DE69223885T2

DE69223885T2 - Optischer Schalter

Info

Publication number: DE69223885T2
Application number: DE69223885T
Authority: DE
Inventors: Toshifumi Hosoya; Yuji Kobayashi; Yasuo Matsuda; Tsuyoshi Nonaka
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1991-09-12
Filing date: 1992-09-10
Publication date: 1998-04-30
Anticipated expiration: 2012-09-11
Also published as: EP0532014B1; EP0532014A2; JPH05196973A; DE69223885D1; EP0532014A3; US5432873A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

(Gebiet der Erfindung)
Die vorliegende Erfindung betrifft einen optischen Schalter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
(Beschreibung des Standes der Technik)
Es sind verschiedene optische Schalter eines optischen Wellenleitertyps bekannt. In einem der Schalter werden optische Wellenleiter auf einem elektrooptischen Kristall wie LiNbO&sub3; gebildet. In einem anderen Schalter werden die optischen Wellenleiter und Elektroden auf einem Halbleitersubstrat wie GaAs gebildet, und der Brechungsindex eines Teils der optischen Wellenleiter wird durch Anwendung einer Spannung auf den Teil verändert unter Einspeisung eines elektrischen Stroms in den Teil oder etwas ähnliches, um einen optischen Weg zu schalten.
Für diese optischen Schalter des optischen Wellenleitertyps war ein wie in Fig. 11 gezeigter Aufbau bekannt, der auf Seite 92 von "The Research And Study Report I", der optische Funktionsvorrichtungen betrifft und durch "The Japanese Electronic Industry Development Association" 1988 veröffentlicht wurde (nachfolgend als "Dokument 1" bezeichnet), beschrieben ist. Insbesondere werden optische Schalter eines optischen Direktionalkopplertyps und optische Schalter eines Typs mit internen Totalreflexion zum Zwecke der praktischen Verwendung in großem Umfang erforscht.
In einem typischen Beispiel des optischen Schalters des Typs mit interner Totalreflexion wird ein n-Typ-Halbleiter in X-Kreuzungsteilen von optischen Wellenleitern, wie sie in Fig. 12 gezeigt sind, eingebettet, und der Brechungsindex der Kreuzungsteile wird durch eine elektrische Feldmodulation erhöht, um das Schalten der internen Totareflexion durchzuführen, wie auf Seite 96 von Dokument 1 beschrieben ist.
Ein optischer Schalter des Typs mit interner Totalreflexion, der alle Merkmale des Oberbegriffs des Anspruchs 1 zeigt, ist aus den Japanischen Patentzusammenfassungen, 20. April 1989, Nr. 64-2 020, bekannt.
Andererseits war als ein optischer Schalter unter Verwendung eines photochromen Materials ein herkömmlicher optischer Schalter eines Ein-/Aus-Typs bekannt, der die Veränderung in der Absorptionswirkung des photochromen Materials verwendet. Daneben wurde kürzlich ein optischer Schalter unter Verwendung der Veränderung im Brechungsindex unter dem photochromen Effekt des photochromen Materials verwendet. Ein photochromer optischer Schalter unter Verwendung eines optischen Faserkopplers wurde in "The Summaries C- 292 of The Lectures at the Spring Convention" (nachfolgend als "Dokument 2" bezeichnet) von "The Institute of Electronics, Information & Communication Engineers" in Japan im Jahre 1991 und in der EP-A-0 433 901 vorgeschlagen, und weist eine wie in Fig. 13 gezeigte Bauart auf. Fig. 14 zeigt eine Schnittansicht des Kopplungsteils des in Fig. 13 gezeigten Schalters. Der Schalter der Figuren 13 und 14 enthält eine Schaltlichtquelle 1, einen Filter 2, den Kopp- lungsbereich 3, in dem optische Fasern miteinander durch Verschmelzen verbunden sind, und eine Deckschicht 5, die photochromes Material 14 enthält.
Da der Schalter des Typs mit interner Totaireflexion, der in Fig. 12 gezeigt und in Dokument 1 beschrieben ist, ein Verfahren des Herstellens von Kernen in einem Halbleitersubstrat aus InP, GaAs oder ähnlichem, und des Einbettens anderer Halbleiter in das Substrat oder ähnlichem erfordert, kostet es viel Zeit und Umstände, einen solchen Schalter herzustellen, und die Kosten dafür sind sehr hoch. Da Halbleiter einen hohen Brechungsindex aufweisen, ist der Kopplungsverlust aufgrund der Grenzflächenreflexion hoch, wenn sie mit optischen Wellenleitern oder optischen Fasern aus Quarz verbunden sind.
