TW314602B - - Google Patents

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A7 B7 Λ 發明说明（ 至一電_ 控的永久 被切撕_時 •.一 一一 成輸出光 傳播通過 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 背景〕 發明闞於利用電場控制 之裝置（特別是一些光 被極化的结構（ 之間提供控制電 平面板光學顯示器；全 1描繪一種.電 之中，周期性成 說明下層材料未 光活性 光柵6 ，上述 1 6 \ 料而形 •,...... V. 束繼續 - ----------- .....—— ............. . ......... ...... 壓源被接通，在該材料 光束之 電光活性有極區域4 (有單一範瞜） 部分聯结至一反射輸出 穿有極结構。一個第一電極6 一個共同面1 8上被組成交叉 分量（ 生交錯 電壓源 同面1 8 時，電場 反的訊號 。二導體 控制光柵 一光切 電極結構。一 來控制能量的傳輸（特別是 學設置）。進一步說，本發 期被極 允許光 新等级。 換身光柵物現行技術，在這 厂— 極做為可形成光棚的元件 化的结構）與電極， 能控制傳輸。本發明 〔發明 本 光束） 明闞於 在電極 亦關於 圖 種结構 下文將 被聯结 種可電 應電壓 地有相 個光棚 電壓源 材料Μ 上被組 的垂直 ，以產 8將數 的強度 包括定 場下可 型的電 成型的 材料2 。被聯 之輸入 。當光 形成輸 中產生 而電一 结至上 光束持 柵電極 出光 個折 光 與一個 梳狀结 沿著光 的正與 聯结於 光活性 述之光 績傳輸 電懕源 16° 射率調 1少 ，且有 第二電 構。當 束1 2 負索引 該二電 行技術 光棚的 輸入光 材料2 柵電極 穿過上 關閉， 當光柵 製光柵 該材料 相同的 極7在 在電極 的路徑 變換俾 極之間 束1 2 包含7" 的弇$ 述之材 輸入光 控制電 ，輸入 有一個 極性貫 基片的 之間供 )交錯 形成一 ，這些 (請先Μ讀背面之注意事項再填寫本頁) 本纸張尺度適用中國國家橾準（CNS ) Α4規格（210Χ297公复） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 3ΐ4β〇2_—_ 五、發明説明（1) E〇與使用均勻基片和成型電極的壓電設置的習用技 術的第二個普遍的問題是被激勵的電場隨著距離電極的長 度而迅速衰退。圖形在其與電極之距離等於圖形的特性尺 寸時幾乎完全被被洗掉。在光柵中這個問題更嚴重，因為 其特性尺寸很小。由交叉梳狀结構電極所形成的習用光柵 僅能在淺表面層提供被調製效應。E0结構與直徑大於特 性尺寸的波導之互動很弱。在較高次的互動設備之中可使 用較長的光柵周期，上述之敏銳解析度的缺乏再度嚴重地 限制效率。習用技術的有效互動的最小光柵長度約為1 0 微米。吾人需要一種方法以維持基於小结構的E 0設備之 效率，不管高的展弦比（光束的寬度比特性尺寸所產生的 比值）。吾人需要一種可切換的成型结構Μ持壤於波導的 整段寬度並甚至大於未被引導的光束。 目前有一些相關的先行技術使用光源聯结波導结構以 應用在顯示器方面。 維特南 （J· Viitanem)和雷卡拉 （J. Lekkala)在 1 993年的SP I E第1 976期第293至302頁 發表的"光纖液晶顯示器"、"高分辨力影像"與其參考 資料）回顧使用導波原理聯结液晶切換的平面顯示器的特 徵，其中討論了許多設計，所有的設計有後述之共同設計 原則。一個被調製的光源機械式地掃瞄通過一列電一光活 性波導，這些波導形成顯示器的列元素。一列平行的電極 形成顯示器的行位置，光從波導被導出且被散射至在使用 -4 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) i

•1T A7 ——U4$^~~^~~ -—- 五、發明説明（5 ) 電一光效應的一行空間位的觀察者’因此形成像素的二维 陣列被形成。 在此習用技術中，光是被限制在由光芯材料組成之波 導中而光芯材料之折射折射率大於周圍覆蓋材料。通常， 被限制在該芯中之光在所需的空間位置被迫〃漏"出波導 的芯之外。由於該芯與被覆材料之間的折射率差異沿某一 距離Μ電一光方式降低因而破埭了波導效應，電-光活性 材料在原理上可在芯內（Μ降低折射率）或在被覆材料内 (Μ增加折射率，在維特南等人之文獻中之被覆材料為活 性）。在某些文獻中，破壞波導效應之技術叫做〃波専佺 (waveguide tap ) ” 〇 "漏"出之光經一自由空間衍射到一散射中心，在散 射中心光朝向觀察者以形成顯示器之像素。從已破壊波導 漏出之光在空間上不再受限，反而依標準衍射理論在區域 内擴張，因為光是由已破壊波導片段處向外傳播，光之二 維擴張造成三個問題。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央揉準局員工消費合作杜印製 ， 觀間 小向之 很朝心 度K中 角可射 射在散 衍量制 的分限 光顯會 之明將 内的這 導能 ， 波光 } 在 ί 區 制度芯 限長開 前用離 先作須 於互必 由交前 , 的之 先長射 首較散 成者 造看 素 像 低 有 器 示 顯 度 析 解 低 致 導 應 效 - 此 牽 公 1 ο 於度 大密 要填 隔充 中 射 。 散率 在效 能率 可功 不低 上成 質造 實 ， 其者 使察 張觀 擴向 維朝 二其 的使 bK »E 穿 並 光量 , 分 點大 二較 第集 收 心 本紙張尺度適用中國國家樣準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 314602 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明 ( ) 1 I 第 三 點 光 束 的 二 維 擴 張 造 成 需 要 大 的 散 射 中 心 因 1 1 1 而 使 像 素 尺 寸 變 大 也 降 低 顯 示 器 解 析 度 〇 «S 1 I 請 1 | 像 素 的 大 間 隔 的 结 果 是 必 須 以 長 波 導 長 度 來 覆 蓋 用 於 先 閲 I | 顯 示 器 的 足 夠 像 素 之 後 顯 示 器 必 須 在 波 導 效 應 損 失 大 的 讀 背 面 1 I 區 域 内 操 作 再 度 導 致 效 率 之 降 低 〇 因 此 習 用 設 計 缺 點 1 | t- I 在 於 低 像 素 填 充 密 度 N 大 像 素 尺 寸 與 低 功 率 效 率 〇 審 1 I 再 1 I 解 決 這 些 問 題 所 需 的 就 是 發 展 — 種 密 實 有 效 率 低 填 % 本 彳‘ 損 耗 的 電 一 光 波 導 開 關 其 使 從 列 波 導 出 來 之 整 個 光 束 定 頁 1 I 向 並 進 入 — 窄 立 體 角 使 切 換 光 束 可 有 效 地 被 導 向 一 像 素 1 1 1 散 射 中 心 或 進 入 另 一 個 波 導 ( 連 接 另 — 散 射 中 心 ) 此 學 1 1 將 光 束 凝 聚 在 散 射 中 心 並 使 顯 示 器 效 率 及 像 素 填 充 密 度 1 訂 到 最 大 0 1 I 第 5 1 0 6 1 8 1 號 美 國 專 利 ( 1 9 9 2 年 4 月 ) 與 1 1 第 5 0 0 9 4 8 3 號 美 國 專 利 ( 1 9 9 1 年 4 月 ) 洛 克 1 1 威 爾 三 世 ( R 0 C k u el 1 II I ) 之 // 光 波 導 顯 示 器 系 統 揭 1 说 1 I 示 另 一 種 使 用 h 波 導 栓 // 方 法 的 簧 施 例 0 洛 克 威 爾 二 世 揭 示 — 種 顯 示 器 其 使 用 波 導 來 將 光 導 引 在 同 時 的 列 中 〇 光 1 1 從 波 導 被 連 到 被 覆 層 電 — 光 效 應 被 使 用 在 覆 層 内 0 雖 m / 1 1 此 结 構 不 同 於 上 述 維 特 南 等 人 所 揭 示 者 此 顯 示 器 之 缺 點 1 | 也 是 低 像 素 密 度 和 效 率 不 佳 〇 1 | 塔 魯 ( Ta r u i ) 等 人 在 名 稱 有 // 平 顯 示 器 面 板 // 之 第 1 1 5 0 4 5 8 4 7 號 美 國 專 利 ( 1 9 9 1 年 9 月 ) 揭 示 // 波 1 1 導 栓 方 法 的 另 種 版 本 其 6- 使 用 種 平 面 波 導 结 構 且 有 1 1 1 1 本紙張尺度適用中囪國家標準（CNS ) A4現格（210X297公釐） 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 314602 B7 · 五、發明説明（ς ) 一個由氮化矽層和矽層交替組成之層化芯材料。由雷射二 極體源而來之光被限制在平面波導内，直到有—電壓跨過 波導之芯為止。此電壓使芯折射率降低，因而使光可以從 波導结構離開。這種顯示器有上述的缺點，且效率不佳， 因為所有的像素係同時被照明，但是一次只有一像素被激 發，因此，無論何時，光只有一小部分被導向觀察者。 尼爾森（Nelson )在名稱為"使用漏光導之平面板 顯示器"之第5083 1 20號美國專利中（1 992年 1月）顯示一種漏光導被用來做為一顯示器後景光。從光 源（例如一雷射二極體）而來之光被導入光導，以在顯示 器内提供一行的均勻照明。背景光與一列鐵電液晶斷續器 聯合以製造顧示器像素。此時，波導僅被用來取代L C D 顯示器常用之螢光而無作用的〃波導栓〃或開關。

Hishimura 等人在名稱為"在液態芯波導之中使用 熱成形泡泡之光顯示器'，之第464 0 5 9 2號美國專利 (1 987年2月）中掲示一種以多條液體充填多光纖或 波導做為行之顯示器，這些波導被設在一系列加熱電極上 方。當加熱電壓打開，在波導芯内形成泡泡，因此將光散 射朝向觀察者。當調製雷射光襪械式地依序掃瞄每一行波 導即形成顯示器影像。即使此一方法將小散射中心置入芯 區中而解決了 〃波導栓*方法所引致的一些問題，加熱過 g M 序將使顯示器沒有足夠快的架構速率來顯示動態影 像’在此設計中未使用波専開關。 本紙張尺度適財Du家縣（CNS ) A4規格（21Qx 297公变） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

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14602 A7 B7 >、發明説明（6 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 習用的技術都使用光源直接激勵之平行輸入波導，因 &業者所知的切換機構無法將從供應波導出來的光有效的 切換進入所要的行波導，造成維特南等人及 Nishimura 等人的笨重波導束照明掃喵装置、洛克威爾三世的同時波 導束照明、 塔魯等人的平面波導激勵K及尼爾森和 “shimura等人的同時二極體陣列照明。然而一個顯示器 的最簡單架構（光在該處被聪结進入單一波導管且定向到1 像素）至少需要兩個連缅開闢Μ照明像素的全二維陣列’ 其中一個選擇行波導而另一個選擇像素。現行技術雖然可 Μ艱辛地製造像素開闞，然而必須將波導管連接之行開關 不可能有上序之波導栓。波導之間的聪结效率低’因為切 換區内波導破壞後光在二維衍射擴散，因而箱要一個開88 从將切換光有效率地凝聚進入另一波導。 貝克（Becker )和張氏（Chang )之積體光頻波 導不能被用來做顯示器，因為它未包括"波導栓"或其他 方法讓在波導中傳播的光射向在像素格式前之觀察者。此 外，開闞之製造係使用先前所述（配合圖1所示）的交叉 梳狀電極而且未包含任何成形有極结構。此開關設計有一 高切換介入損失，因此不能應用於在同一波導上需要有大 量開關之場合，例如顯示器或是通信應用之開關數據匯流 排。 習用技術的摘要如下：（1 )由於大像素間隔 之故無法製造小型高解析度顯示器，（2)無效率之"波 一 8 一 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先M讀背面之注意事項再填寫本頁) —敢· 訂 绍 A7 B7 ηΐ4·_ 五、發明说明（？） 導栓〃限制了顯示器的亮度，（3)由光損耗之故導致低 功率效率，Μ及（4)功率無法有效的切換到另一波導。 〔發明概示〕 依據本發明之平面板顯示器係基於一新穎切換技術Μ 將雷射光在一組光波導中定向並將光聯结朝向觀察者，切 換技術是基於有極電一光结構。此顯示器技術為多功能， 足Κ涵蓋多項應用，從小型高解析度電子計算機顯示器到 高分辨力電視格式用之大型螢幕顯示器。本發明將可見半 導體二極體雷射源之高亮度和功率效率與新導電-光切 換技術组合，Κ形成高亮度光發射像素之濃密二維可編y； 陣列。 本發明提供一種全固態、全色彩高解析度顯示器、其 可用於顯示電子計算機產生之資訊和全動態HDTV 得到高性能且可用電池驅動之高亮度顯示器。本發明亦胃 供可手提之小型高解析度顯示器。 在Μ下詳细說明及所附圖示配合下將可對本發明 一步的了解。 (请先閔讀背面之注意事項再填寫本页) 訂 絲 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 尺 張 -紙 本 明 說 1. 示圖 圖

器 製 固 之 極 電 狀 梳 叉 交、 有j6J 的 檷 光 換 切 之 用 作 束光： 大 與 用； 明 發 本 據S 0 偽」|例 2;施 圖實 般 〇 個 圖 三 例中 施其 實， 之圖 器例 射施 反霣 向構 後结 導極 波電 的之 柵置 光裝 換射 切反 用向 使後 係 係 3 4 圖圖 準 標 家 國 國 I中 用 I適 一釐公 314602 A7 B7 五、發明説明（y) 電極係設在晶體的同一面。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 圖5係同一装置的電極结構實施例圖，其中兩個電極 係設在晶體的同一面。 圖6係該裝置之電極结構實施例圖，其中有錐狀分隔 之三個電掻係設在晶體的同一面。 圖7是被極化的跨接波導聯结器之T形结構之實施例 圖。 圖8係被極化的跨接波導聯结器之X形结構之實施例 圖。 圖9係被極化的跨接波導聯结器之實施例圖，其輸$ 端係在波導平面之外。 圖1 0係平行波導被極化的方向聯結器之實施例圖。 圖1 1係一 X形跨接波導聯结器之俯視概示圖，其中 介紹另一種輸出和輸入模式圖形。 圖1 2係一 X形跨接波導聯结器之實施例圖，其有维 狀聯结區且被一錐狀電極間隙激發。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 圖1 3係一 X形跨接波等聯结器之實施例圖，其有一 般化聯结區和電極型式。 圖1 4係一可調頻的被極化的電一光後向反射器之大 \ 型光學實施例圖。 圖1 5係一可調頻的被極化的電一光後向反射器之波 導實施例圖。 圖1 6係一可調頻的被極化的電一光後向反射器之大 -1 0 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 314602五、發明説明（1 ) 經濟部中央標進局員工消費合作社印製 覆例 頻驥 之例 衰反 被施 的 積接 。施 / 全 和實 置 之 連圖茛 。 器 部 柵的 裝 成構 例之圖 製 内 光 導 。二 。組 结 施器 例。 調 。的 的波 圖之 圖所 形 實向 施圖。之 圖化 化之 例圍 例柵Y之定 簧 例 _ 構 例極 極器 施範 施光 換 器導 的施例结 施被 被射 。實譜 實雙 切 換波 器實施間 實之 和反 柵之光 器之 可 轉之 振的實中 之柱 覆向 光器由 射度 柵 式器 諧儀的的 構導 被後 的射自 反長 光 模換 導涉儀化 结波 光的 化反同 頻徑 雙 導轉 波干涉極 鏡的 _ 化 極柵不 調路 之 波式 行導干被 透化 電極 被光和 可光 器 的模 平波導制 式極 有被 位期期 柵調 相 化導 換式波控 調被 其的 相周周 光可 移 極波 切臂形可 可換 , 頻 一多多 雙有 有 被用 可 三環有 。一切 圖多 绍一有 。一由 。一 I 使 111 係 圖係有 例 。係 介係 係圖係 係圖係 係係 係係係 A 例B為 施發 7 890 線 12 示 3。45 6789 施 90 實激 1 112 曲 22概 2 圖22 2222 實 23 學立圖 圖 圖圖懕 圖 圖儀圖 例圖圖 圖 圖圖圖 的圖圖 光獨。 反涉施 。 器 型之圖 率 千 實 圖 減 ---------絮------訂------錄 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4規格（210X29"?公釐） 314602 A7 B7 五、發明説明（,。） 射（TiR)波等開關實施例圖。 (請先Μ讀背面之注意事項再填寫本頁) 圖3 1係一雙T I R波導開關實施例圖。 圖3 2係有切換無極波導柱之T I R電切換光束導向 器之實施例圖。 圖33係沒有T I R之雙位置被極化的波導定向器之 實施例圖。 圖34係有5 0%切換填充密度之被極化的T I R開 關的陣列的實施例圖。 圖35係有1 00%切換密度之被極化的T I R開關 的陣列的實施例圖。 _ 圖3 6係高填充密度结構用之雙波導结構圖，其有永 久轉動之鏡片及不對稱損耗跨接區。 圖3 7係有T I R開關之已切換波導陣列實施例圖。 圖3 8係有光柵開關之已切換波導陣列實施例圖。 圖3 9 A係有系统控制線之m X m換向開關陣列之簧 施例圖。 圖3 9 B係有W D Μ能力之3 X 3開關陣列之簧施例 圈° \ 圖4 0係有像素元件的二維開關陣列的實施例圖。 圖4 1係有聯结數據軌之像素元件的一維開關陣列的 實施例圖。 圖4 2係使用可選擇光柵反射器部段及偵測陣列之可 切換光譜分析儀的實施例圖。 -1 2 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X29?公釐） 314602_Bi五、發明説明（j) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 之 S。 可* 之例 装回施 器 之件為 。構施 饋射實 。 解 器 元子 圖结 實 α 回 雷 之 圖分 解 計例 。例寬 之 圖射 之 置 例導 分 設之 圖施帶 構 例雷 器 裝 。 施波 導 要中 例實寬 结 施之 射 饋 構實換 波 主其 施之加 寬 S 器 反 回 结之切 換 之， 實器有 帶 之射 導 射 涉。器可 切 器置 之減之 寬 鏡反 波 雷 干器測耗 可 解裝 器衰柵 加 透的 的 之 轚感檢損 耗 分導 減導光 有 的化 化 柵 層傳干低 損 専波 衰波的 之 化極 極 光 多轚相之 低 波的 導式化 導 極被 被 饋 的的諧區 之 3 用 波調極 波 被性 性 回 化化調極 區X作 式可被 曲 制期 期 闞 極極波單 極 1 層。調段角 彎 控周 周 開 被被光 一 多 於多器可片廣 一 子一 1。 多 1 1 頻用 用 用II製用極用 用 電用 用圖用 绍绍多使 使 紹 一調習i多使 使 一使。使例使 介介係係 係 介係列係係係 係 係係 圖係施係 3456。 7 89 陣 012。 345 例 6 實 7 4444 圖 4。 44 之 555 圖 5 55 施 5 之 5 圖圖圖 圖例圖 圖圖圖 位圖圖 圖例圖 圖 圖實圖 置圖。 施例 相 施。 之裝圖 實施 調 實圖 置饋例 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 314602 _B7 A7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（ \ ^ ) 1 1 I 圖 5 8 係 一 波 長 調 諧 可 調 焦 距 系 铳 之 實 施 例 reo 圆 〇 1 1 1 圖 5 9 介 紹 習 用 顯 示 器 裝 置 之 一 般 化 實 施 例 圖 〇 1 I 請 1 I 圖 6 〇 係 圖 5 9 中 一 般 化 實 施 例 之 剖 面 圖 〇 先 閱 1 I 讀 1 圖 6 1 係 — 三 色 光 束 組 合 器 之 實 施 例 圖 〇 背 1 ιέ I 圖 6 2 係 一 平 面 外 反 射 器 之 實 施 例 圖 其 中 之 鏡 射 通 之 I 意 I 過 基 片 〇 事 項 1 I 再 1 I 圖 6 3 係 一 平 面 外 反 射 器 之 實 施 例 圖 其 中 之 發 散 和 填 本 漫 反 射 通 過 基 片 〇 頁 1 I 圖 6 4 係 — 平 面 外 反 射 器 之 實 施 例 fBFl 岡 其 中 之 鏡 射 從 1 1 基 片 表 面 離 開 〇 1 1 圖 6 5 係 一 平 面 外 反 射 器 之 實 施 例 圖 其 中 之 發 散 和 1 訂 漫 反 射 從 基 片 表 面 離 開 〇 1 I 圖 6 6 係 組 合 成 圖 5 0 或 圖 5 1 之 衰 滅 器 结 構 之 另 一 1 1 種 像 素 開 關 结 構 實 施 例 圈 〇 1 1 圖 6 7 係 _ 平 面 外 光 柵 反 射 器 之 實 施 例 圖 C 1 .结 圖 6 8 係 用 於 顯 示 器 像 素 之 吸 收 器 / 偏 導 器 光 遮 之 實 1 I 施 例 圖 其 中 示 出 光 遮 和 像 素 之 相 對 設 置 0 1 1 圖 6 9 係 一 吸 收 器 / 偏 導 器 光 遮 之 實 施 例 圖 其 將 m 1 1 景 光 偏 導 出 基 片 表 面 0 1 I 圖 7 〇 係 一 吸 收 器 / 偏 導 器 光 遮 之 實 施 例 圓 其 將 1 1 I 景 光 偏 導 入 基 片 〇 1 1 圖 7 1 係 — 吸 收 器 / 偏 導 器 光 遮 之 實 施 例 圖 其 實 質 1 1 上 吸 收 背 景 光 0 1 I - 14 - 1 1 1 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ΑΊ 314Β02_ϋ_ 五、發明説明（d) 圖7 2係用於驅動類似於圖3 4之常態二維開關陣列 的電極圖形的一部分之實施例圖。 圖7 3係在一多層堆叠波導分配结構中之平面外開關 之實施例圖，其將反射光導人基片中。 V 圖7 4係在一多層堆叠波導分配结構中之平面外開關 之實施例圖，其將反射光等入基片平面。 圖75係一 90°光柵波導開關之實施例圖，其中係 Μ三輸入波導形式介紹。 圖7 6係一傾斜顯示器之實施例圖。 圖7 7係有多個平行供應波導、多個部分反射器以荩 調諧器之光定向结構的簧施例圖。 圖7 8係由一雷射陣列供能之顯示器结構圖。 圖7 9係聯结到交叉梳狀波導之多雷射陣列之實施例 圈。 圖8 0係平面外波導之聯结實施例圖。 圖8 1係三維顯示器所用之雙極化顯示器结構之實施 例圖。 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 〔特定實施例說明〕 _______________________ 本申請案之申請專利範圍 <圖5 9至圖8 结構 特別有關。參閱圖2 ，其中所示者為本發明装置1 1的一 般化實施例，其係為一被極化的介電装置。本裝置主要為 一可電子控制之堆叠介電一光能導向器，更簡明地說，是 一個可電子切換之鏡子。在一較佳實例中，本發明為一在 -15- 本紙張尺度通用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A75liM2_-___五、發明説明（ 鋰鈮組成之鐵電晶體2 0中之大型光反射器。該可控制電 子切換元件為一被極化的光柵2 2 ，其由兩種型態3 6和 3 8之交替被極化的區所組成。 可有任何形狀或尺寸之區（domain)係物理區’其 中某些材料特性幾乎不變。一被極化的區係在一材料内的 ~個區域，其中該材料分子群有導向性而且這些群實質上 在一所謂的極向（poling direction )的方向或附近對 齊（或部分對齊）。區有很多型態，包括在不同方向之對 齊原子结構區，有不同變化變數（例如非線性活動電-光 係數）之對齊分子或原子結構區，無特定方向之原子结構 區*由不同電極觸發的區域所界定之區，極向在跨接區域 時（例如在聚合物中和有局部化電極之被極化的熔融石英 中發生者）對稱變化之被極化的區，隨機定位分子區及其 延伸，随機區结構（在區内隨機被極化的之副區所形成之 區）。一被極化的结構係一組個別區。一成型被極化的區 域是在一材料内之區域，其中在區域内之區依據一空間圖 形而被極化的，且有一種K上之區的型式。在被極化的圖 形和施加圖形（在極化過程中所使用者）之間可能有糸統 偏差*視該過程之本質而定。圖形之邊界可以有點不規則 而且不必完美地隨著施加圖形，特別是極化過程不在完全 控制下。這種裝置被描述成成型被極化的介電質，因為在 控制此裝置時施加了一個電場，因此，材料必須為一介電 質，以承受所需電埸而不受損。通常，極化過程亦使用一 -1 6 - (請先閔讀背面之注意事項再填寫本頁) •'裝. 訂 绍 本紙張尺度適用中國國家樣準（CNS ) A4規格（2丨0><297公釐） A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合砟t p^ 五、發明説明（ 〆 ) 1 1 I 電 場 而 完 成 材 料 亦 必 須 承 受 〇 通 常 吾 人 所 稱 之 介 電 質 者 1 1 1 其 材 料 必 須 有 能 力 足 以 承 受 應 用 所 需 之 最 小 電 場 0 〆、 1 I 請 1 1 在 操 作 時 輸 入 光 束 4 0 入 射 並 沿 光 軸 穿 過 晶 體 該 先 Μ 1 I 讀 1 光 軸 係 垂 直 於 光 束 之 相 前 ( phase front ) 而 且 由 在 相 背 1 | 前 横 向 其 強 度 分 佈 之 傳 輸 光 束 之 中 間 位 置 所 界 定 〇 在 均 勻 冬 | 意 I 材 料 中 之 光 軸 為 直 線 但 可 能 在 數 種 場 合 彎 曲 包 括 彎 曲 事 項 1 I 再 1 I 波 導 Λ 非 均 勻 介 質 以 及 在 反 射 或 衍 射 结 構 中 0 1， 裝 寫 本 輸 入 光 束 4 0 最 好 在 整 個 晶 體 長 度 中 有 足 夠 小 之 點 狀 页 V_^ 1 1 尺 寸 2 1 使 其 不 被 晶 體 開 孔 而 導 致 不 想 要 的 功 率 損 耗 及 1 1 波 型 轉 換 〇 在 — 大 型 交 互 作 用 裝 置 中 如 圖 2 所 示 者 區 1 1 3 6 和 3 8 必 須 穿 入 基 片 2 0 — 段 夠 長 的 距 離 使 二 區 至 少 1 訂 重 叠 輸 入 光 束 4 0 的 一 部 分 0 光 柵 2 2 係 在 輸 入 光 束 4 〇 1 I 之 横 向 亦 即 光 柵 2 2 之 平 面 3 4 是 在 輸 人 光 束 4 〇 的 軸 1 1 的 横 向 0 對 於 彼 此 横 向 之 二 條 線 ( 或 — 條 線 和 一 平 面 或 1 1 是 二 平 面 ) 吾 人 意 指 二 者 並 非 平 行 〇 因 為 光 柵 是 横 向 光 束 1 絲 4 〇 光 束 至 少 穿 過 光 柵 2 2 结 構 的 一 部 分 〇 1 1 光 束 4 〇 係 由 — 光 頻 源 ( 未 示 出 ) 而 來 其 波 長 使 光 1 1 束 實 質 上 不 會 在 晶 體 内 被 吸 收 使 得 光 折 射 效 應 不 會 明 顯 1 1 地 扭 曲 光 束 C 光 頻 源 裝 置 可 包 括 — 個 或 多 個 在 光 柵 反 射 器 1 I 2 2 可 接 受 的 波 長 範 圍 内 提 供 足 夠 亮 度 之 激 光 器 Μ 產 生 1 1 1 有 用 之 已 切 換 輸 出 光 束 4 4 〇 輸 出 光 束 可 聯 结 同 — 基 片 上 1 1 的 其 他 元 件 或 是 聯 结 到 外 部 裝 置 其 中 光 束 4 4 穿 出 之 1 I 輸 出 表 面 最 好 覆 蓋 抗 反 射 材 料 〇 抗 反 射 被 覆 最 好 是 多 層 介 1 1 - 17 - 1 1 1 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 314602_^_ 五、發明説明（4) 電性被覆、有最佳折射折射率之材料的單四分之一波層、 或是溶膠、凝膠被覆。激光器可為任何光源，包括雷射、 發光二極體、弧光燈、放電器，甚至燈絲，只要能得到所 需的光譜亮度。所需的光譜亮度可由一個或多個激光器直 接供應，或由一個或多個變頻（雙倍、混合或變數放大） 激光器所提供，或由上述之組合所提供。吸收效應將限至 波長範圍在4 0 0至4 0 0 ◦毫微米之間。光折射現象效 應隨著構形、波長、摻入劑、以及被極化的结構而變化， 而吾人在此假設其已在控制之下，使光之扭曲維持在可接 受的範圍内。 _ 光柵2 2係由在二不同型態區之間的邊界3 4所形成 或界定，第一種型態區3 6與第二種型態區3 8之電—光 (E — 0)係數不同，使二電極24和26之間施加一均 勻電場，造成二不同型態區之折射率之改變。因為折射率 改變波之相速（Phase velocity )，在有不同折射率或 相速的區域間會有阻抗失配。最好是K材料完成折射率改 變，其中之區3 6相對於另一型態區3 8和原始晶圓2 0 之極向（如極向箭頭3 9 ，4 1 )有相反指向。吾人所指 之相反指向意指其極向係相反於某一參考方向。（電場控 制光柵的另一種型式是在輻射照過有遮蔽之聚合物薄膜， 其E — 0係數是在區36之内或之外被破壞）。施加在结 構2 0的均勻電場產生折射的調製折射率。折射率調製的 圖形增加折射分佈的先前已有的折射率；最簡單的構造在 _ 1 8 _ 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 別衣 訂 锦 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) jj46〇2 ___b7___ i、發明説明（巧） 缺乏施加電場下沒有折射率調製，並且因懕於施加電場而 線性發展指標光柵。光柵2 2之周期48係對應於每一型 態區之包含整區的二區邊界之間的距離。 折射光柵折射率的另一種型式是對被極化的區施加引 力場而得到，引力埸可利用例如將一薄膜在高溫下置於基 片頂面然後冷卻到室溫而永久施加。舉例而言，可藉著將 薄膜蝕刻出條紋而達成引力場之集中。 被極化的元件3 6和3 8交互横越光柵2 2且二者之； 間無距離。若有其它型態區，將不同型態區以不同距離g 開，則可得更複雜的圖形。在某些應用中，光柵22係如 圈2所示之均勻周期光柵，使沿光柵長度的一個周期 包含的型態區係由其它周期中所複製者。在其它應用中， 最好變化周期以獲得一些儍點，例如多個光譜波峰或胃_ 寬的頻帶寬。吾人所指之光柵意指一列可區別的结構，@ 括所有幾何性和周期性上之變化。 周期性折射率光柵可在光束交互作用下提供虛光子， 經濟部中央標準局員工消費合作.杜印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 光柵结構可以對交互作用下提供動量而非能量，對於所g 進行的交互作用，能量和動量都必須守恆，當需要動最增 量同時滿足此二守恆關係，光柵有其用處。光柵的周率界 定可用於交互作用之動量。光柵強度（strength )決定 虛光子光束之"強度A ( intensity)。由光束横斷之 光棚的斷面周期數目決定可用的虛光子動量之頻帶寬#。 由於頻帶寬度之限制，交互作用只能在特定光頻範圍內進 -1 9- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 314602 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 五、發明説明（ ) 1 1 | 行 〇 因 此 光 柵 裝 置 有 之 頻 率 選 擇 性 而 且 典 型 上 是 在 一 額 1 1 1 定 波 長 附 近 操 作 0 Ν. 1 1 請 1 1 例 如 » 在 某 一 角 度 的 簡 單 反 射 過 程 中 1 如 圖 2 所 示 9 k. Μ 1 I 讀 1 光 束 4 0 的 光 子 的 光 頻 與 輸 出 光 束 4 4 和 4 2 之 光 子 頻 相 背 1 δ | 同 因 此 可 得 到 能 量 之 保 存 〇 m 而 輸 入 光 束 4 0 和 轉 向 之 | 意 1 的 輸 出 光 束 4 4 之 光 子 動 量 不 一 樣 對 於 要 發 生 的 反 射 過 事 項 1 I 再 1 j 程 而 , 1 動 量 的 改 變 必 須 由 光 柵 2 2 供 應 如 圖 2 中 相 關 I - 裝 寫 本 向 量 圖 4 3 所 示 光 柵 2 2 對 交 互 作 用 提 供 —* 虛 光 子 ( 有 動 頁 1 1 量 但 無 能 量 ) 以 保 存 動 量 0 與 第 i 個 模 式 ( Κ i = 2 71 1 1 η / λ ) 相 關 之 動 量 向 量 等 於 2 η 乘 以 該 模 式 之 有 软 1 1 折 射 率 η i 且 除 Μ 該 波 長 入 i 而 且 指 出 傳 輸 的 方 向 0 動 量 1 訂 向 動 量 的 大 小 稱 為 傳 輸 常 數 〇 在 單 周 期 光 柵 的 場 合 中 動 1 1 量 向 量 Κ g = 2 π / Λ 指 向 垂 直 於 光 柵 表 面 且 可 有 在 光 1 1 柵 之 傅 立 葉 轉 換 中 出 現 之 任 何 波 長 值 Λ 〇 因 此 與 5 〇 % 1 1 負 載 循 環 光 柵 之 傳 輸 常 數 Κ g 相 關 之 光 間 隔 ( 光 柵 線 與 間 1 絲 隔 之 寬 度 ) 為 Λ / 2 〇 交 互 作 用 之 頻 率 可 藉 調 整 光 束 折 射 1 折 射 率 或 是 光 柵 周 期 ( 利 用 熱 膨 脹 或 其 它 方 法 ) 而 調 諧 〇 1 1 在 執 行 一 裝 置 後 折 射 率 结 構 依 執 行 方 式 可 有 對 交 互 作 用 1 1 起 作 用 之 波 長 光 譜 及 向 量 方 向 〇 同 時 多 個 虛 光 子 在 俗 稱 1 1 // 高 階 光 柵 互 作 用 的 交 互 作 用 中 也 有 作 用 0 // 高 階 // 光 1 1 柵 係 指 有 除 Μ 整 數 而 與 動 量 守 恆 所 需 周 期 相 關 之 周 期 所 1 1 需 的 動 量 虛 光 子 係 由 // 高 階 // 光 柵 諧 波 而 得 〇 動 量 得 Μ 守 1 I 恆 之 過 程 狀 態 稱 為 布 雷 格 ( Bragg ) 狀態 所 Μ 本 發 明 1 1 - 20 - 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） A7 B7 14602 五、發明説明（d) 之光柵為布雷格光柵而在光柵上的入射角為用於合規頻帶 或其諧振頻率分是之布雷格角（Bragg angle )。 能量 與動量之雙重守恆對任何能量束交互作用而言是需要的， 不管能量束是光波、微波、轚波、或是時序調節能量場所 組成之波形的能量形式。只有光柵之執行可改變，以產生 用於不同能量形式聯结。 在圖2中，折射率光柵之作用為頻率選擇光能定向器 或反射器。特性頻率在交互作用頻帶寬度（可與一個或更 多個虛光子交互作用）之光束即為人所熟知之合規頻帶光 束而其它頻率能量光束即稱為帶外（〇ut-of-band)光 束。光柵2 2有之頻率頻帶寬度相當於光柵在5 0%最大 反射效率下（為光頻之函數）之全寬。當折射率光柵呈現 (光柵在0N狀態），光頻在光柵頻帶寬度内之光束從光 柵處在角度46 (對應於光柵结構之法線47)被反射。 一帶外光束沿同一光軸且在與輸入光束相同方向透射通過 晶體，形成透射輸出光束4 2的一部分。在包括光柵的區 内施加之電場控制折射率調製之強度（其可視為虛光子之 Λ衣 訂 结 (讀先閱請背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 度 強 率 比 量 能 之 4 4 束 光 出 輸 寸 身 反 對 2 4 光 出 輸 射 透 整 調 Μ 者 束 光 ： 入定 輸給 盡式 耗程 未方 上列 質下 實由 ί 是 言 入 而 △ 柵帶 光頻 射大 後最 弱半 於度 對寬 全 其 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210 X Μ7公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 314602 五、發明説明（yc ) 其中：入=輸入光束之真空波長， n=光束折射折射率，且 L =光柵長度。 對於高反射光柵而言，其有效長度小於光柵的總長度，K 增加頻帶寬度。 兩種形態區可在施加電場前圼現折射率差異，此時， 一永久折射率光柵伴随一有可切換折射率光柵。施加電場 時，可視極性而增加或減少在折射率（光柵強度）的淨調 製（net modulation)。然後在所施加霍 場為某一特定值時，可得到〃光柵OFF”狀態（折射率 光柵值趨近於零）在施加任何其它電場強度下，可再度使 光柵〃 on” 。若所施加電場之極性反向，則所產生的折 射率光柵之強度為原始永久光柵強度的兩倍。 本發明的被極化的光柵结構有兩個優於習用技術的主 要優點，首先，被極化的區结構可有非常靈敏的邊界，可 在虛光子動量（為對應於基本光柵周期之動量的倍數）下 提供強傅立葉係數，在Μ所需的小型尺寸進行石版印刷很 不實際的場合時很有用。第二點，既使光波型維度與光柵 周期相比之下是很大時，也可以製造強折射率調製光柵。 對於由成型電極激發之均勻被極化的结構而言這是不可能 的事，因為電場調製随著到電極陣列平面的距離之增加而 呈指數衰減，因而在等於光柵周期的距離下損失大部分之 -22- 本紙张尺度適用中國國家標聲（CNS ) Α4規格（210χ2Ν公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、1Τ 314602 經 濟 部 中 標 準 Ά 工 消 費 合 作 社 印 % 五、發明説明 ( ) 1 1 I 調 製 0 極 化 過 程 可 產 生 有 高 展 弦 比 ( 或 是 區 之 深 度 對 之 1 1 I 寬 度 比 值 ) 之 被 極 化 的 特 色 0 在 使 用 電 場 極 化 技 術 下 已 ，—ν 1 I 請 1 I 製 造 出 展 比 髙 於 2 5 0 ： 1 者 0 因 為 吾 人 使 用 均 勻 電 極 t 先 閱 1 | 讀 1 所 以 得 到 良 好 靜 電 穿 透 : 在 區 之 壁 很 深 的 場 合 可 得 到 横 背 1 I 越 整 個 光 束 之 良 好 調 製 0 之 注 1 | 意 I 光 柵 也 可 Μ 是 折 射 率 二 維 陣 列 改 變 在 此 時 光 柵 之 事 項 1 再 1 I 周 期 性 為 二 維 狀 後 由 光 柵 作 用 之 虛 光 子 可 在 二 維 對 動 填 寫 本 1,-裝 量 起 作 用 0 在 例 如 由 單 光 柵 來 之 數 輸 出 光 束 應 用 中 可 能 相 頁 1 I 當 有 用 〇 1 1 在 較 佳 實 施 例 中 鐵 電 晶 體 是 在 市 場 上 可 購 得 之 Z 切 1 1 割 ( Z — C U t ) 鈮 酸 鋰 單 晶 晶 圓 也 可 用 其 它 包 括 X Λ 1 訂 1 I Y 和 角 切 割 之 切 割 視 極 化 方 法 和 極 區 所 需 方 位 而 定 〇 製 造 的 步 驟 包 括 主 要 的 極 化 和 電 極 製 造 0 在 加 工 前 晶 體 先 1 1 清 洙 ( 例 如 >λ 氧 電 漿 灰 化 法 ) Μ 除 去 從 抛 光 和 處 理 程 序 中 1 I 所 有 碳 氫 化 合 物 和 其 它 污 染 物 〇 為 了 控 制 極 化 用 __ 個 光 1 绍 罩 和 加 X 電 極 以 在 晶 圓 表 面 和 穿 過 晶 圓 之 施 加 電 埸 圖 形 9 1 如 1 9 9 4 年 5 月 9 曰 之 第 0 8 / 2 3 9 7 9 9 號 美 國 專 1 1 利 Φ 請 案 所 述 者 〇 極 化 圖 形 被 調 整 >λ 在 施 加 極 化 場 期 間 1 I 在 區 3 6 内 產 生 被 極 化 的 ]w 反 轉 C* 簡 言 之 在 晶 圓 2 0 的 1 1 + Z 表 面 2 3 上 澱 積 了 一 層 厚 度 為 數 微 米 之 二 氧 化 矽 層 1 1 當 需 要 該 區 反 轉 該 薄 膜 被 削 薄 或 是 從 |ner 3 6 移 去 而 且 此 1 1 一 Z 表 面 2 5 電 位 适 高 的 電 位 下 Ζ 表 面 2 3 施 加 大 約 超 1 I 過 2 4 K V / m m 的 電 埸 〇 使 用 此 一 技 術 由 鈮 酸 鋰 所 組 1 1 - 2 3 - 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨0 x 297公釐） A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製

