DE68912405T2

DE68912405T2 - Elektro-optische Komponente und Verfahren zu ihrer Herstellung.

Info

Publication number: DE68912405T2
Application number: DE68912405T
Authority: DE
Inventors: Martinus Bernardus Joh Diemeer
Original assignee: Koninklijke PTT Nederland NV
Current assignee: Koninklijke PTT Nederland NV
Priority date: 1988-05-30
Filing date: 1989-05-29
Publication date: 1994-06-16
Anticipated expiration: 2009-05-30
Also published as: ES2011610A4; DK247089A; GR890300173T1; NL8801377A; NO892143L; FI892613A0; KR100188812B1; NO179958C; FI92886C; DK170354B1; DE344857T1; EP0344857A1; US5016959A; JPH0748097B2; DE68912405D1; FI92886B; CA1304490C; ATE100599T1; JPH0251132A; KR900019270A

Description

A. Hintergrund der Erfindung

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Lichtleitung in dünnen Schichten, und insbesondere auf Komponenten mit derartigen Schichten, umfassend ein Medium mit elektrooptischen (e/o) Eigenschaften, mit denen unter Einfluss eines elektrischen Feldes derart Veränderungen des Brechungsindex im Medium induziert werden, dass als Folge die Lichtleitung in den dünnen Schichten beeinflusst wird.
Im weiteren umfasst die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Komponenten des oben erwähnten Typs.
Die Erfindung wird speziell auf dem Gebiet der integrierten optischen Verfahren angewendet.

2. Stand der Technik

Komponenten des oben erwähnten Typs sind an sich bekannt, zum Beispiel aus den unter D erwähnten Referenzen (1), (2), (3) und (4). Sie umfassen eine im wesentlichen flache lichtleitende Schicht aus e/o aktivem Material, und sind im weiteren mit mindestens zwei zusammenwirkenden Elektroden versehen, die auf einer oder beiden Seiten auf der Schicht in vorgewählten Mustern angelegt sind, und die wenn möglich von der e/o aktiven Schicht getrennt gehalten werden durch lichtisolierendes oder Puffermaterial, das nicht e/o aktiv ist und einen Brechungsindex aufweist, der gleich oder niedriger ist, als das e/o aktive Material in einem nicht-aktivierten Zustand. Infolge eines angelegten Spannungsunterschiedes wird zwischen den Elektroden ein elektrisches Feld erzeugt, das so lange es existiert im e/o Material ein räumliches Brechungsindexprofil oder eine Veränderung darin bewirkt in Abhängigkeit von Richtung und Ausmass der Gleichförmigkeit des zwischen diesen Elektroden induzierten elektrischen Feldes und von der Richtung der optischen Achse des Materials. Aufgrund der Tatsache, dass durch die Wirkung des elektrischen Feldes ein räumliches Brechungsindexprofil im e/o Material induziert wird, wird dieses Profil stark von den gewählten Elektrodenformen abhängig sein. Bekannt sind gerade oder gebogene normalerweise streifenförmige Elektroden, von denen mindestens zwei entweder parallel nebeneinander, wie in (2), oder übereinander, wie in (1) zusammenwirken, das heisst durch welche der erforderliche Spannungsunterschied für das gewünschte elektrische Feld in der gewünschten Richtung angelegt wird. Ausserdem ist aus Referenz (1) und Referenz (3) bekannt, dass die streifenförmigen Elektroden auf der einen (oberen) Seite der flachen Schicht aus e/o Material mit einer Elektrode zusammenwirken, die sich über die gesamte flache Schicht auf der anderen (unteren) Seite der Schicht erstreckt.
Die räumlichen Brechungsindexprofiie, die durch die Elektrodenformen des vorgenannten Typ. induziert werden, sind als Lichtwellenleiter in der flachen lichtleitenden Schicht verwendbar, zu der eine Verbindung von permanenten Lichtwellenleitern, wie zum Beispiel Glasfasern, herstellbar ist. Was ihre Natur betrifft, so können diese e/o induzierbaren Lichtwellenleiter ein- und ausgeschaltet werden. Die Brechungsindexprofile für die gewünschten Lichtwellenleitermuster, welche von den aus der zitierten Literatur bekannten Elektrodenmustern erhalten werden, haben eine etwas röhrenförmige Gestalt mit oftmals mehr oder weniger elliptischen Querschnitten. Eine Querschnittansicht zeigt, das. eine Veränderung des Brechungsindex am grössten im Mittelbereich ist und davon entfernt abnimmt, entweder stufenweise bis auf das Niveau des Brechungsindex des e/o Materials, auf das das induzierende elektrische Feld bis jetzt keinen oder praktisch keinen Einfluss hat, oder mit einem Sprung auf das Niveau des Brechungsindex des angrenzenden nicht-e/o Puffermaterials.
Das Lichtrückhaltevermögen des induzierten Lichtleiters, insbesondere in bezug auf Lichtenergieverluste, hängt von der Beschaffenheit der seitlichen Auflösung ab, mit welcher der Steilheitsgrad der Abnahme angegeben wird, oder vom Sprung im Verlauf des Brechungsindex gegen das Niveau des Brechungsindex des umgebenden Materials, im Querschnitt vom Mittelbereich des Lichtleiters aus gesehen. Die seitliche Auflösung ist entweder durch das elektrische Feld selber oder durch die Grenzflächen des e/o Materials, das an das nicht-e/o Material angrenzt, bestimmt. In bezug auf diese Auflösung werden die Grenzflächen zuoberst und zuunterst normalerweise keine Schwierigkeiten verursachen, gewiss nicht im Fall von dünnen Schichten mit einer Dicke bis 10 um. Die elektrischen Felder, die man durch zusammenwirkende Elektrodenmuster auf beiden Seiten einer flachen Schicht aus e/o Material mit einer Dicke der erwähnten Grössenordnung erhält, sind unmittelbar auf beiden Seiten der Grenzflächen derart, dass ein genügend grosser Brechungsindexsprung induziert wird. Die seitliche Auflösung auf beiden Seiten des induzierten Lichtwellenleiters in der flachen Schicht selber wird jedoch ausschliesslich vom Verlauf der elektrischen Feldstärke und von deren abnehmenden Gleichförmigkeit bestimmt. In diesem Fall wird das Abnehmen der Feldstärke vom Mittelbereich des Lichtleiters weg immer eine gewisse Stufenhaftigkeit aufweisen und dies verunmöglicht das Erreichen eines scharfen Brechungsindexübergangs. Eine bessere seitliche Abgrenzung kann erhalten werden, indem das e/o Material seitlich mit leichtem Isoliermaterial abgegrenzt wird. Dies wird mit dem oben erwähnten Verfahren angestrebt, das durch die Referenzen (2) und (3) offenbart wird, indem eine speziell verlängerte Rippe aus e/o Material in die darunterliegende flache Schicht integriert angeordnet wird, wobei in diesem Fall jedoch der Abgrenzungsteil immer noch ausschliesslich durch den elektrischen Verlauf des Feldes bestimmt wird. Nebenbei bemerkt, derartige Abgrenzungen des e/o Materials erhält man durch anderweitig bekannte photolithographische Verfahren, wobei in diesem Ball das e/o Material als eine Schicht aufgetragen wird, worauf derjenige Teil des Materials, der für den/die Lichtleiter nicht verwendbar ist, weggeätzt wird. Abgesehen von der Tatsache, dass dies spezielle erschwerende Arbeitsabläufe erfordert, behalten die mit dem Wegätzen erhaltenen Seitenflächen immer noch ein grosses Ausmass an Wandrauheit in bezug auf die Lichtleitung.
Als eine Lösung dieses Problems, das in der äusseren Kurve einer Biegung eines rippenförmigen Lichtleiters sogar noch grösser ist, schlägt Referenz (4) vor, derartige rippenförmige Lichtleiter mit einer speziellen Oberschicht aus hitzebeständigem Kunstharz mit einer genau bestimmten Dicke zu bedecken, wodurch die optischen Verluste infolge Wandrauheit gesenkt werden können. Abgesehen von der Tatsache, dass abzuwarten bleibt, ob aufgrund der oben erwähnten Lösung in den meisten Fällen eine genügende Senkung des Verlustes erreicht werden kann, wird die Benutzung dieser Lösung arbeitsaufwendig bleiben.
Referenz (1) offenbart weiter eine e/o Komponente, in der ein Lichtwellenleiter induziert werden kann, sozusagen zwischen zwei mehr oder weniger reflektierenden vertikalen parallelen "Wänden", welche sich in kurzem Abstand voneinander in der dünnen Schicht aus e/o Material befinden. Diese reflektierenden "Wände" können durch elektrische Felder induziert werden, die zwischen zwei Paaren von streifenförmigen zusammenwirkenden Elektroden erzeugt werden, welche auf beiden Seiten des e/o Materials angeordnet sind, wobei die Felder eine Verkleinerung des Brechungsindex im e/o Material zwischen jedem der Elektrodenpaare bewirken kann. Der e/o Bereich zwischen den "Wänden" wird von den Feldern nicht oder nur kaum beeinflusst und hat dann als Lichtwellenleiter zu dienen. Die seitliche Auflösung eines derartigen Wellenleiters ist hier mehr oder weniger komplementär zu einem der oben beschriebenen Fälle und ist infolgedessen vom Standpunkt der Qualität sogar noch weniger gut. Aus Referenz (3) ist weiter bekannt, dass das e/o Material im Bereich, wo zwei auf beiden Seiten der flachen Schicht angeordnete Elektroden zusammenwirken, lokal gepolt ist. Dies bedeutet, dass das e/o Material in diesem Bereich seine optische Orientierung erhielt, als die Komponente hergestellt wurde. Dies findet statt, indem das zu polende glasartige Polymer, aus dem das e/o Material besteht, unter den Einfluss eines externen elektrischen Feldes gebracht wird, wenn es sich immer noch in einem Stadium über dem Glasschmelzpunkt befindet. Das elektrische Feld kann über die erwähnten zusammenwirkenden Elektroden erzeugt werden. Diese optische Orientierung ist anschliessend durch Abkühlung sozusagen eingefroren worden. Ausserhalb dieses Bereiches ist das Material isotrop und nicht-e/o aktiv, aber auch hier kann die seitliche Auflösung des in diesem Bereich induzierten Lichtwellenleiters nicht besser sein als diejenige, welche entweder durch den Verlauf des momentan induzierenden elektrischen Feldes bestimmt wird oder durch den Verlauf des Grades an ("gefrorener") e/o Aktivität als Folge des Feldes, unter dessen induzierendem Einfluss das Material gepolt wird; all dies hängt vom Grad ab, bis zu dem das momentane Feld mit dem Feld übereinstimmt, mit dem gepolt worden ist.
Zusammenfassend kann gesagt werden, dass bei dieser bekannten Technik auf dem Gebiet der e/o Beeinflussung der Lichtleitung in dünnen Schichten mit e/o induzierten Brechungsindexübergängen, insbesondere solchen, bei denen sich eine totale Reflexion ergibt, wie sie im Fall der temporären Herstellung von Lichtwellenleitern gebraucht werden, die seitliche Auflösung im wesentlichen entweder durch das induzierende Feld oder durch an nicht-e/o Puffermaterial anliegende Grenzflächen bestimmt wird, wobei diese Grenzflächen, die zum Beispiel durch bekannte lithographische Verfahren erhalten werden, eine relativ grosse Wandrauheit aufweisen. Dies kann in beiden Fällen zu unerwünschtem Lichtenergieverlusten in den e/o Komponenten führen, im zweiten Fall ist darüberhinaus ihre Herstellung besonders kompliziert.

