(57)【要約】【課題】既存の光スイッチにおける制限に関して、光スイッチにおける適当な液体に対する選択を拡張し、光スイッチにおける電力消費および熱発生を減少する構造および動作方法を提供すること。【解決手段】スイッチサイトに液体または泡を有する光スイッチは、液体の気化圧より少ない液体圧において動作する。この圧力差は、スイッチサイトの幾何学的形状によって選択される臨界サイズの泡にわたる圧力降下によってもたらされる表面張力に等しい。スイッチサイトのそれぞれは、臨界サイズより大きい泡を含む安定状態、および泡のないさらなる安定状態を有する。局所熱は、泡を生成する核を提供するが、泡を維持することを要求されない。広域にまたは局所的に増加した液体圧は、スイッチサイトをすべてリセットするために、または選択されたスイッチサイトをリセットするために泡を壊す。【選択図】図３Ａ
2004133449.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
　光経路の交差点に光学空洞を備えた交差する前記光経路を有する光学構造部と、
　前記光経路の屈折率に一致する屈折率を有する液体であって、前記液体が前記光学空洞に連通しており、前記光学空洞のうちの１つにおける泡が前記液体の温度において安定であるような前記温度および圧力を有する前記光学構造部内における前記液体と、
を備える光スイッチ。
【請求項２】
　前記光学構造部内における前記液体の温度における前記液体の圧力と前記液体の蒸気圧との間の差が、前記光学空洞の１つを満たす泡にわたって表面張力が誘起する圧力変化より大きい、請求項１に記載の光スイッチ。
【請求項３】
　前記液体が、１つ又は複数の前記光学空洞を満たし、前記液体の前記温度における１つ又は複数の泡が、１つまたは複数の前記光学空洞内にある請求項１または請求項２に記載の光スイッチ。
【請求項４】
　前記光学空洞内におけるすべての泡をつぶすレベルにまで前記液体の圧力を全体的に増加するための機構をさらに備える、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の光スイッチ。
【請求項５】
　複数の活性化構造部をさらに有し、前記光学空洞が泡を含む第１の状態から前記光学空洞が液体によって満たされる第２の状態に、前記光学空洞をスイッチするように動作可能な対応する活性化構造部を、前記光学空洞のそれぞれが有する、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の光スイッチ。
【請求項６】
　前記活性化構造部のそれぞれが、
　前記液体および前記対応する光学空洞に流体で連通する活性化空洞と、
　前記活性化空洞内における加熱素子と、
を備える請求項５に記載の光スイッチ。
【請求項７】
　前記活性化空洞のそれぞれが、前記液体の前記温度において安定な泡を収容することを可能にするには小さすぎる最小寸法を有する、請求項６に記載の光スイッチ。
【請求項８】
　前記活性化空洞のそれぞれが、対応する前記光学空洞から離れた端部を有し、前記端部が、前記光学構造部内における前記液体の前記温度および前記圧力において安定である泡を収容するために十分に大きい、請求項６に記載の光スイッチ。
【請求項９】
　前記光学構造部内に形成されたネック部をさらに備え、該ネック部のそれぞれが、前記活性化空洞の対応する１つと前記活性化空洞に対応する前記光学空洞との間にあり、前記ネック部が活性化空洞よりも狭い、請求項６乃至請求項８のいずれかに記載の光スイッチ。
【請求項１０】
　前記活性化構造部のそれぞれに対し、第１の期間にわたる前記加熱素子の動作は、前記活性化空洞から前記対応する光学空洞に液体を動かし、前記対応する光学空洞における泡をつぶすために圧力を局所的に増加する、請求項６乃至請求項９のいずれかに記載の光スイッチ。
【請求項１１】
　前記活性化構造部のそれぞれに対し、第１の期間にわたる前記加熱素子の動作は、前記活性化空洞から前記対応する光学空洞に液体を動かし、前記対応する光学空洞における泡をつぶし、かつ前記光学空洞から残りの前記泡を押出すために圧力を局所的に増加する、請求項６乃至請求項９のいずれかに記載の光スイッチ。
【請求項１２】
　前記活性化構造部のそれぞれに対し、前記第１の期間より長い第２の期間にわたる前記加熱素子の動作が、前記活性化空洞から前記対応する光学空洞に蒸気を動かし、対応する前記光学空洞内において安定な泡を発生する、請求項１０または請求項１１に記載の光スイッチ。
【請求項１３】
　活性化構造部のそれぞれが、前記液体と流体で連通する吸収器空洞、および前記対応する光学空洞を備える、請求項５乃至請求項１２のいずれかに記載の光スイッチ。
【請求項１４】
　前記吸収器空洞のそれぞれが、前記液体の前記温度において安定な泡を収容するために十分な寸法および形状を有する、請求項１３に記載の光スイッチ。
【請求項１５】
　前記光学空洞の前記第１の状態において、前記光学空洞内の前記泡が、前記吸収器空洞内に延びている、請求項１３または請求項１４に記載の光スイッチ。
【請求項１６】
　光経路の交差点における光学空洞、前記光学空洞に隣接する活性化空洞、および前記活性化空洞と前記光学空洞との間の流体経路を備えた光学構造部と、
　前記光学空洞および前記活性化空洞に連通する液体と、
　前記活性化空洞内における加熱素子であって、前記光学空洞が泡を含む第１の状態と前記光学空洞が前記液体によって満たされた第２の状態間に、前記光学空洞をスイッチ動作可能とする前記加熱素子と、
を備える光スイッチ。
【請求項１７】
　吸収器空洞と、
　前記吸収器空洞と前記光学空洞との間の流体経路と、
をさらに備える請求項１６に記載の光スイッチ。
【請求項１８】
　前記光学空洞が前記第１の状態にあるとき、前記加熱素子の動作が、前記活性化空洞内に延びる泡を発生し、前記活性化空洞から前記光学空洞内に流体流を引起こし、前記流体流が、前記光学空洞内の前記泡の一部を前記光学空洞から前記吸収器空洞内に押す、請求項１７に記載の光スイッチ。
【請求項１９】
　前記光学空洞の前記第１の状態において、前記光学空洞内の前記泡が前記吸収器空洞内に延びる、請求項１７または請求項１８に記載の光スイッチ。
【請求項２０】
　前記光学空洞内における泡が安定なような圧力および温度を、前記光学構造部内における前記液体が有する、請求項１６乃至請求項１９のいずれかに記載の光スイッチ。
【請求項２１】
　前記活性化空洞が、前記光学構造部内における前記液体の前記圧力および前記温度において安定な泡を収容するために十分に大きな端部を有する、請求項１６乃至請求項２０のいずれかに記載の光スイッチ。
【請求項２２】
　第１の光経路および第２の光経路の交差点にある空洞を液体によって満たすステップと、
　前記空洞内に泡を発生するステップと、
　前記液体のある温度において、前記液体の蒸気圧よりも低い第１の圧力に液体を維持するステップであって、前記空洞内の前記泡は、前記液体の前記温度において安定である、前記維持するステップと、
を含む光スイッチの動作方法。
【請求項２３】
　前記泡を発生するステップが、前記泡を発生するために前記空洞内の液体を加熱するステップを含む、請求項２２に記載の光スイッチの動作方法。
【請求項２４】
