(57)【要約】基板の頂部表面上に配置されているホログラフィー光学要素（HOE）から形成されており、それに関して移動可能である光学スイッチは、示される。光は、合計内部反射で基板（基板の反射表面を超えて伸びているエバネッセントフィールドを作製している）を通って移動している。ストリップがエバネッセントフィールドを超えてある第１の位置と、ストリップがエバネッセントフィールド内にある第２の位置との間で移動可能である、多数のストリップから形成されいることによって、一つの実施形態で、HOEは特徴付けられる。第１の位置において、基板中で光は、主要な方向の伝搬でHOEによって影響されないで伝搬する。第２の位置において、基板中で光は、HOEによって変化され、また、主要な方向の伝搬のそれに傾斜する反射方向で伝搬することが作られる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板内に光信号を伝搬させるための基板であって、合計内部反射で基板内の第１の方向に光信号を伝搬させる基板と、
基板の頂部表面上に配置されて、光信号が第１の方向を移動し続けるように、実質的に光信号とエバネッセントフィールドカップリングでない第１の位置と、第２の方向に光信号の伝搬方向を変更するように、光信号とエバネッセントフィールドカップリングである第２の位置との間で移動可能である回折光学要素とを有する光学スイッチ。
【請求項２】
前記基板は、クォーツ及びサファイアからなる材料で形成されている請求項１記載の光学スイッチ。
【請求項３】
前記回折光学要素は、ホログラフィー光学要素である請求項１記載の光学スイッチ。
【請求項４】
前記回折光学要素は、回折格子を形成している多数のストリップから形成されており、
各ストリップは、各々本質的に等しい幅を有しており、かつ、各々別々に本質的に等しい間隔で配置されている請求項１記載の光学スイッチ。
【請求項５】
前記幅は、本質的に間隔と同一である請求項４記載の光学スイッチ。
【請求項６】
前記回折格子は、基板中の光信号の光の波長に本質的に等しい格子間隔（ａ）を有している請求項４記載の光学スイッチ。
【請求項７】
前記回折格子は、０．５λと３λとの間にある格子間隔（ａ）を有しており、
ここで、λは基板中の光信号の波長である請求項４記載の光学スイッチ。
【請求項８】
前記ストリップは、前記第１の位置と前記第２の位置との間の回折光学要素を移動させるために、可撓性である請求項４記載の光学スイッチ。
【請求項９】
前記ストリップは、基板に固定して配置されているアンカーで保持されている請求項８記載の光学スイッチ。
【請求項１０】
前記ストリップは、可撓性部材によって第１のアンカー及び第２のアンカーで保持され、
前記第１のアンカー及び前記第２のアンカーの両方は、基板に固定して配置され、
前記可撓性部材は、第１の位置と第２の位置との間で回折光学要素を移動させる請求項４記載の光学スイッチ。
【請求項１１】
前記ストリップは、第２の位置で偏倚され、
電極が、第１の位置へストリップを移動させるために、ストリップと近接するように配置されている請求項４記載の光学スイッチ。
【請求項１２】
前記ストリップは、線形であり、かつ、入力信号を含んでいる平面と出力信号を含んでいる平面との間で角度（θp）を２分する線に本質的に垂直である請求項４記載の光学スイッチ。
【請求項１３】
さらに、ストリップ間で形成さている交差接続からなる請求項４記載の光学スイッチ。
【請求項１４】
前記ストリップは、アモルファスシリコン、結晶性シリコン、及び、ポリシリコンからなる群から選択される材料から形成されている請求項４記載の光学スイッチ。
【請求項１５】
前記ストリップは、アルミナ、サファイア、窒化ケイ素、及び、ポリシリコン／ポリゲルマニウムの合金からなる群から選択される材料から形成されている請求項４記載の光学スイッチ。
【請求項１６】
前記ストリップは、基板の屈折率より高い屈折率を有している請求項４記載の光学スイッチ。
【請求項１７】
前記ストリップは、約１μｍの厚さを有している請求項４記載の光学スイッチ。
【請求項１８】
前記ストリップは、第２の方向で光信号の強度を最大にするように選択される厚さを有している請求項１７記載の光学スイッチ。
【請求項１９】
前記ストリップ幅は、第２の方向で光信号の強度を最大にするために選択される請求項４記載の光学スイッチ。
【請求項２０】
前記回折光学要素は、第２の位置にあるとき、基板の頂部表面と物理的に接触している請求項１記載の光学スイッチ。
【請求項２１】
第２の方向で伝搬する光信号は、合計内部反射で伝搬する請求項１記載の光学スイッチ。
【請求項２２】
前記光信号は、合計内部反射で基板の頂部表面から反射する請求項１記載の光学スイッチ。
【請求項２３】
前記光信号は、合計内部反射で基板の頂部表面及び底部表面から反射する請求項１記載の光学スイッチ。
【請求項２４】
前記回折光学要素は、本質的に透明光学材料からなる請求項１記載の光学スイッチ。
【請求項２５】
前記回折光学要素は、合計内部反射で作用する請求項１記載の光学スイッチ。
【請求項２６】
前記回折光学要素は、回折格子を形成している多数のストリップから形成されており、
各ストリップは、変化する、それらに関連する幅及び間隔距離を有している請求項１記載の光学スイッチ。
【請求項２７】
基板中で回折パターンを生成するために、ストリップは光信号の第１の位置を集合的に受け取り、かつ、基板の頂部表面から反射する光信号の第２の位置からシフトする出力信号相を生成するように、光学透明材料から形成されており、かつ、基板の頂部表面上に配置されている多数の別々に間隔を置かれたストリップと、
多数のストリップと近接し、かつ、ストリップを、入射光信号がホログラフィー光学要素によって変化する第１の位置、及び、入射光信号がホログラフィー光学要素によって変化しない第２の位置から移動させるために配置されている保持部材とからなる、入射光信号は合計内部反射で基板の頂部表面から反射する主要な伝搬の方向で基板中で伝搬する光学基板を有する使用のためのホログラフィー光学要素。
【請求項２８】
保持部材は、多数のマウント部材によって基板の頂部表面に配置される、多数の可撓性アームを備えており、
前記可撓性アームは、ストリップに連結されている請求項２７記載のホログラフィー光学要素。
【請求項２９】
ストリップが第１の位置で偏倚しているように、マウント部材は高さを有している請求項２８記載のホログラフィー光学要素。
【請求項３０】
前記可撓性アームは、第２の位置のストリップを第１の位置に返すために偏倚している請求項２８記載のホログラフィー光学要素。
【請求項３１】
前記可撓性アームは、第１の位置及び第２の位置のストリップを均一に移動させるために、ストリップと連結している請求項２８記載のホログラフィー光学要素。
【請求項３２】
前記可撓性アームは、ストリップの厚さに等しい厚さを有している請求項２８記載のホログラフィー光学要素。
【請求項３３】
前記保持部材は、基板の頂部表面上に伸びていない請求項２７記載のホログラフィー光学要素。
【請求項３４】
前記基板は、サファイアから形成されている請求項２７記載のホログラフィー光学要素。
【請求項３５】
前記回折パターンは、０．７５λと３λとの間である格子間隔（ａ）を有しており、
ここで、λは、入射光信号の波長である請求項２７記載のホログラフィー光学要素。
【請求項３６】
さらに、第１の位置及び第２の位置のストリップを移動させるために、ストリップ上に配置されている電極を備えている請求項２７記載のホログラフィー光学要素。
【請求項３７】
前記ストリップは、線形であり、かつ、入力信号を含んでいる平面と出力信号を含んでいる平面との間で角度（θ）を２分する線に本質的に垂直である請求項２７記載のホログラフィー光学要素。
【請求項３８】
