(57)【要約】  光導波路は、ボディを有し、当該ボディはキャビティ中の光学経路を規定する入射ウィンドウ及び出射ウィンドウを含む。キャビティは第１流体及び第２流体を収容し、第１流体と第２流体との間の界面はメニスカスにより規定される。メニスカスは光学経路に沿って長手方向に位置する。メニスカスを調整するための手段（例えば電圧源及び少なくとも2つの電極）が提供される。
2008530622.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボディを有し、前記ボディはキャビティ中の光学経路を規定する入射ウィンドウ及び出射ウィンドウを含み、前記キャビティは第1流体及び第2流体を収容し、第1流体と第2流体との間の界面がメニスカスにより規定され、前記メニスカスが前記光学経路に沿って長手方向に位置する光導波路。
【請求項２】
前記メニスカスを調整する手段をさらに有する請求項１に記載の導波路。
【請求項３】
前記メニスカスを調整する前記手段が電圧源及び少なくとも２つの電極を有する請求項２に記載の導波路。
【請求項４】
前記ボディが矩形のキャビティを規定する側壁を含む請求項１から３のいずれか一項に記載の導波路。
【請求項５】
前記ボディが円筒形のキャビティを規定する側壁を含む請求項１から３のいずれか一項に記載の導波路。
【請求項６】
側壁の少なくとも一部がヒステリシス低減物質で形成され、又はヒステリシス低減物質で覆われている請求項４又は５に記載の導波路。
【請求項７】
前記メニスカスが前記キャビティ中の前記光学経路に沿って一様である請求項１から６のいずれか一項に記載の導波路。
【請求項８】
前記メニスカスを調整する前記手段が前記キャビティ中の前記光学経路に沿って一様でないメニスカスを形成する請求項１又は２に記載の導波路。
【請求項９】
第1流体が電気的絶縁液体であり、第2流体が電気的伝導液体である請求項１から８のいずれか一項に記載の導波路。
【請求項１０】
第1流体が電気的伝導液体であり、第２流体が電気的絶縁液体である請求項１から８のいずれか一項に記載の導波路。
【請求項１１】
前記電気的絶縁液体が1.25から1.50の間の屈折率を有し、前記電気的伝導液体が1.33から1.50の間の屈折率を有する請求項９又は１０に記載の導波路。
【請求項１２】
光学信号を導波路のボディの入射ウィンドウにおいて受光するステップ、及び前記光学信号を前記ボディのキャビティ中の光学経路に沿って前記ボディの出射ウィンドウへ導くステップを有する光学信号を導く方法であって、前記キャビティは第1流体及び第2流体を収容し、第1流体と第2流体との間の界面がメニスカスにより規定され、前記メニスカスが前記光学経路に沿って長手方向に位置する方法。
【請求項１３】
さらに前記メニスカスを調整するステップを有する請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記メニスカスを調整するステップは、電圧源及び少なくとも２つの電極により実行される請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記メニスカスが前記キャビティ中の前記光学経路に沿って一様である請求項１２から１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記メニスカスを調整するステップが前記キャビティ中の前記光学経路に沿って一様でないメニスカスを形成する請求項１３又は１４に記載の方法。
【請求項１７】
第1流体が電気的絶縁液体であり、第2流体が電気的伝導液体である請求項１２から１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
第1流体が電気的伝導液体であり、第2流体が電気的絶縁液体である請求項１２から１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
前記電気的絶縁液体が1.25から1.50の間の屈折率を有し、前記電気的伝導液体が1.33から1.50の間の屈折率を有する請求項１７又は１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光導波路及び光学信号を導く方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光導波路は、多種多様な異なるアプリケーションに用いられる。それらは、電気通信及びセンシングのような分野並びにレーザキャビティの構造において一般に用いられる。導波路の形状は、それを形成する材料の特性（例えば、固定の屈折率なのか勾配のある屈折率なのか）と共に、伝搬モードを決定し、従って導波路の光学特性を決定する。
