DE10392348T5

DE10392348T5 - Optischer Schalter mit 3D-Wellenleitern

Info

Publication number: DE10392348T5
Application number: DE10392348T
Authority: DE
Inventors: Roger L. Hackensack Frick
Original assignee: Rosemount Inc
Current assignee: Rosemount Inc
Priority date: 2002-03-01
Filing date: 2003-03-03
Publication date: 2005-03-03
Also published as: US6987901B2; CN1650210A; AU2003220012A1; AU2003220012A8; WO2003075062A2; WO2003075062A8; JP2005519323A; CN1316271C; US20030223681A1; WO2003075062A3

Abstract

Optischer Schalter, umfassend:
ein Substrat;
einen ersten eingebetteten optischen Wellenleiter zum Übertragen eines optischen Signals, wobei sich das optische Signal im ersten Wellenleiter entlang einer ersten Richtung fortpflanzt;
einen zweiten eingebetteten optischen Wellenleiter, der sich in einer zweiten Richtung erstreckt, die sich von der ersten Richtung unterscheidet; und
ein optisches Diffraktionselement, das über einem Bereich totaler interner Reflexion des Substrat angeordnet und bezüglich dazu zwischen einer Schaltposition, in der das optische Signal aus dem ersten optischen Wellenleiter in den zweiten optischen Wellenleiter geschaltet wird, und einer nicht schaltenden Position beweglich ist, in der das optische Signal unter totaler interner Reflexion am Bereich totaler interner Reflexion reflektiert wird.

Description

Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der am 1. März 2002 eingereichten vorläufigen U.S.-amerikanischen Anmeldung Nr. 60/360,946 .
GEBIET DER ERFINDUNG Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf optische Elemente und im Spezielleren auf optische Gitter und optische Diffraktionselemente, die zum Durchführen optischer Schaltfunktionen eingesetzt werden.

HINTERGRUND DES VERWANDTEN STANDS DER TECHNIK

Optische Schalter werden gebraucht, um Signale in Lichtleitfaserkommunikationssystemen weiterzuleiten. Zwei grundlegende Vorgehensprinzipien werden bei bekannten Geräten eingesetzt. Bei diesen Prinzipien handelt es sich um Freiraumoptik und planare Wellenleiter.

Freiraumschalter verwenden Kollimatoren, um optische Strahlen zu erzeugen, die sich im freien Raum bewegen. Diese optischen Strahlen können durch bewegliche Spiegel oder andere ähnliche Vorrichtungen zu Empfangskollimatoren weitergeleitet werden, die sich an den gewünschten Ausgangsfasern befinden. Bekanntlich divergieren kleine optische Strahlen aufgrund von Diffraktion, wenn sie wandern. Diese Divergenz verursacht große Verluste bei Vorrichtungen, die zweckmäßige Größen haben. Außerdem verursachen praktische Einschränkungen bei der Flachheit der beweglichen Spiegel zusätzliche Divergenz und weitere Verluste. Noch weiter darüber hinaus sind Kollimatoren groß, teuer und sehr schwierig auszurichten, also lauter Faktoren, die bewirken, dass Freiraumschalter teuer herzustellen sind.

Es wurden planare optische Wellenleiter verwendet, um die den vorstehend beschriebenen Freiraumvorrichtungen eigene Strahldivergenz aus der Welt zu schaffen. Planare optische Wellenleiter können auch den Bedarf nach Eingangs- und Ausgangskollimatoren abschaffen, was zu einem kompakteren Aufbau mit niedrigeren Herstellungskosten führt. Wellenleiter verschiedener bekannter Auslegungen werden auf der Oberfläche eines Substrats ausgebildet. Verschiedene Schalteinrichtungen werden verwendet, um die Signale an den Schnittpunkten dieser Flächenwellenleiter weiterzuleiten. Die 2-dimensionale Beschaffenheit dieser Vorrichtungen macht im Allgemeinen einen Luftspalt an diesen Schnittpunkten erforderlich, so dass eine Schalteinrichtung eingefügt werden kann. Bewegliche Spiegel und Blasen in einer dem optischen Index angepassten Kopplungsflüssigkeit wurden verwendet, um diese Schalteinrichtung zu schaffen.

Bekannte Vorrichtungen weisen aufgrund des Vorhandenseins des Luftspalts große Verluste an diesen Schnittpunkten auf. Ein N×N-Schalter weist 2N solcher Schnittpunkte auf. Diese Verluste werden unannehmbar, wenn N groß wird. Dazu kommt, dass planare Wellenleiter keine Lichtstrahlprofile haben, die zu denjenigen einer Lichtleitfaser passen. Dies verursacht wesentliche Koppelverluste an den Eingangs- und Ausgangsstufen, wo die Fasereinkopplung stattfinden soll.

Frühere Patentanmeldungen des vorliegenden Erfinders (die US-Patentanmeldungen mit den laufenden Nummern 09/905,736 mit dem Titel "Optical Switch with Moveable Hologrphic Optical Element" und 09/905,769 mit dem Titel "Integrated Transparent Substrate and Diffractive Optical Element'; die jeweils ausdrücklich durch Bezugnahme hier mitaufgenommen werden) zeigen einen Schalter, der die Vorteile von Freiraum- und Wellenleitern vereint. Die aufgezeigten Lösungswege sind allgemein in den 1 und 2 dargestellt. Diese Anmeldungen zeigen einen Schalter, der darauf beruht, optische Signale über totale interne Reflexion (TIR) in einem transparenten Substrat weiterzuleiten. Die Auslegungen senken die Strahldivergenz aufgrund des höheren Brechungsindex im Substrat im Vergleich zu Freiraum. Diese Auslegungen reduzieren Ausrichtungs- und Positionierungsprobleme auch auf ein Mindestmaß, weil alle Komponenten vom Substrat unbeweglich und präzise an ihrer Stelle gehalten werden. Die Vorrichtungen kommen ohne Luftspalte aus, die bei bekannten, auf planaren Wellenleitern beruhenden Schaltern erforderlich sind, da die totale interne Reflexion zum Weiterleiten der Signale verwendet wird. Totale interne Reflexion weist bekanntlich wenig Verlust auf, und diese Einrichtung schafft das Verlustproblem aus der Welt, das solchen Wellenleiterschaltern eigen ist.

