）胺基雙酚、4-(4’-甲氧基亞苄基）胺基二苯乙烯等 4’ -烷氧基亞芊基苯胺 類；4’ -氰基亞苄基-4-正-丁氧基氰苯胺、4’ -氰基亞苄基 -4-正-六氧化苯胺等4’ -氰基亞苄基-4-烧氧基苯胺類；4’-正-丁氧基羰基氧化亞辛基-4-曱氧基苯胺酯、對-羰基苯 基·正-戊基碳酸S旨、正—t · 4- (4’ -乙氧基苯氧基幾基） 苯基幾酸S旨等碳酸S旨類；4 -正-丁基苯甲酸· 4 ’ -乙氧基苯 酉分S旨、4-正-丁基苯曱酸· 4’ _七氧基苯S分酯、4 -正-庚基苯 甲酸· 4 5 -六氧基苯酚酯等4 -烷基苯曱酸· 4 ’ -烷氧基苯酚 酯類；4-4，-二-正-戊氧基雜氮氧基苯、4, 4’-二-正-九氧 基雜氮氧基苯等雜氮氧基苯衍生物；4 -氰基- 4’-正-辛烷基 雙酚、4 -氰基- 4’-正-十二烷基雙酚等 4 -氰基- 4’ -烷基雙 酚等之液晶；以及（2 S，3 S ) - 3 -曱基- 2 -氯化戊酸· 4 ’，4 ” -辛烷基氧基雙酚、4 ’ - ( 2曱基丁基）雙酚-4 -碳酸· 4 -六 氧基苯酚酯、4 ’ -辛烷基雙酚-4 -碳酸· 4 - ( 2 -曱基丁基） 苯i分酯等強鐵電性（f e r r 〇 e 1 e c t r i c )液晶。 在使用固體材料作為光吸收層膜中之熱透鏡形成層之 25 312/發明說明書(補件)/92/12/92125444 1226456 情況，以光散射小且折射率的溫度依存性大之非晶質有機 化合物特別適用。具體而言，與上述基質材料相同，可自 各種有機而分子材料之中選定周知為光學用樹脂者來使 用。記載於文獻[技術情報協會編著，「最新光學用樹脂之 開發、特性與高精密度零件之設計、成型技術」，技術情報 協會（1 9 9 3 )，P · 3 5 ]之光學用樹脂的折射率之溫度變化[單 位：1 / K ]例如：聚（甲基丙烯酸曱酯）1 · 2 X 1 (Γ4 ;聚碳酸 酯1. 4χ10_4 ;聚苯乙烯1. 5x10“。可將該等樹脂適宜地使 用作為光吸收層膜中之熱透鏡形成層的材料。 上述有機溶劑之折射率溫度依存性具有大於上述光學 用樹脂之折射率溫度依存性的優點，相反地，其具有的問 題為，控制光照射所造成之溫度上升若到達有機溶劑的沸 點會使有機溶劑沸騰（使用高沸點之溶劑時則無問題）。針 對於此，將揮發性雜質徹底地除去之光學用樹脂，例如聚 碳酸酯，即使在控制光照射而使溫度上升至 2 5 0 °C以上之 嚴苛條件中亦可使用。 [保溫層膜] 使用氣體作為保溫層膜之情況，除了空氣之外，可適宜 地使用氮、氦、氖、氬等鈍氣。 使用液體作為保溫層膜之情況，只要係熱傳導係數與光 吸收層膜相同或小於光吸收層膜之材質，且控制光與訊號 光可穿透，並不溶解或腐蝕光吸收層膜之材質者，可使用 任意的液體。例如，當光吸收層膜為含有賽安寧色素之聚 曱基丙烯酸甲酯所構成，則可使用流動性石蠟。 26 312/發明說明書(補件)/92/12/92125444 1226456 使用固體作為保溫層膜之情況，只要係熱傳導係數 吸收層膜（光吸收膜及熱透鏡形成層）相同或小於光 層膜之材質，且控制光與訊號光可穿透，並不與光吸 膜或熱傳導層膜之材質發生反應者，可使用任意的固 例如，當光吸收膜為含有賽安寧色素之聚甲基丙烯酸 所構成，則可使用不含色素之聚甲基丙烯酸甲酯[於 之熱傳導係數為0 . 1 5 W ηΤ 11Γ 1 ]作為保溫層膜。 [熱傳導層膜之材料] 作為熱傳導層膜，以熱傳導係數大於光吸收層膜之 為佳，而只要控制光與訊號光可穿透，且不與光吸收 或保溫層膜發生反應，可任意使用。作為熱傳導係數 在可見光線之波長帶區域中光吸收度小之材質，可適 使用如：金剛鑽[3 Ο Ο Κ之熱傳導係數為9 0 0 W πΓ 1 IT 1 ]、 石[同條件之熱傳導係數為46 WnT1 IT1 ]、石英單結晶丨 軸之平行方向，同條件之熱傳導係數為1 0. 4 Wn^lT1 ] 英玻璃[同條件之熱傳導係數為1 · 38 ]、硬質 [同條件之熱傳導係數為1 · 1 0 WnT ]等作為熱傳導層 [光穿透層之材料] 本發明所使用之熱透鏡形成元件亦可設置為：作為 控制光之收斂機構的折射率分布型透鏡透過光穿透層 合於上述控制光之入射側之構造，而作為光穿透層 質，可使用與固體保溫層膜及/或熱傳導層膜之材質 者。光穿透層不僅如字面上的意義，係使上述控制光 號光高效率地穿透，亦為將折射率分布型透鏡接著作 312/發明說明書(補件)/92/12/92125444 與光 吸收 收層 體。 曱酯 3 0 0 K 材質 層膜 南且 宜地 藍寶 於c 、石 玻璃 膜。 上述 而層 之材 相同 與訊 為熱 27 1226456 透鏡形成元件構成要素者。於所謂紫外線硬化型樹脂或電 子線硬化型樹脂内，特別可適宜地使用上述控制光及訊號 光之波長帶區域的光穿透率高者。 [熱透鏡形成元件之製作方法] 本發明所使用之熱透鏡形成元件之製作方法，可依熱透 鏡形成元件之構造及使用材料之種類而任意選定，並可使 用周知之方法。 例如，在使用於熱透鏡形成元件中之光吸收膜的光吸收 性材料係如上述之單結晶之情況，可以單結晶之切削·研 磨加工而製作光吸收膜。 例如，在使用含有色素之基質材料所形成之光吸收膜、 光學用樹脂所形成之熱透鏡形成層、以及光學玻璃組合為 熱傳導層膜而製作「熱傳導層膜/光吸收膜/熱透鏡形成層/ 光吸收膜/熱傳導層」之構造的熱透鏡形成元件之情況，可 利用以下所列舉之方法先於熱傳導層膜上製作光吸收膜。 將溶解有色素及基質材料之溶液以葉片塗佈法、輥塗佈 法、旋轉塗佈法、浸潰法、喷霧法等塗佈方法，塗佈於用 作為熱傳導層膜之玻璃板上，或者，亦可使用以平板、凸 板、凹板、孔板、網板、轉印等印刷法予以印刷而形成光 吸收膜之方法。此情況下，亦可利用以溶膠法形成光吸收 膜之無機系基質材料製作方法。 亦可使用電鍍法、電解聚合法、微胞電解法（日本專利 特開昭6 3 - 2 4 3 2 9 8號公報）等電化學的成膜方法。 此外，亦可使用將於水之上所形成之單分子膜取出之藍 28 312/發明說明書(補件)/92/12/92125444 1226456 格米亞•布羅傑特法。 利用原料單體之聚合或聚縮合反應之方法，例如當單體 為液體之情況，可列舉澆注法、反應·注射·成模法、電 漿聚合法以及光聚合法等。 亦可使用昇華轉印法、蒸鍍法、真空蒸鍍法、離子束法、 濺鍍法、電漿聚合法、CVD法、有機分子線蒸鍍法等方法。 亦可利用複合形光學薄膜之製造方法（曰本專利公報第 2 5 9 9 5 6 9號），其係將溶液或分散液狀態之2成分以上有機 系光學材料自設置於各成分之噴霧喷嘴向高真空容器内喷 霧，使其堆積於基板上，並進行加熱處理。 以上之固體光吸收膜製作方法，亦適宜使用於例如製作 由固體有機高分子材料所形成之保溫層膜的情況。 其次，在使用熱可塑性光學用樹脂製作熱透鏡形成層之 情況，可使用真空熱壓法（日本專利特開平4 - 9 9 6 0 9號公 報）製作構造為「熱傳導層膜/光吸收膜/熱透鏡形成層/ 光吸收膜/熱傳導層膜」的熱透鏡形成元件。亦即，將熱可 塑性光學用樹脂的粉末或片材包夾於以上述方法於表面形 成光吸收膜之2片熱傳導層膜（玻璃板），並於高真空下經 由加熱·壓合，可製作上述構造之層合型薄膜元件。 [折射率分布型透鏡之材料與製作方法] 本發明所使用之熱透鏡形成元件的構造，亦可透過光穿 透層，於上述控制光之入射側層合而設置折射率分布型透 鏡作為上述控制光之收斂機構，而該折射率分布型透鏡之 材料與製作方法，可使用周知之任意者。 29 312/發明說明書(補件)/92/12/92125444 1226456 例如，可利用單體之滲透·擴散現象，以有機 材質製作折射率分布型的折射率分布型透鏡[Μ. I g a , T . Sanada:Jpn. J . App1 . Phy s , 2 0(1), (1 9 8 1 )]。亦即，藉由單體切換技術，可於平坦的 作折射率分布透鏡；例如，將作為低折射率塑膠 婦酸甲酉旨（η = 1·494)自3.6mm0的圓盤遮罩之周 有高折射率的聚間苯二甲酸二丙烯酯（η = 1 . 5 7 0 ) 膠基板中擴散。 又，可利用無機離子之擴散現象，以無機玻璃 作折射率分布型的折射率分布型透鏡[M. Oikawa Appl. Opt. , 21(6)， 1 0 5 2 - 1 0 5 6 ( 1 9 8 2 )]。亦即 璃基板上裝設遮罩後，以光蝕刻之方法設置直名 上下的圓形窗，於將其浸潰於熔融鹽以藉由離子 成折射率分布之時，持續施加數小時的電場以促 換，以形成例如直徑 0. 9 m m、焦距 2 m m、開口數 的透鏡。 [光束半腰寬直徑之計算] 本發明之光路徑切換裝置及光路徑切換方法中 效利用熱透鏡效果，於焦點（聚光點）附近之光 高之區域内，亦即於「光束半腰寬」内，以使上 之光束截面積不超過光束半腰寬内上述控制光之 積的方式，分別設定上述訊號光、上述控制光之 形狀以及大小為佳。 