【０００３】
一般に、導波路の断面形状は固定されているので、伝搬モードは実質的に固定される。
導波路モードの伝搬定数は、例えば温度を変えることで導波路の層の屈折率に変化を引き起こすことによって変更されることができるが、一般に屈折率の変化は伝搬モードの形状に有意な変化を引き起こすにはあまりに小さい。
【０００４】
導波路光スイッチ、可変減衰器及び他の光学的装置のための微小流体制御を記述する特許文献１に、よりフレキシブルな導波路システムの例が開示される。この文献において、光学信号を切り替え、減衰させ、シャッターし又は位相シフトするためにマイクロチャネル内を流体により運ばれる要素を、装置は利用する。ある実施の形態において、マイクロチャネルは導波路内を進む光学信号の光学パワーの少なくとも一部と相互に作用する気体又は液体スラグを移動させる。マイクロチャネルは、導波路のクラッド部分、コア及びクラッド部分、又はコア部分だけを構成することができる。マイクロチャネルは、端部を持つこともでき、又はループ即ち連続的なチャネルとして構成されることができる。流体装置は、セルフラッチング(self-latching)又はセミラッチング(semi-latching)であることができる。マイクロチャネル中の流体は、エレクトロウェッティング(electrowetting)を含む様々な異なる方法を用いて移動される。
【特許文献１】米国特許出願公開第２００３／００１２４８３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
あらゆる場合において、固定した導波路形状は、装置の機能を、リソグラフィ及びエッチングがチップのレイアウトを決定するミクロ機械加工によって一般的に行われる製造時に決められた機能に制限する。課題は、導波路中の伝搬モードの形状や伝搬定数を連続的なやり方でどのように変更するのかということである。製造プロセスが装置の機能に対して非制限的な要因になるので、この課題を解決することは導波路装置の融通性/機能に相当な改善をもたらす。
【０００６】
したがって、この既知の技術を改良することが本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の態様によれば、ボディを有する光導波路が提供され、当該ボディはキャビティ中の光学経路を規定する入射ウィンドウ及び出射ウィンドウを含み、当該キャビティは第１流体及び第２流体を収容し、第１流体と第２流体との間の界面がメニスカスにより規定され、当該メニスカスが前記光学経路に沿って長手方向に位置する。
【０００８】
本発明の第２の態様によれば、導波路のボディの入射ウィンドウにおいて光学信号を受光し、ボディのキャビティ中をボディの出射ウィンドウまで光学経路に沿って前記光学信号を導き、前記キャビティが第１流体及び第２流体を収容し、第１流体と第２流体との間の界面がメニスカスにより規定され、当該メニスカスが前記光学経路に沿って長手方向に位置する、光学信号を導く方法が提供される。
【０００９】
本発明により、動作中において非常に大きな量の柔軟性を具備する光導波路を提供することが可能である。導波路の伝搬特性は、導波路ボディのキャビティ中の２つの混ざらない流体の間の界面であるメニスカスの形状を変化させることによって調整されることができる。
【００１０】
本発明は、切り替え可能な流体導波路装置を支持する。切り替えはキャビティ中の流体の形状を変化させることによって実現され、流体導波路の導波特性に変化を生じさせる。切り替えは、第１及び第２の非混和性の流体の間のメニスカスの形状の変化を利用することによって実現される。メニスカスの形状は、２つの流体及び透明な基板からなる光導波路システムの導波（モード）特性を決定する。メニスカスは、エレクトロウェッティング力によって変化させることができる。導波路の形状を変化させることによって（すなわちメニスカスの形状を変化させることによって）導波路の導波特性が変化し、それゆえ導波路の入出射端間の光学信号の伝搬を制御することができる。
【００１１】
本発明は、例えば、照明（配光の操作）、センシングアプリケーション（アドレス可能なセンサ、バイオセンサの構成要素）及び光通信（光スイッチング）の分野において、並びに連続的に可変の導波路を作成するためにレーザキャビティの構成要素として、適用されることができる。これらの全ての場合において、切り替え可能な流体導波路は、装置/アプリケーションの融通性を大いに増強する。