　前記泡を発生するステップが、前記空洞に隣接する前記液体を加熱するステップを含み、前記加熱の結果生じる蒸気が、前記泡を発生するために前記空洞内に拡がるようにした、請求項２２に記載の光スイッチの動作方法。
【請求項２５】
　前記空洞内の前記液体の圧力を前記空洞内の前記泡をつぶす第２の圧力へと一時的に増加するステップと、
　前記空洞が前記第１の圧力において前記液体によって満たされたままである前記第１の圧力に前記液体を戻し下げるステップと、
をさらに含む請求項２２乃至請求項２４のいずれかに記載の光スイッチの動作方法。
【請求項２６】
　前記第２の圧力へと一時的に増加するステップが、前記液体の前記圧力を全体的に変化することなく、前記空洞内の圧力を局所的に増加するステップを含む、請求項２５に記載の光スイッチの動作方法。
【請求項２７】
　前記空洞内の圧力を局所的に増加するステップが、前記空洞内に流体流を引起こす泡を発生するために前記液体を加熱するステップを含む、請求項２６に記載の光スイッチの動作方法。
【請求項２８】
　前記空洞から前記泡を押出す流体流を発生するステップをさらに含み、前記空洞を前記液体によって満たされたままにする、請求項２２乃至請求項２７のいずれかに記載の光スイッチの動作方法。
【請求項２９】
　前記第２の圧力に一時的に増加するステップが、前記液体を収容しかつ前記空洞に流体で連通された貯蔵容器内における流体圧力を増加するステップを含む、請求項２５に記載の光スイッチの動作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は、流体ベースの光スイッチのための泡のラッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
　光信号を直接操作することができる光スイッチは、光ネットワークにとってますます重要になる。したがって光信号をスイッチするためのいくつかの技術が開発されている。図１は、“Ｔｏｔａｌ　Ｉｎｔｅｒｎａｌ　Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｓｗｉｔｃｈｅｓ　Ｅｍｐｌｏｙｉｎｇ　Ｔｈｅｒｍａｌ　Ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ”と題するＦｏｕｑｕｅｔ他への特許文献１に記載されたある種の光スイッチ技術を利用する光スイッチ１００の平面図を示している。図１、および図２Ａと図２Ｂの横断面図に図示したように、光スイッチ１００は、平面の光波回路１１０、半導体基板１２０、基礎板１３０、および貯蔵容器１４０を有する。
【０００３】
　平面の光波回路１１０は、交差するウエイブガイドセグメント１１２および１１４、およびウエイブガイドセグメント１１２および１１４の交差点における空洞１１６を有する水晶のような光学材料からなる板である。光信号は、一般にウエイブガイドセグメント１１２または１１４の一方のセットにおいて光スイッチ１００に入力され、かつ空洞１１６は、光信号に対するスイッチ・サイトとして作用する。とくにウエイブガイドセグメント１１２および１１４の屈折率に一致した屈折率を有する液体１４２によって満たされているとき、空洞１１６は、光信号を入力ウエイブガイドセグメント１１２または１１４から次のウエイブガイドセグメント１１２または１１４に同じ経路に沿って透過させる。図２Ａは、貯蔵容器１４０からの液体１４２によって満たされた空洞を示している。
【０００４】
　空洞が泡を含むとき、空洞１１６は、光信号をスイッチし、または再方向付けするために反射性になる。さらに特定すれば、入力ウエイブガイド１１２または１１４と、泡１４６（図２Ｂに示すように）との間の境界面１１５における内部全反射は、光信号を交差するウエイブガイドセグメント１１４、または１１２にスイッチする。光信号の初期の経路に沿った空洞１１６の１つを選択的に活性化し、または反射性にすると、光信号は、交差するウエイブガイドセグメント１１４、または１１２のいずれかにスイッチすることができる。光信号の経路に沿ったどの空洞１１６も反射性でないときに、光信号は、光スイッチ１００をまっすぐに通過させる。
【０００５】
　半導体基板１２０は、空洞１１６内に配置された加熱素子１２２を含む電子回路を収容している。加熱素子１２２の選択的な活性化は、対応する空洞１１６内の液体を蒸発し、かつ活性化された加熱素子１２２を収容する空洞１１６に相当するスイッチ・サイトを反射性にする。それから活性化された加熱素子１２２は、泡を安定にかつスイッチ・サイトを反射性に維持するために、加熱を継続する。加熱素子１２２のスイッチが切られると、泡１４６および取り囲む液体１４２は冷却され、泡１４６はつぶれ、かつ空洞１１６は液体１４２によって再充填される。
【０００６】
　基礎板１３０は、半導体チップ１２０のためにヒートシンクとして作用するが、貯蔵容器１４０に接続された入口１３６を有する。半導体基板１２０を介して入口１３６および穴１２６によって、液体１４２は、貯蔵容器１４０と空洞１１６の下にあるギャップ１１８との間に流れることができる。スイッチ・サイトを活性化または不活性化するために泡１４６が形成されまたはつぶれるとき、液体１４２は、ギャップ１１８、穴１２６および入口１３６を介して、貯蔵容器１４０へ、またはここから流れる。
【０００７】
　貯蔵容器１４０は、部分的に液体１４２によって満たされ、かつ部分的にガス１４４によって、典型的には液体１４２からの蒸気によって満たされる。ガス１４４の圧力は、液体１４２の流体圧力を制御し、かつそれ故に空洞１１６内における泡の形成の困難さを制御する。“Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ　Ｄｅｖｉｃｅ　ａｎｄ　Ｍｅｔｈｏｄ　Ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ　Ｆｌｕｉｄ　Ｐｒｅｓｓｕｒｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　ｔｏ　Ｉｍｐｒｏｖｅ　Ｓｗｉｔｃｉｎｇ　Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ”と題するＳｃｈｉａｆｆｉｎｏ他に２００１年２月１３日に発行された特許文献２は、貯蔵容器１４０内における圧力制御機構が、スイッチ１００において不適当なスイッチを引起こすことがある泡の意図しない形成を避けるために、どのようにして液体１４２の圧力を上昇することができるかを記載している。
【０００８】
　光スイッチ１００に類似する光スイッチは、光信号をスイッチするために効果的であるとわかった。しかしながらいくつかの範囲において改善が求められる。例えばスイッチ１００におけるエネルギー消費は、いくつかのスイッチ・サイトが同時に反射性であるとき、重大であることがある。スイッチ・サイトを反射性に維持するために、対応する加熱素子１２２は、その上にある空洞１１６における泡１４６のつぶれを防止するために十分に高い温度を局所的に維持しなければならない。エネルギーのこの一定の放出は、光スイッチ１００を通る光信号のルート形成を一定のままにする場合でさえ継続する。エネルギー消費は、とくに高密度の加熱素子１２２を有するコンパクトな光スイッチにおいて消散することが困難であることがある熱をも発生する。小さな範囲に集中する熱は、電子回路の損傷および故障に通じることがある。商用的に有用な寿命を有する実際的な装置について、熱の量を制限しなければならず、この量は、他方において光スイッチに利用することができる液体のタイプを制限する。とくにある種の液体は、泡を発生しかつ維持するために過大の熱を必要とし、かつ通常の加熱素子を急速に焼き尽くす。