B. Zusammenfassung der Erfindung

Ziel der vorliegenden Erfindung ist, nicht nur e/o Komponenten zur Lichtleitung in dünnen Schichten zu liefern, in welchen zum Zweck der Beeinflussung der Lichtleitung e/o induzierbare Brechungsindexübergänge scharfer definiert worden sind, als dies durch die Anwendung des bekannten Verfahrens möglich gewesen wäre, sondern auch ein Verfahren zur Herstellung derartiger Komponenten. Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist, eine Verbesserung der seitlichen Auflösung der Lichtwellenleiter zu liefern, welche in dünnen Schichten e/o induzierbar sind.
Die Erfindung ist eine Anwendung der Entdeckung, dass die Bestrahlung eines polbaren (e/o immer noch neutral) oder gepolten (e/o aktiven) Polymermaterials der an sich aus den Referenzen D (3) und D (4) bekannten Art mit einer Erregungsbestrahlung vollständig die e/o Aktivität zerstören kann, welche durch Polen aktiviert werden kann oder aktiviert wird, wobei in diesem Fall durch eine selektive Bestrahlung mit einem parallelen Bündel unter Bedeckung mit beispielsweise einer Maske scharfe Schatten erhalten werden, das heisst scharfe Uebergänge von einem e/o aktiven Bereich oder einem Bereich, der noch aktiviert werden kann, zu einem nicht-e/o aktiven Bereich im ursprünglich demselben Material. Dies bietet die Möglichkeit, insbesondere in Komponenten, in denen derartiges e/o Material in dünnen Schichten zur Lichtwellenleitung in solchen Schichten verwendet wird, schärfere e/o induzierbare Brechungsindexübergänge zu definieren, als dies bisher bekannt war.
Zu diesem Zweck ist eine e/o Komponente gemäss Oberbegriff des Anspruchs 1 nach der Erfindung durch Anspruch 1 gekennzeichnet. Dies bedeutet, dass in diesem Grenzbereich ein Brechungsindexprofil mit einem scharfen Sprung definiert werden kann, indem ein induzierendes elektrisches Feld mit einer ausreichenden Intensität und/oder Gleichförmigkeit an der Stelle angeordnet wird, an der ein e/o aktiver Bereich in einen bestrahlten, also nicht-aktiven Bereich übergeht. Dieser Sprung wird dadurch verursacht, dass infolge des induzierenden Feldes der Brechungsindex im e/o aktiven Bereich auf der einen Seite der Uebergangsstelle eine Veränderung erfährt, während andererseits der Brechungsindex im nicht-e/o aktiven Bereich auf der anderen Seite der Uebergangsstelle keine Veränderung erfährt.
Aufgrund der Tatsache, dass bestrahltes Material keine e/o Aktivität mehr zeigt, kann solches Material als lichtisolierendes Puffermaterial zwischen nicht-bestrahltem e/o aktivem Material und Elektrodenmaterial von Elektroden, die gegen das e/o aktive Material gerichtet sind, verwendet werden. Zu diesem Zweck werden die Elektroden vom e/o aktiven Bereich getrennt gehalten, vorzugsweise durch den bestrahlten Teil der flachen lichtleitenden Schicht.
Wenn die Erfindung zur Verbesserung der seitlichen Auflösung eines Lichtwellenleiters von der in Referenz D (2) beschriebenen Art verwendet wird, welcher in einer dünnen Schicht e/o induzierbar ist, weist eine e/o Komponente nach der Erfindung vorzugsweise die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 3 auf. Wenn die Erfindung zur Verbesserung der seitlichen Auflösung von Lichtwellenleitern verwendet wird, welche in einer dünnen Schicht e/o induzierbar sind, wie sie aus Referenz (3) bekannt sind, weist eine e/o Komponente nach der vorliegenden Erfindung vorzugsweise die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 4 auf. Um e/o Komponenten nach der Erfindung herzustellen, ist es von Vorteil, wenn die e/o Komponente die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 5 aufweist. Der Vorteil davon liegt darin, dass im Fall einer selektiven Bestrahlung mittels Masken, die gleichen oder komplementären Masken für die selektive Bestrahlung und zum Auftragen der Elektrodenmuster verwendet werden können. Falls ein Elektrodenmuster an sich scharf definiert worden ist, kann ein derartiges Muster selber als Maske für die selektive Bestrahlung dienen. Eine solche Freiheit in der Maskenwahl verstärkt die Flexibilität während des Herstellungsvorgangs der e/o Komponenten.
Scharfe e/o induzierbare Brechungsindexübergänge sind sehr geeignet für Schaltzwecke, wobei in diesem Fall von der Richtungsbeeinflussungswirkung Gebrauch gemacht wird, welche Brechung oder Reflexion an solchen Uebergängen auf in einem gewissen Winkel einfallende Lichtsignale hat. Zu diesem Zweck weist die lichtleitende Schicht in einer bevorzugten Ausführungsart nach der vorliegenden Erfindung die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 8 auf.
Aus Referenz D (5) ist an sich bekannt, wie man für Schaltzwecke permanente Lichtwellenleiter, welche durch lokales Polen in einer neutralen polbaren lichtleitenden Polymerschicht hergestellt werden, mit einem Arbeitsbereich verbindet, in dem ein (total) refektierender Brechungsindexübergang induziert und wieder entfernt werden kann. Dieses Induzieren und Entfernen findet jedoch beim Entpolen des Arbeitsbereiches oder bei dessen erneutem Polen statt, wobei in diesem Fall für eine kurze Zeit, während das Polfeld hergestellt bzw. nicht hergestellt wird, eine lokale Erhitzung bis über den Polymerschmelzpunkt stattfindet. Eine derartige Erregung des Brechungsindexübergangs basiert auf einer molekularen Umorientierung (Kerr-Effekt) und kann demzufolge viel langsamer ausgeführt werden als diejenige, welche ausschliesslich auf e/o Aktivität infolge Elektronen-Reaktion (Pockels-Effekt) basiert. Ausserdem wird in diesem Fall auch die Schärfe des Brechungsindexübergangs voll durch den Verlauf des Feldes bestimmt, mit dem der Arbeitsbereich gepolt worden ist. Als optischer Schalter weist eine e/o Komponente nach der vorliegenden Erfindung vorzugs weise die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 9 auf.
Der Begriff "selektive Bestrahlung" umfasst ebenfalls das Verfahren, das Polymermaterial zwei oder mehr interferierenden Bestrahlungsbündeln auszusetzen, welche im Material ein Interferenzmuster hervorrufen. Dies kann von Vorteil sein, um im Polymermaterial periodische Strukturen hevorzubringen, wie zum Beispiel für e/o induzierbare Streifen.
Die Erfindung bezieht sich im weiteren auf ein nach Anspruch 11 gekennzeichnetes Verfahren zur Herstellung einer e/o Komponente, dessen erster Hauptschritt das Hinführen eines e/o aktiven Bereichs in eine flache lichtleitende dünne Schicht umfasst. Dabei wird vorzugsweise von UV-Licht Gebrauch gemacht.
Im weiteren kann es von Vorteil sein, wenn die selektive Erregungsbestrahlung der flachen lichtleitenden Schicht und die Anlegung eines Elektrodenmusters durch bekannte photolithographische Verfahren ausgeführt werden, indem die gleichen Maskenmittel verwendet werden.
Schliesslich bezieht sich die Erfindung auf einen Halbfertigartikel, der mit Vorteil zur Herstellung der oben beschriebenen e/o Komponenten nach der Erfindung verwendet werden kann. Ein derartiger Halbfertigartikel umfasst eine im wesentlichen flache lichtleitende Schicht, die auf der unteren Seite von einem Substrat getragen wird, und die auf der oberen Seite mit einer lichtisolierenden ersten Pufferschicht versehen ist. Ein derartiger Halbfertigartikel weist nach der Erfindung die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 15 auf.
Ein Halbfertigartikel des vorgängig erwähnten Typs kann ausserdem auch eine zweite lichtisolierende Pufferschicht umfassen, welche eine auf das Substrat aufgetragene Elektrodenschicht von der lichtleitenden Schicht getrennt hält und nach der Erfindung die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 16 aufweist. Derartige Halbfertigartikel haben den grossen Vorteil, dass zur Herstellung von e/o Komponenten nach der Erfindung durch die Benutzung des Verfahrens nach der Erfindung die notwendigen Vorgänge immer von oben ausgeführt werden können.