Im Betrieb wird ein Diffraktionsgitter 100 angrenzend an ein optisches Substrat 102 mit einem einfallenden Lichtstrahl 104 angeordnet, der sich im Substrat 102 unter totaler interner Reflexion (TIR), welche über einem kritischen Einfallwinkel auftritt, fortbewegt. Das Diffraktionsgitter 100 ist bezüglich des Substrats 102 beweglich, um das Diffraktionsgitter 100 selektiv in das sich verflüchtigende Feld totaler interner Reflexion einzuführen, das an einer Oberfläche 106 des Substrats 102 entsteht, wo die TIR stattfindet. Das in den 1 und 2 dargestellte Diffraktionsgitter 100 besteht aus parallelen Streifen 108. 1 zeigt das Diffraktionsgitter 100 in einer ersten, einer Schaltposition, in der das Eingangssignal 104 zu einem Ausgangsstrahl 110 umgeschaltet wird. 2 zeigt eine zweite Position, ohne Umschaltung, in der das Diffraktionsgitter 100 die Eingangswelle 104 nicht beeinflusst, welche sich über TIR als Ausgangsstrahl 112 weiter fortpflanzt. Die Ablenkung des Strahls 104 in den Lichtstrahl 110 stellt eine Strahlumlenkung dar, während die Reflexion in den Lichtstrahl 112 eine unbeeinflusste Fortpflanzung darstellt.

Das Diffraktionsgitter 100 ist typischerweise so ausgelegt, dass es eine einzige Diffraktionsart aufweist, die -1-Diffraktionsart, welche dazu führt, dass eine Höchstleistung, d.h. Lichtstrahl 110 oder 112, in eine Sollrichtung gelenkt wird. Dies minimiert den Verlust bei der Schaltposition im Vergleich zur praktisch verlustfreien, nicht umschaltenden Position. Die Dicke der Gitterstreifen 108 kann so eingestellt sein, dass das vom Diffraktionsgitter 100 reflektierte Licht phasensynchron mit dem an der Fläche 106 in der Sollrichtung reflektierten Licht ist. Dies führt zu einer konstruktionsbedingten Interferenz, und das Diffraktionsgitter 100 kann eine Gesamtleistung von in etwa 90% haben.

Trotz dieser Vorteile kann es sein, dass Vorrichtungen wie diejenigen der 1 und 2 allgemein immer noch Kollimatoren benötigen, um Strahlstreuung zu minimieren. Zusätzlich kann die relativ lange Strecke zwischen dem Gitter und den Ausgangsfasern einen wellenlängenabhängigen Verlust (WDL – wavelength dependent loss) ins Spiel bringen. Dieser ist unerwünscht in Telekommunikationssystemen und sollte auf ein Mindestmaß begrenzt werden. WDL rührt von Gitterstreuung her, wobei verschiedene Wellenlängen sich in geringfügig unterschiedlichen Richtungen fortpflanzen. Dieser Effekt könnte den praktischen Wert N bei einem N × N-Schalter einschränken, der diese Lösungsansätze verwendet.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Nach einem Ausführungsbeispiel wird ein optischer Schalter mit einem Substrat bereitgestellt; einem ersten eingebetteten optischen Wellenleiter zum Weiterleiten eines optischen Signals, wobei sich das optische Signal im ersten optischen Wellenleiter in einer ersten Richtung fortpflanzt; und einem zweiten eingebetteten optischen Wellenleiter, der sich in einer zweiten Richtung erstreckt, die sich von der ersten Richtung unterscheidet. Der Schalter umfasst darüber hinaus ein optisches Diffraktionselement, das über einem Bereich totaler interner Reflexion des Substrats angeordnet und bezüglich dazu zwischen einer Schaltposition, bei der das optische Signal aus dem ersten optischen Wellenleiter in den zweiten optischen Wellenleiter geschaltet wird, und einer nicht umschaltenden Position beweglich ist, bei der das optische Signal unter totaler interner Reflexion am Bereich totaler interner Reflexion reflektiert wird.

Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst ein optischer Schalter ein Substrat mit mehreren Schnittstellenbereichen; einen im Substrat eingebetteten Eingangswellenleiter zum Weiterleiten eines optischen Signals unter totaler interner Reflexion; und mehrere im Substrat eingebettete Ausgangswellenleiter zum Weiterleiten des optischen Signals, wobei jeder der mehreren eingebetteten Ausgangswellenleiter an einem der mehreren Schnittstellenbereiche angrenzend an den eingebetteten Eingangswellenleiter angeordnet ist. Der Schalter umfasst darüber hinaus mehrere optische Diffraktionselemente, wobei jedes optische Diffraktionselement über einem der mehreren Schnittstellenbereiche angeordnet ist, und jedes optische Diffraktionselement einzeln bezüglich des Substrats zwischen einer nicht schaltenden und einer Schaltposition beweglich ist, wobei das sich im eingebetteten Eingangswellenleiter fortpflanzende optische Signal in einen der mehreren eingebetteten Ausgangswellenleiter eingekoppelt wird.