【０００９】
　光スイッチ１００に対するその他の懸念は、泡１４６を収容する空洞１１６内において起こることがある凝縮および蒸留である。それぞれの泡１４６は、泡１４６内における蒸気圧力を維持しかつそれにより泡１４６がつぶれることを防止するために局所的に上昇した温度に維持される。泡１４６内における加熱された蒸気は、空洞１１６のそれより冷たい壁上に凝縮することがある。空洞１１６と入力ウエイブガイドセグメント１１２または１１４との間の境界面１１５における凝縮は、オフアングルの反射を引起こすことがあり、その結果、所望の出力ウエイブガイドセグメント１１４または１１２に一層わずかな光信号が反射するとき、信号損失を生じ、かつその結果、別のウエイブガイドセグメントに光信号の一部が入る場合、雑音またはクロストークが生じる。
【００１０】
　液体１４２が２つまたはそれ以上の分離可能な化合物を含む場合、蒸発および凝縮は、局所的な分留も引起こすことがある。分留は、液体１４２の組成をかつそれ故に屈折率を局所的に変化させることがある。液体１４２およびウエイブガイドセグメント１１２および１１４のために一致した屈折率を有することは、透過させようとするスイッチ・サイトにおける反射の許容できないレベルを避けるために重要である。分留の問題は、液体の屈折率が変化する分留に抗する液体に、液体１４２のために適当な選択を制限する。
【特許文献１】米国特許第５，６９９，４６２号明細書
【特許文献２】米国特許第６，１８８，８１５号明細書
【特許文献３】米国特許第５，９６０，１３１号明細書
【特許文献４】米国特許第６，０５５，３４４号明細書
【特許文献５】米国特許第６，１６０，９２８号明細書
【特許文献６】米国特許第６，１９５，４７８号明細書
【特許文献７】米国特許第６，１９８，８５６号明細書
【特許文献８】米国特許第６，３２０，９９４号明細書
【特許文献９】米国特許第６，３２０，９９５号明細書
【特許文献１０】米国特許第６，３２４，３１６号明細書
【特許文献１１】米国特許第６，３２７，３９７号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
　既存の光スイッチにおける制限に関して、光スイッチにおける適当な液体に対する選択を拡張し、光スイッチにおける電力消費および熱発生を減少する、構造および動作方法に対する要求が存在する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
　本発明の態様によれば、光スイッチは、動作温度における液体の蒸気圧力が流体圧力より高いような圧力および温度における液体によって動作する。蒸気圧と流体圧力との間の差は、液体内における泡の表面張力が小さな泡をつぶし、より大きな泡を膨張させるように選択される。泡がつぶれるかまたは膨張するかどうかを区別する閾値泡寸法は、液体層および光学空洞間の通路の最小寸法より大きいが、光学空洞の最小寸法より小さい。この動作支配において、空洞内の泡は、局所的な加熱を行なわなくとも安定である。表面張力が、流体層または光学空洞から通じる通路の程度に小さな寸法を有する泡のあらゆる部分をつぶすので、光学空洞内の泡は、光学空洞の外側に膨張することができない。
【００１３】
　液体の均一な核形成温度は、光学空洞内に泡を自発的に形成することを防止するエネルギー障壁を提供する。光学空洞に泡を形成するために、液体に一時的に供給される局所的な熱が、泡を発生するために必要なエネルギーを加える。泡は、直接光学空洞内に発生することができ、または隣接する位置から光学空洞内に膨張することができる。光学空洞内において臨界寸法に達した後に、泡は、光学空洞を満たすように膨張し、かつ加熱を停止した後にも維持する。
【００１４】
　スイッチ・サイトを遮断するために、流体圧力における一時的な全体的な増加は、光学空洞内におけるすべての泡を同時につぶすことができ、かつすべてのスイッチ・サイトが透過である状態に光スイッチをリセットすることができる。その代わりに局所的な圧力の増加は、選ばれたスイッチ・サイトを不活性化するが、一方その他のスイッチ・サイトが反射性のままであるように、個々の光学空洞における泡を選択的につぶすことができる。光学空洞の近くにおける泡の発生は、局所的に流体圧力を増加し、光学空洞内に流体流を引起こし、かつ光学空洞内の泡をつぶす。個々のスイッチ・サイトを遮断するためのその他の代替方法は、泡をとらえかつ／または吸収する吸収器空洞のような位置に光学空洞から泡を押出す液体流を発生する。
【００１５】
　本発明の態様を利用する光スイッチは、光スイッチがスイッチ・サイトを活性化または不活性化するために局所的な加熱を必要とし、かつ活性化されたサイトを維持するために局所的な加熱を必要としないので、エネルギー的に効率的であることができる。したがってスイッチ・サイトの状態は、ラッチされておりまたは不揮発性であり、ここにおいて光スイッチにおける液体が所望の圧力温度支配に留まっているかぎり、局所的な加熱またはエネルギー消費なしに、状態が持続する。一定の局所的な加熱を避けることは、光スイッチにおける電子部品の有効寿命を延ばす。
【００１６】
　目標圧力および温度支配において動作する光スイッチのその他の利点は、周囲と同じ温度において（例えば平面の光波回路と同じ温度において）反射性のスイッチ・サイトにおける泡を維持することにあり、それにより液体の空洞壁における凝縮および局所的な蒸留を避けられる。その結果、スイッチ・サイトは、一層きれいな反射を提供し、かつ一層高い反射信号対雑音比（ＳＮ比）を生じる。さらに化合物の混合物を含む液体は、光スイッチ内における液体と光波ガイドとの屈折率の間の一致性を改善するために、さらに容易に利用することができる。
【００１７】
　本発明の１つの特定の実施例は、液体を囲む光学構造部を有する光スイッチである。光学構造部は、交差する光経路および光経路の交差点における空洞を有する。光経路の屈折率に一致する屈折率を有する液体は、通路を通して空洞に連通しており、かつ液体の蒸気圧より低い流体圧力を有する。流体圧力と蒸気圧との間の差は、一般に１つの空洞を満たす泡の表面張力より大きいが、通路の寸法に相当する寸法を有する一層小さな泡の表面張力より小さい。光スイッチは、同じ均一な温度において光学構造および液体を維持することができ、いくつかの空洞を満たす液体を依然として有しつつ、一方でその他の空洞に泡が存在する。
【００１８】