Zusammenfassung der Vorteile:

Die Erfindung bietet die Möglichkeit, dem e/o Bereich in flachen Schichten jedes beliebige gewünschte Muster mit einer scharfen seitlichen Auflösung zu geben, auf welche die seitliche Ausbreitung eines darin induzierenden E-Feldes keinen Einfluss hat. Die Elektrodenbreite wird für die seitliche Auflösung nicht mehr kritisch sein.
Das Herstellungsverfahren zum Erstellen von e/o Bereichen in dünnen Schichten wird wesentlich vereinfacht.
Sogar lichtisolierende Pufferschichten können auf einfache Art angelegt werden.

C. Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird im weiteren anhand der begleitenden Zeichnungen erläutert. Darin zeigt:
Figur 1 eine schematische Querschnittansicht eines Halbfertigartikels zur Herstellung von e/o Komponenten nach der Erfindung, (a) mit bzw. (b) ohne Elektrodenschicht;
Figur 2 eine schematische Querschnittansicht, in einer X-Y- Ebene, der Struktur zweier an sich bekannten Varianten (a) und (b) von Komponenten mit e/o induzierbaren Lichtwellenleitern nach der Erfindung;
Figur 3 den qualitativen Verlauf des Brechungsindexprofils in zwei Richtungen, welche in Figur 2 durch den e/o aktiven Bereich der Komponente dargestellt sind: (a) im Fall X=konstant und (b) im Fall Y=konstant;
Figur 4 eine schematische Querschnittansicht, in der X-Y-Ebene, der Struktur einer an sich bekannten Komponente mit einem e/o induzierbaren Lichtwellenleiter nach der Erfindung;
Figur 5 den qualitativen Verlauf des Brechungsindexprofils in zwei Richtungen, welche in Figur 4 durch den e/o aktiven Bereich der Komponente dargestellt sind: (a) im Fall X=konstant und (b) im Fall Y=konstant;
Figur 6 eine schematische Grundrissansicht (Y-Z-Ebene) eines optischen Zwischenschalters nach der Erfindung; und
Figur 7 in einer schematischen Querschnittansicht (X-Y-Ebene) den optischen Zwischenschalter nach Figur 6: (a) entlang der Linie VIIa und (b) entlang der Linie VIIb.

D. Referenzen

(1) US Patent Nr. 3 695 745 mit dem Titel: "Light waveguide circuit";
(2) US Patent Nr. 3 801 185 mit dem Titel: "Switch for thin- film optics";
(3) EP Patentanmeldung Nr. 0 241 967 A1 mit dem Titel: "Electro-optically induced waveguides, and active devices comprising such a waveguide";
(4) EP Patentanmeldung Nr. 0 149 678 A1 mit dem Titel: "Integrated optical circuit";
(5) NL Patentanmeldung Nr. 8702804 (entsprechend EP-A-0 318 087) von der Anmelderin mit dem Titel:"Method and device for controlling a beam of light";
(6) NL Patentanmeldung Nr. 8700787 (entsprechend EP-A-0 290 061) mit dem Titel: "Linear addition polymer with hyperpolarizable side groups."