【００１２】
有利には、導波路はメニスカスを調整する手段をさらに有する。メニスカスを調整する手段は、好ましくは、電圧源及び少なくとも２つの電極を有する。導波路のボディに電極及び電圧源を配置することによって、２つの流体の間のメニスカスは容易に調整されることができる。電極の数及び位置を選ぶことにより、非対称及び対称のメニスカスが要望どおりに得られる。
【００１３】
導波路の単純な実施の形態において、ボディは矩形のキャビティを規定する側壁を含み、又はボディは円筒形のキャビティを規定する側壁を含む。これらの単純な物理的な配置は、製造が簡単で、より大きなシステムに組み込むことが容易である。
【００１４】
好ましくは、側壁の少なくとも一部は、ヒステリシス低減物質で形成されるか、又はヒステリシス低減物質で覆われる。キャビティ内のヒステリシスの低減は、メニスカスがそれを調整する手段の影響を受けて移動し且つキャビティの側壁にはり付かずに静止位置に戻ることを確実にするために重要である。
【００１５】
導波路の基本的な実施の形態において、メニスカスはキャビティ中の光学経路に沿って一様である。しかし、有利には、メニスカスを調整する手段は、キャビティ中の光学経路に沿って一様でないメニスカスを発生させる。メニスカスがキャビティに沿って一様でない場合、キャビティに沿ったメニスカスの一定でない角度によって、導波路の光伝搬特性はキャビティの長さに沿って変化する。これは、光学特性を変化させるようにメニスカスの構造を変化させることができるという追加の利点により、レーザ等のより複雑な光学系に使用することができる導波路を作成することを可能にする。
【００１６】
好ましくは、第１流体が電気的絶縁液体で第２流体が電気的伝導液体であり、又は第１流体が電気的伝導液体で第２流体が電気的絶縁液体である。理想的には、電気的絶縁液体は、1.25から1.50の間の屈折率を有し、電気的伝導液体は1.33から1.50の間の屈折率を有する。キャビティ中の２つの流体は混ざらず、異なる電気的及び光学的特徴は導波路の可変伝搬モードの機能を支持するために協力する。メニスカスを調整する手段の影響を受けて、キャビティ中の電気的伝導液体はその位置を変え、そして流体の間のメニスカスを変化させる。
【００１７】
本発明の実施の形態は以下に添付の図面を参照して単なる例として説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図1は、一般的な形状の光導波路1を示す。光導波路1はボディ3を有する。ボディ3は、キャビティ15（図2を参照）中の光学経路13を規定する入射ウィンドウ9及び出射ウィンドウ11を含み、キャビティ15は第１流体A及び第２流体Bを収容する。第１流体Aと第２流体Bとの間の界面がメニスカス14（図2を参照）によって規定され、メニスカス14は光学経路13に沿って長手方向に位置する。図中の矢印zは導波路1中の光学信号の方向を示す。
【００１９】
導波路1のより詳細な図が図2に示される。図2は図1に示される導波路1中の断面である。２つの流体A及びBはメニスカス14で界面を形成し、メニスカス14は側壁10に対して角度αを形成する。この図において、側壁10中に、矩形の電極2が図の面に垂直な方向に延在する。各々の電極2は絶縁層8（例えばパリレン:parylene）によって覆われる。流体接触層10は、メニスカスの形状のヒステリシスを低減するために、デュポン(TM)により製造されるテフロン(登録商標)AF1600のようなヒステリシス低減物質で作成される。
【００２０】
導波路1のボディ3の底部壁は透明な基板4によって形成され、基板4はLiFのようなガラス基板とすることができる。上部壁は、上部電極12を保護するカバー層6（透明である必要はない）によって形成される。キャビティ15において、第１流体Aはシリコンオイルのような電気的絶縁第１液体であって1.25から1.60の間の典型的な屈折率を有し、第２流体Bは食塩水を含む水のような電気的伝導第２液体であって1.33から1.50の間の典型的な屈折率を有する。
【００２１】
この実施の形態において、液体Aの屈折率が液体Bの屈折率よりも高いと仮定する。さらに、メニスカス14の形状に重力が影響すること回避するために、液体達の密度が等しいことが好ましい。
【００２２】