五、發明説明（y>) 1 1 I 成 之 m 電 晶 體 已 具 備 極 性 產 生 相 反 極 性 ( 區 反 轉 ) 之 1 1 1 二 型 態 區 之 圖 形 此 二 型 態 區 之 電 一 光 係 數 ( 雖 然 極 性 相 1 I 請 1 | 反 ) 相 同 〇 先 閲 1 I 讀 1 在 技 術 較 佳 之 外 鐵 電 中 之 區 反 轉 已 藉 著 體 內 擴 散 、 背 1 | 離 子 交 換 及 交 替 電 場 極 化 技 術 而 達 成 0 由 熱 強 化 體 内 擴 散 之 I I 方 式 形 成 之 區 已 見 於 使 用 鈦 之 鈮 酸 鋰 〇 反 轉 區 之 三 角 形 形 畜 Μ 1 1 再 1 I 之 狀 限 制 了 小 型 尺 寸 之 交 互 作 用 效 率 m 而 對 於 有 長 周 裝 寫 本 期 之 波 導 裝 置 有 其 主 要 用 處 〇 經 由 離 子 交 換 之 成 型 極 化 已 頁 1 1 見 於 包 含 铷 和 鋇 離 子 之 鹽 浴 中 之 K T P 其 中 晶 體 之 鉀 離 1 1 子 與 m 離 子 交 換 〇 最 佳 之 使 用 電 場 交 換 極 化 技 術 已 見 於 鈮 1 1 酸 鋰 〇 在 潛 在 上 所 有 的 固 態 鐵 電 材 料 ( 包 括 K T P 和 鋇 1 訂 鈦 酸 鹽 可 由 電 場 區 反 轉 技 數 極 化 〇 ( 固 態 意 指 其 结 構 會 1 I 維 持 — 段 時 間 例 如 冷 卻 液 玻 璃 交 連 聚 合 體 等 等 〇 ) 1 1 有 不 同 特 性 之 光 柵 係 由 不 同 技 術 所 產 生 0 電 場 極 化 使 1 1 晶 體 中 之 區 對 齊 而 不 會 改 變 固 有 折 射 折 射 率 而 且 離 子 交 1 線 換 和 擴 散 技 術 在 極 區 中 產 生 折 射 率 改 m 〇 當 使 用 這 較 近 1 I 期 方 法 — 永 久 折 射 率 光 柵 伴 隨 可 切 換 被 極 化 的 光 棚 〇 1 1 — 般 之 有 二 種 不 同 區 之 型 態 至 少 第 一 種 型 態 有 1 1 極 0 雖 m /»*、 只 需 要 兩 種 型 態 區 可 以 額 外 的 區 型 態 製 造 更 複 1 I 雜 的 可 切 換 光 柵 结 構 0 第 二 種 區 型 態 可 為 反 轉 極 化 未 極 I 1 I 化 、 或 在 另 一 角 度 極 化 而 其 可 藉 由 有 不 同 的 電 子 作 用 係 數 1 1 ( 例 如 電 — 光 或 壓 電 一 光 係 數 ) 而 有 所 區 別 〇 例 如 在 某 1 | 些 應 用 中 以 無 極 鈮 酸 鋰 晶 圓 製 造 之 裝 置 在 成 本 上 合 算 其 1 1 - 24 - 1 1 I 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中央標準局員工消费合作杜印製 A7 B7 五、發明説明（A ) 中基月晶圓係由多個随機定向區所組成。被極化的區將有 均勻之方位而其它區之方向為隨機。裝置之性能是由隨機 樣式细節所影響，取決於裝置型式。在另一例子中，第二 區之方位可垂直於第一區或有一夾角而對電場之反應的區 別仍可產生有效電場控制结構。極區也可在一先前無極性 且在一分子規上隨機定向之材料中形成，例如在熔融二氧 化矽或聚合物中形成第一區型態而第二區型態包括在材料 中之無極性或皤機定向區。 在另一種技術中，可藉選擇性改變或摧毀對懕於第二 區型態之區中的電子活性係數而達成被極化的结構。在填 些區中之原子结構的方位不必改變··若是第二區中之電子 作用改變，這些區是不同的。例如在非線性聚合物中，電 光係數可由輻射使用失能，產生電子作用區（輻射被遮蔽 處）。頚似效應已於鈮酸鋰中，其中質子之改變破壞了非 線性係數。電-光數係數的麥化也可以利用光輻射、電子 蠹擊、或是在其他材料中之離子轟擊而達成，其中之材料 包括最非線性材料，例如KT P和鈮酸鋰。 在鈮酸鋰中，沿晶體Z軸施加之電場E3導致折射 非常折射率5 n e之改變，其係由下列方程式決定： 其中r 33是適當電一光非線性光係數。由於r 33 是在鈮酸鋰中最大的非線性常數，在實際裝置中最好使用 非常折射率之改變。（由於施加電場E 3而在折射之一 般折射率產生改變之非線性常數r 13係比r 33還小之 -25- 本纸張尺度適用中國國家橾準（CNS ) A4規格（210X297公釐） I 批衣 訂 绍 (讀先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) S14602 A7 B7 經濟部中央樣準局負工消費合作社印製 五、發明説明（/) 係數3 · 6 )。要使用在非常折射 沿材料Z軸極化。在一 Z切割材料中 在TE極化中，電子向量位於晶體表 僅有較明顯的非線性係數是r 15， E 2下聯结TE和TM波）。 由於被極化的结構中所引起之折 —鋰鈮酸鹽基片Z軸施加1 OV/u 量 5ne 僅為 1·6χ10 -3)， 有很強的角度依賴關係。 弱折射 Brewster angle )為 45° ，所以 前之夾角為45°時，光柵將完全透 因此，本裝置可做為一極化器，反射 入射角被極化。若TN1波之反射係數 之光柵周期和高施加電埸），極化器 可K非常高。當然，在垂直入射時， 於此一效應而沒有區別（雖然其他效 同電一光係數，如上所述）。在低掠 射裝置決非布魯斯特角而且由於此一 差異。 晶圓材料可為任何可極化固態介 材料、聚合物膠膜、Μ及其他非晶質 產生許多根據本發明之有用裝置之熔 料可為澱積在由第二種材料製成之基 -26- 率之改 ，極化 面之平面上，另一個 其在施加電場Ε ，或 變，光波必須 稱為Τ Μ。（ 射率變 m電場 圖2中 率改變 當光柵 射任何 光束將 高時（ 之消光 二極化 應有所 入射操 效應在 電性材 材料， 融二氧 片上之 化相當 ，折射 之光柵 之布魯 平面與 Τ E極 永遠在 可安排 比在前 之間的 區別， 作之內 反射上 小（沿 率改變 反射器 斯 光 化 4 有足夠 進方向 反射由 特（ 束铒 波。 5 例如 部全 不 反 有些微 (請先M讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 绍 料， 例如 化矽 薄膜 包括 可掻 鐵 化 搔化 有很 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 五、發明説明（4) 1 1 I 種 可 極 化 薄 膜 已 經 成 功 地 澱 積 在 基 片 上 例 如 熔 融 二 氧 化 1 1 1 矽 、 鈮 酸 鋰 Λ 鉀 鈮 酸 鹽 鋇 鈦 酸 鹽 氧 化 鋅 、 I I — V I 1 I 請 1 I 材 料 及 不 同 聚 合 物 〇 有 很 多 種 基 片 被 用 過 氧 化 鎂 先 閱 1 I 讀 1 矽 砷 化 鎵 鈮 酸 鋰 及 不 同 坡 璃 包 括 石 英 和 熔 融 二 氧 化 背 面 1 I ' 矽 〇 對 於 可 電 氣 切 換 之 區 而 言 它 們 必 須 由 電 一 光 材 料 所 之 1 1 意 1 組 成 這 種 材 料 有 由 施 加 電 場 所 引 起 之 折 射 變 化 0 事 項 1 I 再 1 I 在 極 化 步 驟 之 後 最 好 移 走 液 態 電 極 材 料 和 二 氧 化 矽 填 寫 本 1 -裝 光 罩 薄 膜 0 請 再 參 閱 圖 2 第 —* 電 極 2 4 和 第 二 電 極 2 6 頁 1 I 面 對 介 電 性 材 料 俾 提 供 裝 置 以 產 生 控 制 光 柵 之 電 場 0 1 1 ( // 面 對 // — 材 料 意 指 其 位 置 靠 近 材 料 但 不 需 要 碰 到 、 1 1 乎 對 齊 材 料 表 面 但 不 需 有 — 持 績 性 溝 尺 寸 而 且 包 括 設 於 材 1 訂 1 I 料 頂 部 且 尺 寸 不 同 之 其 它 材 料 ) 〇 由 導 電 材 料 所 組 成 之 電 極 2 4 和 2 6 团 取 好 被 設 在 晶 體 的 相 反 面 且 以 標 準 m 積 技 術 1 1 使 二 者 相 隔 開 0 即 使 表 面 彎 區 或 在 較 大 的 幾 何 體 上 不 平 行 1 1 部 分 上 這 itb 電 極 也 是 稱 為 在 相 反 平 面 上 〇 這 些 電 極 可 由 1 镍 提 供 電 荷 足 夠 傳 遞 之 任 何 材 料 以 達 到 — 適 當 電 場 強 度 9 1 俾 在 施 加 時 相 一 致 之 時 間 内 觸 動 被 極 化 的 光 柵 0 例 如 電 1 1 極 可 由 金 靥 ( 例 如 鋁 、 金 、 鈦 、 鉻 等 等 ) Λ 導 電 漆 、 環 氧 1 1 基 樹 脂 半 導 電 材 料 或 是 透 光 材 料 ( 例 如 絪 和 錫 之 氧 化 1 I 物 ) 以 及 液 態 導 電 物 ( 例 如 鹽 水 ) 等 所 交 互 組 成 0 它 們 也 1 1 可 面 對 表 面 2 3 和 2 5 而 且 以 空 氣 、 透 光 緩 衝 層 或 其 他 材 1 1 料 填 滿 — 間 隙 0 P、 需 要 一 個 電 極 因 為 在 該 電 極 與 其 他 電 1 I 位 參 考 ( 例 如 — 外 部 接 地 平 面 — 第 二 電 極 、 或 多 個 電 極 1 I - 2 7 - 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） A7 B7 經濟部中央標準局—工消費合作杜印製 五、發明説明 ( 1 1 I ) 之 間 可 建 立 · 電 位 電 壓 差 0 霉 極 是 電 場 建 立 之 元 件 因 1 1 1 為 對 · 電 極 施 加 電 壓 建 立 了 由 電 極 決 定 之 電 埸 樣 式 當 然 S 1 I 請 1 I 也 需 要 供 應 電 壓 和 電 流 0 電 極 之 設 置 方 式 使 控 制 電 場 是 經 先 閱 1 I 由 此 發 明 之 作 用 體 積 而 施 加 其 可 由 一 成 型 極 IS 或 一 光 柵 讀 背 1 所 组 之 1 成 〇 | 意 I 在 金 羼 電 極 之 場 合 最 好 在 電 極 下 方 併 入 —— 層 被 覆 t 事 項 1 1 再 1 | Μ 降 低 光 損 耗 ( 在 導 引 波 型 延 伸 到 金 屬 電 極 時 會 發 生 ) 〇 填 裝 維 持 表 面 上 寫 本 被 覆 很 薄 足 Μ 之 高 電 場 ( 多 電 極 裝 設 在 同 — 頁 1 I 表 面 時 ) 但 厚 度 仍 足 >λ 降 低 光 損 耗 0 另 — 種 被 覆 在 電 極 1 1 上 方 時 也 是 有 用 處 可 降 低 故 障 0 1 1 __ 電 壓 控 制 源 3 2 ( 或 電 位 源 ) 提 供 電 位 Μ 驅 動 電 1 訂 極 通 過 接 點 3 0 俾 觸 動 光 柵 0 被 觸 動 之 光 柵 根 據 施 加 電 1 1 壓 之 極 性 而 相 對 於 彼 此 被 極 化 0 電 壓 源 之 電 壓 產 生 通 過 極 1 1 區 之 足 夠 大 的 電 埸 Η 將 某 量 之 光 切 換 到 切 換 輸 出 之 光 束 1 1 4 4 Ο 電 壓 源 之 電 壓 可 變 化 以 提 供 —. 裝 置 來 控 制 二 輸 出 1 線 光 束 之 功 率 比 0 實 質 上 若 電 埸 足 夠 高 所 有 輸 入 光 束 可 1 | 以 一 長 光 慣 反 射 形 成 —— 電 子 觸 動 鏡 子 〇 對 低 電 場 而 * 1 1 光 柵 形 成 一 部 分 反 射 器 〇 電 壓 控 制 源 可 為 一 電 池 、 — 電 子 1 1 麥 壓 器 、 氣 體 功 率 式 發 電 機 、 或 電 流 及 電 位 可 控 制 源 的 其 1 I 他 形 式 〇 控 制 裝 置 3 2 也 可 有 多 個 輸 出 Μ 控 制 多 個 裝 置 而 1 1 且 可 依 摟 某 種 圖 形 或 Μ 時 序 排 列 〇 控 制 裝 置 3 2 可 有 控 制 1 1 輸 入 以 電 腦 或 其 他 工 具 手 動 或 電 子 控 制 其 功 能 〇 1 I 為 了 遴 免 不 必 要 之 重 覆 請 了 解 參 閱 圖 2 之 變 化 的 描 1 I - 28 - 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） A7 B7 14602 五、發明説明（>)) 述適用於K下之實施例而Μ參考圖2M下圖式所做之變化 敘述亦適用於圖2。 現在請參閲圖3，其示出依據本發明之波導實施例。 特定言之|本實施例是一電子控制可選頻之波導後向反射 器。在本裝置中的所有光束可由一光波導64而限定在二 維内，其横向於形成裝置6 1基片6 0的可極化介電性材 料之表面。 一波導是可允許波穿過其長度（雖有衍射效應）且可 彎曲之任何结構。一光波導是由一相對於周圍媒介之折射 增加折射率的沿伸區所界定。波之導引或限制的強度決定 於波長、折射率差異或是導寬度。較強的限制通常導致較 窄的波型。波導可支撐多個光波型或單一波型，視限制強 度而定。通常，一光波型是由其電磁場二維幾何、極化狀 態、及其波長所區別。在一雙折射材料或不對稱波導中被 導引的波之狀態典型上是被線性極化，然而，通常極化狀 態可包含不平行極化分量及椭圓和未極化分量，特別是波 有較大的頻帶寬度。若折射差異折射率夠小（例如Λη = 〇·〇〇3)而且専之尺寸夠窄（例如W=4um)，導 將僅限制某一波長範圍之横向波型（最低階模式）。若波· 導是設在基片表面，使波導上下有折射折射率之不對稱， 在折射率差異或波導中有一斷開值，在這之下沒有波型之 限制。波導可設在一基片内（例如K體内擴散方式）、設 在一基片上（例如蝕刻出周_區域，或是塗上一層被覆並 -29- 本纸伕尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 裝 訂 絲 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局負工消費合作杜印製 Α7 Β7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（J) 蝕刻留下一條界定波導之條紋} ’設在基片中（例如將數 個加工後之基片層綁在一起）°在所有場合中’吾人所稱 波導為横向於基片。在波導中傳輸之光波型有之横向尺寸 係相瞄於所有的限制變數’不只是波導寬度。 基片最好是由鈮酸鋰所製之單晶，形成有二相反表面 63和65 (由晶圓厚度隔開）之晶片*相反之表面不需 要平行或是平坦。波導最好是由現行技術形成，例如_在表 面63上已退火之質子交換（APE)。另一種方式是質 子Μ外的離子也可在體内擴散或是離子交換到基片材料。 ΑΡΕ波導增加了晶髏非常折射折射率，Κ形成用於沿？ 軸偏振光之波導。對一 Ζ切割晶體而言，此對應於一 ΤΜ 極化模式。由不同技術形成之波導（例如在鋰鈮酸鹽中擴 散之鈦）可支持ΤΜ和ΤΕ極化。 波導最好被設計成僅支持一最低階單横向波型，以清 除與較高階波型之複雜度。高階横向波型之傳輸常數不同 於低階波型而且有較高的散射損失，在某些應用時可能造 成問題。然而，多波型波導對於某些應用是較佳的，例如 高功率傳輸。 另一種架構是藉施加壓力來激發光柵而非施加電場， 施加壓力間接上是相同的，其藉由壓電效應，所施加之壓 力產生一電場，因而改變區内折射折射率。然而，若是以 機械方式壓縮結構時，則不需要加能量來維持壓力。此一 方式，如其他所述者，也適用於本發明以下所述者。 -3 0 - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝. 、1Τ 絲 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） A7 B7 經濟部中央標率局員工消費合作社印製 五、發明説明（ 4 ) 1 1 I 一 但 決 定 波 導 之 尺 寸 然 後 產 生 波 導 用 之 光 罩 其 圖 1 1 1 形 係 以 眾 多 習 用 石 版 印 刷 加 工 中 其 中 一 者 而 轉 到 一 基 片 上 1 I 請 1 | 之 光 罩 材 料 0 光 罩 材 料 可 為 二 氧 化 矽 、 鉅 或 其 他 金 羼 、 或 先 閱 1 I 讀 1 其 他 抗 酸 材 料 〇 在 製 造 一 A P E 波 導 時 被 遮 蔽 之 基 片 材 背 1 ιέ I 料被浸在 — 融 解 b e n Ζ 0 i c 酸中 >λ 從 酸 中 交 換 晶 體 中 鋰 之 | 意 I 離 子 用 之 質 子 0 所 得 步 驟 折 射 率 波 導 可 在 3 0 0 下 退 火 事 項 1 I 再 1 I 數 小 時 以 使 離 子 擴 散 深 入 晶 體 中 並 產 生 一 低 損 耗 且 高 填 1 寫 本 裝 電 子 活 性 係 數 波 導 〇 頁 1 I 在 體 内 擴 散 及 離 子 交 換 式 二 維 波 導 之 外 亦 可 形 成 平 1 1 面 及 二 維 脊 狀 有 條 紋 之 波 導 〇 平 面 波 導 可 藉 在 低 折 射 率 華 1 1 片 上 m 積 電 子 活 性 材 料 用 於 製 造 波 導 之 m 積 技 術 可 為 習 1 訂 用 包 括 液 向 外 延 ( L P F ) 分 子 束 外 延 ( Μ B F ) 1 | 火 燄 水 解 •N 旋 轉 、 Μ 及 濺 射 〇 脊 狀 波 導 可 從 這 平 面 波 導 1 1 加 工 而 形 成 加 工 可 為 舉 升 ( lift- off ) 濕 蝕 刻 或 1 1 乾 蝕 刻 ( 例 如 離 子 反 應 蝕 刻 R I E ) 0 平 面 波 導 亦 可 用 於 1 .線 本 發 明 中 特 別 是 使 用 可 變 衍 射 向 離 開 光 柵 之 裝 置 〇 1 | 在 本 實 施 例 中 之 光 柵 6 2 係 垂 直 於 光 波 導 6 4 設 置 而 1 1 波 導 6 4 係 横 向 於 基 片 0 光 柵 係 由 第 一 型 態 區 6 6 和 第 二 1 1 型 態 區 6 8 所 組 成 其 不 必 延 伸 過 基 片 〇 例如 當 活 性 材 1 1 料 極 化 ( 藉 由 體 内 擴 散 或 離 子 交 換 ) 反 轉 區 6 6 典 型 上 1 1 1 延 伸 到 材 料 内 某 一 有 限 深 度 Ο 當 藉 著 VX 離 子 S 擊 或 U V 照 1 1 射 技 術 而 破 壞 材 料 電 子 活 性 ( 或 降 低 電 — 光 活 性 ) 而 達 成 1 I 極 化 也 可 以 形 成 部 分 區 〇 1 1 - 3 1 - 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） 經濟部中央標準局—工消費合作杜印製 Α7 Β7 五、發明説明（y) 光輸入光柵8 0入射到波導且耦合波導，耦合意指功 率從一區跨過某種一般化邊界（例如一界面）到另一區之 傳遞過程，或是在二平行或有角度之波導間，或在一平面 波導及一條紋波導、或在單波型及多波型波導管之間等等 。當光柵ON時，輪入光束的一部分係耦合回到一後向反 射輸出光束8 2。光柵之後向反射無需完全，意指光柵可 在相反方向幾度角範圍内反射光，波導攫住大多數之光而 且形成一完美的後向反射光束。後向反射的不完全造成後 向反射光束進入波導64時之耦合損失。當光柵Of f時 (當控制電場調整到0 f f位置，其中之折射率光柵有幾 乎為零之最小值，典型上是在零電場），輸出光束繼缠在 相同方向傳輸通過波導，K形成透射輸出光束84。在大 型裝置中，光柵之強度可隨著電壓源76變化，Μ控制二 輸出光束之功率比。 第一電極7 0與第二電極7 2面對介電性材料6 0之 相反表面，基片係介電性，因為其可Μ承受一施加電場而 不受損壞，但只要電流不負面影饗裝置性能，其不必是理 想介電體。電極可由任何導電材料形成。在此必須有一裝 置來建立通過使用第一電極结構之介電性材料之電場。 電極連接了 （形成光柵之）第一形態被極化的结構的 至少少兩個元件，亦即，由電極產生之電場穿透到至少兩 個元件。由是，這些元件可由電場觸動。線路可以任何材 料形成而且可有任何形狀，其在操作頻率之導電性足之允 -3 2 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） ---------^衣------1Τ------.^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（J) 許對電極充電，JW應付所需。線路可為圓形、平坦、同軸 電纜或是積體導引圖形導體而且可為電阻、電容器、半導 體或是漏介電體。 或者，電極可安排成任何方式，只要是允許電場被施 加跨越電子活性材料。例如，電極可交替設在基片的不同 層上而活性材料設在電極之間。這種架構使得可以低電壓 產生髙電場而且對可澱積在電搔材料上之非晶質活性材料 (例如二氧化矽及某些聚合物）特別有用。 被極化的结構6 2之深度最好比波導深，使波導64 與被極化的结構6 2之間的交互作用有在波導中之横向尽 寸及光柵之縱向尺寸。 圖4、5和6介紹另一種電極架構，其中電極係裝設 在介電性材料1 89之共同面，這些架構對本發明中使用 波導1 8 0以導引光束之實施例特別有用，因為共面電極 構造允許低電壓時有高電場。這些電極構造對光柵1 8 2 之低電壓控制有意義，因為電極靠近横向於光柵之波導段 。在圖4中所示之電極架構1 86中，一第—電極丄7〇 和一第二電極1 72在同一面面對介電性材料，即使平面 是較大幾何形狀彎曲部分，逭些電極也是稱為在同一平面 上。第一電極係設在包含數個光柵元件之波導部分的上方 ，每一元件包括一第一型態區i 84及一第二型態區丄8 5之交替區，第二電極係設在第—電極周圍。電極沿波導 之距離在沿波導軸方向大约不變，以使沿波導軸有所需之 -33- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4说格（210X297公釐） (請先W讀背面之注意事項再填寫本页) .裝. 訂 314602_五、發明説明（u) A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 均勻電場。電極間隔可改變K削弱電場強度，如圖6中之 裝置1 8 8所概示者。在如圖4中所示之二極之間連接的 電壓源1 74可在電極之間產生電場，電場向量1 7 6之 最大分在電子活性波導區內垂直於材料表面。對於一 Z切 割锇電性晶體（例如鈮酸鋰）而言，此電場结構觸發最大 電一光係數r 33， 建立用於+ M極化光束之折射率改變 。對於施加電場為1 0 V/wm及在鋰鈮酸鹽中之波長為 1 . 5wm之光束，第一光柵之強度為40 cm -1。 對每一電極结構而言，需要將電極連接到電壓源之装 置1 78，為了形成此裝置，在裝置的電極之間K及電位 源端子之間有一電氣連接之電線。在所有霄極架構中，每 一電極典型上有一區或墊片或是接點K供電線接觸。墊片 之尺寸最好大得足K降低電子連接裝置之裝設公差，以便 於结合。然後’電線以接線技術（例如超音波、加熱或導 電性環氧基樹脂）連接到墊Η。或者，可將一受彈簧作用 之導電片直接與電極接觸，Μ連接到電壓源。在圖形中， 典型上電極足夠大而且本身作用為連接墊片。 共面電極结構的另一種實施例1 8 7見於圖5，其中 第一電極1 7 1和一第二電極1 73係設在光波導之任一 側。當電位以此方式施加跨越二電極，電埸向量1 7 7之 最大分量平行於基片表面。對於一 Ζ切割鐵電晶體而言， 建立用於Τ Μ極化光波之折射率改變及施加電場之電光係 數為r 3 3 °對於施加電場為1 Ov/jum且在鍵鉱酸强 -34- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） I I I — I I I 扣衣 I n I I n 絲 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ^14602 A7 B7 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 五、發明説明（e) 1 1 I 中 之 波 長 為 1 5 U m 之 光 束 而 第 — 階 光 柵 耦 合 常 數 1 1 1 為 1 2 C m - 1 C 1 I 請 I | 或 者 對 於 T E 波 導 而 言 活 性 電 — 光 係 數 被 切 換 iik 先 閲 1 I 讀 1 用 於 二 種 架 構 Ο 對 電 場 向 量 垂 直 於 晶 片 表 面 者 而 言 適 當 背 1 量 之 1 之 係 數 為 r 1 3 同 時 對 電 場 向 平 行 於 晶 片 表 面 者 而 | 意 I 言 所 用 之 電 — 光 係 數 為 r 3 3 〇 同 樣 的 狀 況 適 用 於 X 或 蓽 1 I 再 1 I Y 切 割 或 中 間 切 割 者 0 填 寫 本 裝 圖 5 中 架 構 的 —" 種 變 化 為 電 極 係 不 對 稱 安 排 使 得 其 頁 S__^ 1 I 中 — 電 極 幾 乎 覆 蓋 波 導 1 8 0 而 另 一 電 極 係 設 置 在 側 面 0 1 1 在 此 種 架 構 中 在相鄰電極邊緣下感應之強垂直電場係強 1 1 勢 地 穿 過 在 其 中 一 電 極 下 之 波 導 區 0 1 訂 1 I 在 圖 6 之 中 電 極 1 7 5 和 1 7 9 與 錐 狀 的 中 央 電 極 1 8 1 隔 開 〇 當 施 加 一 電 壓 通 過 這 些 電 極 此 架 構 產 生 —* 1 I 錐 狀 電 場 強 度 強 電 場 朝 向 右 而 弱 電 場 朝 向 左 〇 \s 錐 狀 // 1 1 意 指 任 何 變 數 從 一 值 到 另 一 值 有 不 特 定 的 空 間 變 化 不 管 1 線 變 化 是 線 性 或 是 單 一 性 變 數 可 為 間 隙 寬 度 、 密 度 \ 折 1 I 射 率 厚 度 負 載 循 環 等 等 〇 在 朝 向 波 導 1 8 〇 左 方 的 極 1 1 區 中 引 起 的 折 射 率 改 變 比 朝 向 右 方 所 引 起 的 折 射 率 改 變 遷 1 1 弱 〇 這 也 許 有 用 例 如 獲 得 很 窄 的 頻 市 寬 度 全 反 射 器 此 1 1 時 需 要 延 伸 交 互 作 用 區 之 長 度 0 在 非 垂 直 入 射 角 裝 置 中 9 1 1 | 如 圖 7 和 圖 8 中 所 示 其 錐 狀 也 許 可 用 以 將 —* 特 定 的 輸 入 1 i 波 形 最 佳 地 耦 合 到 一 特 定 輸 出 波 型 〇 1 1 在 所 有 電 極 架 構 中 所 施 加 之 電 壓 範 圍 可 從 — 常 數 值 1 I - 35 - 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210Χ：297公釐） ^ί46〇2 Α7 B7 經濟部中央橾準局員工消費合作杜印製 五、發明説明（#) 到一快速變化的信號或脈衝信號且可在二電極間施加任一 極性。電壓值之選定是遴免突然損壊應用中之電子活性材 料及周圍材料。 當施加一持鑛電場通過材料（例如鈮酸鋰），在電極 處之電荷聚集随著時間增長可造成電場強度之直流漂移。 藉由有時變換電壓源之極性可消散電荷，使電埸強度回到 其全值。若是平均時時間電埸趨近於零，淨電荷漯移也將 趨近於零。對於漂移靈敏的應用而言，必須小心地降低材 料的光折射霉敏度（例如藉由氧化鎂之體内擴散而且在沒 有直流場下操作。 < 表層有用於預防電場斷損K及與電極間之光接損耗。 對於波導裝置而言損耗尤其重要，因為光束在表面上或表 面附近傳輪，同時，當相反極性電極設在同一表面時，斷 損最重要。這點也適用於活性材料之極化和電-光切換。 在同一表面的二電極間之電埸的最大向量分量平行於材料 表面。斷損問題及光損問題可藉由在導引區與電極間澱積 一層有高介電強度之透光材料而大大降低，二氧化矽是一 種好材料。由於二電掻間之表面上方及本身的空氣中也可 能發生斷損，在電極頂部也可澱積一層類似之高介電強度 材料。 圖7和圖8揭示電控選頻波導耦合器。在圖7中，一 對二維波導横向於一介電性材料的一面且有一夾角1 1 8 來製造T形结構，形成三通裝置。由第一型態區1 〇4和 -3 6 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) :裝. 訂 314602 五、發明説明（β) 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 第 二 型 態 IS 1 0 2 所 組 成 作 用 區 ( 由 在 二 波 導 中 之 導 有 — 夾 角 0 在 交 互 作 用 専 中 之 最 大 折 射 率 變 化 9 造 ( 藉 由 體 内 擴 散 離 子 上 述 情 形 0 在 另 種 方 式 最 方 便 者 為 圖 8 中 所 示 之 區 中 之 最 大 折 射 率 麥 化 為 其 為 不 需 要 者 〇 光 柵 之 周 相 位 匹 配 是 由 在 光 懦 頻 帶 第 — 波 導 中 之 合 規 頻 帶 輸 出 光 束 1 1 4 的 团 取 佳 耦 合 開 光 柵 之 角 度 在 此 時 9 面 中 之 光 柵 區 邊 界 0 — 輸 入 光 束 1 1 2 入 1 0 6 內 > 第 — 電 極 1 2 材 料 的 同 — 表 面 > 當 — 個 壓 源 1 2 4 切 到 〇 N 時 > 電 場 0 電 場 藉 由 電 — 光 效 將 由 第 — 波 導 來 之 合 規 頻 成 一 反 射 輸 出 光 束 1 1 4 向 下 傳 輸 到 第 一 波 導 段 ， 1 1 6 〇 或 者 9 在 波 導 中 之光柵1 0 0係在二導間之交互 光波型所共同佔據之體積）與二 區之最大折射率變化最好等於波 若T形结構在一個步驟即完成製 交換、蝕刻等等）的話，即完成 中是在後續步驟中制定二波導； 交叉波導管形狀，在其交互作用 在波導中之折射率變化的兩倍， 期性和角度之選定使反射過程之 寬度内之虛光子動量完成。為了 入光束與第二波導108中之輸 ，輸入光束的入射角等於衍'射離 二導間之分角線係垂直於波導平 射第一波導1 0 6且耦合到波導 0和第二電極1 22設在介電性 K導體1 2 6連接到二電極之電 在波導間之交互作用區建立了 ~ 應控制了交互作用之光柵強度， 帶光束耦合入第二波導管，K形 。當光柵OFF，輸入光束繼嫌 在很小損耗下形成透射輸出光束 可使用反向傳輸光束，使輸入光 -37- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4現格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 訂 線 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（八） 束進入第二波導1 0 8而且藉由與光柵之交互作用而被切 換進入輸出波導1 06。 在單波形糸統中，光柵強度在空間中K非均勻方式分 佈，使進入波導1 06之低階高斯波被耦合到波導1 08 之低階高斯波。藉調整電極形狀、電極間隙及光柵負載循 環而調製其光柵強度。光柵頻帶寬度可由數種習用技術加 強，例如線性調頻脈衝、相移與使用多周期结構。 耦合區之尺寸受限，在圖7和圖8之形狀中是波形重 叠的導間之交互作用區之尺寸。為了得到用於一給定電場 強度之淨高交互作用強度，有必要加大波導的尺寸，以彥 生較大的交互作用。然而，若大型波導為多波型，則在某 些塌合不適合。若使用絕熱膨脹和收縮，可同時獲得大交 互作用區及單波形波導。輸入波導1 0 6開始是一窄波導 而且當逼近交互作用時其寬度增加。輸出波導1 08交互 作用之寬度大，以攫取大部分的反射光而且往下絕熱地錐 狀回縮到一窄波導。輸入和/或輸出波導之絕熱縮小觀念 可適用於本文中所述之交互作用。 請參閲圖8，二波導1 36和1 38之夾角1 58用 W製造X交接區以形成四通裝置。此裝置為多功能波導開 關’因二切換操作同時發生（光束1 42進入光束1 46 和148而光束144進入光束148和146)。由第 —型態區1 34和第二型態區1 32所組成之光柵1 30 係在二波導間之交互作用區内與二波導有一夾角。光柵角 _ 3 8 _ 本紙伕尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐〉 扣衣 訂 綠 (請先M讀背面之注意事項再填寫本頁) S14602 A7 B7_ 五、發明説明（4 ) 度之選定使二波導間之分角線垂直於在波導平面之光柵區 邊界。 第一輸入光束1 42射入第一波導1 36且耦合到波 導1 36而第二輪人光束144耦合到第二波導1 38。 第一電極1 5 0和第二電極1 5 2設在介電性材料的同一 面，當連接在二電極間之電壓源1 54切到ON，在波導 間之交互作用區建立了 一電場，此電場藉由光電效應控制 交互作用區中之光柵強度。當光檷ON，第一輸入光束的 合規頻帶分量的一部分從第一波導耦合到第二波等，因而 形成第一輸出光束1 4 6。同時，從第二波導來之第二輸 入光束的合規頻帶分量的一部被耦合到第一波導，以形成 第二輸出光束1 48。此外，此二光束之帶外分量Μ及合 規頻帶光束未切換之分量繼績往下在波導内傳輸，以形成 適當輸出光束之額外部分。由是，對於有多光頻分量之二 光束而言，在二輸出光束之覃頻分量可在二輸出光束間切 換。 波導可僅為一段，此時它被連接到設在基片外或是與 同一基片一體之其他光元件。例如，波導段可連接到泵雷 射（pump lasers)、光纖、交叉波導、其他 可切換光柵、鏡射裝置、K及其他元件。一交叉波波専開 翮陣列應包含一光切換網路。 在圖9中揭示了另一種波導耦合開闞實施例，光柵之 區壁現在是設置成不垂直於晶體1 58之表面1 57 ,使 -39- 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) Μ规格（2丨0 X 297公釐） ---------^------II------M (請先Μ讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 經^-部中央標率局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（4) 波導1 6 0中之輸入光束1 5 9被反射出晶體平面之外， K形成一反射輸出光束1 6 1 。如同前面，未反射光束繼 續經由波導傅輸，以形成透射輸出光束1 62。透光的第 一電極16 3 (可由絪錫氧化物所組成）被設在介電材料 1 5 8旳一表面上而且在光柵跨過波導之部分的上方。一 第二電極结構164 (其可為光吸性）係設置在材料上。 如同本文中所述者，第二電極可安排成以下任一種架構： 如圖7中環繞第一電極，或如醒2中設在材料1 5 8之相 反側，或如圖6中之錐狀结構。電極Μ二電線1 5 6連接 到一電壓源1 54，其控制合規頻帶入射光束在透射光求 1 6 2及反射光束1 6 1間之功率分裂比率。或者，電極 構造可為圖5中所示者，其中二電極可為不透明。 請再參閱圖9，區壁最好由鐵電晶體之電場極化所形 成而鐵電晶體係以與Ζ軸1 6 5夾一角度切割。因為電場 極區係優先向下往Ζ軸通過，Μ此技術使一角度切割晶體 極化，造成區邊界平行於Ζ軸，且與平面所夾角度相同。 晶體切割角度1 6 6最好為4 5。，使晶體平面中之光的 傳輸可反射出垂直於材料表面之基片之外（任何角度均可 使用）。圖9中所示之區為平面，但可以建構成更一般化 之構造。平面光柵將從一平輸入相前產生一平輸出相前。 若所示裝置係用來做為沒有波導的大型反射器，例如光束 是從外側入射，或波導在裝置之端部且波導端都與被極化 的反射器之間有一段距離。然而，在某些場合中，也許需 -40- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） ----------¾衣------ΪΤ------0 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局負工消费合作社印製 A7 B7 五、發明説明（”） 要從一準直束產生一篝曲輸出相前，有如某些需要對焦之 應用場合（例如從一磁鐵機讀取數據）。藉由在圖9中所 示之基片上表面成型一組鼙曲區，一組彎曲區可極化到材 料主體内，因為區轉換優先沿Z軸傳輸。因此，當由一電 場激發時，一組凹（或凸）區可被形成Μ建立一圓柱形鏡 片。楔形及更複雜體積结構與表面有一夾角者可Κ相同步 驟形成。 在另一種方法中，若極化技術使區邊界與Ζ軸夾角度 傳輸時，可使用Ζ切割晶體做為基片。例如，在由鋰鈮酸 鹽製成之Ζ切割晶體中之钛體内擴散產生三角形區，可用 於將光束反射出晶體表面。由體內擴散形成區相對於表面 之角度型上大約為30° ，使射入光柵之輸入光束將Μ與 晶體表面夾6 0°角而被反射出表面之外。然後，輸出光 束可以一稜鏡抽出，或在從頂面的内部全反射後從後表面 (可以一角度拋光）輸出。 所示之電極结構激發一Ε 3分量，Μ及Ε 1或Ε 2其 中一者。一Τ Μ極化輸入波1 5 9經歷一折射率變化，其 為非常折射率變化及一般折射率變化之驵合。圖1 〇中所 示者為可切換波導定向耦合器實施例。一第一波導2 04 實質上平行於一第二波導2 0 6—段長度，同時，光束彼 此靠近傳輸且在相似方向，其中央軸有移動，其中央軸永 遠不會共軸，使波導不會相交。然而，波導段在由耦合器 長度界定的位置相當靠近，使得二波導光波形之横向分布 -4 1- (請先Μ讀背面之注意事項再填寫本頁) 一裝- 訂 線 本紙張尺度適用中國國家標準（〇奶>人4規來（2)0父297公釐） 314602 A7 B7 經濟部中央標準局工消費合作杜印裂 五、發明説明 ( 1^0 ) 1 1 I 或 多 或 少 重 叠 〇 m 後 ， 二 波 形 之 傳 輸 至 少 逐 漸 消 散 地 耦 合 1 1 1 ( 即 其 係 幕 數 尾 部 重 叠 ) 0 波 形 場 之 逐 漸 消 散 部 分 為 在 波 1 I 導 請 1 1 高 折 射 率 區 外 之 幕 數 衰 減 部 分 〇 與 二 波 導 每 — 涸 的 波 形 先 閱 1 | 相 m 之 傳 輸 常 數 係 由 在 傳 輪 方 向 之 方 程 式 K 2 η η e f f 讀 背 1 1 面 I / 入 所 決 定 其中有效折射率r 1 ef f 為 真 空 中 光 束 對 傳 1 I 1 I 輸 群 速 ( g Γ 〇 U P V e 1 〇 C i t y ) 之 比 值 其 因 1 I 波 導 波 變 再 1 中 之 形 而 化 〇 r ef f 之 值 係 由 波 形 分 布 與 波 導 填 1 引 波 结 構 之 重 叠 所 決 定 〇 窝 本 頁 Λ 1 二 波 導 之 寬 度 最 好 不 同 而 二 波 導 中 之 波 形 傳 輸 常 數 也 1 1 因 此 不 同 使 光 柵 0 F F 時 波 形 間 之 耦 合 不 是 相 位 匹 配 〇 1 | ( 二 波 導 之 折 射 分 布 折 射 率 亦 可 調 整 以 產 生 不 同 傳 輸 常 1 訂 數 ) 0 當 光 棚 0 F F 在 第 一 波 導 中 之 輸 入 光 束 2 1 0 將 1 繼 續 在 該 波 導 中 傳 輸 形 成 激 發 第 一 波 波 導 2 0 4 之 透 1 1 射 輸 出 光 束 2 1 4 〇 當 光 柵 0 N 光 柵 補 償 二 波 導 之 傳 輸 1 I 常 數 差 異 使 - 波 形 間 之 耦 合 為 相 位 匹 配 而 且 一 條 合 規 頻 1 線 帶 輸 出 光 束 2 1 2 離 開 第 二 波 導 2 〇 6 0 為 使 耦 合 最 佳 > 1 光 柵 周 期 λ 之 選 定 使 二 波 導 中 之 傳 輸 常 數 差 異 等 於 光 柵 常 1 1 數 ( 在 容 許 誤 差 範 圍 内 ) 0 二 波 導 之 傳 輸 常 數 或 可 選 擇 相 1 I 等 使 光 棚 0 F F 時 二 波 導 管 間 發 生 耦 合 〇 此 時 將 光 柵 1 1 1 轉 到 0 Ν 降 低 了 二 波 導 間 之 耦 合 0 1 1 光 柵 之 強 度 決 定 耦 合 常 數 ( 界 定 二 波 導 耦 合 程 度 ) 〇 1 1 二 波 導 交 互 作 用 之 長 度 功 率 在 波 導 間 正 弦 波 往 返 傳 1 I 輸 使 耩 合 首 先 從 第 一 波 導 到 第 二 波 導 然 後 回 到 第 — 波 1 1 | - 4 2 - 1 1 1 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨0X297公釐） 經濟部中央標率局貝工消费合作杜印製 A7 B7 五、發明説明（w) 導。在特定波導波形中有最大功率的二個位置為大眾所熟 知之親合波導脈動長度（beat length)，此 脈動長度取決於光柵之強度。 第一電極220與第二電極222被設在材料表面， K建立通過光棚區2 0 2之電埸（當施加一電壓在二電極 間）。一電壓源226M—導電材料224連接二電極。 因此，光柵之強度Μ及二波導間之脈動長度由通過光柵之 施加電壓所控制。 二波導引器之傳輸常數非常依賴波長。由於虛光子之 動量主要或主波等地被固定（亦即其決定之變數在一應用 中不改變），功率僅在單頻附近被傳輸到第二波導而單頻 之頻頻帶寬度取決於耦合區之長度。視光柵強度不同，合 規頻帶輸入光束之可調整部分如同耦合輸出光束2 1 2般 離開第二波導，同時，輸人光束之帶外部分如同透射輸出 光束般與合規頻帶光束剩下部分一起離開第一波導。 二波形間之耦合可K數種方式電_光控制，包括改變 波型間之耦合強度、增加波形重叠或改變其中一波導之有 效折射率。如上所述之電一光控制耦合為最佳方法。為了 在二波導波形之間有效率地耦合，輸入光束往前散射，其 需要最小光柵周期。 或者，如上文中配合圖2所述者，耦合光柵可為永久 及切換光柵之組合，在此吾人詳述如何達成。在形成所需 的周期區後*基片可Μ化學蝕刻，以形成釋放光柵（re -4 3 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之：vi意事項再填寫本頁)

