专利名称：热光式光波导开关的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种热光式光波导开关，特别是有关对于多模波导加热的一种热光式光波导开关。
背景技术：
图1A概要地表示一种习知的光学开关。如图1A所示，习知的光学开关10利用一对光纤1a、1b，形成一马赫詹达干涉仪(Mach-Zehnder Interferometer)2；并且对于此对光纤1a、1b构成的马赫詹达干涉仪2外加一加热器3。当加热器3对于马赫詹达干涉仪2中的光纤1a、1b加热时，形成周期性输出变化的光学开关10。图1B概要地表示加热器输出不同热功率时，习知的光学开关出现周期性输出变化。如图1B所示，习知的光学开关为一类比式的光学开关。
然而，此种光学开关的缺点在于，输出的光强度对于外加功率成周期性且非常敏感。换言之，外加功率的微小变动会造成串音的大幅变动。此外，此种光学开关的另一缺点为对于波长敏感，所以此种光学开关适用的波长范围较受限制。再者，此种光学开关的大体积也是其缺点。
图2A概要地表示另一种习知的光学开关。如图2A所示，另一种习知的光学开关20具有一Y型波导4；并且对于此Y型波导4的分支部位外加一加热器5。当加热器5对于Y型波导4加热时，根据模态渐变原理(mode-evolution)切换此种光学开关20的输出端。图2B概要地表示加热器输出不同热功率时，习知的光学开关未出现周期性输出变化。如图2B所示，此种光学开关为一数字式的光学开关。
然而，此种光学开关的缺点在于，必须造成很大的折射系数差异；因此，此种光学开关需要更大的热能。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种热光式光波导开关，解决上述的问题；其具有一多模波导，且于多模波导的一侧形成一加热薄膜。当一信号自热光式光波导开关的输入端进入，且此热光式光波导开关处于未加热状态，则信号自此热光式光波导开关的一输出端输出。当此信号自热光式光波导开关的输入端进入，且此热光式光波导开关处于加热状态，则信号自此热光式光波导开关的另一输出端输出。
本发明的一特征在于，上述热光式光波导开关包括一多模波导及一加热薄膜；其中，加热薄膜形成于多模波导的一侧边。
本发明的另一特征在于，上述多模波导为一长直结构。
本发明的再一特征在于，上述多模波导包括一第一弯曲部及一第二弯曲部，第一弯曲部具有一第一外侧弧形侧边与一第一内侧弧形侧边，第二弯曲部具有一第二外侧弧形侧边与一第二内侧弧形侧边；其中，第一外侧弧形侧边连接于第二内侧弧形侧边，且第一内侧弧形侧边连接于第二外侧弧形侧边。
本发明的技术方案是这样实现的一种热光式光波导开关，其包括一多模波导，具有设置于该多模波导的一端的一输入端，及设置于该多模波导的另一端的一第一输出端与一第二输出端；以及一加热薄膜，形成于上述多模波导的一侧边；其中，当该加热薄膜未对于上述多模波导加热，且一信号自上述输入端进入该多模波导后，根据自我成像特性，以交叉状态自上述第一输出端输出该信号，当该加热薄膜对于上述多模波导加热，且一信号自上述输入端进入该多模波导后，以直线状态自上述第二输出端输出该信号。
如前所述的热光式光波导开关，其中上述多模波导为一长直结构。
如前所述的热光式光波导开关，其中上述多模波导包括一第一弯曲部，具有一第一外侧弧形侧边与一第一内侧弧形侧边，且上述输入端设置于该第一弯曲部的一端，邻近于上述第一外侧弧形侧边；以及一第二弯曲部，连接于上述第一弯曲部，具有一第二外侧弧形侧边与一第二内侧弧形侧边，且上述第一输出端与第二输出端皆设置于该第二弯曲部的一端，其中，上述第一输出端邻近于上述第二外侧弧形侧边，且上述第二输出端邻近于上述第二内侧弧形侧边；其中，上述第一外侧弧形侧边连接于上述第二内侧弧形侧边，且上述第一内侧弧形侧边连接于上述第二外侧弧形侧边；其中，上述加热薄膜分别形成于上述第一弯曲部的第一内侧弧形侧边，以及上述第二弯曲部的第二外侧弧形侧边，且形成于上述第二弯曲部的第二外侧弧形侧边的加热薄膜的宽度小于形成于上述第一弯曲部的第一内侧弧形侧边的加热薄膜的宽度。