　本発明のその他の態様によれば、光スイッチにおけるスイッチ・サイトは、泡を含む状態にまたはその状態から個々のスイッチ・サイトをスイッチすることを可能にする構造部を有する。１つのこのようなスイッチ・サイト構造部は、光信号を反射しまたは透過する光学空洞、およびその反射および透過状態の間において光学空洞をスイッチする際に利用される１つまたは複数の活性化空洞を有する。それぞれの活性化空洞は、光学空洞に流体連通しており、かつ加熱素子のような活性化装置を収容している。活性化装置は、液体を活性化空洞から光学空洞に強制する。例えば活性化空洞における加熱素子のパルス動作は、液体を活性化空洞から光学空洞に強制するために急速に膨張する活性化空洞における泡を発生することによって、スイッチ・サイトを不活性化することができる。流体流は、活性化空洞における泡に衝突することができまたはつぶすことができ、またはその代わりに泡を光学空洞から押出すことができる。スイッチ・サイトは、光学空洞から泡を押込むことができる吸収器空洞において一層大きな安定な泡を含むことができる。光学空洞における加熱素子または活性化空洞における加熱素子の持続する動作は、光学空洞に泡を発生することができる。
【００１９】
　本発明の別の実施例は、光スイッチを動作させるための方法である。方法は、全体的に光経路の交差点にある空洞を液体によって満たし、空洞内に泡を発生し、かつそれから局所的な加熱を行なわなくとも泡が安定であるような温度および流体圧力に液体を維持することを含んでいる。したがって液体の流体圧力は、液体および空洞の動作温度における液体の蒸気圧より低い。この動作支配は、光スイッチにおけるスイッチ・サイトに、２つの安定な状態、すなわち泡を有するものおよび泡のないものを提供する。
【発明の効果】
【００２０】
　空洞内または隣接する範囲における液体の局所的な加熱は、液体の均一な核形成温度より上の温度に液体を加熱することができ、かつ空洞内に泡を発生することができる。液体の圧力および温度は、局所的な加熱の停止の後に泡が安定なままであるようになっている。
【００２１】
　空洞内の液体の圧力の一時的な増加は、空洞内における泡をつぶすことができる。それから液体が通常の動作支配に戻ったとき、空洞は、液体によって満たされたままである。圧力は、光スイッチにおけるすべてのスイッチ・サイトに流体連通している貯蔵容器における流体圧力を増加することによって、すべての光スイッチをリセットするために全体的に一時的に増加することができる。その代わりにその他のスイッチ・サイトにおける流体圧力を変化することなく、流体圧力を局所的に増加すると、選ばれたスイッチ・サイトだけを不活性化することができる。
【００２２】
　隣接する活性化空洞から光学空洞への流体流は、光学空洞における圧力を増加することができ、かつ泡をつぶすことができる。このような流体流は、空洞内に泡を有する状態から空洞を液体によって満たす状態に光学空洞を変化するための代案技術として、空洞から泡を押出すことができる。光学空洞からの泡の押出しは、泡をつぶすときに液体内に溶けなければならない不純物ガスを泡が含むときに、一層急速なスイッチを提供することができる。大きな安定な泡を含む吸収器空洞は、光学空洞から押出された泡を受け入れることができ、かつ液体との平衡に達するために必要な時間にわたってガスを保持することができる。
【００２３】
　異なった図における同じ参照符号の利用は、類似または同一の要素を表わす。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
　本発明の態様によれば、液体を含む光スイッチは、光学空洞の寸法を有する泡を維持するがそれより小さな泡（例えば流体通路の寸法を有する）をつぶす圧力および温度において液体を操作する。その結果、光学空洞内に一度発生された泡は、泡を維持するために局所的な加熱を行なわなくとも、安定なままである。リセット動作は、前に形成されたすべての泡をつぶすために、光スイッチにおける流体圧力を全体的に増加することができる。その代わりに流体圧力の局所的な変化は、選ばれた泡をつぶすことができ、または流体流は、選ばれたスイッチ・サイトを不活性化するが、一方その他のスイッチ・サイトを活性化されたままにするために、光学空洞から選ばれた泡を押出すことができる。
【実施例１】
【００２５】
　図３Ａ、図３Ｂおよび図３Ｃは、図１、図２Ａおよび図２Ｂに示す光スイッチ１００のような光スイッチにおけるスイッチ・サイト３００の横断面図を示している。スイッチ・サイト３００は、平面の光波回路１１０とその下にある半導体基板１２０との間に形成された空洞１１６を含む。ウエイブガイドセグメント１１２および１１２’は、平面の光波回路１１０の回りの部分のものよりも大きな屈折率を有し、かつ平面の光波回路１１０内において光信号を案内するために使われる。一般に光スイッチおよびスイッチ・サイト３００は、ここに開示される流体圧力または温度および動作方法を除いて、既存の光スイッチおよびスイッチ・サイトと構造的に同一であることができる。その代わりにスイッチ・サイト３００は、ここに開示された圧力および温度支配および動作方法のための寸法および／または形を有する空洞および／または流体通路を有することができる。
【００２６】
　スイッチ・サイト３００が、図３Ａに示すように透明である場合、光学空洞１１６は、入力ウエイブガイド１１２の屈折率に一致した屈折率を有する液体１４２によって満たされている。液体１４２は、典型的にはフルオロベンゼンのような有機溶媒であるが、必要な屈折率および適当な化学的および物理的特性を提供するあらゆる液体を利用することができる。入力ウエイブガイドセグメント１１２は、空洞１１６内の液体１４２を通る光信号ＯＳを、入力ウエイブガイドセグメント１１２と同一直線上の次のウエイブガイドセグメント１１２’に案内する。ウエイブガイドセグメント１１２の屈折率への液体１４２の屈折率の一致は、図３Ａにおけるウエイブガイドセグメント１１２と液体１４２との間の境界面１１５における光信号ＯＳの部分反射を防止する。
【００２７】
　本発明の態様によれば、光スイッチの液体１４２およびその回りの部品の動作温度Ｔ０、および液体１４２の流体圧力Ｐｅは、光スイッチの動作温度における液体の蒸気圧Ｐｖが流体圧力Ｐｅより高いようになっている。図１の光スイッチ１００において、平面の光波回路１１０、半導体基板１２０および基礎板１３０の温度より低い温度における貯蔵容器１４０を有することによって、貯蔵容器１４０において維持されるような流体圧力Ｐｅと空洞１１６の動作温度における液体１４２の蒸気圧Ｐｖとの間の所望の負の圧力差を提供することができる。貯蔵容器１４０と残りの光スイッチとの間のほぼ７°Ｃの温度差は、フルオロベンゼンのような液体に対してほぼ３，８００Ｐａの負の圧力差を提供することができる。
【００２８】
　第１の考察において予測できたものと相違して、液体内に泡を形成するための均一な核形成温度に打勝つために十分な熱が入力されないかぎり、泡は形成されないので、空洞１１６の液体充満状態は、空洞１１６の安定な状態である。典型的には液体のための核形成エネルギーは、液体の臨界温度のほぼ８９％である。（臨界温度は、圧力が液体状態を維持することができない温度であり、かつフルオロベンゼンに関してほぼ２８７°Ｃである。）したがってスイッチ・サイト３００が、図３Ａに示すように液体１４２によって満たされており、かつ液体１４２の均一な核形成温度より下に維持されている場合、スイッチ・サイト３００の液体充満状態は、流体圧力Ｐｅが、液体１４２の蒸気圧Ｐｖより低い場合でさえ、安定である。
【００２９】