さらに、ストリップ間で形成さている交差接続からなる請求項２７記載のホログラフィー光学要素。
【請求項３９】
前記ストリップは、アモルファスシリコン、結晶性シリコン、及び、ポリシリコンからなる群から選択される材料から形成されている請求項２７記載のホログラフィー光学要素。
【請求項４０】
前記ストリップは、アルミナ、サファイア、窒化ケイ素、ポリシリコン、及び、ゲルマニウムからなる群から選択される材料から形成されている請求項２７記載のホログラフィー光学要素。
【請求項４１】
前記ストリップは、基板の屈折率より高い屈折率を有している請求項２７記載のホログラフィー光学要素。
【請求項４２】
前記ストリップは、出力方向の伝搬で出力信号の大きさを最大にするように選択される厚さを有している請求項２７記載のホログラフィー光学要素。
【請求項４３】
第２の方向に伝搬する光信号は、合計内部反射で基板中で伝搬する請求項２７記載のホログラフィー光学要素。
【請求項４４】
光信号が合計内部反射で第１の方向で基板中で伝搬する基板と、
光信号が第１の方向で移動し続けるように、基板の頂部表面上で配置されており、かつ、本質的に光信号とエバネッセントフィールドカップリングでない第１の位置と、第２の方向へ光信号の伝搬を変更するために光信号とエバネッセントフィールドカップリングである第２の位置との間で基板に関して各々移動可能であるＮ回折光学要素とからなる１×Ｎ光学スイッチ。
【請求項４５】
各回折光学要素は、回折格子を形成している多数のストリップから形成されており、
各ストリップは、本質的に等しい幅を有しており、かつ、各々別々に本質的に等しい間隔で配置されている請求項４４記載の１×Ｎ光学スイッチ。
【請求項４６】
各ストリップは、間隔距離で別々に配置されており、かつ、ストリップ幅を有しており、さらに、間隔距離とストリップ幅の合計（ａ）は選択されており、基板に関する移動のために基板の頂部表面上に配置されている多数のストリップからなる光学スイッチであり、
合計内部反射で基板中で移動する光信号、及び、ストリップ下の頂部表面のエリア上の入射は、入射方向の伝搬に関して角度（θp）を定義し、かつ、合計内部反射の基板中で伝搬する反射方向の伝搬で基板中で伝搬する第１の回折オーダーへ反射する、基板と使用する光学スイッチ。
【請求項４７】
前記合計（ａ）は、０．５λと３λとの間であり、
ここで、λは、基板中の光信号の波長である請求項４６記載の光学スイッチ。
【請求項４８】
前記光信号は、３５°以上の角度（θ）で回折格子で入射し、
前記θは、法線から基板中に伸びている基板の頂部表面までで測定され、
θpが２０°以上であり、好ましくは約９０°と約１４５°の間であるように合計（ａ）は選択される請求項４６記載の光学スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、米国仮出願60/223503号（２００１年８月７日付出願）、米国仮出願60/223508号（２０００年８月７日付出願）及び米国仮出願60/271103号（２００１年２月２３日付出願）の優先権を主張する。
【０００２】
本発明は、一般に光学要素に関し、特に、光学スイッチ機能を実行するために使用される光学格子及びホログラフィー光学要素に関する。
【背景技術】
【０００３】
回析によって伝搬する波長に影響する光学要素を使用する回折光学は、知られている。典型的な回折光学要素（DOE）構造は、回析格子、ゾーンプレートレンズ及びホログラフィーミラーである。回折要素サイズが、光の波長に近づくこと又はほぼ等しい回折光学要素（DOE）は、一般にホログラフィー光学要素（HOE）として知られている。回折光学への１つの利点は、DOEレンズのような構造が平らな表面に形成されてもよく、このように、屈折光学対応物より小さく、より安く、より容易な構成とすることができる。１つの不利な点は、回折光学構造が回折要素のパターンから形成されているので、それらが使用される光の波長に敏感であることである。
【０００４】
HOEは、レンズ及びプリズムのような光学装置を作製するために、ホログラフィーフィルムのような光学メディアに記録することができる。ホログラムパターンは、２つのレーザービームの干渉パターンを記録することにより確立される回析パターンである。生成する回折パターンは、波長のオーダーの寸法を有する構成要素を有している。例えば、ダイヤモンド道具で刻まれること、ホトリソグラフィー又は硬い金属マスターとエンボス加工のような機械的手段によってHOEは作製される。
【０００５】
HOEは、多くの理由のために、ある用途で、有利である。HOEは、外形において極めて薄くてもよく、そのために、従来の光学対応物より小さなサイズの多数の光学要素の組立てを可能にする。さらに、HOEが平面の装置であるとともに、複雑な光学システムは典型的な多重要素光学システムより少ないスペースを使用して、単純化される方法で組み立てもよい。実際、HOEはセルフ−ポジショニングであってもよく、そのために光学システム（特に、複雑な光学システム）に関連する整列問題を非常に小さくする。
【０００６】
一般に、HOEの回析パターンは、入射光をあるモード又はある方向に伝達するように設計されている。モードは、入射光に関するそれらの位置によって、ｍ＝０、＋１、−１、＋２、−２等と従来通りにラベルされる。HOEがレンズ又はミラーとして使用されるならば、２つの主要なモードは、典型的に、ｍ＝０モード及びｍ＝−１モードを含んでいる。ｍ＝０モードにおいて、つまり、HOEが反射要素であるならば、入射光はHOEに影響されず、光が平面ミラー表面によって反射されたかのように光は０オーダーモードへ反射され、また、HOEが伝達要素であるならば、それが透明光学メディアを通して伝達されたかのように光は要素を出る。ｍ＝−１モードは、HOEの設計された光学機能の直接の結果である。このモードは、ｍ＝０モードから一般に相殺される。典型的な装置で、ｍ＝０モードにおける光の偏角は破壊的干渉を通じて最小になるように、また、適切なｍ＝−１モードの偏角は建設的干渉によって最大になるように、HOEは選択される。適切な光学性能の実行に干渉する他のモードが存在しないように、入射光の角度及び回折要素のサイズは、一般に選択される。
【０００７】
正常なパス（つまり、ｍ＝０モードと一致する）から反射モード（ｍ＝−１）へ光を反射する能力で、スイッチ装置でHOEを使用することは適切である。HOEの現在のデザインは、光学スイッチとしてHOEの使用を制限する。HOEは、大部分の材料内又は材料の表面上で一般に形成されている。ホログラフィー材料の大容量に記録されたホログラムは、低い損失を有するが、大量生産することが非常に困難である。電気分野の用途によって切り替え可能な電気ホログラフィーの材料を使用して、大容量に形成されている３次元の構造の例がある。他方、表面軽減ホログラムは、大量生産してもよいが、低い光学効率になる。これらの表面軽減ホログラムを有するさらなる問題は、切り換えが不可能なことである。
【０００８】
存在しているHOE及びDOEの上述した欠点にかかわらず、光学メディアを有するスイッチとしてHOE及びDOEを使用することは、それにもかかわらず適切である。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
１つの実施形態で、光学スイッチは、基板内に光信号を伝搬させるための基板であって、合計内部反射で基板内の第１の方向に光信号を伝搬させる基板と、  基板の頂部表面上に配置されて、光信号が第１の方向を移動し続けるように、実質的に光信号とエバネッセントフィールドカップリングでない第１の位置と、第２の方向に光信号の伝搬方向を変更するように、光信号とエバネッセントフィールドカップリングである第２の位置との間で移動可能である回折光学要素とを有する。いくつかの実施形態において、回折光学要素は、回折格子を形成している多数のストリップから形成されており、さらに、各ストリップは本質的に等しい幅を有しており、各々別々に本質的に等しい間隔で配置されている。