本发明的一优点在于，热光式光波导开关的适用操作波长范围包括1530nm至1610nm。
本发明的另一优点在于，热光式光波导开关的适用操作温度范围包括-5℃至75℃。
本发明的再一优点在于，热光式光波导开关具有极小的串音值(-40dB)。
本发明的再一优点在于，热光式光波导开关是以数字式切换且切换时间极短暂(6.5ms)。
本发明的再一优点在于，热光式光波导开关具有极小的极化相关损耗(＜0.07dB)。
本发明的再一优点在于，热光式光波导开关具有极小的体积。
图1A为概要地表示一种习知的光学开关；图1B为概要地表示加热器输出不同热功率时，习知的光学开关出现周期性输出变化；图2A为概要地表示另一种习知的光学开关；图2B为概要地表示加热器输出不同热功率时，习知的光学开关未出现周期性输出变化；图3为概要地表示本发明的第一实施例的热光式光波导开关；图4A为概要地表示热光式光波导开关的切换状态，其中，加热薄膜未对于热光式光波导开关加热；图4B为概要地表示热光式光波导开关的切换状态，其中，加热薄膜对于热光式光波导开关加热；图5为概要地表示本发明的第二实施例的热光式光波导开关；图6A为概要地表示热光式光波导开关的切换状态，其中，加热薄膜未对于热光式光波导开关加热；图6B为概要地表示热光式光波导开关的切换状态，其中，加热薄膜对于热光式光波导开关加热；图7A为根据本发明的第二实施例的热光式光波导开关，概要地表示未加热状态的输出能量强度；图7B为根据本发明的第二实施例的热光式光波导开关，概要地表示加热状态的输出能量强度；图8为根据本发明的第二实施例的热光式光波导开关，概要地说明输出的光功率与加热功率的关系；
图9A为根据本发明的第二实施例的热光式光波导开关，概要地说明未加热状态时的环境温度变化对于输出特性的影响；图9B为根据本发明的第二实施例的热光式光波导开关，概要地说明加热状态时的环境温度变化对于输出特性的影响；以及图10为根据本发明的第二实施例的热光式光波导开关，概要地说明热光式光波导开关的切换时间。
符号说明1a、1b 光纤；2 马赫詹达干涉仪；3、5 加热器；4 Y型波导；10、20 习知的光学开关；30、40 热光式光波导开关；31、41 多模波导；32 加热薄膜；33 输入端；34 第一输出端；35 第二输出端；42 第一加热薄膜；43 第二加热薄膜；44 输入端；45 第一输出端；46 第二输出端；411 第一弯曲部；411a 第一外侧弧形侧边；411b 第一内侧弧形侧边；
412 第二弯曲部；412a 第二外侧弧形侧边；412b 第二内侧弧形侧边。
具体实施例方式
为使本发明的目的、特征和优点更加明显易懂，以下特举实施例，并配合附图，作进一步详细说明。
第一实施例图3为概要地表示本发明的第一实施例的热光式光波导开关。如图3所示，本发明的第一实施例的热光式光波导开关30为一长直结构；其包括一多模波导31以及设置于多模波导31的一侧边的加热薄膜32。在本发明的第一实施例中，多模波导具有一温度特性；其中，当温度上升时，多模波导的折射率会降低。此外，本发明的第一实施例的热光式光波导开关30具有一输入端33、一第一输出端34与一第二输出端35；其中，输入端33设置于热光式光波导开关的一端30a，及第一输出端34与第二输出端35设置于热光式光波导开关的另一端30b。再者，根据自我成像特性(self-image)，此多模波导具有一既定长度4ncW2/λ0；其中，nc为多模波导的折射率，W为多模波导的宽度，以及λ0为输入信号的波长。