以下，針對進行方向光束截面之電場振幅分布 312/發明說明書(補件)/92/12/92125444 高分子系 D i ka wa, K . L51-L54 基板上製 之甲基丙 圍，向具 之平坦塑 系材質製 ，K. Iga: ，可於玻 ί 一百 μιη 切換而形 進離子切 ΝΑ=0.23 ，為了有 子密度最 述訊號光 光束截面 光束截面 ，亦即光 30 1226456 樹脂能量分布成為高斯（Gaussian)分布之高斯光束 (Gaussian beam )之情況，進行敘述。另外，於以下說明 中係針對使用聚光透鏡（折射率分布型透鏡）作為光束收 斂機構之情況進行說明，然，當收斂機構為凹面鏡或折射 率分散型透鏡之情況亦相同。 利用圖1等之聚光透鏡3 1等將高斯光束以2 Θ之開啟角 度收斂時，焦點3 0 1附近之光線束及波面3 0 0之狀態示於 圖1 2。此處，將波長λ之高斯光束直徑2 ω成為最小之位 置稱為「光束半腰寬」。以下，將光束半腰寬直徑以 2ω。 表示。由於光的繞射作用，2ω。不會成為0，其具有一有限 值。另外，光束半徑ω或ω。之定義係以高斯光束之光束中 心部分的能量作為基準，自光束中心測量能量成為1 / e2 ( e 為自然對數底數）之位置時的距離，光束直徑係以2 ω或2 ω。 表示。當然，於光束半腰寬之中心，光子密度最高。 於高斯光束之情況下，距離光束半腰寬夠遠之處的光束 擴散角Θ，與波長λ及光束半腰寬半徑ω。間，可賦予如下 式[1 ]之關係。 71 * Θ * 00。ΐλ ... [ 1 ] 其中，π為圓周率。 僅限於滿足「距光束半腰寬夠遠之遠處」條件的情況下 使用該式，可自入射於聚光透鏡之光束半徑ω、聚光透鏡 之開口數及焦距，計算以聚光透鏡所聚光之光束半腰寬半 徑 ω 〇 〇 此外，一般而言，以有效開口半徑a及開口數ΝΑ之聚 31 312/發明說明書(補件)/92Λ2/92125444 1226456 光透鏡將光束半徑ω之平行高斯光束（波長λ )予以收斂 之情況下，光束半腰寬直徑2ω。可以下式[2]表示。 2 ω 〇 ^ k · λ / N A ... [ 2 ] 其中，由於係數k無法以代數方法解出，因此可利用針 對於透鏡結相面之光強度分布進行數值解析計算來決定。 改變入射於聚光透鏡之光束半徑ω與聚光透鏡之有效開 口半徑a之比率並進行數值解析計算，則式[2 ]之係數k 的值可以如下方式求出。 a / co = 1 時 k ι 0 · 9 2 a /ω=2 時 k 与 1.3 a /ω=3 時 k 与 1.9 a /ω=4 時 k与 3 亦即，隨著光束半徑ω比聚光透鏡之有效開口半徑a越 來越小，光束半腰寬半徑ω。增大。 例如，使用開口數為0 . 2 5、有效開口半徑約5 in m之透鏡 作為聚光透鏡收斂波長780nm之訊號光時，若入射於聚光 透鏡之光束半徑ω為5mm，則a/ω大約為1，光束半腰寬 之半徑ω。為1.4μπι;若ω為1.25mm，貝1J a/ω大約為4，可 計算出ω。為4 · 7 μ m。同樣地，以波長6 3 3 n m之控制光收傲 時，若光束半徑ω為5 m m，則a / ω大約為1，光束半腰寬 之半徑ω。為1.2μΐϋ;若ω為1.25mm，則a/ω大約為4，可 計算出ω。為3·8μπι。 自該計算例即明顯得知，若欲使於聚光透鏡焦點附近的 光子密度最高的區域，亦即光束半腰寬之光束截面積為最 32 312/發明說明書(補件)/92/12/92125444 1226456 小，只要將光束直徑擴大（beam expansion，光束擴大） 至入射於聚光透鏡之光束強度分布相近於平面波即可。 又，在朝聚光透鏡入射之光束直徑相同之情況，亦可判定 光波長越短，光束半腰寬直徑亦變小。 如上所述，為了有效地利用本發明之光路徑切換裝置及 光路徑切換方法中之熱透鏡效果，以使光束半腰寬附近之 光子密度最高之區域中的上述訊號光的光束截面積不超過 光束半腰寬中上述控制光之光束截面積之方式，來分別設 定上述訊號光及上述控制光之光束截面形狀與大小為佳。 若為訊號光與控制光同時使用高斯光束之情況，可根據以 上之說明及計算式，於以聚光透鏡等收斂機構予以收斂前 之平行光束狀態下，根據波長而視需要將訊號光與控制光 之光束直徑予以光束擴大並調節，藉以使在光束半腰寬附 近之光子密度最高的區域中之上述訊號光的光束截面積， 不超過光束半腰寬之上述控制光的光束截面積。光束擴大 之方法可使用周知者，例如使用2片凸透鏡所構成之克卜 勒（K e p 1 e r )型光學系統。 [共焦距Z c之計算] 一般而言，於高斯光束之情況下，於以凸透鏡等收斂機 構予以收斂之光束的光束半腰寬附近，亦即於包夾焦點共 焦距Zc之區間，可將收斂光束視為大致平行的光線，而可 利用圓周率π、光束半腰寬半徑ω。及波長λ以式[3]表示 共焦距Zc。

Zz — πω〇2/λ ... [ 3 ] 33 312/發明說明書(補件)/92/12/92125444 1226456 若將式[3 ]之ω。帶入式[2 ]，則可得到式[4 ]。

Zc = π(1ί/ΝΑ)2λ/4 例如，使用開口數Ο . 2 5、有效開口半徑約5 m m之透鏡作為 聚光透鏡，收斂波長780nni之訊號光時，若入射於聚光透 鏡之光束半徑ω為5mni，則a/ω約為1，光束半腰寬之半 徑ω。為1.4μπι，可計算出共焦距Zc為8·3μιη;若ω為 1.25mm，貝1J a / ω約為4，ω。為4 . 7 μ m，可計算出共焦距Z c 為8 8μιη。同樣地，收斂波長6 3 3 nm之控制光時，若光束半 徑ω為5mm，則a/ω約為1，光束半腰寬之半徑ω。為1.2μπι， 可計算出共焦距Z c為6 · 7 μ m ;若ω為1 · 2 5 m m，則a / ω約 為4，ω。為3.8μπι，可計算出共焦距Zc為71μιη。 [聚光透鏡及受光透鏡之開口數] 本發明之光路徑切換裝置及光路徑切換方法中，係以以 同軸之方式由聚光透鏡將訊號光及控制光收斂，並以於熱 透鏡形成元件中聚集焦點之方式進行照射，但在將以大於 平常之開啟角度自熱透鏡形成元件射出之光以受光透鏡受 光而調整為平行光之情況，該受光透鏡之開口數（以下稱 為ΝΑ)，以設定為大於聚光透鏡之ΝΑ為佳。此外，受光透 鏡之ΝΑ為聚光透鏡之ΝΑ的2倍以上為佳。其中，當在聚 光透鏡之有效開口半徑a大於入射至聚光透鏡之光束半徑 ω (亦即a / ω > 1 )的情況下，聚光透鏡之實質開口數係小 於聚光透鏡的開口數。因此，受光透鏡的開口數設定為比 聚光透鏡的實質開口數大2倍以上為佳，而非與聚光透鏡 之開口數比較。藉由將受光透鏡之ΝΑ設定為聚光透鏡之 34 312/發明說明書(補件)/92Λ2/92125444 1226456 ΝΑ的2倍以上，即使訊號光之光束直徑擴大至入射 鏡形成元件之時的2倍以上，亦可無損失地進行受 [光吸收層膜之最佳膜厚] 不改變構成光吸收層膜之1或2片光吸收膜厚度 熱透鏡形成元件之厚度而製作試料，以一定光學濃 膜厚相異之複數個熱透鏡形成元件進行實驗，結果 當以如上述所計算之共焦距Z c的2倍作為光吸收層 厚上限時，熱透鏡效果之光應答速度成為足夠的高 關於光吸收層膜之厚度下限，只要可發揮熱透鏡 其厚度越薄越好。 [保溫層膜之膜厚] 於保溫層膜之膜厚方面，其存在有可使光應答之 /或速度成為最大的最佳值（下限值及上限值）。該 據熱透鏡形成元件之構造、光吸收膜之材質及厚度 層膜之材質、熱傳導層膜之材質及厚度等，以實驗 決定。例如，於使用一般硼矽酸玻璃作為熱傳導層 酸酯作為保溫層膜及熱透鏡形成層之材質、鉑酞青 膜作為光吸收膜，製成構造為玻璃（熱傳導層，膜厚 /聚碳酸酯樹脂層（保溫層）/鉑酞青蒸鍍膜（光吸 膜厚0 . 2 μ m )/聚碳酸酯樹脂層（熱透鏡形成層，膜厚 /鉑酞青蒸鍍膜（光吸收膜，膜厚0 · 2 μ m )/聚碳酸 層（保溫層）/玻璃（熱傳導層膜，膜厚150μπι)之 形成元件之情況，保溫層膜的膜厚以5 n m至5 μ m為 以50nm至500nm更佳。 312/發明說明書(補件)/92/12/92125444 於熱透 光。 、改變 度針對 可知， 膜之膜 速。 效果， 大小及 值可根 、保溫 方法來 、聚碳 之蒸鍍 1 5 Ο μιη ) 收膜， 2 Ο μπι ) S旨樹脂 熱透鏡 佳，又 35 1226456 [熱傳導層膜之膜厚] 熱傳導層膜之膜厚方面亦存在有可使光應答之大 或速度成為最大的最佳值（此狀況為下限值）。該值 熱透鏡形成元件之構造、光吸收膜之材質及厚度、 膜之材質及厚度、熱傳導層膜之材質等，以實驗方 定。