Andererseits ist der in Fig. 13 gezeigte und in Dokument 2 beschriebene photochrome optische Schalter einfach herzustellen und vorteilhaft in der Verbindung mit optischen Fasern. Da jedoch zwei optische Fasern miteinander durch Verschmelzen im Kopplungsteil 3 gekoppelt werden, wie in Fig. 14 gezeigt ist, ist der Koppungsteil mit der Deckschicht 5 überzogen, die aus einem im Brechungsindex veränderlichen Verbundstoff hergestellt ist, welcher das photochrome Material 14 enthält, um den durch die Veränderung des Brechungsindex im Kopplungsbereich hervorgerufenen Schalteffekt auszunützen.
Es ist jedoch das Gebiet des Kopplungsbereichs 3 zwischen den zwei optischen Wellenitern, durch das der größte Teil des optischen Schaltlichts für das Schalten hindurchtritt. Da das photochrome Material 14 nicht in dem Gebiet in dem Schalter, das die miteinander durch Verschmelzen gekoppelten optischen Fasern aufweist, vorgesehen werden kann, kann der Schalter nicht ausreichend geschaltet werden, wenn nicht die Dicke des im Brechungsindex veränderlichen Verbundmaterials 5 im Minimum 10 µm oder mehr ist. Da jedoch das photochrome Material 14 eine starke Absorptionswirkung an oder in der Nähe der Wellenlänge des Schaltlichts für die photochrome Reaktion aufweist, ist es prinzipiell weniger wahrscheinlich, daß das Licht tiefer in den Schalter eindringt, wenn die Konzentration des Materials oder die Dicke der Schicht 5 erhöht wird. Aus diesem Grund muß für das Schalten sehr starkes Schaltlicht verwendet werden.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung wurde zum Lösen der oben beschriebenen Probleme geschaffen.
Dementsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen optischen Schalter zu schaffen, der durch eine kleine Menge an Schaltlicht schaltbar ist.
Die obige Aufgabe wurde durch Vorsehung eines optischen Schalters mit den wie in Anspruch 1 dargelegten Merkmalen gelöst.
Es ist bevorzugt, daß sich der Verbundstoff, der das photochrome Material enthält, in jedem der optischen Schalter im Brechungsindex um 5 × 10&supmin;&sup4; oder mehr in dem Bereich der Wellenlänge des Übertragungslichts ändern kann, und kaum Licht in diesem Bereich absorbiert. Es ist weiter bevorzugt, daß der Verbundstoff ein hochmolekularer Stoff ist, der das darin verteilte photochrome Material enthält.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine Strukturskizze des optischen Schalters gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ist eine Schnittansicht des in Fig. 1 gezeigten Schalters;
Fig. 3 ist eine Strukturskizze eines optischen Schalters mit Einschichtaufbau;
Fig. 4 ist eine Schnittansicht des in Fig. 3 gezeigten Schalters;
Fig. 5 ist eine Strukturskizze eines zu dem nach Fig. 3 ähnlichen optischen Schalters;
Fig. 6 ist eine Schnittansicht des in der Fig. 5 gezeigten Schalters;
Fig. 7 ist eine Strukturansicht eines optischen Schalters eines Kreuzungstyps;
Fig. 8 ist eine Schnittansicht des in der Fig. 7 gezeigten Schalters;
Fig. 9 ist eine Strukturskizze eines weiteren optischen Schalters eines Kreuzungstyps;
Fig. 10 ist eine Schnittansicht des in Fig. 9 gezeigten Schalters;
Fig. 11 ist eine durch Zeichnungen erläuterte Tabelle, die das Prinzip, den grundlegenden Aufbau und die Verwendung von optischen Modulatoren und optischen Schaltern veranschaulicht;
Fig. 12 ist eine Strukturskizze eines herkömmlichen optischen Schalters oder Modulators des Galnaspilnp-Potentialtopf-Kreuzungstyps;
Fig. 13 ist eine äußere Ansicht eines herkömmlichen photochromen optischen Schalters;
Fig. 14 ist eine Schnittansicht des in Fig. 13 gezeigten Schalters;
Fig. 15 ist eine Schnittansicht des herkömmlichen photochromen optischen Schalters zum Vergleich mit den Ausführungsformen