　核形成温度より上の温度にスイッチ・サイト３００における液体１４２を加熱すれば、図３Ｂに示されるように、泡３１０が形成される。形成の後に、泡３１０は、泡３１０の内側の蒸気圧Ｐｖ’と泡における外部流体圧力Ｐｅと泡の表面張力σとの間のバランスに依存して、膨張するかまたはつぶれる。とくに泡３１０は、泡形成の間の外部の蒸気圧Ｐｖ’が、内側の外部流体圧力Ｐｅおよび表面張力σ誘起圧力の合計より高いときに膨張し、外側蒸気圧力Ｐｖ’が、内側の外部流体圧力Ｐｅおよび表面張力σ誘起圧力の合計より低いときに収縮する。泡がその周囲との平衡に設定されるとき、泡は、光スイッチの動作温度にあり、かつ泡内の蒸気圧Ｐｖ’は、液体１４２の蒸気圧Ｐｖに等しい。
【００３０】
　σＣによって与えられ、その際、Ｃが泡に対する両方の方向における総合曲率である場合、表面張力誘起圧力Ｐσは、一般に泡の表面の曲率半径の関数であり、かつ泡の表面の曲率半径が増加すると減少する。外部流体圧力Ｐｅが、液体の動作温度Ｔ０における平衡蒸気圧Ｐｖより低い場合、臨界泡半径Ｒ０または直径Ｄ０は、泡における内側および外側の力が数式１に示すように平衡する場合に見出すことができる。臨界半径Ｒ０より小さい曲率半径を有する泡および泡の部分はつぶれ、かつ臨界半径Ｒ０より大きな半径を有する泡は、利用可能な空間を満たすように膨張する。
【数１】
2004133449.tif 000003
【００３１】
　本発明の態様によれば、光学空洞１１６は、臨界直径Ｄ０より大きな最小の寸法（長さ、幅Ｗまたは高さＨ）を有し、かつギャップ１１８は、臨界直径Ｄ０より小さな寸法ｄ（例えば高さまたは幅）を有する。液体１４２としてフルオロベンゼンおよび貯蔵容器の温度と動作温度Ｔ０との間のほぼ７°Ｃの差を利用する本発明の１つの実施例において、結果として生じる流体圧力差Ｐｖ−Ｐｅは、ほぼ３，８００Ｐａであり、かつ臨界直径Ｄ０は、ほぼ１４μｍである。この実施例についてそれぞれほぼ４５μｍ、１５μｍおよび４５μｍの高さＨ、幅Ｗおよび長さを有する光学空洞１１６は、安定な泡を保持することができるが、ほぼ５μｍの高さを有するギャップ１１８は保持することができない。
【００３２】
　図３Ｂは、泡３１０を発生するために短い周期にわたって核形成温度より上まで空洞１１６内の液体１４２の一部を加熱素子１２２が加熱する間の活性化プロセスを示している。泡３１０は、臨界直径Ｄ０より大きな直径まで急速に膨張する。液体１４２の局所的な加熱を停止したとき、泡３１０内の蒸気は、液体１４２の動作温度にまで冷却される。前の光スイッチにおけるものと相違して、泡３１０は、局所的な加熱を停止したときに、つぶれない。その代わりに臨界直径Ｄ０に達した後に泡３１０は、局所的な加熱が加えられるかまたは加えられないかに関係なく、光学空洞１１６内において膨張し続ける。
【００３３】
　図３Ｃは、泡３１０が光学空洞１１６を満たした活性化または反射状態におけるスイッチ・サイト３００を示している。空洞１１６の直径は、すべて臨界直径Ｄ０より大きいので、完全に膨張した泡３１０の表面張力は、泡１４６内における蒸気圧Ｐｖと泡３１０の回りの流体圧力Ｐｅとの間の差に打勝つためには小さすぎる。ギャップ１１８の一層小さな寸法において、表面張力は圧力差Ｐｖ−Ｐｅに打勝ち、かつ延びをつぶすので、泡３１０は、ギャップ１１８内に延びることはできない。したがって泡３１０は、選ばれた空洞１１６に閉じ込められる。泡３１０の閉じ込めによって、意図に反してその他のスイッチ・サイトを活性化することなく、選ばれたスイッチ・サイト３００だけを活性化することができる。
【００３４】
　図３Ｃの泡３１０は、光スイッチの回りの部品と同じ温度Ｔ０にあり、とくに平面の光波回路１１０と同じ温度にある。その結果、泡３１０内における蒸気は、空洞１１６の壁において凝縮しない。したがって光学空洞１１６の壁の１つにおける境界面１１５は、ウエイブガイドセグメント１１２に対して相対的な反射角において、ウエイブガイドセグメント１１２からウエイブガイドセグメント１１４（図３Ｃの眺めには示されていない）に入射光信号ＯＳをきれいに反射することができる。凝縮の不在は、さもなければ液体１４２が混合物であるとき、液体１４２の成分化合物を分離することがある液体１４２の分留も回避する。
【００３５】
　発生した後に、泡３１０は、スイッチ・サイト３００をそれ以上局所的に加熱することなく、光学空洞１１６内に留まる。スイッチ・サイト３００を不活性化するために、外部流体圧力Ｐｅは、蒸気圧Ｐｖに対して相対的に増加することができるので、外部圧力Ｐｅおよび表面張力σは、蒸気圧Ｐｖに打勝ち、泡３１０をつぶす。蒸気圧より上のほぼ５，０００Ｐａだけの流体圧力Ｐｅの増加は、ほぼ１ｍｓよりわずかな間に泡をつぶすために十分である。光スイッチ１００において、シールした貯蔵容器１４０の加熱、平面の光波回路１１０および基板１２０の冷却、または貯蔵容器１４０の容積の機械的な減少が、泡３１０を囲む外部流体圧力Ｐｅを増加することができ、泡のつぶれを引起こす。米国特許第６１８８８１５号明細書は、さらに光スイッチにおける流体圧力を制御するための方法および構造を記載している。
【実施例２】
【００３６】
　図４Ａは、個々のスイッチ・サイトを選択的に活性化および不活性化することができる光スイッチの実施例によるスイッチ・サイト４００の平面図を示している。本発明による光スイッチは、図１の光スイッチ１００と同じものであることができるが、光学空洞１１６の代わりに、スイッチ・サイト４００と実質的に同一のスイッチ・サイトを有する。
【００３７】
　スイッチ・サイト４００は、平面の光波回路とその下にある半導体基板内にかつその間に形成された光学空洞４１０および活性化空洞４２０を有する。平面の光波回路におけるウエイブガイドセグメント１１２および１１４は、光学空洞４１０の前壁である境界面１１５において終っており、かつウエイブガイドセグメント１１２’および１１４’は、光学空洞４１０の後壁からそれぞれウエイブガイドセグメント１１２および１１４の方向に沿って延びている。光学空洞４１０は、図１の光学空洞１１６について前に説明したものと同様に、入力光信号を透過しまたは反射するように動作する。光学空洞４１０の加熱素子４１０は、随意でスイッチ・サイト４００を活性化して使用することができる（すなわち、反射して）。実施例において、光学空洞４１０は、ほぼ４５μｍの長さ、ほぼ１５μｍの幅、およびほぼ４５μｍの高さを有する。
【００３８】
　活性化空洞４２０は、それぞれのネック部４３０を介して光学空洞４１０と流体連通している。本発明の実施例において、それぞれの活性化空洞４２０は、ほぼ８５μｍの長さ、ほぼ１２μｍの幅、およびほぼ４５μｍの高さを有し、それぞれのネック部４３０は、ほぼ１０μｍの長さ、９μｍの幅および４５μｍの高さを有する。それぞれの活性化空洞４２０は、スイッチ・サイト４００の反射状態と透過状態との間においてスイッチ・サイト４００をスイッチするプロセスのために、加熱素子４２２を有する。
【００３９】
　図４Ｂは、スイッチ・サイト４００の透過状態を示している。透過状態において、スイッチ・サイト４００およびとくに光学空洞４１０は、ウエイブガイドセグメント１１２、１１４、１１２’および１１４’に一致した屈折率を有するフルオロベンゼン、またはその他の有機溶媒のような液体１４２によって満たされている。さらに液体１４２は、スイッチ・サイト４００の動作温度Ｔ０における液体の蒸気圧Ｐｖより低い流体圧力Ｐｅにある。スイッチ・サイト４００の実施例において、光スイッチの流体圧力Ｐｅおよび動作温度Ｔ０は、動作温度Ｔ０において泡がつぶれるかどうかを決める臨界寸法Ｄ０が、空洞１１６の最小寸法と空洞４２０の最小寸法との間のほぼ中間（例えばほぼ１３．５μｍ）にあるようになっている。したがって光学空洞４１０を満たす泡は、光スイッチの動作温度Ｔ０において安定なままであるが、流体圧力Ｐｅおよび表面張力は、光スイッチの活性化空洞４２０またはネック部４３０内に存在し動作温度Ｔ０におけるあらゆる泡をつぶす。