例如，於使用一般硼矽酸玻璃作為熱傳導層、 酯作為保溫層膜及熱透鏡形成層之材質、鉑酞青之 作為光吸收膜，製成構造為玻璃（熱傳導層，膜厚 /聚碳酸酯樹脂層（保溫層）/鉑酞青蒸鍍膜（光吸 膜厚0 · 2 μιη ) /聚碳酸酯樹脂層（熱透鏡形成層，膜厚 /鉑酞青蒸鍍膜（光吸收膜，膜厚〇 · 2 μΐϋ ) /聚碳酸 層（保溫層）/玻璃（熱傳導層膜，膜厚150μπι)之 形成元件之情況，熱傳導層膜之厚度下限以1 〇 μ m J 又以1 Ο Ο μιη為更佳。另外，關於熱傳導層膜之膜厚 雖不受光應答之大小及/或速度限制，但必須整合所 聚光透鏡及受光透鏡之方式、焦距及動作距離（wo distance )來設計。 (實施例） 以下參照實施例，針對本發明之實施形態進行詳 明。 [實施例1 ] 圖1所示為實施例1之光路徑切換裝置的概略構 1之光路徑切換裝置係例示將3段「控制光光源、分 聚光透鏡、熱透鏡形成元件、受光透鏡以及設有孔 312/發明說明書(補件)/92/12/92125444 小及/ 可根據 保溫層 法來決 聚碳酸 蒸鍍膜 1 5 Ο μιη ) 收膜， 2 Ο μπι ) 醋樹脂 熱透鏡 b佳， 上限， 使用之 r k i ng 細的說 造。圖 色鏡、 穴之鏡 36 1226456 子」所構成之光路徑切換單元_聯而連結之情況。光路徑 切換單元之連結數，自原理上來說只要1個以上即可，並 無特別的限制，而實際上可由每1段光路徑切換單元的訊 號光穿透率、入射於光路徑切換裝置之訊號光初期強度、 以及最終所需要的訊號光強度來計算可連結的段數。例 如，若每1段光路徑切換單元之穿透率為8 0 %，則串聯連 結3段之總穿透率成為5 1 %。 以下，以圖1所示之3段串聯構造的光路徑切換裝置為 例，進行詳細的說明。另外，將圖1之聚光透鏡31及熱透 鏡形成元件1部分截出之部分圖示於圖2A、圖2B及圖3A、 圖3B，並將加入受光透鏡41及設有孔穴之鏡子61之部分 圖示於圖4A、圖4B。圖1至圖4A、圖4B中係例示將熱透 鏡形成元件1作成「熱傳導層膜9 1 /光吸收層膜9 2 /繞傳導 層膜9 3」之3層構造之情況，但並不限定於此。 以調整透鏡使來自光纖1 0 0之入射訊號光1 1 〇成為光 束半徑5 . 0 m m之大致平行光線。本實施例中，係使用發振 波長7 8 0 n m之半導體雷射作為訊號光的光源。亦可使用發 振波長1 3 5 0 n m、1 5 5 0 n m之半導體雷射光。於本實施例中， 作為用以於熱透鏡形成元件1、2及3形成各熱透鏡之控制 光1 2 1、1 2 2及1 2 3的控制光光源2 1、2 2及2 3，均使用發 振波長6 5 0 n m之半導體雷射，並利用控制光之斷續來進行 訊號光光路徑之切換。控制光1 2 1、1 2 2及1 2 3均以成為光 束半徑4 . 5 m in之平行光線的方式進行光束成形並使用。控 制光光源之雷射功率，不論在聚光透鏡3 1、3 2或3 3之前 37 312/發明說明書(補件)/92/12/92125444 1226456 均設為2至1 0 m W。 以共通之聚光透鏡3 1、3 2及3 3分別收斂控制光1 2 1、 1 2 2、1 2 3及訊號光1 1 0、1 1 1、1 1 2，分別向熱透鏡形成元 件1、2及3照射。控制光及訊號光之各光束半腰寬係利用 分色鏡5 1、5 2及5 3調整訊號光及控制光，以於熱透鏡形 成元件中互相疊合於同一光軸，並將訊號光與控制光調整 為互相平行之狀態。藉由如此之調整，可將因控制光光束 半腰寬位置之光吸收而形成之熱透鏡效果，有效率地利用 於訊號光進行方向之變更。 若以透鏡使雷射光進行聚光，於光束半腰寬（聚光點； 焦點）之光強度分布則成為高斯分布。若將光吸收膜會吸 收之波長帶區域的雷射光作為控制光，透過聚光透鏡照射 於包含上述光吸收膜之熱透鏡形成元件，並於包含熱透鏡 形成層之光吸收層膜中予以收斂，則光吸收膜吸收雷射 光，熱透鏡形成層的溫度上升，結果使折射率降低。若如 上所述地照射形成高斯分布的光，則光強度強的南斯分布 中心部分收斂，被照射處成為「光吸收中心」，此部份之溫 度成為最高，且折射率最低。自光吸收的中心部分向外周 之光吸收變成熱，且由於在周圍傳導之熱，包含熱透鏡形 成層之光吸收層膜的折射率自光吸收中心向外部變化為球 狀，產生光吸收中心的折射率低、向外部之折射率高之分 布，使其具有凹透鏡之機能。亦即，光在折射率大之處的 速度大於折射率小之處的速度’因此’光強度強的面斯分 布中心部分通過被照射之處時的光素，大於光強度弱的高 38 312/發明說明書(補件)/92/12/92125444 1226456 斯分布周邊部分通過被照射之處時的光素。故，光朝向光 強度弱的高斯分布之周邊部分所照射之方向彎曲。此係與 大氣中的凹透鏡為相同動作。 本實施例中，係以受光透鏡41、4 2及4 3將熱透鏡形成 元件1、2及3調整為大致的平行光線。此受光透鏡之開口 數（以下稱為N A )係設定為大於聚光透鏡的N A。於本實施 例中，聚光透鏡之N A為0. 2 5，受光透鏡之N A為0 . 5 5。受 光透鏡之NA以為聚光透鏡NA之2倍以上為佳。若滿足此 關係，則聚光透鏡與調整透鏡之NA組合並不限制於此實施 例。藉由將受光透鏡的NA設為聚光透鏡NA的2倍以上， 即使訊號光之光束直徑擴大為向熱透鏡形成元件入射之時 的2倍以上，亦可無損失地進行受光。另外，本實施例中 係將聚光透鏡與受光透鏡之焦距設為相同，並使用有效直 徑約1 0 m m之聚光透鏡。 將經受光透鏡4 1、4 2及4 3調整之訊號光入射於設有孔 穴之鏡子6 1、6 2及6 3。如以下所詳述，藉由設置該設有 孔穴之鏡子，可切換訊號光之光路徑。 如圖2 A所示，使波長位於光吸收層膜之吸收帶區域的 控制光與波長位於光吸收層膜之穿透帶區域的訊號光’於 熱透鏡形成元件1之光吸收層膜入射面附近的位置5結合 焦點並同時照射，則如圖3 A所示，藉由形成於控制光入射 面附近位置的熱透鏡5 0，訊號光以大於平常出射光2 0 0之 開啟角度射出，作為截面呈環狀而擴散之出射光2 0 1。另 一方面，如圖2 B所示，使該等於熱透鏡形成元件之光吸收 39 312/發明說明書(補件)/92/12/92125444 1226456 層膜出射面附近的位置6結合焦點並同時照射，則如圖3B 所示，藉由形成於控制光出射面附近位置的熱透鏡6 0，訊 號光作為已收斂之出射光1 1 7而射出。於圖2 A與圖2 B之 情況中，均未照射控制光，且如圖3A及圖3B之虛線所示， 訊號光不受熱透鏡5 0或6 0之影響，僅有訊號光作為平常 的開啟角度之出射光2 0 0而射出。 為觀察此種熱透鏡之效果，於對應熱透鏡效果之有無與 聚光點位置之差異的訊號光光束截面，進行光強度分布之 差異的測定。亦即，在示於圖1或圖4 A及圖4 B之概要裝 置中，將受光透鏡41之開口數設為0.55，聚光透鏡31之 開口數為0 . 2 5，取代設有孔穴之鏡子6 1而設置光強度分 布測定器7 0 0 (其概要示於圖7 )，並以受光透鏡4 1對穿透 熱透鏡形成元件1之訊號光光束之全部進行受光，以平行 光線向上述光強度分布測定器之受光部7 0 1 (有效直徑 2 0 m m )入射，以測定訊號光光束截面的光強度分布。測定 結果示於圖8、圖9及圖1 0。此處，光強度分布測定器之 裝置係如圖7所示，相對於受光部7 0 1 (有效直徑2 0 m Hi ) 而設置寬度1mm之第一狹縫702，並於第一狹縫之長度方 向，亦即圖7中自點71 0至點7 2 0之方向，以一定速度移 動寬度25 μπι之第二狹縫7 0 3，將通過2片狹縫所形成之 1 m m X 2 5 μ m的長方形窗之光強度，對應於上述窗之移動位置 而測定。對應於上述窗的移動位置而測定光強度時，例如， 於同期於第二狹縫7 0 3之移動速度的儲存式示波器上，記 錄經通過上述窗之光受光之檢測器的輸出即可。圖8至圖 40 312/發明說明書(補件)/92/12/92125444 1226456 1 0顯示如上所述之於儲存式示波器上所記錄的針對訊號 光之光束截面的光強度分布者，對應於橫軸（光束截面内 之位置）以受光部7 01的中心為0、圖7之點71 0為負方 向、點7 2 0為正方向之座標所示之位置，縱軸則表示光強 度。 圖8係對應於圖4Α之情況，在控制光未射入熱透鏡形 成元件1，僅有訊號光射入之情況下，上述訊號光束截面 的光強度分布。此情況下之光強度分布，係為中心部分之 強度強、隨著向周邊移動而強度減弱之分布（大致為「高 斯分布」）。因此，此情況下若如圖4 Α般設置具有充分大小 的孔穴1 6 1之設有孔穴的鏡子6 1，則訊號光光束1 1 1全部 可通過設有孔穴的鏡子之孔穴1 6 1。此處，使作為平行光 的向聚光透鏡31(焦距fi)入射之訊號光的光束直徑設為 d!