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Die optischen Schalter gemäß den Ausührungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend in bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 zeigt einen optischen Schalter gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der optische Schalter enthält ein Substrat 6, eine Dünnfilmschicht 7, die eine Deck- bzw. Mantelschicht bildet, einen ersten optischen Wellenleiter 5, der einen in der Dünnfilmschicht 7 enthaltenen Kern bildet, eine Deckschicht 9, die ein photochromes Material 14 enthält, eine Dünnfilmschicht 10, einen zweiten optischen Wellenleiter 11, der einen Kern bildet und in der Dünnfilmschicht 10 enthalten ist, und eine Schaltlichtquelle 13 für den Photochrombetrieb. Die ersten und zweiten optischen Wellenleiter 8 und 11 bilden jeweilige Kopplungsbereiche 12. In dieser Beschreibung bedeutet der Begriff "Verjüngungsteile" Teile der zwei optischen Wellenleiter, an denen die beiden optischen Wellenleiter sich allmählich weiter voneinander entfernen, und die zu beiden Seiten der optischen Wellenleiter bestehen.
Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht des optischen Schalters nach Fig. 1. Wie man aus Fig. 2 sieht, kann er sehr effizient geschaltet werden, da das photochrome Material 14 zwischen den Kopplungsteilen 12 der optischen Wellenleiter 8 und 11 angeordnet ist. Aus diesem Grund kann die Konzentration des photochromen Materials 14 und die Dicke der Deckschicht 9, die das photochrome Material 14 enthält, verringert werden, was es möglich macht, das Schalten sogar durch eine kleine Menge an Schaltlicht durchzuführen.
Fig. 3 zeigt einen optischen Schalter eines Einschichtaufbaus. Der optische Schalter enthält ein Substrat 6, eine Zwischenschicht 26, die ein photochromes Material 14 enthält, eine Dünnfilmschicht 27, die einen ersten optischen Wellenleiter (Kern) 8 und einen zweiten optischen Wellenleiter (Kern) 11 enthält, und eine Schaltlichtquelle 13. Bezugszeichen 12 bezeichnet einen Kopplungsteil für die beiden optischen Wellen leiter 8 und 11.
Fig. 4 zeigt eine Schnittansicht eines optischen Schalters nach Fig. 3. Wie aus Fig. 4 offensichtlich ist, kann er sehr effizient geschaltet werden, da das photochrome Material 14 zwischen den beiden optischen Wellenleitern 8 und 11 angeordnet ist. Da jedoch die Dünnfilmschicht 27, die die optischen Wellenleiter 8 und 11 enthält, einen Einchnitt aufweist und die Zwischenschicht 26, die das photochrome Material 14 enthält, dann in den Einschnitt eingebettet ist zur Bildung der das photochrome Material 14 enthaltenden Zwischenschicht 26 innerhalb der Dünnfilmschicht 27, ist der Herstellungsprozeß des Schalters komplizierter.
Wenn eine solche Herstellung weniger kompliziert sein soll, wird eine Deckschicht, die das photochrome Material enthält, vorzugsweise zwischen den zwei optischen Wellenleitern in der Form eines Sandwich angeordnet, wie in Fig. 1 gezeigt ist. Da bei diesem Herstellungsverfahren die Deckschicht, die das photochrome Material enthält, nicht durch das Einschneiden einer Dünnfilmschicht, die die optischen Wellenleiter enthält, hergestellt wird, sondern lediglich durch Übereinanderschichten, ist die Herstellung stark vereinfacht.
Fig. 5 zeigt einen optischen Schalter ebenfalls aus einem Einschichtaufbau. Der optische Schalter enthält ein Substrat 6, eine Dünnfilmschicht 21 mit einem photochromen Material 14, zwei optische Wellenleiter 8 und 11, die in der Dünnfilmschicht 21 enthaltene Kerne aufweisen, Fotomaskierungsschichten 24, durch die das Licht nicht durchtreten kann, einen zwischen den Fotomaskierungsschichten 24 vorgesehenen Schlitz 25, der auf der Oberseite des Kopplungsteils 12 der Dünnfilmschicht 21 gelegen ist, und eine Schaltlichtquelle 13. Obwohl sich in dieser Ausführungsform die optischen Wellenleiter 8 und 11 auf einer gleichen Ebene wie auch bei dem in Fig. 3 gezeigten Schalter befinden, können die Schalter einfach hergestellt werden. Wie in den Figuren 5 und 6 gezeigt ist, wird dabei zuerst die Dünnfilmschicht 21, die darin die optischen Wellenleiter 8 und 11 mit dem Kopplungsteil 12 und den Verjüngungsteilen enthält, auf dem Substrat 6 gebildet und das photochrome Material 14 ist vorher bereits in der gesamten Dünnfilmschicht 21, die die optischen Wellenleiter 8 und 11 enthält, enthalten. Dann werden die Fotomaskierungsschichten 24 auf der Oberseite der Dünnfilmschicht 21 derart gebildet, daß der Schlitz 25 zwischen den Fotomaskierungsschichten 24 vorgesehen ist, um das Schaltlicht von der Lichtquelle 13 an den Kopplungsteil 12 nur zwischen den optischen Wellenleitern 8 und 11 durch den Schlitz 25 hindurch zu übertragen. Mit einem solchen Herstellungsverfahren wird in dem Schalter nahezu der gleiche Schaltbetrieb wie in dem Schalter nach Fig. 3 ermöglicht, ohne daß ein Herstellungsverfahren mit einem Einschneiden der Dünnfilmschicht 21 und einer anschließenden Einbettung des photochromen Materials 14 in dem Einschnittbereich verwendet wird.