經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 314602 五、發明説明（c) lief grating)，其周期與被掻化的結構相 同。對於鈮酸鋰最佳材料而言，蝕刻可在沒有進一步光罩 步驟下完成，因不同型態區之蝕刻速率不同。舉例而言， 氫氟酸（HF)造成鈮酸鋰之—Z區蝕刻明顯快於+2區 (7 100X)。藉由將Z切割晶體浸在50%氫氟酸溶 液中，由第一型態區所組成之區被蝕刻，同時，由第二型 態區所組成之區尚未蝕刻。這一步驟產生永久辑合光柵， 其本身可用來在二波導間產生耦合。在施加電極後，被極 化的光柵可被激發Μ產生叠置在已蝕刻基片上之光柵上方 之折射光柵增g折射率。蝕刻深度可受控制，使永久蝕割 光柵引起之有效折射率改變可在電極在一極性激發時藉由 電一光引起之光柵所部分或全部補償，同時，折射率光柵 在另一激發極性為雙倍。因此生一推挽光柵，藉此光柵可 在一不作用狀態及一強作用狀態之間切換。 當已蝕刻區充滿高電-光係數且折射率近於基片折射 率之電光材料（例如聚合物或透光液晶），已蝕刻光柵也 有用。充填已蝕區最好往下延伸到光束内。當施加一電壓 通過已蝕刻充填區時，充填材料之折射率也是在波導其餘 部分周圍變化。 或者’二波導中波形重叠可電一光修改。舉例而言， 二波導間之區的折射折射率可K提高，此舉降低波導限制 並擴展個別波形朝向彼此的空間量以增加重叠。要實施此 方法’二波導間之區之極性與在波導横向的基片之極性必 -4 4 - 本紙張尺度適用中國國家橾準·（ CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) .裝 、11 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（汹） 須相反。若電極延伸跨越波導及中間區，施加霄壓將增加 波導間區域之折射率而且降低二波導間之折射率。波型限 制減少的结果增加了二波形之間的重叠及耦合而且必須小 心地不要在波導中引起不需要之折射或波形锅合損耗，其 可能發生在極區之邊緣。這些損耗可Μ降到最小，例如使 極區或電極形狀為錐狀，使波形變化係沿著波導管絕熱地 發生，以將反射降至最小。一絕熱變化意指與在有限速率 下發生之平衡維持過程相比較之下其改變非常之慢。在這 種埸合下，其係指與能量重新分配速率（由於波導中之衍 射之故且其維持光之波形特色到波導）相比之下其改變很 慢。 在二波導間改變耦合的第三種方法是改變波導間之相 對有效折射率。由是，波導之傳輸常數改變了，因而改變 了相位匹配狀態。此效應可藉由極化其中波導而最大化， 使電一光係數之信號相反於從另一波導來之信號。此時， 耦合光柵可為永久或切換光柵。第一電極覆蓋波波導及二 者之間的區域，同時可將第二電極設置在第一電極兩側。 二電極間施加之電場使其中一波導的傳輸常數增加，並使 另一波導的傳輸常數降低，因而使二傳輸常數差異最大。 光柵耦合過程在傳輸常數差異為特殊值時有最大效率。藉 由轉動施加電壓，相位匹配可調整到所需者。此效應可用 來產生一波長可調諧之漶波器。 圖1 0中之波導可不平行而波導不必是直的。有時， -4 5- 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 訂 線 314602 A7 B7 五、發明説明（J ) 若需要在空間上改變波導間之交互作用強度，可在空間上 調整波導之間隔。當然，這些修改可應用於下面所述之平 行波導實施例。 請參閱圖1 2和1 3 ，其所示者為控制反射光束分布 之交叉波導耦合器的另一實施例。在每一實施例中，由光 柵所覆蓋之區域並未延伸跨越二波導之交接區，要了解這 些光柵结構之動機請參閱圖1 1 。視其如何建構，功率親 合结構2 8 2可扭曲波形2 84之空間分布，其耦合入輸 出波導。在空間均勻地覆蓋大夾角（如90° )的二均句 波導間之整個交接區2 8 0之功率耦合器將產一輸出光求 分布，例如不對稱分布2 8 6。輸入光束在通過功率耦合 结構或光柵時，其功率降低。在直角交接場合，反射光束 近場分布（near field profile )匹配輸入光束中之單 一降低之功率。非對稱分布2 8 6在單波形结構中之缺點 為耦合功率只有部分留在波導中，大部分功率將從波導處 損失。 對於單波形裝置而言，其需要一结構將功率耦合到輸 出波導低階波形之高斯式空間構造2 8 8。為完成此一目 標，區2 8 2必須往外延伸到受波導引波形迅速消失尾部 而淨交互作用必須調製（以幾何形狀或空間調整功率耦合 光柵之局部強度）。画12和13揭示如何進行光柵之幾 何形狀安排。也可Μ在空間上調製功率耦合區2 8 2中之 光柵的"負載循環〃（藉由改變選定區中之光柵階數）而 -4 6 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） 裝------訂------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 五、發明説明 ( aS) 1 1 I 若 是 電 場 控 制 耦 合 場 合 下 則 是 使 施 加 電 場 強 度 為 錐 形 ( 1 1 1 如 圖 6 中 調 整 電 極 間 隔 或 是 在 光 棚 電 極 结 構 場 合 調 整 其 1 | 請 1 I 電 極 負 載 循 環 ) 0 光 柵 之 負 載 循 環 意 指 由 一 給 定 型 態 區 所 閱 1 I 讀 1 佔 據 之 每 — 周 期 之 分 數 負 載 循 環 可 隨 著 位 置 變 化 〇 背 1 | 圖 1 2 所 示 者 為 有 修 改 的 光 柵 结 構 之 裝 置 3 0 〇 其 之 | 意 I 中 光 棚 is 3 1 0 覆 蓋 二 垂 直 波 導 3 1 6 和 3 1 8 之 矩 形 交 事 項 1 1 再 1 | 接 區 之 部 分 而 非 全 部 0 當 光 柵 並 未 觸 動 輸 入 光 束 3 0 2 填 1 / 寫 本 裝 穿 過 波 導 3 1 6 Μ 未 偏 折 方 式 離 開 如 輸 出 光 束 3 〇 8 所 頁 '---- 1 | 示 〇 交 接 區 之 尺 寸 配 合 二 波 導 之 寬 度 3 〇 4 和 3 0 5 〇 在 1 1 交 接 區 中 任 一 點 的 功 率 耦 合 結 構 之 一 小 區 將 造 成 輸 入 波 Ψ 1 1 中 之 光 束 分 布 中 的 _ 給 定 横 向 段 與 輸 出 波 導 中 之 光 束 分 布 1 訂 中 的 — 給 定 横 向 段 之 局 部 耦 合 C 反 射 光 束 分 布 是 從 這 些 有 1 I 相 已 耦 合 分 布 之 傳 輸 總 數 所 建 構 〇 在 此 之 光 柵 區 3 1 〇 為 1 1 三 角 形 其 有 三 個 頂 點 3 1 1 Ν 3 1 2 及 3 1 3 C. 光 柵 區 1 1 形 狀 可 改 為 不 是 三 角 形 而 且 甚 lot» 部 光 柵 強 度 可 Μ 調 製 C 在 1 線 波 導 間 使 單 波 形 耦 合 特 性 取 佳 化 之 光 柵 區 的 正 當 形 狀 可 以 1 | 已 建 立 之 波 導 傳 輸 技 術 所 計 算 例 如 光 束 傳 輸 法 0 1 1 圖 1 3 描 繪 單 波 耦 合 光 柵 裝 置 3 4 〇 之 另 — 茛 施 例 5 1 1 光 柵 區 3 5 〇 為 雙 凸 形 其 中 在 角 隅 3 5 1 的 — 點 與 波 導 1 I 3 4 6 和 3 4 8 及 光 束 3 4 2 和 3 3 〇 共 用 而 相 反 的 角 隅 1 1 1 3 5 2 的 — 點 與 波 導 和 光 束 3 4 2 和 3 3 2 共 用 〇 這 種 结 1 1 構 的 優 點 就 是 在 光 束 中 段 的 功 率 大 部 分 被 反 射 光 的 密 度 1 I 在 該 處 团 取 高 因 此 在 二 波 導 3 4 6 和 3 4 8 間 之 低 階 波 形 1 I - 4 7 - 1 1 1 本纸張尺度適用中國國家標隼（CNS ) A4規格（210X297公釐） Α7 Β7 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 五、發明説明（α) 有較佳功率耦合。光柵區之最佳形狀也是由光柵之耦合常 數決定。 請參閲圖12和13，二電極間之距離可為一定（如 圖13所示）或可延一方向縮小（如圖12所示）。一電 壓控制源3 24M二電線3 2 6連接到二電極，因此可施 加一電場通過光柵區，以觸動其中一個電一光常數，並改 變輸入和輸出光束之間的耦合。 為便於介绍，圖1 2亦示出一錐狀輸入波導段28 7 及一錐狀輸出段2 8 9。一道輸入光束熱膨脹通過錐狀段 2 8 7M增加交接區，並因此增加光柵3 1 0而來之全尽 射。光柵可將膨脹光束2 8 5反射朝向輸出光束3 0 8。 若有需要的話，輸出波導也可Μ包括一錐狀段2 8 9，以 減少輸出光束之寬度。（或者，輸出光束之寬度可保持， Κ用於稍後之光束切換交互作用）。 光柵可延伸到二波導交互作用區之外，沿輸入波導管 延伸之光柵使交互作區之後之殘餘透射光得Κ從波導移去 ，典型上是進入輻射波形。延伸之光柵使切換陣列中之光 頻之間的串話（crossta 1 k)最低，其中之一個 別波等可有一個Μ上沿其長度傳輸之信輝頻道。 本發明特別構思者為調諧光柵之装置，圖1 4至1 7 介绍數種調諧装置。請參閱圖1 4，其所示者為一大型光 装置4 0 0，其中一垂直入射反射光柵之強度及中央波長 為由一單電壓源4 2 6所控制。此裝置由一成型被極化的 _ 4 8 _ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本页) .裝· 、-0 線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4说格（210Χ297公釐） 五、發明説明（〇/!) Α7 Β7 經濟部中央標準局員工消费合作钍印製 光柵區4 1 0所組成’其係由二電極420和422所電 光觸動而電極係設在材料相反表面而且由導體4 2 6連 接到電壓源42 6 °光柵之強度及中央頻率是由同時在二 電極間施加單電壓而調諧。光柵之平均折射折射率隨著施 加電場變化，造成與電場成正比之光柵中央波長之改變。 在一光柵的單周期中計算周期性光柵中之平均折射率，其 係將不同型態區中之加權折射率變化加起來。加權係數是 沿輸入光束4 04之光徑之每一型態區之實際長度4 1 6 和4 1 8。頻率調諧之狀況為加權值不等於零，使平均折 射率改變為電場之结果。 ♦ 折射折射率和由光束横斷之實際長度之積即為所熟知 之光程（optical distance)。（在波 導管中，折射折射率由折射有效折射率所取代）。若跨越 二型態區之平均光程大致上相等（在依應用需要所決定之 誤差範圍內幾乎相等），則在有二型態區之光梱|中得到__ 5 0%負載循環。平均值是取自眾多後鑛區中，w允許光 柵為線性調頻脈衝型、非闽期性、或其他一般型之可能性 。通常’區可有不同折射折射率以及不同電_光係、數。調 諧用之一般狀況是Μ在不同型態區中傳輸之實際距離來表 不’對於每一區而言，全光相前之變化是由光所傳輸距離 (乘>W2 π / Λ)而給定。然而，在相前中之麥化是由施 加電場、適當電-光係數及簧際距離（乘从2 π/λ)之 積而給定。波之折射折射率的平均麥化等於光波在材料中 -4 9- 本紙掁尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 、1Τ 線 A7 B7 314602_ 五、發明説明（J) 横過一段長度L (乘以A/2tiL)的所有區中之相位提 前變化的總和。平均折射率之變化δ λ/λ = δ n/n決 定了波峰交互作用波長之變化，在此结構中之光柵強度也 随著波長同時改變，但是此一同時變化可能不需要。此结 構可設§t成其操作點（調諧完成點）維持在足夠高之光棚 強度，以應用於跨越整個波長調諧範圍。或者，可使用一 獨立的調諧结構，如在下文中配合圈1 6和1 7所示者。 平均折射折射率之改變可由許多不同方法得到，其中 一種是随機非電一光作用區4 1 4與電一光作用區4 1 2 交替設置。電-光作用區是棰區而非電一光作用區可為P 機被極化的、無極或因輻射失能。由是，電場造成跨越光 柵之折射率的平均增加量Δη avg。在圖1 4中所示之隨 機被極化的構造中，Δη avg等於作用區4 12中之折 射率變化乘Μ負載循環之積而負載循環等於長度4 1 8除 以長度4 1 8和4 1 6之和。可利用此技術達到之調諧度 為λΔη avg / η (在—随機被極化的结構中），其中 入為光波長而η是材料之原始（有效）折射率。假設在鈮 酸裡中波長為1 . 55wm而電場為l〇V/wm，對於 一 50%負載循環结構而言其調諧範圍為1 . inm。 當輸入光束4 04是在光柵頻帶寬度中時，光柵將光 束锅合到一後向反射輸出光束4〇2 ;否則輸入光束形成 —透射輸入光束4 0 6。若二型態區有相同電一光係數但 極性相反時，如區轉化時，則其表現與5 〇%負載循環相 -50- 本紙伕尺度適用中國國家標準（CNS )人4说格（2丨〇><297公釐） <請先閱讀背面之辻意事項再填寫本頁) .裝

-1T 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製

五、發明説明 ( 叫） I I I 反 〇 在 後 面 的 例 子 中 » 平 均 折 射 折 射 率 沒 有 m 化 因 為 第 I I I —— 型 態 區 之 折 射 率 變 化 由 於 另 —· 區 之 折 射 率 變 化 而 抵 消 0 I | 請 I 5 0 % 負 載 循 環 區 可 逆 式 光 恤 懦 並 不 調 諧 其 中 央 頻 率 〇 先 閲 I I I I 另 一 種 在 區 可 逆 光 柵 中 改 變 平 均 有 效 折 射 率 之 方 法 為 背 I I 之 I 使 用 非 5 0 % 負 載 循 環 以 用 於 有 不 同 長 度 4 1 6 4 1 8 注 意 I I 之 搔 區 0 用 此 技 術 可 得 之 可 調 諧 度 為 ( 2 D 一 1 ) Δ η λ 事 項 再 I I / η 其 中 D 為 α 取 大 型 態 之 負 載 循 環 ( D > 0 5 ) 〇 填 寫 裝 本 I 例 如 以 7 5 % 負 載 循 環 而 言 波 長 λ 為 1 • 5 5 U m 9 頁 I I 鈮 酸 鋰 中 電 場 為 1 0 V / U m 者 其 調 諧 範 圍 為 0 5 4 ! I JU m 0 |ma 可 逆 光 ΗΤΠ 慣 也 比 第 二 型 態 lap 非 電 一 光 作 用 之 光 柵 華 I I I 強 〇 I 訂 在 圖 1 5 介 紹 了 使 用 相 同 平 均 折 射 率 效 應 之 波 導 装 置 I I 4 4 0 〇 在 此 場 合 中 在 光 柵 4 5 0 中 波 導 4 4 2 的 平 I I 均 有 效 折 射 率 随 施 加 電 場 變 化 造 成 光 柵 在 中 央 波 長 之 變 I I I 化 0 — 電 壓 控 制 源 4 4 6 被 用 來 在 第 ~* 電 極 4 6 0 和 第 二 I 線 電 棰 4 6 2 之 間 施 加 — 電 場 其 中 二 電 極 最 好 裝 設 在 材 料 I 同 -— 表 面 〇 平 均 有 效 折 射 率 可 藉 由 多 種 幾 何 形 狀 而 達 成 I I 包 括 非 電 — 光 作 用 區 或 有 — 非 5 〇 % 負 載 循 環 之 區 可 逆 光 I I 1 *ππ 權 C 當 輸 入 光 束 4 4 5 是 在 光 柵 的 頻 帶 寬 度 内 光 柵 將 光 I I 束 耦 合 入 — 後 向 反 射 輸 出 光 束 4 4 4 否 則 輸 入 光 束 形 成 I I 一 透 射 輸 出 光 束 4 4 6 〇 I I 在 波 導 4 8 0 中 加 強 光 柵 可 調 諧 度 的 — 個 方 法 是 將 第 I I I 二 電 一 光 材 料 4 8 2 叠 放 在 波 導 上 以 形 成 覆 蓋 9 覆 蓋 應 對 I I - 5 1 - I I 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) A4規格（210X297公釐） A7 \—/ /IV 明説 明發 、五 射 射 折折 射之 折蓋 其覆 使由 ’ 是 敏分 靈部 場有 電率 對射 且折 而效 明有 透均 為平 輸 ， 傳正 之修 中當 導適 波 Μ 在得 波率 ’ 是 數好 係最 光率 I 射 電折 之之 高蓋 适覆 片 〇 基料 比材 有好 應之 料蓋 材覆 二為 第做 〇 是 定物 決合 所聚 率和 射晶 折液 中 蓋 覆 在 分 部 大 束 光 引 導 波 受 使 率 射 折 之 區 引 導 波 。 近輸 接傳 押电 02 二 ο ο 第 9 5 之 4 極 上柵電 Η光一 基的第 在化若 被極。 2 被方 ο 越下 5 横之 極場蓋 電電覆 - 1 上 第加片 , 施基 中Μ在 例繞設 施環接 實所直 此 4 好 在 ο 最 5 極 極 電 由' 此 是 ， 須側 必 一 它任 , 4 示 8 所 4 6 導 1 波 圖在 如設 ’Κ 方可 上也 4 掻 8 電 4 。 導成 波製 在所 設料 接材 直光 是透 在及、 , 長 3 部波 1 頂央 5 蓋中線 覆之電 在柵二 設光用 係，利 6 中個 ο 例 一 5 施由 極實是 電本度 三在強 第。柵 1 方光 。上 〇 的極制 明電控 透 ~ 別 是第分 必及可 不導度 時波強 控 5 所 1 ο 5 rH' 5 4 源 1 壓 5 電線 一 電 第 二 之用 極利 電個 二 I 第由 和是 1 長 第波 到央 接中 埋之 而柵 4 光 1 而 5 制 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

*1T 經濟部中央標準局員工消费合作杜印製 構 结 柵 光 及 料 1 材 5 蓋 源覆 壓在 電設 二 都 第好 之最 極者 電 二 三 ， 第中 和造 - 構 第掻 到電 接種 連一 而另 制 控 所 Σ 在 但 度 強 柵 光 和 長 波 央 中 了 制 控 源 壓 電 單。 I 制 , 控 後地 之立 。 獨 身.非 本並 於，折 決近效 取接有 量當在 之相形 度率波 諧射引 調折導 可二波 之若受 到。後 達分然 可部， 料輸輸 材傳傳 蓋中中 覆蓋蓋 用覆覆 作在在 光束束 I 光光 電引% Μ 導 ο 波 1 受則 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） 314602 經 濟 部 中 央 標 準 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 A7 B7 五、發明説明 ( ¢1 ) 1 1 I 射 率 之 平 均 變 化 等 於 覆 蓋 之 折 射 率 的 1 0 % 變 化 0 對 於 覆 1 1 1 蓋 折 射 率 變 化 為 0 1 者 其 該 階 之 可 調 諧 度 為 7 η m 0 1 1 請 1 I ΓΒΠ 圆 1 7 中 所 示 者 為 -- 單 «Β 脚 可 調 諧 光 柵 裝 置 5 2 0 其 先 閱 1 I 由 數 個 可 個 別 控 制 光 柵 5 3 0 5 3 2 % 5 3 4 所 組 成 0 讀 背 1 1 面 I 光 柵 串 聯 且 所 有 光 柵 在 輸 入 光 束 5 2 2 前 進 光 束 5 2 3 冬 1 I I 及 反 射 光 束 5 2 4 之 路 徑 上 〇 结 構 中 每 一 個 別 光 4m 憎 在 — 小 事 項 I I 範 圍 内 可 連 鑛 調 諧 在 圖 1 7 中 的 每 — 光 柵 有 第 — 電 極 5 再 填 % }/ 4 2 和 第 二 電 極 5 4 4 二 電 極 係 以 電 線 連 接 到 —— 電 壓 控 本 頁 衣 1 制 網 路 5 2 2 Ο 這 些 光 柵 每 次 有 — 個 可 切 到 0 N 使 得 在 1 1 一 小 傳 輸 頻 帶 中 每 次 只 有 — 個 波 長 被 反 射 或 者 多 個 % 1 I 柵 可 同 時 切 到 0 N 以 產 生 可 程 式 化 之 濾 光 器 其 中 央 波 長 1 1 訂 和 頻 帶 寬 度 可 分 別 控 制 0 光 柵 本 身 可 有 上 述 之 變 化 實 施 > 1 包 括 在 每 一 光 4m 憤 中 可 有 多 周 期 0 1 1 此 结 構 可 裝 在 整 體 中 或 是 做 為 一 波 導 裝 置 在 後 者 之 1 1 場 合 —— 光 波 導 5 2 8 被 設 在 基 片 上 使 波 導 與 有 極 光 柵 1 1 織 交 接 〇 極 區 5 3 6 可 僅 延 伸 穿 過 波 導 但 不 需 要 延 伸 穿 過 材 料 0 二 電 極 最 好 ( 為 了 有 較 高 電 場 強 度 ) 是 如 波 導 般 m 1 1 積 在 基 片 同 一 表 面 而 所 有 光 柵 的 第 二 電 極 可 如 圖 所 示 般 連 1 I 接 Μ 降 低 電 子 接 點 數 巨 〇 1 1 或 者 個 別 可 編 址 光 柵 结 構 可 為 一 整 體 裝 置 其 中 之 1 1 波 導 5 2 8 省 略 而 極 區 5 3 0 5 3 2 和 5 3 4 是 最 好 製 1 | 造 成 有 足 夠 深 度 >1 便 與 傳 輸 光 波 形 重 叠 0 然 後 控 制 每 一 1 I 光 柵 之 二 電 極 設 在 材 料 相 反 表 面 最 佳 位 置 以 使 電 場 穿 透 I 1 - 53 1 1 1 本紙伕尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） S146Q2 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明 ( 1 1 1 最 佳 如 面 画 2 中 所 示 用 於 單 光 柵 者 0 由 二 電 極 間 電 場 離 散 1 1 1 所 引 起 之 相 鄰 光 柵 交 互 激 發 可 藉 由 將 光 柵 — 電 極 群 隔 開 到 1 I 請 1 I 可 與 基 片 厚 度 相 比 之 範 圍 或 是 藉 由 增 加 交 替 固 定 電 位 電 極 先 閱 1 | 讀 1 而 降 到 最 低 〇 背 Ϊ& 1 1 另 —^ 種 調 諧 光 柵 的 方 法 是 改 變 作 用 材 料 之 溫 度 0 調 諧 冬 1 | t 1 之 發 生 是 由 於 兩 種 效 應 熱 膨 脹 及 熱 光 效 應 0 對 不 同 材 抖 事 項 1 I 再 1 | 而 言 這 兩 種 效 應 任 一 種 都 可 優 勢 地 埶 感 應 ntl 諧 0 在 鋰 鈮 填 % 本 % 酸 鹽 中 較 大 的 效 應 是 熱 膨 脹 其 最 大 ( a 軸 ) 膨 脹 係 數 頁 1 I △ L / L 是 + 1 4 X 1 〇 - 6 V - 1 ( ) 且 共 通 軸 之 熱 光 係 1 1 數 △ η 0 / η 為 + 5 6 X 0 -6 -1 0 在 1 0 〇 p 1 1 溫 η 度 m 範 圍 中 這 兩 種 效 應 組 合 使 全 波 長 調 諧 範 圍 為 2 6 1 〇 訂 1 為 了 許 多 巨 的 之 故 有 需 要 建 立 有 一 般 化 頻 率 内 容 之 1 1 被 極 化 的 光 柵 0 例 如 可 能 需 要 多 交 互 作 用 波 峰 或 簡 單 之 1 1 加 寬 交 互 作 用 頻 帶 寬 度 〇 為 完 成 此 __. 巨 的 需 要 某 些 方 式 1 綿 來 決 定 對 應 於 包 含 所 需 頻 率 之 給 定 數 學 方 程 式 之 極 區 邊 界 I v | 圖 形 〇 圖 1 8 介 紹 在 包 含 任 意 相 移 之 單 頻 場 合 過 程 结 果 0 1 1 現 在 請 參 閱 圖 1 8 光 相 移 5 6 4 、 5 6 5 可 併 入 沿 一 正 1 1 弦 波 函 數 5 6 〇 之 — 個 或 多 個 位 置 變 化 其 波 長 结 構 i 1 I 此 函 數 之 中 間 範 圍 是 由 直 線 5 6 1 給 定 〇 圖 中 亦 示 出 對 應 1 1 I 之 方 形 波 函 數 5 6 2 其 有 相 同 相 移 ( Μ 典 型 極 化 過 程 得 1 1 到 ) 0 為 將 連 續 函 數 轉 換 到 方 形 波 函 數 5 7 2 ( 曲 線 1 I 5 6 〇 在 此 超 過 平 均 5 6 1 正 弦 波 ) 與 其 中 — 型 態 區 相 當 1 1 - 54 - 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 314602五、發明説明（为） A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 且區572 (曲線560在此處掉落 二型態區相當。方形波5 6 2之傳立 數5 6 0在低頻範園且在正強波頻率 同之頻率組成。這種方式可用於任何 布，只要是頻帶寬度並未超過載波頻 已相移光柵可在本文中所述之任 2所示，其中光柵22之區壁34的 形5 6 2所決定而不是周期函數。相 圈形之極化光罩所控制。 任意多周期光柵可使用類似技術 柵中的每一周期是K傳立葉系例（或 振輻之對應正弦波。所有波被加在一 合成波的正部（positive portion 而負部（negative portion )則與 置光柵之數目在原理上可為任何數目 可到達的尺寸所限制。 圖19介紹製造一叠置多周期光 種方法，其中掲示了二光柵波導结構 被極化的光柵5 8 2 , K及與一單光 用之永久釋放光柵5 84。在釋放光 了一層被覆5 8 8，Μ降低當受波導 部與金羼電極重叠時所發生之損耗。 所有元件最佳化之重要設計而且應施 -55- 到5 6 1之下）與第 葉轉換將與正強波函 諧波之下的轉換有相 塑態之一般化頻率分 率的一小部分。 何裝置實腌’例如圖 位置可由圖1 8之圖 移圖形可由併有所需 而特定化。出現在寒 整體），其為有所需 起以形成一合成波， )與一型態區相當， 第二型態區相當。叠 ，在實際上則由最低 柵裝置580之另一 ，其有一可換簞周期 束在一波導中交互作 柵584之頂部澱 引波形之迅速消 此被覆為本文所 加在每~電極结 積 散尾 述之 構與 {請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、11 绛- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） — 314602 A7 B7 經濟部中央標準局更工消费合作社印製 五、發明説明 ( ) 1 1 I 相 鄰 光 波 導 之 間 〇 在 本 文 中 所 述 所 有 元 件 的 電 極 上 方 設 — 1 1 1 被 覆 也 有 助 降 低 斷 損 之 機 率 〇 I 請 1 I 在 超 周 期 结 構 之 中 > 電 控 光 柵 是 由 — 對 電 極 6 0 2 和 先 閲 1 | 6 0 4 所 切 換 電 極 則 Μ 電 線 6 0 6 連 接 到 — 電 壓 控 制 源 讀 背 1 I 6 0 8 〇 第 一 電 極 6 0 2 最 好 在 波 導 上 方 中 間 而 第 二 電 槿 之 注 1 I 意 I 6 0 4 在 波 導 任 一 側 且 平 行 於 第 — 電 極 〇 此 裝 置 為 — 波 導 事 項 1 I 再 1 I 裝 置 型 式 其 有 —* 波 導 5 8 6 Μ 限 制 輪 入 光 束 5 9 0 、 透 填 寫 射 輸 出 光 束 5 9 2 與 反 射 輪 出 光 束 5 9 4 〇 本 頁 1 可 用 很 多 方 式 建 構 多 周 期 光 柵 结 構 0 舉 例 而 言 在 頻 1 1 譜 中 有 多 獨 立 波 峰 者 可 用 為 多 頻 率 回 饋 鏡 子 〇 併 入 正 確 1 | 周 期 於 進 行 製 程 之 單 光 mo 慣 中 可 達 成 二 操 作 ( 例 如 相 位 匹 配 1 訂 和 反 射 ) 0 最 後 一 例 光 柵 可 製 造 有 相 位 和 振 幅 組 成 俾 1 調 整 用 於 二 偏 振 波 形 上 之 相 等 效 應 製 造 — 對 偏 振 不 靈 敏 1 1 的 元 件 0 1 | 另 — 種 周 期 结 構 的 有 用 改 變 為 線 性 調 頻 脈 衝 周 期 0 沿 1 々令1 著 光 柵 结 構 長 度 周 期 可 Μ 逐 漸 增 加 或 降 低 使 中 央 波 長 1 從 光 柵 一 端 變 化 到 另 — 端 0 由 是 光 柵 之 波 長 頻 帶 寬 度 被 1 1 加 寬 超 過 — 常 數 周 期 光 um 懦 之 波 長 頻 帶 寬 度 0 跨 越 光 柵 之 線 1 | 性 調 頻 脈 衝 不 — 定 要 線 性 其 在 頻 率 空 間 ( 例 如 方 形 波 t 1 I 洛 倫 Η 型 L 〇 Γ e η t Ζ a η ) 中 之 不 同 波 長 反 射 分 1 1 布 可 達 成 取 決 於 線 性 調 頻 脈 衝 速 率 之 菱 化 〇 如 上 所 述 1 1 1 激 發 電 場 之 負 載 循 環 / 或 強 度 也 可 在 空 間 上 調 整 以 修 正 1 | 線 性 調 頻 脈 衝 光 4JQJ tnn 之 不 同 部 分 的 強 度 0 光 柵 之 負 載 循 環 如 1 I - 56 - 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家樣準（CNS ) A4说格（210X297公釐） A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（β) 1 1 I 有 需 要 可 Μ 光 罩 控 制 而 電 場 強 度 可 藉 由 調 整 電 極 間 隔 ( 見 1 1 1 圖 6 ) 而 控 制 〇 V. 1 I 請 1 I — 寬 頻 譜 可 調 諧 裝 置 可 設 在 包 含 二 分 開 光 柵 且 有 多 波 先 閱 1 I 峰 之 结 構 中 如 圖 2 1 和 2 2 中 所 示 0 圖 2 〇 介 紹 這 些 這 讀 背 1 1 I 裝 置 的 基 本 原 理 而 且 示 出 在 兩 個 這 種 光 柵 之 光 頻 函 數 下 冬 1 1 I 之 多 波 峰 梳 狀 透 射 ( 或 反 射 ) 分 佈 6 2 〇 和 6 2 2 〇 第 一 事 項 1 1 再 1 I 光 Hwi 懼 分 布 6 2 〇 有 由 第 一 周 期 6 2 6 所 隔 開 之 透 射 波 峰 而 填 % 第 二 光 柵 分 布 6 2 2 有 由 第 二 周 期 6 2 4 ( 與 第 — 周 期 稍 本 頁 1 I 有 不 同 ) 所 隔 開 之 波 峰 C 本 裝 置 的 主 要 構 想 是 使 裝 置 僅 在 1 1 由 二 曲 線 波 峰 之 重 叠 所 決 定 之 頻 率 ( 頻 率 V 1 ) 下 操 作 0 1 1 調 諧 係 藉 由 光 柵 彼 此 相 對 之 透 射 波 峰 梳 狀 調 諧 而 達 成 〇 在 1 訂 二 梳 狀 之 不 同 透 射 波 峰 在 相 對 頻 移 的 不 同 範 圍 中 將 彼 此 重 1 I 叠 使 組 合 光 柵 淨 透 射 單 獨 跳 躍 到 比 單 — 熱 調 諧 或 電 — 光 1 1 調 諧 所 達 到 的 波 長 範 圍 m 寬 之 波 長 範 圍 〇 在 圖 2 0 之 例 子 1 1 中 其 波 峰 間 隔 有 1 〇 % 之 不 同 若 第 一 光 柵 頻 率 增 加 了 1 頻 率 間 隔 6 2 6 之 1 〇 % 下 一 個 更 高 頻 波 峰 將 叠 置 造 TI | 成 有 效 頻 移 比 調 諧 量 的 十 倍 還 大 〇 1 1 圖 2 1 介 紹 本 裝 置 之 受 導 引 波 之 實 施 例 其 中 二 光 柵 I 1 6 5 〇 和 6 5 2 係 設 在 單 波 導 6 4 2 上 〇 輸 入 光 束 6 4 4 1 I 之 部 分 反 射 到 光 束 6 4 3 且 透 射 為 光 束 6 4 5 〇 第 一 電 極 1 1 t 6 6 6 和 第 二 電 極 6 6 8 設 在 第 — 光 棚 6 5 〇 周 圍 使 第 1 1 一 電 壓 源 6 6 2 連 接 到 觸 發 光 柵 之 電 極 0 第 三 電 極 6 6 4 1 1 和 第 二 電 極 一 樣 設 在 第 二 光 柵 6 5 2 周 圍 〇 第 二 光 柵 是 由 1 1 - 57 - } 1 1 本纸張尺度適用中國國家橾準（CNS ) A4規格（2丨0X29*7公釐）

A B7 明説明發 、五 -----, ίο 較示曲 在所之 。中中 制 ο ο 控 2 ΙΜ 所圖圖 ο 如據 6 , 依 6 造 〇 源溝器 壓峰射 電波反 二多諧 第 一 調 之為躍 極柵跳 霣光率 三 一頻 第每一 和，成 二中形 第例置 到施裝 接實此 埋佳而 射级 照 ’ 射此 入因 有。 所 } 射高 反很 要射 主透 以其 器狀 射梳 反之 頻率 寬頻 成隔 構間 建等 係了 柵除 光 ί ’ 率 線頻 了成 除排 ， 安 率射 頻反 有之 所柵 的光 中 二 圍若 範 ο 率 頻 之 中 ο 2 圔1 射 V 反在 Μ峰 可波 柵射 光透 聯二

外 除 處 叠 I S 二率 於頻 等央 地中 要的 主柵 將光 譜一 光中 射其 透當 * ο 位積 相之 加 2 增 2 中 6 3 和 4 ο 6 2 束 6 光線 射曲 反射 在透 下 再 ’ 後 時然 諧， 調峰 在 谀調 的子 鄰電 相| 個為 1 做 下在 到構 躍结 ub CHE 翻種 將這 峰。 波推 射類 透此 單M 之 ， 1 個 合某。 複在敏 割測靈 分偵不 長只光 波成之 在做率 如可頻 例器他 , 收其 用接於 有。對 別者時 特用同 時所 ， 器中光 收統之 接糸來 諧訊進 通中 } 帶 Μ 頻 D 定 W 特 為 。 場m 電 η 的 5 柵· 光 ο 相約 反大 區為 之可 環移 循位 載之 負構 %结 5 柵 7 光 有則 若， , Ε 述 α 所 \ 上 V 如 ο (請先Μ讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部中央標準局負工消费合作社印製 中峰 構波 结率 之頻 帶別 頻個 ο 是。 ο 若 一 Γ-Η ， 之 許諧分 也調千 越續一 跨連的 在不隔 W之間 用圍率 可範頻 圍 Ε 於 範 η 窄 諧 ο 度 調 5 寬 鑛約之 持大 8 1 生 2 此產 6 透頻 ο 射 2 透 6 之 線 2 曲 2 中 6 ο 線 2 曲 圖有 在以 只能 率僅 頻施 光實 入之 輸置 若装 , 本 說則 來’ 例中 舉帶 頻 射 效帶 ) 頻 e 需 r 所 •1 種 ο 1 M何 ( 任 爾， 莫率 用頻 使央 是中 要之 主 2 中 2 其 6 ， 譜 構頻 结諧 柵調 光由 單藉 之 。 譜愿 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 314602 A7 B7 五、發明説明（d ) 均可選定，其餘則被反射。圖7中之T形结構在此時有其 效用：包含多頻組成之輸入光束1 1 2被光柵構造1 00 (建構成用於所述之調諧）分裂到單透射光束1 16 (其 可被偵測或其他方式處理）與反射光束114 (其包含所 有其他頻率組成）。光束11 4中所含之功率並未損失但 可定向到例如一通訊網路之其他節點。 其他變化可由基本结構組成，例如，圖2 0中之頻譜 是個別光柵之反射曲線而非透射曲線。在這種場合下，當 反射波峰頻率彼此對齊時，此结構係做為一干涉儀，其反 射性則依據反射波之相關相位。否則，複合结構之淨反射 主要為二個別结構之反射曲線之總和。 藉調整二光柵間之光徑長度6 5 3使二反射之相對相 位最佳化也許很重要，此相對相位可在二光柵入口 6 54 和655間使用電一光结構（如圖22所示者）來控制K 調整光徑長度6 5 3。對於一鈮酸鋰晶體及一輸入波長為 1 · 者，在光柵間之觸發距離至少要25〇wm， Μ調整二光束（最高為士 π)相對相位（使用Ζ軸施加電 場，強度為lOV/wm)。其中一光柵之強度（但非其 頻率）可在其電極施加電場而控制（若其光柵不是設計用 於調諧者（其折射平均折射率與施加電壓無關）。若二光 柵一起調詣，會造成窄範圍持纊調諧。對於電子激發的另 一種方式或補助，二反射之相位及光柵之尖峰波長可以對 晶片之熱控制或機械控制而一起變化。 -59- 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