Nach noch einem weiteren Ausführungsbeispiel wird ein Verfahren zum Schalten eines optischen Signals bereitgestellt, welches umfasst, einen in einem Substrat eingebetteten Eingangswellenleiter auszubilden, wobei sich der eingebettete Eingangswellenleiter in einer ersten Richtung erstreckt; in dem Substrat einen eingebetteten Ausgangswellenleiter auszubilden, wobei sich der eingebettete Ausgangswellenleiter in einer zweiten Richtung erstreckt, die sich von der ersten Richtung unterscheidet; und ein optisches Diffraktionselement angrenzend an das Substrat für eine Bewegung zwischen einer Schaltposition, bei der das sich im eingebetteten Eingangswellenleiter fortpflanzende optische Signal in den eingebetteten Ausgangswellenleiter eingekoppelt wird, und einer nicht schaltenden Position anzuordnen, bei der das sich im eingebetteten Eingangswellenleiter fortpflanzende optische Signal nicht in den eingebetteten Ausgangswellenleiter eingekoppelt wird.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Querschnittsansicht eines Diffraktionsgitters in einer Schaltposition.
2 ist eine Querschnittsansicht des Diffraktionsgitters von 1 in einer nicht schaltenden Position.
3 ist eine Querschnittsansicht eines Diffraktionsgitters, das nach einer Ausführungsform angrenzend an ein optisches Substrat mit Wellenleitern positioniert ist.
4 ist eine Querschnittsansicht des Diffraktionsgitters von 3, das nach einer Ausführungsform in einer zweiten Position im Hinblick auf das optische Substrat angeordnet ist.
5 ist eine Draufsicht eines beispielhaften 2×2-Abschnitts eines N×N optischen Schalters.
6 ist eine perspektivische Ansicht eines 2×2-Schalters nach einer Ausführungsform.
7 stellt eine Querschnittsansicht eines beispielhaften Koppelns zwischen einer Einmodenfaser und einem Wellenleiter in einem Substrat dar.
8 ist eine perspektivische Ansicht eines Diffraktionsgitters, die eine freitragende Halterung unter Verwendung eines Ankerabschnitts zeigt.
9 ist eine Draufsicht des Diffraktionsgitters von 8, die eine Elektrode zeigt, die über dem Diffraktionsgitter angeordnet ist, um das Diffraktionsgitter nach einer Ausführungsform bezüglich der obersten Fläche des Substrats zu bewegen.
10 ist eine beispielhafte Teildraufsicht eines anderen Diffraktionsgitters nach einer Ausführungsform.
11 ist eine Seitenansicht des in 10 gezeigten Diffraktionsgitters, das darüber hinaus einen Halterungsaufbau und eine über dem Diffraktionsgitter angeordnete Elektrode zeigt.
12 ist eine perspektivische Ansicht eines Diffraktionsgitters mit einem Betätigungsteil nach einer Ausführungsform, das aus flexiblen Armen und Halterungsfüßen besteht.
BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
Diese Anmeldung zeigt eine an den in 1 und 2 gezeigten Vorrichtungen vorgenommene Verbesserung. Der Betrieb der verbesserten Vorrichtung ist in 3 gezeigt. Allgemein werden Wellenleiter, die in ein optisches Substrat eingebettet sind, dazu verwendet, um Strahldivergenz und damit zusammenhängende Verluste abzuschaffen. Diese eingebetteten Wellenleiter erstrecken sich in die Masse eines Substrats und haben somit einen zu einer obersten Fläche des Substrats parallelen Verlauf und einen weiteren Verlauf der senkrecht zu dieser Fläche ist. Diese Wellenleiter enden an oder in nächster Nähe zu einem Bereich totaler interner Reflexion, wo totale interne Reflexion auftreten kann. Ein solcher Abschluss minimiert wellenlängenabhängigen Verlust WDL, da der Wellenleiter Licht über einen weiten Bereich an Winkeln auffängt, wenn ex sich nahe der obersten Fläche befindet. Solch ein Abschluss erhält auch sehr niedrige Verluste an Wellenleiterschnittpunkten aufrecht, an denen ein Eingangswellenleiter und ein Ausgangswellenleiter aufeinandertreffen könnten, weil die Strecke, über welche der optische Strahl ungelenkt ist, minimal gehalten ist. Im Ergebnis können die gelenkten Strahlen bei der verbesserten Vorrichtung einen viel kleineren Durchmesser haben als die ungelenkten Wellen von 1 und 2. Ein typischer Strahldurchmesser bei Vorrichtungen aus dem Stand der Technik, wie der in 1 und 2 gezeigte, kann in etwa 200 μm betragen. Ein typischer hier beschriebener Strahldurchmesser kann von einer kleineren Größenordnung sein, z.B. ca. 10 μm. Dies reduziert die Gesamtgröße und -kosten der Vorrichtung. Es reduziert auch den wellenlängenabhängigen Verlust WDL der Vorrichtung wesentlich und macht sie unempfindlich für die "Größe" des Schalters (N).
Eine Schaltposition eines optischen Schalters 200 ist in 3 gezeigt. Ein Lichtstrahl 202 wird von einem Eingangswellenleiter 204 zu einer Fläche 205 eines Substrats 206 geleitet. Der Lichtstrahl 202 fällt mit einem von der Senkrechten zur Fläche 205 gemessenen Winkel ein, der den für TIR kritischen Winkel überschreitet. Dieser Winkel beträgt typischerweise 45 Grad, da das Substrat 206 und der Wellenleiter 204 vorzugsweise aus Quarzglas mit einem kritischen Winkel von ca. 43 Grad aufgebaut sind. In der gezeigten Schaltposition ist ein optisches Diffraktionselement in Form eines Diffraktionsgitters 208 in das sich verflüchtigende TIR-Feld durch Reduktion des Abstands zwischen dem Diffraktionsgitter 208 und dem Substrat 206 gebracht. Dieser Abstand zwischen den beiden beträgt in der in 3 gezeigten Schaltposition ca. 0,1 μm. In einer Ausführungsform hat das Diffraktionsgitter 208 denselben Brechungsindex wie das Substrat 206 und der Wellenleiter 204. Das Gitter 208, wie es auch die in den nachstehenden Ausführungsbeispielen beschriebenen Gitter sind, ist ein optisches Diffraktionselement.