图4A为概要地表示热光式光波导开关的切换状态；其中，加热薄膜未对于热光式光波导开关加热。如图4A所示，当加热薄膜未对于热光式光波导开关加热时，具有波长λ0的一信号Ψ自输入端进入；接着，以交叉状态(cross state)自第一输出端输出。
图4B为概要地表示热光式光波导开关的切换状态；其中，加热薄膜对于热光式光波导开关加热。如图4B所示，当加热薄膜对于热光式光波导开关加热时，具有波长λ0的一信号Ψ自输入端进入；接着，以直线状态(bar state)自第二输出端输出。
综合上述，当热光式光波导开关的输入端、第一输出端与第二输出端分别与三个单模输入波导连接后，热光式光波导开关可藉由上述加热薄膜控制信号输出的光路径。进一步，本发明的第一实施例的热光式光波导开关具有切换的功能。
第二实施例图5为概要地表示本发明的第二实施例的热光式光波导开关。如图5所示，本发明的第二实施例的热光式光波导开关40为非长直结构；包括一多模波导41；其中上述多模波导41包括一第一弯曲部411及一第二弯曲部412。在本发明的第二实施例中，第一弯曲部411具有一第一外侧弧形侧边411a与一第一内侧弧形侧边411b，及第二弯曲部412具有一第二外侧弧形侧边412a与一第二内侧弧形侧边412b；其中，第一外侧弧形侧边411a连接于第二内侧弧形侧边412b，且第一内侧弧形侧边411b连接于第二外侧弧形侧边412a。在本发明的第二实施例中，多模波导41具有一温度特性；其中，当温度上升时，多模波导的折射率会降低。第一加热薄膜42设置于第一弯曲部411的第一内侧弧形侧边411b，以及第二加热薄膜43设置于第二弯曲部412的第二外侧弧形侧边412a。此外，本发明的第二实施例的热光式光波导开关40具有一输入端44、一第一输出端45与一第二输出端46。输入端44设置于第一弯曲部411的一端，且远离第一加热薄膜42的位置。第一输出端45与第二输出端46设置于第二弯曲部412的一端；其中，第一输出端45邻近第二加热薄膜43，且第二输出端46远离第二加热薄膜43。再者，形成于第一弯曲部411的第一加热薄膜42宽度较形成于第二弯曲部412的第二加热薄膜43宽度宽。
图6A为概要地表示热光式光波导开关的切换状态；其中，加热薄膜未对于热光式光波导开关加热。如图6A所示，当加热薄膜未对于热光式光波导开关加热时，具有波长λ0的一信号Ψ自输入端进入；接着，以交叉状态(cross state)自第一输出端输出。
图6B为概要地表示热光式光波导开关的切换状态；其中，加热薄膜对于热光式光波导开关加热。如图6B所示，当加热薄膜对于热光式光波导开关加热时，具有波长λ0的一信号Ψ自输入端进入；接着，以直线状态(bar state)自第二输出端输出。
综合上述，当热光式光波导开关的输入端、第一输出端与第二输出端分别与三个单模输入波导连接后，热光式光波导开关可藉由上述加热薄膜控制信号输出的光路径。进一步，本发明的第二实施例的热光式光波导开关具有切换的功能。
图7A为根据本发明的第二实施例的热光式光波导开关，概要地表示未加热状态的输出能量强度。记号○表示TE模式信号于第一输出端输出的功率；以及记号◇为表示TM模式信号于第一输出端输出的功率。记号□表示TE模式信号于第二输出端输出的功率；以及△为表示TM模式信号于第二输出端输出的功率。如图7A所示，当加热薄膜未对于多模波导施加热时，根据自我成像特性，TE模式信号与TM模式信号皆自第一输出端输出。在波段范围1500nm至1610nm，第二输出端输出TE模式信号与TM模式信号的功率皆小于-40dB。故，当加热薄膜未对于多模波导加热时，输入热光式光波导开关的信号皆自第一输出端输出。