*1T 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作.杜印製 五、發明説明 ( 诸） 1 1 I 圖 2 2 概 略 描 繪 二 光 柵 反 射 器 6 3 3 和 6 3 4 9 其 由 1 1 1 一 移 相 器 段 6 3 5 所 隔 開 » 並 形 成 有 — 特 徵 自 由 頻 譜 範 圍 1 I 請 1 | ( F S R ) 之 一 體 干 涉 儀 6 4 0 〇 ( 此 结 構 6 3 0 基 本 上 先 &9 1 1 讀 1 與 圖 2 1 中 之 結 構 相 同 » 但 增 加 了 移 相 器 段 f 其 由 可 激 發 背 & 1 I 横 向 於 波 導 6 3 6 之 電 _ 光 材 料 區 之 電 極 所 組 成 〇 ) 為 了 1 | t I 簡 化 吾 人 視 其 為 均 勻 單 周 期 光 柵 f 但 個 別 光 柵 通 常 為 更 事 項 1 I 再 1 I 複 雜 之 结 構 0 光 柵 可 被 固 定 或 由 m 子 觸 發 0 離 開 光 棚 之 反 填 寫 本 射 可 在 相 位 上 增 加 Μ 用 於 光 束 其 係 藉 由 在 參 考 頻 率 頁 1 I 下 將 電 壓 施 加 到 移 相 器 段 6 3 5 0 若 二 光 柵 之 頻 率 是 由 多 1 1 個 F S R 所 隔 開 在 第 二 頻 率 之 光 束 也 可 在 相 位 上 增 加 〇 1 1 由 於 F S R 是 反 比 於 二 光 柵 間 之 光 徑 長 度 光 徑 長 度 之 選 1 訂 擇 決 定 了 干 涉 儀 装 置 之 反 射 波 峰 结 構 之 密 度 〇 例 如 在 鈮 1 1 酸 鋰 中 由 2 0 〇 U m 距 離 隔 開 之 二 短 高 反 射 光 柵 可 有 由 多 1 1 個 1 η m 所 隔 開 之 光 柵 反 射 波 峰 〇 圖 2 〇 所 示 之 多 波 峰 结 1 1 構 6 2 0 或 6 2 2 每 — 個 均 可 實 施 做 為 一 個 積 體 干 涉 儀 〇 1 在 圖 2 3 中 所 示 之 雙 光 柵 Υ 形 接 頭 實 施 例 中 二 光 柵 1 6 9 〇 和 6 9 2 延 伸 跨 越 二 相 隔 之 波 導 6 8 2 和 6 8 4 〇 1 1 適 常 — Y 形 接 頭 有 — 輸 入 波 導 和 多 個 輸 出 波 導 其 在 同 — 1 I 平 面 上 或 在 — 空 間 内 〇 此 二 波 導 是 以 Y 形 接 頭 而 6 8 8 連 1 I 接 到 第 — 波 導 6 8 6 〇 在 光 輸 入 光 束 6 9 1 中 之 功 率 是 在 1 1 第 二 波 導 6 8 2 和 第 二 波 導 6 8 4 之 間 分 裂 使 輸 入 光 束 1 1 6 9 1 有 幾 乎 5 0 % 之 功 率 人 射 在 每 —* 光 束 上 〇 此 二 光 柵 1 | 可 有 一 簡 單 反 射 结 構 或 其 可 有 一 系 列 高 反 射 波 峰 〇 光 柵 1 | - 60 - 1 1 1 本紙张尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（0) 可為永久，或是可為電子控制調整，此時電極6 94和6 96被用來激發光柵。然後，一共用電極698被設置跨 越晶圓（或是在與波導同一表面上，且靠近其他電極，頻 Μ於圖21中所示者）。 波導二分支之相對光徑長度可由電極6 8 9調整而電 極6 8 9是設在位於一電-光作用區上方之波導上。藉由 調整電極689 (調整相位者）之電壓，二反向傳輸之反 射光束可被調整到有相同相位（若其在Υ形接頭會合）。 反射波形叠置並形成一波前分布，其可在中央部分有相位 不連鑛，視二波之相對相位而定。當组合波傅輸後，在谀 導區之光波形的空間集中被相移強烈影響。若其有相移， 則其分布形成一對稱波形，Μ有效地耦合到輸入波波導之 最低階波形，俾形成後向反射輸出光束6 9 3。在Υ形接 頭增加離相（out — of — phase)之二反射光束 將有很低之耦合進入波導6 8 6之任何對稱彼形（例如最 低階波形）。若波導6 8 6為單波型，此反射能量將從波 導被排除。由是，藉由調整具電極6 8 9之Y形中一臂之 光徑長度，可迅速地把反射從幾乎1 0 0%調整到幾近於 零之值。尤有甚者，若光柵簧施成在此所述之可調諧構造 其中一者之電子調諧式反射器的話，調製反射性質可移到 頻譜不同區。 請參閱圖24，其介紹使有被極化的光柵7 2 2之可 切換波導波形反相器7 2 0 ，波導7 3 0最好同時支持一 -6 1 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） (讀先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

314602 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 五'發明説明（ ^ ) 1 1 I 輸 入 波 形 和 一 輸 出 波 形 其 可 為 二 横 向 波 形 或 二 偏 振 ( 例 1 1 1 如 T E 和 T Μ ) 波 形 在 波 導 中 之 二 波 形 典 型 上 具 有 不 同 /«-—V 1 I 請 1 I 傳 輸 常 數 ( 其 由 波 形 之 有 效 折 射 率 所 決 定 ) 〇 光 柵 7 2 2 先 閲 1 I 是 由 電 極 7 4 0 和 7 4 2 所 激 發 二 電 極 係 以 接 點 同 時 支 讀 背 面 1 1 I 持 — 輸 入 波 形 和 — 輸 出 波 形 其 可 為 7 4 6 耦 合 到 電 位 源 之 i 1 1 I 7 4 4 〇 光 柵 周 期 Λ ( 7 2 4 ) 之 選 定 使 二 波 導 中 之 傳 輸 事 項 1 I 再 1 I 常 數 差 異 量 等 於 光 柵 常 數 2 π η / Λ 〇 當 光 柵 0 Ν 時 光 填 % 柵 補 償 二 波 導 傳 輸 常 數 之 差 異 使 二 波 型 間 之 耦 合 相 位 匹 本 頁 裝、 1 I 配 〇 光 柵 強 度 和 裝 置 在 光 柵 中 之 交 互 作 用 長 度 應 設 定 成 使 1 1 輸 入 波 形 功 率 流 入 輸 出 波 形 最 隹 化 0 電 — 光 係 數 ( 在 鋰 鈮 1 1 酸 鹽 中 為 Γ 5 1 ) 之 強 度 及 電 場 強 度 決 定 從 波 形 到 另 一 1 訂 1 I 波 形 之 功 率 轉 換 淨 速 率 〇 對 於 二 横 向 波 形 而 •X- 其 耦 合 取 決 於 光 柵 结 構 二 波 形 1 ! 之 空 間 重 叠 及 光 柵 強 度 C 二 波 形 可 為 對 稱 正 交 使 得 即 使 1 1 波 形 相 位 匹 配 在 - 對 稱 结 構 中 亦 無 反 相 0 在 此 埸 合 下 9 I 相 位 匹 配 结 構 本 身 可 做 成 不 對 稱 以 降 低 問 題 在 圖 2 4 的 1 較 佳 實 施 例 中 不 對 稱 可 經 由 激 發 被 極 化 的 结 構 之 電 場 所 1 1 建 立 C 電 場 之 垂 直 分 量 在 二 電 極 7 4 〇 和 7 4 2 中 間 逆 轉 1 1 信 號 0 最 好 是 將 電 極 安 排 在 波 導 中 央 使 不 同 對 稱 性 横 向 1 I 波 形 間 之 波 形 反 相 团 取 佳 化 0 當 耦 合 有 相 同 對 稱 性 之 横 向 波 1 1 形 時 其 倒 轉 為 真 現 在 相 位 匹 配 结 構 應 做 成 對 稱 性 以 使 反 1 1 相 I3t 取 佳 化 0 吾 人 也 可 使 用 數 種 不 同 方 式 〇 __· 種 三 電 極 结 構 1 1 有 一 電 場 對 稱 垂 直 組 成 及 不 對 稱 水 平 場 0 水 平 場 可 和 水 平 1 I - 62 - 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）'

A B7 \ί/ fc /ίν 明説 明發五 同 ί 不面 合平 耦轉 Μ 倒 ， 位 用相 使一 起有 一 可 1 構 之结 數的 係化 光極 I 被 電 ， 合者 耦或 稱場 對電 同平 不水 合為 耦時 可極 量 電 分 二 稱在 對’ 之場 場電 電直 中垂 其為 , 時 > 極 導電 。 波三 形分在 波平 ί 性要形 稱主波 對其性 之定 用給 作之 互區 交合 其耦 ’ 間 長形 波波 賴 二 依於 烈對 強， 數是 常由 輸。 傳 長 之波 形賴 波依 二 亦 於度 由長 動 脈 具合 合 ， 耦言 ， 而 敏度 番強 很柵 率光 頻定 對給 率一 功對 之 。 形度 波寬 二帶 第頻 到率 合頻 耦之 > 關 言相 而之 度與 長有 開響 離波 形 I 波第 出開 輸離 而分 形部 波餘 出其 輸束 ο 6 合入 耦輸 分時 部同 1*0 的束束 束光光 光出出 射輸輸 入合射 帶耦透 頻為為 規成成 例Κ , 得 形光 波偏 振交 偏正 Μ 二 Τ 之 和中 Ε 體 Τ 晶 合鋰 耦酸 可鈮 亦在 構使 結 1 之 5 示 r 所數 4 係 2 光 圖 I 電 如 波輸 二 傳 於率 等功 數使 常則 柵定 光選 得之 使數 定常 選用 之作 期互 周交 柵-光異 , 差 述之 所數 前常 如輸 〇 傳 0 合間化 耦形佳 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 散導 擴波 内波 體 I 鈦。 之者 形器 波換 Μ 轉 Τ開 和離 Ε 或 Τ 入 持進 支可 時均 同光 如偏 例 二 ί 於 導用 波被 I } 導 波 酸於濾 鈮用之 割可率 切 } 效 ζ Ε 有 在 Τ 很 , 之 一 導中為 波割做 換切可 交 Υ 導 子或波 質割振 之切偏 振 X 單 偏在種 ~ 是這 中或。 其 Μ 者 持 Τ 光 支之偏 僅中一 如片單 例基需 丨鋰僅 將舉 故。 之光 射偏 衍之 於引 由導 分波 成受 光下 偏留 之僅 誤中 錯導 。 波 光在 偏 ’ 他散 其消 於導 用波 Μ從 ’ 地 器速 波迅 本紙張尺度適用中國國家樣準（CNS )八4規格（2ΐ〇χ 297公族） Α7 Β7 〇146〇2 五、發明説明（tv) 例而言’質子交換式輸出波導7 3 1若有需要可僅波導引 輸人偏光或輸出偏光。此一裝置可做為有良好透射和吸光 之光調製器（若光柵耦合強的話）而且交互作用長度和電 場則正確地選定。有質子交換式波導之調製器將主要透射 所有正確偏光之輸入光’並產生耦合垂直偏光波形之相當 低之透射光。或者，輸入波導可為钛體内擴散，以在輸入 處接受任一偏光。形成二光束用之波導管折射率分布最好 類似，使T E和TM波形分布良好垂叠，並使耦合效率最 大化。 為了觸發r 5 1係數，沿晶體之γ軸或X軸施加電場 將達成適當電場之電極構造取決於晶體之切割。對於有沿 X軸定向波導之Z切割晶體而言，第一電極和第二電極可 設在波導任一側。或者，對一有沿X軸定向波導管之γ切 割晶體而言，第一電極可直接設在波導上，方而第二電極 則設在波導任一側且平行於第一電極。 由於光柵722中之極區可延伸通過一整體基片（例 如◦ · 5mm或更厚），圖24中之構造也可用於可控制 整體偏光轉換器。在此場合中，波導730並非必需，而 且電極係隨意地建構在被極化的材料整體薄板之任一側。 請參閱圖25，其描繪一切換光束波導向器700， 其包括Y形功率分解器7 0 2和横向波形轉換器7 0 4。 波形轉換器之工作方式類似於上述圖24中之横向波形轉 換器之工作方式。由人射到波導708之最低階（對稱） -64 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、-0 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 A7 B7 經濟部中央標準局貝工消費合作杜印製 五、發明説明 ( ) 1 1 I 波 形 轉 換 到 波 導 下 一 高 階 ( 不 對 稱 ) 波 形 之 能 量 轉 換 係 由 1 I 1 光 柵 结 構 7 0 6 所 相 位 匹 配 0 交 互 作 用 區 (波 導 及 光 柵 结 I I 請 1 1 構 重 叠 之 處 ) 之 長 度 和 強 度 之 選 定 使 得 其 可 將 輸 入 對 稱 單 先 閲 1 I 波 形 功 率 幾 乎 半 轉 換 到 一 較 高 階 不 對 稱 波 形 〇 此 外 在 讀 背 1 1 I 光 υτΠ 波 形 轉 換 器 段 7 〇 4 和 Υ 形 分 解 器 7 0 2 之 間 的 光 經 之 注 I 意 I 長 度 係 選 定 成 使 二 波 形 相 位 在 Υ 形 構 造 其 中 一 分 支 7 1 2 畜 1 I 再 1 结 構 性 增 加 在 另 — 分 支 7 1 3 則 破 壊 性 增 加 0 此 造 成 功 填 寫 k 本 率 優 先 定 向 進 入 有 建 設 性 干 涉 之 波 導 管 7 1 2 只 有 很 少 頁 1 I 的 功 率 漏 入 另 — 波 導 7 1 3 0 在 此 狀 況 波 導 7 1 3 中 之 1 1 1 任 何 反 向 傳 輸 功 率 主 要 被 排 除 與 在 波 形 耦 合 器 7 0 4 之 後 1 1 的 波 導 7 〇 8 之 反 向 傳 輪 功 率 之 耦 合 〇 此 裝 置 在 前 進 方 向 1 訂 形 成 一 有 效 功 率 定 向 器 在 相 反 方 向 則 形 成 — 介 電 结 構 0 1 I 藉 調 整 光 柵 波 形 轉 換 器 段 7 0 4 與 Υ 形 分 解 器 7 0 2 1 1 1 間 之 光 徑 長 度 可 能 將 輸 出 功 率 從 波 導 7 1 2 切 換 到 波 導 1 1 7 1 3 其 完 成 係 藉 調 整 用 於 最 低 階 波 形 和 較 高 階 波 形 之 ，嫩 相 對 光 徑 長 度 使 二 波 形 相 位 滑 移 為 η 在 波 導 7 1 3 中 1 I 產 生 建 設 性 干 涉 並 在 波 導 7 1 2 中 產 生 破 壞 性 干 涉 〇 現 在 1 1 可 用 電 壓 源 7 1 4 激 發 電 極 對 7 1 1 和 7 0 9 而 達 成 光 徑 1 1 長 度 調 整 段 7 〇 5 中 之 相 對 光 徑 長 度 調 整 藉 基 片 7 〇 3 1 I 中 之 電 — 光 效 應 而 改 變 電 極 7 1 1 下 之 折 射 折 射 率 基 片 1 I 7 〇 3 团 取 好 是 鈮 酸 鋰 ( 但 可 為 有 透 明 性 以 用 於 波 之 電 — 光 1 1 材 料 例 如 鋰 鉅 酸 鹽 、 Κ Τ Ρ 、 鎵 砷 、 絪 磷 硫 化 鎵 銀 Λ 1 1 结 晶 石 英 等 等 ) 〇 在 電 搔 7 1 1 下 之 波 導 管 7 0 8 之 傳 輸 1 | - 65 - 1 1 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4規格（2丨0X297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 S14602- _— _ 五、發明説明（w) 距離及激發電壓之選定使其允許二波形相對相位改變至少 所需之量。 光柵7 0 6可為Μ任一習用技術製造之永久光柵。然 而為使本裝置功能最佳化，在對稱波形和不對稱波形中必 須有幾乎相等之功率。在現行製造技術中很難有足夠控制 來達成此一目標，因此在光柵強度上需要一些調整，藉著 使用至少一些被極化的光柵區（由電極709和7 10所 激發）可達成其可調整度，電極係由功率供應源7 1 5所 驅動’且本身可被用來完成所需之波形轉換，或調整一組 合適的被極化的永久光柵之強度。 * 輸入波導7 0 8最好是一單波形波導，其併有一（最 好為絕熱）之錐狀70 1 ，以允許在横向波形耦合器與Υ 形分解器7 0 2之間波導引二波形。波導7 1 2和7 1 3 最好都是單波形。同時在本裝置中可使用任何階之波形， 只要其對稱相反，對於互連目的最需要的就是在輸入和輸 出引線與最低階波形作案。中間激發波形較不重要而且可 為例如一較高階反對稱波形。 圖26介绍一平行波導可切換諧振器75〇 ，其中— 輸入波導7 5 2沿一交互作用區7 5 3被耦合到一平行波 導754。光柵反射器755和756横跨波導754Μ 將在波導中傳輸之光向後反射。隔開之一對反射器和波導 7 54形成耦合到输入波導7 5 2之一體干涉儀。耦合區 7 5 3之長度和耦合區内平行波導管之間隔的選定使輸入 -66- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -s° £ A7 314602__ 五、發明説明（ 光束7 5 7的一所需部分是耦合進入波導7 54。耦合到 干涉儀结構754、755和756之光在反射器755 和756内諧振，且傳入二主要輸出頻道：在波導752 中之前進傳輸波7 5 9和反向傳輸波7 5 8。在干涉儀中 循環之功率的同一分量T傳到二輸出頻道7 5 8和7 5 9 的每一個。 至於任一干涉儀（有一頻率接收结構），其由在頻率 空間之多個波峰所組成且寬度視諧振器損耗而定且間隔等 於自由頻譜範圍。若輸入光束7 5 7之光頻匹配這些諧振 頻率之一，在干涉儀中循環之功率將達一值Pc i r c j 其由方程式 Pc i rc = P i ncT / (Τ + Γ/ 2) 2 所決定，其中P i nc為波導752中入射功率757 ， Γ是干涉儀之損失（不含連到波導7 5 2中之前進傳輸波 7 5 9和反向傳輸波7 5 8的輸出）且吾人先假設弱耦合 及低損耗。從干涉儀來之輸出耦合波（波導7 5 2中反向 傳輸者）形成反射波758。光束758中反射功率等於 共掁波峰，Pref=P i nc / (1+Γ/2Τ) 2。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 當丁>厂/2 ，基本上所有人射功率被反射。從干涉儀來 之輸出耦合波（其在波導7 5 2之前進方向傳輸者）與輸 入波7 5 7之未耦合部分不同相（在一空腔共振器上）而 且二光束破壞性干涉，產生一低振幅輸出光束7 5 9。因 為二光束有不相同之振幅，所Μ輸出光束7 5 9之殘餘功 率 Ptrans=Pinc / (1+2Τ / 厂） 2 不是 -6 7- 本紙張尺度適用中國國家橾率（CNS ) A4規格（210X297公釐） 14602 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（μ) 1 1 1 零 * 但 可 非 常 接 近 〇 若 是 耦 合 Γ 與 干 涉 儀 之 損 失 Γ 相 比 較 1 1 1 是 相 當 大 時 f 裝 置 之 透 射 大 大 地 被 抑 制 ( 若 Τ = 1 〇 厂 > 1 I 請 1 I 其 值 為 2 6 d B ) 0 然 後 此 结 構 在 由 F S R 隔 開 之 頻 率 梳 先 Μ 1 | 讀 1 齒 處 做 為 —«. 低 損 耗 反 射 器 0 背 ιέ 1 I 本 裝 置 可 藉 由 改 變 二 反 射 器 7 5 5 和 7 5 6 間 之 光 徑 之 1 | 意 I 長 度 而 切 換 電 極 7 6 1 和 7 6 2 被 設 置 以 產 生 跨 越 波 導 事 項 1 I 再 1 1 管 7 5 4 ( 在 鏡 子 7 5 5 和 7 5 6 之 間 ) 之 電 場 0 電 極 被 填 % J/ 本 —* 電 壓 源 7 6 3 激 發 經 電 — 光 效 應 而 改 變 電 極 7 6 1 下 頁 1 I 之 基 片 有 效 折 射 率 藉 此 改 變 鏡 子 間 之 光 徑 長 度 和 使 一 體 1 1 干 涉 儀 之 諧 振 移 位 〇 若 諧 振 位 移 大 於 諧 振 寬 度 或 入 射 光 束 1 1 頻 帶 寬 度 之 一 反 射 將 掉 到 零 而 透 射 將 升 到 1 0 〇 % 因 1 訂 為 在 干 涉 儀 中 循 環 之 功 率 被 壓 低 到 大 約 P η C Τ / 4 〇 1 I 光 棚 7 5 5 和 7 5 6 可 為 永 久 光 柵 或 是 由 電 極 激 發 之 1 1 被 極 化 的 光 柵 如 前 文 和 圖 式 所 示 〇 若 光 柵 7 5 6 為 一 被 1 1 極 化 的 光 柵 本 裝 置 亦 可 藉 由 轉 到 〇 f f 而 切 換 0 當 光 柵 1 输 〇 F F ( 亦 即 不 反 射 ) 入 射 波 7 5 7 之 損 失 等 於 耦 合 常 | 數 Γ 之 損 失 但 現 在 梳 齒 结 構 省 略 而 只 是 Μ 電 極 7 6 1 進 1 1 行 頻 移 0 在 二 操 作 波 形 間 之 切 換 函 數 之 差 異 可 為 很 顯 著 1 1 例 如 是 寬 帶 輸 入 信 號 在 此 處 有 必 要 將 反 射 切 到 0 f f 而 1 I 不 只 是 改 變 其 頻 率 0 對 一 單 頻 輸 入 光 束 而 言 反 射 可 藉 由 1 1 電 極 7 6 1 改 變 光 徑 長 度 或 關 掉 鏡 子 7 5 6 而 破 壞 諧 振 1 1 器 之 Q 因 而 均 勻 切 換 〇 然 而 若 鏡 子 7 5 6 之 反 射 性 維 持 1 1 不 變 9 只 有 干 涉 儀 之 頻 譜 被 電 極 7 6 1 移 位 一 寬 帶 輸 入 1 I - 68 - 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 ^___五、發明説明（θ) 波之其他頻率成分應被反射而此可能在某些應用中為高度 不需要者。 在干涉儀中建構之功率Pc i rc可為相當大（若Τ 和Γ很小）而且在某些應用中（例如第二代諧波器）很有 用*在此應用中，在鈮酸鋰基片中準相位匹配（QPM) 定期被極化的结構在鏡子7 5 6和交互作用區7 5 3間併 入諧振器中，（或者可能在交互作用區本身）。然後，干 涉儀其中一諧振頻率被調諧而與QPM倍頻器用之相位匹 配頻率相交。所建構之功率強化了裝置之頻率轉換率，因 為建構因子Pc i r c/P i nc之平方。在此頻率發生 之高反射也可將泵雷射入軌鎖定在所需頻率（若FSR夠 大使其他諧振波形不被同時入軌鎖定）。圖2 1和22配 合上文中所述線性一體干涉儀幾何形狀也可以用來完成相 同目的。 為了使干涉儀中反射器7 5 5和7 5 6之間建立的動 力最佳化，諧振器内之損失必須最小。圖2 6中耦合不能 是“阻抗匹配”，與習用整體建構空腔過程相類似，在此 處耦合到諧振器之輸入係被調整到藉由對入射光束未耦合 到空腔内之部分進行破壞性干捗而抵消，此為干涉儀透射 干涉波峰之狀況。如上所述，發生在此~體结構者就是透 射光束可幾乎被抵消，同時在耦合諧振器中建構功率，但 是出現一強反射波。反射波可在一環形波導结構中省略， 如圖27和28中所示。 -69- A7 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -Q·

*1T 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 314602 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明 ) 1 1 I 與 在 干 涉 儀 中 循 環 之 功 率 成 正 比 之 輸 出 7 5 1 可 被 帶 1 1 I 1 領 通 過 光 柵 7 5 6 ( 若 有 需 要 ) 或 是 通 過 光 柵 7 5 5 〇 1 I 請 1 I 在 圖 2 7 揭 示 三 臂 式 干 涉 儀 7 6 〇 其 有 一 輸 入 波 導 先 閱 1 I 讀 1 1 7 5 2 Ν —1 平 行 波 導 耦 合 區 7 5 3 、 環 形 諧 振 器 ( 由 二 個 背 1 個 器 之 1 波 導 段 7 6 4 、 7 6 5 和 7 6 6 組 成 ) 三 光 柵 反 射 注 | 意 I 7 6 7 7 6 8 和 7 6 9 〇 光 柵 反 射 器 7 6 7 被 設 來 最 佳 % 1 1 再 1 I 地 將 波 導 7 6 4 來 之 功 率 反 射 到 波 波 導 7 6 5 中 〇 在 一 單 填 % 本 波 形 系 铳 中 光 柵 ( 及 其 電 極 若 有 的 話 ) 之 空 間 構 造 設 頁 1 I 計 是 將 波 導 7 6 4 之 团 取 低 階 波 形 耦 合 波 導 6 5 之 最 低 階 1 1 波 形 0 光 柵 7 6 8 和 7 6 9 之 構 造 相 似 使 從 波 導 7 6 1 1 來 之 功 率 最 佳 地 流 入 波 導 7 6 6 然 後 流 入 波 導 7 6 4 1 1 訂 1 I 形 成 一 個 法 布 里 — 珀 羅 ( F a b Γ y — P e Γ 〇 t ) 諧 振 器 其 有 確 定 光 徑 長 度 、 F S R 、 光 損 係 數 、 以 及 有 輸 入 1 1 波 導 7 5 2 之 耦 合 係 數 Τ C 現 在 阻 抗 匹 配 為 可 能 而 且 其 1 1 元 成 是 當 耦 合 係 數 Τ 等 於 諧 振 器 之 全 程 損 耗 係 數 且 小 於 輸 1 線 出 耦 合 損 耗 時 ( 主 要 是 在 耦 合 區 7 5 3 ) 〇 若 — 相 位 匹 配 I 倍 頻 器 是 設 在 諧 振 器 中 在 諧 振 器 中 循 環 之 在 基 本 頻 率 光 1 1 束 外 之 轉 換 功 率 並 不 視 為 全 程 損 耗 中 的 一 項 損 耗 0 I 1 若 入 射 在 裝 置 上 之 輸 入 光 束 7 5 7 的 — 個 頻 率 等 於 二 1 1 臂 式 干 涉 儀 諧 振 — 頻 率 者 功 率 將 耦 合 跨 過 平 行 波 導 交 互 1 I 作 用 區 而 進 入 干 涉 儀 並 建 構 一 循 環 功 率 P C Γ C 二 P 1 1 i η C Τ / ( Τ + 厂 ) 2 〇 由 於 此 環 形 结 構 功 率 主 要 在 1 1 — 方 向 循 環 從 波 導 7 6 4 到 波 導 7 6 5 7 6 6 並 回 1 I - 70 - I 1 1 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 514602 A7 B7 五、發明説明（θ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 到波導7 6 4。從干涉儀到波導7 5 2只有單一輸出耦合 波而且它在前進方向傳輸。輸出耦合波與輸入波7 5 7剩 餘部分進行破壞性干涉，形成一微弱透射波7 5 9。在輸 出光束759中之透射功率P t r a n s是由下列方程式 給定：Ptrans = Pinc (1—Γ/Τ) 2，若厂 =T，其值為零，即為阻抗匹配狀態。在此埸合下，所有 入射功率流入諧振器。在阻抗匹配狀態下，二光束有相同 之振幅而透射功率掉到零。在光束7 5 8中基本上沒有反 射功率，在波導7 5 2中不連續處之反射可藉由良好設計 可使其最小化。 y 光柵7 6 7或其他光柵可建構一可切換光柵，此時干 涉儀之特性Q在光柵轉到◦ f f時被破壞，K消除整個流 齒结構，但留下一些光損耗（由於功率耦合到波導7 64 中）。一輸出光束75 1透射穿出光柵768及/或光柵 7 6 7 或 7 6 9。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製

圖28揭示一環形波導干涉儀770，如上述，輸入 波導752耦合平行交互作用區753中之波導772。 交互作用區7 5 3包括圖2 8中的一個光柵（雖然並不需 要）Μ強調光柵耦合在圖26、27和28中之干涉儀形 狀為有用選擇。波導7 7 2隨著一彎曲封閉路徑（有任何 幾何形狀，包括有交叉之電位多迴路），將由段753出 現之功率的一部分反饋到交互作用區7 5 3。如前述，電 極7 6 1和7 7 3被提供來允許光徑長度之調整及F S R -7 1 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（2丨0 X 297公釐） 經濟部中央標隼局貝工消費合作社印製 A7 _314602_5Z___ 五、發明説明（7〇 ) 之調整，雖然在此例子中是設在基片的同一面。一平直區 *? 7 1被提供，某些重要功能元件可依據干涉儀结構應用 而在區77 1内製造。若干涉儀裝置770是用於倍頻， 將倍頻结構嵌入平直區77 1 (例如環之77 1)有其益 處，但此設置必須將頻率轉換光耦合出環狀波導之外。 装置7 7 0在其他方面功能類似於装置7 6 0且裝置 760在基片上所佔據之表面區域較小，裝置770在干 涉儀中之光損耗比較低，尤其是其直徑為1公分或更大。 裝置760和770可做為倍頻用之建構空腔，其中 反饋到光源最小量。它們也可K在不後向反射下切換一給 定頻率之透射，在包括光學通信的應用中特別有用。 在WDM通信中，由其光波長所分開之通信頻道可承 載在同一條光纖。要偵側一頻道，在所需波長區之光首先 必須從定向到其他目的地之其餘頻道分開，此分開功能是 由一降頻滅波器（channe 1 droppingf i 1 ter)所執行。一降頻漶波器為一通信装置，其係 用於一波長分割複合（WDM)環境。在此需要藉由將頻 道承載於不同波長上而複合多個跨越單一透射光纖之頻道 。在此種系統中的一個重要元件就是一降頻濾波器，其允 許定向或偵測用之單頻道的抽出。理想降頻器主要將在有 良好吸光率之頻道中之光抽出，使得稍後在網路中會用到 之相同波長沒有不要之串話。對於帶外元件而言其介入損 失應很低，因為多個降頻濾波器可裝設在任何給定線上。 -72- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4現格（210X297公楚） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

經濟部中央標準局負工消费合作社印製 Α7 314602 Β7 五、發明说明（71 ) 最好它可切換’使一頻道在目的位置降低而且在通信结束 之後，頻道可繼缅通過該位置到另一目的。降頻濾波器之 對應為增頻漶波器，其將一頻道加入到一光纖中而不會引 起其他頻道中傳輸功率之明顯改變。透射和反射濾波器在 〔HL9 1 ，KH087〕中已有詳细分析。多種上述结 構可用於降頻滤波器，包括配合圖7、1 0、26、27 和2 8介紹之裝置。 圖7中之光柵耦合波導T形構造係一用於帶外元件之 低損耗降頻漶波器，與習用光柵相比，此種構造在串話上 有困難，因為帶外元件要達到9 9 · 9%之外耦合需要相 當長之光柵。本周期性被極化的光柵之耦合強度明顯優於 習用者，因其有能力Μ尖銳介面（整個延伸跨越波導者） 來使用較高階光柵而習用者則受限於淺波導來使淺光柵和 波導間之重叠最佳化而吾人可使用深度與寬度相同之低損 耗波導構造，因為吾人之光柵结構整個延伸跨越波導之深 度，這種结構可用來做為一增頻濾波器。 在圖1 0之裝置中，若光柵構造係豪斯（Ha u s) 等人在“窄頻帶光降頻漶波器”一文中所述者（J ·光波 技術第10卷：57 — 62頁，1992年版），其亦為 一降頻瀘波器。吾人在此設計之貢獻僅為被極化的光柵耦 合技術’其使得二波導間強烈耦合可在短距離内進行而此 舉減少了製造高效率之較高階光柵的困難。 装置750、760和770可做為降頻滤波器，其 -73- 本纸張尺度適用中國國家橾準（CNS ) Α4Β ( 210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本f )

JHAM2_ 五、發明説明（π) 經濟部中央標準局負工消費合作杜印製 Α7 Β7 係藉由將干涉儀之諧振調諧到要從輪入波導7 5 2抽出之 頻道的頻率。若積體干涉儀幾乎阻抗匹配，在諧振頻率的 所有功率主要是傳輸到干涉儀内。在圖2 7和2 8之環形 構造中，在波等7 5 2中之透射和反射功率可降低到任何 所而程度，使串話降到最少。與所需頻道相對應之光幾乎 從輸入波導中被抽出（降下），既不留下反射，也不留下 透射。在圖26之線性構造中，有些光損失到反射中，其 未明顯降低偵測效率，但可能在一通信網路中引起串話問 題。由光輸送之信號可被偵測，其係將一偵測器設在一波 導上方並耦合到波導中之光。或者，偵測器可耦合到其中 一輸出波導，例如圖26之754 ，圖27中之764、 765或766及圖28中之794。在裝置760之場 合，外耦合可藉調整諧振器光柵反射器767、768或 7 6 9之一，使循環功率的小部分向外耦合到波導（例如 用於輸出光束751者）之連壤部分。這些波導連壤部分 也可連接到其他裝置之埠，例如獨立裝置或一體設在同一 基片上者。在裝置7 7 0之場合中，在環形構造之平直段 77 1上可設一平行波導輸出耦合器（有無光柵均可）。 雖然循環功率只有部分可外耦合到這些埠，但由於干涉儀 中發生建構，缌外耦合功率可非常接近進入波導7 5 2之 頻道功率的1 00%。輸出功率出現在鄰近波導794 , 產生輸出光束7 5 1 。 環形構造在吸光率（當光分隔效率當時吸光率高）及 -74- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） (请先閲讀背面之注意事項再填寫本百)

