波导路型液晶光开关制造技术

一种有芯的波导路形成的波导路型液晶光开关，是一对第１芯及第２芯，使光从第１芯或者第２芯的一方射入，并在所述两个芯之间对光路进行切换，并且所述第１芯、第２芯在这之间形成空间设置，其特征在于： 从第１芯及第２芯间隔规定的距离设置第３芯，在内部填充由定向膜向规定方向定向的向列型液晶，具备： 以第３芯为基准，在第１芯及第２芯相反的一侧，重叠在第１芯与第２芯的间隔部分配置的第１电极； 夹着第１电极成对配置，并且在与定向膜的定向方向的直交方向定向液晶分子的第２电极及第３电极； 将第１芯、第２芯、第３芯及各个电极全部包围在其中的金属包层。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于光通信系统的光开关，具体涉及利用液晶控制在波导路间的光路切换的波导路型液晶光开关。在这些器件中，光开关具有对光线路的切换功能，作为光通信用交换器非常重要。以往的用于光通信的光开关各种产品为大家所熟知，其中使用光波导路，利用各种物理现象切换光的传送路径的方式，由于没有机械的活动部分，具有可靠性高，速度快的优势。作为这种方式，比如众所周知的是使用具有电光学效果或者声光学效果的LiNbO3等的电介体结晶波导路、利用载流子注入的半导体波导路、利用热光学效果的硅系列波导路等的光开关。而且，在具备同样的光波导路的光开关中，使用液晶是周知的。液晶具有施加电场后折射率发生变化的广义的电光学效果。而且具有可以由低电压驱动、用于显示器上具有高可靠性、生产效率高、成本低等的特性。作为这样的波导路型液晶光开关，比如有在特开平5-165068号公报中记载的在下层金属包层上形成两条平行，其中一部分具有接近的耦合部分的单模光芯形状，进而在耦合部的下层金属包层上形成下部电极，耦合部分用定向的液晶充满，用具有上部电极的玻璃板密封所构成的波导路型液晶光开关。但是，在这个波导路型液晶光开关上，形成的液晶及电极基本上将下层金属包层的全体都覆盖住，因此在金属包层的广范围，折射率变化，波导方式发生波乱，作为开关将发生被视为致命程度的交调失真。而且由于波导路芯的耦合部分在三个面与液晶相连，如果有未被定向为规定方向的液晶分子，由此造成的散射损失也会变大。而且，由于下部电极距离波导路的耦合部分非常近，所以下部电极的损失也变得非常大。进一步，由于电极只能是上下一对配置的构造，所以存在着对偏振波依赖性强的问题。为了实现所述目的，本专利技术提供的波导路型液晶光开关，是一种具有一对接近的第1芯及第2芯的光波导路，使光从第1芯或者第2芯的一方射入，并在两个芯之间对所述射入光的光路进行切换的光开关，其特征在于具备从第1芯及第2芯间隔规定的距离、覆盖被夹在由第1芯和第2芯之间的空间而形成的，并且填充有被定向膜定向为规定方向的向列型液晶的第3芯；在第3芯的与第1芯及第2芯相反的一侧，覆盖第1芯与第2芯的缝隙部分而配置的第1电极；夹住第1电极而成对配置的，并且使液晶分子的定向方向与定向膜的规定方向成正交的方向的第2电极及第3电极；将第1芯、第2芯、第3芯及各个电极全部包围在其中的金属包层。图2是附图说明图1的AA剖面图。图3是表示图1所示的波导路型液晶光开关的光路切换状态的一例的平面图。图4是为说明图1所示由波导路型液晶光开关光路切换的原理的剖面图。图5是表示通过A传输模耦合(A)或B传输模耦合(B)的各芯内的光强度的变化测定结果的图。图6是为说明A传输模耦合及B传输模耦合的波导路型液晶光开关的设计例的平面图(A)及剖面图(B)。图7是表示为了测定由于上下金属包层的折射率的差产生在芯内的光强度的变化而使用的波导路型液晶光开关的设计例(A)及说明测定上下金属包层的折射率差和芯内的光强度的变化的结果的图。图8是表示连接4个本专利技术的波导路型液晶光开关而构成的双闸门型光开关的平面图。图9是表示连接2个本专利技术的波导路型液晶光开关而构成的双闸门型光开关的平面图。