专利名称：带有三维波导的光学开关的制作方法
技术领域：
本发明通常涉及一种光学元件，更具体地说涉及一种用于执行光学开关功能的光栅和衍射光学元件。
背景技术：
在光纤通信系统中需要光学开关发送信号。在公知设备中使用两个基本的操作原理。这些原理是自由空间光学和平面型波导。
自由空间开关利用准直仪产生在自由空间中行进的光束。这些光束能够被可移动的镜子和其它类似设备发送到设置在所需输出光纤上的接收准直仪。众所周知，小光束因衍射而随着其传播会产生发散。这种发散在具有实际大小的设备内造成很大损失。另外，可移动镜子平面度的实际限制造成额外发散和进一步的损失。而且，准直仪很大、很昂贵且非常难以对齐，所有因素都造成自由空间开关的制造较为昂贵。
已经使用平面型光学波导来消除上述在自由空间设备中固有的光束发散。平面型光学波导也能够消除对输入和输出准直仪的需要，从而可以得到具有较低制造成本的更紧凑的结构。各种公知构造的波导被形成在基片的表面上。各种开关机构被用于在这些表面波导的交叉处发送信号。这些设备的二维特性通常要求在这些交叉处有一个气隙，以便能够插入开关机构。已经利用可移动的镜子和光学指数相匹配的耦合流体(optical index matchingcoupling fluid)内的气泡来产生这种开关机构。
由于气隙的存在，公知设备在这些交叉处具有较大损失。一个N×N开关将具有2N个这样的交叉。随着N变大，这些损失变得无法接受。另外，平面型波导没有与光纤轮廓相匹配的光束轮廓。这在发生光纤耦合的输入和输出阶段导致显著的耦合损失。
本发明人的在先专利申请(名称为“带有可移动全息光学元件的光学开关”的美国申请Nos.US09/905,736和名称为“集成透明基片和衍射光学元件”的美国申请Nos.US09/905,769，每个在先申请在此明确引入作为参考)示出一种结合自由空间和波导设备优点的开关。这些方法的示出大致如图1和2所示。这些申请示出一种开关，该开关基于经过在透明基片内经由全内反射(TIR)发送光学信号。因为与自由空间相比较，在基片内折射率较高，所以该构造降低了光束发散。由于通过基片严格精确地设置所有的元件，所以这些构造也使得对齐和定位问题最小化。由于利用全内反射来发送信号，所以该设备消除了在已知的基于平面型波导的开关中所需的气隙。全内反射公知具有非常小的损失，且这种机构消除了在这种波导开关中固有的损失问题。
在操作中，衍射光栅100靠近光学基片102放置，该光学基片102具有在全内反射(TIR)下在基片102内行进的入射光束104，全内反射会在高于临界入射角时产生。衍射光栅100可相对于基片102移动，从而选择性地将衍射光栅100引入渐逝场，该渐逝场产生在发生TIR之处的基片102的上表面106上。图1和2中示出的衍射光栅100由平行条108形成。图1示出在第一切换位置的衍射光栅100，在此处输入信号104被切换到输出光束110中。图2示出第二个非切换位置，在此处衍射光栅100不影响输入波104，该输入波104作为输出光束112继续经由TIR传播。光束104偏转成为光束110代表着光束切换，而光束104反射成为光束112代表着不受影响的传播。
通常将衍射光栅100设计成单衍射模式，即-1衍射模式，这导致在所需方向，即在光束110或112方向上引导最大功率。与实际上无损耗的非切换位置相比，这就使得在切换位置上的损失最小化。可以调节栅条108的厚度，以使衍射光栅100反射的光与在所需方向上在表面106上反射的光同相。这就导致相长干涉，且衍射光栅100能具有大约90％的整体效率。
尽管具有这些优点，一般来说，如同图1和2的那些设备仍需要准直仪，从而减小光束的扩展。另外，光栅和输出光纤之间相对较长的路径可导致由波长决定的损耗(WDL)。这在无线电通讯系统中是不希望有的，并且应被最小化。WDL起因于光栅发散，不同的波长在稍微不同的方向上传递。利用这些方法，此效应会限制N×N开关的实际N值。
发明内容