图7B为根据本发明的第二实施例的热光式光波导开关，概要地表示加热状态的输出能量强度。记号○表示TE模式信号于第一输出端输出的功率；以及记号◇为表示TM模式信号于第一输出端输出的功率。记号□表示TE模式信号于第二输出端输出的功率；以及△为表示TM模式信号于第二输出端输出的功率。如图7B所示，当加热薄膜对于多模波导施加热时，TE模式信号与TM模式信号皆自第二输出端输出。在波段范围1530nm至1610nm，第一输出端输出TE模式信号与TM模式信号的功率皆小于-40dB。故，当加热薄膜对于多模波导加热时，输入热光式光波导开关的信号皆自第二输出端输出。
图8为根据本发明的第二实施例的热光式光波导开关，概要地说明输出的光功率与加热功率的关系。记号○表示TE模式信号于第一输出端输出的功率；以及记号◇为表示TM模式信号于第一输出端输出的功率。记号□表示TE模式信号于第二输出端输出的功率；以及△为表示TM模式信号于第二输出端输出的功率。如图8所示，当加热薄膜对于热光式光波导开关施加至120mW，第一输出端输出TE模式信号与TM模式信号的功率皆小于-40dB。
图9A为根据本发明的第二实施例的热光式光波导开关，概要地说明未加热状态时的环境温度变化对于输出特性的影响。记号○表示TE模式信号于第一输出端输出的功率；以及记号◇为表示TM模式信号于第一输出端输出的功率。记号□表示TE模式信号于第二输出端输出的功率；以及△为表示TM模式信号于第二输出端输出的功率。如图9A所示，显然于温度范围-40℃至80℃，环境温度变化并不会对于热光式光波导开关产生影响。
图9B为根据本发明的第二实施例的热光式光波导开关，概要地说明加热状态时的环境温度变化对于输出特性的影响。记号○表示TE模式信号于第一输出端输出的功率；以及记号◇为表示TM模式信号于第一输出端输出的功率。记号□表示TE模式信号于第二输出端输出的功率；以及△为表示TM模式信号于第二输出端输出的功率。如图9B所示，显然于温度范围-40℃至80℃，环境温度变化并不会对于热光式光波导开关产生影响。
图10为根据本发明的第二实施例的热光式光波导开关，概要地说明热光式光波导开关的切换时间。如图10所示，本发明的第二实施例的热光式光波导开关的切换时间大约需要4ms。
虽然本发明以较佳实施例说明如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。
权利要求
1.一种热光式光波导开关，其特征在于，该热光式光波导开关最少包括一多模波导，具有设置于该多模波导的一端的一输入端，及设置于该多模波导的另一端的一第一输出端与一第二输出端；一输入波导，连接于上述多模波导的输入端；以及一加热薄膜，形成于上述多模波导的一侧边；其中，在上述加热薄膜未对于上述多模波导加热的条件下，由于上述的多模波导具有适当的长度，使得光信号由于自我成像的特性经由上述输入波导从上述多模波导的输入端输入后，可以自上述多模波导的第一输出端输出，而当上述加热薄膜对于上述多模波导加热时，光信号则改自上述多模波导的第二输出端输出。
2.如权利要求1所述的热光式光波导开关，该多模波导的特征长度最少须符合公式4ncW2/λ0，其中，nc为多模波导的折射率，W为多模波导的宽度，以及λ0为输入信号的波长。
全文摘要
一种热光式光波导开关，其特征在于，该热光式光波导开关最少包括一多模波导，具有设置于该多模波导的一端的一输入端，及设置于该多模波导的另一端的一第一输出端与一第二输出端；一输入波导，连接于上述多模波导的输入端；以及一加热薄膜，形成于上述多模波导的一侧边；其中，在上述加热薄膜未对于上述多模波导加热的条件下，由于上述的多模波导具有适当的长度，使得光信号由于自我成像的特性经由上述输入波导从上述多模波导的输入端输入后，可以自上述多模波导的第一输出端输出，而当上述加热薄膜对于上述多模波导加热时，光信号则改自上述多模波导的第二输出端输出。
文档编号G02F1/00GK1932568SQ20061014186
公开日2007年3月21日 申请日期2002年1月7日 优先权日2002年1月7日
发明者徐金厂, 黄鼎伟, 邱宗炫, 赖暎杰 申请人:财团法人工业技术研究院