，因受光透鏡41(焦距f2)而成為平行光之訊號光光束 1 1 1的光束直徑為d2，則 f 1 · f 2 — d 1 * d 2 ... [ 5 ] 因此，d2可以下式求得。 d2= ( ΐ \ / ΐ 2 ) xdi ... [ 6 ] 於本實施例1中，設有孔穴之鏡子6 1係設置為與訊號 光之光軸間具45度的角度。又，通過孔穴161之訊號光的 截面係為圓形。因此，孔穴1 6 1之形狀必須為短直徑D〗、 長直徑D2之橢圓，D!與D2具有下式[7]之關係。 ϋ 2 — d \ χ 2 ... [ 7 ] 此處’設有孔穴的鏡子6 1之擴圓形孔穴1 6 1之短直徑 41 312/發明說明書(補件)/92/12/92125444 1226456 D !，只要大於式[6 ]所求出之訊號光光束1 1 1的光束直徑 d 2即可。但若D !過大，則因控制光的照射而擴大為環狀之 訊號光的一部份亦會通過。亦即，D 1之最佳值係d 2的1 . 0 2 倍至1 . 2倍，更佳為1 . 0 1倍至1 . 1倍。 於本實施例1中，聚光透鏡3 1的焦距f!與受光透鏡41 之焦距f 2係相同。因此，入射於聚光透鏡3 1之訊號光1 1 0 的光束直徑d!與由受光透鏡成為平行光之訊號光1 1 1的光 束直徑d 2係相同，均為上述之1 0 m m。故，本實施例1之 設有孔穴的鏡子6 1之橢圓形狀1 6 1的短直徑D】以1 0 · 2 m m 至12mm為佳，10. lmm至11mm更佳，實際上則為10.5mm。 自式[7 ]則得知D2為1 4 · 8mm。又，鏡子的大小係使用可將 直徑30mm之光束45度反射的大小（50mm平方）者。 圖9係將焦點（聚光點）設定為熱透鏡形成元件1之聚 光透鏡3 1附近的位置5 (光的入射側），照射控制光時的 訊號光光束截面的光強度分布。此情況下，光強度分布成 為中心部分的光強度弱、周邊以環狀方式增大光強度之分 布。訊號光光束截面中心部的光強度，因控制光強度及熱 透鏡形成元件1與焦點間之位置關係而減少，隨著控制光 強度之增加而趨近於〇。又，訊號光強度的極大位置係在 較原光束直徑大（直徑約1 5 m m )之值。 關於對應於圖1 0之熱透鏡效果的利用，記載於實施例2。 綜上所述，於圖3A之光學配置中’對應於控制光照射 的有無，通過熱透鏡形成元件之訊號光光束截面的光強度 分布，切換於圖9的環狀分布（控制光照射之情況）與圖 42 312/發明說明書(補件)/92/12/92125444 1226456 8的高斯分布（控制光未照射之情況）之間，將此以適合 於訊號光光束截面光強度分布的形狀之設有孔穴的鏡子而 分別個別取出，可藉以進行訊號光光路徑之切換。 設有孔穴的鏡子6 1，於本實施例1中亦可設置成與訊號 光的光軸間具4 5度的角度之形態。設有孔穴的鏡子6 1之 鏡面，係於玻璃面上濺鍍或蒸鍍鋁膜而製成。設有孔穴的 鏡子6 1之孔穴1 6 1部分，係於玻璃上以4 5度傾斜開鑿一 橢圓形之孔穴而製成。亦可取代開鑿孔穴，不賦予橢圓狀 的鋁反射膜，但由於玻璃面有數％的反射，會引起訊號光的 衰減及串音，故以開鑿孔六為佳。又，反射膜並不限於鋁， 只要係可反射所使用之控制光與訊號光者均可，亦可為 金、銀等。 藉由光路徑切換，自訊號光原來的進行方向變換9 0度 方向而取出之訊號光（轉換訊號光）2 1 1、2 1 2及2 1 3，係 以聚光透鏡7 1、7 2及7 3進行聚光，射入光纖1 1、1 2及 13° 在控制光的光源2 1、2 2及2 3全部熄燈之情況，訊號光 未受到熱透鏡效果影響，而作為訊號光1 1 1、1 1 2與1 1 3 而射出。利用聚光透鏡4 0將出射訊號光1 1 3予以聚光並射 入光纖1 0 1。 另夕卜，亦可取代光纖1 1、1 2、1 3或1 0 1而射入檢測器 等，將資訊轉換為電氣訊號而取出。 此處，只要熱透鏡形成元件1、2及3之控制光穿透率 不為0 %，則相當於穿透率之份量的控制光亦穿透熱透鏡形 43 312/發明說明書(補件)/92/12/92125444 1226456 成元件1、2及3而射出。為了避免該控制光射入後段的熱 透鏡形成元件產生錯誤動作或串音（crosstalk)，熱透鏡 形成元件1、2及3之控制光穿透率不一定為0 %，但必須 接近。此外，於熱透鏡形成元件1、2及3之後方或聚光透 鏡4 1、4 2及4 3之後方設置波長選擇穿透濾網（未圖示） 為佳。作為此等波長選擇穿透濾網，僅要係為可完全遮斷 控制光之波長帶區域的光、另一方面可使訊號光之波長帶 區域的光有效率地穿透之波長選擇穿透濾網，可任意使用 周知者。例如，可使用以色素著色之塑膠或玻璃，於表面 設置有誘電體多層蒸鍍膜的玻璃等。亦可將此種由波長選 擇穿透濾網用材料所形成之薄膜，以塗佈法、濺鍍法等方 法形成於聚光透鏡41、42及43之表面，使其發揮作為上 述波長選擇穿透濾網之機能。 本實施例之光路徑切換裝置，係將3段由「控制光光源、 分色鏡、聚光透鏡、熱透鏡形成元件、受光透鏡以及設有 孔穴之鏡子」所構成之光路徑切換單元並聯而連結者。因 此，在控制光全部熄燈之情況，訊號光係直線前進而射入 光纖1 0 1，相對於此，在將控制光21點燈之情況，訊號光 2 1 1係朝向光纖1 1，而控制光2 1熄燈且控制光2 2點燈時， 訊號光2 1 2朝向光纖1 2，控制光2 1及2 2熄燈而控制光2 3 點燈之情況，訊號光2 1 3則朝向光纖1 3，光路徑分別被切 換而射出。 本實施例1中所使用之熱透鏡形成元件1，於圖6中係 作為熱透鏡形成元件6 0 0而顯示其概略構造的剖面圖。訊 44 312/發明說明書(補件)/92/12/92125444 1226456 號光6 Ο 8及控制光6 Ο 9係透過聚光透鏡6 1 Ο，朝熱透鏡形 成元件6 0 0聚光而照射。另外，圖6所示之控制光6 0 9的 光線係其模型，省略了各層膜間的折射。 圖6所示之構造為熱傳導層膜601/光吸收膜603 /熱透 鏡形成層605/光吸收膜604 /熱傳導層膜602之熱透鏡形成 元件6 0 0，例如可以如下步驟製成。 於經由閘閥而連接於真空蒸鍍裝置之基板洗淨用真空 容器之内部，裝設2盞中心波長185nm、輸出功率5W之紫 外線燈與2盞中心波長2 5 4nm、輸出功率5W之紫外線燈， 使之成為紫外線照射於基板表面之配置，將1片以上作為 基板（熱傳導層膜601及602)之玻璃板 (24mm><30mnix0.15mm)送入後，於真空容器内部充滿經於 大氣壓下通過可1 0 0 %捕集直徑0 . 0 5 μιη微粒子之氣體過濾 裝置的乾淨氮氣，將内部之環境清淨化，直至無法檢測出 懸浮粉塵（直徑0 . 1 μπι以上）及污染性氣體為止，再導入 經通過可1 0 0 %捕集直徑0 . 0 5 μηι微粒子之氣體過濾裝置的 氧氣，將氧濃度提昇至6 0 %以上後，將紫外線燈點亮並歷 時1小時，以進行基板表面的紫外線照射處理及臭氧處 理。以上之淨化處理結束後，將基板洗淨用真空容器内部 排氣至1 0_4Pa以下之高真空狀態後，將基板移送至同樣為 1 0_ 4 P a以下之高真空狀態的真空蒸鍍裝置内。以電阻線將 預先導入至蒸艘源之始酞青（分子式C32HieN8Pt)加熱，加 熱至6 0 0 °C ，使其真空蒸鍍於上述基板上。未特別進行基 板溫度之控制。以水晶振動子式膜厚計監控蒸鍍之進行， 45 312/發明說明書(補件)/92/12/92125444 1226456 並於膜厚到達0 . 2 μπι時關閉蒸鍍源之閘門，結束蒸鍍。 以掃描式電子顯微鏡對如此地於基板上製成之蒸鍍膜 表面拍照，得知以上述條件進行真空蒸鍍之鉑酞青係以外 徑3 0至5 Ο n m之粒子狀態存在。此粒徑未滿本實施例1之 訊號光波長（ 780nm)及控制光波長（ 633nm)的1/10，其 為不發生光散射之大小。 另一方面，將1 g聚碳酸酯樹脂（帝人化成製P a η 1 i t e L 1 2 5 0 (註冊商標））溶解於1 9 g二氯曱烷中所形成之溶液一 邊攪拌一邊注入3 0 0 m 1正己烷中，將析出之小樹脂塊過 濾，於3 0 m 1之正己烷中洗淨，於乾淨的空氣中除去溶劑， 並將其粉碎為粒子外徑不滿5 0 μιη之微粉末。將此聚碳酸 酯樹脂微粉末於1 (Γ4 P a以下之高真空容器中緩缓加熱，於 1 0 0 °C至1 2 0 °C之溫度範圍中進行4 8小時之脫氣處理。 於乾淨的環境下，於先前所製成之玻璃基板上的鉑酞青 蒸鍍膜之上，散佈經高真空脫氣處理之樹脂微粉末，於其 上再重疊放置1片玻璃基板上的鉑酞青蒸鍍膜，將其置於 設置在高真空容器内的加熱台上，排氣至1 (T4Pa以下，並 加熱至2 4 0至2 6 0 °C，另外以加熱到2 4 0至2 6 0 °C之加壓板 壓合，於5kgf/cm2之壓力下進行真空熱壓。 經由以上之步驟，製成構造為玻璃（熱傳導層膜601， 膜厚1 50μπι ) /鉑酞青蒸鍍膜（光吸收膜6 0 3，膜厚0. 