E. Beschreibung

In der folgenden Beschreibung einiger Ausführungen zur Erläuterung der Erfindung wird davon ausgegangen, dass ein organisches Polymer von einer inter alia bereits aus den Referenzen D (3) und D (6) bekannten Art als Material für eine flache dünne lichtleitende Schicht verwendet wird. Dieses Polymer hat ein Skelett ("Rückgrat") zum Beispiel aus PMMA oder Polyurethan mit e/o Seitengruppen, welche Dipolmomente besitzen, die durch ein externes elektrisches Feld gerichtet werden können oder "polbar" sind, wenn sich das Polymer immer noch in seinem Schmelzzustand befindet, id est bei einer Temperatur, die immer noch über dem Glasschmelzpunkt liegt. Durch Abkühlung und Aufrechterhaltung des Feldes wird diese "Polung" beibehalten, sozusagen gefroren, was dem Material eine optische Ausrichtung gibt. Als Folge davon wird das Material zugleich von einem unausgerichteten optisch isotropen (d.h. neutralen) Zustand in einen Zustand gebracht, in dem das Material e/o aktiv ist. Eine derartige Schicht aus polbarem Polymermaterial kann zum Beispiel in seiner Gesamtheit mit einem E-Feld gepolt werden, das senkrecht zur dünnen Schicht gerichtet ist, wobei dieses Feld zwischen flachen Elektroden auf beiden Seiten der dünnen Schicht erzeugt wird, an denen ein Spannungsunterschied (Polspannung) angelegt ist, der genau unter der Lawinendurchbruchspannung des Polymermaterial. liegt. Ein lokales Polen ist auch mit einem E-Feld (nicht notwendigerweise rechtwinklig auf die dünne Schicht gerichtet) möglich, das zwischen zusammenwirkenden Elektroden mit geeignet gewählten Mustern auf einer oder auf beiden Seiten der dünnen Schicht erzeugt wird. Der dadurch erhaltene e/o aktive Bereich in der dünnen Schicht kann, wegen des hohen e/o Koeffizienten eines solchen Materials (siehe Referenz D (3)), unter einer relativ tiefen Spannung (sogar bis zu einem Faktor 10 tiefer als die polende Spannung) zwischen den Elektroden arbeiten, um das E-Feld zu erzeugen. Wie bekannt ist eine Veränderung des Brechungsindex n > 0,005 at 1 V/um möglich, so dass Betriebsspannungen von 5-10 V verwendet werden können, wenn die Schichtdicken zum Beispiel in der Grössenordnung von 1-10 um liegen. Die Veränderungen im Brechungsindex können sowohl positiv als auch negativ sein. Im Fall von Betriebsspannungen mit einem Vorzeichen, das mit der polenden Spannung übereinstimmt, gilt n > 0, und im Fall von Betriebsspannungen mit einem entgegengesetzten Vorzeichen, gilt n < 0. Nun hat sich aber experimentell ergeben, dass die Bestrahlung eines derartigen Polymers mit e/o Seitengruppen durch Erregungsbestrahlung, wie zum Beispiel UV-Licht, diese Seitengruppen endgültig zerstört und somit auch die e/o Wirkung. Diese Zerstörung geschieht sowohl bei gepoltem als auch bei ungepoltem Material, was bedeutet, dass das Polen und das selektive Bestrahlen untereinander auswechselbare Vorgänge sind. Ausserdem geschieht eine kleine Veränderung (Senkung) des Brechungsindex in bezug auf das eine Material im neutralen Zustand, oder in einem Zustand, in welchem das Material noch nicht durch ein momentan auftretendes elektrische. Feld e/o aktiviert worden ist. Ein Polymer mit einem Polyurethanskelett, das mit UV-Licht bestrahlt wurde (mittels einer "masken-ausgerichteten" KS-MJB 3 HP, 200 W Hochdruck-Hg-Lampe) zeigte:
- eine Veränderung des Brechungsindex in der Grössenordnung von n = 0,1;
- eine Durchdringungsgeschwindigkeit der Zerstörungswirkung in einer flachen Schicht von ca. 1 um/h bei 130ºC, und
von ca. 1/2 um/h bei 20ºC, beide Male mit einer Uebergangszone von ungefähr 1 um;
- das Auftreten von sehr scharfen Schatten, mit einer Auflösung von 0,1-0,2 um bei Schichtdicken bis 10 um, unter selektiver Bestrahlung mittels Masken;
- dass das Polymer auch für das vervendete UV-Licht transparent bleibt.
Die Erfindung enthält die Anwendung von lichtleitendem Polymermaterial mit der vorgängig erwähnten Art von Wirkungen unter Erregungsbestrahlung, namentlich
(i) Zerstörung der e/o Aktivität, und
(ii) scharfgeworfene Schatten,
zur Erziehlung von scharfen e/o induzierbaren Brechungsindex übergängen zum Zweck der Beeinflussung der Lichtleitung in dünnen hauptsächlich flachen Schichten derartigen Materials. All dies kann realisiert werden, indem eine selektive Bestrahlung des e/o Materials derart mit einer geeigneten Wahl und Position der Mittel zur Erzeugung des induzierenden elektrischen Feldkombiniert wird, dass mindestens in einem Grenzbereich auf beiden Seiten der Grenzlinie zwischen e/o aktivem und e/o nicht- aktivem Material, wobei die Grenzlinie durch die erwähnte selektive Bestrahlung erhalten wird, das elektrische Feld einen hohen Grad an Gleichförmigkeit und/oder Intensität zeigen kann. In diesem Fall kann durch Bestrahlung inaktiviertes Material auch als lichtisolierendes Puffermaterial zwischen Elektrodenmaterial und e/o aktivem Material dienen.
Nachfolgend werden drei Beispiele beschrieben, bei denen die Erfindung angewendet wurde, wobei zwei sich auf die seitliche Auflösung von e/o induzierbaren Lichtwellenleitern in dünnen Schichten und das andere auf einen e/o induzierbaren Lichtreflektor, ebenfalls in einer dünnen Schicht, bezieht. Vorerst wird jedoch eine kurze Beschreibung, anhand von Figur 1, der Struktur eines Halbfertigartikels angegeben, aus dem und mit dem e/o Komponenten nach der Erfindung hergestellt werden können, wobei die Erfindung bereits in diesem Halbfertigartikel angewendet werden kann.
Figur 1 (a) zeigt einen Halbfertigartikel bestehend aus einem Substrat 1, zum Beispiel aus Glas oder einem Si-Plättchen mit einer SiO&sub2;-Oberschicht, mit einer auf diesem Substrat 1 liegenden lichtleitenden Schicht 2 aus organischem polbarem oder gepoltem glasartigem Polymer, dessen e/o Aktivität durch Erregungsbestrahlung, zum Beispiel mit UV-Licht, zerstört werden kann. Die lichtleitende Schicht 2 kann mit einer ersten für die Erregungsbestrahlung transparenten Pufferschicht 3 versehen sein, die aus einer Schicht zum Beispiel aus SiO&sub2; oder Polystyrol bestehen kann, welche auch separat auf die erwähnte Pufferschicht aufgetragen werden kann, oder, nach der Erfindung, durch Bestrahlung einer lichtleitenden Schicht des erwähnten Polymers mit UV-Licht mit einer genau definierten Durchdringung erhalten wird, wobei die lichtleitende Schicht grundsätzlich die Schichten 2 und 3 der Figur umfasst. Der Vorteil der erwähnten Pufferschicht ist, dass beim Vorgang des Schichtenauftragens zur Herstellung des Halbfertigartikels ein Verfahrensschritt weniger erforderlich ist. Es ist im allgemeinen einfacher, eine Bestrahlung durchzuführen, als eine zusätzliche Schicht auf zutragen.
Figur 1 (b) stellt einen Halbfertigartikel dar, der nicht nur ein Substrat 1, eine lichtleitemde Schicht 2 und möglicherweise eine erste Pufferschicht 3 entsprechend Figur 1 (a) umfasst, sondern auch eine erste Elektrode 4, zum Beispiel aus Aluminium oder Gold, die sofort auf und über die gesamte Oberfläche des Substrats 1 ausgelegt werden kann, sowie eine zweite Pufferschicht 5, welche die erste Elektrode 4 von der lichtleitenden Schicht 2 getrennt hält. Die zweite Pufferschicht 5 kann, genau wie die erste Pufferschicht 3, entweder aus einem Puffermaterial, das sich vom Material der lichtleitenden Schicht 2 unterscheidet, oder aus einem bestrahlten glasartigen Polymer bestehen. Im letzteren Fall wird diese Schicht 5 während des Herstellungsverfahrens zum Beispiel in einem separaten Schritt aufgetragen und nachträglich vollständig bestrahlt, und zwar vor Anbringen der lichtleitenden Schicht, wenn möglich einschliesslich der Schicht 3. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die zweite Pufferschicht 5 durch Bestrahlung der lichtleitenden Schicht 2 von unten her zu erhalten, falls sowohl das Substrat 1 als auch die erste Elektrode 4 aus einem Material hergestellt sind, das für Erregungsbestrahlung transparent ist. Halbfertigartikel nach Figur 1 eignen sich in vorzüglicher Weise zur Herstellung von e/o Komponenten nach der Erfindung. Der grosse Vorteil liegt darin, dass alle dafür erforderlichen Abläufe von oben her und zuoberst auf dem Halbfertigartikel durchgeführt werden können, ohne die Struktur eines solchen Halbfertigartikels zu beeinträchtigen. Diese Abläufe können auch das Auftragen der ersten Pufferschicht 3 mittels Bestrahlung mit einschliessen, welche notfalls bis zur Herstellungsphase der e/o Komponente verschoben werden kann, was den Vorteil hat, dass als Folge in dieser Phase die Dicke der lichtleitenden Schicht gut mit, den Dimensionen der zum Beispiel mit dieser Schicht zu verbindenden Glasfasern abgestimmt werden kann.