根据一个实施例，所提供的是一种光学开关，该光学开关具有基片；第一埋入式光学波导，其用于传递光学信号，所述光学信号在第一光学波导内沿着第一方向传递；第二埋入式光学波导，其延伸在不同于第一方向的第二方向上。所述开关还包括衍射光学元件，该衍射光学元件设置于基片的全内反射区域上方，并且可相对于其在切换位置和非切换位置之间移动，其中在切换位置，光学信号从第一光学波导被切换到第二光学波导内，在非切换位置，光学信号在全内反射下在全内反射区域上反射。
根据另一个实施例，光学开关包括基片，其具有多个交叉区域；基片内的埋入式输入波导用于在全内反射下传递光学信号；基片内的多个埋入式输出波导用于传递光学信号，其中在多个交叉区域中的其中一个区域处，多个埋入式输出波导中的每一个设置在埋入式输入波导附近。所述开关还包括多个衍射光学元件，每个衍射光学元件设置在多个交叉区域其中一个的上方，且每个衍射光学元件在非切换位置和切换位置之间可相对于基片单独地移动，在切换位置，传递在埋入式输入波导内的光学信号被耦合进入多个埋入式输出波导中的一个。
根据另一个实施例，提供一种切换光学信号的方法，包括在基片内形成埋入式输入波导，该埋入式输入波导延伸在第一方向上；在基片内形成埋入式输出波导，该埋入式输出波导在不同于第一方向的第二方向上延伸；以及为了使衍射光学元件在切换位置和非切换位置之间移动，将该衍射光学元件设置于基片附近，其中在切换位置，在埋入式输入波导内传递的光学信号被耦合进入埋入式输出波导，在非切换位置，在埋入式输入波导内传递的光学信号没有被耦合进入埋入式输出波导。
图1是处在切换位置的衍射光栅的剖视图；图2是处在非切换位置的图1的衍射光栅的剖视图；图3是按照一实施例，邻近具有波导的光学基片设置的衍射光栅的剖视图；图4是按照一实施例，相对于光学基片设置在第二位置的图3中衍射光栅的剖视图；图5是N×N光学开关的示例性2×2截面的俯视图；图6是示出按照一实施例的2×2开关的透视图；图7是示出单模光纤和基片中波导之间示例性耦合的剖视图；
图8是示出使用固定件定部分示例性悬臂安装衍射光栅的透视图；图9是按照一实施例的图8所示衍射光栅的俯视图，其示出设置在衍射光栅上方、用于相对基片的顶面移动衍射光栅的电极；图10是按照一实施例的另一个衍射光栅的示例性局部俯视图；图11是图10所示衍射光栅的侧视图，进一步示出安装结构以及设置在衍射光栅上方的电极；图12是按照一实施例的衍射光栅的透视图，该衍射光栅具有柔性臂形式的致动部件(actuation member)和安装脚。
具体实施例方式
本申请示出对图1和2所示设备的改进。在图3中示出改进设备的操作。通常，埋入在光学基片内的波导用于消除射束发散和相关的损失。这些埋入式波导延伸进入基片体内，并且因此有一个平行于基片的顶表面的延伸部分(extent)，及另一个垂直于该表面的延伸部分。这些波导在全内反射区域或者紧密靠近全内反射区域处终止，在该区域可能发生全内反射。如果该波导接近于顶表面，其将捕获较宽角度范围内的光，那么这种终止将使得WDL最小化。因为光束未被引导的距离被保持在最小值，所以这种终止也将在输入波导和输出波导能够相遇的波导交叉处维持非常低的损失。结果，在改进设备中的引导光束的直径远小于图1和2中的非引导光束。在现有技术设备中，如图1和2中所示的典型的光束直径大约是200μm。这里所描述的典型光束直径可以是更小的等级，如大约10微米。这降低了设备的整体尺寸和成本。这也大大降低了设备的WDL损失且使得其对开关(N)的“尺寸”不敏感。
图3示出光学开关200的切换位置。输入波导204将光束202引导至基片206的表面205。光束202以从表面205的法线测量的一角度入射，该角度超过了TIR的临界角。由于基片206和波导204优选由临界角为大约为43度的熔融石英构成，所以这一角度通常是45度。在切换位置，表现形式为衍射光栅208的衍射光学元件通过减少衍射光栅208和基片206之间的距离被引入TIR渐逝场(TIR evanescent field)。在图3示出的切换位置中，这二者之间的距离通常为大约0.1μm。在实施例中，衍射光栅208具有和基片206和波导204相同的折射率。如同下述示例所描叙的光栅，衍射光栅208是衍射光学元件。