周囲の屈折率（N1,N3）より大きな流体層の屈折率（N2）を有する３層システムとして、形状変形により切り替え可能な流体導波路の原理が図3a及び3bに示される。導波路1の断面図である図3aにおいて、N1は図2の基板4、N2は第１流体A、及びN3は第２流体Bである。従来の光ファイバ構造において、流体Aは導波路のコアであり、基板4及び流体Bは導波路の下部及び上部クラッドを形成する。
【００２３】
図3a及び3b中の導波路1の構造において、代表的なパラメータは次の通りである。基板4はLiFでできており500 nmの波長に対して1.3938の屈折率を有する。液体Aは1.46の屈折率を有し、液体Bは1.455の屈折率を有する。メニスカス14と流体接触層10との間の接触角αは78.7度である。流体Aの中央と端の高さの違いは１μmであり、流体Aの中央の高さは２μmである。
【００２４】
切り替え可能な流体導波路1の原理は、図3aと3bに示される。これらの図において光線ビーム100の形状は灰色のビームによって示される。図3aにおいて、切り替え可能な流体導波路1は、導波（オン）状態であり、光学信号100は、メニスカス14の形状のために、垂直方向だけではなく水平方向にも同様に閉じ込められる。図3bにおいて、切り替え可能な流体導波路1は漏洩（オフ）状態であり、光学信号100は垂直方向にだけ閉じ込められる。
【００２５】
導波状態において、流体膜が十分に厚いと仮定して、N2>(N1, N3）であるので光線100は垂直方向に閉じ込められる。光線100は、流体膜の形状のために水平方向にも同様に閉じ込められる。ここで、メニスカスの形状が、光線が水平方向において十分に大きな屈折率コントラストを感じるような形状であると仮定する。図3aの断面図において、光線100のビームは多くの拡散も無くだいたい導波路1の中央に閉じ込められて示される。
【００２６】
漏洩状態において、流体膜が十分に厚いと仮定すると、N2>(N1, N3)であるので光線100が垂直方向に閉じ込められる。しかし、屈折率が水平方向において一様であるので、光線100は水平方向に閉じ込められない。結果として、フォーカスされた入力ビームの光線100は横の方向では閉じ込められず、（一様な媒質中のビームと同様に）水平方向に発散する。
【００２７】
図3b中の断面図で分かるように、２つの流体A及びBを分離するメニスカス14は形状を変え、導波路1の光学的性質も同様に変化している。導波路1に入射する光線100のビームは伝搬せずに拡散する。図3a及び3b中に示される導波路1の実施の形態はスイッチとして効果的に動作し、図3aはオン状態を示し、図3bはオフ状態を示している。
【００２８】
メニスカス14の位置の変化は、（図2に示される）電圧V1によって供給される電圧を変えることによって達成される。これは、導波路1のボディ3上の電界を変化させ、（図3a及び3b中にN3として示される）電気的伝導流体Bに作用する。メニスカス14は、図3a中では標準的な凹形状であったが、図3b中では実質的に水平である。メニスカス14が凸状になる程度に導波路1上の場を変化させることは可能である。しかし、導波路1による光線の伝搬を十分に低減する所望の効果を達成するには、図3bに示される位置にメニスカス14を調整すれば十分である。
【００２９】
メニスカスの形状は伝搬の方向（図1中のz）に不変であり、導波路1の左右の側の電極と上部/下部電極との間のz方向に不変の電圧V1を変化させることによって制御される。
【００３０】
図4は、導波路1の第２の実施の形態を示す。それは図2に示された実施の形態と実質的に同一であり、電極12の位置が図2における導波路の上部の位置から図4における基板4の直ぐ上の位置に移動した点が異なる。実際的な問題として、導波路1中の電極の位置の選択は設計上の選択の問題である。
【００３１】
図4において、液体Aは電気的伝導第１液体（例えば食塩水を含む水）であって1.33から1.50の間の典型的な屈折率を有し、液体Bは電気的絶縁第２液体（例えばシリコンオイル）であって1.25から1.60の間の典型的な屈折率を有する。下部電極12は、好ましくは、当該電極による吸収に起因する光線の損失を最小化するために、伝搬の方向のワイヤ形状をしている。
【００３２】
図1及び2の導波路に対して、図5は、横方向の位置の関数として、メニスカスの形状に起因する横の方向の等価屈折率及び基本モードの横方向の強度分布を示す。電極間の間隔は20μmである。等価屈折率法を用いることにより、横の（電極間の）方向の等価屈折率によって３次元導波路を２次元導波路システムに近似することが可能である。図5は、流体Aの高さの関数として、TE偏光に対する横方向の等価屈折率を示す。