【００１０】
別の実施形態において、光学基板と使用するためのホログラフィー光学要素は、合計内部反射で基板中で主要な方向へ伝搬する入射光信号を有する。ホログラフィー光学要素は、光学透明材料から形成されている別々に置かれた多数のストリップを有しており、基板の頂部表面上に配置されている。さらに、ホログラフィー光学要素は、ストリップに近接する保持部材を有しており、入射光信号がホログラフィー光学要素によって変化される第１の位置、及び、光信号がホログラフィー光学要素によって変化されない第２の位置からストリップを移動させるために配置されている。いくつかの実施形態において、保持部材は、多数のマウント部材によって基板の頂部表面に配置されており、かつ、ストリップと連結されている多数の可撓性アームを備えている。
【００１１】
別の実施形態において１×Ｎ光学スイッチは、基板中で光信号を移動するための基板を有しており、光信号は合計内部反射で第１の方向で基板で伝搬する。さらに、１×Ｎ光学スイッチは、光信号が第１の方向で移動し続けるように、基板の頂部表面上で配置されており、かつ、本質的に光信号とエバネッセントフィールドカップリングでない第１の位置と、第２の方向へ光信号の伝搬を変更するために光信号とエバネッセントフィールドカップリングである第２の位置との間で基板に関して各々移動可能であるＮ回折光学要素を有している。
【００１２】
まだ、別の実施形態において、それらに関して移動可能である基板の頂部表面上に配置されている多数のストリップを有している光学スイッチであって、各ストリップは別々に隔てた距離を置かれ、かつ、ストリップ幅を有している、基板と使用される光学スイッチは提供される。隔てた距離とストリップ幅の合計（ａ）は選択されており、合計内部反射で基板中で移動する光信号、及び、ストリップ下の頂部表面のエリア上の入射は、入射方向の伝搬に関して角度（α）を定義し、かつ、合計内部反射の基板中で伝搬する反射方向の伝搬で基板中で伝搬する第１の回折オーダーへ反射する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の開示は、容易に作製され、かつ、光学スイッチを形成するために光学基板と使用可能なHOEを提供することにより上述された問題を解決する。好ましくは、下述されるHOEは、光信号が移動する光学基板に関して移動可能である格子構造である。HOEの移動は、基板とHOEを連結し、かつ、分断するために機能し、その結果、光信号が基板を移動するならば、HOEは選択的に光信号と相互作用してもよい。最大の効率について、合計内部反射（TIR）で光学基板で移動するために作られる光が、基板中で移動する光の一連の伝搬パスを含んでいると理解される。合計内部版反射は、光が損失のない２つの光学材料間のインターフェースから反射される、よく知られている現象である。周囲の光学メディアより高い屈折率を有している材料中で伝搬するならば、法線からインターフェースとの間で測定される、臨界角より大きな角度でインターフェースに光が突き当たることが生じる。
【００１４】
さらに、TIRは、TIR条件で反射の境界で得られるエバネッセントフィールドにより、HOEを位置へ及び位置から連結させることを容易になる。エバネッセントフィールドカップリングである及びエバネッセントフィールドカップリングでないHOEを移動させることによって、基板に連結されてもよく、基板から分離されてもよく、また、HOEと基板との間を連結される量は、エバネッセントフィールドでどのような距離でHOEを移動させるかによってコントロールされる。
【００１５】
従来技術の方法で及び光学基板と使用されるHOEの一般的な作用を説明するために、図１は、HOE１００の断面図を示す。HOE１００は、「集積透明基板及び回折光学要素」とタイトルをつけられた共同出願（同一の発明者で出願された）に詳細に記載される（それらは参照のために本願に含まれている）。HOE１００は、好ましい実施形態において少なくとも１５５０ｎｍ又は１３１０ｎｍ（真空波長）（光通信に適切な透過波長）付近の赤外線領域で光学的透明である光学基板１０２上に配置されている。しかしながら、HOE１００は、任意の適切な波長で光学的透明である。基板１０２は、クォーツ材料、又は、TIRで信号を伝搬するために及びフォトリソグラフィプロセスのための腐食阻止表面として役立つために適切な他の基板材料から形成されていてもよい。好ましい実施形態において、基板１０２はサファイアから形成されている。
【００１６】
入射光ビーム１０４は、基板１０２の外部表面の境界で入射の臨界角上に生じることが知られているように、合計内部反射で、基板１０２で移動する。入射角（θ）は、法線から頂部表面１０６へ測定され、かつ、基板１０２へ伸びている図１で示される。頂部表面１０６と接触する空気の境界によって囲まれたサファイア基板１０２のために、臨界角は約３５°であり、それで、θはこの値以上になる。光ビーム１０４は、臨界角を超える角度から頂部表面１０６上に入射され、また、HOE１００作用を容易にする。好ましい実施形態において、空気が頂部表面１０６上に配置されている一方、これらの材料がTIR条件を確立するために基板１０２の屈折率以下の屈折率を有する限り、他の材料は基板１０２上に配置されてもよい。さらに、基板１０２の頂部表面１０６及び底部表面１０７からのTIRは、最小のコストで最も効率的な設計を提示する一方、二者択一で頂部表面１０６でTIRを有し、かつ、光ビーム１０４を反射するために底部表面１０７上でミラー又は反射コーティングを使用している。同様に、底部表面１０７以下にクラッド層が使用されてもよい。
【００１７】
HOE１００は、基板１０２の頂部表面１０６上で直接配置されているストリップ１０８を備えている。ストリップ１０８は、光学的透明材料から形成されており、また、ストリップ１０８の幾何学は、HOE１００の特性及び作用に影響することが知られている。図１の実施形態は、頂部表面１０６と直接物理的に接触するように形成されているストリップ１０８を示す。ストリップ１０８は、単結晶シリコン、ポリシリコン又は他の光学的透明材料から形成されてもよい。少数のストリップ１０８のみが典型的に示されるが、作用で、光ビーム１０４はHOE１００のある部分で入射されることを保証するために、典型的に多数のそのようなストリップ１０８がある。さらに、ストリップ１０８は、断面図で示され、また、実際に、図中に及び図から伸びている。
【００１８】
ストリップ１０８は、幅「ｂ」を有しており、別々に幅「ｃ」で間隔を置かれている。格子間隔「ａ」は、これら２つの値の合計と等しい。HOE１００は、入射光ビーム１０４を光ビーム１１４へ反射する。幅「ａ」は、HOE１００が反射するために最適化される光の波長及び反射光の出射の角度に影響する。好ましい実施形態において、幅「ｂ」は、幅「ｃ」に等しく、しかし、もし望まれるならば、これらの幅は、等しくなくてもよい。ストリップの厚さ及び幅は、反射光の強度を最大にするために調節される。さらに、内部幅変化があってもよい（（幅「ｂ」は変化する（例えば、ｂ１、ｂ２、ｂ３等)、幅「ｃ」は変化する（例えば、ｃ１、ｃ２、ｃ３等））。例えば、HOEは、異なる「ａ」値（ａ１、ａ２、ａ３等）で形成されてもよく、「ａ」は、例えば、ａ１＞ａ２＞ａ３等のように連続的に変化する。デマルチプレクシング用途で役立つように、典型的な装置は、反射信号で分散を減少するために、又は、分散の量を増加するために使用されてもよい。ストリップ１０８は、HOE１００の格子パターンを形成しているので、正確な寸法の精密度は、機能する装置を生産するために必要としない。ストリップ１０８の集合の影響は、任意の特別のストリップ１０８のサイズの不精密度を最小にすることである。好ましくは、HOE１００は、それにもかかわらず「ａ」間隔を有しているが、つまり、「ａ」は、HOE１００にわたって本質的に同じである。この方法で、「ａ」は、「ｂ」又は「ｃ」よりHOE１００作用でより影響がある。典型的な構造で、幅「ａ」は、約１．５μｍのオーダーにあり、つまり、メディア中の入射光の波長の約２倍である。