衍射光栅208将光束202衍射，使得输出波导210捕获该光束，该输出波导210也在基片206内。输出波导210处于延伸出纸面的平面中，并因此用虚像(phantom)示出。偏转的光束是光束212。在示出的示例中，两个波导204和210在基片206的交叉区域211相交。波导204和210间的交点和顶表面205之间的距离通常小于10μm。波导204中的光学信号进入到波导210的切换发生在交叉区域211。
衍射光栅208优选由熔融石英构成，且光栅周期被调整成在所需的衍射方向上仅提供一种衍射模式。在一些实施例中，这个周期大约是2μm。光栅厚度是和最大效率和其他性能参数一致的最小厚度，且通常是大约0.6μm。尽管较厚的光栅也可具有较高的效率，可是因为其倾向于将共振引入光学路径中，所以其倾向于对尺寸和特性的小变化非常敏感。优选地，衍射光栅208具有基本等于在波导204中传递的光学信号的波长的周期。
在图4中示出了非切换位置或离开位置，在此位置光栅208被拉离顶表面205距离D。这一距离D通常是10到20μm。在示出的位置中，光束202在全内反射区域213被TIR反射，且被第二个输出波导214捕获作为光束216传递。输出波导210和214直接耦合到输入波导204上，但是邻近输入波导204放置而不是与该输入波导204直接接触。另外，输出波导214可以是一个分离的波导或者是输入波导204的延续。
在实施例中，波导204、210和214都是埋入式波导，各个波导容许信号在离开顶表面205和底表面216的TIR下传播。
图5在一示例中示出N×N光学开关的切换结构的2×2截面300的俯视图。两个输入波导302和304被耦合到两个输出波导306和308上，所有波导都形成在基片309内。在整个交叉区域上，衍射光栅310和312被置于基片309上，且处于“开”或切换位置。在交叉区域上，衍射光栅314和316被置于基片309上，且处于“关”或非切换位置。沿着输入波导302传递的光学信号通过光学路径318被切换到输出波导308上。在非切换位置，光学路径318不受衍射光栅314影响。光学路径318在离开基片309的顶表面和底表面的TIR下延续到光栅312。光栅312以角度320将光学路径318衍射，且光学路径318通过TIR继续穿过光栅316(在非切换位置)到达输出波导308。
传递到输入波导304的信号通过光学路径322被切换到输出波导306。光学路径322在“开”位置遭遇光栅310，且以角度320将光学路径322衍射，所以光学信号切换到输出波导306上。角度320优选为大约68度。在示出的开关结构中，没有光传递在波导324和326内。
图6示出2×2开关400，尤其是开关结构的3维表示。波导403(输入波导403a和输出波导403b)是形成在基片402内的埋入式波导。通常，可利用诸如D.Homoell等人在“暴露到毫微微秒激光脉冲的硅玻璃内的红外线感光性”(1999年9月15日，第24卷，第18号的Optics Letters)一文中描述的那些公知技术将这些波导403以及在这里所描述的其他波导写入基片402。
简单地说，红外线脉冲激光器可聚焦于基片402内的一点，其加热该点，这样该点的折射率就永久地增加。基片402随着3维定位系统移动，从而产生所需的波导图案。为了希望的操作波长，通常是1550nm，调节参数从而产生单一模式的波导。形成的波导直径优选为8μm，其折射率增加了大约3.5％。这产生了大约10μm直径的引导光束，这与典型光纤的直径相匹配。如果希望的话，可以调节参数，从而产生较大直径的光束。会变得显而易见的是，多至4个波导可在基片402内会聚于一点。波导可一直延伸到基片402的表面，或者它们可终止于表面下几微米处的一点。为得到最高性能，可调节波导的位置和终止点。