Das Gitter 208 beugt den Lichtstrahl 202 so, dass er von einem Ausgangswellenleiter 210 aufgefangen wird, der sich auch im Substrat 206 befindet. Der Ausgangswellenleiter 210 liegt in einer Ebene, die sich aus dem Blatt heraus erstreckt, und ist somit in unterbrochenen Linien dargestellt. Bei dem abgelenkten Lichtstrahl handelt es ich um den Lichtstrahl 212. In dem dargestellten Beispiel schneiden sich die beiden Wellenleiter 204 und 210 an einem Schnittstellenbereich 211 des Substrats 206. Der Abstand zwischen einem Schnittpunkt zwischen den Wellenleitern 204 und 210 und der obersten Fläche 205 beträgt typischerweise weniger als 10 μm. Ein Überschalten eines im Wellenleiter 204 befindlichen optischen Signals in den Wellenleiter 210 findet am Schnittstellenbereich 211 statt.
Das Diffraktionsgitter 208 ist vorzugsweise aus Quarzglas aufgebaut, und die Gitterperiode ist so eingestellt, dass nur ein Diffraktionsmode in der gewünschten Beugungsrichtung bereitgestellt wird. Diese Periode kann in einigen Ausführungsformen ca. 2 μm betragen. Die Gitterdicke ist die Mindestdicke, die mit dem maximalen Wirkungsgrad und anderen Leistungsparametern vereinbar ist, und beträgt typischerweise ca. 0,6 μm. Obwohl auch dickere Gitter einen hohen Wirkungsgrad aufweisen können, neigen sie dazu, sehr empfindlich auf kleine Schwankungen bei den Abmessungen und Eigenschaften zu reagieren, weil sie die Tendenz haben, Resonanz in den optischen Pfad zu bringen. Vorzugsweise hat das Gitter 208 eine Periode, die im Wesentlichen gleich der Lichtwellenlänge eines optischen Signals ist, das sich im Wellenleiter 204 fortpflanzt.
Die nicht schaltende oder inaktive Position ist in 4 gezeigt, in welcher das Gitter 208 um den Abstand D von der obersten Fläche 205 weg gezogen ist. Dieser Abstand D beträgt typischerweise 10 bis 20 μm. In der dargestellten Position wird der Lichtstrahl 202 durch TIR an einem Bereich 213 totaler interner Reflexion reflektiert, wird von einem zweiten, einem Ausgangswellenleiter 214, aufgefangen, und pflanzt sich als Lichtstrahl 216 weiter fort. Die Ausgangswellenleiter 210 und 214 sind direkt an den Eingangswellenleiter 204 gekoppelt, können aber statt dessen auch angrenzend an, aber nicht in direktem Kontakt mit dem Eingangswellenleiter 204 angeordnet sein. Darüber hinaus kann der Ausgangswellenleiter 214 ein separater Wellenleiter oder eine Fortsetzung des Eingangswellenleiters 204 sein.
In einer Ausführungsform sind die Wellenleiter 204, 210 und 214 eingebettete Wellenleiter, die jeweils ein Signal unter TIR sich von der obersten Fläche 205 und einer untersten Fläche 216 aus fortpflanzen lassen.
5 stellt eine Draufsicht eines 2×2-Abschnitts 300 eines N×N optischen Schalters in einer beispielhaften Schaltkonfiguration dar. Zwei Eingangswellenleiter 302 und 304 sind an zwei Ausgangswellenleiter 306 und 308 gekoppelt, die alle in einem Substrat 309 ausgebildet sind. Diffraktionsgitter 310 und 312 sind auf dem Substrat 309 über Schnittstellenbereichen angeordnet und befinden sich in der "aktiven" oder Schaltposition. Diffraktionsgitter 314 und 316 sind auf dem Substrat 309 über Schnittstellenbereichen angeordnet und befinden sich in der "inaktiven" oder nicht schaltenden Position. Ein optisches Signal, dass sich entlang des Eingangswellenleiters 302 fortpflanzt, wird über einen Lichtweg 318 in den Wellenleiter 308 gekoppelt. Der Lichtweg 318 wird in der nicht schaltenden Position vom Diffraktionsgitter 314 nicht beeinflusst. Der Lichtweg 318 geht unter TIR von der obersten und untersten Fläche des Substrats 309 weiter zum Gitter 312. Das Gitter 312 beugt den Lichtweg 318 um einen Winkel 320 und verläuft durch TIR über das Gitter 316 (das sich in der nicht schaltenden Position befindet) weiter zum Ausgangswellenleiter 308.
Das sich zum Eingangswellenleiter 304 fortpflanzende Signal wird durch einen Lichtweg 322 in den Ausgangswellenleiter 306 gekoppelt. Der Lichtweg 322 trifft auf das Gitter 310, das in der "inaktiven" Position ist, und beugt den Lichtweg 322 um den Winkel 320, so dass sich das optische Signal in den Ausgangswellenleiter 306 einkoppelt. Der Winkel 320 beträgt vorzugsweise ca. 68 Grad. In der dargestellten Schaltkonfiguration pflanzt sich in den Wellenleitern 324 und 326 kein Licht fort.
6 zeigt eine dreidimensionale Darstellung eines 2×2-Schalters 400 in einer besonderen Schaltkonfiguration. Wellenleiter 403 (Eingangswellenleiter 403a und Ausgangswellenleiter 403b) sind eingebettete Wellenleiter, die in einem Substrat 402 ausgebildet sind. Im Allgemeinen können diese Wellenleiter 403, sowie auch die anderen hierin beschriebenen Wellenleiter in das Substrat 402 durch bekannte Verfahren eingraviert werden, wie etwa denjenigen, die von D. Homoelle et al. "Infrared photosensitivity in silica glasses exposed to femtosecond laser pulses"; Optics Letters, Bd. 24, Nr. 18, 15. September 1999, beschrieben wurden.
Kurz ausgedrückt, kann ein Infrarotpulslaser auf einen Punkt im Substrat 402 fokussiert werden, welcher sich in einem Maße erwärmt, dass der Brechungsindex an dem Punkt dauerhaft erhöht ist. Das Substrat 402 wird mit einem dreidimensionalen Positionierungssystem bewegt, um das gewünschte Wellenleiterbild zu erzeugen. Die Parameter werden eingestellt, um einen Einmoden-Wellenleiter für die Sollbetriebswellenlänge herzustellen, die typischerweise 1550 nm beträgt. Die ausgebildeten Wellenleiter haben vorzugsweise einen Durchmesser von 8 μm mit einem erhöhten Brechungsindex von ca. 3,5%. Dies erzeugt einen gelenkten Strahl mit einem Durchmesser von ca. 10 μm, der einer typischen Lichtleitfaser entspricht. Die Parameter können so eingestellt werden, dass Strahlen mit größeren Durchmessern erzeugt werden, falls das so gewünscht wird. Wie deutlich wird, können bis zu 4 Wellenleiter an einem Punkt im Substrat 402 zusammenlaufen. Die Wellenleiter können sich den ganzen Weg bis zur obersten Fläche des Substrats 402 erstrecken oder können an einem Punkt einige Mikrometer unter der Fläche enden. Die Position und der Abschlusspunkt des Wellenleiters wird für maximale Leistung eingestellt.