Fig. 7 zeigt einen optischen Schalter eines Kreuzungstyps, der ein Substrat 6, einen ersten optischen Wellenleiter 22 mit einem Kern, einen zweiten optischen Wellenleiter 23 mit einem Kern, eine Zwischenschicht 26, die ein photochromes Material 14 enthält, eine Dünnfilmschicht 27, die die sich miteinander schneidenden ersten und zweiten optischen Wellenleiter 22 und 23 enthält, und eine optische Lichtquelle 13 enthält. Das photochrome Material 14 ist in die Kreuzung der optischen Wellenleiter 22 und 23 eingebettet. Da das photochrome Material 14 zwischen den optischen Wellenleitern 22 und 23 angeordnet ist, wie in Fig. 8 gezeigt ist, kann sehr effizient geschaltet werden. Aus diesem Grund kann die Konzentration des photochromen Materials 14 und die Dicke der Dünnfilmschicht 27 kleiner ausgebildet werden als in dem herkömmlichen optischen Schalter, der in Fig. 13 gezeigt ist. Als Folge davon kann das Schalten durch eine kleinere Menge an Schaltlicht durchgeführt werden.
Da in diesem optischen Schalter die Dünnfilmschicht 27, die die optischen Wellenleiter 22 und 23 enthält, eingeschnitten wird und die Zwischenschicht 26, die das photochrome Material 14 enthält, dann in dem als Folge des Einschneidens belassenen Raum vorgesehen wird, um die das photochrome Material enthaltende Zwischenschicht in der Dünnfilmschicht, die die optischen Wellenleiter enthält, zu bilden, ist die Herstellung des Schalters komplizierter.
Ein optischer Schalter, der von der gleichen Art ist wie der nach den Figuren 7 und 8 und der eine solche Herstellung weniger kompliziert macht, ist in den Figuren 9 und 10 gezeigt. Der Schalter enthält ein Substrat 6, eine Dünnfilmschicht 21, die ein photochromes Material 14 enthält, einen ersten optischen Wellenleiter mit einem Kern, der in der Dünnfilmschicht 21 enthalten ist, einen zweiten optischen Wellenleiter mit einem Kern, der in der Schicht 21 enthalten ist, Photomaskierungsschichten 24, durch die Licht nicht hindurch treten kann, einen zwischen den Photomaskierungsschichten vorgesehenen Schlitz 25, der auf der Oberseite der Kreuzung der optischen Wellenleiter 22 und 23 gelegen ist, und eine Schaltlichtquelle 13. Bei der Herstellung des derart aufgebauten optischen Schalters ist das photochrome Material 14 vorher bereits in der gesamten Dünnfilmschicht 21 enthalten, die die optischen Wellenleiter 22 und 23 enthält, und die Photomaskierungsschichten 24 werden dann auf der Oberseite der Dünnfilmschicht 21 derart ausgebildet, daß das Schaltlicht von der Lichtquelle 13 zu der Dünnfilmschicht 21 nur bei der Kreuzung der optischen Wellenleiter 22 und 23 durch den Schlitz 25 übertragen werden kann. Als Folge davon wird in dem Schalter nahezu der gleiche Schaltbetrieb wie in dem optischen Schalter der Fig. 7 ermöglicht, ohne daß das Herstellungsverfahren mit einem Einschneiden der Dünnfilmschicht 21 und einem anschließenden Einbetten des photochromen Materials in dem Einschnittbereich verwendet wird.
Es ist bevorzugt, daß das in dem optischen Schalter nach der vorliegenden Erfindung verwendete photochrome Material weniger Licht in dem Bereich der Übertragungswellenlänge, die von der eines optischen Schalters des Ein-/Aus- Typs unterschiedlich ist, absorbiert. Dies hat seinen Grund darin, daß sich ein Übertragungsverlust aufgrund der Absorption erhöht. Es ist zudem bevorzugt, daß die Transmission des flbertragungslichts durch die Deckschicht, die das photochrome Material enthält, in jedem der optischen Schalter der vorliegenden Erfindung 70 % oder mehr für die allgemeine Verwendung des Schalters beträgt. Es ist ideal, daß die Transmission 95 % oder mehr für die Verwendung beträgt. Wenn die Transmission weniger als 70 % ist, wird das durch den Schalter übertragene Übertragungslicht stark gedämpft, was es wahrscheinlich macht, daß Probleme in der praktischen Verwendung des Schalters hervorgerufen werden.