2μιτι ) /聚碳酸酯樹脂層（熱透鏡形成層6 0 5，膜厚2 Ο μ m )/鉑酞 青蒸鍍膜（光吸收膜604、膜厚0·2μπι) /玻璃（熱傳導層 膜602，膜厚150μπι)之層合型熱透鏡形成元件。此熱透 46 312/發明說明書(補件)/92/12/92125444 1226456 鏡形成元件對於波長7 8 0 n m之訊號光穿透率係8 1 %，對於 波長6 3 3 n m之控制光穿透率為0 · 0 9 % (實質上為0 % )。 另外，熱透鏡形成層之膜厚係以調整樹脂粉末的散佈 量、加熱溫度及加壓處理時間（數分鐘至數小時）來控制。 為了測定本實施例1之光路徑切換裝置的光應答速度， 使訊號光為連續光，另一方面，使控制光為頻率數Η z到 1 0 0 k Η ζ、工作比1 : 1之矩形波斷續光線而照射，比較光路 徑切換之訊號光的強度振幅大小。 將來自圖1所示之控制光光源21的控制光1 2 1導向光 檢測器並於示波器上所測定之控制光的波形1 2 1 0，及對應 於控制光1 2 1的明滅而進行光路徑切換之訊號光2 1 1導向 光檢測器上所測定之訊號光波形2 1 1 0示於圖1 3及圖1 4。 另外，圖1 4之縱軸係將圖1 3的情況擴大3倍。又，斷續 控制光1 2 1之矩形波的頻率設定為2 Ο Ο Η ζ至1 0 0 k Η ζ，並將 對應於此時的訊號光斷續之訊號光波形2 1 1 0而測定的振 幅L之結果示於圖1 5。 圖1 3中，斷續控制光1 2 1 (圖1 )之矩形波的頻率係 5 0 0 Hz，將對應於此時的訊號光之斷續的訊號光波形2 11 0 之振幅L作為基準1，則於斷續控制光1 21 (圖1 )的矩形 波之頻率範圍0. 2至2 k Η ζ中，振幅L大致為1。亦即，確 認可以5 0 0微秒進行完全的光路徑切換。相較於使用以電 加熱器造成熱光學效果的光開關（應答速度為毫秒等級）， 其為2倍以上之高速應答。 作為進一步提高頻率的情況之例，頻率2 0 k Η ζ之訊號光 47 312/發明說明書(補件)/92/12/92125444 1226456 的波形2 1 1 0示於圖1 4。自圖1 4即可判定，若於熱透鏡效 果所形成之光路徑切換未完成之時間内將控制光熄滅，則 訊號光的波形成為鋸形的刃狀，振幅L會漸小。亦即，若 超過熱透鏡效果的應答速度，光路徑的切換不完全，訊號 光之一部份會不進行光路徑切換而直線前進。 為了測定本實施例1之光路徑切換裝置的耐久性，使訊 號光為連續光，另一方面，使控制光為頻率數1 k Η ζ、工作 比1 : 1之矩形波斷續光線而照射，比較光路徑切換之訊號 光的強度振幅大小。結果得知，即使連續經過1萬個小時， 訊號光之強度振幅亦不衰減。 為了驗證本實施例1之光路徑切換裝置的偏波依存性， 將1個偏光元件插入訊號光及控制光，將偏光角作各種變 化而進行實驗，確認其完全不具偏波依存性。 [實施例2 ] 顯示訊號光光束截面之光強度分布之一例的圖1 0，係對 應於圖3 Β及圖1 1 Β所示之光學配置的情況，並將焦點（集 光點）設定在接近圖2 Β所示之熱透鏡形成元件1的受光透 鏡4 1之位置6 (光的射出側），照射控制光時訊號光光束 截面的光強度分布。此情況下，中心部分的光強度較未照 射控制光之情況的中心部分光強度（圖8 )為強。此情況 中，訊號光光束截面之中心部的光強度係依存於控制光強 度及熱透鏡形成元件1與焦點6之位置關係，但仍達到控 制光未照射時的數倍。 因此，此情況中若設置設有孔穴的鏡子6 1，則大部份的 48 312/發明說明書(補件)/92/12/92125444 1226456 訊號光光束通過設有孔穴的鏡子之孔穴1 6 1。此處，若將 設有孔穴的鏡子6 1之孔穴1 6 1大小最適化（本實施例2 之情況為直徑2 mm )，則可使經由設有孔穴的鏡子6 1所反 射之訊號光實質上成為0。然而，即使將設有孔穴的鏡子 6 1之孔穴1 6 1大小最適化，在未照射控制光之情況（圖4A、 圖8 )，仍無法防止如圖1 1 A所示，訊號光中心部分自孔穴 1 6 1漏出而作為訊號光1 1 6通過之情形。亦即，本實施例2 之光路徑切換裝置中，於訊號光光束截面的光強度分布為 高斯分布或接近高斯分布之情況，一定會發生某種程度之 漏出的訊號光1 1 6 (串音）。 然而，藉由改變入射於熱透鏡形成元件之訊號光光束截 面的光強度分布，可使此種漏出的訊號光實質上成為〇。 亦即，如圖1所示，將自光纖1 0 0所射出之訊號光1 1 0以 調整透鏡30進行整形時，可容易地藉由改善透鏡的形狀 (例如利用圓錐形透鏡）或構造（組合凸透鏡與凹透鏡）， 而使訊號光光束截面的光強度分布相當於圖9的環狀分 布。以聚光透鏡3 1使具此種截面光強度分布的訊號光1 1 0 通過焦點位置6 (圖1 1 A )而收斂，以穿透熱透鏡形成元件 1後，若使受光透鏡4 1恢復為平行光線，則該光束截面的 光強度分布可成為相當於圖9的周邊部分強、中心部分實 質上為0的「環狀」，因此，在設置設有孔穴的鏡子6 1之 情況，可使通過該孔穴1 6 1之訊號光的漏出實質上消失。 訊號光光束截面的光強度分布成為此種「環狀」時，在如 圖4 B之照射控制光以過渡地形成熱透鏡6 0之情況下，訊 49 312/發明說明書(補件)/92/12/92125444 1226456 號光光束截面的光強度分布亦作為尖銳光束狀的直線前進 收斂射出訊號光11 1而通過設有孔穴的鏡子6 1之孔穴 16 1° 於圖1 1所例示之光學配置中，將其調整為控制光及訊 號光之焦點成為接近熱透鏡形成元件之射出側的位置6， 並進一步使訊號光光束截面的光強度分布成為環狀，可藉 以在控制光未照射之時，使訊號光由原來的進行方向轉換 9 0度，以切換光路徑的訊號光射出，又，於控制光照射時 則使訊號光直線前進。 為了測定本實施例2之光路徑切換裝置之光應答速度， 使訊號光為連續光，另一方面，使控制光為頻率數Η z到 1 0 0 k Η ζ、工作比1 : 1之矩形波斷續光線而照射，比較光路 徑切換之訊號光的強度振幅大小。結果，以1 Η ζ時訊號光 的強度振幅作為基準，到2kHz為止，強度振幅均未變化， 而進一步提高頻率之情況，強度振幅則緩緩衰減，至1 〇 k Η ζ 時減為一半。亦即，確認可以5 Ο 0微秒進行完全的光路徑 切換。相較於使用以電加熱器造成熱光學效果的光開關， 其為2倍以上之高速應答。 為了測定本實施例2之光路徑切換裝置的耐久性，使訊 號光為連續光，另一方面，使控制光為頻率數1 k Η ζ、工作 比1 ·· 1之矩形波斷續光線而照射，比較光路徑切換之訊號 光的強度振幅時間。結果得知，即使連續經過1萬個小時， 訊號光之強度振幅亦不衰減。 [實施例3 ] 50 312/發明說明書(補件)/92/12/92125444 1226456 將實施例1之設有孔穴的鏡子6 1的設置角度（相對於 訊號光1 1 0之光軸為4 5度）改變，將橢圓狀孔穴1 6 1之形 狀（長徑對於短徑之長度）最為設置角度之基準，利用三 角函數計算並決定，可自由改變相對於訊號光11 0的光軸 之光路徑切換角度，可於約5度至175度之範圍内自由改 變 。 又，將訊號光1 1 0的光軸作為旋轉軸，旋轉設有孔穴的 鏡子61的設置位置，以移動聚光透鏡71等之位置，亦可 藉此將相對於訊號光1 1 0光軸的光路較切換方向於0至 3 6 0度之範圍内自由改變。 [實施例4 ] 取代實施例1中，以鉑酞青蒸鍍膜作為光吸收層膜之熱 透鏡形成元件，使用以下記載之方法製成的熱透鏡形成元 件，其他則同實施例1，製作本實施例4之光路徑切換裝 置，並試驗其光路徑切換方法，可得到與實施例1情況相 同或以上之結果。 首先，將四胺銅酞青於濃鹽酸中予以二偶氮化，並於其 中加入甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯以及甲基丙烯酸 2 -經乙酯之單體混合物（莫耳比4 : 1 : 1 )，緩緩加熱，以 合成含有銅酞青之聚合體結合色素（總重量中，銅酞青部 分之重量約6 0 % )。將其溶解於2 - 丁酮中，除去酸及不溶解 物質後，於以經曝露於空氣中而降低活性度的礬土 （平均 粒徑約5 Ο μ m )為填充劑的管柱中，以2 - 丁酮為溶劑進行 純化。將此聚合體結合色素於二氯甲烷中與聚碳酸酯樹脂 51 312/發明說明書(補件)/92/12/92125444 1226456 混合，取得聚合體結合色素相對於樹脂之含有量為Ο . 5重 量％之混合物，並除去溶劑，粉碎成微粉末狀之後，於1 0 _ 4 P a 以下之高真空狀態下，自室溫緩緩昇溫至2 0 0 °C並進行脫 氣處理。 