Bewegliche Diffraktionsgitter 404, 406, 408 und 410, die nur geringfügig größer sein müssen als der Strahldurchmesser, haben typischerweise einen Durchmesser von 20 μm, wenn sie rund sind, oder ca. 20 μm über jede Seite, wenn sie quadratisch sind. Diese Strukturen sind angrenzend an Schnittstellenbereiche im Substrat 402 angeordnet. Die Dicke des Substrats 402 beträgt vorzugsweise ca. 200 μm, und die Diffraktionsgitter 404–410 sind auf einer obersten Fläche 412 des Substrats 402 ca. 400 μm voneinander beabstandet. In einer Ausführungsform sind die Gitter 404–410, ähnlich der in den 8 und 9 dargestellten Ausführungsform, auf einem Quarzglasausleger angebracht, der am Substrat 402 befestigt ist. Die Gitter 404–410 können auch andere Formen haben, und die 10–12 liefern zusätzliche Beispiele. Jedes der Gitter 404–410 wird über eine auf der Oberfläche des Auslegers abgeschiedene Metallschicht und eine mit einem Abstand über der Fläche 412 angeordnete Elektrode einzeln elektrostatisch aktiviert.
Vorzugsweise wird eine optische Absorptionsbeschichtung auf unbenutzte Teile der obersten Fläche 412 zwischen den Bereichen totaler interner Reflexion, in denen TIR auftreten kann und die Gitter 404–410 angeordnet sind, aufgebracht. Solche Absorptionsbeschichtungen absorbieren auch Streulicht, das aus diesen Bereichen totaler interner Reflexion entweicht, und verhindern Kreuzkopplung. Zusätzlich könnte die Vorrichtung 400 abgewandelt werden, um Licht aufzufangen und abzugeben, das nicht von irgendeinem Gitter gebeugt wurde. Dieses Licht ist als Modenlicht nullter Ordnung bekannt. Vorzugsweise handelt es sich bei den Wellenleitern 403 jeweils um einen eingebetteten Wellenleiter, der sich auch in eine Seiten- oder Bodenfläche des Substrats 402 erstreckt und jegliche Energie aus dem Substrat 402 auskoppelt. Wie dargestellt ist, befinden sich die Eingangswellenleiter 403a in einer ersten Ebene, und die Ausgangswellenleiter 403b befinden sich in einer zweiten Ebene, die mit der ersten Ebene einen Winkel bildet.
7 zeigt eine typische Verbindung zwischen einem Substrat 500 und einer Einmoden-Lichtleitfaser 502. Die Lichtleitfaser 502 besitzt einen Kern 504, der mit einem eingebetteten Wellenleiter 506 ausgerichtet ist, der sich in das Substrat 500 erstreckt. Der Wellenleiter 506 kann wie jeder der vorstehend beschriebenen Wellenleiter sein und ist somit in der Lage, ein Signal unter TIR von einer obersten Fläche 505 und einer untersten Fläche 507 des Substrats weg sich fortpflanzen zu lassen. In dem dargestellten Beispiel ist die Lichtleitfaser 502 mit einem 45-Grad-Winkel geschliffen und mit einer Antireflexschicht 508 überzogen, um Fresnel-Reflexionsverluste zu reduzieren und unerwünschte zurückreflektierte Energie daran zu hindern, in die Lichtleitfaser 502 einzutreten. Das Substrat 500 kann auch über eine ähnliche Beschichtung 510 verfügen. Die Lichtleitfaser 502 kann beispielsweise mit einer Ausrichtbefestigung oder einer Einbettmasse an der Stelle gehalten werden.
Es können andere Materialien und Konstruktionen verwendet und für die Diffraktionsgitter verschiedene Aktivierungs- und Trageinrichten benutzt werden. Darüber hinaus können die Gitter oder der Betätigungsaufbau auf dem Substrat zugewandten Flächen "Höcker" aufweisen, um engen Kontakt zwischen dem Substrat und dem Gitter in der Schaltposition zu vermeiden und somit ein Anhaften zu minimieren. Es können auch andere Vorrichtungen als Diffraktionsgitter zum Schalten der Strahlrichtung verwendet werden. Miniaturprismen oder Fresnel-Spiegel können unter Dämpfung mit dem TIR-Feld gekoppelt werden, das sich über einem Substrat mit den eingebetteten Wellenleitern erstreckt. Noch weiter darüber hinaus können die Wellenleiter, falls gewünscht, gekrümmt sein, um TIR-Rückprall an der untersten Fläche auszuschalten. Die Substratdicke sollte konsistent sein, mit einem Krümmungsradius im Wellenleiter, der relativ wenig Verlust aufweist. Dem normalen Fachmann auf diesem Gebiet werden andere Alternativen bekannt sein.
Um ein allgemeines Diffraktionsgitterstellorgan darzustellen, zeigt 8 ein beispielhaftes Diffraktionsgitter 600, das auf einem (teilweise gezeigten) Substrat 602 mit Eingangs- und Ausgangswellenleitern ähnlich den vorstehend beschriebenen angebracht ist. Das Substrat 602 verfügt über mindestens einen eingebetteten Eingangswellenleiter 601, der sich in einer ersten Richtung und Ebene erstreckt, und mindestens einen eingebetteten Ausgangswellenleiter 603, der sich in einer zweiten Richtung und Ebene erstreckt, die sich von der ersten Ebene unterscheidet. Die Wellenleiter 601 und 603 sind in 9 gezeigt. Der Ausgangswellenleiter 603 erstreckt sich in einer Ebene aus dem Blatt heraus und ist somit nur in unterbrochenen Linien dargestellt. Die beiden Wellenleiter 601 und 603 haben aneinander angrenzende, z.B. direkt miteinander gekoppelte Abschnitte, um ein optisches Signal aus einem in den anderen schalten zu können. Jeder der Wellenleiter 601 und 603 schickt ein optisches Signal unter totaler interner Reflexion im Substrat 602 weiter.
Hier sind (teilweise gezeigte) Streifen 604 von einem Trageteil in der Form eines starren Ankerabschnitts 606 abgehängt, der fest an einer obersten Fläche 608 angebracht ist. Dies ist eine freitragende Konfiguration, bei der sich die Streifen 604 vom Ankerabschnitt 606 nach außen erstrecken und frei über dem Substrat 602 stehen. Die Streifen 604 befinden sich nahe genug am Substrat 602, dass das Diffraktionsgitter 600 in die Schaltposition geneigt wird, d.h. sich die Streifen 604 innerhalb des sich verflüchtigenden Felds einer Lichtwelle mit 1550 nm oder 1310 nm befinden, die unter TIR im Substrat 602 wandert.