图中1A-第1芯，1B-第2芯，3-金属包层，3A-上金属包层，3B-下金属包层，4-第3芯，6A-第2电极，6B-第1电极，6C-第3电极，7A、7B-定向膜，8A-上基板，8B-下基板，10-波导路型液晶光开关，11-光学粘结剂。(波导路型液晶光开关)图1表示本专利技术的波导路型液晶光开关10的一个实施例，是从芯侧(图2的下侧)看到的平面图，图2是图1的AA剖面图。如图所示，波导路型液晶光开关10被分割成上基板8A和下基板8B两部分，在下基板8B上沿着其轴线方向的第1芯1A、第2芯1B被埋设在从表面起的规定深度的位置。第1芯1A、第2芯1B在中央部分的规定长度上相互接近并平行，两端边缘的间隔逐渐向外扩展。这个接近平行的部分就形成了所谓的方向性耦合器。上基板8A及下基板8B是由比形成第1芯1A、第2芯1B的材料具有更低折射率的材料形成的，比如折射率可以是1.523的(SiO2-TiO2)。一方面第1芯1A、第2芯1B的折射率比如可以是1.530的(SiCl4-TiCl4)。在上基板8A的与下基板8B对向一侧的表面上，为了覆盖由第1芯1A和第2芯1B所夹隔的空间，形成筋状的剖面为矩形的凹部。在这个凹部的底部形成定向膜7A，在其上面充填向列的液晶。在下基板8B上设置定向膜7B将其全面覆盖，通过将上基板8A和下基板8B用适当的光粘结剂11粘结使之成为一体，将向列型液晶密封，形成第3芯4。形成第3芯4的向列型液晶种类并无限制，比如可以使用4-(4-戊基环己基)氰基苯等。而且定向膜7A及定向膜7B都可以使用周知的材料，比如可以使用经过研磨处理的聚酰胺膜等。而且，在上基板8A上在第3芯4的正上方，设置覆盖住第1芯1A和第2芯1B之间缝隙的第1电极6B，并且在第1电极6B的两侧，形成第2电极6A和第3电极6C。第1电极6B、第2电极6A及第3电极6C可以各自被独立控制，而且第2电极6A和第3电极6C的液晶分子的定向方向与定向膜7A、7B的定向方向被规定为正交方向。作为电极材料可以使用SnO2、ITO等的透明导电材料，另外也可以使用金、铜、铝等金属材料。如上所述构成的波导路型液晶光开关10，通过调整在第1～第3的电极6A～6C上施加的电压，控制第3芯4的液晶分子的定向，可以在第1芯1A和第2芯1B之间进行光路(开关)切换。比如，如图3(A)所示，使光信号5A、5B从各自射入一侧的芯向第3芯4透过，进而向其他方向的芯转移，如图3(B)所示，转移到其他方向的芯的光信号，再一次透过第3芯4，并且可以使之转移到射入侧的芯上。而在以下的说明中，将射入的光信号从同一个芯射出时，称为‘ON’状态，将射入的光信号从其他的芯射出时称为‘OFF’状态。在所述光路切换时，如图4(A)所示，对于第1电极6B，通过向第2电极6A及第3电极6C施加相同相位的电位，如图中箭头所示，产生一个从第1电极6B朝向第2电极6A及第3电极6C的电场，由此，第3芯4中，对于第1电极6B，垂直电场成为支配性的。其结果，对TE偏光的耦合系数的变化成为支配性的。而且，如图4(B)所示，在第2电极6A及第3电极6C上，通过以第1电极6B为基准电位施加一个反相电位，如图中箭头所示，对于从第2电极6A朝向第3电极6C的第3芯4的水平电场成为支配性的，对于TM偏光的耦合系数的变化成为支配性的。这样，通过调整相对第1电极6B的第2电极6A及第3电极6C的电压和相位，可以对于TE偏光及TM偏光的ON状态、OFF状态进行调整，消除其偏光依赖性。一般，由于液晶的折射率变化比形成芯1A、1B的材料和形成金属包层的材料的折射率差要大数十倍，所以可以用小的电压确实地执行所述的开关动作。而且，所述开关样式，使用于第3芯4的向列液晶为正折射率变化的情况与为负折射率变化的情况下是相反的。而且，为了更正确地执行所述的开关动作，采用下述所示的A传输模耦合或者B传输模耦合是理想的。而所有这些说明的都是所述的ON状态的情况。(1)A传输模耦合在A传输模耦合中，第1芯1A及第2芯1B在各自的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：河本真司，
申请(专利权)人：日本板硝子株式会社，
类型：发明
国别省市：