Die Wellenlänge des Übertragungslichts ist im allgemeinen das Band von 0,85 µm, 1,30 µm oder 1,55 µm.
Die Veränderung An im Brechungsindex der Deckschicht, die das in der vorliegenden Erfindung verwendete photochrome Material enthält, wird vorzugsweise zu 5 × 10&supmin;&sup4; im Minimum ausgewält, und insbesondere zu 1 × 10&supmin;³ in dem Bereich der Wellenlänge des Übertragungslichts, um ein geeignetes Schalten zu erreichen. Es können alle Arten von photochromen Materialien in dem optischen Schalter nach der vorliegenden Erfindung verwendet werden, solange sie die oben erwähnten Bedingungen erfüllen. Beispielsweise ist das photochrome Material eine Ableitung von Fulgid, Anthracen, Azobenzen, Hydrazen, Oxazon, Diarylethylen, Salicylaldehyd, Spirpyran, Bumidazolyl und Cyclophan.
Zudem ist die Verbundschicht, die das photochrome Material enthält und die in dem optischen Schalter nach der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, aus Polymethylmethacrylat, Polystyren, Acrylfluoridharz, Urethanacrylatharz, Polyvinylfluorid, Siliconharz und Siliconharz eines Leitertyps hergestellt.
Weiter ist in dem optischen Schalter nach der vorliegenden Erfindung die Konzentration des photochromen Materials in der Verbundschicht im allgemeinen 5 bis 50 Gewichtsprozent. Es ist bevorzugt, daß die Dicke der Verbundschicht in der Richtung der Übertragung des Schaltlichts in dem optischen Schalter 10 µm oder weniger beträgt. Wenn die Dicke mehr als 10 µm beträgt, dauert es zu lange, den Schaltbetrieb durchzuführen. Es ist zudem bevorzugt, daß die Dicke der Verbundschicht, die die beiden optischen Wellenleiter nach Sandwichart umgib, 2 µm oder mehr ist. Wenn die Dicke weniger als 2 µm ist, ist sie so nahe an der Wellenlänge des Übertragungslichts, daß der photochrome Betrieb des Schalters unvollständig ist.
(Beispiele)
Ein tatsächliches Beispiel 1 gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend im einzelnen beschrieben.
(Beispiel 1)
Der in Fig. 1 gezeigte optische Schalter wurde auf solche Weise hergestellt, daß das Substrat 6 auf einer Schicht aus Siliziumoxidglas (silica glass) gebildet wurde, wobei ein Film aus Polymethylmethacrylat auf der Schicht vorgesehen wurde, der einen Brechungsindex von 1,49 und eine Dicke von 30 µm aufwies, und nachfolgend wurde der Reihe nach die Dünnfilmschicht 7, die den ersten optischen Wellenleiter 8 enthält, die Deckschicht 9, die das photochrome Material 14 enthält, und die andere Dünnfilmschicht 10, die den zweiten optischen Welleneiter 11 enthält, auf dem Substrat 6 gebildet. Die Dünnfilmschichten 7 und 10 und die optischen Wellenleiter 8 und 11 wurden gemäß dem auf den Seiten 37 und 38 von "The Research Group Report OQE88-91 of the Institute of Electronics, Information & Communication Engineers" von Japan beschriebenen Verfahren gebildet. In dem Verfahren wurde eine Photomaskierung dazu verwendet, jede Dünnfilmschicht mit einer Dicke von 5 µm und ein optisches Wellenleitermuster, dessen Brechungsindex n&sub1; 1,59 und dessen Änderung im Brechungsindex Δn 0,01 war, herzustellen. Fulgid, das ein photochromes Verbundmaterial ist, wurde in einer Mischung aus Polystyren und Polymethylmethacrylat gelöst. Die Lösung wurde mit Toluen verdünnt und dann auf die Dünnfilmschicht 7 in einem Schleuderauftragungsverfahren aufgetragen, so daß die Deckschicht 9 darauf gebildet wurde. Die Deckschicht 9 hatte eine Dikke von 5 µm, eine Brechungsindexveränderung Δn von 1 × 10&supmin;³ bei der Übertragungslichtwellenlänge von 1,3 µm und dort eine Lichtdurchlässigkeit von 90 %.
Wenn Licht mit einer Wellenlänge von 1,3 µm und einer Leistung von Ps in den optischen Welleneiter 8 von einer Seite aus (S in Fig. 1) des derart aufgebauten optischen Schalters eingespeist wurde, wurde die Lichtleistung PA aus der Ausgangsseite A des Schalters und die Lichtleistung PB aus der anderen Ausgangsseite B davon gemessen. Im Ergebnis hat man festgestellt, daß das Verzweigungsverhältnis der Leistung PS des eingespeisten Lichts zu den Ausgangsseiten A und B 1 war für die Lichtleistung PA aus der Ausgangsseite A und 0 für die Lichtleistung PB aus der anderen Ausgangsseite B im anfänglichen Zustand des Schalters. In nicht mehr als 0,1 Sekunden, nachdem Schaltlicht einer Wellenlänge von 325 nm und einer Leistung von 10 mW/cm² dann von der Schaltlichtquelle 13 in den Schalter eingespeist wurde, wurde unter diesem Zustand umgeschaltet, so daß das Verzweigungsverhältnis der Leistung P&sub5; zu den Ausgangsseiten A und B 0 für die Lichteistung PA aus der Ausgangsseite A und 1 für das Licht PB aus der anderen Ausgangsseite B wurde.