Querverbindungen 612 sind zwischen den Streifen 604 ausgebildet, die sich über einen TIR-Bereich 610 (oder einen Bereich in der obersten Fläche) erstrecken, um zur strukturellen Steifigkeit beizutragen. Unter dem Bereich 610 der totalen internen Reflexion schneiden sich der Eingangswellenleiter 601 und der Ausgangswellenleiter 603. Mit den Querverbindungen 612 können die Streifen 604 dazu gebracht werden, sich übereinstimmend zu bewegen, wodurch Torsionskräfte vermieden werden, die dermaßen kleine Strukturen in Mitleidenschaft ziehen könnten. Bei längeren Streifen kann es viele Querverbindungen zwischen zwei Streifen geben. Bei den Konstruktionsauslegungen ist es jedoch wichtig, zu vermeiden, dass die Querverbindungen in einer eng ausgebildeten periodischen Abfolge angeordnet werden, weil die Querverbindungen 612 dann kollektiv als Diffraktionsgitter wirken würden, das zu dem von den Streifen 604 gebildeten Gitter orthogonal ausgerichtet ist.
Die Streifen können aus Siliziumdioxid ausgebildet werden, welches in Infrarotbereich lichtdurchlässig ist und sich leicht mit standardmäßigen MEMS-Herstellungsverfahren der Photolithographie mit 0,5 μm bis 1 μm Zeilenbreite herstellen lässt. Beispielsweise können die Streifen 604 durch Abscheiden einer Siliziumdioxidschicht auf dem Substrat 602 hergestellt werden. Beim Substrat 602 kann es sich um Quarz, aber beispielsweise auch andere bekannte Substratmaterialen handeln, worin ein Wellenleiter ausgebildet werden kann. Standardmäßige Photolithographieverfahren können das gewünschte Leiterbild in einer Photoresistschicht ausbilden, und das Leiterbild kann mit standardmäßigen MEMS-Ätztechniken, ähnlich dem im Handel erhältlichen Mehrfachnutzer-MEMS-Prozess (MUMPs^TM) in das Siliziumdioxid geätzt werden. Bei der Herstellung wird eine Opfer- oder Abstandsschicht auf der obersten Substratfläche zwischen dem Siliziumdioxid und dem Quarzglas abgeschieden. Bei dieser Schicht kann es sich um Siliziumnitrid handeln, und sie wird durch Ätzen abgetragen oder aufgelöst, um die Siliziumstruktur aus dem Substrat 602 freizulegen. Das aus einem Material wie Quarz hergestellte Substrat 602 widersteht Ätzprozessen und ermöglicht, dass die Opferschicht ohne Ätzen des Substrats aufgelöst werden kann. Jegliches Ätzen des Substrats 602 würde ein schwaches Diffraktionsgitterbild erzeugen, das nicht zulassen würde, dass der Schalter wie gewünscht vollständig ausgeschaltet werden könnte. Die Opferschicht kann so bemessen sein, dass das Diffraktionsgitter in der Schaltposition positioniert wird, oder die Vorrichtung kann so aufgebaut sein, dass sie mit Polysiliziumfederelementen in die Schaltposition geneigt wird. Vorzugsweise bestehen die Streifen 604, der starre Ankerabschnitt 606 und die Querverbindungen 612 aus demselben Material, am meisten bevorzugt einem Siliziumdioxidmaterial. Weitere geeignete Materialien umfassen nichtkristallines Silizium, kristallines Silizium, Aluminiumoxid, Saphir, Siliziumnitrid, oder auch eine Polysilizium-/Polygermaniumlegierung.
Darüber hinaus können kleine Höcker auf der Unterseite des Diffraktionsgitters 600 ausgebildet werden, indem in der Opferschicht kleine Vertiefungen ausgeformt werden, bevor die Polysiliziumschicht abgeschieden wird. Wie oben festgestellt, minimieren diese Höcker ein Anhaften während des Freilegevorgangs und des darauffolgenden Schaltbetriebs. Ein Höcker 613 ist auf dem Streifen 604 im Beispiel von 9 gezeigt.
Um das Diffraktionsgitter 600 aus der Schaltposition in die nicht schaltende Position zu bewegen, kann ein elektrisches Feld über eine oberhalb der Streifen abgeordnete Elektrode angelegt werden, weil die Streifen 604 mit einer zusätzlichen Isolierschicht und einer teilweise leitfähigen Schicht ausgebildet werden können und sich somit unter Anlegen eines elektrischen Feldes von der obersten Fläche des Substrats 602 weg biegen. Da das sich verflüchtigende Feld über dem Bereich 610 totaler interner Reflexion langsam exponentiell abnimmt, müssen sich die Streifen 604 nur um einen kleinen Abstand biegen, um das Diffraktionsgitter 600 in die nicht schaltende Position zu versetzen.
9 zeigt eine Technik zum Ablenken der Streifen 604 mittels einer Elektrode 614, die zumindest über einem distalen Abschnitt der Streifen 604 angeordnet ist und sich in und aus der Darstellung heraus über alle Streifen 604 erstreckt. Die Elektrode 614 ist an einer unteren Fläche einer isolierenden Halteplatte 616 angebracht, welche über einem Tragteil 618 ausgebildet ist. Das Tragteil 618 kann aus demselben Material bestehen wie der Ankerabschnitt 606, und in der Abbildung ist es diesem entgegengesetzt. Eine zweite, nicht gezeigte Elektrode kann den Umfang des Gitters umgeben, indem sie beispielsweise auf dessen äußersten Streifen oder angrenzend daran positioniert wird. Die Elektrode 614 empfängt Befehle aus einer Treiberschaltung und legt im Ansprechen darauf ein elektrisches Feld zwischen der zweiten Elektrode an die Streifen 604 an. Um die Durchführung zu vereinfachen, können die Streifen 604 an Massespannung gelegt werden. Darüber hinaus kann sich die Elektrode, wie gezeigt, in der Längsrichtung die Länge der Streifen 604 hinab erstrecken.
Die 10 und 11 zeigen eine alternative Einrichtung, um ein Diffraktionsgitter zum Schalten zu aktivieren. In diesen Ausführungsformen liegt die zum Schalten verwendete Biegsamkeit nicht wie bei 9 in den das Diffraktionsgitter bildenden Streifen, sondern bei dem Aufbau, der die Streifen mit der obersten Fläche des Substrats verbindet. Beispielsweise weist ein Diffraktionsgitteraufbau 700 Streifen 702, Querverbindungen 704 und Seitenabschnitte 706 und 708 auf, welche aus denselben Materialien und auf ähnliche Weise hergestellt sein können wie der in 9 gezeigte Diffraktionsgitteraufbau 600. Das Gitter kann wie in 11 gezeigt aktiviert werden.
11 zeigt eine Tragstruktur oder ein Aufhängeteil mit zwei auf einem Substrat 714 ausgebildeten Befestigungssockeln 710 und 712. Eine Befestigungsplatte 716 ist auf den Sockeln 710, 712 ausgebildet, bei welchen es sich um starre Befestigungsteile handeln kann. Das Substrat 714 weist mindestens einen eingebetteten Eingangswellenleiter 713 auf, der sich in einer ersten Richtung und einer ersten Ebene erstreckt, und einen eingebetteten Ausgangswellenleiter 715, der sich in einer zweiten Richtung und einer zweiten Ebene erstreckt, die sich von der ersten Ebene unterscheidet. Der Ausgangswellenleiter 715 erstreckt sich aus der Abbildung heraus und ist somit in unterbrochenen Linien gezeigt. Die beiden Wellenleiter 713 und 715 haben aneinander angrenzende, z.B. direkt miteinander gekoppelte Abschnitte, um ein optisches Signal aus einem in den anderen schalten zu können. Jeder Wellenleiter 713, 715 schickt ein optisches Signal unter totaler interner Reflexion weiter.