【００４０】
　前記のような液体１４２は、ウエイブガイドセグメント１１２、１１４、１１２’および１１４’の屈折率に一致した屈折率を有する。したがって空洞１１６が、図４Ｂにおけるように、屈折率が一致する液体によって満たされている場合、ウエイブガイドセグメント１１２または１１４を通して入力された光信号ＯＳは、空洞１１６を通って対応する同一直線上のウエイブガイドセグメント１１２’または１１４’を通過する。
【００４１】
　図４Ｃは、スイッチ・サイト４００の反射または活性化状態を示している。反射状態において、光学空洞４１０は、泡４１４を含んでいる。光学空洞４１０内の泡４１４により、ウエイブガイドセグメント１１２または１１４における入力光信号ＯＳは、ウエイブガイド／泡境界面１１５からウエイブガイドセグメント１１４または１１２内に反射する。光学空洞４１０の寸法を有する泡に対する表面張力は、スイッチ・サイト４００の動作温度Ｔ０における液体の蒸気圧Ｐｖと流体圧力Ｐｅとの間の圧力差より小さいので、スイッチ・サイト４００の反射状態は安定である。
【００４２】
　図４Ｂの透過状態から図４Ｃの反射状態にスイッチ・サイト４００をスイッチする１つの方法は、加熱素子４１２を利用して、光学空洞４１０内の液体を局所的に加熱することにある。光学空洞４１０における液体が核形成温度に達したときに生じる泡は、空洞４１０を満たすように膨張する。局所的な加熱は、泡４１４が臨界寸法に達した後に、遮断される。
【００４３】
　その代わりの活性化プロセスは、活性化空洞４２０における液体を局所的に加熱するために、加熱素子４２２を活性化する。空洞４２０から泡が光学空洞４１０内に膨張するまで、加熱は継続する。光学空洞４１０内における泡の一部が臨界寸法より大きいときに、加熱は停止することができる。ここから泡は、光学空洞４１０を満たすように膨張する。活性化空洞４２０およびネック部４３０内の泡は、臨界寸法より小さな閉じ込め寸法を有するので、活性化空洞４２０およびネック部４３０内の泡または泡の一部は、加熱を停止したときにつぶれる。（スイッチ・サイト４００を活性化するために加熱素子４２２が使われる場合、加熱素子４１２は必要なく、かつ省略してもよい。）
　図４Ｄは、スイッチ・サイトの不活性化プロセスを示している。図４Ｃの反射状態においてスタートしたスイッチ・サイト４００により、不活性化プロセスは、活性化空洞４２０内における加熱素子４２２のスイッチを入れる。図４Ａに示したように、加熱素子４２２は、光学空洞４１０からもっとも遠いところに、一層高い抵抗または一層早い加熱部分を有する。したがって加熱素子４２２に供給される電力パルスは、活性化空洞４２０の遠端部において始まり、光学空洞４１０に向かって膨張する泡４２４を形成する。膨張する泡４２４は、液体が平面の光波回路とその下にある基板との間のギャップを介して貯蔵容器に流れることができるより急速に、液体１４２を光学空洞４１０内に押込む。液体流は、光学空洞４１０内における泡４１４を圧縮し、泡４１４の寸法を減少する。泡４１４の内方への表面張力は、相応して増加し、かつ泡４１４から回りの液体１４２内への熱およびガスの吸収は、泡４１４内の圧力を減少する。その結果、泡４１４はつぶれる。
【００４４】
　加熱素子４２２の位置および動作、電力パルスの期間、および活性化空洞４２０およびネック部４３０の寸法は、膨張した泡４２４が光学空洞４１０に到達する前に、泡４１４がつぶれるようになっている。光学空洞４１０がほぼ４５×４５×１５μｍ３である本発明の実施例において、活性化空洞４２０は、ほぼ８５×４５×１２μｍ３であり、ネック部４３０は、ほぼ１０×４５×９μｍ３であり、かつ加熱素子４２２は、６５０Ωの抵抗であり、これらの抵抗は、ほぼ０．２ｍｓより短い時間間隔の間にほぼ２１０ｍＷを出力する。加熱素子４２２を一度遮断すると、活性化空洞４２０は、安定な泡のための臨界寸法Ｄ０より小さい閉じ込め寸法を有するので、泡４２４はつぶれる。したがって不活性化プロセスは、スイッチ・サイト４１４を図４Ｂの透過状態に戻す。
【００４５】
　図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃおよび図４Ｄは、光学空洞４１０の対向する側に２つの活性化空洞４２０を有する本発明の実施例を示している。多くの代案幾何学的構造が可能である。例えば関連する加熱素子４２２を有する１つの活性化空洞４２０または３つまたはそれ以上の活性化空洞４２０は、特定の寸法または形のスイッチ・サイトを不活性化する際にもっとも効率的であるとわかるかもしれない。活性化空洞のためのいくつかの適当な形は、さらに後に記載されている。
【実施例３】
【００４６】
　図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ、図５Ｄおよび図５Ｅは、本発明の別の実施例によるスイッチ・サイト５００を示している。図５Ａは、スイッチ・サイト５００の構造を示しており、この構造は、平面の光波回路とその下にある半導体基板との間にある活性化空洞４２０、光学空洞５１０および吸収器空洞５２０を含んでいる。
【００４７】
　活性化空洞４２０は、スイッチ・サイト５００の動作温度Ｔ０および流体圧力Ｐｅにおいて安定な泡のための臨界寸法Ｄ０より小さい閉じ込め寸法（例えば幅）を有する。本発明の実施例において、活性化空洞４２０は、１２０μｍの長さ、および４５μｍの高さであるが、安定な泡に対する臨界寸法がほぼ１３．５μｍである圧力／温度支配においてわずか１２μｍの幅しかない。したがって活性化空洞４２０は、局所的な加熱のない安定な状態において、液体１４２によって満たされている。半導体基板に作られた加熱素子４２２は、スイッチ・サイト５００の初期設定、活性化および不活性化のために、泡を発生するように局所的な加熱を提供することができる。
【００４８】
　光学空洞５１０は、スイッチ・サイト５００の動作温度Ｔ０および流体圧力Ｐｅにおいて、泡のための臨界寸法Ｄ０より大きく、本実施例において、ほぼ１５μｍの幅、４５μｍの長さ、および４５μｍの高さである。光学空洞５１０は、光学空洞４１０と同様に光信号を透過しまたは反射し、光学空洞５１０が液体によって満たされているとき、透過状態を有し、そして光学空洞５１０が泡を含むとき、反射状態を有する。光学空洞５１０は、選択的に加熱素子５１２を有し、この加熱素子は、スイッチ・サイト５００を活性化するために、光学空洞５１０内に泡を発生することができる。その代わりに活性化空洞４２０内の加熱素子４２２が、後に説明する活性化プロセスを利用して、スイッチ・サイト５００を活性化することができる。
【００４９】