314602 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明 ( 乃） 1 1 I 低 串 話 方 面 有 其 優 勢 這 是 因 為 它 們 可 被 調 整 到 幾 乎 有 移 1 1 1 轉 到 干 涉 儀 之 全 部 功 率 〇 所 有 的 干 涉 儀 裝 置 可 設 計 成 具 有 1 I 請 1 I 很 低 之 介 入 損 耗 9 VX 用 於 帶 外 光 束 〇 圖 2 6 — 2 8 之 所 有 先 閔 1 I 讀 1 裝 置 為 可 切 換 f 其 係 藉 由 移 相 電 極 7 6 1 7 6 2 ( 及 圖 背 ιέ 1 1 2 8 中 7 6 3 ) 〇 之 1 I I 如 上 述 光 徑 長 度 可 使 用 電 極 7 6 1 來 漂 移 積 體 干 涉 事 項 1 1 再 1 1 / 儀 諧 振 頻 率 而 調 整 > 所 需 頻 道 可 Μ 方 式 直 接 選 定 〇 或 者 9 填 本 裝、 可 使 用 上 逑 方 法 配 合 圖 2 0 2 1 和 2 2 敘 述 之 技 術 而 選 頁 1 | 定 多 頻 道 若 干 涉 儀 之 F S R 選 定 成 與 頻 道 間 隔 不 同 可 1 1 使 用 莫 爾 效 應 來 選 定 有 最 小 連 鑛 環 形 结 構 之 寬 間 隔 頻 道 0 1 1 ( 一 項 良 好 選 擇 就 是 使 F S R 等 於 頻 道 間 隔 加 上 頻 寬 之 數 1 訂 1 I 倍 而 頻 寬 是 使 頻 率 頻 帶 寬 度 與 干 涉 儀 諧 振 頻 帶 寬 度 缠 繞 而 得 〇 ) 1 1 在 结 構 7 5 〇 7 6 〇 和 7 7 〇 上 可 有 變 化 耦 合 1 1 區 7 5 3 可 做 為 上 文 中 配 合 卿 1 〇 所 述 之 光 柵 輔 助 式 耦 合 1 線 器 〇 此 有 其 優 點 在 被 極 化 的 光 柵 構 造 中 耦 合 部 分 T 可 1 Μ 調 整 〇 在 特 別 用 於 環 形 諧 振 器 設 計 7 6 〇 和 7 7 〇 中 » 1 1 可 調 整 式 耦 合 有 助 於 達 成 阻 抗 匹 配 0 在 另 — 項 變 化 中 9 電 1 1 極 可 設 在 基 片 同 — 面 > 如 上 所 述 > kk 獲 得 低 電 壓 激 發 〇 1 I 若 要 加 入 輸 出 光 束 7 5 9 中 之 信 號 被 帶 到波 導 7 6 6 1 1 或 是 經 由 波 導 7 9 4 耦 合 到 平 垂 段 7 7 1 > 圖 2 7 和 2 8 1 1 之 结 構 也 可 做 為 有 效 之 增 頻 m 波 器 ， 其 輸 入 交 互 作 用 最 好 1 1 有 阻 抗 匹 配 C 1 I - 75 - 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（ CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 314602 at B7 五、發明説明（灿） 現在請參閱圖2 9A，其顯示使用被極化的段8 0 6 之波導調製器/衰減器800，被極化的段806之功用 是（可切換地）選擇從輸入波導段802發出之光，並使 之進入輸出波導段804 (當切換到0N時）。在此裝置 中，一輸入光束被耦合到輸入波導8 0 2中。在輸入段和 輸出波導段804之間設有一被極化的806。輸入和輸 出波導段最好是永久波導，其何以任合標準技術造，包括 體内擴散和離子交換。被極化的段8 0 6最好為在一均匀 被極化的基片中之反向被極化的區，使其反射折射率基本 上沒區別而且因此當電場〇 F F時沒有波導效應。被極化 的段8 06為圖29A中所示之波導段。（或者其可有不 同何形狀，例如一凸透鏡结構、一凹透鏡結構、或可將光 在其中間許多元件中繼之複合結構，參閱圖29B)。藉 由施加一電場通過被極化的段8 0 6即使之0N，電場改 變了有掻段和周圍在之折射折射率。因被極化的段8 0 6 之極化方式（最好是反向極化）與基片材料不同，藉著施 加正確電場極性，可使被極化的段之折射率而相對於周圍 .材料增加’形成一波導管。波導之邊界内折射率可增加， 或是邊界上和邊界外之折射率可以減少，此係藉由將波導 鄰接或是波導排在同一軸上並調整被極化的段之寬度而達 成’使其横向波形分布最佳地匹配輸入和輸出波導8〇2 和8 0 4之波形分布。 當被極化的段0 F F ，輸入光束未限制在被極化的區 -76- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X29*7公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 -9- 314602 A7 B7 五、發明説明（K ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 内，使光束進入輸出波導段之前藉由衍射而實質上擴張。 若輸入波導段和输出波導段之間的間隔大於未波導引光束 之瑞利（R a y 1 e i g h )範圍，使得光束擴展到大於 輸出波導光束之大小者，只有一小部分輸入光束被耦合到 輸出波導段，Μ形成輸出光束8 2 2。藉由調整被極化的 段806相對於瑞利範圍的長度，在OFF狀態下被透射 的動力之量可被降低到所箱程度。 經濟部中央標车局貝工消费合作杜印製 被極化的段8 0 6之端的位置可相對於輸入和輸出波 導端部位置調整，以將由於不連鑛性所產生之損耗降低到 最小程度。由於永久波導有一擴散邊界，其被極化的波等 有一獨立邊界而已切換段之折射率改變可加\到先前有已 有之折射率，在波導8 0 2和8 04由石版印刷界定之邊 界W及被極化的段8 0 6之間有需要留下類似於一半擴散 長度之小間隙。為了更降低波導8 0 2和8 0 6之接合區 的反射和其他損耗，使被掻化的段8 0 6中之折射率變化 開始圼推拔狀，其係藉由使激發電極8 1 0比被極化的段 8 0 6稍短，或是藉由使電極在靠近一端處呈推拔狀，在 二種狀況中之優點為由於離散效應而降低電場。 本结構之明顯觀點之一為反射功率在0N和◦ F F狀 態下都最低。OF F時，反射由在波導802端部803 之殘餘反射所掌控，藉由使沿波導長度之折射率差異逐漸 降低可使此反射最低。從波導8 0 4之端8 0 5來之反射 是由“OFF”透射之平方所抑止。在ON之狀態，也是 -77- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） 314602 A7 B7 五、發明説明（吵） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本页) 藉由使沿傳輸方向之结構8 0 6折射率差異逐漸降低而使 反射最低，以建立一個平滑邊界而非尖銳界面。 當極區是由於邊界内反射折射率之增加而被激發，已 激發極區之邊界側向地限制光束。若極區之深度等於波導 管8 0 2和8 04之深度，光束也是由被極化的段邊界在 垂直方向限制。然而，在Z切割鈮酸鋰晶圓中很難控制其 極化深度。使一深區極化最簡單，並且取數種量度之一 K 在垂直方向上獲得限制。最佳方式是將電極安排成電場振 幅落在垂直方向，圖2 9A中之同側電極構造可達成此一 功能，但設在基片相反側者則沒有辦法。電場穿透強度可 藉由窄化二電極間隙及降低整個電極结構寬度而降低。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 此外，或為另一可行方式，在輸入和輸出波導間可製 造一永久弱波導，其本身不足以傳輸很大能量，但在與被 極化的段8 0 6產生之折射率評定结合之後，可最佳地光 限制在二維，K將光傳輸到輸出波導8 04。其可藉由， 例如將被極化的段内之永久折射率變化（相對於基片者） 調整到波導8 0 2和8 0 4中之折射率變化的0 · 6倍。 在0 N時，若被極化的段8 0 6之折射率變化調整到同一 值的0 · 5倍，混合之折射率變化是Μ達成合理波導引而 永久折射率變化則不夠。在Ο Ν狀態下，波形在二横向維 度受限，即使在極區中產生之已切換改變可比所需波導尺 寸遷深許多：波波導為ON之有效深度主要由永久折射率 變化所決定。弱波波導可在第二光罩步驟中製造，或者可 -78- 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨0X297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 A7 五、發明説明（) 在同一光罩步驟中製造而K 一較窄的光罩段來界定弱波導 段。 在一相關變化中，在輸入和輸出波導間之區可為一平 面波導，此時傳輸波形可在一維度上有最低衍射。在一極 區上切換將增加所需之横向眼制，即使比平面波導有更深 之折射率變化。由於在兩種場合下波導在二維上之限制是 由兩種獨立技術所達成，因此可形成有任一展弦比（波導 寬度對深度之比值）之可切換波導。平面和頻道波導均可 Μ同一技術製造而且最好是退火質子交換法。分開之質子 交換步驟可用來界定平面波導和頻道波波導，波導之製造 過程係藉由退火而完成，其中之折射率變化何下擴散到所 需深度而且材料之電-光作用得Μ貯放。最好兩組波導被 退火相同時間，雖然在第二個質子交換步驟前其中一組可 Κ部分退火而做得深一點。 另一種重要變化為使用横向於被極化的段8 0 6之全 部均勻永久波導，Κ及使用電子激發段來將波導關閉。在 此時，電場之極性係選定成抑止極區中之折射率而極區可 非常深（茛際上在波形消散時有其優點）。這種已切換波 導管常態為ON (亦即透射），並且需要施加一電場來將 它關閉。常態為ON和0 F F之開關结構就其在功率損壞 時之表現都有優點，所K很重要的就是本發明可Μ提供兩 種模式。要將被極化的段8 0 6中之波導關閉時，需要一 個指標變化，其幾乎等於而且相反於永久波導中感應之折 -79- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210 X 297公釐） (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁)

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經濟‘郅中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（炖） 射率變化。在ON狀態下電場深度之變化所造成之效應相 當小，因其足Μ抑止波導之主體，以強烈地使光消散。 限制也可在二維度上都達成而不箱要平面波導，例如 藉由有限深度極化技術。數種極化技術（例如在鋰鈮酸鹽 和鋰钽酸鹽中之鈦體內擴散及ΚΤΡ中之離子交換）產生 了有限深度之極化，其可潛在地最佳化，κ形成有特定深 度之被極化的頻道波導。然而，這些技術在極化時產生一 折射率變化，視過程變數不同而形成一些永久波導。視折 射率改變強度而定，被極化的波導段可被製造在常態ON 構造或常態Off構造中。 * 電場最好是藉由施加電壓通過二電極而產生在一極區 中，其中電掻係設在晶體同一面，如同被極化的波導段。 第一電極8 1 0係設在被極化的區上而第二電極8 1 2則 設在第一電極一側或多側之附近。對一 Z切割晶體而言， 此構造激發了基片之電一光係數d 33。一電壓源8 1 6 經由二電線8 1 4連接到電極，K提供用於裝置之驅動電 壓’此裝置可做為一數位或非線性類比調製器。有一個全 開（f >ul 1 — on)電壓被界定K做為電壓，其中通過 極區之損耗為最低而0 F F電壓被界定為該電壓時，其將 到波導段之耦合降到所需程度。藉由在ON和0 F F電歷 之間的連績電壓變化，此裝置可做為一類比調製器或一可 變衰減器。 在另一種结構中，结構8 0 6形成一已切換彎曲波導 -8 0 - 本紙故尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

314602 A7 B7 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 五、發明説明（1) 1 1 | 管 其 係 對 齊 輸 入 波 導 8 0 2 和 輸 出 波 導 8 0 4 0 這 種 结 1 1 構 波 形 被 稱 為 ¢4 低語高響廊 ff ( W h i S P e Γ i η g 1 I 請 1 I S a 1 1 e Γ y ) 波 形 在 極 端 時 9 其 m 曲 度 很 小 而 且 在 先 閲 1 I 讀 1 I 内緣之波形限制變成與波導內緣無關 〇 對 於 彎 曲 度 更 大 時 背 面 1 I > 波 形 為 一 低 語 高 響 廊 波 形 之 變 化 其 中 某 些 限 制 是 由 波 冬 1 | I 導 內 緣 所 提 供 0 被 極 化 的 结 構 在 可 切 換 性 之 外 提 供 另 — 優 事 項 1 I 再 1 點 即 在 其 外 壁 之 折 射 過 渡 尖 銳 折 射 率 大 大 地 改 進 了 在 臂 4 寫 本 衣 曲 波 導 中 傳 輸 之 低 語 高 響 廊 波 形 變 化 之 限 制 0 在 此 例 中 » 頁 1 I 輸 入 和 輸 出 波 導 不 必 共 軸 或 平 行 在 關 閉 狀 態 下 增 加 前 進 1 1 I 時 之 隔 絕 0 若 輸 入 和 輸 出 波 導 安 排 成 沿 其 軸 彼 此 夾 一 角 1 1 則 結 構 8 0 6 可 為 單 一 曲 率 半 徑 或 推 拔 狀 曲 率 半 徑 之 彎 曲 1 訂 波 導 段 而 且 當 彎 曲 波 導 结 構 8 0 6 在 0 N 時 可 最 佳 地 耦 合 1 I 它們之間的功率 0 1 1 圖 2 9 B 中 介 绍 另 — 種结構 8 0 1 其 為 — 已 切 換 透 1 1 鏡 調 製 器 / 衰 減 器 其 中 段 8 0 6 之 稜 極 狀 结 構 被 修 改 成 線 透 鏡 式 结 構 其 中 局 部 光 徑 長 度 與 局 部 ( 有 信 號 ) 之 折 射 1 I 率 變 化 之 積 在 與 波 導 8 0 2 和 8 〇 4 有 一 横 向 距 離 處 呈 平 1 1 方 減 少 0 此 透 鏡 式 结 構 之 位 置 使 其 將 由 輸 入 波 導 8 0 2 端 1 1 部 8 0 3 來 之 光 束 8 2 1 凝 聚 或 再 聚 焦 到 輸 出 波 導 8 0 4 1 | 端 部 8 〇 5 〇 此 光 波 可 衍 射 離 開 端 部 8 0 3 並 通 >.in ss 透 鏡 式 1 1 结 構 8 〇 7 〇 請 注 意 在 此 结 構 中 多 個 元 件 可 彼 此 放 置 在 附 1 1 近 以 增 加 淨 隹 Μ 效 應 在 |wr 8 0 7 中 反 射 指 標 被 增 加 以 1 I 獲 得 焦 距 效 應 0 若 周 圍 在 IS 8 0 7 之 相 反 方 向 設 極 或 1 I - 81 - 1 1 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4規格（210X297公釐） A7 B7 經濟部中央榡準局員工消费合作杜印製 五、發明説明 ( ) 1 1 I 者 若 周 圍 區 之 電 一 光 係 數 相 反 於 區 8 0 7 之 電 — 光 係 數 9 1 1 1 透 鏡 之 間 隔 亦 做 為 隹 距 15 Ο ( 透 鏡 8 0 7 之 間 的 所 形 成 Ν. 1 I 請 1 I 且 被 激 發 到 低 折 射 率 值 之 凹 透 鏡 係 做 為 一 聚 光 鏡 结 構 ) 0 先 閱 1 I 被 讀 1 電 極 8 1 0 被 設 在 结 構 8 0 6 上 方 而 電 極 8 1 2 設 在 結 背 ιέ 1 I 構 外 且 與 電 極 8 1 0 相 隔 所 要 之 間 隙 〇 當 電 極 未 衰 減 9 光 冬 1 | t 1 束 繼 鑛 掮 散 而 且 只 有 很 少 的 功 率 再 度 被 聚 隹 進 入 波 導 端 部 事 項 1 I 再 1 I 8 0 5 〇 當 開 闞 0 Ν 時 9 光 束 再 度 被 聚 焦 而 且 部 分 功 率 填 -¾ i( 眼 本 % 繼 m 通 過 波 等 8 0 4 〇 在 0 N 狀 態 下 需 要 垂 直 制 Μ 便 有 頁 1 1 效 地 收 集 功 率 而 在 0 f f 狀 態 則 不 需 要 Ο 垂 直 限 制 在 需 要 1 1 時 可 由 例 如 提 供 —— 通 過 整 個 表 面 ( 结 構 成 型 處 ) 之 均 勻 平 1 1 面 波 導 8 3 5 而 提 供 〇 若 是 極 化 深 人 基 片 9 也 可 透 鏡 式 结 1 訂 1 1 構 8 〇 6 提 供 垂 直 限 制 而 且 配 合 電 場 之 降 低 ( 其 為 深 度 之 函 數 ) Μ 收 集 並 再 聚 焦 能 量 使 其 回 到 波 導 端 部 8 〇 5 0 I 1 當 m 無 一 個 或 兩 個 波 導 8 〇 2 和 8 0 4 之 構 造 也 可 用 圖 1 I 2 9 B 之 结 構 〇 請 參 閱 圖 3 〇 其 中 所 示 者 為 使 用 — 被 極 化 的 波 導 段 ，沐 1 1 之 被 極 化 的 内 部 全 反 射 ( T I R ) 光 能 改 向 器 8 3 0 圖 1 1 中 揭 示 用 於 已 切 換 高 反 射 之 被 極 化 的 Τ I R 反 射 器 其 組 1 I 合 了 用 於 低 介 入 損 耗 之 被 極 化 的 波 導 段 〇 輸 人 波 導 8 3 2 1 | 延 伸 通 過 整 個 裝 置 而 — 極 區 8 3 6 以 一 角 度 8 4 8 延 伸 跨 1 過 波 導 管 9 形 成 一 Τ I R 介 面 Μ 用 於 在 波 導 中 傳 輸 之 光 束 1 1 ( 當 極 區 被 電 一 光 檄 發 ) 〇 極 區 之 — 部 分 亦 形 成 壊 接 到 — 1 | 輸 出 波 導 段 8 3 4 之 被 極 化 的 波 導 段 8 3 7 1 此 被 極 化 的 1 I - 82 - 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ^14602______ 五、發明说明（W) A7 B7 波導段和輸出波導段二者均以角 輸入波導相交）。一電壓源84 且Μ二電線844埋接電極。 如圖中所示，極區836是 度848之兩倍設置（與 6提供開關用之電子激發 由六個垂直面所界定，其 中一面Μ —小角度848 (等於Τ I R角且小於所需電極 横向於波導832 ，此面 區的三個連縯垂直面包圍 此突起為一可切換波波導 要而且可隨著波導管邊界

檄發之 為Τ I —個在 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 段。再 並與之 區 分布之 分布。 之激發 是依據 併設之 區且有 此過渡 當 開Τ I 出波導 OFF 波導， 内部全 R反射 波導8 下來的 相交9 (83 靜態折 當施加 指數不 施加電 優點為 二倍折 形成一

反射之 介面。 3 2外 兩個面 0 ° ° 6及基 射率， —激發 同於個 場之可 在二區 射率變 反射邊 N時， ，向下 4 ，K 臨界角度） 接下來的極 部之突起， 的位置不重 片外部8 3 其係在無施 電場分布通 別的靜態分 取得範圍。 中之電場反 化之過渡。 界，其反射 耦合到波導 開關0 R介面 段8 3 ，輸入光束傳輸穿過被極 Μ形成一未偏轉之輸出光 傳輸到被極 形成一偏轉 6之區 加電場 過這些 布，所 將二型 應可相 在折射 比單型 之輸入 化的波 輸出光 化的介 束8 5 )之特 下之折 區時， 激發之 態區彼 反，提 率或折 態區者 光束8 導段， 束8 5 面並繼 2 °由

徵在於折射 射率的空間 其折射分布 分布的範圍 此相對靠近 供跨越併設 射改變時， 大。 5 1反射離 並且進入輸 4。當開關 缅通過輸入 於在Τ I R (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 83- 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) Α4規格（210X 297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（R) 介面之折射率變化很低，在0 f f狀態的反射很低。由於 永久波導段8 34是由數個從波導8 3 2來之波形羃數衰 退長度所分開，由散射引起之功率損耗很低，因為經由切 換區旁通之光束也很低。一個“0 F F”開關對於波導管 而言為不可見，在輸入波導中產生相當低之功率損耗。在 0 F F狀態下，已切換區之額外損耗無激勵波導相同長度 比較下是稱為介人損耗，當輸入波導為一有很多被極化的 開闞之匯流排時，特別需要低介入損耗。 被極化的介面與輸入波導之夾角Θ (848)必須小 於TIR最大或臨界角0 c ，其由史奈爾定律（Snell> 1 a w )所決定： 其中0 = TIR角（在波導與被極化的介面之間的角度）。 η =波導區折射指數。 △ η =極化邊界每一側之折射率電—光變化。 由於折射率變化發生在有相反信號之極化邊界的每一側， 其有效折射率變化為2Δη ，此表達式假設離邊界之折射 率變化為緩慢（絕熱）變化。由於有效折射率變為兩倍， 可由一被極化的Τ I R開關到達之最大切換角度增加為習 用開關（有一對電極且設有被極化的介面）的厂2倍。這 是一項很顯著.之增加，因為其增加了可使用一 Τ I R開關 而達成之陣列開關的最大儲放密度。 臨界角Θ c取決於輸入光束之極化，因為折射率變化 -84- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X29·?公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、-0 314602 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 五、發明説明（6) 1 1 I 量 △ η 取 決 於 掻 化 〇 例 如 在 Ζ 切 割 鈮 酸 鋰 中 其 有 垂 直 1 1 1 ί 電 場 Ε 3 其 Τ Μ 由 於 Γ 3 3 而 對 於 折 射 率 變 化 很 麄 敏 9 1 I 請 1 I 由 於 Γ 3 3 遠 大 於 Γ 1 3 切 換 T Μ 波 比 較 番 敏 C 使 用 退 先 閱 1 1 讀 1 火 質 子 交 換 式 波 導 很 方 便 因 為 它 們 僅 導 引 在 Ζ 方 向 偏 振 背 1 之 1 之 波 〇 在 另 方 面 在 X 切 割 Υ 傳 輸 ( 或 Υ 切 割 X 傳 輸 ) 注 | 意 1 之 鈮 酸 鋰 中 Τ Ε 波 之 折 射 率 變 化 較 高 0 請 注 意 在 此 場 合 事 項 1 I 再 1 1 中 電 極 構 造 必 須 改 變 以 在 基 片 平 面 Ζ 軸 方 向 產 生 電 場 寫 本 分 量 而 不 是 在 垂 直 方 向 〇 頁 1 I 用 於 真 正 Τ I R 開 關 之 設 計 角 度 必 須 在 數 因 子 ΒΙ 取 佳 化 1 1 後 加 以 選 定 〇 要 切 換 之 波 形 包 括 二 角 狀 分 佈 ( 在 波 導 製 墳 1 1 平 面 及 平 面 之 外 ) 若 波 導 在 二 平 面 之 寬 度 不 同 的 話 J 1 玎 則 其 分 佈 也 可 不 同 〇 在 — 給 定 平 面 中 之 波 形 角 面 含 量 δ Φ I I 幾 乎 覆 蓋 δ Φ = 土 λ / η W 0 其 中 W 〇 為 平 面 中 之 1 / 1 1 e 2 波形收斂部分 、 吾 人 希 望 大 多 數 的 光 在 Τ I R 介 面 1 1 被 反 射 使入射角必須小於臨界角0 C 一 個 角 度 此 角 1 紙 度 大 約 是 已 切 換 波 導 平 面 中 之 角 面 含 量 δ Φ 〇 角 面 含 量 δ 1 φ 與 收 敏 部 分 大 小 成 反 比 而 吾 人 希 望 有 最 佳 之 填 充 密 度 〇 1 1 波 形 在 波 導 平 面 外 之 方 向 上 的 角 面 含 量 也 必 須 考 量 因 為 1 1 其 亦 對 有 效 入 射 角 有 貢 獻 雖 然 其 幾 何 形 狀 較 複 雜 〇 1 I 生 產 Τ I R 開 關 的 另 一 種 方 式 是 以 應 力 場 代 替 電 場 > 1 | 或 是 在 電 場 之 外 增 設 一 應 力 場 0 應 力 場 最 便 利 方 式 是 永 久 1 1 方 式 電 場 在 產 生 折 射 變 化 時 m 取 有 效 0 在 一 區 邊 界 施 加 之 1 1 定 向 應 力 場 在 折 射 折 射 率 產 生 不 同 變 化 > 其 係 經 由 在 二 區 1 1 - 85 - i 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中央標準局貝工消費合作杜印製 A7 B7 五、發明説明（汍） 中之光彈效應，在折射界面產生一折射率。請參閱圖2， 如上所述，應力場之產生方式可藉由將樣品加熱到高溫、 锻積一層有不同熱膨脹係數之薄膜，以及冷卻到室溫而達 成°薄膜上之圖形（例如蝕刻出條狀區者）將在薄膜間隙 附近產生一應力場，然後可使用此應力場在區邊界啟動折 射折射率變化。若所施加薄膜為介電性，可施加一電場通 過極區*假如電極之澱積不會不當地改變應力場。薄膜最 好是有低吸光率之薄膜，使其可Μ直接接觸基片而不是由 一媛衝層隔開。 極區包括輸入波導的一部分而且有一個垂直於波波學 傳輸軸之介面。包含ΤIR交叉介面之輸入波導以下列方 程式界定開闞之長度： 其中0在先前已界定， L =開關沿輸入波導量測之長度，以及 W =波導寬度。 由是’為了使開關R寸最小化，波導寬度應儘可能小。對 於空間臨界應用而言，波導段最好是單波形。舉例言之， 若單波型波導之寬度為4mm，則射率之最大變化Δη為 0 . 0015，若折射折射率為2 · 16，則TIR角為 3°而開關長度L為7 6mm。

被極化的波導與輸入波導之夾角為2 0 *其為T I R -86* 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本莨)

314602 A7 B7 五、發明説明（朽） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 介面之偏轉角。為了有效地波形匹配反射出T I R介面進 入被極化的波導段之光束，被極化的段應與輸入波導有幾 乎相同之横向波形，可藉由選定適當的被極化的波導寬度 和折射率差異組合來達成有效波形匹配。被極化的波導沿 著輸入波導由開關界面所佔據之後半側而與輸入波導交接 。波導之正確尺寸和位置被決定K使由内部全反射過程出 現之近場波形最佳地匹配到以傳輸方向横向波形型式之波 導波型。對於被極化的波導段與永久波導段8 3 4之間的 匹配也是如此，類似於上述參閱圖2 9A的敘述。 經濟部中央標準局員工消费合作杜印製 永久波導段主要是被極化的波導段之連鑛，被極化的 段之長度取決於輸入波導及已切換波導中之最佳損耗。為 了防止開關Of f時輸入波導中之未偏折光束之間的濩射 反應，永久波導段必須與輸入波導隔開一段距離（至少為 —光波長）。對於有許多開關之匯流排波導而言，輸入波 導中之久損耗必須滅少到與開關數目成反比之值。輸入波 導中之光束波形外形延伸到波導未擴散邊緣之外一特定距 離*在該處其呈幕數衰減。若永久段是由數個幕數衰減常 數而與輸入波導隔開的話，損耗可減少到一匯流排波導可 接受之程度。 被極化的段之長度也影響反射光束之損耗，由於壁較 粗糙’被極化的波導段每單位長度之損耗比未擴散波導透 大。此外，在波導每一端之所述波形轉換損耗可藉由匹配 波型外形而最低化。若被極化的段很短（類似光束端利範 -8 7 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 314602 B7 五、發明説明（A ) 圍），透射光束實質上並未轉換到被極化的段之波形，因 而降低耦合損耗。被極化的段之最佳長度取決於在輸入波 導和已切換波波導中光束可承受之相對損耗。 在圖2 9A中所示之波導段調製器/衰減器場合，在 已切換波導段8 3 7波形有必要做垂直限制，上述選擇也 可在此簧施。圖3 0中所示者為一平面波導8 3 5，其將 光束限制在平行於基片表面的平面上。由於平面波波導是 均勻的，使用它不會對0 f f狀態之波導開關接合的損耗 有負面影響。也可以其他方式取代平面波導或其組合，包 括裁剪電場深度以得到垂直限制，使用缺深度極化，使f 藉由電場感應折射率變化所擴大之部分波導，K及使用由 場激發極區所開關之永久全波導。後面兩種取代方式之缺 點為其通過波導8 3 2之光束損耗由於鄰近折射率不連續 而較高。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 在使切換區最佳化時，水平限制也是一項問題。若需 高切換效率，最好有較大之T I R反射角。輸入波85 1 的左半部首先反射出介面8 3 8，形成反射波之右半部。 然而在反射後，反射波之右半部在橫向雄度上未受限制， 直到其進入波導段8 3 7。在其未受眼的通路中將由於衍 射之故而擴張，因而使耦合進入輸出波導8 34的光束功 率部分減少，此效應降低開關ON時之效率。然而，平均 未波導引距離受限於幾乎是由角848四倍正弦值所分割 之波等寬度。輸入波的右半部在通過波導段8 3 7後仍受 -88- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（ή) 1 1 I 到 Ρ艮 制 直 到 其 由 於 波 導 8 3 2 右 半 側 之 永 久 折 射 率 變 化 1 1 1 而 反 射 離 開 介 面 8 3 8 m 後 其 良 好 地 匹 配 進 入 輸 出 波 導 ✓-v 1 I 請 1 I 8 3 4 〇 輸 入 光 束 8 5 1 的 兩 個 部 分 從 Τ I R 表 面 8 3 8 先 閲 1 I 讀 1 反 射 後 會 有 不 需 要 之 反 射 從 波 導 8 3 2 側 面 出 來 〇 由 於 與 背 1 輸 之 1 光 束 傳 軸 之 夾 角 和 表 面 8 3 8 相 同 但 由 於 僅 有 一 部 分 注 I 意 1 折 射 率 差 異 所 >λ 從 該 表 面 只 有 部 分 反 射 而 非 全 反 射 也 事 項 1 I 再 1 I 增 加 開 關 之 損 耗 0 填 寫 本 裝( 電 極 設 計 是 開 m 的 —* 項 重 要 觀 點 使 反 射 器 有 最 佳 頁 1 I 效 率 並 使 波 導 損 耗 团 取 小 最 好 使 用 二 電 極 來 觸 動 開 關 〇 在 1 1 Τ I R 介 面 8 3 8 上 方 設 置 第 一 電 極 8 4 〇 在 第 — 電 極 1 1 8 4 〇 旁 邊 且 靠 近 介 面 8 3 8 處 則 設 置 第 二 電 極 8 4 2 C I 訂 最 佳 化 之 主 要 變 數 為 二 電 極 之 間 隔 以 及 第 — 電 極 邊 緣 與 極 I I 化 邊 界 之 距 離 其 可 >λ 重 叠 也 可 Μ 不 重 叠 0 二 電 極 間 之 1 1 間 隔 影 響 所 需 用 以 激 發 裝 置 之 電 壓 以 及 穿 入 基 片 並 產 生 1 1 折 射 率 麥 化 分 布 之 電 場 寬 度 C， 1 紙 電 場 穿 入 深 度 在 獲 得 — 個 大 的 淨 反 射 時 很 重 要 因 為 1 電 場 愈 遠 離 電 極 則 愈 弱 在 極 化 邊 界 的 感 應 折 射 率 變 化 也 1 1 隨 著 深 度 降 低 如 T I R 角 — 樣 C 在 某 特 定 深 度 ( 稱 為 有 1 I 效 深 度 ) 時 折 射 率 變 化 變 成 不 足 Μ 維 持 光 束 中 央 射 線 在 1 I 切 換 结 構 角 度 之 全 反 射 C 由 於 反 射 隨 著 m 取 低 丁 I R 值 之 下 1 I 的 指 標 變 化 急 遽 下 降 Τ I R 鏡 子 在 此 深 度 停 止 作 用 〇 對 1 1 於 進 入 波 導 8 3 7 和 8 3 4 之 高 淨 反 射 而 言 此 装 置 設 計 1 1 可 調 整 以 在 波 導 8 3 2 中 主 要 電 場 分 布 下 方 產 生 有 效 深 1 I - 89 - 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） A7 B7 經濟部中央標準局貞工消費合作杜印製 五、發明説明 (妗 ) 1 1 I 度 〇 1 1 1 1 被 電 極 設 計 影 響 的 第 二 個 重 要 操 作 變 數 是 在 T I R 介 1 I 请 I 面 8 3 8 之 外 反 射 波 之 迅 速 消 散 電 場 之 穿 透 〇 雖 m 在 0 Ν 先 閱 1 I 狀 功 讀 1 I 態 中 沒 有 率 會 被 傳 輸 到 T I R 介 面 之 外 電 磁 場 穿 背 ifi 1 I 透 T I R 表 面 之 外 也 有 施 加 電 場 之 空 間 依 賴 性 在 比 較 靠 之 t 1 1 1 近 另 — 電 極 8 4 2 的 區 内 其 電 埸 強 度 降 低 ( 實 際 上 是 反 事 項 1 I 再 1 轉 ) 〇 必 須 小 心 注 意 的 是 在 電 場 發 生 實 質 變 化 之 刖 > 迅 速 f 裝( 本 消 散 之 電 場 衰 減 到 "'* 可 忽 略 之 值 或 者 功 率 會 經 由 Τ I R 页 1 I 介 面 漏 失 〇 最 佳 的 是 第 — 電 極 與 極 化 介 面 重 叠 一 段 距 離 而 1 1 1 該 段 距 離 選 定 成 有 最 大 折 射 率 變 化 而 且 在 界 面 8 3 8 之 外 1 1 有 足 夠 的 電 場 樓 定 性 0 1 訂 1 I 第 — 電 極 也 延 伸 通 過 被 極 化 的 波 導 段 8 3 6 而 且 可 能 進 入 鄰 近 區 域 〇 激 發 該 區 8 3 6 之 二 電 掻 形 狀 係 由 使 通 過 1 1 波 導 段 進 入 永 久 波 導 8 3 4 之 功 率 最 佳 化 而 決 定 C- 也 可 1 1 使 用 其 他 结 構 來 更 改 極 區 之 電 埸 強 度 〇 例 如 若 是 第 二 電 1 線 極 在 第 — 槿 周 圍 延 伸 而 形 成 — U 形 在 第 一 電 極 下 之 平 均 I 電 場 強 度 增 加 但 其 形 成 有 點 像 是 有 雙 凸 起 之 波 等 其 無 1 1 法 提 供 理 想 折 射 率 分 布 C 1 1 T I R 開 關 為 — 光 能 定 方 位 器 而 且 可 做 為 — 調 製 器 0 1 I 若 電 壓 源 為 持 壤 地 可 變 則 調 製 器 為 類 比 在 電 壓 與 反 射 1 1 性 之 間 有 非 線 性 關 係 〇 當 施 加 電 壓 增 加 全 反 射 介 面 深 度 1 1 增 加 使 波 8 5 1 產 生 持 绩 可 調 數 反 射 進 入 波 8 5 4 中 0 1 1 此 調 製 器 可 用 於 反 射 波 形 或 是 透 射 波 形 視 透 射 是 否 應 到 1 I - 90 - I 1 1 本紙張尺度適用中國國家#準（CNS ) A4規格（2丨0X297公釐） A7 B7 經濟部中央標準局員工消费合作杜印製 五、發明説明 ( s1) 1 1 I 零 或 1 0 0 % ( 當 電 壓 被 移 去 時 ) 而 〇 對 於 特 殊 非 線 性 1 1 1 運 用 中 反 射 及 透 射 係 數 之 非 線 性 為 電 壓 之 函 數 時 也 許 有 1 I η 1 I 用 例 如 接 收 器 對 於 信 號 層 圼 對 數 靈 敏 時 〇 W 1 | 圖 3 1 中 揭 示 之 T I R 開 闞 有 二 T I R 反 射 器 0 若 必 讀 背 面 1 1 須 增 加 輸 出 波 導 8 3 4 及 輪 入 波 導 8 3 2 之 間 的 角 度 1 也 冬 1 I t I 可 以 增 加 第 二 個 T I R 介 面 8 3 9 〇 對 圖 3 0 而 > 輸 入 事 項 1 1 再 1 1 波 導 8 3 2 與 輸 出 波 導 8 3 4 之 間 的 角 度 為 兩 倍 且 可 在 增 填 1 寫 本 势 加 T I R 介 面 下 再 加 倍 〇 T I R 介 面 8 3 9 是 在 相 對 於 介 頁 'w 1 I 面 8 3 8 有 一 角 8 4 9 下 被 建 立 9 角 8 4 9 等 於 角 8 4 8 1 1 之 兩 倍 〇 ( 若 增 加 T I R 介 面 9 則 後 續 之 T I R 介 面 應 在 1 1 相 對 於 先 前 T I R 介 面 有 相 同 角 度 8 3 8 下 被 增 加 ) Ο 圖 1 訂 1 | 3 0 中 已 切 換 波 波 導 部 分 8 3 7 不 再 需 要 因 為 永 久 波 導 8 3 4 可 直 接 碰 到 極 ]pB 8 3 6 之 端 部 對 於 波 導 8 3 2 不 1 1 會 有 明 顯 的 損 耗 〇 再 度 言 之 在 被 極 化 的 段 8 3 6 中 有 垂 1 1 直 限 制 〇 被 搔 化 的 段 8 3 6 和 輸 出 波 導 8 3 4 被 建 構 且 對 1 線 齊 使 得 在 —. 串 T I R 及 波 導 中 傳 輸 之 電 場 係 最 佳 化 地 匹 I 配 輸 入 波 導 8 3 2 的 局 部 Bt 取 低 階 波 形 場 分 布 0 在 T I R 反 1 1 射 器 之 後 偏 折 光 束 被 匹 配 到 — 永 久 波 導 8 3 4 中 Μ 在 1 1 開 關 0 N 時 形 成 輸 出 光 束 8 5 4 Ο 1 I 在 輸 入 波 導 8 3 2 外 之 極 區 内 側 邊 界 形 狀 係 由 魚 貫 通 J 1 I 過 T I R 鏡 子 之 輸 入 波 導 反 射 所 界 定 * 其 在 從 二 T I R 鏡 1 1 子 反 射 時 達 成 波 導 型 内 側 邊 緣 之 最 佳 波 導 引 0 1 1 圖 3 2 所 示 之 被 極 化 的 T I R 開 關 8 3 1 已 切 換 光 束 1 I - 9 1 - 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 314602 A7 B7 _ 五、發明説明（c^o ) 波導尚器有已電氣切換之波導段。在此结構中，區836 反向極化’且在介面8 3 8之後方而且如同前面一樣由一 對電極840和842所激發而電極是經由導體844 連结之電壓源84 6所激發。激發之極性再度選定來產生 由輸入光束851方向來之負折射率變化。開關ON時， 光束被反射出T I R介面838朝向永久波導管834， 但不同於圖3 0之情形，在二者之間無被極化的波導段。 反之’電極842延伸過在輸入波導與輸出波導8 34的 中P邊區°可藉對包含τ I R反射邊界之輸入波導8 3 2段 側向邊界與輸出波導8 3 4之輸入邊界之間的區域施加電 場而形成一耦合波導段。電場之三維分布，如同往常，是 由ii®形狀及麥斯威爾方程式所決定。由該電極所產生之 電場經由電一光效應產生一正折射率變化，提供所需之已 切換波導段。如前所述，此波導段也是對齊以最佳化地將 輸入波形85 1連到輸出波形854。可做為本Τ I R開 闞實施及其他Τ I R開翮實施之代替者為其輸出波導可在 輸入波導（有可忽略間隙者）處做為起源。此代替方式在 開關OFF (垂直通過）構造下有較高介入損失，但是其 结構較簡單。 請參閱圖3 3，其所示之二位置波導定向器使用一被 極化的段’其並不是基於内部全反射。被極化的區8 6 6 形成一個電子激發式波導段，其以一小角度通過輸入波導 862。施加電場後，段866中之折射率增加，同時輸 -92- 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (请先閱讀背面之注意事項再填寫本页)

'1T 經濟部中央標隼局員工消費合作杜印製 經濟部中央橾準局貝工消費合作社印製 Α7 Β7 i、發明説明（勺） 入波導中之鄰近區的折射率也增加。當開關OFF ，輸入 光束繼鑛通遇輸入波導K形成未切換輸出光束8 8 2。若 有需要將所有或大部分輪入光切換到輸出波導8 6 4而Μ 已切換輸出光束8 8 4雜開裝置，則此小角度可絕熱地變 小Μ形成一低損耗波導彎曲。 至少使用二電極來施加電場通過極區Μ激發波導，一 第一電極8 7 0是設在被極化的波導段上方，同時一第二 電極8 7 2是設在第一電極附近。第二電極8 7 2是在第 —電極附近而且可設在被極化的波導段兩側，以達到髙功 率分裂比。如前所述，電極是由功率供應器846 (經由 導體844提供）所激發而且一平面波導835或是電 場随深度衰退，或是所述其他其中之一種方式被使用來獲 得已切換傳輸波形之垂直限制。 請參閱圖34 *數個被極化的Τ I R開關併排設置以 形成一陣列900。形成Τ I R介面之被極化的區9 1 2 和9 1 4沿著波導9 1 0 —個接著一個地設置。每一被極 化的區有相同结晶方位，晶體之Ζ軸在區91 2和9 1 4 中相反於晶體其餘者。其他觀點及此構造的許多變化請參 閱圖3 0及Μ上所述。 每一個開關係使用Μ電線9 2 8連接到電極之多輸出 電壓控制源9 2 6所個別激發。當所有開關〇 f F時，輸 入光束9 0 2向下傳輸到輸入波導9 1 0，以形成未切換 輸出光束904，其損耗可忽略。若第一開翮切到on， -93- 本紙張度適用中國國家標準（CNS ) 格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