Das Diffraktionsgitter 700 ist über flexible Teile 718 mit den Befestigungssockeln 710 und 712 verbunden. Die flexiblen Teile 718 können beliebig viele MEMS-bearbeitete Federn, Membranen oder Strukturen sein, die biegsam sind. Das flexible Teil 718 ermögliche eine Ablenkung in zwei Richtungen, nach oben und unten oder in eine einzige Richtung. Die erste Elektrode 720 ist an der Befestigungsplatte 716 angebracht und ist in dieser Ausführungsform als sich quer und längs über die Streifen 702 erstreckend gezeigt, welche an Masse gelegt sind. Eine zweite Elektrode 721 kann am Umfang des Gitters 700, beispielsweise auf den flexiblen Teilen 718 angebracht sein. In solch einer Konfiguration kann das Diffraktionsgitter 700 in die "aktive" oder Schaltposition geneigt oder unter einem elektrischen Feld zu einer nicht schaltenden Position beweglich sein, welches zwischen der Elektrode 720 und der Elektrode 721 entsteht. Alternativ kann das Diffraktionsgitter 700 in die nicht schaltende Position geneigt sein, oder das Diffraktionsgitter 700 kann unter Steuerung der Elektroden 720 und 721 für sowohl eine Bewegung nach oben und unten geneigt werden. Das Diffraktionsgitter 700 kann auf einer Grundfläche ausgebildete Höcker 722 aufweisen, die ein Anhaften zwischen dem Diffraktionsgitter 700 und dem Substrat 714 während des Betriebs verhindern sollen.
12 zeigt einen alternativen Betätigungsaufbau für ein optisches Diffraktionselement 800. Das optische Diffraktionselement 800 ist aus denselben Materialien und auf ähnliche Weise wie zuvor erwähnt aufgebaut. Typische seitliche Abmessungen betragen 20 bis 1000 μm bei dem optischen Diffraktionselement 800. Streifen 802 erstrecken sich entlang einer Länge des Diffraktionsgitters 800, und Querverbindungen 804 sind ausgebildet, um zur strukturellen Steifigkeit beizutragen. Mehrere flexible Teile 806, im dargestellten Beispiel in der Form von Federarmen, sind mit dem optischen Diffraktionselement 800 verbunden. Die flexiblen Teile 806 sind auch mit der obersten Fläche eines Substrats 808 verbunden, das Eingangs- und Ausgangswellenleiter aufweist, um ein optisches Signal wie zuvor beschrieben unter totaler interner Reflexion sich fortpflanzen zu lassen. Insbesondere dienen Füße 810 als Stützen für die Arme 806 und haben in der bevorzugten Ausführungsform eine Höhe, die ausreichend gering ist, um das optische Diffraktionselement 800 in die "aktive" Position zu neigen. Geometrie und Größe der Federarme 806 sind so gewählt, dass sich das optische Diffraktionselement 800 beim Anlegen eines elektrischen Felds in die "inaktive" Position biegen kann. Wie dem durchschnittlichen Fachmann klar sein wird, können auch viele andere Geometrien eingesetzt werden, um die gewünschte Biegsamkeit und Federbeaufschlagung für den Schaltbetrieb zu erzielen. Um eine Betätigung durchzuführen, ist eine erste Elektrode über dem optischen Diffraktionselement 800 unter Verwendung einer geeigneten Befestigungsstruktur angebracht, für die ein Aufbau ähnlich dem in 11 gezeigten ein Beispiel ist. Eine zweite Elektrode kann am optischen Diffraktionselement 800 angeordnet sein, oder eine kann an der Seite vom oder angrenzend an das Element 800 positioniert sein, um dieses zu bewegen.
Während in der bevorzugten Ausführungsform zum Bewegen des optischen Diffraktionselements 800 eine elektrostatische Betätigung eingesetzt wird, kann die Betätigung alternativ auch durch thermische, piezoelektrische oder elektrooptische Betätigung erfolgen.
Wie aus 12 ersichtlich ist, haben aufgrund des Mikrometermaßstabs der Diffraktionsgitter hier, Diffraktionsgitter in der Anwendung viele Streifen und, dort, wo sie eingesetzt werden, viele Querverbindungen. Deshalb sollten die vorstehend angesprochenen Figuren, die eine allgemeine Anzahl von Streifen zeigen, als beispielhaft angesehen werden, wobei klar sein sollte, dass tatsächlich, wie im optischen Diffraktionselement 800, viele Streifen verwendet werden können.
Obwohl gewisse, nach den Lehren der Erfindung aufgebaute Vorrichtungen hier beschrieben wurden, ist der Deckungsumfang dieser Anmeldung nicht darauf beschränkt. Hingegen deckt diese Anmeldung alle Ausführungsformen der Lehren der Erfindung ab, die entweder wörtlich oder unter der Lehre von Entsprechungen klar in den Umfang der beigefügten Ansprüche fallen.
ZUSAMMENFASSUNG
Es wird ein optischer Schalter zum Weiterleiten optischer Signale zwischen Lichtleitfasern aufgezeigt. Die Signale werden in einem lichtdurchlässigen Substrat von eingebetteten Wellenleitern geleitet, die direkt an die Lichtleitfasern angekoppelt sind. Diese Wellenleiter bilden im Inneren des Substrats eine 3-dimensionale optische Leitwegstruktur. Die Signale werden durch totale interne Reflexion an den Flächen des Substrats zwischen benachbarten Wellenleitern eingekoppelt. Ein bewegliches Diffraktionsgitter wird mit diesen optischen Signalen an Punkten totaler interner Reflexion über dämpfendes Einkoppeln verbunden. Dieses Koppeln verursacht eine Richtungsänderung des optischen Signals und leitet das Signal an den gewünschten Wellenleiter weiter. Bekannte Techniken können zum Ausbilden der Wellenleiter verwendet werden, indem sie mit einem gepulsten Laser graviert werden. Lokales Erwärmen bewirkt einen dauerhaft erhöhten Brechungsindex, der einen Einmoden-Wellenleiteraufbau bildet. Die sich ergebende Vorrichtung weist niedrige Verluste auf und kann durch kostengünstige MEMS-Prozesse hergestellt werden.