另一方面，於經由閘閥而連接於真空蒸鍍裝置之基板洗 淨用真空容器之内部，裝設2盞中心波長1 8 5 n m、輸出功 率5W之紫外線燈與2盞中心波長2 5 4nm、輸出功率5W之 紫外線燈，使之成為紫外線照射於基板表面之配置，將1 片以上作為基板（熱傳導層膜601及602)之玻璃板 (24mmx30mmx〇. 15mm)送入後，於真空容器内部充滿經於 大氣壓下通過可1 0 0 %捕集直徑0 . 0 5 μπι微粒子之氣體過濾 裝置的乾淨氮氣，將内部之環境清淨化，直至無法檢測出 懸浮粉塵（直徑0 · 1 μπι以上）及污染性氣體為止，再導入 經通過可1 0 0 %捕集直徑0 . 0 5 μιη微粒子之氣體過濾裝置的 氧氣，將氧濃度提昇至6 0 %以上後，將紫外線燈點亮並歷 時1小時，以進行基板表面的紫外線照射處理及臭氧處 理。以上之淨化處理結束後，將基板洗淨用真空容器内部 排氣至1 (Γ4 P a以下之高真空狀態後，將基板移送至同樣為 l(T4Pa以下之高真空狀態的真空熱壓裝置内。 於表面經淨化之上述2片玻璃板之間，放置上述之含銅 酞青之聚合體結合色素與聚碳酸酯之混合粉末，在1 〇_4Pa 以下之高真空狀態下，於2 5 0 °C進行熱壓加工後，冷卻至 室溫。 經由以上步驟，製成構造為玻璃（熱傳導層膜6 0 1，膜 52 312/發明說明書(補件)/92/12/92125444 1226456 厚150μπΐ) /含銅青之聚合體結合色素與聚碳酸酯之混合 物所形成之光吸收層膜兼熱透鏡形成層（膜厚2 5 μ Π1 )/玻 璃（熱傳導層膜601，膜厚150μηι)之熱透鏡形成元件。 為了測定本實施例4之光路徑切換裝置之光應答速度， 使訊號光為連續光，另一方面，使控制光經由音響光學元 件，作為頻率數Η ζ到1 0 0 k Η ζ、工作比1 : 1之矩形波斷續 光線而照射，比較光路徑切換之訊號光的強度振幅大小。 結果，以1 Η ζ時訊號光的強度振幅作為基準，到3 k Η ζ為止， 強度振幅均未變化，而進一步提高頻率之情況，強度振幅 則緩緩衰減，至1 2 k Η ζ時減為一半。亦即，確認可以3 3 3 微秒進行完全的光路徑切換。相較於使用以電加熱器造成 熱光學效果的光開關，其為3倍以上之高速應答。 為了測定本實施例4之光路徑切換裝置的耐久性，使訊 號光為連續光，另一方面，使控制光經由音響光學元件， 作為頻率數1 k Η ζ、工作比1 : 1之矩形波斷續光線而照射， 比較光路徑切換之訊號光的強度振幅大小。結果得知，即 使連續經過2萬個小時，訊號光之強度振幅亦不衰減。 (產業上之可利用性） 如以上詳細所說明，藉由本發明，可提供一種具充分實 用的應答速度之光路徑切換裝置及光路徑切換方法，其不 須使用電氣電路或機械的可動部分，耐久性高、不具偏波 依存性，並可自由設定光路徑切換角度及方向，且可在不 使訊號光的光強度衰減之情況下多重連結使用。 藉此，可提供隨著網際網路以及公司内·家庭内内部網 53 312/發明說明書(補件)/92/12/92125444 1226456 路之普及，為了因應網路通訊（n e t w 〇 r k ΐ r a f f i c )爆炸性 的增加之不經由電氣訊號之光路徑切換裝置（光開關），亦 即，可提供光-光直接切換。 【圖式簡單說明】 圖 1 係本發明實施例 1的光路徑切換裝置之概略構造 圖。 圖2A係表示未形成熱透鏡情況之光前進方式圖。 圖2B係表示未形成熱透鏡情況之光前進方式圖。 圖3A係表示未形成熱透鏡情況之光前進方式圖。 圖3B係表示未形成熱透鏡情況之光前進方式圖。 圖 4 A係表示本發明實施例1之光路徑切換原理之模型 圖。 圖 4B係表示本發明實施例 1之光路徑切換原理之模型 圖。 圖5係例示熱透鏡形成元件的構造例之剖面圖。 圖6係例示熱透鏡形成元件的構造例之剖面圖。 圖7係表示使用於訊號光束剖面光強度分布測定的狹縫 與光束之關係圖。 圖8係訊號光束剖面的光強度分布之示意圖。 圖9係訊號光束剖面的光強度分布之示意圖。 圖1 0係訊號光束剖面的光強度分布之示意圖。 圖Π A係表示本發明實施例2之光路徑切換原理之模型 圖。 圖1 1 B係表示本發明實施例2之光路徑切換原理之模型 54 312/發明說明書(補件)/92/12/92125444 1226456 圖。 圖 1 2係表示以聚光透鏡等收斂之高斯光束焦點附近的 狀態之模型圖。 圖1 3係以示波器觀察之控制光及訊號光波形之示意圖。 圖1 4係以示波器觀察之控制光及訊號光波形之示意圖。 圖 1 5係切換控制光之頻率與光路徑切換之訊號光強度 (振幅）的關係之示意圖。 (元件符號說明） 1 熱透鏡形成元件 2 熱透鏡形成元件 3 熱透鏡形成元件 5 位置 6 位置 11 光纖 12 光纖 13 光纖 2 1 控制光光源 2 2 控制光光源 2 3 控制光光源 3 0 調整透鏡 3 1 聚光透鏡 3 2 聚光透鏡 3 3 聚光透鏡 4 0 聚光透鏡 312/發明說明書(補件)/92/12/92125444 55

1226456 4 1 受 光 透 鏡 42 受 光 透 鏡 43 受 光 透 鏡 50 熱 透 鏡 5 1 分 色 鏡 52 分 色 鏡 53 分 色 鏡 60 熱 透 鏡 6 1 設 有 孔 穴 的 鏡 子 62 設 有 孔 穴 的 鏡 子 63 七rt δ又 有 孔 穴 的 鏡 子 71 聚 光 透 鏡 72 聚 光 透 鏡 73 聚 光 透 鏡 91 熱 傳 導 層 膜 92 光 吸 收 層 膜 93 熱 傳 導 層 膜 1 00 光 纖 10 1 光 纖 110 訊 號 光 111 訊 號 光 112 訊 號 光 113 訊 號 光 116 訊 號 光 312/發明說明書(補件)/92/12/92125444

56 1226456 117 出射光 12 1 控制光 1 22 控制光 1 23 控制光 16 1 孔穴 2 0 0 出射光 201 出射光 2 11 訊號光 2 12 訊號光 2 13 訊號光 3 0 0 波面 3 0 1 焦點 5 0 0 熱透鏡形成元件 501 熱傳導層膜 5 0 2 熱傳導層膜 5 0 3 光吸收層膜 5 0 4 光吸收層膜 5 0 5 熱透鏡形成層 5 0 6 光穿透層 5 0 7 折射率分布型透鏡 5 0 8 訊號光 5 0 9 控制光 6 0 0 熱透鏡形成元件 60 1 熱傳導層膜 57

312/發明說明書(補件)/92/12/921254糾 1226456 602 軌 傳 導 層 膜 603 光 吸 收 膜 604 光 吸 收 膜 605 熱 透 鏡 形 成 層 608 訊 號 光 609 控 制 光 6 10 聚 光 透 鏡 700 光 強 度 分 布 測定器 70 1 受 光 部 702 第 一 狹 縫 703 第 二 狹 縫 7 10 點 720 點 12 10 控 制 光 波 形 2 110 訊 號 光 波 形 di 光 束 直 徑 d 2 光 束 直 徑 d3 光 束 直 徑

312/發明說明書(補件)/92/12/92125444 58

Claims (1)

1226456 拾、申請專利範圍： 1 . 一種光路徑切換裝置，其具備有： 以至少使控制光焦點聚集的方式配置之光吸收層膜； 至少於上述光吸收層膜中，使波長為選自上述光吸收層 膜會吸收之波長帶區域的控制光與波長為選自上述光吸收 層膜不吸收之波長帶區域的訊號光分別收斂而照射之機 構； 包含上述光吸收層膜，並藉由根據因上述光吸收層膜吸 收上述控制光之區域以及其週邊區域所產生之溫度上升所 造成之可逆地發生之折射率的分布來使用熱透鏡，對應於 控制光照射之有無，將上述已收斂之訊號光以收斂狀態直 接射出，或將訊號光之開啟角度改變而射出之熱透鏡形成 元素；以及 具有孔穴及反射機構，並對應於上述控制光照射之有 無，使上述透鏡形成元件所射出之訊號光通過上述孔穴， 或經由上述反射機構而反射，藉以使光路徑變化之鏡子。 2 . —種光路徑切換裝置，其具備有： 以至少使控制光焦點聚集的方式配置之光吸收層膜； 至少於上述光吸收層膜中，使波長為選自上述光吸收層 膜會吸收之波長帶區域的控制光與波長為選自上述光吸收 層膜不吸收之波長帶區域的訊號光分別收斂而照射之機 構； 包含上述光吸收層膜，並藉由根據因上述光吸收層膜吸 收上述控制光之區域以及其週邊區域所產生之溫度上升所 59 312/發明說明書(補件)/92/12/92125444 1226456 造成之可逆地發生之折射率的分布來使用熱透鏡，在 光未照射而熱透鏡未形成之情況，使上述已收斂之訊 以平常的開啟角度擴散並射出，在控制光被照射而於 光吸收層膜入射面附近形成熱透鏡之情況，則使上述 斂之訊號光以大於平常開啟角度之開啟角度射出，以 對應於上述控制光之照射有無而射出的上述訊號光開 度之熱透鏡形成元件；以及 具有：在上述控制光未照射而未形成熱透鏡之情況 以平常的開啟角度自上述熱透鏡形成元件射出之上述 光直接通過或使透過受光透鏡改變開啟角度的訊號光 之孔穴，而在上述控制光被照射而於上述光吸收層膜 面附近形成熱透鏡之情況，則直接使以大於平常之開 度自上述熱透鏡形成元件擴散並射出的上述訊號光、 透過受光透鏡改變開啟角度的訊號光反射之反射機構 此所成之改變光路徑之鏡子。 