A7 B7 經濟部中央橾準局員工消費合作杜印製 五、發明説明（P) 1 1 輪 入 光 束 反 射 離 開 第 一 Τ I R 介 面 K 在 波 導 9 1 6 内 形 1 1 1 成 第 一 反射輸出光束 9 0 8 0 若 第 —* 開 關 〇 F F 而 第 二 開 /—V 1 I 關 0 Ν 輸 入 光 束 反 射 離 開 第 二 T I R 介 面 以在波波導 請 先 閲 1 1 I 9 1 8 中形成第二反射輸出光束 9 0 6 Μ 下 類 推 0 此 多 讀 背 1 1 1 開醞结構可延伸到 η 個 開 闞 〇 1 I t 1 I 如 上 述 每 一 Τ I R 介 面 上 有 電 極 電 極 9 2 0 幸 項 1 I 9 2 2 和 9 2 4 其 中 — 者 或 更 多 者 可 做 為 其 中 — 開 關 之 陰 填 寫 1 1 極 Μ 及 其 他 開 關 之 陽 極 0 舉 例 而 —X— 在 第 二 電 極 9 2 2 與 本 頁 第 一 第 三 電 極 間 施 加 — 電 壓 itk 激 發 形 成 輸 出 光 束 9 〇 6 1 1 之 第 二 開 關 0 可 做 為 陰 極 及 陽 極 之 電 極 9 2 2 最 好 延 伸 到 1 1 先 前 被 極 化 的 段 9 1 2 Τ I R 介 面 附 近 同 時 覆 蓋 — 極 1高 1 訂 9 1 4 之 T I R 介 面 及 - 極 區 9 1 4 之 波 導 段 0 只 有 部 分 1 I 结 構 被 示 出 其 有 兩 個 完 整 的 被 極 化 的 段 9 1 2 和 9 1 4 1 1 1 >λ 及 — 個 完 整 電 極 9 2 2 〇 此 结 構 可 藉 由 對 齊 複 製 完 整 電 1 1 極 及 被 極 化 的 段 而 複 製 成 Ν 個 開 闞 〇 1 線 為 了 防 止 頻 道 中 之 串 話 電 極 之 電 壓 施 加 方 式 可 使 輸 I 1 入 光 束 不 會 看 到 任 何 電 一 光折射率變化 直 到 其 進 入 已 觸 1 1 動 開 闞 之 1¾ 域 0 例 如 為 了 激 發 第 二 極 區 9 1 4 之 丁 I R 1 I 介 面 可 在 電 極 9 2 2 和 9 2 4 之 間 施 加 一 電 壓 使 電 極 1 1 1 9 2 〇 及 9 2 2 以 及 先 前 電 極 保 持 相 同 電 位 0 1 1 雖 m 極 區 之 全 長 不 超 過 L 由 一 給 定 區 沿 波 導 佔 據 之 1 | 距 雔 等 於 L ( 在 定 義 上 ) 0 有 1 〇 0 % 填 充 密 度 之 Τ I R 1 I 開 關 線 性 陣 列 因 此 在 每 — 距 離 L 應有新極區 在 此 稱 為 1 1 1 - 94 - 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 314602 A7 B7 五、發明説明（m) 請 先 閱 讀 背 冬 S 事 項 再 I裝 頁 〇〇%填充密度是因為在此密度下，相鄰區只在波導管極 區內側角隅彼此接觸。使相鄰區彼此接觸有其缺點，因為 S 5¾ Mi被S化的结構中受波導引之光有些漏出到结構接觸 的下一個被極化的结構内。 訂 吾人已注意到與前一槿區接觭之角隅是由極區之二垂 直面所形成，掻區之位置則並不重要。藉由移動這些表面 使極區寬度在此內側角隅側面變薄，其可安排成使這些區 彼此不再接觸，以降低光能之洩漏。例如，藉由使以9 0 度横向於波等之面的長度減半，可將此内側角隅移到波波 導的中央。原先平行於波導之面現在平行於T I R介面而 且變成一個有很重要位置之表面。吾人稱有這種幾何形狀 之極區為“濃密填充”極區。（尚有其他降低光漏之方式 ’例如在二個不重要的面之間增加一個第七垂直面，但此 變化S施例如前所述在澹密填充有其他優點）。 經濟部中央標準局員工消费合作杜印製 在圖3 5所示之構造中，吾人用適於極區之濃密填充 幾何形狀並使相鄰極區之極性相反，以造成開闞線性密度 變為兩倍。横向於波導之極區介面現在相同，但僅用於波 導軸之傳輸。因此，極區應沿著波導堅固地堆叠，使開關 密度加倍。事實上，只有相反極區在空間上完全界定，因 為其他區之極化方向與基片相同（在最佳例子中，基片係 完全掻化）。有相反極化之二區952和954已示於圖 3 5中。T I R介面可視為極區之第一面或輸入面，K及 第二面或輸出面，在波導9 5 0中傳輸之未切換光即分別 -9 5 _ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 314602 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 五、發明説明 ( 忡） I I I 經 由 第 一 面 和 第 二 面 進 入 或 離 開 未 激 發 極 區 〇 I I 輸 出 光 束 9 4 6 之 Τ I R 介 面 是 在 被 極 化 的 基 片 及 相 /-—V 1 I 請 1 I 反 極 區 9 5 2 之 第 一 ( 輸 入 ) 面 之 間 並 由 電 極 9 6 6 激 先 閱 1 1 讀 I 發 0 輸 出 光 束 9 7 7 之 Τ I R 介 面 是 在 相 反 極 區 9 5 2 之 背 1 之 1 第 二 ( 輸 出 ) 面 及 被 極 化 的 基 片 之 間 並 由 電 極 9 6 7 激 注 | 意 I 發 〇 輸 出 光 束 9 4 8 之 Τ I R 介 面 是 在 被 極 化 的 基 片 及 相 事 項 1 I 再 1 I 反 極 區 9 5 4 第 一 面 之 間 並 由 電 極 9 6 8 所 激 發 〇 輸 出 填 寫 光 束 9 4 9 之 Τ I R 介 面 是 在 相 反 極 區 9 5 4 第 二 面 及 有 頁 V_^ 1 I 極 基 片 之 間 並 由 電 極 9 6 9 激 發 0 電 極 在 個 別 T I R 介 1 1 面 上 方 延 伸 並 沿 著 連 接 到 永 久 輸 出 波 導 9 5 6 、 9 5 7 和 1 1 9 5 9 之 未 切 換 波 導 段 〇 電 極 9 6 6 、 9 6 7 9 6 8 1 訂 1 I 9 6 9 與 9 7 0 中 之 — 個 或 多 個 最 好 是 做 為 其 中 — 開 關 之 陰 極 及 另 一 開 關 之 陽 極 C. 因 此 每 — 電 極 沿 著 前 一 開 關 T 1 1 I R 介 面 之 全 長 平 行 延 伸 〇 1 1 每 個 開 關 是 Κ 電 壓 源 9 2 6 經 由 導 體 9 2 8 施 加 電 1 線 場 而 個 別 切 換 C. 當 所 有 開 關 均 〇 F F 輸 入 光 束 9 4 2 向 1 1 下 傳 到 匯 流 排 波 導 9 5 〇 以 形 成 未 切 換 輸 出 光 束 9 4 4 〇 1 1 當 第 一 開 關 〇 Ν 輸 入 光 束 反 射 離 開 個 別 的 T I R 介 面 1 1 耦 合 進 入 第 一 輸 出 波 導 段 9 5 6 形 成 第 一 反 射 輸 出 1 I 光 束 9 4 6 C 對 於 後 壙 開 闞 而 輸 入 光 束 反 射 離 開 個 別 1 I 的 後 墉 Τ I R 介 面 以 耦 合 進 入 波 導 段 9 5 7 、 9 5 8 或 1 1 9 5 9 Μ 形 成 反 射 輸 出 光 束 9 4 7 9 4 8 或 9 4 9 C 1 1 在 電 極 上 之 電 壓 係 典 型 上 設 定 成 不 會 受 到 相 鄰 開 關 之 光 干 1 I - 96 - 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） A7 B7 五、發明説明（％ ) 擾：所有前一個開關均0 F F ，將所有前一個開關維持與 已切換電極有相同電位即為達成此一目的之例子。此多開 顒结構可延伸為η個開關。 在此必須將瀠密填充極區之上游端明顯地延伸到輸入 波導9 5 0邊緣之外，维持垂直表面相對於波導之角度。 此一延伸攫取輸入波導波形之全幕數尾部，並將延伸濃密 填充極區之殘餘不重要位置表面推出波導9 5 0之外，因 而消除光損耗。（上游及下游係相對於輸入光束942之 傳輸方向而定義）。 經濟部中央標準局貝工消费合作杜印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) r 若極區之已切換波導段係設計成參照圖3 0之上述方 式，輸出波導之間隔等於最高密度填充之寬度，使其融入 一平面波導中。同時，在某些應用場合中，平面輸出波導 也許有用，輸出波導可利用每一開關中之第二極化Τ I R 介面所隔開。在一開關中使用二Τ I R介面已參照圖3 1 .而作介绍。請注意在圃3 5之場合中，極區之幾何形狀稍 有不同以完成堆叠。延伸之濃密填充極區之“輸出波導” 係繞第一 Τ I R介面端部相對於輸入波導94 2旋轉一角 度30 ，Κ維持其面之平行。因此，此“輸出波導”變成 第二Τ I R反射器段。 第二Τ I R反射器段之寬度比輸入波導约大50%， 在第Τ I R反射器段之波形傳輸在其内不限於一段距離， 大约為2W/S I ΝΘ ，其中W為波導寬度。在此側所發 生之任何衍射將造成耦合進入輸出波導9 56 — 9 5 9之 -97- 本纸張尺度適用中國國家橾準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作杜印裝 A7 _____ B7_____ 五、發明説明（吵） 功率降低。在此有需要使此距離保持小於瑞利範圍。使這 種開闞陣列性能最佳化之方式是在第二τ I R反射器段之 策略位置中增加一折射折射率永久減量（不使電-光係數 衰滅），此策略立置是一區域，其由延伸之濃密填充極區 內側壁及極區836 (見圖31)内側壁所界定。永久折 射率折射減量在波形最佳限制位置界定一永久波導邊界， 因為其是從二連續T I R鏡子反射出來。所增加之折射率 減量在到達輸入波導時逐漸變成零而輸入波導增加之損可 藉由截去遠雄波導之折射率減量區而足夠地降低。此折射 率減量並不會干擾前一T I R介面之T I R功能，實際+ 有幫助。 由是，已切換光束從二連缜T I R介面反射，使開關 之全偏折角加倍成為4 Θ 。藉由使輸出角度兩倍，可有空 間用於寬度等於輸入波導之輸出波導而其間隔等於其最密 结構之寬度。 輸出波導在第二T I R反射器之最後角隅連接圖3 5 中之極區，其相對於第二T I R介面之角度為0而且最佳 地對齊，以聚集從第二τ I R介面反射離開之光。用於一 給定開關之二T I R反射器被連接，其中間沒有介入波導 段，此舉使必須在被極化的波導中傳輸之偏折光線的路徑 長度最小化，其可能比永久頻道波導有更大的損耗（由於 壁粗撻度及不對稱性）。 在另一種極化邊界结構中，在二相鄰極區之間的邊界 _ 9 8 本紙張尺度递用中國國家榡準（CNS ) A4規格（2丨0X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

、1T 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 314602 五、發明説明（刈） 可為一膂曲TIR结構。這種结構之波形也是一低語高馨 廊波形，其最好是由波導内側邊界i的某些限制進行可能 之變化。極化邊界的曲率半徑夠小’使低語高響廊波形與 波導波形有良好匹配，以在二型態波導之間有較大功率锡 合而且足夠譆實際内部全反射發生’以用於波形中之角度 分佈。 圖3 6中揭示用於高填充密度之雙跨接波導结構9 8 0，此種结構有兩種改良：一不對稱損耗波導跨接，及9 0°鏡子9 7 6及9 7 7°其密度之增加是藉由增加一個 平行於第一輸入波導9 84之第二輸入波導9 8 2，其侈 設在基片98 1同一表面’ Μ有效地使填充密度加倍。本 文已概略介绍切換元件9 8 3和9 8 5為上述被極化的Τ I R開關之變化之一，但其亦可改為本文所述之任何積體 光開闞，所Μ吾人在此或在圖36中不再詳述此開關。（ 開翮可Μ所述其他方式賁施，例如配合圖7所述之光柵開 關，配合圖1 ◦所述之耦合器，配合圖2 5所述之分裂器 ，及配合圖3 3所述之波導引開関。） 第一輸入光束9 9 2向下傳輸到第一波導，同時第二 輸入光束9 94向下傳輸到第二波導。此二光束可由不同 光源產生，或是由同一光源產生但經過一主動或被動式裂 器。當相闞開關OFF時*輸入光束992和994向下 傳輸’以分別形成未偏折輸出光束993和995。若相 關開闞0N時，第一輸入光束9 94被偏折進入輸出波導 -9 9- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先Μ讀背面之注意事項再填寫本頁)

.1T 314602 A7 B7 五、發明説明（W) 996，同時第二輸入光束992被偏折進入輸出光束9 9 8° (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 在不對稱波導跨接9 9 7中，二波導彼此跨接 ，其折射折射率分布調整到其中一波導之損耗最小，代價 是另一波導損耗較高。此二跨接波導彼此之相對設置夾角 很大（在此例子為90°)，以使跨接損耗降至最低。請 參閲圖3 6中之幾何形狀，第二偏折光束9 9 8跨過第一 波導9 84 (此時已切換輸出光束可在平行輸出波導管9 86和988中傅輸）。波等988在跨接點與波波等9 84分開而留下間隙990及991 ，此舉使波導管9§ 經濟部中央橾準局員工消費合作衽印製 4中之損耗降至最低，以產生不對稱損耗结構，波波導9 8 8損耗比跨接區中之波導9 8 4損耗高。為後述便利， 吾人稱不對稱跨接沿波導有較低損耗者“定點”。不對稱 跨接997沿波導984定點。若間隔990及99 1比 波導9 84中波形之數幕數衰減長度遘寬，跨接结構不會 造成波導9 8 4之額外損耗。然後可沿波導9 8 4將多個 不對稱跨接结構依序定點，K產生跨接很多波導之低損耗 波導。間隙9 9 0及9 9 1將對在斷開波導9 8 8中傳輸 之光束9 9 8產生某些反射及漫射而間隙寬度在二波導所 需低損耗組合限制下可降至最小。為了使波導9 8 8中傳 輸之光束9 9 8在跨接结構有最低光損，横向於波導傳輸 軸之折射率分布可沿波波導軸調製或為錐狀，其目的是要 在波導維持相當低之損耗，同時使波導9 8 8中之損耗最 -100- 本紙伕尺度適用中國國家橾準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中央標準局負工消费合作社印製 A7 B7 五、發明説明（η) 小化。若波導9 8 4附近之區的折射折射率變化很小而且 相對於波導9 8 4本身之折射折射率變化相比變化很慢的 話’可達成此一目的。（在此所指之折射折射率變化是指 相對於基片而言）。 第二波導中之損耗有二因素，其中之一為由於折射率 不連缜性所引起之反射，另一為衍射擴張。反射損耗係由 波導中之折射率變化量所決定，也是由波導之端部及側面 錐狀分布所決定。例如，若二波導芯之折射率變化相同， 都是△!! = 0· 〇〇3，在四介面之反射損耗將小於5% ，正確折射率分布（可減少反射）所引起之修正則忽略f 計。衍射損耗甚至更低，因為間隙寬度典型上是遠小於自 由空間瑞利範圍。例如，若是最窄波形維度是其寬度，若 是2wm，假設材料折射率為2 . 2且波長為0 . 5um ’則瑞利範圍為5 5 w m。在每一間隙之衍射損耗小於1 %，假設間隙寬度為。若波導深度為4«m，衍射 損耗實質上更小。衍射損耗可藉由使波導維度相對於間隙 尺寸做增加而被界定。 通常，〃間隙"9 9 0在跨接區附近有一折射折射率 分布，此折射折射率分布係相對於基片折射折射率而被界 定。間隙中之折射折射率可從一值（等於波導988之折 射折射率分布）到另一值（在跨接區附近）圼錐狀。跨接 區之重要部分為其體積，波導9 84之光波在其中傳輸。 為了使波導9 84中之損耗最小，在跨接區附近此重要部 -1 0 1 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

經濟部中央標準局負工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明説明（π) 分中之折射折射率比波導9 8 4中之折射折射率分布遢小 很多。 具不對稱光損之跨接波導幾何形狀可以組合其他幾合 形狀變化。例如，可使用具多跨接是點之三個或更多個輸 入波導，已切換輪出波導在定點處横向於輸入波導管。最 佳波導之選擇最好是在跨接點有最小損耗，其亦可以多種 方式為之。在已被討論的一種例子之中，最佳波導管為平 行，然而在更複雑糸統中，也許有彼此跨接但也跨接並最 佳波導之最佳波導。如何完成最佳波導跨接之選擇視懕用 而定。在一裝罝中之波導跨接结構可為不對稱損耗跨接农 對稱損耗跨接（其間隙寬度為零）之任何組合。 吾人可為Μ小角切換偏折光束之開關（例如τ I r開 關）提供額外的光束旋轉裝置（例如976及977) Μ 在波導跨接處得到所需之大交接角。光束旋轉裝置9 7 6 及9 7 7最好是~垂直微型鏡子而且是固定設置。每一微 型鏡子之形成係使基片材料在其體積内移動，留下一個在 波導附近之平坦垂直表面（最好有低粗撻度）而且其在一 角度定向，以將反射光最佳地向下波導向輸出波導9 8 6 或9 8 8。此種微型鏡子之製造可使用傳统加工技術，包 括雷射燒蝕（例如有高功率激發雷射或離子束蝕刻，二者 可在一光罩幫助下界定鏡子幾何形狀）。體積內可充滿低 折射率低捐耗材料，例如氧化化鋁或二氧化的，如、防止鏡 子表面受到汙染，並保持鏡子之內部全反射性質。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X 297公釐） (锖先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -Q- •1Τ 經濟部中央標率局貝工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（y) 微型鏡子相對於其中一波導輸入端之角度最好調整到 可提供内部全反射。微型鏡子體積在其反射表面垂直方向 之厚度最好是遠大於一個光波長，Μ使未反射波迅速消散 尾端經由微型鏡子體積漏出量降至最低。相對於其他波波 導之角度則調整到使反射光束中間傳輸方向係平行於其他 波導之中央軸。微型鏡子在接合區之位置最好調整使得照 明鏡子表面之二光束分布的“重心”在同一處。鏡子横向 於入射及反射光束之長度比波導兩倍寛度遨大，以將全部 波形反射，包括光束尾端Μ幕數降低強度者。從一波導波 形來之輸入光衍射通過波導接合區到達微型鏡子，然後f 被耦合到輸出波導波形之前，被反射並在反射角度往後衍 射通過波導接合區。在鏡子附近之二波導管接合區與未限 制光束之瑞利範圍相比較之下是被保持在最佳最小範圍而 其達成方式是使波導寬度在2至5微米之間。 圖3 6中之结構使大型已切換光分布波導之交叉梳狀 陣列變得可能，整個结構9 8 0可沿一對輸入波導複製多 次，Κ提供有交變“來源”簡單圖形之一組交錯輸出波導 (在此，“來源” parent age意指從一特定“來 源”輸出波導來之光功率）。每一輸入波導管可連接到一 大數目輸出波導，只換元件有相當低之介入損失，如同上 列及在此所逑之元件者。由於不對稱跨接结構，在其他波 導上方增加更多輸入波導（具更多開關、微型鏡子、不對 稱波導跨接、及交錯輸出波導）並不能明顯地增加低輸入 -1 0 3- 本紙乐尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本百)

314602 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 五、發明説明 ( 1 1 波 導 損 耗 或 是 影 響 其 將 光 沿 一 長 距 離 分 布 到 許 多 輸 出 波 導 1 1 1 之 能 力 0 其 將 適 度 地 增 加 每 一 額 外 輸 入 波 導 之 光 源 功 率 » 1 1 將 相 同 功 率 傳 送 到 個 別 輸 出 波 導 端 部 0 如 所 需 之 許 多 輸 請 閱 1 1 [ 入 波 導 —. 樣 可 平 行 使 用 9 將 大 全 功 率 光 分 布 t 其 輸 出 波 讀 背 I 面 I 導 可 很 多 不 同 樣 式 ( 使 用 圖 3 6 之 方 式 ) 0 Μ 光 柵 反 射 冬 1 I t- 1 I 器 取 代 T I R 開 蘭 可 得 到 相 同 效 果 〇 若 光 柵 反 射 器 在 相 對 事 項 1 | 於 輸 入 波 導 有 一 大 角 度 方 位 定 向 則 不 再 需 要 微 型 鏡 子 〇 再 填 寫 k 上 — 段 文 中 所 揭 示 之 结 構 為 — 對 多 建 構 其 中 每 一 開 本 頁 衣 1 關 之 輸 出 有 每 一 輪 入 之 多 開 翮 〇 在 此 沒 有 方 法 將 多 輸 入 埋 1 1 接 到 同 —* 輸 出 9 所 需 者 為 — 多 對 一 建 構 將 一 對 多 和 多 m 1 1 一 構 造 組 合 即 可 得 多 對 多 構 造 〇 1 訂 圖 3 7 所 示 之 具 Τ I R 開 關 之 一 陣 列 1 0 6 0 波 導 管 1 1 被 排 成 多 對 —* 的 構 造 其 中 二 輸 入 波 導 1 0 7 2 將 二 輸 入 1 1 光 束 1 〇 6 2 和 1 〇 6 4 切 換 成 — 輸 波 等 管 1 0 7 6 中 之 1 | 輸 出 光 束 1 0 7 〇 0 本 文 已 參 昭 圖 3 0 至 3 2 及 3 6 介 绍 1 ΰ^( 輸 入 T I R 開 關 1 0 9 0 及 1 0 9 2 與 輸 出 開 翮 1 〇 9 4 及 1 0 9 6 所 Μ 在 此 僅 概 略 圖 示 省 略 很 多 元 件 ( 例 如 1 1 電 極 接 點 、 功 率 源 控 制 器 Λ 垂 直 限 制 裝 置 極 深 度 1 1 與 輸 出 波 導 限 制 圖 形 ) Μ 求 清 晰 0 輸 入 Τ I R 開 闞 被 安 1 I 排 成 光 束 Μ 前 進 方 式 傳 輸 如 上 文 中 配 合 圖 3 6 所 述 者 t 1 1 同 時 輸 出 Τ I R 開 關 被 安 排 成 Μ 相 反 方 式 來 傳 輸 光 束 〇 開 1 1 關 1 〇 9 0 與 1 0 9 2 同 胯 被 切 換 如 同 開 關 1 〇 9 4 及 1 I 1 0 9 6 因 為 需 要 二 者 將 功 率 注 入 輸 出 開 關 1 0 7 6 〇 1 I - 104- 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） A7 B7_ 五、發明説明（ι<Λ ) 如上文中配合圖36所述者，當開關1 090或1 096 0N時，光束1 062及1 064之一部分分別被切換進 入波導1 078或1 084。光束殘餘部分沿輸入波導之 延伸傳入一輸出路徑而成為光束1 066或1 068，其 可被用在其他元件中或被帶入一光束切斷器以被吸收或被 散射出糸统外。微型鏡子1 082、1 088被用來將波 導1 078、1 084來之光束分別反射進波等1 080 或1 086。當它們是ON，T I R開闢分別接受在波導 1 080或1 086中之光束Μ形成輸出光束1 070。 若需將光束1 062切換成輸出光束1 070，很明顯# 開關1096及所有後纘開關必須OFF。（否則會將很 多所需光束反射出波導1076之外）。在多開關陣列中 之所有其他已切換光束也適用類似限制。 基片1 0 9 8之加工如上所述以產生所介绍之结構。 當開關1 090或1 0940f f時，輸入光束傳輸通過 切換區1 090或1 094，其損耗可忽略，然後横過波 導1 076 (若有需要可為不對稱跨接）而且分別以輸出 經濟部中央標準局—工消費合作社印製 (請先Μ讀背面之注意事項再填寫本頁) 光束1 066或1 068出現而且也可能做為額外開關之 輸入。 也可提供額外的輸入波導，其耦合波導i 〇7 6 (若 有需要可不耦合）並在輸出光束1 0 7 0方向以丨參 重複结構。也可提供額外的輸出波導，若有需要可锅合波 導1 072及/或1 074並在光束1 066及1 068 -1 0 5- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4現格（210X297公釐） ' A7 B7 經濟部中央標準局負工消费合作社印製 -----^ 五、發明説明（ Ά) 1 1 方 向 Η 修 改 方 式 重 複 结 構 0 1 1 I 圖 3 8 所示之光柵反射器陣列 1 2 1 0 為 多 對 多 的 構 1 1 造 〇 在所示结構中 二 輸 入 波 導 1 2 2 4 % 1 2 2 6 將 — 請 先 1 1 輸 入 光 束 1 2 1 2 、 1 2 1 4 切 換 成 靠 在 或 接 觸 輸 入 波 導 閲 讀 背 1 I 之 輸 出 波 導 1 2 2 6 1 2 2 8 中 之 二 輸 出 光 束 1 2 2 0 面 之 1 | 與 1 2 2 1 0 已 在 上 文 中 配 合 圖 7 8 S 1 2 和 1 3 介 绍 意 事 1 項 I 包 含 光 Mm 備 1 2 3 8 1 2 4 0 1 2 4 4 1 2 4 6 之 光 再 填 1 棚 開 關 1 2 3 0 1 2 3 2 % 1 2 3 4 、 1 2 3 6 因 此 本 頁 | 僅 在 此 槪 略 圖 示 很 多 元 件 ( 例 如 電 極 接 點 功 率 源 S_- 1 I 控 制 器 、 垂 直 限 制 裝 置 棰 區 深 度 極 區 或 電 極 錐 狀 ) ψ 1 1 省 略 Μ 求 清 晰 〇 當 開 關 1 2 3 0 或 1 2 3 2 是 0 N 光 束 1 1 訂 1 1 2 1 2 的 部 分 被 切 換 成 輸 出 光 束 1 2 2 0 或 1 2 2 1 〇 輸 入 光 束 殘 餘 部 分 沿 輸 入 波 導 之 延 伸 傳 輸 進 入 輸 出 路 徑 » I I 成 為 光 束 1 2 5 〇 其 可 用 於 其 他 元 件 或 是 被 帶 入 光 束 1 | 切 斷 器 而 被 吸 收 或 是 被 散 射 出 糸 統 外 0 當 開 關 1 2 3 4 或 1 1 1 2 3 6 是 0 N 光 束 1 2 1 4 之 — 部 分 被 分 別 切 換 成 光 级 束 1 2 2 〇 或 1 2 2 1 〇 輸 入 光 束 殘 餘 部 分 沿 輸 入 波 導 之 1 1 延伸傳輸進入輪出路徑 成 為 光 束 1 2 5 2 其 可 用 於 其 1 I 他 元 件 或 被 帶 入 一 光 束 切 斷 器 而 被 吸 收 或 是 被 散 射 出 糸 統 1 1 | 外 0 請 了 解 這 些 结 構 允 許 雙 向 傳 輸 0 1 1 基 片 1 2 4 8 之 加 工 如 上 所 述 產 生 所 介 紹 之 结 構 〇 1 1 當 開 關 0 F F 輸 入 光 束 傳 輸 通 過 切 換 |w ( 若 有 需 要 其 波 1 I 導 可 為 不 對 稱 跨 接 ) 且 以 輸 出 光 束 1 2 5 0 1 2 5 2 分 1 1 1 - 10 6- 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4現格（210X 297公釐） 314602 A7 B7 五、發明説明（/ ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 別出現，其可能做為額外開關之輸入。可在一簡單大角度 接合，如圖所示，或接合為不對稱跨接而不會實質影響光 棚 1238、1240、1244、1246 之設置。請 注意實際上光柵可為一大型單光柵之一部分，此大型單光 柵覆蓋基片並由所需電極在不同開關區内被激發。舉例而 言，若光柵是由極區建構而成*此可允許整片基Η被極化 以為光柵所用*在生產時比較簡單。或者，光柵也可安排 成條紋狀或其他組群。 也可提供額外的輸入波導，其耦合到波導1 2 2 6或 1 228 (若有需要也可不耦合）並在輸出光束122ς) 與1 2 2 1之方向Κ修改方式重複此结構。也可提供額夕卜 的輸出波導，若有需要可耦合到輸入波専1 222及/或 1 224，並在光束1 250、1 252方向以修改方式 重複此结構。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 圖3 9Α概示在η X η通信定向應用中之另一種開關 陣列，在此應用中，在η輸入光頻道中之光功率要在最小 損耗及最小串話下被定向到η輸出光頻道。一控制器在二 頻道之間建立可編址路徑。一簡單方形陣列之形成是重複 圖3 8之结構，直到η輸入點被排列在左側而η輸出點則 被排列在右側而開闞在波導之所有η平方個交接點，交接 角度可為任何方便之角度。在此結構中，將任一頻道切換 到另一頻道是藉由激發其中一個開關而完成。在波導管跨 接處之光束彼此跨接而有少許串話，其可藉由波導幾何形 -1 0 7 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） A7 A7 經濟部中央標準局貝工消費合作杜印製 B7 五、發明説明（，>) 狀最佳化而降低。這種结構在任何輸人及任何輸出之間可 有獨立之1對1連接。請注意連接也可以為雙向’使一通 _信頻道可Μ良好使用而且實際上具同時雙向。在此所示之 開關係有光柵Μ用於特定用途’但也可有如上文中配合圖 37所述之雙ΤIR開關’其係藉由搜製圖37之结構來 形成η X η輸入和輸出點或可有其他已知或尚待發現之光 切換科技。請注意在T I R開關例子中，光數據路徑未通 過輸入及輸出波導之間的交接頂點，反之*其通過交接區 附近之S —波導。根據此波導之特定幾何形狀，輸入和輸 出波導可在圖37、38、39所示大角度或一傾斜角享 相交。在雙Τ I R切換幾何形狀之固定反射器1 088、 1 0 8 2在傾斜相交波導埸合可不需要用到。 在具η個平行輸入波導之簡單方形幾何形狀中，將有 一輸入波導連接到具單一開關最接近的輸出開關裡面，形 成具最低損耗之最佳埋接。在另一極端方面，必須横向於 2 (η_1)個波導跨接點的一個波導將被切換到最遠的 輸出波導。這種最差連接將比最佳接有非常高之損耗。為 了降低此開關陣列结構之最大介入損失，可使用配合圖3 6所介紹之不對稱跨接。在此可使每一個跨越最差連接之 波導跨接為沿輸或輸出波導之光傳輸方向中之不對稱跨接 定點，Μ最佳地減少損耗。此種结構很明顯地不能使最内 部波導一般化，因為在中間接合之不對稱開關將依靠其他 開關來幫助某些切換路徑，在此所需者為選擇最佳方向以 -1 0 8- 本纸張尺度適用中國國家梂準（CNS ) 格（210Χ297公釐） (請先Μ讀背面之注意事項再填寫本頁)

經濟部中央標準局属工消費合作杜印製 314602 五、發明説明（y) 用於不對稱跨接之運算。一種設置不對稱跨接之好方式是 將跨接點分一半在每一方向定位。所觀察到者為在對角線 (不包括對角線）左上半側之η (η — 1)個跨接點係優 先被使用，以將能量供給右側者。因此，這些跨接點應沿 輸入波導方向定位而在右下側之跨接點則應在輸出波導之 方向定位。在雙向结構中，在對角線上之跨接點應為簡單 對稱跨接點，在此稱為不對稱跨接點之簡單對角線安排。 也可依據不同使用型式來使用其他安排，但這是一個很好 的適用一般目的之安排。 在nxm (其中n>m)之安排將只允許全導電性$ η ”輸入〃線路及m ”輪出"線路。〃輸入"及〃輸出" 僅用於指明，因所有線路為雙向。額外的η — m 〃糸统" 線路對於監控及廣播功能之系統控制也許有用。例如，若 線路A想要連接到線路B，其應發出糸統要求該項功能， 直到有回覆。例如，m + 3線路可用於掃瞄所有糸統請求 之#輸入"線。（為提供一條類似線路來監控輸出線路， 需要大型矩陣線路，例如圖39A所示之ηχη矩陣，其 中m線路在mxm線路副組群中被提供給使用者，然後一 條線路，例如η — 2線路，可用來監控"輸出w線）。在 監控時，糸統將打開對應於Λ輸入〃或"輸出〃線之連續 光柵，並偵測線路是不在作用。部分功率將藉由與監控偵 測器同一線上之連續打開之光而被切換到監控偵測器内， 若任一條受監控線路有作用。一條作用線路將有一條已激 -1 0 9- 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） (請先S讀背面之注意事項再填寫本頁) -Q- 訂 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 A7 B7 五、發明説明（W ) 發反射器將之連接到另一條選定線路。然而，已激發反射 器將漏出一部分流經它的功率，Μ形成可由監控偵測器偵 測到光束。當連接到此例中之m + 3線路的監控偵測器將 開騍1 255 (其晝成一光柵開關Μ求清晰）切到ON並 接收由線路A來之請求，控制糸統必須檢査線路B是否忙 碌。當其是經由開關1 2 5 3而與η — 2線路連接時，漏 出通過線路Β連接開關之殘餘光束將警告糸統說線路Β在 作用中。若未偵測到任何作用，一糸統請求可同時送到線 路Α和Β (若有複合傳送/接收能力者可能通過同一監控 線，或者可能通過一獨立系統線）而且開關1254可p 閉以建立連接。 在用於1對1連接之基礎m X m開關單元中之線路不 適合廣播功能，因為即使僅打開部分所需開關排（對應於 由一给定輸入之所有輸出）也會千擾到一些已經建立且潛 在地與其他頻道作通信連接者。做為廣播用之線路最好是 圖39A中所揭示之mxm切換單元"外面"。（此幾何 形狀之〃内側角隅〃是〃輸入〃側線路1及〃輸出''側線 路1之間的具最低損耗之波導連接狀況）。線路C被作用 地由光柵1 256連到圖39A中之所有或大部分之〃輸 出"線路，Μ做為廣播之例子。線路C上之開關1 2 5 6 必須部分地切到0 Ν，使得有足夠之功率傳遞到每一〃輸 出"線路。類似方式也可用來防止廣播時頻道之相撞，如 同在簡單通信連接狀況。廣播連接應設有不積極頻道而糸 -1 1 0 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

*1T 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 314602 五、發明説明（) 統可將頻道組合在一起而且/或是等待個別頻道jy、允許對 它們廣播。 為增加切換效率，波導可為多波形大波導，在單波形 通信網路中將被埋接到單波形輸入和輸出埠1到m，其係 有如上所述之絕熱擴張器。 上文中配合圖3 9 A所述之整個結構可做為一非同步 傳輸波形（ATM)開關，或用於任何點對點已切換通信 應用。此結構的其中一種有用變化為在一WDM網路中用 於多波長操作。在此可使用波長選擇式光開關，其係使用 被極化的光柵，或是使用可調諧固定光柵（其調諧進入並 離開一特定通信頻帶）。在一 WDM網路中，其需要是在 頻道之間切換一特定波長而不會影響在同一頻道中傳輸（ 雙向傳輸者）之其他波長。對有可調諧開關（可選定反射 頻率同時傳輸WDM光譜中之其他組頻率者）；圖39厶 之間簞幾何圖形為適當者。然而，若所使用之已切換光柵 有單操作頻率者，對於每一波長而言必須有分開的連接路 徑。 圖3 9 B揭示之已切換WDM通信網路1 2 6 0有分 開的路徑以用於網路中每一個頻率，此一例子是用於雙頻 WDM網路，但可為有任何頻率數目之通信。在圖39B 中三個"輸入〃波導1 276連接三埠1 a、2a、3a 而三個〃輸出〃波導1 2 7 6則連接到三埠1 b、2 b、 3b。這些波導形成9個交接點，在每~交接點，有三額 -1 1 1 - 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（γ ) 外的光徑連接每一 〃輸入"及每一"輸出"。這些額外的 光徑在本例中均相同而且由三種型式所組成。第一型光徑 1 2 6 6由一對固定率之已切換反射器所組成而二反射器 均可將WDM糸統的二信號頻帶中的第一個反射。反射器 最好是横向於與交接點相關之"輸入〃及"輸出〃波導光 柵而且將對應波導與將二光柵連接之額外波導段之間的第 —頻帶中之功率反射。第二型光徑1 268是由第二對固 定頻率之已切換反射器所組成而二反射器均可將WDM系 統的二信號頻帶中的第二個反射。反射器最好是横向於個 別波導之光柵而且將對應波導與將二光柵連接之額外波f 段之間的第二頻帶中之功率反射。第三型光徑1 2 7 0是 由一對獨立頻率之已切換反射器所組成，二反射器均可將 WDM系統之二信號頻帶反射。此第三型光徑可做為由波 導及固定鏡子（配合圖37所述者）連接的該對TIR反 射器。 在此例中，埠la、2a、lb、2b加上相關波導 管1 267、1 277形成一個2x2切換網路，其可在 任何〃輸入"埠及任何"輸出〃埠之間同時切換二頻道。 具相關波導1 276 、1 277之系統控制埠3a 、3b 提供監控及系統通信功能。若WDM系統之第一頻率需要 在例如埠2a及1 b之間切換，與光徑1 266相關之二 開關在連接到埤2 a及1 b之波導交接處被切到Ο N，Μ 將在埠2 a及1 b之間且在第一頻率之光功率定向通過連 -1 1 2- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4说格（210X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