(Beispiel 2, optischer Schalter mit Einschichtverbundanordnung)
Der in Fig. 5 gezeigte optische Schalter wird auf solche Weise hergestellt, daß das Substrat 6 eine Schicht aus Silikaglas war, auf das ein Film aus Polymethylmethacrylat, der einen Brechungsindex von 1,49 und eine Dicke von 30 µm aufwies, aufgetragen wurde. Es wurde Fulgid, das ein photochromer Verbundstoff ist, Bisphenol-Z-artiges Polycarbonat, Methylacrylat, Benzomethylether und Hydroquinon in Methylenchlond gelöst. Die Lösung wurde auf das Substrat 6 in einem Schleuderauftragungsverfahren aufgetragen, so daß die Dünnfilmschicht 21 mit einer Dicke von 5 µm, die das photochrome Material enthält, auf dem Substrat gebildet wurde. Die zwei optischen Lichtwellenleiter 8 und 11, die ein Muster nach Art eines optischen Kopplers aufwiesen, und deren Kernbrechungsindex n&sub1; 1,59 und deren Brechungsindexänderung An 0,01 betrugt, wurden dann in der Dünnfilmschicht 21 durch die Verwendung einer Photomaskierung in dem auf Seiten 37 und 38 des zuvor erwähnten Berichts beschriebenen Verfahrens gebildet. Ein Film aus Polyimid, das ein Photoresist ist, wurde dann auf der Dünnfilmschicht 21 in einem Schleuderauftragungsverfahren gebildet und mit Licht durch eine Photomaskierung mit Ausnahme eines Teils des Films, der dem Schlitz 25 entspricht, belichtet. Der nicht belichtete Teil wurde dann weggewaschen, so daß Polyimidschichten jeweils mit 5 µm Breite und 5 µm Dicke auf der Dünnfilmschicht 21 gebildet wurden. Dann wurde ein dünner Silberfilm mit 0,5 µm Dicke auf jeder Polyimidschicht durch Vakuumdampfablagerung gebildet. Schließlich wurden die Polyimidschichten weggewaschen, so daß die Photomaskierungsschichten 24 auf der Dünnfilmschicht 21 gebildet wurden, und der Schlitz 25 mit 5 µm Breite wurde zwischen den Photomaskierungsschichten auf den Kopplungsteil der Dünnfilmschicht gebildet, wie in Fig. 5 gezeigt ist.
Wenn Licht mit einer Wellenlänge von 1,3 µm und einer Leistung PS in den optischen Wellenleter 8 an einer Seite (S in Fig. 5) davon eingespeist wurde, wurde die Lichteistung PA aus der Ausgangsseite A des Schalters und das Licht PB aus der anderen Ausgangsseite B davon gemessen. Im Ergebnis hat man herausgefunden, daß das Verzweigungsverhältnis der Leistung PS des eingespeisten Lichts zu den Ausgangsseiten A und B für die Lichteistung PA aus der Ausgangsseite A 1 betrug und 0 für das Licht PB aus der Ausgangsseite B im anfänglichen Zustand des Schalters. In nicht mehr als 0,1 Sekunden nachdem dann Schalicht mit einer Wellenlänge von 325 nm und einer Leistung von 10 mW/cm² aus der Schaltlichtquelle 13 in den Schalter eingespeist wurde, wurde umgeschaltet, so daß das Verzweigungsverhältnis der Leistung PS zu den Ausgangsseiten A und B zu 0 wurde für die Lichteistung PA aus der Ausgangsseite A und zu 1 für das Licht PB aus der anderen Ausgangsseite B.
(Beispiel 3; optischer Schalter eines Kreuzungstyps)
Der in Fig. 9 gezeigte optische Schalter wurde auf solche Weise hergestellt, daß das Substrat 6 aus einer Schicht aus Silikaglas und einem Film aus Polymethylmethacrylat mit einem Brechungsindex von 1,49 und einer Dicke von 30 µm hergestellt war. Es wurde Fulgit, das ein photochromer Verbundstoff ist, Bisphenol-Z-artiges Polycarbonat, Methylacrylat, Benzomethylether und Hydroquinon in Methylenchiond gelöst. Die Lösung wurde auf das Substrat 6 in einem Schleuderauftragungsverfahren aufgetragen, so daß die Dünnfilmschicht 21, die den photochromen Stoff enthielt und eine Dicke von 5 µm aufwies, auf dem Substrat gebildet wurde. Die zwei optischen Wellenleiter 22 und 23, die ein sich schneidendes optisches Wellenleitermuster aufwiesen und deren Kernbrechungsindex n&sub1; 1,59 und deren Brechungsindexänderung Δn 0,01 betrug, wurden dann in der Dünnfilmschicht 21 unter Verwendung einer Photomaskierung nach dem in dem zuvor erwähnten Bericht beschriebenen Verfahren gebildet. Es wurde dann ein Film aus Polyimid, das ein