【００１９】
HOE１００の一般的な作用の説明のために、ストリップ１０８が、頂部表面１０６で回析格子パターンを限定するために協同する。図示され、かつ、下述されるように、入射光１０４は、回析格子パターンに命中し、かつ、反射され、これによって、傾けられた反射ミラー要素としてHOE１００を確立させる。ともにストリップ１０８間の間隔「ｃ」は、インターフェース層１１０（これは空気基板インターフェース層である）を形成している。光ビーム１０４が、合計内部反射で基板１０２中で移動するので、光ビーム１０４の部分は、合計内部反射でインターフェース層１１０で回折される。すなわち、光ビーム１０４の第１部分は、空気基板インターフェース層に入射し、ストリップ間の間隔の反射行為によって回折される。これらの間隔が、平面波反射が生じるのではなくて、入射光回折の波長のオーダーであるからである。HOE１００上に入射する光ビーム１０４の別の部分は、ストリップ１０８下の頂部表面１０６の部分上に直接入射する。ここで、ストリップ１０８は、基板から光エネルギーを吸収し、より低い屈折率の材料（好ましい実施形態の空気）によって、頂部表面１１２及び側面上で跳ね返る低損失導波管共鳴装置のように作用する。 定常波は、ストリップ１０８で本質的に形成され、また、吸収された光は、ストリップ１０８を出射し、ストリップ１０８間でインターフェース層１１０で回折される光に関して変化する相である回折光として基板１０２に再び入る。もしストリップ１０８は、基板１０２より高い屈折率を有しているならば、定常波はさらにより低い屈折率への推移で、より低い表面によって跳ね返されるので、効率はさらに改善される。ストリップ１０８及びインターフェース層１１０の効果は、基板１０２中で伝搬するｍ＝−１モードへ効率的に光ビーム１０４を回折することである。光ビーム１１４が、反射信号を表わす。パス光ビーム１０４が、ストリップ１０８によって影響されないならば、基板１０２中のパス１１６を移動する。開示されたHOEの反射光ビームの特性は、図４Ａ及び図４Ｂにより詳細に議論される。ストリップ１０８は、基板１０２の頂部表面１０６との直接的な物理的な接触で配置されている。他の実施形態において、しかしながら、直接的な物理的な接触はない。
【００２０】
議論される図１及び他の図は、高価なドーピング及び他の形成技術を使用して、基板に別々に形成される導波管でのみTIRを示す公知の装置と対比される。信号伝搬のための基板の使用は、多数の理由のために導波管より好まれる。基板中の信号伝搬は、導波管を用いるように制限されず、スイッチ設計の自由度を有しており、また、導波管構造に固有に連結される問題を非常に減少して、例えば、１本の導波管中の信号は、別の導波管へ伝搬のために切り替えなければならない。さらに、TIRのために基板を使用することは、信号のための外見上自由なスペース伝搬は、出力ファイバー、マルチプレクサ及び他の光学装置へ切り替えられた出力信号を連結することで、多くの自由度を有する。さらに、基板を使用することは、基板材料中又は基板材料上の導波管を形成するために必要な余分な組立てを除去し、そのために、スイッチ設計、組立て及びコストを減少する。これらの利点を認め、また、伝搬のためにエアーインターフェースを有する基板を使用することは好ましく、それにもかかわらず、光学ファイバーに光信号を連結するような目的のための導波管を含めるために基板１０２は変更される。
【００２１】
図１は、基板との物理的な接触でHOEを示すが、図２は、基板２０２上（つまり、物理的な接触でない）に配置されており、かつ、分離される（又は「ｏｆｆ」）位置（光２０４は非拘束基板２０２を通して通過する）及び連結される（又は「ｏｎ」）位置（光２０４はHOE２００によって影響される）からそれに関して移動可能であるHOE２００を示す。したがって、HOE２００はスイッチとして機能する。
【００２２】
光ビーム２０４は、TIRで基板２０２中で伝搬する。基板２０２中のTIR伝搬は、基板へ光のカップリングから達成されてもよい（下述する図７及び図８参照）。さらに、図１に関して、TIRは、基板の底部表面２０７上のミラー又は反射層を有している基板２０２の頂部表面２０６で達成されていることだけが必要で、好ましくは、表面２０６、２０７の両方でTIRは、生じる。
【００２３】
HOE２００は、基板２０２の頂部表面２０６上に好ましくは配置されているストリップ２０８から形成されている。ストリップ２０８は、HOE１００中のストリップ１０８のように基板２０２と協力し、図２の違いは、ストリップ２０８は頂部表面２０６との直接物理的な接触にある必要はなく、エバネッセントフィールドを通って基板２０２と接触して連結することにある。ストリップ２０８が頂部表面２０６上に伸びているエバネッセントフィールド中にある（つまり、「ｏｎ」位置）とき、光ビーム２０４の一部は、ストリップ２０８へ連結される。ストリップ２０８との連結は、屈折される合計内部反射のそれと類似しているように見なすことができる。ストリップの働きは、光信号の合計内部反射を屈折し、また、信号の向きを変える。ストリップ２０８は、エバネッセントフィールドカップリング距離でない（つまり、「ｏｆｆ」位置）とき、光ビーム２０４は、ストリップ２０８によって影響されず、また、光ビーム２０４は信号２１４として伝搬し続ける。この方法で、ストリップ２０８のギャップの高さを調節することは、反射光ビームパス２１６へパス２１４から入って来る光ビーム２０４を切り替える。
【００２４】
ストリップ２０８及び基板２０２は、図１の構造によって形成されているようなHOE２００の回析パターンを形成するための組合せとして見なすことができる。ストリップ２０８間のスペースと一致する頂部表面２０６のそれらの部分を超えるだけでなく、光２０４の一部は、頂部表面２０６に存在するインターフェース層２１０上に入射する。ストリップ２０８は、頂部表面２１２（空気を囲んでいる上）によって制限される。ストリップ２０８の共鳴作用は、図１のストリップ１０８のそれに似ており、図２を除いて、ストリップ２０８が、好ましい実施形態で、エバネスセントカップリングによって、かつ、物理的な境界でインーコンタクト屈折からではないエネルギーを受け取る。ストリップ２０８及びインターフェース層２１０の影響は、反射パス２１６として図２に示されて、ｍ＝−１モードへ集合的に光ビーム２０４を回折することである。最小のｍ＝０モードは、ストリップ２０８（つまり、光ビーム２１４）によって影響されないならば、光ビーム２０４が移動する正常なパスと一致する。
【００２５】
頂部表面２０６上のエバネッセントフィールドの深さは、ストリップ２０８と頂部表面２０６の間のエアー−ギャップの高さ（「ｏｎ」位置と「ｏｆｆ」位置を確立する）を決定する。図３は、基板２０２の頂部表面２０６とストリップ２０８の底部との間で異なるギャップのためのサファイア基板上のHOEを形成しているシリコンストリップの効率を示すグラフである。効率は、入射パワーとｍ＝−１モードのパワーの比率を表わす。「ａ」＝１．５μｍ、ストリップの高さ＝２．１５μｍ、波長λ＝１．５５μｍ、ＴＥモード伝搬、θ＝３６°、及び、φ＝５９．８（つまり、α＝６０．４°）（これらのパラメーターのうちのいくつかは、詳細に下述され、他のものは上述された）のパラメーター条件のために、格子のように作用するHOEの効率が示される。一般に、HOEの効率は、指数関数的な方法でエアー−ギャップに反比例する。これは、最小の量の移動で完全に「ｏｆｆ」位置にスイッチを配置させる。約０．１１のエアーーギャップの高さ付近のとき、最も高い効率が達成され、したがって、図１は、最も高い効率のエアー−ギャップの高さへ移動される、移動可能なHOEの図として見なすことができる。