、1T 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 A7 H1AU2__ 五、發明説明（///) 接此二開關之波導。若與一給定埠相關之所有埠要被定向 到其他埠，開翮及光徑1 2 7 0在對應於二埠之交接點被 切到ON。光徑1 270在2x2網路中其實是多餘的， 因為要在任何二頻道中切換二種WDM頻率的話，二相對 應光徑1 266、1 268可被激發。然而在有多WDM 頻之高階通信網路中，其需要所有頻率單一達接，因為將 會有最低損耗。 圖40中揭示一種二維一對多定向结構。第一行波導 管定向開關將從一輸入波導來之光功率連结到像素波導管 之列。在此未示出開關之细部结構，在此係以光柵形式旱 現，但可以數種不同方式實施。"像素〃開關二維陣列將 離開像素之功率在"像素位置〃定向。（功率在像素位置 所發生之事視應用不同而定）。雙層開關被用來到達所有 像素。此结構可用於顯示器，觸動或控制過程裝置，或是 謓取特定型式數據。在後一種場合中，功率流動方向相反 而裝置之操作方式有如一多對一定向结構。 輸入光束1 342在輸入波導1 352中傳輸且由切 換元件二維陣列1 3 5 6耦合到許多像素波導管1 3 5 4 中的其中一個。切換元件丨364可做為光柵開關，如上 文中配合圖7、8、1 2、1 3及38所述者，或可做為 T I R開關，如上文中配合圖3 ◦- 32及37 ,或可做 為其他可切換兀件。所不之光束1 3 4 4藉著Hg 元；件1 358切換到一像素波導，在此它被開藺元件1 36〇第 -11 3- 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ' (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) .fo 訂 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 五、發明説明（/丨1) 1 1 I 二 次 切 換 > 形 成 傳 到 像 素 元 件 .1 3 6 2 之 光 束 1 3 4 6 Ο 1 1 1 像 素 元 件 1 3 6 6 可 由 所 示 之 波 導 段 而 與 波 導 1 3 5 4 隔 1 | 請 1 I 開 » 或 可 ±±Α. 罪 在 波 導 上 一 小 段 距 離 » 使 未 切 換 光 一 小 部 分 由 先 閲 I I 讀 1 像 素 元 件 通 過 0 背 1 & I 在 顯 示 器 應 用 場 合 像素元件可產生將將光 1 3 4 6 之 | I 射 出 基 片 1 3 4 8 平面之外之功能 然 後 像 素 元 件 可 為 項 1 I 再 1 1 基 片 1 3 4 8 表 面 上 之 粗 m 接 線 或 是 傾 斜 微 型 鏡 子 或 導 1 裝: 寫 本 光 擴 散 用 之 粗 撻 傾 斜 微 型 鏡 子 或 填 磷 之 坑 或 產 生 可 見 頁 1 1 光 之 其 他 裝 置 0 在 顯 示 砮: 、勺 場 合 輸 入 光 束 1 3 4 2 可 包 1 1 含 數 種 色 彩 此 時 波 導 可 波 導 引 所 有 色 彩 而 開 關 可 將 所 1 1 色 彩 耦 合 0 波 導 開 關 依 序 被 掃 瞄 以 產 生 顯 示 器 之 影 像 〇 光 1 訂 柵 開 關 係 為 — 多 周 期 光 柵 形 式 但 T I R 開 關 需 稍 加 修 改 1 K *ΓΛ* 付 合 本 巨 的 〇 波 導 若 為 單一 波- 形 必 須 有 效 地 波 導 引 取 短 1 1 波 長 光 束 〇 輸 入 光 1 3 4 2 B! 取 好 外 部 調 製 ( 包 括 所 有 色 彩 1 1 成 分 ) 使 切 換 元 件 為 簡 單 〇 N — 〇 F F 装 置 0 請 注 意 單 1 線/ 行 電 極 可 設 置 横 跨 波 導 之 列 致 動 一 行 像 素 開 關 ( 若 是 I I 像 素 元 件 安 排 成 大 约 甲- 一 直 線 而 且 可 沿 — 行 電 氣 連 接 ) C 1 1 在 投 影 式 顯 示 器 的 場 合 i 需 要 — 額 外 的 透 鏡 结 構 以 1 1 收 集 由 陣 列 所 有 像 素 所 發 出 光 並 將 之 聚 焦 在 遠 離 透 鏡 的 1 I — 個 銀 幕 上 0 透 鏡 团 取 好 有 良 好 偏 軸 性 能 使 聚 焦 平 面 在 銀 1 1 幕 上 有 合 理 平 坦 而 且 應 有 大 數 值 光 圈 ( N A ) 以 收 集 由 1 1 像 素 陣 所 發 出 之 光 的 大 部 分 0 將 — 透 鏡 陣 列 耦 合 到 像 素 结 1 | 構 以 降 低 由 個 別 透 鏡 產 生 之 光 束 發 散 有 其 優 點 Μ 降 低 投 1 1 - 11 4- 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（〇奶）六4坑格（210乂297公釐.) 314602 A7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 B7五、發明説明〇i)) 影鏡之（大成本）NA需求。另一種達成此目的之方式為 如前述，使波導圼錐狀，以在像素處有最大可能之尺寸。 使像素圼錐狀到大横向尺寸比較容易，但要獲得很深的波 導則很困難。大像素可藉由將一寬波導耦合到一長光柵耦 合器而製成。 在定向结構中分布之光可用於觸發過程之中，例如在 DNA讀出器或是過敏謓出器，或是蛋白質讀出器。在每 一個特殊場合中，DNA或過敏原或蛋白質的一個別行備 有熒光標記，其可由光激發。一種分子型態或是分子製劑 可安排用於激發每一像素。光在不同像素之間被電子式f 瞄而掃瞄速度及順序可由结果來決定。熒光可被收集且由 一外部透鏡及偵測器所偵測。然而，在某些應用中，像素 (及其透鏡）及波導结構本身將發出之照射收集並波導引 到一光能偵測装置，Μ及控制光源之發射有其優點。視所 需光照明及收集形狀而定，透鏡可為一準直透鏡，再聚焦 透鏡，甚至可構想一透鏡Κ產生一發散光束。準直透鏡距 離波導端部可有透鏡焦距之距離，使透射（及收集）光束 實質上平行。若材料有大體積要由交叉光束横過，則準直 透鏡最有用。再聚焦透鏡與波導端部相隔之距離為物距， 其倒數係相關於像距倒數與焦距倒數之間的差值，其中像 距是從透鏡到所需影像光束點之距離。若有需要，將樣本 凝聚到一小點並照明及/或從一波導讀出者，即使用再聚 焦透鏡。一發散光束由一透鏡之輸出光束不必是圓形，若 -1 1 5 - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -Q. r 線— 本紙張尺度適用中國國家標準（CMS ) A4規格（2丨Ο X ：297公釐） 經濟部中央標準局負工消費合作杜印製 314602 Αν B7 五、發明説明（/7) 是抵達透鏡之波的發散在二平面上不同的話。使光束圼圓 形（在聚焦後有最低點面積）的最簡單方式是在波導端部 開始一圓形光束，其可藉由波導設計或使波波導圼錐狀而 達成。透鏡最好有適當的數值光圈，Μ諶波波導來之整個 波進入，並依據應用而將之聚焦到一衍射限制點或是準直 束0 在此場合下，像束元件1 362可為上述之任何元件 且與要被激發之材料有直接關係，或是間接地和與材料共 軛结合之外板之對齊有關。每一像素元件可包括一透鏡， 其對齊方式如上所述，使一開關陣列與一透鏡陣列耦合j 而影像光束在一實質上為焦距共同面中定點。（在此處， "實質上共同"意指在焦距真正平面一端利範圍附近，其 可能由於像差之故而相當扭曲）。在像素元件1 362中 反射器型式而非散射器比較好，假如也使用定向結構來偵 測熒光放射的話，因為反射器在放射到達時將其耦合回到 波導中。只要用於某一給定像素之開關被觸動，此耦合作 用即維持。若有需要，可在切換到其他像素之前將光源關 掉，以解決放射衰減之問題。 在當做數據讓出器時，光傳輸指向與圖4 0所介绍者 相反。從包含數據之装置而來之光在像素元件處被收集， 並被耦合到定向波専结構，定向波導结構則將之波導引往 回走離開輸入波導1 352。一偵測器與波導1 352連 接，以讀取數據•偵測器也可經由在波導1 3 5 2與用Μ -1 1 6- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ,1Τ 線 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（/ip 照明數據媒介之光源之間的一個光束分裂器而同時連接到 波導。像素元件1 3 6 6 (或簡稱"像素"）最好是經由 透鏡而與數據點耦合，Μ收集經過结構1 3 5 0定向之光 並將之波導向數據媒介。透鏡耦合也可用來收集由數據媒 介處反射或以其他方式發出之光，並將之再聚焦到耦合至 像素元件之波導端部。數據可在一目標容積中，其中透鏡 可對準光束1 346。數據可在一目標表面上，其中不同 像素元件可對應一光磁數據貯存表面（例如CD)轉動片 之不同軌跡。透鏡建構成將像素來之光再聚焦到數據點， 其中之衍射受到限制。藉由將不同像素與不同軌跡聯合： 可完成軌跡對軌跡切換而且沒有延遲時間。 不同像素也可耦合到數據媒介之不同平面上，在讀取 記錄在媒介之多個平面上時有其用處，以增加整體貯存容 量。藉由耦合到不同平面之像素之間的切換可用電子式完 成平面之間的切換。 此外，數個不同像素元件可被聚焦到由軌跡分隔（横 向於，最好是垂直於一被給定之軌跡）之一部分所隔開之 位置。當軌跡移動時，正軌跡可藉由像素之間的切換而電 子式完成而非機械式。在此需要一感應器及電子設備來偵 測軌跡移動，並需要一控制器來將之切換到所需像素。信 號強度或信號對噪音之比值（S N R )可在不同頻道中偵 測，以決定最佳（最佳對齊）之頻道。若沿波導1 3 5 2 之開關係建構成四通跨接而非三通，其四支腳出現在基片 -1 1 7 - 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) A4現格（210X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --° 線 314602 ΑΊ Β7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明 U/L) 1 I 邊 緣 一 偵 測 器 陣 列 1 3 6 8 可 設 置 對 應 四 腳 個 別 偵 測 1 1 1 器 1 3 6 7 對 齊 列 以 偵 測 從 每 — 列 回 來 之 功 率 〇 用 於 光 /•-—V 1 I 請 1 I 柵 ( 沿 波 導 1 3 5 2 設 置 者 ) 之 田 取 佳 反 射 性 在 使 用 偵 測 器 先 閱 1 I 讀 1 1 3 6 7 時 大 約 為 5 〇 % 以 使 從 偵 測 器 陣 列 1 3 6 8 上 背 ιέ 1 I 之 數 據 媒 介 回 來 的 功 率 取 大 化 〇 若 在 定 向 結 構 上 游 之 波 導 1 | 意 I 1 3 5 2 中 設 置 一 〇〇 单 光 分 裂 器 其 团 取 佳 反 射 亦 為 5 〇 % C 事 項 1 1 再 1 1 請 注 意 不 同 像 素 之 部 分 激 發 可 由 沿 輸 入 波 導 或 沿 像 素 填 % 本 衣 波 導 之 開 關 的 部 分 激 發 所 達 成 〇 切 換 元 件 1 3 6 4 可 藉 施 頁 1 I 加 電 場 來 調 整 以 改 tut 反 射 係 數 〇 有 些 光 束 可 經 由 所 需 部 分 1 1 激 發 開 關 透 射 以 同 時 用 於 第 二 像 素 〇 在 軌 跡 移 動 修 正 m 1 1 合 中 多 像 素 激 發 特 別 重 要 因 為 也 可 在 定 向 器 1 3 5 0 1 訂 中 建 構 多 偵 測 器 0 例 如 在 向 结 構 1 3 5 〇 上 不 同 三 列 1 I 上 的 三 個 不 同 像 素 要 同 時 被 激 發 其 相 對 應 的 像 素 列 開 闞 1 1 也 需 要 部 分 被 激 發 r. 控 制 器 需 要 計 算 itk 決 定 多 個 開 關 之 1 1 適 當 激 發 0 若 忽 略 不 計 在 開 關 之 損 耗 為 了 在 個 白 的 偵 測 1 線 器 上 產 生 用 於 最 佳 S N R 之 相 等 強 度 對 應 於 第 一 像 素 列 1 1 之 第 一 開 關 應 被 激 發 以 反 射 大 約 十 六 分 之 三 的 入 射 光 對 1 1 應 於 第 二 像 素 列 之 第 二 關 開 應 被 激 發 VX 將 通 過 第 — 開 關 之 I 1 殘 餘 光 的 大 約 四 分 之 一 反 射 而 對 應 於 第 三 像 素 列 之 131 取 後 開 1 I 關 應 被 激 發 Μ 將 通 過 前 兩 個 開 關 的 殘 餘 光 的 大 约 二 分 之 一 1 1 1 反 射 〇 假 設 媒 介 1 〇 〇 % 反 射 且 有 1 0 〇 % 光 收 集 效 率 f 1 1 大 約 入 射 光 的 1 5 % 反 射 到 每 一 偵 測 器 内 r> 與 被 E313 单 一 像 素 1 | ( 团 取 佳 切 換 激 發 等 於 5 〇 % 反 射 率 ) 中 之 單 偵 測 器 所 接 收 1 1 - 11 8 - 1 I 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 314602 Α7 Β7 五、發明説明（/j) 之光束的最佳2 5%比較之下，此结果相當好。真的，在 三光束所收集的質子總數大於僅為單光束者。電子軌跡提 供更便宜、更快速且更可信賴之數據謓/寫裝置。 這些方法的任何組合（電子軌跡切換，電子數據平面 切換，及電子軌跡）可增加數據貯存裝置之性能。在此也 需要一裝置來完成電子式可變聚焦K移除從驅動器來之所 有機械運動（除了媒介之轉動）。如在下文中配合圖54 所示，可K —波帶片透鏡並藉由改變光束1 342之波長 而完成電子式可變聚焦。 40之定向结構為一偏振结構，其90°光柵開關寧 反射T Μ波形。结果，只有以強度為基礎之光束分裂可Μ 使用。在使用偏振光束分裂器有其優點，因為在一給定光 強度中有產生信號強度之增加之因子。然而，有需要可以 傳輸然後將二偏振分開之切換機構。雖然ΤIR開關之偏 振依賴可在足夠的低掠Τ I R角（非常低於Τ Ε波形内部 全反射角之下）而忽略不計，在使用低角度切換形狀中有 損於填充密度。 圖4 1所示之強烈依賴偏振的一線性開關陣列係安排 成一數據讀出器1 370 ，開闞係以光束1 342激發’ 光束為ΤΜ偏振且在被激發開關1 372中被高度反射。 波導1 376及1 378，例如在鈮酸鋰中之钛體内擴散 波導，被用以導引兩種偏振。像素元件之形式為微型鏡子 1 374，其併設有積體透鏡1 380 ，且數據點（例如 -1 1 9- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210x297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁).

A7 314602 B7 五、發明説明（if) 1 382)安排在繞軸1 388旋轉之磁盤1 386的磁 軌1 384上。從數據磁軌之雙折射數據點（或分隔器） 被反射之正交偏振光被透鏡收集再聚焦回到波導1 3 7 8 並由微型鏡子反射回到具T E偏振的波導平面。由於T E 波形在布魯斯特角偏振以用於光柵而且有不能相位匹配以 用於反射之不同傳輸常數，其傳輸通過開關而不會反射進 入偵測器陣列1 368之偵測器1 367。（或者，若為 一 T I R開關，其T E波反射率小於T Μ波而且T E波大 郜分通過開關且撞擊偵測器）。若另一開關1 373被觸 動而非開關1 372 ，光束將傳輸到一不同像素1 37巨 而且依據像素1 375對齊度及其微型透鏡1 38 1而被 聚焦進入另一數據軌或另一數據平面或到相同磁軌但有磁 軌寬度部分横向偏差（依據像素1 375是否用於磁軌切 換，數據平面切換，或是磁軌控制）。 结構上的很多要化請配合圖4 0 、4 1 ，在定向器中 的任一開關可不同地定向，Κ改變平面中之光傳輸方向， 在單一裝置中可使用多種型態開關而且可增設較高階之開 關。額外的變化不勝枚舉。 圖4 2揭示切換式之積體光譜分析儀9 3 0 進入輸 入波導9 2 3的輸入光束9 2 1在一定距離後即停止。輸 入光束92 1可在其他波導中傳輸 > 或可為一自由空間光 束，其最好對齊且波形匹配Κ將功率最佳地波導入波導管 923中。裝置930有一平面波導835 ，其限制在平 -12 0- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、-° 線 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 314602 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明 (1 丨1 ) 1 1 I 面 内 傳 輸 0 從 輸 入 波 導 端 部 出 現 之 輸 入 光 束 9 2 7 在 平 面 1 1 1 波 導 中 的 —— 平 面 上 發 散 > 直 到 通 過 積 體 透 鏡 元 件 9 2 5 〇 I I 請 1 I 積 體 透 鏡 有 相 對 於 平 面 波 導 之 提 升 折 射 折 射 率 其 中 平 面 先 1 1 讀 1 波 導 在 一 形 成 — 光 厚 度 ( 其 從 光 軸 平 方 減 少 ) 之 邊 界 中 C' 背 1 | ( 或 者 若 其 有 折 射 率 降 低 光 厚 度 則 幾 乎 甲. 平 方 增 加 ) 〇 之 | 意 1 透 鏡 之 製 造 可 為 掩 摸 體 內 擴 散 或 離 子 交 換 或 者 其 可 為 由 事 項 1 I 再 1 1 電 極 激 發 之 相 反 被 極 化 的 段 C 1 寫 本 裝/ 透 鏡 9 2 5 猫 準 光 束 然 後 光 束 通 過 到 光 柵 9 2 9 頁 '—' 1 I 9 3 1 % 9 3 3 至 少 其 中 一 個 光 柵 是 由 個 別 單 元 組 成 9 1 1 每 一 單 元 為 一 區 這 些 區 可 由 =«匕 m 景 材 料 區 分 並 依 據 應 用 不 1 1 同 而 有 不 同 間 隔 量 0 這 些 單 元 有 從 基 片 來 之 永 久 或 可 調 式 1 訂 折 射 折 射 率 差 異 而 不 同 單 元 可 為 不 同 區 型 態 所 組 成 <2 永 久 1 | 區 型 態 包 括 例 如 體 內 擴 散 Ioti 離 子 交 換 區 蝕 刻 區 昭 射 1 1 矗 擊 區 而 且 通 常 是 由 任 — 型 之 折 射 折 射 率 變 化 過 程 所 形 成 1 1 之 區 〇 這 itb 光 柵 段 可 由 刻 離 子 交 換 或 體 内 擴 散 等 方 1 欲 式 所 製 造 其 中 光 柵 為 永 久 式 但 在 所 示 較 佳 實 施 例 中 是 I 由 極 區 所 製 造 C 電 極 9 3 2 、 9 3 4 、 9 3 6 被 用 來 個 別 1 1 激 發 與 共 用 電 極 9 3 8 合 併 之 光 柵 共 用 電 極 9 3 8 可 設 1 1 在 如 画 所 示 之 基 片 相 反 側 以 求 簡 潔 或 圍 繞 電 極 9 3 2 、 1 I 9 3 4 9 3 6 Κ 用 於 低 電 壓 激 發 1 1 在 個 別 光 柵 中 之 旱 元 可 VX 其 他 方 式 安 排 在 所 需 方 1 1 向 形 成 所 需 周 期 性 9 Μ 提 供 有 所 需 動 量 之 虛 光 子 C ‘ 它 們 可 1 I 安 排 成 一 行 ♦ Μ 界 定 某 Χ& 特 平 面 其 有 與 由 行 間 隔 所 界 1 | - 12 1- 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS〉A4規格（21〇Χ：297公釐） 314602 Μ Β7 五、發明説明) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 定之動量的平面相垂直之虛光子動量。此時，在沿著由行 中單元間隔所界定之衝量的平面也將有具動量之虛光子。 為使後向反射相位匹配，虛光子動量正好為入射光子動量 的兩倍而且在相反方向被波導向。任何其他反射過程有較 小動量而且被導向横向於入射軸。行間隔之周期Λ因而部 分與入射波長λ相關，其中Λ為λ / 2 n e f f之分數。 在一普通狀況下，單元可由一距離分布所隔開，而距離分 布隨著通過光柵之位置變化，使沿任何入射軸之虛光子動 量係由沿該軸分布之單元的空間頻譜所決定（經由傳立葉 轉換而決定）。 ， 經濟部中央標準局負工消費合作社印製 三個光柵929、93 1或933中至少有一個被轉 到◦ N，其係藉由調整相對應電極之電位狀態。在圖4 2 中，光柵929被激發，被澂發之光柵提供虛光子給入射 光子，相位匹配散射過程到一輸出方向，Μ形成具不同波 長之多個輸出光束9 3 5及9 3 7 ，輸出光束係依據其波 長而在角度上被分開。從被激發光柵9 2 9來之輸出光束 通過透鏡9 3 9 ，透鏡9 3 9將輸出光束再聚焦到一偵測 器陣列9 4 1 。偵測器陣列為一群感應器，其被設置來接 收輸出光束的一部分Μ用於偵測而且最好如圖所示地黏在 裝置930的一個邊緣。然而，若需要將裝置930 —體 設在一較大基片上，基片在此位置也許不需要有一邊緣。 此時，也可使用其他抽取光束方法（例如垂直偏射鏡子） Μ將光束9 3 5、9 3 7 —部分偏折到偵測器陣列中。感 -1 2 2 - 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） 314602 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（丨4) 1 1 I 應 装 置 大 約 是 設 在 輸 出 透 鏡 9 3 9 聚 焦 平 面 一 個 端 利 範 圍 1 1 之 内 在 此 位 置 輸 入 光 角 可 映 射 到 輸 出 光 束 位 置 0 由 於 1 I 請 1 I 光 柵 將 輸 入 波 長 映 射 到 輸 出 光 束 角 一 準 直 輸 入 束 造 成 不 先 閱 1 I 讀 1 同 波 長 要 在 聚 焦 平 面 被 映 射 到 不 同 位 置 而 波 長 光 譜 之 空 間 背 面 1 I 解 析 度 取 決 於 光 柵 特 性 C1 偵 測 所 得 功 率 ( 為 陣 列 9 4 1 中 冬 1 | 意 I 之 偵 測 器 位 置 之 函 數 ) 與 輸 入 光 束 9 2 1 功 率 頻 譜 有 關 0 事 項 1 I 再 1 | 因 此 裝 置 9 3 〇 為 -* 頻 譜 分 析 儀 0 若 輸 入 光 束 被 分 成 佔 填 寫 本 1 裂 據 數 個 不 同 頻 率 通 道 之 頻 道 時 其 亦 為 數 頻 道 偵 測 器 而 該 頁 1 I 裝 置 亦 建 構 成 將 頻 道 分 散 到 預 定 偵 測 器 或 一 群 偵 測 器 C 1 1 藉 由 將 不 同 光 柵 切 到 0 N 本 裝 置 可 在 不 同 頻 率 範 p 1 1 作 用 例 如 若 光 柵 9 3 1 或 9 3 3 被 激 發 則 分 散 光 被 I 訂 透 鏡 9 3 〇 聚 焦 到 一 不 同 偵 測 器 陣 列 9 4 3 或 一 延 伸 偵 測 1 | 器 陣 列 9 4 1 之 不 同 部 分 0 光 柵 的 頻 率 範 圍 是 由 光 柵 到 光 1 1 束 之 角 度 及 光 柵 周 期 性 所 決 定 光 柵 9 3 1 在 此 所 示 者 為 1 1 到 光 束 有 一 較 淺 角 度 使 在 激 發 時 選 定 — 較 局 光 頻 範 圍 C 1 線 光 棚 9 3 3 有 彼 此 横 向 之 多 周 期 性 使 得 可 選 疋 多 個 重 | 1 叠 頻 率 範 圍 C 多 頻 可 被 映 射 到 極 區 邊 界 如 上 文 中 配 合 圖 1 1 1 8 所 述 者 C 光 棚 9 3 3 之 極 化 元 件 可 安 排 在 垂 直 於 二 主 1 1 要 虛 光 子 動 量 方 向 的 平 面 上 0 平 面 之 相 是 由 將 所 需 光 柵 1 I 分 量 頻 率 抄 錄 到 區 邊 界 的 過 程 來 決 定 0 m 而 一 般 光 柵 可 在 1 1 所 有 方 向 有 動 量 分 量 造 成 之 區 邊 界 不 會 組 織 到 平 面 内 1 1 除 非 在 一 主 要 方 向 1：· 1 1 一 透 射 光 束 9 1 3 被 積 體 透 鏡 9 0 7 再 聚 焦 到 一 輸 入 1 I - 1 2 3- 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 314602 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 五、發明説明 ()>V) 1 1 I 波 導 段 9 〇 9 以 形 成 輸 出 光 束 9 1 1 其 包 括 並 未 與 光 1 1 柵 交 互 作 用 之 輸 入 光 束 9 2 1 的 帶 外 部 分 的 至 少 一 部 分 0 —V 1 I 請 1 I 已 切 換 範 圍 頻 譜 分 析 儀 的 一 項 有 效 變 化 结 合 圖 4 2 及 先 R5 1 1 讀 1 3 0 一 3 5 之 元 件 其 基 本 觀 念 為 一 項 事 實 即 光 柵 頻 譜 範 背 1 I 圍 可 從 改 變 其 角 度 或 相 等 於 來 源 點 而 移 位 0 在 此 變 化 中 t 之 注 | 意 I 其 使 用 — 波 導 定 向 结 構 以 允 許 來 源 點 被 切 換 0 波 導 開 關 被 本 1 I 再 1 | 放 置 在 輸 入 波 導 9 2 3 ( 而 且 可 能 在 放 射 波 導 ) 上 的 一 個 填 1 ^士， 本 或 多 個 位 置 Μ 產 生 — 平 行 來 源 波 導 陣 列 輸 入 光 束 9 2 1 頁 1 I 可 在 其 中 切 換 0 所 有 波 導 均 在 同 一 平 面 终 止 雖 狀 有 不 同 1 1 輸 入 但 其 不 必 要 有 額 外 光 柵 9 3 1 及 9 3 3 0 多 個 已 切 1 1 換 波 導 之 分 隔 係 依 據 應 用 而 做 調 整 Μ 達 到 分 析 儀 9 3 〇 1 訂 所 需 之 可 切 換 頻 譜 範 圍 C· 1 I 圖 4 3 掲 示 一 種 被 極 化 的 語 多 層 干 涉 结 構 9 5 3 〇 1 I 入 射 聲 波 9 7 2 可 為 一 主 體 或 表 面 聲 波 被 極 化 的 结 構 被 1 1 製 造 在 一 壓 電 基 片 9 6 5 的 區 域 9 5 5 中 其 包 含 二 型 態 1 線 區 9 6 3 9 6 4 眾、 所 皆 知 者 為 極 性 反 轉 造 成 分 波 反 1 射 例 如 米 勒 Μ 1 1 e Γ 等 人 的 第 4 4 1 0 8 2 3 美 1 ! 國 專 利 ) 0 到 光 束 9 7 3 之 反 射 及 到 光 束 9 6 1 之 透 射 被 1 1 極 區 介 面 間 隔 影 響 0 若 需 要 高 反 射 及 低 透 射 相 鄰 介 面 間 1 I 隔 應 等 於 音 波 長 一 半 的 整 數 倍 〇 若 需 要 高 透 射 且 低 反 射 地 1 1 1 穿 過 一 结 構 該 間 隔 應 等 於 波 長 四 分 之 一 加 上 一 波 長 一 1 1 半 的 整 數 倍 〇 藉 由 在 一 介 面 ( -言- m 在 此 改 變） 附 近 提 供 適 1 I 當 數 巨 之 極 區 可 製 造 抗 反 射 ( A R ) 结 構 假 如 反 射 波 1 I - 12 4 - 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21〇Χ：297公釐） A7 B7 五、發明説明（丨>j) 相位選定成與從介面來之反射波失相但同振幅。 經濟部中央標隼局員工消費合作杜印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 圖44揭示一種被極化的主體聲波傳感器971 。一 入射聲束9 7 2入射在包含一對電極9 74、9 7 5之壓 電性基片9 6 5之極區。極區包含最好為反相之二型態區 9 6 3、9 64。由聲波在每一極區所感應之電場可選擇 與每一半轚波長即使極化方向相反者相同，此時，可使用 單電極來探測感應電壓而非傳統交叉梳狀電極。輸出電壓 (由導體9 7 9栓住而且可見於電子控制器9 7 8)隨 正弦變化（對於一窄頻帶輸入而言）而且是其振幅與音波 振幅有關之間函數。如上所述，若被極化的介面間隔為了 半波長，结構也做為一高反射器，在一給定實施中也許不 需要。要消去此一特性可在圖44中所示波長的四分之一 及四分之三處交替地隔開介面，此時，此结構為一抗反射 被覆K消除不需要的反射。由於幾乎整個轚波穿入被極化 的结構，其能量在該處可幾乎完全被吸入偵測電子設備， 此结構9 7 1為聲能之有效調諧偵測器。此结構的頻帶寬 度反比於語音周期數目，其落在由電極覆蓋之被極化的结 構，其效率與電極下方之語音路徑有關。因，此頻帶寬度 與偵測器效率有關，而且可藉由改變偵測區尺寸而調整。 结構9 7 1可做為一語音產生器•其主要是將過程倒 反。在二電極之間提供一個與時間有關之電子信號，其提 供是在要被激發的音波之頻率下。基片之壓電係數在轚波 頻率下產生一周期性張力且產生一對波，其中一個9 6 1 -12 5- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ^14602 Α7 Β7 五、發明説明 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 在 前 進 方 向 傳 輸 ) 另 一 個 需 產 生 一 個 波 9 可 製 造 — 將 裝 置 9 5 3 和 9 7 1 结 要 的 波 之 全 反 射 器 0 若 此 度 角 方 向 被 定 向 而 且 反 射 二 波 將 出 現 在 同 一 方 向 上 圖 4 4 中 之 结 構 的 一 裝 置 » 在 此 裝 置 中 > 極 區 激 發 經 由 光 彈 效 應 產 9 7 5 為 — 應 變 感 應 衰 減 基 片 材 料 9 6 5 上 > 使 薄 溫 下 產 生 — 應 變 場 C 此 楗 用 後 y 在 基 片 中 產 生 從 區 生 具 成 型 折 射 折 射 率 之 基 他 處 0 使 用 電 — 光 效 應 之 極 之 澱 積 過 並 不 會 影 響 所 在 圖 4 5 中 t 结 構 8 測 器 9 其 調 諧 方 式 使 其 僅 中 央 共 振 頻 率 差 異 ) 場 合 下 > 裝 置 建 構 成 在 交 相 等 間 隔 9 其 形 成 周 期 為 現 在 輸 入 光 束 8 8 7 的 二 電 場 干 涉 型 式 9 其 空 間 周 9 7 3則在相反方向傳輸。若僅 個高效率單向產生器，其係藉由 合而裝置9 5 3被做成用於不需 全反射器是與不需要的波夾9 0 波相位選定成與所需之波同相， ，如同單一波。 個變化是應變致動式光交互作用 964、963是由一應變場所 生折射折射率之改變。琨在结構 器，其可在溫度提升下被澱積|!( 膜及基片之不同熱膨脹係數在室 械式應變場在經過光彈伸張器作 到區改變之折射率變化，再度產 片，其亦可用於本文中所述之其 電場可與光彈效應结合，假如電 需應要場。 9 0為一對光波用之調諧相干偵 能在一特定頻帶寬度（大约所需 中之光波間的頻差。在最簡單的 叉梳狀電極8 8 5和8 8 6間有 Λ之周期性结構。在一瞬間，出 輸入頻率在波導8 8 8中產生一 期取決於光頻差異及基片8 8 9 -126- (請先閲讀背面之VX意事項再填寫本頁) -Q- 訂 線 本紙張尺度顧中UU家縣（CNS ) Α4規格（2]GX297公羡） 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 Α7 Β7 五、發明説明（丨<) 在光頻之折射折射率。在一頻差下（此時干涉型式之空間 周期等於周期Λ )，電極结構是在諧振狀態而且由於在& 導頂部之感應位移電荷，電極將被激發到一電位差。 頻率回應特性是與一正弦平方函數有關而其諧振頻率 是由光頻差所決定，二光波在該處的被極化的光柵周期ψ 之相移為2τι。當電極结構被制定，需要緩衝層89 1來 降低傳輸光波之損耗，若其厚度遠小於周期Λ，在此gg 上並降低感應電位強度。干涉型式有一低頻分量，其在二 光波頻差之間振通。因此，由電子控制器9 7 8經由波導 線9 7 9深测之電子信號也是在差頻下振盪。電子信號之 振幅在諧振差頻下很大且根據裝置頻帶寬度而降到其他差 頻，其與交叉梳狀電極结構中之脈動周期數目倒數有關c 交叉梳狀電極也可建構成有多頻分童，使得有數諧振 頻率，或是反應頻帶寬度有修改。請注意此裝置也可對多 階蓄敏。若是與一半周期相比之下電極是窄小的話，在共 振差頻奇和諧處將有一明顯回應。藉由將指針彼此相對移 動而使沿波導軸有不對稱的話，可建立對偶和諧之回應。 此較高階回應只能在降低第一階回應下改進，其可將電極 彼此相對置於中心而且增加其寬度而使其最小化。最後， 波導8 8 8並不是嚴格地必需，其可省略，但受偵測波應 被帶到很靠近電極之處，Μ使倌號探測最佳化。 圖46揭示一低損耗切換式波導分裂器7 8 0 ’此裝 置有一永久Υ型波導分裂器7 74 *其由一輸入波導管段 -1 2 7 - 本紙張尺度適用中國國家楳準（CNS ) A4規格（210X297公釐） {請先閲讀背面之Vi意事項再填寫本頁) ’裝- -β 314602 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明 (i^i) 1 1 所 组 成 輸 入 波 導 段 則 加 寬 進 入 — Υ 型 接 點 而 且 分 支 到 二 1 1 1 輸 出 波 導 段 7 7 5 和 7 7 6 9 7 7 5 和 7 7 6 可 做 為 入 射 1 I 在 輸 入 段 之 光 的 光 徑 〇 輸 入 及 輸 出 段 之 寬 度 及 指 標 分 布 最 請 先 1 閲 I 好 相 等 0 分 裂 器 7 8 0 也 有 一 被 極 化 的 结 構 7 7 8 其 電 讀 背 1 面 I — 光 係 數 是 在 Υ 型 分 裂 器 7 7 4 之 1S 內 0 極 Ϊρρ 7 7 8 可 為 1 I t 1 I 在 基 片 頂 端 附 近 的 — 薄 層 其 可 有 多 層 或 可 延 伸 通 過 整 事 項 1 I 再 1 個 基 片 0 基 片 的 其 他 處 可 為 被 極 化 的 或 未 極 化 0 -- 對 平 面 填 窝 1 電 極 7 7 7 7 7 9 彼 此 靠 近 地 設 在 波 導 上 方 其 中 —' 電 本 頁 衣 1 極 覆 蓋 — 輸 出 波 導 的 一 部 分 而 另 一 電 極 7 7 9 則 覆 蓋 另 一 1 1 輸 出 波 導 7 7 6 的 — 部 分 0 電 極 為 平 面 狀 僅 使 製 造 便 利 1 | 及 行 使 功 能 ： 若 其 設 置 表 面 為 平 坦 或 m 曲 它 們 —^. 致 〇 電 1 訂 極 7 7 7 之 邊 緣 7 8 1 在 很 淺 角 度 下 跨過 波 導 管 7 7 5 且 1 在 Y 形 接 頭 處 形 成 波 導 7 7 6 之 平 順 連 缀 内 緣 0 同 樣 地 f 1 1 電 極 7 7 9 之 邊 緣 7 8 3 在 Υ 形 接 頭 處 形 成 波 導 7 7 5 之 1 I 平 順 埋 讀 内 側 緣 C 當 電 極 彼 此 相 對 被 激 發 而 有 極 性 時 » 1 在 電 極 7 7 7 下 方 之 折 射 折 射 率 降 低 而 在 電 極 7 7 9 下 方 之 折 射 率 增 加 0 结 果 在 電 極 邊 緣 7 8 1 下 方 的 一 個 激 發 1 1 區 形 成 一 波 導 邊 界 將 輸 入 光 束 7 8 9 幾 乎 完 全 轉 入 輸 出 1 1 光 束 7 8 4 只 有 很 少 的 功 率 漏 入 另 一 輸 出 光 束 7 8 2 C 1 I 電 極 7 7 9 下 方 所 增 加 的 折 射 率 有 助 於 將 光 能 波 導 離 邊 界 1 1 1 7 8 1 〇 當 在 電 極 之 間 施 加 相 反 極 性 時 9 輸 人 光 束 幾 乎 完 1 1 全 轉 入 其 他 輸 出 光 束 7 8 2 〇 若 沒 有 施 加 電 壓 I 假 使 结 構 1 1 對 稱 > 則 輸 入 功 率 被 均 分 到 二 輸 出 埠 〇 因 此 此 结 構 為 — 1 I - 128- 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） A7 314602 B7 五、發明説明（丨/J) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本页) 3 d B分裂器，其可被電氣切換為一光束波導向器，在低 損耗下進入其中一方向。 電極7 7 7、7 7 9在结構輸入處圼錐狀遠離Y形结 構7 74，Μ形成朝向波導之漸進低折射率區，使光損最 小。靜電場分布之平滑作用在二電極下方產生很平滑的折 射過渡折射率。跨越輸出波導（遠離Υ分支區者）之電極 邊緣最好與波導夾90度角Μ降低損耗。 Υ形分裂器可安排成不對稱方式，在電場0 F F時產 生與3 d Β不同之分裂比，此可藉由增加其中一波導之偏 移角及/或降低另一波導之偏移角而完成。此切換功能操 作如同有一不對稱结構及一對稱结構，假如有足夠大之電 場施加在電極上。雖然有很大的不對稱性，吸光比率（切 到Ο N之波導與切到〇 F F之波導之間的功率比）可維持 很大。然而，光損將稍不同於一不對稱切換式波導分裂器 的二腳。因此，裝置7 8 0可建構成具任何所需分裂比之 分裂器而且可在良好效率及高吸光比率之下被切換。 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 此装置可级聯K允許二個K上輸出波導之間的切換。 例如，若輸出波導7 7 5被連接到一第二裝置（類似於7 8 0)之輸入，其功率可被動或主動地被切入額外的一组 波導。可Μ類似於7 8 0之四組開關（分別為1 、2、4 及8個）來完成十六條已切換輸出線路。這些線路之間的 功率分配比在未切換狀態下相等，或為任何其他功率分配 比。當開關被激發時，可將一單一輸波導出切到0Ν，一 -129- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨0)<297公褒） 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 A7 B7 五、發明说明（ι>ρ 單一輸波導出可切到0 F F ，或是任何輸出波波導組合可 切到Ο N及0 F F。 光在裝置中之傅輸方向可反向，此時在輸出埠7 7 5 及7 7 6中任一個上面的輸入可被切換以從輸入埠出現。 若無施加電壓，在每一輸出埠之功率被耦合到輸入埠中且 有一衰減（對一對稱裝置而言為3dB)。當電場被切到 ON，〃 ON”波導中之功率在很低損耗下連接輸入埠， 同時，〃 Of f 〃波専中之功率很有效地從輸入波導衍射 雄開。〃 Of 波導主要與輸入埠隔開。 或者，一鏡射裝置可背對背地與開關7 8 0連接，使 輸入波導结合在一起，形成一個2 X 2開關或定向器。在 任一對波導埠上的一輸入可切換到其他對埠之任一波導。 同樣地，级聯為可能，以產生一 η X η開關/定向器。 圖4 7揭示使用多極區之切換式波導分裂器之另一實 施例790，在此構造中，沿著波導（在γ形區中）之邊 界的已切換折射率差異被加強而更佳地將光波形限制到一 更窄區且使進入切到0 F F之輸出波導的殘餘耦合降低。 沿Υ形分裂區的輸入波導7 7 4的每一側有二極區7 8 5 與786 ，極區之邊界7 87、7 88以淺角跨過輸出波 導775及776且在Υ形接頭形波導776、775之 平順連鑲內緣。極區之邊界慢慢地從輸入波導處變细以允 許電氣激發折射率麥化之緩慢啟動且它們在遠離Υ形接點 (電場在此處實質上降低）處跨越輸出波導以降低光損。 -1 30- 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） (請先閱讀背面之，注意事項再填寫本页) .裝、 、1Τ 314602 A7 B7 五、發明説明（l>j) 電極79 1、792實質上設置在極區785、786上 方0 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 一電位差施加在電極上，K激發一電場，其為靜電型 式且穿過電極之間且圍繞電極的空間。電場穿透極區及周 圍區域，引起光相應型式之折射率變化。此局部光折射率 變化與局部電場方向及局部電一光係數之積有闞。極區最 好是由有相反極性之區所圍繞，此時其電-光係數符號與 周園區域相反。在介面7 8 7、7 8 8處有尖銳的折射折 射率變化，在波導其中一側，折射率在介面處降低，Μ產 生波導離低指標區者*對另一者而言則相反。若施加電場 夠大，則具降低折射率之介面形成波導逢界。由於波導引 介面平順連接，有如從極區跨越之輸出波導内側邊界的延 伸，輸入光束被波導入該輸出波導。若波導引界為漸進， 則進入Λ 0 F F ”波導的光漏很低。在輸入處2 3 7之損 耗很低，這是因為極區媛慢地接近波導。在Υ形接頭的損 耗很低’這是因為延伸到接合區之外的極區一部分降低了 ” 0 F F ”輸出波導的波導引效應，並且加強” 〇 ν，，輸 出波導的波導引。 或者，極區可由未被極化材料所圍繞，在此，於介面 787、788處仍有突然之折射率變化，使裝置作用， 但當極區是由相反極化材料所圍繞時，其折射率僅為所得 之值的一半，使施加電埸可以更高。以前所述之變化亦可 用於本裝置。 -1 3 1 - 本紙張尺度適用中國國家樣準（匚奶）八4*1^(2丨0乂297公釐） 314602 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 五、發明説明（I)&) 圈48揭示一 1 x3開闞之主要設計元件’在此所示 之設計元件顯示如何將圖4 6之裝置7 8 0轉變為有一單 極區及成型電極之1 x 3開關。此装置包含一永久分支波 導而有所需之分支數目11 (n = 3)。波導通過一極區’ 此極區延伸到比波導還深處（例如用於良好吸光比率）而 且明顯地到接合區之外’波導在該處是由大間隔隔開（例 如其寬度之三倍）。數區是由波導邊界界定’藉由其平順 延伸回到輸入波導邊界内，以及藉由明顯地在接合區外一 距雖處跨過輸出波導的正常邊界。在此有（n 2 + 2 η 一 2) / 2個區如此界定。使最外面的—區延伸到最外側 波導外之外有其用處，Μ使輸入變细。在每一區上方設有 分開的罨搔，在所有電極之間有一小間隙，但此間隙足Μ 防止激發時之電氣斷損。 為操作此一裝置，電場係獨立地施加到各區而其極性 取決於相關區是否限制在所需波導内。例如，圖4 8中的 5個區係根據表I被激發。如前所述，電場大小被調整， Μ沿著相鄰區（在不同極性被激發者）邊緣產生一良好波 導引邊界。 -132- 本紙》尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4说格（210Χ297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本页) •裝 訂 Α7 Β7 經濟部中央標率局貝工消費合作·社印製 五、發明説明⑴1) 或者，圖48之設計元件也顯示如何將圈4 7中裝置 轉變成具多極區之1 X 3開關，此裝置包含一永久分支波 波導，其有所需之分支數目η ( η = 3 )。數區是由波波 導邊界界定，藉由其平順延伸回到輸入波導邊界內，以及 藉由明顯地在接合區外一距離處跨過輸出波導的正常邊界 。使最外面的一區延伸到最外側波導的外側有其用處，Μ 使輸入變细。每一區在相反方向被極化，俾與相鄰區共用 邊界。有相同極化方向之區域可共用頂點。輸入波導區最 好是相反於最内側之區（亦即最靠近輸入波波導者）被择 化。在圖48中，最內側之區被標為區2和4，Μ區為基 礎之性選擇程序造成只有區2和4反向地被極化，同時區 1 、3、5 (其為輸出波導區）被正向極化（與周圍區方 向相同，若周圍區被極化的）。若使用4個輸出波導，則 有9區，其中6個反向極化，包括所有的輸出波導區。因 此，偶數個輸出波導的分裂器實施例有一些優點，因為只 有偶數分裂器的輸出波導區極化相反於一電壓基片極化， 其優點為在最终分割點有增加限制而且有較高透射Κ用於 "Ο Ν ”狀態而且在” ◦ F F ’’狀態有較佳之反向隔絕。 在每一區上方設有分開的電極。 為操作此一裝置，電場係獨立地施加到各區而其極性 現在為相反。極性是由二因子所決定：相關區是否限制在 所需波導内，Μ及下方極區的極性。舉例而言，若施加一 -133- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4说格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) '1Τ ΑΊ Β7 五、發明説明（f 正極性到一正極化區產生折射折射率之增加•則其選擇規 則為：若一區正向極化，其電子激發極性選定為正（若該 區是在所需波導內）或負（若該區在外面）；若一區反向 極化（為負），其極性選定為負（若該區在所需波導内） 或正（若該區在外面）。表I I中所示者為區之最佳極化 方向，此時n = 3且其三輸出堉如圖48所示。lxn及 ηχη開關之設計係源於圖46、47及48之說明的歸 納。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) •裝 、1Τ ί— 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 在此所描述之平面組成元件可Μ被堆成包括被電一光 控制的設備與波導組成元件的多層三維结構。吾人可交插 的堆積電-光活性的、可極化的薄膜（最好是聚合物）與 緩衝隔離層（可Μ是介電材料或導電材料），以製造上述 之平面波導與切換器的三維構造。被堆叠的结構的優點包 括由被隔得更遠的波導元件所造成的串話隔離。被堆叠的 结構還可達成更高的功率處理能力，因為更多的光學功率 -134- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 314602 A7 B7 五、發明説明（/)j) 可被分配在各層之中。若希望在一顯示設備之中分配獨立 的波長，亦可使用獨立層。 一旦被放在一適當的基片之上，使用K上所述之的技 術即可完成上述之活性光學波導/切換層的極化。為了使 一活性層從其他的活性層隔離，具低指數的緩衝層是必需 的且被設計來在與上述之平面Μ直接相交的方向中建立所 需的引導。舉例而言，吾人可使用二氧化矽的緩衝層。接 著的是一接地平面與一厚鑀衝層，吾人可從一金屬層製造 上述之接地平面，因為它從上述之光學活性層被隔離。上 述之一些媛衝層亦必須能承受被供應在上述之不同的電學 層與接地平面之間的電壓。在聚合物之中，一個大的區域 可被極化，且藉著如上所述之UV非輻射技術，一些區域 選擇性的被非極化，Μ產生波導特性，即使在一透光緩衝 層（例如二氧化矽已被施行）Μ後。或者，吾人可以電的 方式來進行極化的工作。Μ聚合物而言，藉著UV非輻射 對一層所進行的非極化將不影響在其之後的一層，這是因 為上述之墊在下面的金屬接地平面所提供的屏敝。吾人可 隨後藉著標準的遮敝與塗料技術來設下金屬的電極與波導 電性路徑，接著是另一·介電緩衝層與下一活性層。上述之 緩衝層應被平面化以使在接下來的活性光學波導/切換層 之中的損失減到最少。只要是一種被指定的設備所需，上 述之添加層的程序可被重複。 為上述之被極化的設備堆製造制動路徑與電極所用之 -135- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 装 訂 線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4规格（210Χ297公釐） 經 濟 部 中 央 標 準 局 貝 工 消 费 合 作 社 印 製 A7 B7 五、發明説明 (Of) 1 1 I 製 造 技 術 的 一 種 變 異 是 在 上 述 之 電 — 光 層 塗 上 一 介 電 層 9 1 1 1 接 雜 質 被 滴 入 或 注 入 此 -— 介 電 層 Μ 藉 著 標 準 的 攝 影 蝕 刻 遮 1 I 請 1 1 敝 技 術 而 在 上 述 之 緩 衝 層 之 中 製 造 導 電 性 式 樣 0 把 上 述 之 先 閱 1 1 電 極 併 入 上 述 之 緩 衝 層 可 使 被 堆 在 — 起 的 設 備 的 厚 度 減 到 讀 背 1 1 面 I 最 小 0 1 I t- 1 I 由 不 同 的 電 — 光 活 性 材 料 所 組 成 的 被 混 合 的 設 備 可 被 事 項 1 I 用 來 改 進 製 造 複 雜 性 〇 舉 例 而 - - 包 含 波 導 設 備 的 第 — 電 再 填 寫 一 光 活 性 層 可 被 製 作 在 一 鈮 酸 鋰 基 片 之 中 它 堪 可 當 作 支 未 頁 1 持 基 片 0 接 著 吾 人 為 上 述 之 鈮 酸 鋰 設 備 提 供 媛 衝 層 與 1 1 電 極 層 0 隨 後 吾 人 把 夾 住 一 導 電 平 面 的 二 介 電 緩 衝 層 挲 1 I 到 上 述 之 設 備 之 上 跟 著 吾 人 施 加 下 一 活 性 層 ( 可 是 1 1 訂 種 可 極 化 的 聚 合 物 ) C， 接 下 來 的 若 干 層 如 上 所 述 的 被 建 1 立 Λ 被 極 化 並 被 造 形 0 在 緩 衝 層 之 間 的 導 電 平 面 可 做 為 電 1 I 極 >χ 允 許 每 一 聚 合 物 層 的 域 極 化 並 可 使 之 前 的 若 干 層 不 1 I 被 極 化 製 程 影 響 〇 1 1 舉 例 而 言 被 堆 在 —* 起 的 波 導 陣 列 可 當 做 供 白 由 空 間 線 1 光 束 操 控 所 用 的 攪 動 設 備 〇 被 電 子 式 制 動 且 可 個 別 的 被 連 1 I 接 的 波 導 元 件 被 緊 緊 的 堆 在 一 起 並 與 —— 源 陣 列 對 齊 而 形 成 1 I 可 控 制 的 有 相 位 的 陣 列 以 發 射 光 學 輻 射 〇 吾 人 可 如 先 前 所 1 1 述 般 改 變 在 被 極 化 的 區 域 上 的 電 壓 而 調 整 上 述 之 光 束 的 相 1 1 對 的 相 位 〇 藉 著 調 整 在 一 線 性 坡 逆 中 的 這 些 相 位 從 波 導 1 I 的 陣 列 被 發 射 的 光 可 在 上 述 之 陣 列 的 平 面 之 中 快 速 的 被 掃 1 1 過 0 在 一 平 面 上 的 設 備 所 組 成 的 一 線 性 列 可 因 此 僅 在 該 平 1 1 - 136- 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 314602 五、發明説明（iff) 面中摄動。然而當被極化的波導陣列平面垂直的被整合S 三維的巨型設備之中，離開上述之設備的光束可被引導在 二維之中。 這種概念的一種延伸是使用一堆波導光柵反射器所進 行的對多模式鑕射陣列的模式控制。上述之波導堆被吻合 Μ對接一鐳射二極體陣列。藉著控制上述之個別元件的相 位，多元件鐳射的發射模式形式可Κ被控制。舉例而言* 在不需要單一模式波導限制的設備之中，多模式或巨型陣 列亦可Μ被堆在一起Κ增加被切換的被極化的設備的功率 處理能力。 . 圖49描繪有相位的陣列波導1630的一種實施方 案，為了圖式的清楚，圖49僅呈現一堆波導。光學輻射 1 640透過若干波導1 638進入波導堆1 630，上 述之波専1 638被做在電—光活性薄膜1 650 (例如 可極化的聚合物）中。在此，圖式顯示輸入光束1 640 被間隔Μ代表有相同的波長但有相異的相位的若干光束。 光沿著波導1 6 3 8移動，在其中它們遭遇被極化的區域 1 634，其中藉著使用在此所描述的技術，折射率可被 電子式地修改。光束1 64 2表示在每一光波的相位個別 的被調整以產生輸出成分光束（其相位被對齊）以後的有 相位的陣列的輸出。 許多其他的乾人與輸出波方案是可能的。舉例而言， 具平相位波前的單一模式鐳射可照明一區波導元件，其随 -137- 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明説明（(4) 後將施加任意的相位延遲跨過鐳射的空間模式，藉此允許 鐳射在自由空間之中被電子式的攬動。使用這種方法的方 向性光束控制設備比電流機構或A_0設備更快速且更密 實。使用在此所描述的或在本技術領域中已知的光-至-電的電視攝像管設備，在上述之被堆在一起的設備之内或 外，多頻组成元件的相位差或出現可被偵測，Μ提供瞬時 的資訊給一回饋迴路。 Μ後述之方式，交插安排電極、鍰衝層與可極化的材 料，設備1630被做在基片1632 (例如二氧化矽） 上。一寬廣面積平面的電極1654 (由不透明的金屬購 或透明的導電性材料所製成，例如絪錫氧化物）與一介電 緩衝層1 652 (例如二氧化矽）被貼在一起，介電緩衝 層1 652遷成為波導1 638的邊界層（波導1638 被做在下層可極化的材料1 650中）。在可極化的材料 層1 650上，另一緩衝層1 6 52被添加Κ形成上波導 邊界，随後施加被用來制動上述之被極化的结構的有形的 電極1 636。另一緩衝層1 652隨後被添加，這次電 子式隔絕上述之有形的電極與下一層寬廣面積平面的電極 1 654。有形的電極1 636被一厚緩衝層從一平面的 電極隔離，且被若干緩衝層與可極化的材料從另一有形的 電極隔離。既然吾人希望提供跨過上述之可極化的材料的 電場，跨過上述之可極化的材料的電子的隔離應僅小於跨 過上述之緩衝層的隔離。在二片寬廣面積電極之間的分層 -1 3 8 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)Α4規格（210x297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) *1Τ 線 A7 B7 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 五、發明説明 (’7、; P 1 1 I 順 序 被 重 複 > 直 到 最 後 一 層 可 極 化 的 材 料 1 6 5 〇 為 止 » 1 1 之 後 僅 需 要 添 加 緩 衡 層 1 6 5 2 有 形 的 電 極 1 6 3 6 y—s. 1 I 請 1 | 與 光 學 的 最 终 介 電 層 1 6 5 2 >λ 完 成 上 述 之 被 堆 在 一 起 的 先 閱 1 I 讀 1 I 設 備 〇 透 過 在 本 技 術 領 域 中 已 知 的 整 合 與 束 縛 技 術 電 接 背 1 I 腳 1 6 4 6 與 1 6 4 8 分 別 接 觸 電 極 1 6 3 6 與 1 6 5 4 之 1 1 1 且 被 連 到 電 壓 分 配 控 制 單 元 1 6 4 4 〇 事 項 1 I 再 1 I 電 壓 控 制 單 元 1 6 4 4 有 雙 重 S 的 分 別 啟 動 上 述 之 填 % 替 本 被 極 化 的 設 備 並 使 它 們 從 被 用 來 控 制 相 鄰 的 若 干 層 活 性 元 页 1 I 件 的 電 場 隔 離 〇 本 質 上 電 壓 控 制 單 元 1 6 4 4 可 以 是 一 1 1 些 被 耦 合 的 浮 動 電 源 的 集 合 在 夾 住 — 活 性 層 的 兩 片 電 學 1 1 1 6 3 6 與 1 6 5 4 之 間 的 電 壓 可 被 控 制 而 不 改 變 跨 過 任 1 訂 1 I 何 其 他 的 活 性 材 科 的 電 壓 差 〇 IS 域 1 6 3 4 表 示 被 一 個 極 化 的 1S 域 其 有 一 個 或 更 1 1 多 個 區 間 的 電 極 1 6 3 6 表 示 一 個 未 被 打 破 的 或 被 分 段 1 1 的 或 有 圖 形 的 區 域 其 有 一 個 或 更 多 個 介 電 元 件 〇 波 導 堆 1 線 1 6 3 0 被 描 述 成 供 相 位 控 制 所 用 的 設 備 但 波 導 堆 结 構 1 可 包 括 被 描 述 於 此 的 被 極 化 的 設 備 ( 光 學 上 串 聯 或 >λ 其 他 1 1 方 式 被 構 造 ) 的 组 合 的 任 何 數 量 〇 1 1 圖 5 0 描 繪 已 知 的 可 調 整 的 衰 減 器 1 4 0 0 〇 一 輸 入 1 | 波 導 1 4 0 2 阻 擋 — 基 片 1 4 〇 4 的 電 — 光 活 性 域 0 —* 1 1 輸 入 光 束 1 4 0 6 沿 著 上 述 之 輸 入 波 等 傳 播 而 進 入 一 輸 出 1 1 波 導 1 4 0 8 形 成 輸 出 光 束 1 4 1 0 〇 電 極 1 4 1 2 1 1 1 4 1 4 1 4 1 6 被 設 在 上 述 之 波 導 之 上 Μ 致 當 電 極 1 I - 139- 1 1 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4現格（210 X 297公釐） 314602 A7 B7 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 五、發明説明 1 1 I 1 4 1 4 在 相 對 於 電 極 1 4 1 2 與 1 4 1 6 的 — 種 被 指 定 1 1 1 的 極 性 ( 正 或 負 ) 被 剌 激 因 為 電 — 光 效 應 在 上 述 之 波 1 I 諳 1 導 的 區 域 1 4 1 8 之 中 在 上 述 之 罨 極 之 下 且 靠 近 上 述 之 先 閲 1 I 電 極 之 處 折 射 率 改 變 0 上 述 之 電 極 構 造 是 任 意 的 並 可 Κ 讀 背 1 I 是 不 同 的 且 比 圖 5 0 所 示 的 V * 月ϋ 案 更 複 雜 但 全 部 的 圈 形 的 冬 1 I 1 I 共 同 的 因 素 是 當 它 們 被 剌 激 到 一 個 壓 它 們 降 低 在 核 心 畜 1 I 再 1 的 折 射 率 並 提 高 周 遭 1¾ 域 的 折 射 率 〇 填 寫 當 被 供 應 的 電 場 不 存 在 上 述 之 波 導 的 損 失 是 低 的 9 本 頁 衣 1 主 要 依 賴 在 沿 著 上 述 之 波 導 壁 的 粗 糙 度 上 的 散 射 0 然 而 當 1 1 電 埸 被 供 應 上 述 之 損 失 可 被 增 加 到 —* 個 非 常 大 的 值 0 1 | 述 之 三 種 電 極 圖 形 允 許 當 — 個 正 折 射 率 改 變 發 生 在 上 述 之 1 訂 波 導 之 外 的 同 時 —* 個 負 的 折 射 率 改 變 發 生 在 上 述 之 波 導 之 1 中 使 得 折 射 率 輪 廊 變 平 且 變 寬 〇 當 電 場 被 供 應 在 上 述 1 1 之 電 極 之 下 的 波 導 1 4 1 8 的 被 修 改 的 部 分 有 從 上 述 之 波 1 I 導 的 輸 入 部 分 1 4 0 2 與 輪 出 部 分 1 4 0 8 而 來 的 較 寬 的 1 1 级 最 低 次 模 式 輪 廓 〇 结 果 當 輸 入 光 束 1 4 1 6 進 人 被 修 改 的 部 分 1 4 1 8 Μ 及 當 在 被 修 改 的 部 分 1 4 1 8 之 中 的 1 1 光 回 到 輸 出 波 導 1 4 0 8 都 發 生 模 式 耦 合 損 失 0 若 折 射 1 I 率 改 變 夠 大 > 上 述 之 最 低 次 模 式 降 到 停 電 Μ 下 且 從 波 導 1 1 I 1 4 0 2 的 终 端 發 出 的 光 幾 乎 白 由 的 繞 射 到 上 述 之 基 片 之 1 1 中 i 在 波 導 1 4 0 8 的 開 始 造 成 大 的 耦 合 損 失 0 1 | 當 — 個 被 指 定 的 模 式 進 入 上 述 之 波 導 的 被 修 改 的 部 分 1 I 1 4 1 8 > 被 修 改 的 部 分 1 4 1 8 的 折 射 率 輪 廓 之 改 變 減 1 1 - 14 0- 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家楳準（CNS ) A4坑格（2丨〇X297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 A7 B7 五、發明説明（丨1) , 少在其強度輪廓與被修改的部分1 4 1 8的任何模式輪廊 之間的重叠。若被修改的部分1 4 1 8是多模式，數種傳 播模式與輻射模式將被啟動。若被修改的部分1 4 1 8是 簞一模式*許多輻射模式將被啟動。這些模式的结合隨後 傳播進入被修改的部分1 4 18的遠端並進入輸出波導部 分1 408，在此，僅上述之光的一部分回到上述之波導 的一種模式之中以形成輸出光束1 4 1 0。藉著控制被供 應至上述之電極的霄壓，吾人可把在設備1 40 0中的損 失從非常低調整成非常高。 可被獲得的最大損失依賴上述之折射率改變的大小： 被剌激的區域的尺寸、它們的長度，並取決於上述之輸入 與輸出波導是單一模式或多模式。在上述之幾何形狀的一 種變異之中*僅有二電極可能被安排在波導的被修改的部 分1 4 1 8之上，減少在上述之波導部分之中的折射率並 使折射率增加到一側而非兩側。其功能是做為一衰減器， 但被拒絕的輻射場將傾向於離開上述之設備而向著上述之 被增加的折射率的一側。這種指導上述之被損失的輻射的 能力在希望控制被拒絕的光的一些系統中是有優點的。一 個吸收器亦可被安排在被修改的部分1 4 1 8的下游（在 一側或兩側）K防止被拒絕的光在糸統中其他地方干擾其 他功能。 圖5 1描繪一種被極化的被切換的衰減器1 420。 _5 1所示的設備是圖50所示的設備的一種改良，改良 -1 4 1 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4说格（210Χ297公釐） (請先Μ讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部中央標準局員工消費合作杜印裝 A7 B7 五、發明説明（/μ) 之處是被極化的區域被用來提升折射率改變的解析度並提 升折射率的不連鑛性，藉此提升在單〜階段所能獲得的衰 減的量。區域1 422與1 424被電一光極化的方向與 周圍的材料被電一光極化的方向相反。（在一替代的方案 中，周圍的材料可以不被極化，或無電一光係數，或簡單 的Μ與區域1422與1424相反的方向被極化。）設 備1 4 2 0的運作方式類似上述之設侮1 4 〇 〇.的運作方 式。被供應的電壓降低並且使波導部分1 4 1 8的折射率 輪廊變寬，降低在輸出波導1 4 0 8的模式與被輸入光束 1 4 0 6剌激而在波導部分1 4 1 8之中形成的模式之間 的耦合。在這種構造之中，在被修改的波導區域1 4 1 8 的開始，上述之折射率輪廓的改變是很劇烈的，因此損失 較大。只要與被剌激的波導部分1 4 1 8的模式锅合異於 與未被剌激的部分的模式耦合，被極化的部分i 4 2 2與 1 4 24的數量與形狀可被改變。上述之設備可以被做成 在未被電子式剌激的狀況之中有高損失而調整成在被電子 式剌淚的狀況之中有低損失。在這種性形之中，被電子式 剌激的區與/或被極化的區域形成波導部分i 4 1 8的结 構的一部分。吾人可K把波導部分1 4 1 8做成許多不同 的方式，最引人注意的是若它完全不見而無剌激，在這種 情形之中，上述之設備類似圖2 9 A的被切換的波導調製 器。 如上所述，這些設備可以被聯结以增加最大的衮減。 -1 4 2- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（2Ι0Χ297公釐） (請先Μ讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 訂 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 _B7_ 五、發明説明) 圖5 0與5 1的設備亦可被當做一種可變的強度的被 侷限的（〃點"）光源。在波導1 4 0 2中傳播的光被限 制成只依循上述之波導的路徑，直到一個電壓被供應到上 述之電極结構為止。當吾人藉著改變折射率而降低或摧毀 上述之波導效應，原先被限制的光束的部分或全部將依據 自由空間繞射原理而傳播c繞射的光束將繼績以向前的方 向傳播而同時光束區域在二維中膨脹而大於波導1 4〇8 的核心。在距離上述之電極结構一適當長度之處，上述之 光束區域可佔據上述之基片孔的一大部分並讓觀察者看到 從靠近上述之電極结構的空間位置而來的點光源。 ^ 若吾人希望，吾人可使用這種技術而製造一雄光源。 在圖50與5 1之中的波導部分14 1 8可被埋在一平面 的波導结構之中（K本技術領域中已知的技術所製成）， Μ到當一個適當的電壓程度被供應到上述之電極结構，上 述之模式的横向限制被摧毀而同時在上述之平面波導之中 的垂直的限制卻未被摧毀。因此，上述之光束區域可在一 維中膨脹，把光限制在一窄平面。 圖5 2所描繪的被極化的設備1 5 0 〇有角被弄寬的 被極化的光柵 圖5 2的被用來使頻帶寬度變寬的方法是 圖1 8的頻帶寬度修改方案的一種替代方案。如圖所示， 一種周率结構1 500有一些被極化的區域i 5〇2與一 個被極化的區域1 504 ，這些區域1 502被極化的方 向與區域1 5 04被極化的方向相反。本發明可併用其他 -1 4 3 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) AA現格（210X297公釐） (請先閱讀背面之：vi意事項再填寫本頁)