Photoresist ist, auf der Dünnfilmschicht 21 gebildet und durch eine Photomaskierung mit Ausnahme eines Teils des Films, der dem Schlitz 25 entspricht, belichtet. Der nicht belichtete Teil wurde weggewaschen, so daß Polyimidschichten jeweils mit 5 µm Breite und 5 µm Dicke auf der Dünnfilmschicht 21 gebildet wurden. Dann wurde ein dünner Silberfilm mit 0,5 µm Dicke auf jeder Polyimidschicht durch Vakuumdampfablagerung gebildet. Schließlich wurden die Polyimidschichten weggewaschen, so daß die Photomaskierungsschichten 24 auf der Dünnfilmschicht 21 gebildet wurden, und der Schlitz 25 mit 5 µm Breite wurde zwischen den Photomaskierungsschichten auf der Kreuzung der optischen Wellenleiter 22 und 23 gebildet. Wenn Licht mit einer Wellenlänge von 0,85 µm und einer Leistung PS in die optischen Wellenleiter 23 an einer Seite davon (5 in Fig. 9) eingespeist wurde, wurde die Lichtleistung PA aus der Ausgangsseite A des Schalters und die Lichtleistung PB aus der anderen Ausgangsseite B davon gemessen. Im Ergebnis hat man herausgefunden, daß das Verzweigungsverhaltnis der Leistung PS des eingespeisten Lichts zu den Ausgangsseiten A und B für die Lichtleistung PA aus der Ausgangsseite A 1 war und 0 für die Lichtleistung PB aus der anderen Ausgangsseite B in dem anfänglichen Zustand des Schalters. In nicht mehr als 0,1 Sekunden nach dem Einspeisen von Schaltlicht mit einer Wellenlänge von 325 nm und einer Leistung von 10 mW/cm² von der Schaltlichtquelle 13 in den Schalter wurde umgeschaltet, so daß das Verzweigungsverhältnis der Leistung PS zu den Ausgangsseiten A und B für die Lichtleistung PA aus der Ausgangsseite zu 0 wurde und zu 1 für die Lichtleistung PB aus der anderen Ausgangsseite B.
(Vergleichsbeispiel)
Fig. 15 zeigt einen herkömmlichen optischen Schalter mit einem faseroptischen Koppler als einem optisch direktionalen Koppler, und einem photochromen Verbundstoff als einen den optischen Kopplungsteil des Kopplers umgebenden Verbundstoff. Der Schalter wurde auf solche Weise hergestellt, daß er optische Fasern 15 und 16 enthält, die zu dem faseroptischen Koppier gehören, sowie einen sich verjüngenden Kopplungsteil 17, der derart ausgebildet war, daß die zwei Fasern miteinander durch Verschmelzen und Verlängerung oder durch ähnliches gekoppelt waren, sowie weiter eine Deckschicht 18, die den photochromen Verbundstoff enthält, eine Lichteinstrahlungsvorrichtung 19 zum Verändern des optischen Wegs des Schalters relativ zueinander und ein Gehäuse 20. Zur Bildung der Mantelschicht 18 wurde Fulgid, das der photochrome Verbundstoff ist, in einem ungehärteten Acrylatfluoridharz, das einen niedrigen Brechungsindex aufweist, gelöst, und die Lösung wurde in das Gehäuse 20 gegossen und ausgehärtet. Die Deckschicht 18 hatte eine Dicke von 20 µm und eine Brechungsindexänderung Δn von 5 × 10&supmin;³ bei der Lichtwellenlänge von 1,3 µm.
Wenn Licht mit einer Wellenlänge von 1,3 µm und einer Leistung PS. in die optische Faser 15 an einem seiner Enden (S' in Fig. 15) eingespeist wurde, wurde die Lichtleistung PA aus der Ausgangsseite A' des Schalters und die Lichtleistung PB aus der anderen Ausgangsseite B' davon gemessen. Im Ergebnis hat man festgestellt, daß das Verzweigungsverhältnis der Leistung PS' des eingespeisten Lichts zu den Ausgangsseiten A' und B' für die Lichtleistung PA' aus der Ausgangsseite A 1 betrug und 0 für die Lichtleistung PB. aus der anderen Ausgangsseite B'. In mehr als 1 Minute nach dem Einspeisen des Schaltlichts mit einer Wellenlänge von 325 nm und einer Leistung von 10 mW/cm² von der Lichteinstrahlungsvorrichtung 19 in den Schalter war noch nicht umgeschaltet. In nicht mehr als 0,1 Sekunden nach dem Einspeisen von Schaltlicht mit einer Wellenlänge von 325 nm und einer Leistung von 100 mW/cm² von der Lichteinstrahlungsvorrichtung 19 in den Schalter wurde dann umgeschaltet, so daß das Verzweigungsverhältnis der Leistung PS' zu den Ausgangsseiten A' und B' für die Lichtleistung PA' aus der Ausgangsseite A' 0 war und 1 für die Lichtleistung PB' aus der anderen Ausgangsseite B'.
Wie oben beschrieben wurde, erfordert der Schalter keine Schaltlichtquelle mit hoher Leistung oder eine teure Laserlichtquelle, da ein erfindungsgemäßer optischer Schalter sogar durch eine kleine Lichtmenge schaltbar ist. Im Ergebnis kann ein Schaltsystem sehr kompakt und einfach als ganzes aufgebaut werden.