【００２６】
しかし、固着しないために、ストリップが、基板の頂部表面と物理的な接触としないように、基板の上部に適切な量で離されていることが望ましい。これは、ストリップの底部表面上で形成される、小さな突起２１８の使用することで容易に達成することができる。固着しない力に従う接触エリアを制限するために、それらは、そのような構造で一般に使用される。
【００２７】
図３は、さらに、HOEは２μｍを超えるカップリング接触でないこと（つまり、HOEは、「ｏｆｆ」位置である）を示す。図２の好ましい実施形態で、しかしながら、「ｏｆｆ」位置のためのエアー−ギャップは、業界基準（例えば、Telecordia GR 1073基準）を満たすことを保証するために、約１２μｍとされる。これら基準は、「ｏｆｆ」位置にあるスイッチを通って漏れる信号の量を有効に制限する。エバネッセントフィールドの深さが多数のパラメーターに依存するとともに、図３のエアー−ギャップの範囲は典型的である。確かに、θが増加するとともに、TIRのための臨界角で又は臨界角の近くで生じる最大のエバネッセントフィールドで、基板上に伸びるエバネッセントフィールドは、より浅くなる。その結果、ここに示される実施形態のためのθの好ましい範囲は、臨界角から臨界角を超える約１０°までにある。
【００２８】
HOE２００の１つの特徴は、光ビーム２０４の伝搬の平面に、角度アルファ（α ）にある平面で反射光ビーム２１６が移動するということある。したがって、図２から伸びる平面で反射光ビーム２１６は、移動する。この伝搬は、図４Ａ及び図４Ｂでより明白である。この特徴は、第１の検知器或いは連結手段が、切り替えられていない信号２１４を受け取るために配置されること、並びに、第２の検知器或いは連結手段が、切り替えられた信号２１６を受け取るためにそれに関してある角度で配置されることによって、光学スイッチとしてHOEを使用して容易にする。
【００２９】
HOE２００によって作製された反射角α又はθpは、ストリップ周期「ａ」、入射角θ、及び、光の波長λを含む多数の要因に依存する。θpとこれらの変数の関係を示すサンプルグラフは、図５に示される。図５は、様々な入射角θによる、ｘ−軸の角度θpとｙ−軸の「ａ」／λとをプロットしたものである。ラムダ（λ）は、基板材料の屈折率で分割される真空中の光の波長と等しい基板材料内で伝搬する光の波長である。サファイアに関して、１．５５μｍの光通信チャンネル用の約０．８９μｍの内部λを与える屈折率は、約１．７４である。図５に見られるように、θ＝３５°で１．５の「ａ」／λは、約１１０°のθpになる。同様に、θ＝４５°で１．５の「ａ」／λは、約１２５°のθpになる。グラフは、さらに、入射角θを与えるためにパラメーターに依存して、約９０°から約１４５°までθpが及ぶことを示す。伝搬の異なる平面にもかかわらず、グラフは、入射ビームとして切り替えられたビームが基板表面に関して同じ入射角を有すると仮定している。「ａ」の範囲は一般的にパラメーターに依存して約０．５λ〜約３λまで及ぶけれども、グラフは、さらに「ａ」の典型的な限定を示す。図５のグラフは、さらに、ちょうどｍ＝−１モードより多くのモードへ光が反射するＦ線を超える領域に及ぶ禁止領域を示す。
【００３０】
図４Ａにより、伝搬パス２１６へ入射光ビーム２０４を反射するために、光ビーム２０４の伝搬の平面に対して直角にストリップ２０８がないが、それに関してある角度にあることがわかる。特に、ストリップ２０８は、角度をθpを２分するラインに垂直である。もしストリップ２０８が、光ビーム２０４の伝搬の平面へ直角にあれば、反射光は、光ビーム２０４の伝搬の平面にある。さらに、好ましい実施形態では、ストリップ２０８が平行であり、線形のストリップであることは理解される。焦点を合わせるための曲線形のような他のストリップを、さらに使用することができる。実際に、公知の格子ソフトウェアプログラムは、適切な条件及びここに述べられたパラメーターを与えられた、多数の型の格子設計を開発するために使用される。
【００３１】
ストリップ２０８の厚さは、インターフェース層２１０から反射される光と共鳴ストリップ２０８から反射される光との間で、相変化を確立する。好ましい実施形態で、ストリップ２０８の厚さが同一である。好ましくは、ストリップ２０８が「ｏｎ」位置と「ｏｆｆ」位置との間で、移動可能である充分な構造の剛性を有していることを保証するために、ストリップ２０８が約１μｍの厚さを有している。ストリップ２０８はより小さい厚さを有することもできる。
【００３２】
グラフは、HOE効率対シリコンストリップの厚さが示されているグラフが図６で示される。この典型的なグラフにおいて、基板がサファイアから形成され、入射ビームはTE極性化される（「ａ」＝１．５μｍ、λ＝１．５５μｍ、５００Åのエアー−ギャップの高さ、θ＝３６°及びφ＝５９．８（つまり、α＝６０．４°））。示されるように、非常に高い効率を生産する多数のストリップの厚さがある。プロットされる実施例に関して、効率ピークが、約１．８７μｍ及び約２．１２μｍに生じる。実際に、ストリップ２０８の厚さが、吸収光で適切な相変化を与えるために選ばれることになっているので、特別の厚さの複合がさらに同じ相変化を与える。好ましい実施形態のHOEの利点は、ストリップの厚さが、HOEスイッチの効率が入射光ビームの極性化状態から本質的に独立したようなものに選ぶことができるということである。これは、Telecordia GR  1073基準によって前述したように、極性化依存損失と呼ばれる設計パラメーターである。
【００３３】
HOE２００の別の特徴は、反射光２１６がTIRで基板中をまだ移動するように、ｍ＝−１モードへ反射した光がある角度で反射されるということである。図５のグラフによって示されるように、合計内部反射パスへの入射光ビーム２０４の反射は、格子周期「ａ」を調節することにより達成される。
【００３４】
図２により、基板２０２は、基板１０２に関して上述された材料のいずれかであってもよく、また、好ましくは単結晶サファイアである。サファイアは、光通信（例えば、１５５０ｎｍ及び１３１０ｎｍ）のために共通の赤外線波長で光学的に透明である。さらに、サファイアは硬くて、ストリップ２０８を形成するために基板２０２に配置することができる任意の材料のための腐食停止処理のために受け入れられる腐食耐性材料である。
【００３５】
ストリップ２０８及び突起２１８は、ポリシリコンから好ましくは形成されてもよく、しかし、それらはシリコン（結晶及びアモルファス）、アルミナ、サファイア、窒化ケイ素、ゲルマニウム  シリコン、及び、マイクロ電気機械システム（MEMS）プロセス技術に受け入れられる他の光学的透明材料からなる様々な形式の他の光学的透明材料から形成されてもよい。
【００３６】
上述したように、TIR伝搬に有効である基板中へ及び基板から連結される光信号の多数の方法があり、その最も容易なことは、入力ファイバーを裂くこと、基板の端を裂くこと、光ファイバーと基板との間の裂かれた要素を提供すること、又は、これらの組合せのいずれかを含んでいる。ファイバーを裂くという利点は、さらに、他の方法はコスト高であるが、この連結方法は安いということである。
【００３７】