Figur 2 zeigt eine schematische Querschnittansicht, in einer X- Y-Ebene, der Struktur einer Komponente für e/o induzierbare Lichtwellenleitung nach der Erfindung. Diese Struktur soll jedoch auf der Basis eines Halbfertigartikels gemäss Figur 1 (a) hergestellt werden, wobei in diesem Fall entsprechende Schichten entsprechend numeriert worden sind. Durch eine selektive Bestrahlung von oben mit Hilfe einer Makse, ist in der lichtleitenden Schicht 2 ein nicht-bestrahlter streifenförmiger Bereich 2.1 mit vertikalen Grenzflächen A und B und bestehend aus einem polbar gebliebenen Polymer offen geblieben. Anschliessend ist die Pufferschicht 3 mit zwei streifenförmigen Elektroden 6 und 7, zum Beispiel aus Aluminium oder Gold, versehen worden, von denen mindestens die Seiten 6.1 und 7.1 einander gegenüberliegen oder parallel verlaufen. Diese streifenförmigen Elektroden sind derart positioniert, dass sie, von oben gesehen, den streifenfömigen Bereich 2.1 flankieren, entweder mit etwas Ueberlappung im Fall einer seitlichen Abgrenzung des Bereichs 2.1 durch die Grenzflächen A&sub1;-B&sub1; (Strich-Punkt-Linie), oder enganliegend an die seitliche Abgrenzung durch die Grenzflächen A&sub2;-B&sub2; (gestrichelte Linie) oder mit einem schmalen Zwischenraum im Fall einer seitlichen Abgrenzung durch die Grenzflächen A&sub3;-B&sub3; (punktierte Linie). Die Grenzflächen Ai-Bi (i=1, 2 oder 3) eines Paares ist vorzugsweise symmetrisch in bezug auf die Ebene angeordnet, welche äquidistant und parallel zu den Seiten 6.1 und 7.1 der Elektroden verläuft, um eine geeignete Trennung des induzierenden elektrischen Feldes über dem Streifen zwischen den Grenzflächen Ai-Bi zu ermöglichen, damit im Bereich 2.1 ein Lichtwellenleiter induziert wird. Eine elektrische Spannung, die ein elektrisches Feld erzeugt, das in den Schichten 2 und 3 nicht gleichförmig ist, kann durch die Elektroden 6 und 7 über die Verbindungen 8 und 9 angelegt werden. Pfeile 10 geben einen Eindruck des Verlaufs der Flusslinien des erwähnten Feldes. In einer Komponente nach Figur 2 findet das Polen des Bereichs 2.1 eines offengelassenen polbaren Polymers vorzugsweise lokal mit Hilfe der bereits angeordneten Elektroden 6 und 7 statt, also nach der selektiven Bestrahlung der Schicht 2. Die Wahl der Breite der Elektroden 6 und 7 und ihre Lage in bezug auf den nicht-bestrahlten Bereich 2.1, der jetzt infolge des Polens e/o aktiv ist, hängt ab einerseits von der Dicke der lichtleitenden Schicht 2 und der gegebenenfalls vorhandenen Pufferschicht 3 und andererseits von den gewünschten Dimensionen des zu induzierenden Wellenleiters und möglicherweise auch von anderen in der Schicht zu induzierenden wellenleitenden Bereichen. Eine überlappende Position der Elektroden 6 und 7 in bezug auf den e/o aktiven Bereich 2.1 (also nahe der Grenzflächen A&sub1;-B&sub1;) hat den Vorteil, dass die Seiten 6.1 und 7.1 der Elektroden nicht scharf bestimmt zu werden brauchen. Unregelmässigkeiten, falls überhaupt vorhanden, im daraus entstehenden induzierenden Feld, kommen hauptsächlich in der Pufferschicht 3 vor, also ohne jeglichen Einfluss auf das Brechungsindexprofil des e/o zu induzierenden Wellenleiters. Wenn die Positionen der Elektroden 6 und 7 von oben gesehen so sind, dass sie keine Ueberlappung in bezug auf den e/o aktiven Bereich 2.1 (d.h. nahe der Grenzflächen A&sub2;-B&sub2; oder A&sub3;-B&sub3;) zeigen, haben sie den Vorteil, dass auf die erste Pufferschicht 3 verzichtet werden kann, während die Elektroden trotzdem keinen direkten Kontakt mit dem e/o Bereich 2.1 haben, wie dieser Fall in Figur 2 (b) dargestellt ist. Ein zusätzlicher Vorteil besteht darin, das. der e/o Bereich 2.1 den Bereich mit der grössten elektrischen Flussdichte besser umfasst, wodurch ein besserer e/o Induzierungsbetrieb gewährleistet ist.
Eine Situation, in der die Seiten 6.1 und 7.1 der Elektroden 6 bzw. 7 in den gleichen Ebenen wie die Grenzflächen A&sub2; und B&sub2; liegen, hat den Vorteil, dass die Elektroden 6 und 7 mit einer ähnlichen oder komplementären Maske (je nach dem verwendeten Anlegeverfahren) angelegt werden können, wie dies bei der selektiven Bestrahlung der lichtleitenden Schicht 2 zuvor ausgeführt wurde. Falls die Elektroden 6 und 7 scharf definiert sind, kann die selektive Bestrahlung auch ausgeführt werden, nachdem die Elektroden 6 und 7 angelegt wurden, wobei sie in diesem Fall als Maske dienen.
Eine Betriebsspannung mit einem zum Polen passenden Vorzeichen, welche mittels der Verbindungen 8 und 9 auf die Elektroden 6 und 7 angelegt wird, erzeugt ein E-Feld, welches innerhalb der Grenzflächen Ai-Bi im e/o aktiven Bereich 2.1 eine Veränderung des Brechungsindex über die gesamte Lange induziert, über welche sich die streifenförmigen Elektroden erstrecken, wodurch ein e/o induzierter Lichtleiter entsteht mit einer scharf bestimmten seitlichen Einfassung (horizontal zwischen dein Substrat 1 und der ersten Pufferschicht 3, oder dem Medium zwischen den Elektroden 6 und 7, und vertikal durch die Grenzflächen Ai-Bi). Die Figuren 3 (a) und 3 (b) zeigen den qualitativen Verlauf des damit in Verbindung stehenden Indexprofils. Figur 3 (a) im Fall von X=konstant entlang einer Linie durch die lichtleitende Schicht 2, und Figur 3 (b) im Fall von Y=konstant entlang einer Linie rechtwinklig zur lichtleitenden Schicht 2 durch den e/o Bereich 2.1.
In diesen Figuren kommen folgende Bezeichnungen vor:
n&sub2; = Brechungsindex des bestrahlten Bereichs der lichtleitenden Schicht 2;
n&sub0; = Brechungsindex des e/o Bereichs ohne induzierendes E-Feld;
ne = Brechungsindex des e/o Bereichs mit einem induzierenden E-Feld;
n&sub1; = Brechungsindex des Substrats 1;
nc = Brechungsindex der ersten Pufferschicht 3 oder einer anderen angrenzenden Oberschicht zwischen den Elektroden 6 und 7;
Ai = Y-Wert der Grenzfläche Ai;
Bi = Y-Wert der Grenzfläche Bi;
1-2 = X-Wert des Uebergangs zwischen dem Substrat 1 und der lichtleitenden Schicht 2;
2-3 = X-Wert des Uebergangs zwischen der lichtleitenden Schicht 2 und der ersten Pufferschicht 3 (oder einer anderen angrenzenden oberen Schicht zwischen den Elektroden 6 und 7).
Der gekurvte Verlauf des Profils zwischen Ai-Bi in Figur 3 (a) und zwischen 1-2 und 2-3 erfolgt wegen der Nicht-Gleichförmigkeit des induzierenden E-Feldes. Die Sprünge im Profil deuten den scharfen Uebergang zwischen dem e/o aktiven Bereich 2.1 und dem e/o nicht-aktiven Material an.
Figur 4 zeigt eine schematische Querschnittansicht, in der X-Y- Ebene, der Struktur einer Komponente für die e/o induzierbare Leitung einer Lichtwelle, wie sie aus Referenz D (3) bekannt ist, jedoch mit einer verbesserten seitlichen durch die Benutzung der Erfindung erhaltenen Auflösung. Diese Auflösung bezieht sich auf einen Halbfertiartikel gemäss Figur 1 (b). Auch in diesem Fall sind die entsprechenden Schichten entsprechend numeriert. Durch eine selektive Bestrahlung von oben mittels einer Maske ist in der lichtleitenden Schicht 2 wiederum ein nicht-bestrahlter streifenförmiger Bereich 2.1 eines polbaren Polymers oder eines gepolt gebliebenen Polymers zwischen den vertikalen Grenzflächen C und D offen geblieben. Eine streifenförmige Elektrode 11 mit den Rändern 11.1 und 11.2 ist derart auf der Pufferschicht 3 angelegt, dass, von oben gesehen, mindestens der Bereich 2.1 bedeckt ist, entweder mit etwas Ueberlappung im Fall einer seitlichen Begrenzung des Bereichs 2.1 durch die Grenzflächen C&sub1;-D&sub1;, oder präzise im Fall einer seitlichen Begrenzung durch die Grenzflächen C&sub2;-D&sub2;.
Eine elektrische Spannung kann über die Verbindungen 12 und 13 durch die Elektroden 4 und 11 angelegt werden, wobei diese Spannung in den Schichten 2, 3 und 5 ein elektrische. Feld erzeugt, das im Bereich zwischen den Grenzflächen C&sub1;-D&sub1; gleiche förmig oder beinahe gleichförmig ist, und das allmählich mehr und mehr aus diesem Bereich ausfächert. Die Pfeile 14 vermitteln einen Eindruck des Verlaufs der Flusslinien dieses Feldes. Obwohl das Polen des Materials, das die lichtleitende Schicht 2 bildet, integral stattfinden kann mittels einer polenden Spannung zwischen der Elektrode 4 und einer flachförmigen Elektrode, welche bereits vor der selektiven Bestrahlung temporär auf der Pufferschicht 3 angelegt wurde, kann es unter gewissen Umständern (falls zum Beispiel e/o aktive Bereiche mit einer entgegengesetzt gerichteten optischen Orientierung an anderen Orten in der lichtleitenden Schicht benötigt werden) auch hier von Vorteil sein, nachdem die Elektrode 11 angeordnet worden ist und mittels ihrer selbst, lokal zu polen, also nach der selektiven Bestrahlung der Schicht 2. Die Breite der Elektrode 11 ist mindestens gleich der Breite des offen gelassenen e/o aktiven Bereichs 2.1. Eine grössere Breite, von oben gesehen, im Fall einer Ueberlappung des e/o aktiven Bereichs 2.1 über die Grenzflächen C&sub1;-D&sub1; hinaus, hat den Vorteil, dass die Ränder 11.1 und 11.2 der Elektrode 11 nicht scharf definiert sein