3 . —種光路徑切換裝置，其具備： 以至少使控制光焦點聚集的方式配置之光吸收層膜 至少於上述光吸收層膜中，使波長為選自上述光吸 膜會吸收之波長帶區域的控制光與波長為選自上述光 層膜不吸收之波長帶區域的訊號光分別收斂而照射 構； 包含上述光吸收層膜，並藉由根據上述光吸收層膜 上述控制光之區域以及起因於其週邊區域所產生之溫 升而可逆地產生之屈折率的分布來使用熱透鏡，藉以 312/發明說明書(補件)/92/12/92125444 控制 號光 上述 已收 改變 啟角 ，使 訊號 通過 入射 啟角 或使 ，如 收層 吸收 之機 吸收 度上 在控 60 1226456 制光被照射而於上述光吸收層膜的出射面附近形成熱透鏡 之情況使上述已收斂訊號光保持收斂狀態地自上述熱透鏡 形成元件射出，於控制光未照射而未形成熱透鏡之情況則 以平常的開啟角度將上述已收斂訊號光自上述熱透鏡形成 元件射出，以改變對應於上述控制光照射的有無而射出的 上述訊號光之開啟角度之熱透鏡形成元件；以及 具有：在上述控制光被照射而於上述光吸收層膜出射面 附近形成熱透鏡之情況，使已收斂之自上述熱透鏡形成元 件射出的上述訊號光保持收斂狀態通過之孔穴，及在上述 控制光未照射而未形成熱透鏡之情況，直接使以平常開啟 角度自上述熱透鏡形成元件射出的上述訊號光、或使穿透 用以改變上述開啟角度而設置的受光透鏡之訊號光反射之 反射機構，如此所成之改變光路徑之鏡子。 4.如申請專利範圍第2項之光路徑切換裝置，其中，上 述熱透鏡形成元件係由層合膜形成。 5 .如申請專利範圍第3項之光路徑切換裝置，其中，上 述熱透鏡形成元件係由層合膜形成。 6 .如申請專利範圍第2項之光路徑切換裝置，其中，上 述光吸收層膜之膜厚不超過已收斂之上述控制光的共焦距 之2倍。 7 .如申請專利範圍第3項之光路徑切換裝置，其中，上 述光吸收層膜之膜厚不超過已收斂之上述控制光的共焦距 之2倍。 8 .如申請專利範圍第2項之光路徑切換裝置，其中，控 61 312/發明說明書(補件)/92/12/92125444 1226456 制上述光吸收層膜的光吸收成分濃度及/或包含於上述光 吸收層膜中之光吸收膜的膜厚，以使傳播上述熱透鏡形成 元件中的光吸收層膜之控制光的穿透率成為9 0 %至0 %，並 於上述控制光未照射之狀態下，使傳播上述熱透鏡形成元 件中的光吸收層膜之訊號光的穿透率成為1 0 %至1 0 0 %。 9 .如申請專利範圍第3項之光路徑切換裝置，其中，控 制上述光吸收層膜的光吸收成分濃度及/或包含於上述光 吸收層膜中之光吸收膜的膜厚，以使傳播上述熱透鏡形成 元件中的光吸收層膜之控制光的穿透率成為9 0 %至0 %，並 於上述控制光未照射之狀態下，使傳播上述熱透鏡形成元 件中的光吸收層膜之訊號光的穿透率成為1 0 %至1 0 0 %。 1 0 .如申請專利範圍第2項之光路徑切換裝置，其中， 上述光吸收層膜具有熱透鏡形成層； 上述熱透鏡形成層係由液晶形成；且 上述液晶係至少1種選自：各種膽固醇衍生物、4 ’ -正-丁氧基亞苄基-4-氰基苯胺、4’-正-六亞苄基-4 -氰基苯胺 等4’-烷氧基亞苄基-4-氰基苯胺類；4’ -乙氧基亞芊基ΙΕ -丁基 苯胺、 4’- 甲氧基 亞¥基 胺基偶 氮苯、 4_(4’_ 甲氧 基亞¥基）胺基雙酚、4- (4，-甲氧基亞苄基）胺基二苯乙 烯等4’-烷氧基亞芊基苯胺類；4，-氰基亞芊基-4 -正-丁氧 基氰苯胺、4’ -氰基亞苄基-4-正-六氧化苯胺等4’ -氰基亞 苄基-4 -烷氧基苯胺類；4 ’ -正-丁氧基羰基氧化亞窄基-4 -甲氧基苯胺酯、對-羰基苯基·正-戊基碳酸酯、正-七· 4 -(4，-乙氧基苯氧基羰基）苯基羰酸酯等碳酸酯類；4 -正- 62 312/發明說明書(補件)/92/12/92125444 1226456 丁基苯甲酸· 4’ -乙氧基苯酚酯、4-正-丁基苯甲酸· 4’-七氧基苯S分g旨、4 -正-庚基苯曱酸· 4’ -六氧基苯S分S旨等4-烷基苯曱酸· 4 ’ -烷氧基苯酚酯類；4 - 4 ’ -二-正-戊氧基雜 氮氧基苯、4, 4’-二-正-九氧基雜氮氧基苯等雜氮氧基苯衍 生物；4 -氰基- 4，-正-辛烷基雙酚、4 -氰基- 4’-正-十二烷 基雙酚等 4 -氰基-4 ’ -烷基雙酚等之液晶；以及（2 S , 3 S ) -3 -曱基-2 -氯化戊酸· 4 ’，4 -辛烷基氧基雙酚、4 ’ -（ 2曱 基丁基）雙酚-4 -碳酸· 4 -六氧基苯酚酯、4 ’ -辛烷基雙酚 -4 -碳酸· 4 - ( 2 -甲基丁基）苯酚酯等所組成之強鐵電性 (ferroelectric)液晶 ° 1 1 .如申請專利範圍第3項之光路徑切換裝置，其中， 上述光吸收層膜具有熱透鏡形成層； 上述熱透鏡形成層係由液晶形成；且 上述液晶係至少1種選自：各種膽固醇衍生物、4 ’ -正-丁氧基亞¥基-4-氰基苯胺、4’-正-六亞苄基-氰基苯胺 等4’-烷氧基亞苄基-4 -氰基苯胺類；4’ -乙氧基亞苄基-4 -正-丁基苯胺、4’-曱氧基亞¥基胺基偶氮苯、4- (4’ -曱氧 基亞苄基）胺基雙酚、4 - ( 4 ’ -甲氧基亞芊基）胺基二苯乙 烯等4’-烷氧基亞苄基苯胺類；4’ -氰基亞苄基-4-正-丁氧 基氰苯胺、4’ -氰基亞苄基-4-正-六氧化苯胺等4’-氰基亞 苄基-4-烷氧基苯胺類；4’ -正-丁氧基羰基氧化亞芊基-4-曱氧基苯胺酯、對-羰基苯基·正-戊基碳酸酯、正-七· 4 -(4 ’ -乙氧基苯氧基羰基）苯基羰酸酯等碳酸酯類；4 -正-丁基苯甲酸· 4’ -乙氧基苯酚酯、4 -正-丁基苯曱酸· 4’ - 63 312/發明說明書(補件)/92/12/92125444 1226456 七氧基苯酚酯、4-正-庚基苯曱酸· 4’ -六氧基苯酚酯等4-烷基苯甲酸· 4 ’ -烷氧基苯酚酯類；4 - 4 ’ -二-正-戊氧基雜 氮氧基苯、4, 4’-二-正-九氧基雜氮氧基苯等雜氮氧基苯衍 生物；4 -氰基- 4’-正-辛烷基雙酚、4 -氰基- 4’-正-十二烷 基雙酚等 4 -氰基-4 烷基雙酚等之液晶；以及（2 S，3 S ) -3 -甲基-2 -氯化戊酸· 4 ’，4 ” -辛烷基氧基雙酚、4 ’ - ( 2甲 基丁基）雙酚-4 -碳酸· 4 -六氧基苯酚酯、4 5 -辛烷基雙酚 - 4 -碳酸· 4 - ( 2 -曱基丁基）苯酚酯等所組成之強鐵電性液 晶。 1 2 .如申請專利範圍第2項之光路徑切換裝置，其中， 上述照射之機構控制上述訊號光與控制光的光束截面 積形狀及大小，以使焦點附近成為光子密度最高之區域， 並使光束半腰寬中上述訊號光的光束截面積不超過光束半 腰寬中上述控制光的光束截面積。 1 3 .如申請專利範圍第3項之光路徑切換裝置，其中， 上述照射之機構控制上述訊號光與控制光的光束截面 積形狀及大小，以使焦點附近成為光子密度最高之區域’ 並使光束半腰寬中上述訊號光的光束戴面積不超過光束半 腰寬中上述控制光的光束截面積。 1 4 .如申請專利範圍第 2項之光路徑切換裝置’其中， 分別使上述訊號光與控制光收斂而照射之機構係聚光透 鏡；而上述受光透鏡之開口數係上述聚光透鏡開口數之 2 倍以上。 1 5 .如申請專利範圍第 3項之光路徑切換裝置，其中， 64 312/發明說明書(補件)/92/12/92125444 1226456 分別使上述訊號光與控制光收斂而照射之機構係聚光透 鏡；而上述受光透鏡之開口數係上述聚光透鏡開口數之 2 倍以上。 1 6 . —種光路徑切換方法，其特徵為， 於至少包含光吸收層膜之熱透鏡形成元件中的光吸收 層膜内，分別使波長為選自上述光吸收層膜會吸收的波長 區域之控制光以及波長為選自上述光吸收層膜不吸收的波 長區域之訊號光收斂而照射，並至少將上述控制光調整為 於上述光吸收層膜内聚集焦點；根據上述光吸收層膜吸收 上述控制光之區域以及起因於其週邊區域所產生之溫度上 升而可逆地產生之屈折率的分布來使用熱透鏡，藉以對應 控制光照射之有無，使上述已收斂之訊號光保持收斂狀態 地自上述熱透鏡形成元件射出，或使訊號光之開啟角度可 變4匕而射出； 使用具有反射面之設有孔穴的鏡子，對應於上述控制光 照射的有無，使自上述熱透鏡形成元件射出之訊號光通過 上述孔穴後直線前進，或以反射面反射，藉以改變光路徑。 