図７は、光ファイバー２１７が屈折要素２２０によって基板２０２に連結される、基板２０２へ又は基板２０２から光ビーム２０４を連結する一つの方法を示す。屈折要素２２０は、基板２０２の屈折率より低い屈折率を有する光学的透明材料から形成されている。その屈折要素２２０は、基板２０２のTIR伝搬のための光ビーム２０４を屈折させ、また、平行要素２１９は、光ビーム２０４を平行にするために使用される。平行要素２１９は、上述した、横断面で示されるストリップ２２１を有する、任意の公知の及び適切なHOE構造であり、又は、HOE１００によって形成されてもよい。HOE １００のそのような平行要素２１９を形成することは、装置組立てをより容易にすることという利点を有している。
【００３８】
グレディエントインデックスレンズグリンレンズ（GRIN）ファイバーのような外部の平行要素を使用する、代替構造は、図８で示される。ここで、基板２０２は、突き進む側表面２２２を有している。４５°のカットで、表面２２２が、基板２０２中でTIR伝搬のためにGRINレンズ要素２２４から平行光信号２０４を受け取る。GRINレンズ２２４は、光学ファイバーレンズ２２４から入力を受け取る。GRINレンズ２２４は、屈折要素又は反射損失を最小にする非反射コーティング２２６の薄い層に直接連結されてもよい。図８で示される連結は、営利上利用可能な構成要素の使用が光ビームを平行にすること及び集めることを可能にする。図７を示されるように、連結は、基板の頂部表面又は底部表面を通って連結される代わりに側面連結へファイバーを入れることを可能にする。
【００３９】
スイッチ作用を動かすために、HOEを「ｏｎ」位置から「ｏｆｆ」位置まで切り替える様々な方法がある。一般に、HOEを移動させるために必要とされる可撓性は、HOEのストリップに帰因し、ストリップ自体がエバネンスセントフィールドカップリングへ及びエバネンスセントフィールドカップリングから屈曲するために形成される。二者択一で、HOEのストリップを保持する構造又はフレームは屈曲するために形成される。いずれのときも、屈曲する構造は、さらにスイッチ作用を容易にするために、「ｏｎ」位置又は「ｏｆｆ」位置に偏倚するスプリングであってもよい。
【００４０】
一般的なHOEアクチュエーターを示すために、図９は、移動のためのストリップ２０８を配置する典型的な方法を示す。ここに、ストリップ２０８は、頂部表面２０６へ付加的に配置された、強固なアンカー部分２２４から保持される。これは、ストリップ２０８がアンカー部分２２４から外へ伸びて、かつ、基板２０２に対してフリーである片持ち配置である。HOE２００が「ｏｎ」位置で偏倚する基板２０２にストリップ２０８は充分に接近している（つまり、ストリップ２０８はTIRで基板２０２内で移動する１５５０ｎｍ又は１３１０ｎｍの光の波のエバネッセントフィールド内にある）。ストリップ２０８に構造剛性を加えるために、交差接続２２６はその間に形成されている。交差接続２２６に関して、ストリップ２０８は、小さいサイズの構造に影響するねじれ力を回避するように結合して移動することができる。より長いストリップについては、２つのストリップ間に多数の交差接続があってもよい。しかしながら、交差接続２２６が、ストリップ２０８によって形成されている格子に直角に適応している回析格子として集合的に役割をするように、設計配置が緊密に形成される周期的な方法で交差接続２２６を配置させることを回避することは重要である。
【００４１】
ストリップ２０８を形成しているポリシリコンは、赤外線領域において透明であり、かつ、標準０．５μｍから１μｍのライン幅のフォトリソグラフィMEMS製造プロセスで容易に組立てられる。実施例で、サファイア基板２０２上のポリシリコンのフィルムを配置しないこと又はサファイア２０２上の単結晶シリコンのエピタキシャル成長によってストリップ２０８は形成される。標準フォトリソグラフィは、フォトレジスト層で適切なパターンを形成することができ、また、営利上利用可能なマルチユーザMEMSプロセス（MUMPsTM）に似ている標準MEMSエッチング技術でシリコンにパターンをエッチングさせることができる。組立てにおいて、サクリフィシアル層、又は、スペーサー層がシリコンとサファイアとの間で基板頂部表面に残される。この層は、典型的に二酸化ケイ素であり、また、基板からシリコン構造を遊離するためにエッチング又は溶解される。サファイア基板は、エッチングプロセスに耐性を有し、また、サクリフィシアル層が基板のエッチングなしで溶解されることを可能にする。基板の任意のエッチングは、基板中で弱いHOEパターンを作製し、また、要求されるようなスイッチが完全に切られないようにする。ポリシリコン層を配置する前に、サクリフィシアル層へ小さなくぼみをパターン化することにより、不適切なシリコン構造上に小さな突起を形成することは、一般的な手段である。上述したように、これらの突起は、遊離作用の間及び後のスイッチ作用の間に固着することを最小にする。サクリフィシアル層は「ｏｎ」位置にポリシリコンのHOEを配置することができる大きさである。又はその装置は、ポリシリコンのスプリング要素と「ｏｎ」位置へ偏倚するよう構成される。好ましくは、ストリップ２０８、突起２１８、強固なアンカー部分２２４及び交差接続２２６は、同じ材料から形成されており、最も好ましくは、ポリシリコン材料から形成されている。強固なアンカー部分２２４及び交差接続２２６は、任意の上述されたストリップ材料から形成されている。
【００４２】
「ｏｎ」位置から「ｏｆｆ」位置まで偏倚するようにHOE２００を移動させるために、ストリップ２０８上に配置されている電極によって電場を付加することができる。ストリップ２０８は部分的に電気伝導性であるので、それらは電場の付加で基板２０２の頂部表面から遠くにそらされる。エバネッセントフィールドが頂部表面２０６上に遠くに伸びていないので、より明確にエバネッセントフィールドは指数関数的にだんだん細くなるので、ストリップ２０８は、「ｏｆｆ」位置にHOE２００を配置するために小さな距離を偏倚させるだけでよい。
【００４３】
図１０は、少なくともストリップ２０８から離れている部分に配置されている電極２３０を使用し、かつ、全てのストリップ２０８を横切って図内及び図から伸びているストリップ２０８を偏倚させる一つの方法を示す。電極２３０は、絶縁マウンティングプレート２３２（保持部材２３４上に形成されている）の底部表面に配置されている。保持部材２３４は、アンカー２２４として同じ材料から形成されてもよく、また、図において同じものが反対側にある。電極２３０は、駆動回路から指示を受けて、また、それに関して応答してストリップ２０８に電場を付加する。実行を容易とするために、ストリップ２０８はアース電位に接続することができる。さらに、電極２３０は、示されるようなストリップ２０８の長さの下に縦に伸びている。
【００４４】
図１２及び図１３は、切り替えるためのHOEを作動させるために、代替方法を示す。これらの実施形態で、切り替えるために使用される可撓性が、HOEを形成しているストリップになく（図１０のように）、基板の頂部表面にストリップを接続している構造である。例えば、図１２で示されるように図１１の典型的なHOE構造３００（ストリップ３０２、交差接続３０３、側部分３０４及び３０６を有しており、また、同じ材料から及び図２で記載されているHOE構造２００のそれと同様な方法で形成されてもよい）は、作動される。図１２は、基部３０８、３１０に形成されている基板３１１及びマウントプレート３１２に形成されている２つのマウント基部３０８及び３１０を有しているマウント構造を示す。HOE３００は、可撓性接続３１４によってマウント基部３０８及び３１０に連結されている。可撓性接続３１４は、少なくとも上向き方向で、スプリング又は可撓性を有する構造で処理される、任意の数のMEMSである。可撓性接続３１４は、二者択一で双方向（上又は下）に曲げられる。電極３１６は、マウントプレート３１２に配置され、また、この実施形態で、ストリップ３０２を横切って横及び縦に伸びている（アースされる）ことが示される。そのような配置で、HOE３００は、「ｏｎ」位置に偏倚され、また、電極３１６から電場で「ｏｆｆ」位置に移動可能である。二者択一的に、HOE３００は、「ｏｆｆ」位置に偏倚され、又は、HOE３００は、電極３１６のコントロールで上下方向の動きのために偏倚される。作用間でHOE３００と基板３１１との間で固着を防ぐために、HOE３００は底部表面上に形成されている突起３１８を有している。
