[发明专利]快速切换的非对称热光器件

说明书

本发明涉及热光器件的领域，更具体地是，涉及非对称热光器件的领域。

热光器件是从，例如，Diemeer等人在Journal of LightwaveTechnology(光波技术期刊)，Vol.7，No.3(1989)，pp449-453的描述中了解的，它们的工作一般是基于所用光波导材料显示出折射率与温度有关(与极化无关的热光效应)的现象。已经制成了这种器件，尤其是用诸如离子交换玻璃和掺钛铌酸锂的无机材料做成。也已经披露采用纯聚合物波导制成热光器件，Diemeer等人指出其优点是，温度的适度增高可以导致折射率甚大变化。Diemeer描述的器件是一个纯聚合物平面开关。利用热致折射率壁垒形成的全内反射实现开关作用。该器件包括衬底(PMMA)，波导结构(聚氨酯清漆)，和过渡层(PMMA)，其加热元件是用蒸镀方法通过机械掩模在过渡层上沉积的条状银加热片。

在Electronics Lelters(电子学快报)，Vol.24，No.8(1988)，PP457-458中，披露了一种光学开关，其中光纤之间的耦合是利用单模熔融耦合器，其硅树脂包层是在耦合区的上面。开关作用的实现是利用硅包层的热致折射率变化。

在US4,753,505中，所描述的热光开关包含层状波导，其中折射率随温度而变的材料是聚合物或玻璃。

在US4,737,002中，描述的热光耦合器可能是采用光纤或集成光路形成的。

上述出版物中没有一个描述了非对称热光器件。

在SPIE Vol.1560：Nonlinear Optical Properties of OrganicMaterials IV(有机材料IV的非线性光学性质)(1991)，pp.426-433中，描述了非对称热光器件。所提到的器件是一个含非对称Y结的对偏振/波长不灵敏的聚合物开关。其开关性质是基于热致折射率调制，这种调制造成非对称Y结中模式演变的变化。该器件包括玻璃衬底和含NLO聚合物的多层聚合物。

一个非对称热先器件含有波导结构，此波导结构至少包括输入光路(1)，第一输出光路(2)，和第二输出光路(3)，第二输出光路(3)的宽度小于第一输出光路(2)的宽度，第一输出光路(2)上有第一加热元件(4)。因为第一输出光路的宽度大于第二输出光路的宽度，所以在缺省的开关状态，光通过第一输出光路。当要求开关在零功率态下处在明确的缺省状态时，就可以用这种非对称热光器件。在保护性开关或冗余开关和开关矩阵中就是这种情况。

原则上，这些非对称器件只需要一个加热元件，使光切换到第二输出光路。然而，在普通的非对称热光器件中，由于来自加热元件中的自由热扩散，返回到缺省的设定状态所需的切换时间太长。本发明提供一种回到缺省的设定状态切换时间较短的非对称热光器件。

为了达到这个目的，本发明含有前面摘要中提到的那种非对称热光器件，第二输出光路(3)上设置了第二加热元件(5)。

参照数字是在下面要解释的图1至图3中标明的。

在光被切换到第二(较窄)输出光路之后，可以加热第二加热元件(5)，使光能更快地切换回缺省状态。在本发明的一个优选实施例中，第二加热元件中加热脉冲所需的电功率是由电容器供给的，此电容器在加热第一加热元件时被充电。在切换到非缺省状态而对第一加热元件加热的同时，将第一加热元件与所述电容器并联，就可以对此电容器充电。现在，此电容器在充电。当切换回缺省状态时，该电容器与第二加热元件相连：电容器就通过第二加热元件放电。这使第二加热元件中产生加热脉冲。因为从缺省状态切换时，电容器已经充足了能量，所以切换回时不需要馈入另外的能量。这种情况尤其在开关矩阵中是有利的。

按照本发明的器件可以采用光纤或集成光路制成。在集成光路中，最好选用聚合物热光器件，因为即使不大的温度改变就能引起折射率很大的变化。此外，聚合物比无机材料更容易加工，例如，聚合物可以加在任何衬底上。因此，具有高热导性的衬底，如硅衬底，可以与具有低热导性的聚合物材料组成波导结构。这样一来，提供了一种热分布很集中的器件。

例如，可以按照如下方法制成集成热光器件。在波导结构下面是一支承，如玻璃衬底或硅衬底。在衬底上面可以标志成下列相继的各层：下包层，芯层(导波层)，和上包层。包层材料可以是无机材料或聚合物材料。所述包层材料的折射率小于芯层的折射率。包含实际导波构造的芯层可以用无机材料或聚合物材料制成。在上包层的上面放置加热元件。