　光学空洞５１０と活性化空洞との間のネック部４３０、および光学空洞５１０と吸収器空洞５２０との間のネック部５３０は、光学空洞５１０内に泡を閉じ込める助けをする。ネック部４３０および５３０は、光学空洞５１０に膨張することから、それぞれの空洞４２０および５２０内の泡を減速しまたは停止も行なう。本実施例において、ネック部４３０は、ほぼ９μｍの幅、４５μｍ高さ、および１０μｍの長さであり、かつネック部５３０は、ほぼ１２μｍの幅、４５μｍの高さ、および１０μｍの長さである。
【００５０】
　吸収器空洞５２０は、スイッチ・サイト５００の動作温度Ｔ０および流体圧力Ｐｅにおける泡に対する臨界寸法Ｄ０より著しく大きい。本実施例において、吸収器空洞５２０は、吸収器空洞５２０内における泡をつぶすために大きな過圧が必要なように、十分に大きい。吸収器空洞５２０内における選択的な加熱素子５２２は、泡５２４を発生するように、吸収器空洞５２０内の液体１４２を加熱することができる。その代わりに加熱素子５２２が省略されている場合、活性化空洞４２０内の加熱素子４２２および／または光学空洞５１０内の加熱素子５１２（もし存在するならば）は、吸収器空洞５２０内に膨張する泡を発生するために十分な時間にわたって、オンのままであることができる。
【００５１】
　図５Ｂは、スイッチ・サイト５００の流体充満状態を示している。図５Ｂに図示した状態は、スイッチ・サイト５００の安定な透過状態であるが、スイッチ・サイト５００の動作にとって望ましい反射状態ではない。図５Ｃは、スイッチ・サイト５００の動作の間に通常利用される望ましい透過状態を示している。図５Ｃにおけるスイッチ・サイト５００の状態は、吸収器空洞５２０が図５Ｃに示した状態において泡５２４を含んでいる点において、図５Ｂの状態と相違する。
【００５２】
　泡５２４は、種々の技術を利用して吸収器空洞５２０内において発生することができる。例えば吸収器空洞５２０が選択的な加熱素子５２２を有するとき、光スイッチの投入の際に行なわれる初期設定プロセスは、吸収器空洞５２０内の液体１４２を核形成温度にまで局所的に高めかつ泡５２４を発生するように、加熱素子５２２を活性化することができる。光スイッチの始動の間の吸収器空洞５２０の局所的な加熱の後に、泡５２４は、吸収器空洞５２０内において安定なままである。
【００５３】
　泡５２４を発生するための代わりの方法は、泡５２４を発生するために、活性化空洞４２０内における加熱素子４２２および／または光学空洞５１０内における選択的な加熱素子５１２を利用する。とくに初期設定プロセスは、泡５３０を発生するために、加熱素子４２２（および加熱素子５１２）を活性化することができ、この泡は、図５Ｄに示すように、活性化空洞４２０から光学空洞５１０を通って吸収器空洞５２０内に膨張する。一度吸収器空洞５２０内における泡５３０の部分が臨界寸法に達すると、局所的な加熱は停止してもよい。それから泡５３０は、動作温度Ｔ０に冷却され、臨界寸法Ｄ０より小さい幅を有する活性化空洞４２０、ネック部４３０およびネック部５３０内にある泡５３０の部分のつぶれを引起こす。したがってこの初期設定プロセスは、図５Ｅに示すように、光学空洞５１０内に安定な泡５１４を有しかつ吸収器空洞５２０内に安定な泡５２４を有する反射状態に、スイッチ・サイト５００を留める。図５Ｅにおけるスイッチ・サイト５００の状態は、局所的な加熱を必要としない安定な反射状態である。
【００５４】
　図５Ｆおよび図５Ｇは、スイッチ・サイト５００を図５Ｅの反射状態から図５Ｃの透過状態に変更する不活性化プロセスを示している。不活性化は、急速に膨張する泡４２４を発生するために、活性化空洞４２０内の加熱素子４２２を操作する。膨張する泡４２４は、泡５１４を圧縮する流体流を発生し、かつ泡５１４を吸収器空洞５２０に向かって押す。回りの液体１４２と比較した場合、泡５２４内におけるガスは容易に圧縮されるので、吸収器空洞５２０内にある泡５２４は、吸収器空洞５２０に向かう流体流を容易にする。
【００５５】
　泡５１４が圧縮されるとき、泡５１４からの蒸気は液体１４２内に凝縮し、かつ泡５１４はつぶれ始める。しかしながら液体１４２から蒸気に加えて、泡５１４は、その他のガス、例えば空気からの窒素および酸素を含むことがあり、これらのガスは、液体１４２内に溶解することがある。液体内に戻る蒸気の凝縮は、その他のガスの吸収より急速なプロセスである。図５Ｇに示すように、泡５１４の一部が十分に急速につぶれない場合、膨張する泡４２４からの流体流が、ネック部５３０を通して吸収器空洞５２０内に、泡５１４のその部分を押込む。泡５１４の残りは、吸収器空洞５２０内の泡５２４と合併する。不活性化プロセスは、泡４２４が光学空洞５１０内に膨張する前に、局所的な加熱を停止する。
【００５６】
　それから泡４２４はつぶれ、スイッチ・サイト５００を図５Ｃの透過状態に維持する。泡５１４から新しく加えられたガスを含む泡５２４は、スイッチ時間（例えばほぼ１ｍｓ）よりずっと長い時間周期（例えば５００ｍｓ）にわたって、液体１４２との平衡に達することができる。
【００５７】
　図５Ｈは、図５Ｃの透過状態から図５Ｅの反射状態に戻るようにスイッチ・サイト５００をスイッチする活性化プロセスを示している。図５Ｈの活性化プロセスは、活性化空洞４２０内に発生された泡４２４が光学空洞５１０内に膨張するために十分な時間周期にわたって、活性化空洞４２０内の加熱素子４２２を操作する。光学空洞５１０内の泡４２４の一部が一度臨界寸法を有すると、活性化プロセスは、局所的な加熱を停止してもよい。その結果、狭い活性化空洞４２０における泡４２４の部分はつぶれ、光学空洞５１０内における部分は、光学空洞５１０を満たすように膨張したまま残る。図５Ｈの活性化プロセスによって、加熱素子５１２は必要なく、かつスイッチ・サイト内における加熱素子の密度を減少することができる。
【実施例４】
【００５８】
　図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃおよび図６Ｄは、スイッチ・サイト５００に類似のスイッチ・サイト６００を示している。スイッチ・サイト６００は、次の点においてスイッチ・サイト５００と相違している。すなわちスイッチ・サイト６００における光学空洞５１０と吸収器空洞５２０との間にあるネック部６３０は、スイッチ・サイト６００が反射状態にあるときに、単一の泡６１４が、図６Ａに示すように、光学空洞５１０および吸収器空洞５２０を満たすようになっている。ネック部６３０（スイッチ・サイト５００における光学空洞５１０と吸収器空洞５２０との間にあるネック部５３０のように）は、安定な泡に対する臨界寸法より狭いが、ネック部６３０は、ネック部５３０より短いかまたは広い。
【００５９】
　図６Ｂおよび図６Ｃは、スイッチ・サイト６００を図６Ａの反射状態から図６Ｄの透過状態にスイッチする不活性化プロセスを示している。不活性化プロセスは、泡４２４を発生するために、活性化空洞４２０内における加熱素子をターンオンする。泡４２４は膨張し、局所的に流体圧力を増加し、かつ光学空洞５１０内への流体流を引起こす。局所的な圧力増加および関連する流体流は、光学空洞５１０内にある泡６１４の一部を部分的につぶし、かつなんらかの残りのガスを光学空洞５１０から吸収器空洞５２０内に押込む。泡６１４はネック部６３０を通って延びているので、光学空洞５１０からガスを押出す力は、スイッチ・サイト５３０（図５Ｅ）のネック部５３０内に常駐する液体障壁の表面張力に打勝つ必要はない。
【００６０】