如果形状是圆形的，可移动的衍射光栅404、406、408和410在直径上通常是20μm，如果形状是正方形的，各边的长度大约是20μm，其中各个光栅都仅需稍微大于光束直径。在基片402内，这些结构被置于交叉区域附近。基片402的厚度优选为大约200μm，且在基片402的顶表面412上衍射光栅404-410将以400μm相互间隔开来。在一个实施例中，与图8和9示出的实施例类似，光栅404-410将被安装在熔融石英悬臂上，该熔融石英悬臂连接在基片402上。光栅404-410可具有其他形式，图10-12给出另外的示例。各个光栅404-410经由在悬臂表面上淀积的金属膜和在表面412上间隔开的电极会被单独地致动且静电地致动。
优选地，在全内反射区域之间的顶表面412的未使用部分上涂覆光吸收涂层，TIR可发生在该区域内且光栅404-410被设置于该区域内。这种吸收涂层将吸收从这些内部反射区域逃脱的漫射光，并且防止不希望的串扰。另外，可修改设备400从而收集和消除任何没有被任何光栅衍射的光。这种光被认作零阶的模光(zero order mode light)。优选地，各个波导403是埋入式波导，其也将延伸入基片402的侧面或底面并耦合任何离开基片402的能量。如示出的那样，输入波导403a在第一平面内，输出波导403b在第二平面内，该第二平面与第一平面形成一角度。
图7示出基片500和单模光纤502间的典型连接。光纤502具有芯504，该芯504与延伸到基片500内的埋入式波导506对齐。波导506可如同任何上述的波导，且因此能够在离开基片500的顶面505和底面507的TIR下传递信号。在示出的示例中，光纤502以45度角抛光且被涂覆抗反射涂层508，从而降低菲涅尔(Fresnel)反射损失并防止不希望的背反射能量进入光纤502。基片500也可以具有相同的涂层510。例如，可用校准定位台或封装材料将光纤502保持就位。
可以使用其它材料和结构，可以采用各种用于衍射光栅的致动和悬挂装置。而且，光栅或致动结构在朝向基片的表面上可具有“凸起”以防止基片和光栅之间在切换位置紧密接触，因此使得粘着(sticking)最小化。除了衍射光栅之外的其它设备也可被用于切换光束方向。微型棱镜或菲涅尔型镜子可被渐逝地联接到TIR场，该TIR场延伸在具有埋入式波导的基片上方。而且，如果希望的话，波导能够被弯曲，从而在底面上消除TIR反弹(bounce)。基片厚度将与具有相对较低损失的波导内的曲率半径相一致。其它选择对本领域普通技术人员来说会是公知的。
为了描述一般的衍射光栅致动器，图8示出示例性衍射光栅600，该衍射光栅600安装在基片602(部分示出)上，该基片602具有与上述类似的输入和输出波导。基片602具有至少一个以第一方向和平面延伸的埋入式输入波导601以及至少一个以第二方向和不同于第一平面的平面延伸的埋入式输出波导603。在图9中示出波导601和603。输出波导603延伸在纸面外的平面内，并且因此仅用虚影示出。两波导601和603具有诸如相互直接耦合的相互邻近部分，从而允许光学信号从一个波导切换到另一个波导中。各个波导601和603在基片602内的全内反射下传递光学信号。
在此，条604(部分示出)自悬置部件悬挂，该悬置部件形式上为刚性固定件部件606，该刚性固定件部件606固定安装在顶面608上。这是一种悬臂式结构，其中条604从固定件部件606向外延伸，且自由地支持在基片602上方。条604距离基片602足够近，以致于衍射光栅600偏置到切换位置，即条604处在1550nm或1310nm光波的渐逝场内，该光波在TIR下在基片602内移动。
在条604之间形成横向连接612以增加结构刚度，其中，该条604延伸在TIR区域610(或顶面内的区域)之上。在全内反射区域610之下，输入波导601和输出波导603相交。利用横向连接612，条604可被一致地移动，以避免能够影响这种小尺寸结构的扭曲力。对于较长的条来说，在两条之间可以有多个横向连接。对于结构设计来说，重要的是避免以紧密地成形的周期形状(in a closely formed periodic fashion)设置横向连接612，然而，由于横向连接612会集中充当衍射光栅，该横向连接612正交定向于由条604所形成的光栅。