müssen. Unregelmässigkeiten, falls überhaupt vorhanden, welche daraus resultieren, befinden sich auch hier im induzierenden Feld ausserhalb des e/o aktiven Bereichs 2.1 und haben demzufolge keinen Einfluss auf das Brechungsindexprofil des Wellenleiters, der innerhalb des e/o aktiven Bereichs 2.1 e/o induziert werden muss. Eine Wahl der Breite der Elektrode 11 gleich der Breite des Bereichs 2.1, so dass die Ränder 11.1 und 11.2 in Linie mit den Grenzflächen C&sub2; bzw. D&sub2; sind, hat auch hier den Vorteil, das. die Elektrode 11 auf die Pufferschicht 3 aufgetragen oder darauf angelegt werden kann mittels einer Maske, die ähnlich oder komplementär zu derjenigen ist, mit der die selektive Bestrahlung der lichtleitenden Schicht 2 zuvor durchgeführt wurde, um den nicht-bestrahlten Bereich 2.1 zu erhalten. Im Fall einer scharf definierten Elektrode 11 kann die selektive Bestrahlung auch hier erst ausgeführt werden, nachdem diese Elektrode 11, die dann als Maske dient, angelegt worden ist. Eine Betriebsspannung mit einem Vorzeichen, das mit der polenden Spannung übereinstimmt, welche über die Verbindungen 12 und 13 durch die Elektroden 4 und 11 angelegt wird, erzeugt ein E-Feld, das innerhalb der Grenzflächen Ci-Di (i=1 oder 2) im e/o aktiven Bereich 2.1 eine Veränderung des Brechungsindex induziert, und zwar über die gesamte Länge, über welche sich die streifenförmige Elektrode 11 über den e/o aktiven Bereich 2.1 erstreckt, wodurch ein e/o induzierter Lichtwellenleiter mit einer sehr scharf bestimmten seitlichen Einfassung entsteht (horizontal zwischen den beiden Pufferschichten 3 und 5 und vertikal zwischen den Grenzflächen Ci-Di).
Die Figuren 5 (a) und (b) zeigen den qualitativen Verlauf eines Brechungsindexprofils eines e/o induzierten Lichtwellenleiters mit einer Struktur, wie sie in Figur 4 dargestellt ist. Figur 5 (a) im Fall von X=konstant entlang einer Linie durch die lichtleitende Schicht 2 und Figur 5 (b) im Fall von Y=konstant entlang einer, Linie, welche rechtwinklig ist zur lichtleitenden Schicht 2 durch den e/o Bereich 2.1.
In diesen Figuren kommen folgende Figuren vor:
n&sub2; = Brechungsindex des bestrahlten Bereichs der lichtleitenden Schicht 2;
n&sub0; = Brechungsindex des e/o Bereichs ohne induzierendes E-Feld;
ne = Brechungsindex des e/o Bereichs mit einem induzierenden E-Feld;
Ci = Y-Wert der Grenzfläche Ci;
Di = Y-Wert der Grenzfläche Di;
2-3 = X-Wert des Uebergangs zwischen der Schicht 2 und der ersten Pufferschicht;
5-2 = X-Wert des Uebergangs zwischen der zweiten Pufferschicht 5 und der Schicht 2.
Auffallend in diesen Figuren ist der (praktisch) absolute rechtwinklige Charakter des Indexprofils sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung.
Demzufolge kann ein derartiger "rechtwinkliger" e/o induzierbarer Lichtwellenleiter mit einer sehr präzisen seitlichen Auflösung auf sehr einfache Art hergestellt werden, indem die Erfindung benutzt wird.
Für einen e/o induzierbaren Lichtwellenleiter entsprechend den Figuren 2 und 4 gilt im allgemeinen, dass, wenn das induzierende E-Feld entfernt wird, der Brechungsindex im e/o aktiven Bereich 2.1 auf das n&sub0;-Niveau des nicht-bestrahlten Polymers abfällt. Dies bedeutet, dass bei Benutzung der Erfindung in den Komponenten für e/o induzierbare Wellenleiter selbstverstandlich "Wellenleiter-Unterschwellen" entstehen, wie sie mit ihren Vorteilen aus Referenz D (3) bekannt sind.
Abschliessend wird anhand der Figuren 6 und 7 eine e/o Komponente als eine Ausführung beschrieben, die an einen optischen Zwischenschalter angepasst ist und auf einem scharfen e/o induzierbaren lichtreflektierenden Brechungsindexübergang nach der Erfindung basiert. Figur 6 zeigt eine Grundrissansicht dieser Ausführung in einer Y-Z-Ebene; die Figuren 7 (a) und (b) zeigen Querschnittansichten in X-Y-Ebenen entlang den Linien VIIa bzw. VIIb von Figur 6. Diese Komponente besteht wiederum aus einer Anzahl Schichten, welche mit denjenigen der Komponente nach Figur 4 vergleichbar sind, und dementsprechend numeriert sind. Die zweite Pufferschicht 5 ist hier jedoch dicker. Während des Herstellungsvorgangs ist ein im wesentlichen X-förmiges Muster, das in Figur 6 mit einer Strich-Punkt-Line angedeutet ist, aus der Schicht 5 herausgeätzt worden mit einer Tiefe, die etwas geringer ist als die Dicke der Schicht 5 und mit einem zum Beispiel rechtwinkligen Querschnitt. Die Schicht 2 des glasartigen polbaren Materials mit einer unter einer Erregungsbestrahlung zerstörbaren e/o Aktivität, ist auf die erwähnte Schicht 5 aufgetragen. Gleichzeitig füllt das Material das X- förmige Muster vollständig aus. Die Schicht 2 wird mit Ausnahme des e/o aktiven Bereichs 2.1 vollständig bestrahlt, der sowohl in der Vorderansicht als auch im Grundriss einen im wesentlichen rechtwinkligen Querschnitt aufweist (siehe die gestrichelte Linie in Figur 6 sowie im Figur 7 (b)) und das X-förmige Muster halbiert.
Das Material der ersten und zweiten Pufferechichten 3 und 5 hat einen Brechungsindex, der niedriger ist als derjenige des bestrahlten Materials der lichtleitenden Schicht 2. Auf diese Art werden im X-förmigen Muster permanente Lichtwellenleiter 21, 22, 23 und 24 des "Kehrrippen"-Typs gebildet, wobei diese Lichtwellenleiter in einem Winkel α mit dem Bereich 2.1 verbünden sind, so dass die Lichtwellenleiter 23 und 24 mit den Lichtwellenleitern 21 bzw. 22 in Linie sind. Auf der ersten Pufferschicht 3 bedeckt die Elektrode 11, von oben gesehen, den Bereich 2.1, der zum Beispiel durch lokales Polen mittels einer polenden Spannung e/o aktiv gemacht wurde, die über die Verbindungen 12 und 13 durch die Elektroden 5 und 11 angelegt wird. Indem durch die Elektroden eine Betriebsspannung von ausreichender Höhe und mit einem negativen Vorzeichen in bezug auf die polende Spannung angelegt wird, wird im Bereich 2.1 eine Brechungsindexsenkung derart induziert, dass der Brechungsindex ungefähr gleich demjenigen der zweiten Pufferschicht 5 ist. Der Winkel α wird derart gewählt, dass die induzierte Brechungsindexsenkung einen total reflektierenden Brechungsindexübergang für jedes Lichtsignal bewirkt, welches über einen der permanenten Lichtwellenleiter 21-24 einfällt. Falls kein induzierendes E-Feld vorhanden ist, wird ein einfallendes Lichtsignal eine dünne flach-parallele Schicht mit einem geringen positiven Brechungsindexsprung vorfinden, wodurch das Signal eine geringe Verschiebung bezüglich der Einfallsrichtung erfährt. Obwohl gleichzeitig etwas Reflexion auftritt, ist das Signal in der Lage, sich praktisch ungeschwächt in diesem permanenten Lichtleiter auszubreiten, der sich in Linie mit demjenigen Leiter befindet, entlang dem das Signal eingetroffen ist.
Figur 8 zeigt den qualitativen Verlauf eines assoziierten Indexprofils entsprechend der Querschnittlinie VII b.
In dieser Figur kommen folgende Bezeichnungen vor:
n&sub2; = Brechungsindex des bestrahlten Bereichs der Schicht 2;
n&sub0; = Brechungeindex des e/o Bereichs 2.1 ohne E-Feld;
ne = Brechungsindex des e/o Bereichs 2.1 mit einem induzierenden E-Feld;
n&sub5; = Brechungsindex der zweiten Pufferschicht 5;
5-24 = Y-Wert des Uebergange von Schicht 5 auf den Leiter 24;
24-2.1 = Y-Wert des Uebergangs vom Leiter 24 auf den Bereich 2.1;
2.1-23 = Y-Wert des Uebergangs vom Bereich 2.1 auf den Leiter 23;
23-5 = Y-Wert des Uebergangs vom Leiter 23 auf die Schicht 5.
Obwohl vorstehend nur drei Ausführungen im Detail beschrieben worden sind, ist die Erfindung nicht auf diese Ausführungsarten beschränkt. Wo immer bei integrierten optischen Komponenten vorzugsweise e/o induzierbare Brechungsindexübergänge erwünscht sind, kann die Erfindung mit grossem Vorteil benutzt werden. Somit gilt dies auch für periodische Strukturen, beispielsweise Gitter, wie sie inter alia bei elektrooptischen Gitterreflektoren oder -deflektoren verwendet werden. Es ist bekannt, solche Gitter in dünnen Schichten e/o Materials mittels einer periodischen Elektrodenstruktur zu erregen. Die Qualität derartiger Gitter hängt stark von der Qualität (Schärfe) der Elektroden ab. Wenn im Fall von einseitig angelegten Elektroden sogenannte "verschachtelte" Elektroden verwendet werden, besteht im weiteren das Risiko eines Kurzschlusses. Durch die Benutzung der Erfindung kann die Gitterstruktur mittels einer selektiven Bestrahlung direkt in der lichtleitenden Schicht erstellt werden, wobei in diesem Fall die gesamte Gitterstruktur vorzugsweise zwischen zwei flachförmigen Elektroden gelegt werden kann, wodurch ein photolithographischer Schritt für die Anwendung der periodischen Elektrodenstruktur entfällt. Ausserdem ist eine absolute Gleichförmigkeit des induzierenden elektrischen Feldes über die gesamte Gitterstruktur gewährleistet, so dass jeder Gitterstab der Gitterstruktur mit einer extrem feinen Schärfe induziert werden kann.