Claims

1. Ein optischer Schalter mit:

einem Substrat (6);

einem ersten optischen Wellenleiter (8);

einem zweiten optischen Wellenleiter (11), der an den ersten optischen Wellenleiter (8) optisch koppelbar ist; und

einem Verbundstoff, der ein photochromes Material (14) enthält;

dadurch gekennzeichnet, daß

eine erste Dünnfilmschicht (7) auf dem Substrat (6) ausgebildet ist, die den ersten optischen Wellenleiter (8) darin enthält;

eine Deckschicht (9) auf der Dünnfilmschicht (7) ausgebildet ist;

eine zweite Dünnfilmschicht (10) auf der Deckschicht (9) ausgebildet ist, die den zweiten optischen Wellenleiter (11) darin enthält,

wobei der Verbundstoff, der das photochrome Material (14) enthält, in der Deckschicht (9) enthalten ist, so daß das photochrome Material zwischen den ersten und zweiten optischen Wellenleitern vorhanden ist, wobei die ersten und zweiten optischen Wellenleiter in den ersten und zweiten Dünnfilmschichten derart angeordnet sind, daß ein Kopplungsteil (12) und sich verjüngende Teile ausgebildet sind, wobei der Abstand zwischen den ersten und zweiten optischen Wellenleitern in dem Kopplungsteil im wesentlichen der Dicke der Deckschicht (9) entspricht und der Abstand zwischen den ersten und zweiten optischen Wellenleitern in den sich verjüngenden Teilen größer ist als die Dicke der Deckschicht.

2. Ein optischer Schalter wie in Anspruch 1 beansprucht, wobei der Verbundstoff, der das photochrome Material (14) enthält, eine Änderung im Brechungsindex von 5 × 10&supmin;&sup4; oder mehr in dem Bereich der Wellenlänge des Übertragungslichts aufweist und kaum Licht in diesem Bereich absorbiert.

3. Ein optischer Schalter wie in Anspruch 1 oder 2 beansprucht, wobei der Verbundstoff, der das photochrome Material (14) enthält, ein hochmolekulares Material ist, das das darin verteilte photochrome Material (14) enthält.