　一度光学空洞５１０が液体によって満たされると、加熱は停止し、かつ活性化空洞４２０内の泡４２４はつぶれる。臨界寸法より狭いネック部６３０は、図６Ｄに示すように、泡５２４を吸収器空洞５２０に閉じ込める。
【００６１】
　本発明の前記の実施例は、活性化空洞のためにいくつかの特定の幾何学的構造を有するスイッチ・サイトを記載している。活性化空洞のその他の多くの配置が可能である。
【実施例５】
【００６２】
　図７Ａは、不活性化プロセスの間に、光学空洞７１０に向かって泡を膨張するためにさらに長い長さを提供するために、活性化空洞７２０Ａが湾曲したスイッチ・サイト７００Ａを示している。
【実施例６】
【００６３】
　図７Ｂは、単一のネック部７３０を介して光学空洞７１０に流体連通した活性化空洞７２０Ｂの対を有するスイッチ・サイト７００Ｂの例を示している。多重活性化空洞７２０Ａの構成は、臨界寸法より狭い幅を有するすべての活性化空洞によって、一層大きな流体流および圧縮力を提供することができる。
【実施例７】
【００６４】
　図７Ｃは、単一のネック部７３０を介して光学空洞７１０に流体連通した活性化空洞７２０Ｃの対も有するスイッチ・サイト７００Ｃを示している。しかしスイッチ・サイト７００Ｃにおいて活性化空洞７２０Ｃは、隣接するスイッチ・サイトの吸収器空洞７４０のために面積を提供する角度をなしている。スイッチ・サイト７２０Ｃは、光スイッチのスイッチ・サイトに対する細かいピッチに順応することができる。
【実施例８】
【００６５】
　図７Ｄは、活性化空洞７２０Ｄが単一の加熱素子７２２を含むループを形成するスイッチ・サイト７００Ｄを示している。光学空洞７１０からもっとも遠い加熱素子７２２の部分は、光学空洞７１０の方に向いたループの両側に沿って膨張するループの一方の端部における泡を発生するために、いちばん早く加熱される。
【実施例９】
【００６６】
　図７Ｅは、光スイッチにおける動作温度および液体の圧力において安定な泡を収容するために十分大きい端部７２６を備えた活性化空洞７２０Ｅを有するスイッチ・サイト７００Ｅを示している。光スイッチのための初期設定または投入プロセスは、活性化空洞７２０Ｅの端部７２６に泡（図示せず）を発生する。泡は、それから局所的な加熱を必要とすることなく、端部７２６において安定なままである。活性化空洞７２０Ｅの端部７２６における安定な泡によって、スイッチ・サイト７００Ｅのための不活性化プロセスは、既存の泡の温度を増加するために加熱素子４２２をターンオンする。それから泡は膨張し、局所的な圧力増加、および活性化空洞７２０Ｅから光学空洞５１０内への流体流を引起こす。不活性化プロセスは、泡を発生する必要はなく、または均一な核形成温度以上に液体を上昇する必要はない。その結果、活性化空洞７２０Ｅ内の泡の膨張、およびその結果生じる圧力の増加、および光学空洞５１０内への流体流は、一層容易に制御される。
【００６７】
　特定の実施例を引用して本発明を説明したとはいえ、説明は、本発明の適用の例にすぎず、かつ制限と解するものではない。とくに前記のスイッチ・サイトのための特定の幾何学的構造は、特定の特徴を例示する例にすぎず、かつ本発明により種々のその他の適当な構成が可能である。開示された実施例の特徴の種々のその他の適用および組合せは、次の特許請求の範囲によって定義されるような本発明の権利範囲内にある。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】光スイッチの平面図。
【図２Ａ】反射するスイッチ・サイトを持たない図１の光スイッチを示す横断面図。
【図２Ｂ】反射するスイッチ・サイトを有する図１の光スイッチを示す横断面図。
【図３Ａ】本発明の実施例による泡発生プロセスを示すスイッチ・サイトの横断面図。
【図３Ｂ】本発明の実施例による泡発生プロセスを示すスイッチ・サイトの横断面図。
【図３Ｃ】本発明の実施例による泡発生プロセスを示すスイッチ・サイトの横断面図。
【図４Ａ】スイッチ・サイトの構造を示す平面図。
【図４Ｂ】スイッチ・サイトの透過状態を示す平面図。
【図４Ｃ】スイッチ・サイトの反射状態を示す平面図。
【図４Ｄ】スイッチ・サイトを不活性化するために個々の泡をつぶす本発明の実施例における透過状態から反射状態へのスイッチ・サイトの変化のためのプロセスを示す平面図。
【図５Ａ】スイッチ・サイトの構造を示す平面図。
【図５Ｂ】スイッチ・サイトを不活性化するために光学空洞から泡を押出すスイッチ・サイトの状態を示す平面図。
【図５Ｃ】スイッチ・サイトを不活性化するために光学空洞から泡を押出すスイッチ・サイトの状態を示す平面図。
【図５Ｄ】スイッチ・サイトを不活性化するために光学空洞から泡を押出すスイッチ・サイトの状態を示す平面図。
【図５Ｅ】スイッチ・サイトを不活性化するために光学空洞から泡を押出すスイッチ・サイトの状態を示す平面図。
【図５Ｆ】スイッチ・サイトを不活性化するために光学空洞から泡を押出すスイッチ・サイトの状態を示す平面図。
【図５Ｇ】スイッチ・サイトを不活性化するために光学空洞から泡を押出すスイッチ・サイトの状態を示す平面図。
【図５Ｈ】スイッチ・サイトを不活性化するために光学空洞から泡を押出すスイッチ・サイトの状態を示す平面図。
【図６Ａ】単一の泡が光学および吸収器空洞を満たす反射状態を有するスイッチ・サイトの動作を示す平面図。
【図６Ｂ】単一の泡が光学および吸収器空洞を満たす反射状態を有するスイッチ・サイトの動作を示す平面図。
【図６Ｃ】単一の泡が光学および吸収器空洞を満たす反射状態を有するスイッチ・サイトの動作を示す平面図。
【図６Ｄ】単一の泡が光学および吸収器空洞を満たす反射状態を有するスイッチ・サイトの動作を示す平面図。
【図７Ａ】本発明の実施例によるスイッチ・サイトの初期設定、活性化および／または不活性化のために泡および／または流体流を発生する活性化空洞のためのいくつかの代案幾何学的構造を示す図。
【図７Ｂ】本発明の実施例によるスイッチ・サイトの初期設定、活性化および／または不活性化のために泡および／または流体流を発生する活性化空洞のためのいくつかの代案幾何学的構造を示す図。
【図７Ｃ】本発明の実施例によるスイッチ・サイトの初期設定、活性化および／または不活性化のために泡および／または流体流を発生する活性化空洞のためのいくつかの代案幾何学的構造を示す図。
【図７Ｄ】本発明の実施例によるスイッチ・サイトの初期設定、活性化および／または不活性化のために泡および／または流体流を発生する活性化空洞のためのいくつかの代案幾何学的構造を示す図。
【図７Ｅ】本発明の実施例によるスイッチ・サイトの初期設定、活性化および／または不活性化のために泡および／または流体流を発生する活性化空洞のためのいくつかの代案幾何学的構造を示す図。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図５Ｆ】
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【図５Ｇ】
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【図５Ｈ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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