条604由二氧化硅形成，其在红外线区域是透明的，且能够用标准0.5∶m到1∶m线宽的光刻MEMS制造方法容易地制造。通过示例方式，条604可通过在基片602上淀积二氧化硅膜形成。基片602例如可以是石英的，以及其它可在其内形成波导的已知基片材料。标准的光刻技术能够在光刻胶层上形成所需的图案，且利用标准的MEMS光刻技术可将图案刻到二氧化硅中，该标准的MEMS光刻技术类似于商业上通用的多用户MEMS方法(MUMPsTM)。在制造中，牺牲层或分隔层将被淀积基片顶面上，位于二氧化硅和熔凝石英之间。这一层可以是氮化硅并且被蚀刻或溶解，以从基片602释放(release)硅结构。由类似石英材料形成的基片602是耐蚀刻过程的，且在基片没有蚀刻的情况下，允许牺牲层被溶解。基片602的任何蚀刻将造成微弱的衍射光栅图案，这将不能按所希望的那样将开关完全关闭。牺牲层可被形成所需尺寸，以将衍射光栅置于切换位置，或者可以构成一装置，通过利用多晶硅弹簧元件将其偏置到切换位置。优选地，条604、刚性固定件部件606和横向连接612都由相同材料形成，最优选的是二氧化硅材料。也可以使用包括非晶硅、晶体硅、铝、蓝宝石、氮化硅或者多晶硅/多晶锗合金的其它适合材料。
另外，通过在淀积多晶硅层之前于牺牲层内形成小凹陷图形，可在衍射光栅600的下侧上形成小的凸起。如上所述，在释放操作过程中和随后的切换操作过程中，这些凸起使得粘着最小化。在图9的示例中，示出在条604上的凸起613。
为了将衍射光栅600从切换位置移动到非切换位置，可经由设置在条604上的电极施加电场。由于可形成具有附加的绝缘层和部分传导层的条604，因此在电场的作用下，条604将偏斜离开基片602的顶面。由于全内反射区域610上方的渐逝场按指数规律逐渐变小，条604仅需要偏斜较小的距离，从而将衍射光栅600设置在非切换位置上。
图9示出利用电极614偏斜条604的技术，其中该电极614至少被设置在条604末端之上，并伸入伸出视图而横跨覆盖所有条604。电极614被安装在绝缘安装板616的底面上，该绝缘安装板616形成在支撑部件618之上。支撑部件618可由与固定件部件606相同的材料形成，且在视图中与该固定件部件606相对。例如通过将第二个电极置于其中最外侧的条上或者置于该最外侧的条附近，该电极(未示出)能够环绕光栅600的周边。电极614接收驱动电路的指令并响应该指令，从而在第二电极之间施加电场到条604。为了易于执行，条604能够被连接到一接地电压。另外，如图所示，电极614能够沿着条604的长度纵向延伸。
图10和11示出致动用于切换的衍射光栅的另一种方法。在这些实施例中，用于切换的挠曲(flex)不是在如图9所示的形成衍射光栅的条中，而是具有将条连接到基片顶面的结构。例如，衍射光栅结构700具有条702、横向联接704和侧部706、708，这些零部件可由与图9中所示衍射光栅结构600相同的材料和相似的方式形成。光栅700可如图11所示致动。
图11示出安装结构或悬置部件，其具有两个形成在基片714上的安装基座710和712。安装板716形成在基座710、712上，其可以是刚性安装部件。基片714具有至少一个埋入式的输入波导713和一个埋入式的输出波导715，其中，该输入波导713延伸在第一方向和第一平面上，输出波导715延伸在第二方向和与第一平面不同的第二平面上。输出波导715延伸出图面，且因此用虚影示出。两个波导713和715具有相互邻近的端部，例如相互直接耦合，从而允许将光学信号从一个波导切换到另一个波导。各个波导713、715将在全内反射下传递光学信号。