Claims

1. Elektrooptische Komponente, umfassend:

eine im wesentlichen flache lichtleitende Schicht (2), die einen gewissen e/o aktiven Bereich (2.1) umfasst, und

mindestens ein Paar Elektroden (6, 7; 4, 11), die in vorgewählten Mustern gegen diese Schicht (2) angeordnet sind, wobei zwischen diesen Elektroden ein elektrisches Feld (10; 14) erzeugt werden kann, indem ein Spannungsunterschied zwischen diesen Elektroden (6, 7; 4, 11) angelegt wird, wobei sich dieses Feld in den e/o aktiven Bereich (2.1) erstreckt mit einer Brechungsindex-Veränderungswirkung, die geeignet ist, die Lichtleitung in der im wesentlichen flachen lichtleitenden Schicht zu beeinflussen, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtleitende Schicht aus einem Polymermaterial besteht, das eine Fähigkeit hat, durch Polung e/o aktiv gemacht zu werden, dass diese Fähigkeit bei Erregungsbestrahlung zerstörbar ist, dass die lichtleitende Schicht weiter einen e/o inaktiven Bereich umfasst, der ein Interface mit dem erwähnten e/o aktiven Bereich hat, dass die e/o inaktiven und aktiven Bereiche Bereiche sind, in denen die erwähnte Fähigkeit zerstört bzw. intakt gelassen wird, und dass die Elektroden (6, 7; 4, 11) in bezug auf den e/o aktiven Bereich (2.1) in Positionen angeordnet sind, die dem elektrischen Feld ermöglichen, sich mindestens in einem Grenzbereich auf beiden Seiten des erwähnten Interface (Ai, Bi mit i=1, 2, 3,; Cj, Dj mit j=1, 2) zu erstrecken.