【００４５】
図１３は、HOE４００のための代替作動構造を示す。HOE４００は、同じ材料から形成されており、また、上述した同様の方法で形成されている。HOE４００のための典型的な側面の寸法は、２５０から１０００μｍである。ストリップ４０２は、HOE４００の長さに沿って伸びており、また、交差接続４０４は、構造剛性を加えるために提供される。多くのスプリングアーム４０６は、HOE４００に接続される。上述された基板と同様に基板４０８−基板４０８の頂部表面にスプリングアーム４０６は、さらに接続されている。特に、あし４１０は、スプリングアーム４０６の柱として役立ち、また、高さを有しており、好ましい実施形態において、「ｏｎ」位置でHOE４００を偏倚させるために充分に小さい。スプリングアーム４０６の幾何学及びサイズは、HOE４００が、電場の適用で「ｏｆｆ」位置へ偏倚させるために選択される。当業者に理解されるように、多くの他の幾何学が、HOEスイッチ作用のために偏倚される適切な可撓性及びスプリングを達成するために使用されてもよい。作動に影響するために、適切なマウント構造（実施例である図１２で示されるそれと似ている構造）を使用して、HOE４００上に電極が配置されることができる。
【００４６】
HOE３００移動のために好ましい実施形態で、静電気作動が使用されている一方、作動は、熱、圧電気又は電気光学の作動によって二者択一で影響されてもよい。
【００４７】
図１３に見られるように、HOEのミクロン目盛りにより、用途によっては、HOEは、多数のストリップを有し、また、使用されたとき、多数の交差接続を有している。したがって、HOE４００のように多数のストリップは、実際に、使用されて理解されるように、一般的な数のストリップを典型的に示すものとして、上述した図は考慮されるべきである。
【００４８】
図１４は、１×２光学スイッチを形成するために、HOE５０２ａ及びHOE５０２ｂによって一般に表わされて、任意の上述されたHOEを使用することができる、典型的な光学スイッチ５００の平面図を示す。図１４の概念は、１×Ｎ光学スイッチを形成するために拡張されることができる。２つのHOE５０２ａ、５０２ｂが示され、また、HOE５０２ａ、５０２ｂの両方は入って来る光信号５０４の伝搬パスと位置合わせされる。入って来る光信号５０４は、上述された基板に似ているTIRで基板５０６を移動する。任意の上述した作動構造によって、２つのHOE５０２ａ、５０２ｂは、基板５０６上に配置されており、かつ、「ｏｎ」位置と「ｏｆｆ」位置との間のそれに関して個々に移動可能である。特に、HOE５０２ａが「ｏｎ」位置であるとき、光信号５０４は、第１の反射パス５０８に沿って反射される。パス５０８は、信号５０４の伝搬の平面に直交でないが、伝搬の平面に角度（α）を有している。HOE５０２ａが「ｏｎ」位置であるとき、好ましくは本質的に全ての光信号５０４はパス５０８に沿って反射され、HOE５０２ｂ上で入射される最小のｍ＝０モードの光信号を出射させる。スイッチ５０２ｂが「ｏｆｆ」位置であるならば、最小の光信号がパス５１２に沿って続け、また、吸収される。又は、適切な手段によって装置へ跳ね返されることを妨げられる。スイッチ５０２ｂが完全にエバネッセントフィールドの指数関数的な性質によらないので、出力パス５１０にこのｍ＝０モードの光信号は伝搬しないことに気づく。これは上述されたような市販のスイッチのための重要なパラメーターである。
【００４９】
HOE５０２ａが「ｏｆｆ」位置にあるならば、光信号５０４は影響されず、また、光信号５０４が第２のHOE５０２ｂに達するまで、基板５０６中のTIRで移動し続け、また、HOE５０２ｂが「ｏｎ」位置にあるならば、その後、光信号５０４は光信号５０４の伝搬の方向に角度（α）で第２の反射パス５１０へ反射される。好ましくは、HOE５０２ａ及びHOE５０２ｂは、同一であり、また、パス５０８及び５１０は平行である。さらに、図示されないが、光ファイバースイッチに光ファイバーとして図示されている構造を使用するために、パス５０８及び５１０は、反射光を連結するために出力する出力ファイバーに導かれてもよい。他の光学装置へ連結することは、さらに可能であり、また、HOE５０２ａ及びHOE５０２ｂの両方が「ｏｆｆ」位置にあるならば、光信号５０４は、信号パス５１２で、変化されず、基板５０６を通って移動し続ける。出力ファイバーに信号パス５１２は連結され、また、目的をモニターするために使用される。入力信号を表す小さな信号は、ｍ＝０モードの不完全な抑制により５１２で常に存在している。ｏｎとｏｆｆとの中間の位置へHOEエアー−ギャップをコントロールにより可変スプリッター又は減衰器として装置は形成される。例えば、HOE５０２ａは、５０％の効率で配置されており、５０％の入射光５０４がHOE５０２ｂ（１００％近くの効率で配置されている）を衝突するように出射される。この設計は、各々約５０％のエネルギーの入射ビームを有しているパス５０８及び５１０に沿う出力信号を有する、１×２スプリッターのようである。
【００５０】
上述された構造が、ストリップを形成しているHOEを有している一方、示される構造が、HOEのそれより大きな寸法を有している、より一般的にDOE構造であることは当業者に理解される（例えば、図５でプロットされる「ａ」／λの値よりより大きい多数の時点）。したがって、本発明の開示及び請求項は、同様に、DOE構造を包含すると考えられる。
【００５１】
それらの明白な範囲及び想到から離れないで、開示された実施形態に多くの追加の変更及び修正を行なうことができる。いくつかの変更の範囲は、上述される。他の範囲は、追加された請求項から明白になる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】図１は、光学基板の頂部表面と物理的に接触するストリップを有しているHOEの断面図である。
【図２】図２は、光学スイッチの実施形態において、HOEを形成しているストリップは、光学基板上に配置されており、かつ、それに関して移動可能である二者択一的なHOEの断面図である。
【図３】図３は、典型的な光学スイッチにおいて、HOEのギャップの高さ対HOEの効率のグラフである。
【図４Ａ】図４Ａは、入射信号の切り換えを示す図２の構造の斜視図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、角度（α）で反射信号へ反射する入射光信号を示す図２の構造の平面図である。
【図５】図５は、典型的な光学スイッチにおいて、HOEのための波長によって分裂する角度θp対格子間隔のグラフである。
【図６】図６は、典型的な光学スイッチにおいて、HOEのストリップの厚さ対HOEの効率のグラフである。
【図７】図７は、実施形態において、合計内部反射のために基板へ光を連結する典型的な方法の側面図である。
【図８】図８は、実施形態において、合計内部反射のために基板へ光を連結する二者択一的な方法の側面図である。
【図９】図９は、移動のためにHOEのストリップを浮遊させるためにアンカー位置を使用して置かれる典型的な片持ち手段を示す図２のHOEの斜視図である。