1 7 . —種光路徑切換方法，其特徵為， 於至少包含光吸收層膜之熱透鏡形成元件中的光吸收 層膜内，分別使波長為選自上述光吸收層膜會吸收的波長 區域之控制光以及波長為選自上述光吸收層膜不吸收的波 長區域之訊號光收斂而照射，並至少將上述控制光調整為 於上述光吸收層膜内聚集焦點；根據上述光吸收層膜吸收 上述控制光之區域以及起因於其週邊區域所產生之溫度上 65 312/發明說明書(補件)/92/12/92125444 1226456 升而可逆地產生之屈折率的分布來使用熱透鏡，藉以在控 制光未照射而不在上述光吸收層膜入射面附近形成熱透鏡 之情況使上述已收斂之訊號光以平常的開啟角度自上述熱 透鏡形成元件射出，在控制光被照射而形成熱透鏡的情況 則使上述已收斂之訊號光以大於平常開啟角度的開啟角度 自上述熱透鏡形成元件射出，以對應於上述控制光照射的 有無改變所設出的上述訊號光之開啟角度； 在控制光未照射而不形成熱透鏡之情況，直接使以平常 的開啟角度自上述熱透鏡形成元件射出的上述訊號光、或 使透過受光透鏡而改變開啟角度之訊號光通過設有孔穴之 鏡子的孔穴而直線前進； 另一方面，在控制光被照射而於上述光吸收層膜之入射 面附近形成熱透鏡之情況，直接使以大於平常開啟角度自 上述熱透鏡形成元件擴散並射出之上述訊號光、或使透過 受光透鏡改變開啟角度的訊號光，利用上述設有孔穴之鏡 子的反射面而反射，藉以改變光路徑。 1 8 . —種光路徑切換方法，其特徵為， 於至少包含光吸收層膜之熱透鏡形成元件中的光吸收 層膜内，分別使波長為選自上述光吸收層膜會吸收的波長 區域之控制光以及波長為選自上述光吸收層膜不吸收的波 長區域之訊號光收斂而照射，並至少將上述控制光調整為 於上述光吸收層膜内聚集焦點；根據上述光吸收層膜吸收 上述控制光之區域以及起因於其週邊區域所產生之溫度上 升而可逆地產生之屈折率的分布來使用熱透鏡，藉以在控 66 312/發明說明書(補件)/92/12/92125444 1226456 制光被照射而於上述光吸收層膜的出射面附近形成熱透鏡 之情況使上述已收斂訊號光保持收斂狀態地自上述熱透鏡 形成元件射出，於控制光未照射而未形成熱透鏡之情況則 以平常的開啟角度將上述已收斂訊號光自上述熱透鏡形成 元件射出，以改變對應於上述控制光照射的有無而射出的 上述訊號光之開啟角度； 在控制光被照射而於上述光吸收層膜的射出面附近形 成熱透鏡之情況，直接以收斂之狀態使自上述熱透鏡形成 元件射出之上述已收斂訊號光通過設有孔六的鏡子之孔穴 而直線前進； 另一方面，在控制光未照射而未形成熱透鏡之情況，則 直接使以平常的開啟角度自上述熱透鏡形成元件射出的上 述訊號光、或透過受光透鏡而改變開啟角度的訊號光，利 用上述設有孔穴的鏡子之反射面反射，以改變光路徑。 1 9 .如申請專利範圍第1 7項之光路徑切換方法，其中， 上述熱透鏡形成元件係由層合膜形成。 2 0 .如申請專利範圍第1 8項之光路徑切換方法，其中， 上述熱透鏡形成元件係由層合膜形成。 2 1 .如申請專利範圍第1 7項之光路徑切換方法，其中， 上述光吸收層膜之膜厚不超過已收斂之上述控制光的共焦 距之2倍。 2 2 .如申請專利範圍第1 8項之光路徑切換方法，其中， 上述光吸收層膜之膜厚不超過已收斂之上述控制光的共焦 距之2倍。 67 312/發明說明書(補件)/92/12/92125444 1226456 2 3 .如申請專利範圍第1 7項之光路徑切換方法，其中， 控制上述光吸收層膜的光吸收成分濃度及/或包含於上述 光吸收層膜中之光吸收膜的膜厚，以使傳播上述熱透鏡形 成元件中的光吸收層膜之控制光的穿透率成為9 0 %至0 %， 並於上述控制光未照射之狀態下，使傳播上述熱透鏡形成 元件中的光吸收層膜之訊號光的穿透率成為1 0 %至1 0 0 %。 2 4.如申請專利範圍第1 8項之光路徑切換方法，其中， 控制上述光吸收層膜的光吸收成分濃度及/或包含於上述 光吸收層膜中之光吸收膜的膜厚，以使傳播上述熱透鏡形 成元件中的光吸收層膜之控制光的穿透率成為9 0 %至0 °/〇， 並於上述控制光未照射之狀態下，使傳播上述熱透鏡形成 元件中的光吸收層膜之訊號光的穿透率成為1 0 %至1 0 0 %。 2 5 .如申請專利範圍第1 7項之光路徑切換方法，其中， 上述光吸收層膜具有熱透鏡形成層； 上述熱透鏡形成層係由液晶形成；且 上述液晶係至少1種選自··各種膽固醇衍生物、4 ’ -正-丁氧基亞苄基-4 -氰基苯胺、4’-正-六亞芊基氰基苯胺 等4’-烷氧基亞苄基-4-氰基苯胺類；4’ -乙氧基亞芊基-4-正-丁基苯胺、4’-曱氧基亞苄基胺基偶氮苯、4-(4’ -甲氧 基亞苄基）胺基雙酚、4-(4’-曱氧基亞芊基）胺基二苯乙 烯等4’-烷氧基亞苄基苯胺類；4’ -氰基亞苄基-4-正-丁氧 基氰苯胺、4’ -氰基亞芊基-4 -正-六氧化苯胺等4’ -氰基亞 苄基-4-烷氧基苯胺類；4’-正-丁氧基羰基氧化亞苄基-4-甲氧基苯胺酯、對-羰基苯基·正-戊基碳酸酯、正-七· 4- 312/發明說明書(補件)/92/12/92125444 68 1226456 (4 ’ -乙氧基苯氧基羰基）苯基羰酸酯等碳酸酯類；4 -正-丁基苯曱酸· 4’ -乙氧基苯酚酯、4 -正-丁基苯曱酸· 4’-七氧基苯酚酯、4 -正-庚基苯甲酸· 4’ -六氧基苯酚酯等4-烷基苯甲酸· 4 ’ -烷氧基苯酚酯類；4 - 4 ’ -二-正-戊氧基雜 氮氧基苯、4, 4’-二-正-九氧基雜氮氧基苯等雜氮氧基苯衍 生物；4 -氰基- 4’-正-辛烷基雙酚、4 -氰基- 4’-正-十二烷 基雙酚等 4 -氰基-4，-烷基雙酚等之液晶；以及（2 S，3 S ) -3 -曱基-2-氯化戊酸· 4’，4” -辛烷基氧基雙酚、4’-（2曱 基丁基）雙酚-4 -碳酸_ 4 -六氧基苯酚酯、4 ’ -辛烷基雙酚 -4 -碳酸· 4 - ( 2 -曱基丁基）苯酚酯等所組成之強鐵電性液 晶。 2 6 .如申請專利範圍第1 8項之光路徑切換方法，其中， 上述光吸收層膜具有熱透鏡形成層； 上述熱透鏡形成層係由液晶形成，且 上述液晶係至少1種選自：各種膽固醇衍生物、4 ’ -正-丁氧基亞芊基-4-氰基苯胺、4’ -正-六亞芊基-4-氰基苯胺 等4’-烷氧基亞苄基-4-氰基苯胺類；4’ -乙氧基亞苄基-4 -正-丁基苯胺、4’-曱氧基亞苄基胺基偶氮苯、4-(4’_曱氧 基亞苄基）胺基雙S分、4-(4’ -曱氧基亞苄基）胺基二苯乙 烯等4’ -烷氧基亞苄基苯胺類；4’-氰基亞苄基-4-正-丁氧 基氰苯胺、4’ -氰基亞苄基-4-正-六氧化苯胺等4’ -氰基亞 苄基-4 -烷氧基苯胺類；4 ’ -正-丁氧基羰基氧化亞苄基_ 4 -曱氧基苯胺酯、對-羰基苯基·正-戊基碳酸酯、正-七· 4-(4 ’ -乙氧基苯氧基羰基）苯基羰酸酯等碳酸酯類；4 -正- 69 312/發明說明書(補件)/92/12/92125444 1226456 丁基苯曱酸· 4’ -乙氧基苯酚酯、4 -正-丁基苯甲酸· 4’ -七氧基苯酚酯、4 -正-庚基苯甲酸· 4’ -六氧基苯酚酯等4-烷基苯曱酸· 4 ’ -烷氧基苯酚酯類；4 - 4 ’ -二-正-戊氧基雜 氮氧基苯、4, 4’-二-正-九氧基雜氮氧基苯等雜氮氧基苯衍 生物；4 -氰基- 4’-正-辛烷基雙酚、4 -氰基- 4，-正-十二烷 基雙酚等 4 -氰基-4 ’ -烷基雙酚等之液晶；以及（2 S，3 S ) -3 -曱基-2 -氣化戊酸· 4 ’，4 ” -辛烷基氧基雙酚、4 ’ - ( 2曱 基丁基）雙酚-4 -碳酸· 4 -六氧基苯酚酯、4 ’ -辛烷基雙酚 -4 -碳酸· 4 - ( 2 -曱基丁基）苯酚酯等所組成之強鐵電性液 晶。 2 7 .如申請專利範圍第1 7項之光路徑切換方法，其中， 上述照射之機構控制上述訊號光與控制光的光束截面 積形狀及大小，以使焦點附近成為光子密度最高之區域， 並使光束半腰寬中上述訊號光的光束截面積不超過光束半 腰寬中上述控制光的光束截面積。 2 8.如申請專利範圍第1 8項之光路徑切換方法，其中， 上述照射之機構控制上述訊號光與控制光的光束截面 積形狀及大小，以使焦點附近成為光子密度最高之區域， 並使光束半腰寬中上述訊號光的光束截面積不超過光束半 腰寬中上述控制光的光束截面積。 2 9.如申請專利範圍第1 7項之光路徑切換方法，其中， 分別使上述訊號光與控制光收斂而照射之機構係聚光透 鏡；而上述受光透鏡之開口數係上述聚光透鏡開口數之 2 倍以上。 70 312/發明說明書(補件)/92/12/92125444 1226456 3 〇 .如申請專利範圍第1 8項之光路徑切換方法，其中， 分別使上述訊號光與控制光收斂而照射之機構係聚光透 鏡；而上述受光透鏡之開口數係上述聚光透鏡開口數之 2 倍以上。

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