2. Elektrooptische Komponente nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden durch den erwähnten e/o inaktiven Bereich vom e/o aktiven Bereich (2.1) getrennt gehalten werden.

3. Elektrooptische Komponente nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden auf einer Seite, genannt Oberseite, der lichtleitenden Schicht angeordnet sind, und dass der e/o aktive Bereich (2.1) ein e/o induzierbares Lichtwellenleitermuster umfasst, wobei der e/o aktive Bereich (2.1) auf der Oberseite, in einer senkrechten Projektion auf die Schicht gesehen, von einem entsprechenden Muster von züsammenwirkenden streifenförmigen Elektroden (6, 7) flankiert wird.

4. Elektrooptische Komponente nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden zu beiden Seiten auf der Oberseite und auf der Unterseite der lichtleitenden Schicht angeordnet sind, und dass der e/o aktive Bereich (2.1) ein e/o induzierbares Lichtwellenleitermuster umfasst, wobei der e/o aktive Bereich (2.1) auf der Oberseite, in einer senkrechten Projektion auf die Schicht gesehen, durch ein entsprechendes Muster von streifenförmigen Elektroden (4, 11) bedeckt wird.

5. Elektrooptische Komponente nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der e/o aktive Bereich (2.1) in dieser lichtleitenden Schicht, seitlich in bezug auf diese Schicht, im wesentlichen vertikale Interfaces (A&sub2;, B&sub2;; C&sub2;, D&sub2;) mit dem e/o inaktiven Bereich aufweist, und dass, in einer senkrechten Projektion auf die Schicht gesehen, die Konturen (6.1, 7.1; 11.1, 11.2) der Elektroden (6, 7; 11), die sich auf der Oberseite der Schicht befinden und des e/o aktiven Bereichs mindestens teilweise zusammenfallen.

6. Elektrooptische Komponente nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der e/o aktive Bereich (2.1) ein e/o induzierbares Lichtwellenleitermuster umfasst, und dass sich die Elektroden auf beiden Seiten auf der Oberseite und auf der Unterseite der lichtleitenden Schicht auf flächenförmige Art über die ganze Schicht erstrecken.

7. Elektrooptische Komponente nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der e/o aktive Bereich (2.1) ein e/o induzierbares Gittermuster umfasst, und dass sich die Elektroden auf beiden Seiten auf der Oberseite und auf der Unterseite der lichtleitenden Schicht auf flächenförmige Art mindestens über das ganze Gittermuster erstrecken.

8. Elektrooptische Komponente nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtleitende Schicht mindestens einen permanenten Lichtleiter (21; 22; 23; 24) umfasst, der mit dem e/o aktiven Bereich (2.1) im Grenzbereich verbunden ist.

9. Optischer Schalter umfassend eine e/o Komponente nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtleitende Schicht mindestens drei permanente Lichtwellenleiter (21, 23, 24; 22, 23, 24) umfasst, die mit dem e/o aktiven Bereich im Grenzbereich verbunden sind, und dass die Verbindung jedes Lichtwellenleiters mit diesem Bereich in einem derartigen Winkel (α) stattfindet, dass für ein durch einen der permanenten Lichtwellenleiter (21; 22) einfallendes Lichtsignal ein total reflektierender Brechungsindexübergang induziert werden kann, und dass je nach Anwesenheit eines einen Brechungsindexübergang induzierenden Feldes einer der anderen permanenten Lichtwellenleiter (23, 24) das Lichtsignal selektiv empfängt und weiterleitet.

10. Optischer Schalter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtleitende Schicht vier permanente Lichtwellenleiter (21 t/m 24) umfasst, die mit dem e/o aktiven Bereich verbunden sind, der, von oben gesehen, einen schmalen rechtwinkligen Abschnitt (2.1 in Figur 6) hat.

11. Verfahren zur Herstellung einer e/o Komponente nach einem der Ansprüche 1 bis 10 mit einem Hauptverfahrensschritt, der die Einführung eines e/o aktiven Bereichs in eine flache lichtleitende dünne Schicht umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der erwähnte Hauptverfahrensschritt folgende Teilschritte umfasst:

einen ersten Schritt, in dem eine im wesentlichen flache lichtleitende von einem Substrat (1) getragene Schicht 2 erzeugt wird, die aus einem Polymermaterial zusammengesetzt ist, das eine Fähigkeit aufweist, durch Polung e/o aktiv gemacht zu werden, wobei diese Fähigkeit durch Erregungsbestrahlung zerstörbar ist,

einen zweiten Schritt, in dem das erwähnte Polymermaterial gepolt wird, um in ersten ausgewählten Teilen der erwähnten Schicht e/o Aktivität zu produzieren, und einen dritten Schritt, in dem die Schicht mit dieser Erregungsbestrahlung bestrahlt wird zur Zerstörung dieser Fähigkeit in zweiten ausgewählten Teilen dieser Schicht, wobei die zweiten und dritten Schritte in normaler oder umgekehrter Reihenfolge ausgeführt werden, wobei die ersten und zweiten ausgewählten Teile teilweise miteinander zusammenfallen, wodurch ein Interface zwischen einem e/o aktiven Bereich innerhalb der ersten Teile und einem e/o inaktiven durch die zweiten Teile dieser Schicht gebildeten Bereich erzeugt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Schritt durch Bestrahlung mit UV-Licht durchgeführt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, gekennzeichnet durch einen weiteren Schritt, in dem die Schicht mit mindestens einer Elektrodenschicht versehen wird, die nahe dein erwähnten Interface in einem vorgewählten Muster angeordnet wird unter Verwendung von Maskenmitteln, wie es bei photolithographischen Verfahren ausgeführt wird, wobei diese Maskenmittel ebenfalls verwendet werden zum Auswählen dieser zweiten ausgewählten Teile während des dritten Verfahrensschritts.

14. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, gekennzeichnet durch einen weiterer Schritt, in dem die erwähnte Schicht mit mindestens einer Elektrodenschicht versehen wird, die in einem vorgewählten Muster angeordnet wird, wie es bei photolithographischen Verfahren ausgeführt wird, wobei die Elektrodenschicht für die Bestrahlung undurchlässig ist, und wobei der dritte Verfahrensschritt nach diesem weiteren Schritt ausgeführt wird, indem das vorgewählte Muster der Elektrodenschicht zum Auswählen der zweiten ausgewählten Teile verwendet wird.

15. Halbfertigartikel zur Herstellung einer e/o Komponente nach einem der Ansprüche 1 bis 8, umfassend eine im wesentlichen flache lichtleitende Schicht, die auf der einen Seite, der Unterseite, von einem Substrat getragen wird, und auf der gegenüberliegenden Seite, der Oberseite, mit einer lichtisolierenden ersten Pufferschicht versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtleitende Schicht aus einem Polymermaterial besteht, das die Fähigkeit aufweist, durch Polung e/o aktiv gemacht zu werden, wobei diese Fähigkeit bei Erregungsbestrahlung zerstört werden kann, wobei die Schicht eine erste Unterschicht aufweist, bei der diese Fähigkeit des Materials intakt ist, sowie eine zweite Unterschicht, bei der diese Fähigkeit des Materials zerstört ist und die erste Pufferschicht bildet.

16. Halbfertigartikel nach Anspruch 15, der ferner eine zweite Pufferschicht umfasst, die eine auf das Substrat aufgetragene Elektrodenschicht von der lichtleitenden Schicht getrennt hält, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Pufferschicht aus diesem Material besteht, bei dem diese Fähigkeit zerstört ist.