【図１０】図１０は、光学スイッチにおいて、基板の頂部表面に関してストリップを移動させるためにHOEのストリップ上に配置されている電源を示す図９のHOEの平面図である。
【図１１】図１１は、光学スイッチの実施形態において、別のHOEの一部分の平面図である。
【図１２】図１２は、図１１で示され、さらにストリップ上に配置されているマウント構造及び電源を示すHOEの側面図である。
【図１３】図１３は、好ましい光学スイッチの実施形態において、可撓性アームを形成している作動部材を有しており、かつ、末端を置かれているHOEの遠近図である。
【図１４】図１４は、１×Ｎ光学スイッチの実施形態において、HOEと形成されている１×２光学スイッチの平面図である。
【図３】
2004534281.tif 000002
【図５】
2004534281.tif 000003
【図６】
2004534281.tif 000004
【国際公開パンフレット】
2004534281.tif 000005
2004534281.tif 000006
2004534281.tif 000007
2004534281.tif 000008
2004534281.tif 000009
2004534281.tif 000010
2004534281.tif 000011
2004534281.tif 000012
2004534281.tif 000013
2004534281.tif 000014
2004534281.tif 000015
2004534281.tif 000016
2004534281.tif 000017
2004534281.tif 000018
2004534281.tif 000019
2004534281.tif 000020
2004534281.tif 000021
2004534281.tif 000022
2004534281.tif 000023
2004534281.tif 000024
2004534281.tif 000025
2004534281.tif 000026
2004534281.tif 000027
2004534281.tif 000028
2004534281.tif 000029
2004534281.tif 000030
2004534281.tif 000031
2004534281.tif 000032
2004534281.tif 000033
2004534281.tif 000034
2004534281.tif 000035
2004534281.tif 000036
2004534281.tif 000037
2004534281.tif 000038
2004534281.tif 000039
2004534281.tif 000040
2004534281.tif 000041
2004534281.tif 000042
2004534281.tif 000043
2004534281.tif 000044
2004534281.tif 000045
【手続補正書】
【提出日】平成15年7月1日(2003.7.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板内に光信号を伝搬させるための基板であって、合計内部反射で基板内の第１の方向に光信号を伝搬させる基板と、
基板の頂部表面上に配置されて、光信号が第１の方向を移動し続けるように、実質的に光信号とエバネッセントフィールドカップリングでない第１の位置と、第２の方向に光信号の伝搬方向を変更するように、光信号とエバネッセントフィールドカップリングである第２の位置との間で移動可能である回折光学要素とを有する光学スイッチ。
【請求項２】
前記基板は、クォーツ及びサファイアからなる材料で形成されている請求項１記載の光学スイッチ。
【請求項３】
前記回折光学要素は、ホログラフィー光学要素である請求項１記載の光学スイッチ。
【請求項４】
前記回折光学要素は、回折格子を形成している多数のストリップから形成されており、
各ストリップは、各々本質的に等しい幅を有しており、かつ、各々別々に本質的に等しい間隔で配置されている請求項１記載の光学スイッチ。
【請求項５】
前記幅は、本質的に間隔と同一である請求項４記載の光学スイッチ。
【請求項６】
前記回折格子は、基板中の光信号の光の波長に本質的に等しい格子間隔（ａ）を有している請求項４記載の光学スイッチ。
【請求項７】
前記回折格子は、０．５λと３λとの間にある格子間隔（ａ）を有しており、
ここで、λは基板中の光信号の波長である請求項４記載の光学スイッチ。
【請求項８】
前記ストリップは、前記第１の位置と前記第２の位置との間の回折光学要素を移動させるために、可撓性である請求項４記載の光学スイッチ。
【請求項９】
前記ストリップは、基板に固定して配置されているアンカーで保持されている請求項８記載の光学スイッチ。
【請求項１０】
前記ストリップは、可撓性部材によって第１のアンカー及び第２のアンカーで保持され、
前記第１のアンカー及び前記第２のアンカーの両方は、基板に固定して配置され、
前記可撓性部材は、第１の位置と第２の位置との間で回折光学要素を移動させる請求項４記載の光学スイッチ。
【請求項１１】
前記ストリップは、第２の位置で偏倚され、
電極が、第１の位置へストリップを移動させるために、ストリップと近接するように配置されている請求項４記載の光学スイッチ。
【請求項１２】
前記ストリップは、線形であり、かつ、第１の方向を含んでいる平面と第２の方向を含んでいる平面との間で角度（θp）を２分する線に本質的に垂直である請求項４記載の光学スイッチ。
【請求項１３】
さらに、ストリップ間で形成さている交差接続からなる請求項４記載の光学スイッチ。
【請求項１４】
前記ストリップは、アモルファスシリコン、結晶性シリコン、及び、ポリシリコンからなる群から選択される材料から形成されている請求項４記載の光学スイッチ。
【請求項１５】
前記ストリップは、アルミナ、サファイア、窒化ケイ素、及び、ポリシリコン／ポリゲルマニウムの合金からなる群から選択される材料から形成されている請求項４記載の光学スイッチ。
【請求項１６】
前記ストリップは、基板の屈折率より高い屈折率を有している請求項４記載の光学スイッチ。
【請求項１７】
前記ストリップは、約１μｍの厚さを有している請求項４記載の光学スイッチ。
【請求項１８】
前記ストリップは、第２の方向で光信号の強度を最大にするように選択される厚さを有している請求項１７記載の光学スイッチ。
【請求項１９】
前記ストリップ幅は、第２の方向で光信号の強度を最大にするために選択される請求項４記載の光学スイッチ。
【請求項２０】
前記回折光学要素は、第２の位置にあるとき、基板の頂部表面と物理的に接触している請求項１記載の光学スイッチ。
【請求項２１】
第２の方向で伝搬する光信号は、合計内部反射で伝搬する請求項１記載の光学スイッチ。
【請求項２２】
前記光信号は、合計内部反射で基板の頂部表面から反射する請求項１記載の光学スイッチ。
【請求項２３】
前記光信号は、合計内部反射で基板の頂部表面及び底部表面から反射する請求項１記載の光学スイッチ。
【請求項２４】
前記回折光学要素は、本質的に透明光学材料からなる請求項１記載の光学スイッチ。
【請求項２５】
前記回折光学要素は、合計内部反射で作用する請求項１記載の光学スイッチ。
【請求項２６】
前記回折光学要素は、回折格子を形成している多数のストリップから形成されており、
各ストリップは、変化する、それらに関連する幅及び間隔距離を有している請求項１記載の光学スイッチ。
【請求項２７】
前記θpが、約９０°と約１４５°の間である請求項１２記載の光学スイッチ。
【国際調査報告】
2004534281.tif 000046
2004534281.tif 000047
2004534281.tif 000048