【００３３】
導波路のモードは、導波路を屈折率が一定の9枚に分割することによって計算された。これらの計算から、２次元導波路が4つのモードをサポートすることが結論付けられた。図5は、基本モードの横方向の強度分布を示す。4μmのウエストを有するガウスビームにより流体導波路を励起することによって、基本横導波路モードに光パワーの98%を結合させることが可能である。
【００３４】
図6a及び6bは、上述のようなz方向に不変の導波路1から成るオン／オフスイッチを示す。入出力導波路は、流体のリークを回避するために、光学的に透明な材料（例えば、それは基板4と同じ材料とすることができる）によって覆われ、閉じられる。導波路1は、導波路を励起し、導波路により導かれるパワーを集めるために、入力ファイバ16及び出力ファイバ17に結合される。フォーカスされたスポットのような励起のための他の手段が（例えばレンズを用いること、及び検出器の前のピンホールによる集光によって）可能である。
【００３５】
図6aで、オン状態において、流体AとBとの間のメニスカス14は90度より小さい接触角αを有し、αは少なくとも一つの導波モードをサポートするために十分に小さい。入力ファイバ16の全ての光線100は導波し、出力ファイバ17へ伝達される。
【００３６】
図6bに示されるオフ状態において、流体AとBとの間のメニスカス14は次に90度より大きい接触角αを有し、導波路1は導波モードをサポートしない。入力ファイバ16からの光線100は水平方向に導波せず、出力ファイバ17の方向に発散する。この場合、光線100のわずかな割合（出力ファイバ前でのビームの幅によって決まる）だけが出力ファイバ17によって収集される。
【００３７】
図7a及び7bは、上述のz方向に不変な導波路1から成る可変光減衰器を示す。入出力導波路は、流体のリークを回避するために、光学的に透明な材料（例えば、それは基板4と同じ材料とすることができる）によって覆われ、閉じられる。導波路は、当該導波路を励起し、当該導波路により導かれるパワーを集めるために、入力ファイバ16及び出力ファイバ17に結合される。
【００３８】
図6a及び6bの実施の形態のように、流体AとBとの間のメニスカス14は90度より小さい接触角αを有し、αは少なくとも一つの導波モードをサポートするために十分に小さい。可変光減衰器の適切な動作（例えば減衰がメニスカスの形状に単調に依存する）のために、光パワーが基本的に単一モードによって導かれることが重要である。
【００３９】
可変光減衰器は、流体導波路1のモードと入出力ファイバ16及び17のモードとの間の不整合によって機能する。不整合が増加すると出力ファイバ17によって集められるパワーが減少する。入力ファイバ16から出力ファイバ17への伝達は、流体AとBとの間のメニスカスの形状を変化させることによって制御することができる。導波路1のボディ3上の電場の任意の変化はメニスカス14の形状の変化に結びつき、メニスカスの形状における傾きの変化は、導波路1の伝搬特性における比例した傾きの変化に結びつく。これは導波路1が、本実施例において、入力ファイバ16から受光される光線100の可変伝搬器として用いられることを可能にする。
【００４０】
上で議論される実施の形態の全ては、流体AとBとの間のメニスカス14の形状が伝搬方向zにおいて一定であるz方向に不変な導波路に関連する。伝搬方向においてメニスカス14の形状を変化させることによって、チップ上の導波路のレイアウト及び機能を連続的に変化させることが可能である。
【００４１】
図8は、メニスカス14の形状が入力ファイバ16との入力インタフェースから出力ファイバ17に向かって連続的に変化する、連続的に可変の導波路1の例を提供する。その結果、ファイバが異なる場合であっても、入力ファイバ16からの光線100は出力ファイバ17とマッチングする。導波路1は、メニスカス14の形状が入力ファイバ16とのインタフェースから出力ファイバ17に向かって連続的に変化するように動作する。伝搬方向（z）に沿って左右の電極2と上部電極12との間の電圧を変化させることによって、メニスカス14の形状は変化することができる。
【００４２】