衍射光栅700经由柔性部件718连接到安装基座710和712上。柔性部件718能够是任何数量的经MEMS加工的弹簧、膜片或可弯曲的结构。弹性部件718能够允许双向、上和下或者单向偏斜。第一电极720被安装到安装板716上，并且在这个实施例中，被示出横向和纵向地延伸穿过条702，条702可以是接地的。第二电极721可被安装在光栅700的周边上，例如，安装在柔性部件718上。在这一结构中，衍射光栅700能够在“开”或切换位置偏斜，并在电场作用下可移动到非切换位置，该电场形成在电极720和电极721之间。另外，衍射光栅700能够在非切换位置偏斜或者衍射光栅700能够在电极720和721的控制下向上和向下移动偏斜。衍射光栅700可具有凸起722，该凸起722形成在底面上，从而在操作过程中防止在光栅700和基片714之间的粘着摩擦。
图12示出用于衍射光学元件800的另外一种致动结构。衍射光学元件800以和上述相同的材料和相似的方式形成。用于衍射光学元件800的典型的横向尺寸是20到1000μm。条802沿着衍射光栅800和横向连接804的长度延伸以增加结构刚度。在示出的示例中呈弹簧臂形式的多个柔性部件806被连接到衍射光学元件800上。柔性部件806也被连接到基片808的顶表面上-基片808具有如前所述的用于在全内部反射下传递光学信号的输入和输出波导。具体地说，脚810充当臂806的接线柱，并且在优选实施例中，其具有充分小的高度，从而偏置衍射光学元件800在“开”位置。选择所述柔性部件806的形状和大小使所述衍射光学部件800能够在一个电场的作用下偏转到“关闭”位置。如本领域普通技术人员所理解的，可以采用许多其他的几何形状从而获得用于切换操作所需的挠曲(flex)和弹簧偏压。为了影响致动，利用适当的安装结构可将第一电极安装在衍射光学元件800的上方，该安装结构与图11中示例所示出的结构类似。为了移动衍射光学元件800，第二电极可被置于衍射光学元件800上或者其可被置于元件800的一侧或者附近。
尽管为使衍射光学元件800移动，在优选实施例中利用静电致动，但是可通过热、压电或光电致动有选择地影响致动。
如可从图12看出的，由于其中微米级的衍射光栅，所以应用中的衍射光栅将具有许多条，且在使用的地方有许多横向连接。因此，上面的附图应被认作是示出一定数量的条的示例，应该理解，正如在衍射光学元件800中那样，实际上可以使用许多条。
尽管本说明已经叙述了根据本发明教导所构造的具体装置，但是本专利的覆盖范围并不受限于此。相反，本专利覆盖按照字面上或者在等价物的原则下完全落在后附权利要求范围内的本发明教导的所有实施例。
权利要求
1.一种光学开关，包括基片；第一埋入式光学波导，其用于传递光学信号，其中所述光学信号沿着第一方向在第一光学波导内传递；第二埋入式光学波导，其延伸在第二方向上，该第二方向与第一方向不同；和衍射光学元件，其置于基片的全内反射区域的上方，且可相对该基片的全内反射区域在切换位置和非切换位置之间移动，其中在切换位置，光学信号从第一光学波导被切换到第二光学波导，在非切换位置，光学信号在全内反射下在全内反射区域反射。
2.如权利要求1所述的光学开关，其中第一埋入式光学波导和第二埋入式光学波导都被置于基片内，以在基片内的全内反射下传递光学信号。
3.如权利要求1所述的光学开关，进一步包括光纤，该光纤连接到第一埋入式光学波导和第二埋入式光学波导中的其中一个上。
4.如权利要求3所述的光学开关，其中所述光纤是单模光纤。
5.如权利要求1所述的光学开关，进一步包括第三埋入式光学波导，该第三埋入式光学波导置于全内反射区域附近，这样在非切换位置的衍射光学元件经过全内反射将光学信号从第一埋入式光学波导耦合到第三埋入式光学波导内。
6.如权利要求1所述的光学开关，其中衍射光学元件的光栅周期基本上等于基片内的光学信号的光的波长。
7.如权利要求1所述的光学开关，其中衍射光学元件由多个形成衍射光栅的条形成，其中各个条的宽度基本相同，且各个条以基本相等的间距隔开。
8.如权利要求7所述的光学开关，其中衍射光栅从固定安装到基片上的固定件上悬置。
9.如权利要求7所述的光学开关，其中衍射光栅通过柔性部件从第一固定件和第二固定件上悬置，其中所述第一固定件和所述第二固定件都被固定地安装到基片上且所述柔性部件允许衍射光栅在所述第一位置和所述第二位置之间的移动。