Claims

Optischer Schalter, umfassend: ein Substrat; einen ersten eingebetteten optischen Wellenleiter zum Übertragen eines optischen Signals, wobei sich das optische Signal im ersten Wellenleiter entlang einer ersten Richtung fortpflanzt; einen zweiten eingebetteten optischen Wellenleiter, der sich in einer zweiten Richtung erstreckt, die sich von der ersten Richtung unterscheidet; und ein optisches Diffraktionselement, das über einem Bereich totaler interner Reflexion des Substrat angeordnet und bezüglich dazu zwischen einer Schaltposition, in der das optische Signal aus dem ersten optischen Wellenleiter in den zweiten optischen Wellenleiter geschaltet wird, und einer nicht schaltenden Position beweglich ist, in der das optische Signal unter totaler interner Reflexion am Bereich totaler interner Reflexion reflektiert wird.
Optischer Schalter nach Anspruch 1, bei dem sowohl der erste optische Wellenleiter als auch der zweite optische Wellenleiter in dem Substrat angeordnet sind, um das optische Signal unter totaler interner Reflexion sich im Substrat fortpflanzen zu lassen.
Optischer Schalter nach Anspruch 1, darüber hinaus umfassend: einen Lichtwellenleiter, der an den ersten eingebetteten optischen Wellenleiter oder den zweiten optischen Wellenleiter angeschlossen ist.
Optischer Schalter nach Anspruch 3, bei dem der Lichtwellenleiter eine Einmoden-Lichtleitfaser ist.
Optischer Schalter nach Anspruch 1, darüber hinaus einen dritten optischen Wellenleiter umfassend, der angrenzend an den Bereich totaler interner Reflexion derart angeordnet ist, dass das sich in nicht schaltender Position befindliche optische Diffraktionselement das optische Signal aus dem ersten eingebetteten optischen Wellenleiter über totale interne Reflexion in den dritten eingebetteten optischen Wellenleiter einkoppelt.
Optischer Schalter nach Anspruch 1, bei dem das optische Diffraktionselement eine Gitterperiode hat, die im Wesentlichen gleich der Lichtwellenlänge des optischen Signals im Substrat ist.
Optischer Schalter nach Anspruch 1, bei dem das optische Diffraktionselement aus mehreren Streifen besteht, die ein Diffraktionsgitter bilden, wobei jeder Streifen eine im Wesentliche gleiche Breite hat, und wobei die Streifen jeweils um einen im Wesentlichen gleichen Abstand beabstandet sind.
Optischer Schalter nach Anspruch 7, bei dem das Diffraktionsgitter von einem fest am Substrat angebrachten Anker abgehängt ist.
Optischer Schalter nach Anspruch 7, bei dem das Diffraktionsgitter von einem ersten und einem zweiten Anker durch flexible Teile abgehängt ist, wobei sowohl der erste als auch der zweite Anker fest am Substrat angebracht sind, und wobei die flexiblen Teile das Diffraktionsgitter sich zwischen der ersten und der zweiten Position bewegen lassen.
Optischer Schalter nach Anspruch 7, darüber hinaus ein elektrostatisches Stellorgan umfassend, das angrenzend an das Diffraktionsgitter angeordnet ist.
Optischer Schalter nach Anspruch 7, bei dem die Streifen aus einem Material bestehen, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus nichtkristallinem Silizium, kristallinem Silizium und Polysilizium besteht.
Optischer Schalter nach Anspruch 1, bei dem das optische Diffraktionselement einen Brechungsindex hat, der im Wesentlichen gleich demjenigen des ersten eingebetteten optischen Wellenleiters und demjenigen des zweiten eingebetteten optischen Wellenleiters ist.
Optischer Schalter nach Anspruch 1, bei dem sich der erste eingebettete optische Wellenleiter und die erste Richtung sich in einer ersten Ebene befinden, und bei dem sich der zweite eingebettete optische Wellenleiter und die zweite Richtung sich in einer zweiten Ebene befinden, die einen Winkel mit der ersten Ebene bildet.
Optischer Schalter, umfassend: ein Substrat mit mehreren Schnittstellenbereichen; einen im Substrat eingebetteten Eingangswellenleiter, um ein optisches Signal unter totaler interner Reflexion zu übertragen; mehrere im Substrat eingebettete Ausgangswellenleiter, um das optische Signal zu übertragen, wobei jeder der mehreren eingebetteten Ausgangswellenleiter angrenzend an den eingebetteten Eingangswellenleiter an einem der mehreren Schnittstellenbereiche angeordnet ist; und mehrere optische Diffraktionselemente, wobei jedes optische Diffraktionselement über einem der mehreren Schnittstellenbereiche angeordnet ist, und jedes optische Diffraktionselement einzeln bezüglich des Substrats zwischen einer nicht schaltenden Position und einer Schaltposition beweglich ist, in der das sich im eingebetteten Eingangswellenleiter fortpflanzende optische Signal in einen der mehreren eingebetteten Ausgangswellenleiter eingekoppelt wird.
Optischer Schalter nach Anspruch 14, bei dem jedes der mehreren optischen Diffraktionselemente aus einem Satz von Streifen besteht, wobei jeder Streifen in dem Satz von Streifen eine im Wesentlichen gleiche Breite und einem im Wesentlichen gleichen Abstand zu einem benachbarten Streifen hat.
Optischer Schalter nach Anspruch 14, bei dem sich der Eingangswellenleiter von neben einer obersten Fläche des Substrats zu neben einer untersten Fläche des Substrats erstreckt, um die Fortpflanzung totaler interner Reflexion im Substrat zu erzielen.
Optischer Schalter nach Anspruch 16, bei dem sich die mehreren Ausgangswellenleiter von neben der obersten Fläche des Substrats zu neben der untersten Fläche des Substrats erstrecken, um das optische Signal sich über totale interne Reflexion fortpflanzen zu lassen.
Optischer Schalter nach Anspruch 14, bei dem der Eingangswellenleiter einen ersten Verlauf hat, der parallel zu einer obersten Fläche des Substrats ist, und einen zweiten Verlauf, der senkrecht zur obersten Fläche des Substrats ist.
Optischer Schalter nach Anspruch 14, bei dem mindestens einer der mehreren Ausgangswellenleiter einen ersten Verlauf hat, der parallel zu einer obersten Fläche des Substrats ist, und einen zweiten Verlauf, der senkrecht zur obersten Fläche des Substrats ist.
Verfahren zum Schalten eines optischen Signals, umfassend: Ausbilden eines eingebetteten Eingangswellenleiters in einem Substrat, wobei sich der eingebettete Eingangswellenleiter in einer ersten Richtung erstreckt; Ausbilden eines eingebetteten Ausgangswellenleiters in dem Substrat, wobei sich der eingebettete Ausgangswellenleiter in einer zweiten Richtung erstreckt, die sich von der ersten Richtung unterscheidet; und Anordnen eines optischen Diffraktionselements angrenzend an das Substrat für eine Bewegung zwischen einer Schaltposition, in der das sich im eingebetteten Eingangswellenleiter fortpflanzende optische Signal in den eingebetteten Ausgangswellenleiter eingekoppelt wird, und einer nicht schaltenden Position, in der das sich im eingebetteten Eingangswellenleiter fortpflanzende optische Signal nicht in den eingebetteten Ausgangswellenleiter eingekoppelt wird.
Verfahren nach Anspruch 20, bei dem das Ausbilden des eingebetteten Eingangswellenleiter umfasst, den eingebetteten Eingangswellenleiter so auszubilden, dass er sich von zwischen einer obersten Fläche des Substrats und einer untersten Fläche des Substrats erstreckt.
Verfahren nach Anspruch 21, bei dem das Ausbilden des eingebetteten Eingangswellenleiter umfasst, den eingebetteten Eingangswellenleiter so auszubilden, dass er sich von zwischen der obersten Fläche und der untersten Fläche erstreckt.
Verfahren nach Anspruch 20, darüber hinaus umfassend: Bereitstellen eines optischen Diffraktionselements in Form eines Diffraktionsgitters mit einer Gitterperiode, die im Wesentlichen gleich der Lichtwellenlänge des optischen Signals im Substrat ist.
Verfahren nach Anspruch 23, bei dem das optische Diffraktionselement mehrere Streifen umfasst, wovon jeder eine im Wesentlichen gleiche Breite und einen im Wesentlich gleichen Abstand zu einem benachbarten Streifen hat.
Verfahren nach Anspruch 20, darüber hinaus das Anordnen eines elektrostatischen Stellorgans angrenzend an das optische Diffraktionselement umfassend, um das optische Diffraktionselement zwischen einer Schaltposition und einer nicht schaltenden Position u mzuschalten.