光線100の100%の送信は、入力面の導波路モードと入力ファイバのモードとが完全にマッチングし、出力面の導波路モードと出力ファイバのモードとが完全にマッチングし、入力と出力面との間に伝送損失が発生しないように入力から出力面へのメニスカスの形状の変化が十分にスムーズで断熱的である場合に、図8の導波路1によって達成される。これは、例えば導波路1の始点及び終点上の電極の間に抵抗材料を用いることにより、徐々に電圧を変えることによって達成される。ファイバ達自体がマッチングしなくても、入力ファイバ16からの光線の全てが出力ファイバ17へ伝達される。
【００４３】
図8の連続的に可変の導波路1は、多くの異なる光装置において用いられることができる。そのような装置の一つの例は、図9に示されるレーザキャビティである。この図は、連続的に可変の導波路で構成されるレーザキャビティ18の例を示す。レーザキャビティ18が連続的に可変の導波路で構成される場合、レーザ特性（例えばレーザの出力ビーム形状及び波長）を調整することが可能である。
【００４４】
図9に示されるレーザキャビティ18は、鏡20、反射防止膜21及び電気的にポンピングされる活性媒質22を有する。レーザキャビティ18は、図8を参照して説明される導波路と同様の4つの連続的に可変の導波路23〜26も有する。導波路23〜26は4つの別々の導波路として示されているが、実際には、全ての4つの導波路は単一の可変導波路によって置き換えられることができる。
【００４５】
レーザキャビティ18中の導波路の機能は、次の通りである。導波路23は活性媒質とのマッチングのためにある。この導波路において、基本モードは活性媒質によって発生するプロファイルとマッチングする。導波路24はモードセレクタであり、キャビティ中の光線のモードプロファイルが単一モード導波路に向かって先細りになり、より高い次数のモードは、単一モード導波路による放射に変換されるので、抑制される。
【００４６】
次の導波路は波長同調のためのチャンバ25である。キャビティ18のこのセクションは、3つのサブセクションから構成されている。このセクションの入出力端のモードプロファイルは、セクション24の単一モード導波路と同一である。基本モードによって感じられる光学距離は、中央の導波路の幅を変化させ伝搬方向に沿った実効屈折率を変える（単位長あたりの位相変化は導波路モードの実効屈折率に比例する）ことによって、変化することができる。往復の位相シフトは光学距離に比例しており、結果として、レーザキャビティの共振波長はこのセクションの中央の導波路の幅を変化させることによって調整することができる。
【００４７】
最後に、導波路26はビーム整形器である。このセクションは、出力導波路の幅を変化させることによって出力ビームを所望の幅に整形する。セクション25との接続は、出力導波路の幅に向かうテーパーセクションによって実現される。
【００４８】
レーザキャビティのこの実施の形態は、連続的に可変の導波路の長所を示す。単一の連続的に可変の導波路を用いることにより、共振波長の独立した制御、レーザの単一（横）モード動作、及び活性媒質との結合を損なわない出力ビームの制御が可能になる。他のアプリケーションの例は、照明の分野において見つかる。連続的に可変の導波路の適用は、光装置が配光を操作することを可能にする。
【００４９】
導波路の更なる実施の形態が図10に示される。この図の導波路は例えば図2に示されるシステムと同様のシステムであるが、基板4の上にパターニングされたコア領域5が追加されている。導波路を層Bから分離するために接触角αが十分小さくなるように、メニスカス14は配置される。パターニングされた（リッジ）コア層5は、基板4、流体A及びBの屈折率より高い屈折率を有する。この層は、そのモードがコア層5の中央に位置する導波路システムのためのコア領域である。導波路システムによってサポートされるモードの垂直方向の強度パターンが線7によって示され、当該強度はコア5において最も高くメニスカス14に向かって減少している。強度は、コア5から離れるにつれて指数的に減少する。
【００５０】
先述の通り、導波路の導波特性は、流体AとBとの間のメニスカス14の形状を変化させることによって制御することができる。流体AとBとの間のメニスカスを変化させることによって、流体Bを導波路1のコア領域5に対して遠ざけることができ又は近づけることができる。図10に示される例において、導波路モードの垂直方向の強度パターンは層Bの中でほぼ0である。結果として、モードは層Bの特性によってほとんど影響されない。
【００５１】
図11は図10の導波路を示すが、メニスカス14の側壁10との接触角αが非常に大きくなるようにメニスカス14が調整されている。結果として、垂直方向の強度パターン上の塗り潰された領域19によって示されるように、導波路のモードは層Bからもはや分離されない。