10.如权利要求7所述的光学开关，进一步包括置于衍射光栅附近的静电致动器。
11.如权利要求7所述的光学开关，其中所述条由选自非晶硅、晶体硅和多晶硅组成的组中的材料形成。
12.如权利要求1所述的光学开关，其中衍射光学元件的折射率基本等于第一埋入式光学波导和第二埋入式光学波导的折射率。
13.如权利要求1所述的光学开关，其中第一埋入式光学波导和第一方向在第一平面内，第二埋入式光学波导和第二方向在第二平面内，该第二平面与第一平面成一角度。
14.一种光学开关，包括基片，其具有多个交叉区域；埋入式输入波导，其在基片内，用于在全内反射下传递光学信号；多个埋入式输出波导，其在基片内，用于传递光学信号，其中在多个交叉区域中的其中一个上，多个埋入式输出波导中的每一个都靠近埋入式输入波导被设置；和多个衍射光学元件，各个衍射光学元件置于多个交叉区域中的其中一个上方，且各个衍射光学元件可相对基片在非切换位置和切换位置之间独立地移动，在切换位置，传递在埋入式输入波导中的光学信号被切换到多个埋入式输出波导中的其中一个。
15.如权利要求14所述的光学开关，其中多个衍射光学元件中的每一个都由一组条形成，其中一组条中的各个条的宽度基本相同，且与相邻条的间隔基本相同。
16.如权利要求14所述的光学开关，其中输入波导自基片的顶面附近延伸到基片的底面附近，以在基片内获得全内反射传递。
17.如权利要求16所述的光学开关，其中多个输出波导自基片的顶面附近延伸到基片的底面附近，以经由全内反射传递光学信号。
18.如权利要求14所述的光学开关，其中输入波导具有与基片的顶面平行的第一延伸部分和与基片的顶面垂直的第二延伸部分。
19.如权利要求14所述的光学开关，其中多个输出波导中的至少一个具有平行于基片顶面的第一延伸部分和垂直于基片顶面的第二延伸部分。
20.一种切换光学信号的方法，包括在基片内形成埋入式输入波导，该埋入式输入波导在第一方向上延伸；在基片内形成埋入式输出波导，该埋入式输出波导在第二方向上延伸，该第二方向不同于第一方向；和为使衍射光学元件在切换位置和非切换位置之间移动，将该衍射光学元件靠近基片设置，其中在切换位置，在埋入式输入波导内传递的光学信号被切换入埋入式输出波导，在非切换位置，在埋入式输入波导内传递的光学信号没有被耦合进入埋入式输出波导。
21.如权利要求20所述的方法，其中埋入式输入波导的形成包括形成自基片顶面和基片底面之间延伸的埋入式输入波导。
22.如权利要求21所述的方法，其中埋入式输入波导的形成包括形成自顶面和底面之间延伸的埋入式输入波导。
23.如权利要求20所述的方法，进一步包括提供形式上为衍射光栅的衍射光学元件，该衍射光栅具有基本等于基片内光学信号的光波长的光栅周期。
24.如权利要求23所述的方法，其中衍射光学元件包括多个条，各个条的宽度基本相同，且相邻条间的间隔基本相等。
25.如权利要求20所述的方法，进一步包括为使衍射光学元件在切换位置和非切换位置之间移动，将静电致动器邻近衍射光学元件进行设置。
全文摘要
本发明公开一种用于在光纤之间发送光学信号的光学开关。通过埋入式波导在光学透明基片(206)内引导信号，其中该埋入式波导被直接连接到光纤。这些波导在基片内部形成3维光学发送结构。在所述内部反射区域(213)，通过全内反射(TIR)在邻近的波导之间耦合信号。可移动的衍射光栅(208)在全内反射的点上经由渐逝连接被连接到这些光学信号。这个连接造成光学信号(202)方向上的变化，并将信号发送到所需的波导(210)。可运用现有技术通过利用脉冲激光器将波导写入来形成波导(204，210，214)。局部加热会致使折射率的永久升高，该折射率形成了单模波导结构。最终装置具有低的损失并可通过低成本MEMS方法形成。
文档编号G02B26/08GK1650210SQ03809507
公开日2005年8月3日 申请日期2003年3月3日 优先权日2002年3月1日
发明者罗杰·L·弗里克 申请人:柔斯芒特公司