【００５２】
層Bの屈折率の実数部はモードパターンの変化につながり、可変光減衰器を実現するために利用されることができる。モードパターンの変化の他に、層Bの存在は光導波路中を伝搬するモードによって感じられる位相の変化にもつながる。この効果は、例えば、Mach-Zehnder干渉計の分岐間の位相差を調整するために利用されることができる。
【００５３】
層Bの屈折率の虚数部は、導波路モードによって感じられる損失につながる。メニスカスの形状が損失の量を制御するので、可変光減衰器の基礎としてこの原理を用いることができる。この実施の形態の原理は、上に述べたようなz方向に不変なメニスカス形状にも適用できる。
【００５４】
スイッチングアプリケーションのためにメニスカス形状の変動を用いる代わりに、センシングアプリケーションに図10及び11の実施の形態の原理を適用することも可能である。これらの図を参照すると、接触角αが十分に大きい場合にのみ、層Bの特性が導波路モードの特性に影響を与える。これは、（左右及び上部電極の間の電圧を適切に選択することによって選択されることができる）所望の場所でのみ層Bの特性を測定するアドレス可能なセンサへの道を開く。
【００５５】
一例として、図10及び11の実施の形態と同様の断面を備える直線の導波路からなるアドレス可能なセンサの平面図が図12に示される。この図は、一連の導波路からなるアドレス可能なセンサの平面図を示す。検出器は、7つのセクションに分割される。図12ではセクション4がアドレス指定される。
【００５６】
直線の導波路上の流体積層は、異なる（例中では7つの）セクションに再分割される。入力から検出器への水平な線は、センサ中の光学信号100の通過を示す。導波路のモードは、ある最低限の接触角α=<αminに対して層Bから分離され、その結果、直線の導波路のモードは、α4>αminであるセクション4中の層Bの特性によってのみ影響される（αminは、いくらかの強度の光が流体B中を通過するためにメニスカス14で必要とされる最低限の角度である）。
【００５７】
多くのセンシングアプリケーションのために、所望のパラメータを決定するために測定量及び（この場合流体B）の異なる濃度の測定を実行する必要がある。あるいは、接触角αを変化させることもでき、それは直線の導波路のモードに影響する微粒子の数を変化させることと等価である。
【００５８】
（電界によって流体に影響を与える）エレクトロウェッティングが上記の実施の形態で用いられたが、導波路中のキャビティ内の流体A及びBに影響を与える多くの他の方法が可能である。例えば、流体AとBとの間に局所的な圧力差を引き起こすことを、メニスカスの形状を変えるために用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】光導波路の概略斜視図。
【図２】更なる詳細を示す図1の導波路の断面図。
【図３】(a)第１の動作状態における図1及び2の導波路の平面図及び断面図。(b)第２の動作状態における図１及び2の導波路の図3aと同様の平面図及び断面図。
【図４】導波路の第２の実施の形態の図2と同様の断面図。
【図５】導波路の実施の形態の等価インデックス及び基本モードを示すグラフ。
【図６】(a)光ファイバシステムにおける第１及び第２の動作状態の導波路の平面図及び断面図を示す図3aと同様の図。(b)光ファイバシステムにおける第１及び第２の動作状態の導波路の平面図及び断面図を示す図3bと同様の図。
【図７】(a)光ファイバシステムにおける第１及び第３の動作状態の導波路の平面図及び断面図を示す図3aと同様の図。(b)光ファイバシステムにおける第１及び第３の動作状態の導波路の平面図及び断面図を示す図3bと同様の図。
【図８】光ファイバシステムにおける導波路の第３の実施の形態の平面図及び３つの断面図。
【図９】複数の導波路を組み込むレーザの側面図。
【図１０】導波路の第４の実施の形態の図2と同様の断面図。
【図１１】メニスカスが第２の位置にある導波路の第４の実施の形態の図10と同様の断面図。
【図１２】複数の第４の実施の形態の導波路を組み込むセンサ装置の平面図。
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図３】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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