、1T 314602 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（/f X) 1 1 I 結 構 例 如 波 導 電 極 與 額 外 的 光 柵 0 這 xib 區 域 1 5 〇 2 1 1 1 跨 過 輸 入 光 束 的 傳 播 的 中 央 軸 線 其 圖 形 可 能 是 嚴 格 的 周 1 I 請 1 I 率 且 有 5 0 % 的 負 荷 循 環 0 上 述 之 被 極 化 的 區 域 的 頂 面 全 先 閱 1 I 讀 1 部 沿 著 從 —_. 個 對 齊 點 1 5 〇 6 拉 出 的 線 對 齊 C 在 上 述 之 材 背 ϊέ 1 I 料 之 内 一 段 距 離 處 上 述 之 被 極 化 的 區 域 複 製 它 們 的 表 面 之 1 | 意 1 形 狀 0 其 结 果 是 一 種 有 被 極 化 的 结 構 而 其 周 期 的 改 變 與 在 % 1 I 再 1 1 上 述 之 被 極 化 的 基 片 中 的 横 向 位 置 有 線 性 的 關 係 0 射 過 上 填 % 扣( 本 述 之 被 極 化 的 區 域 的 輸 入 光 束 1 5 〇 8 可 以 是 白 由 的 傳 播 頁 S__· 1 | 的 G a U S S 1 a η 光 束 ( 若 上 述 之 區 域 被 深 度 極 化 ) 或 1 1 它 可 以 被 限 制 — 波 導 1 5 1 2 之 中 〇 依 據 上 述 之 光 柵 的 功 1 1 能 入 射 光 束 可 被 耦 合 至 被 過 m 的 或 頻 率 被 轉 換 的 輸 出 光 1 訂 束 1 5 1 〇 或 被 耦 合 至 被 回 復 反 射 的 光 束 1 5 1 4 〇 在 上 1 I 述 之 光 柵 中 的 周 率 的 範 圍 ( 之 後 被 稱 為 它 的 頻 •ΛΗζ 寬 度 ) 依 1 1 賴 上 述 之 光 束 的 寬 度 與 點 1 5 〇 6 距 離 上 述 之 光 束 的 軸 線 1 1 的 長 度 0 藉 著 調 整 這 itb 量 吾 人 可 在 田 取 小 值 ( 適 合 上 述 之 1 線 光 柵 的 第 — 次 周 期 的 數 量 決 定 這 個 OT 取 小 值 ) 之 上 增 加 上 1 1 述 之 被 極 化 的 结 構 的 頻 ytft 市 寬 度 0 上 述 之 被 極 化 的 邊 界 的 团 取 1 1 大 期 望 角 有 限 制 因 此 圖 5 2 所 示 的 结 構 不 能 Μ 限 制 的 被 1 1 延 伸 0 然 而 藉 著 重 叠 數 個 區 域 吾 人 獲 得 長 的 相 互 作 用 1 I 區 域 C 為 了 使 這 xtb 區 域 之 間 的 連 -eg- 性 成 為 I3R 取 大 沿 著 上 述 1 1 之 光 束 的 中 央 軸 線 的 區 域 的 周 率 在 這 些 區 域 之 連 接 處 不 應 1 1 被 修 改 〇 在 這 Jib 區 域 之 間 至 少 有 一 個 楔 形 區 域 〇 1 I 雖 m 增 加 上 述 之 光 柵 的 頻 帶 寬 度 會 減 少 相 互 作 用 的 強 1 I - 14 4- 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X29*7公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 ΑΊ Β7 五、發明説明 度，它卻讓使用該光柵的設備對小頻率滑移較不敏感。舉 例而言，使用角度被弄寬的光棚的倍頻器設備更能容忍溫 度滑移。另一例是頻道下降過滤器，其傾向有窄頻帶，這 是因為必須被使用的強光柵。使用肚被弄寬的光柵使被弄 寬的通行頻帶接受高頻帶通訊信號。上述之角被弄寬的光 柵亦可被應用在Μ上所述之其他光棚構造之中。 有一些替代方案可實施角被弄寬的光柵而不依循上述 之圖形。舉例而言，光柵周期的角與沿著傳播軸線的距之 間的關係可Μ比線性更複雜。對交互功率的大部分存在光 棚的一端的一些應用之中，二次的或指數的變異可能更春 合適。上述之使角變寬的技術亦可被應用到在本技術領域 中已知的光柵的型式，例如體内擴散的、離子交換的與被 蝕刻的光柵。 圖5 3描繪使用一種彎曲的波導的一種替代的角被弄 寬的設備。在這個例子之中，被極化的區域1 522有平 行的面，這些面的的角相對於在波導内的傳播方向是傾斜 的。再一次，經歷光柵的不同的F 〇 u r i e r成分的波 的不同的成分使上述之頻帶寬度變寬。上述之彎曲的波導 比上述之直的波導有較高的損失，但吾人不需要大曲率： 圖5 3所示的幾個部分可以被連接，形成沿著一條直線而 前、後彎的蜿蜒的波導结構。圖5 4描繪一可控制的被極 化的鏡1 5 3 0。同心的一些區域1 5 3 2 、1 5 3 4、 1 536與1 538被極化到一電一光基片1 540之中 -1 4 5- 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) A4規格（210X：297公釐） (請先W讀背面之注意事項再填寫本页)

經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 A7 B7五、發明説明WyJ 而其極性與基片的極性相反。兩片透明的電極1 54 2與 1 5 44被供懕到上述之設備的相反的兩面（在上述之被 極化的區域之上與下）。當電場被供應在上述之兩片電極 之間，上述之被極化的區域的折射率依據其極性被增加或 減少。使一種被指定的色彩的光波聚焦的繞射需求決定上 述之被極化的區域的幾何形狀。在上述之邊界之間的分離 跟著半徑而以二次變化。舉例而言，若上述之應用需要把 一平面波聚焦到一圓的焦點，上述之被極化的區域將是圓 的（為了在二平面之有的相等的聚焦），且隨著上述之被 極化的區域的直徑的增加，上述之被極化的區域的數量麥 減少，因此上述之被極化的區域被分開。在上述之透鏡结 構的表面上 > 所需的離開的波相對於進來的波的相位決定 這些被極化的區域的邊界。每一之當上述之波的相對的相 位變化達7Γ ，一個被極化的區域邊界就發生。舉例而言， 若進來的波是一平面波，沿著其表面，其相位是固定的。 若上述之離開的波是收斂的波（將聚焦在遠離上述之表面 的一點），則它是一球形波且在球形波的相位改變決定其 邊界。透鏡1 5 3 0是相位板且依據被供應的電壓而有可 調整的相位延遲，上述之區域佔據目標的F r e s n e 1 區域。 為了使一種被指定的色彩的平面波聚焦，足M使上述 之平面波落後（或超前）π的一個電壓被供應。每一種不 同的頻率有不同的聚焦長度（由被極化的透鏡1 5 3〇的 -1 4 6- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) .裝 .1Τ 線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X 297公釐） 314602 A7 B7 五、發明説明（丨ψρ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

Fresnel區域结構決定）。較高的頻率有較長的對 焦長度。若非為了色散現象，每一種波長將在相同的電壓 聚焦。上述之電壓可被調整以補償在基片材料1 54 0之 中的色散。若上述之被電壓從最佳值被調整，被聚焦至該 點的光的量被減少，因為從不同的區域而來的光的相位不 再增加。它們將部分破壞干涉，減少強度。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 圖55描繪一種鐳射回饋設備1450。上述之鐳射 源由一個放大器區域1 452、一個後反射器1 454、 —個低反射輸出區域1 456 (舉例而言，可Μ是被抗反 射材料覆蓋的窗）。一現存的鐳射將有第二高反射器而$ 本發明之中該高反射器被移走以致一種光柵回饋設備可Μ 控制鐳射振盪。從輸出區域1 456與耦合器1 458而 來的反射低到足以使上述之鐳射不可能無從一個外源而來 的額外的回饋而能發光。上述之外部的回饋源由光學耦合 糸統1 4 5 8與被極化的材料1 4 6 0所組成，當被一電 場剌激，它反射從上述之光學放大器而來的光束。因為被 極化的材料1 4 6 0的反射光譜在頻率空間之中可Μ非常 的窄，化可選擇一個窄的區域，在這個窄區域之中鐳射作 業可發生在單一頻率或若干頻率，其依據光柵周期的分配 而組成光柵。若諧振器凹部長到足以使F S R與上述之反 射光譜的寬度在相同的因次上，則被结合的設備將在單一 縱向模式上振盪。 為了在上述之光學放大器與材料1 4 6 0之間耦合光 -1 4 7 - 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 五、發明説明（4匕） I 1 I 學 能 量 的 裝 置 1 4 5 8 收 集 並 把 上 述 之 的 鐳 射 的 輸 出 模 式 1 1 1 再 聚 焦 於 上 述 之 被 極 化 的 材 料 之 中 〇 耦 合 器 1 4 5 8 可 由 --V 1 I 請 1 I 許 多 替 化 的 實 施 方 案 構 成 包 括 下 列 的 成 分 的 一 個 或 更 多 先 閱 1 I 讀 1 個 高 數 值 孔 透 鏡 例 如 G R I N. ( 被 升 級 的 折 射 率 ) 背 1 1 消 球 差 的 繞 射 的 或 多 元 件 球 面 透 鏡 漸 细 的 波 導 在 從 冬 1 I I 波 導 到 波 導 的 對 接 的 情 形 中 的 近 距 調 整 器 與 對 準 器 〇 上 述 事 項 1 I 再 1 I 之 抗 反 射 塗 料 可 能 是 多 層 的 介 電 塗 料 、 S 〇 1 g e 1 塗 填 寫 本 1 裝， 料 或 有 適 當 的 折 射 率 的 材 料 的 四 分 之 — 波 層 ( 兩 個 相 鄰 頁 1 1 的 媒 介 的 幾 何 装 置 ) 0 若 上 述 之 材 料 是 巨 型 被 極 化 的 則 1 1 在 材 料 1 4 6 〇 之 中 的 最 佳 聚 焦 的 R a y 1 e i g h 範 @1 1 1 略 等 於 上 述 之 被 極 化 的 區 域 的 長 度 〇 若 上 述 之 材 料 有 一 個 1 訂 1 I 波 導 可 限 制 傳 播 的 光 束 上 述 之 光 學 的 耦 合 系 統 應 Μ 光 學 的 方 式 在 該 波 導 的 入 □ 把 上 述 之 鐳 射 模 式 轉 換 成 模 式 1 1 輪 廓 其 相 前 角 、 曲 率 半 徑 、 横 向 尺 寸 吻 合 上 逑 之 波 導 1 1 的 被 期 望 的 模 式 的 相 前 角 、 曲 率 半 徑 横 向 尺 寸 C 上 逑 1 線 之 被 極 化 的 结 構 由 至 少 兩 種 型 的 區 域 1 4 6 1 與 1 4 6 3 1 所 組 成 在 取 佳 實 施 方 案 之 中 這 兩 種 型 式 的 區 域 相 相 反 1 1 的 極 性 r·, 被 極 化 的 材 料 有 若 干 電 極 1 4 6 2 與 1 4 6 4 > 1 1 其 延 伸 跨 過 上 述 之 被 極 化 的 區 域 並 被 功 率 供 應 器 1 4 6 6 1 1 剌 激 Ο 當 一 個 電 壓 被 供 應 到 上 述 之 電 極 在 上 述 之 材 料 之 1 1 中 被 感 應 而 生 的 電 場 產 生 折 射 率 的 改 變 其 依 據 極 化 方 向 1 1 與 電 場 強 度 而 改 變 〇 藉 著 在 極 化 中 引 起 周 期 结 構 吾 人 可 1 1 引 起 折 射 率 的 電 子 的 可 控 制 的 周 期 的 調 製 〇 1 | - 148- 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 五、發明説明（冲1 ) 1 1 I 放 大 器 1 4 5 2 有 必 要 的 安 裝 與 剌 激 以 致 在 沿 著 一 I 1 1 中 央 軸 線 而 存 在 的 被 延 伸 的 區 域 產 生 光 學 的 增 益 係 數 0 1 I 請 1 I 上 述 之 放 大 器 的 光 學 的 頻 帶 寬 度 依 據 產 生 增 益 的 m 程 被 限 先 閱 1 I 讀 1 制 0 上 述 之 頻 帶 的 寬 度 是 上 述 之 增 益 輪 廓 的 寬 度 ( 通 常 是 背 面 1 I 3 d Β 完 全 寬 度 ) 做 為 光 學 頻 率 的 函 數 的 增 益 依 賴 性 C 1 I '意 I 半 導 體 二 極 體 技 術 ( 例 如 I η G a A S A 1 G a A S 、 事 項 1 1 再 1 I A 1 G a I η Ρ I Π G a A S P Ζ η S e 、 G a N 填 寫 本 裝 I η S b 稀 土 族 離 子 與 晶 體 或 玻 璃 晶 核 的 结 合 ) 可 沿 頁 1 | 著 與 上 逑 之 波 導 Μ 直 角 相 交 的 方 向 上 被 劈 開 或 打 亮 的 是 上 1 1 述 之 放 大 器 的 一 小 刻 面 〇 若 上 述 之 諧 振 器 幾 何 形 狀 是 一 1 1 環 ( 允 許 光 的 非 方 向 性 的 傳 播 ) 則 上 述 之 光 學 反 射 器 是 1 訂 至 少 兩 個 元 件 組 成 的 多 元 件 结 構 Μ 收 集 從 材 料 1 4 6 〇 1 I 被 反 射 而 不 通 過 上 述 之 放 大 器 的 光 並 以 類 Μ 在 先 .AU.. 月ϋ 的 通 1 1 行 中 所 用 的 模 式 特 性 對 準 並 再 次 使 這 道 光 穿 通 過 上 述 之 1 1 放 大 器 而 回 到 材 粁 1 4 6 〇 C 1 魄 與 周 期 的 被 極 化 的 材 料 1 4 6 0 的 若 干 相 互 作 用 是 可 1 能 的 若 周 率 被 選 擇 成 在 放 大 器 1 4 5 2 的 增 益 輪 m 之 中 1 1 回 復 反 射 光 束 所 需 的 周 率 的 倍 數 則 上 述 之 in. pX 備 將 可 成 為 1 1 ( 高 次 ) 場 控 回 饋 鏡 〇 當 電 壓 1 4 6 6 被 啟 動 上 述 之 m 1 I 射 可 被 啟 動 藉 此 在 上 述 之 光 柵 的 頻 册 寬 度 之 中 產 生 回 復 1 1 I 反 射 0 既 上 述 之 鑛 射 振 盪 與 上 述 之 電 場 的 強 度 成 正 比 1 1 藉 著 調 製 上 述 之 電 壓 吾 人 可 調 製 鐳 射 輸 入 的 振 ¢8 調 製 1 1 控 制 装 置 1 4 6 6 提 供 在 材 料 1 4 6 〇 中 建 被 期 望 的 電 1 I - 14 9- 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 經濟部中央標準局貝工消費合作杜印製 314802 A7 B7 五、發明説明（/4 場所需的電壓與電流，這個電壓與這道電流是時間的一種 函數。K等於在材料1460與鐳射反射器1 454之間 的光的巡迴頻率的倍數的一個特定頻率，操作調製控制装 置1466，可以調製上述之鐳射的模式。既然被極化的 结構1 4 5 0的反射性在相同的頻率被調製，在兩個回饋 鏡1450與1 454之間諧振的光束傾向於形成一個脈 衝（或更多個脈衝），其當Μ上述之巡迴頻率反彈。若上 述之頻率是上述之巡迴頻率的倍數（1倍、2倍、3倍、 • · ·) *則每一次上述之脈衝逼近反私器1450時， 上述之反射性將是高的。在更高的倍數時，上述之反射性 僅能在較短的時間中保持在高點，Κ玫產生較短的脈衝， 但一些裝置可被添加以抑制額外的脈衝（傾向於在巡迴光 學傳送時間中的其他的高反射性時間被形成）。把在巡迴 頻率中的倍號的成分供應至反射器1 4 5 0，或調製放大 器1 452，或包括現存的額外成分的手段，吾人可抑制 上述之額外的脈衝。一種光學輸出可被抽到光束1 468 或1 4 6 9之中。 吾人用回饋設備1 4 5 0穗定上述之鐳射的頻率，因 為周期反射器僅在特定頻率運作。在上述之被極化的结構 的頻帶寬度以外的入射頻率不被反射。在一種簡單的结構 之中，適合包含該頻率成分的被極化的區域的長度的第一 次光柵周期的數量的倒數決定上述之頻帶寬度。在具多周 期的一種更複雜的结構之中，沿著入射光傳播方向與被反 -150- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本f ) 、1Τ A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明 ) 1 1 I 射 光 的 傳 播 方 向 之 夾 角 的 等 分 線 的 被 極 化 的 结 構 的 複 利 葉 1 1 1 轉 換 決 定 上 逑 之 頻 帶 寬 度 0 因 為 回 饋 僅 存 在 於 一 個 有 限 的 1 I 請 1 I 頻 範 圍 之 中 設 備 1 4 5 0 的 輸 出 頻 率 可 kk 自 由 運 作 的 先 閔 1 I 讀 1 鐳 射 振 盪 器 ( 在 其 中 被 極 化 的 结 構 被 簡 單 的 鏡 片 取 代 ) 背 1 | 的 輸 出 頻 率 窄 〇 若 上 述 之 反 射 的 頻 帶 寬 度 可 被 比 喻 成 被 反 之 | 意 I 射 器 1 4 5 4 與 被 極 化 的 结 構 形 成 的 被 延 伸 的 凹 部 的 縱 向 事 項 ! I 再 1 | 模 式 的 分 離 上 述 之 設 備 將 在 單 — 頻 率 模 式 之 中 運 作 〇 填 寫 本 裝 上 述 之 穩 定 特 性 在 半 導 體 二 極 體 鐳 私 的 例 子 之 中 特 別 頁 1 I 有 用 在 此 增 益 非 常 高 且 寬 頻 0 藉 著 二 極 體 鐳 射 吾 人 1 1 可 保 持 全 部 不 被 望 待 的 内 反 射 ( 例 如 從 輸 出 區 域 1 4 5 6 1 1 而 來 的 反 射 ) 在 很 低 的 值 ( 例 如 在 〇 0 〇 1 以 下 ) 0 1 訂 依 據 在 本 發 明 中 較 被 喜 歡 的 電 場 穿 透 與 驅 動 電 壓 電 1 I 極 1 4 6 2 與 1 4 6 4 可 >λ 在 上 述 之 基 片 的 相 同 側 或 在 相 1 1 反 的 兩 側 0 包 括 上 述 之 鐳 射 與 上 述 之 被 切 換 的 反 射 器 的 共 1 1 振 器 亦 可 以 是 一 環 形 諧 振 器 Μ 取 代 圖 5 5 所 示 的 線 形 的 1 線 諧 振 器 C 如 在 這 個 技 術 領 域 之 中 為 人 所 知 般 吾 人 需 要 額 1 外 的 光 學 元 件 形 成 上 述 之 環 形 諧 振 器 且 從 被 極 化 的 材 1 1 料 1 4 6 〇 而 來 的 反 射 不 是 正 向 的 入 射 0 上 述 之 光 柵 的 周 1 1 率 與 角 必 須 經 常 被 調 整 Μ 致 被 添 加 到 上 述 之 相 互 作 用 的 1 I 虛 光 子 在 輸 入 光 子 與 輸 出 光 子 之 間 產 生 動 量 守 恆 C 這 1 1 ! 種 限 制 決 定 上 述 之 被 極 化 的 光 柵 的 角 與 周 期 〇 1 1 圖 5 6 呈 現 的 鐳 射 回 饋 設 備 1 4 7 〇 有 — 個 波 導 〇 — 1 I 個 波 導 1 4 7 〇 可 Μ 被 併 入 被 極 化 的 材 科 1 4 6 〇 以 在 長 1 | - 15 1 - 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐） A7 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本瓦) -裝. --° 線 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（Ip) 距離之中限制上 產生可觀的相互 指導在波導之中 圖5 6所示，例 態鐳射可Μ被對 作。在對接中， 與1 4 7 7上的 的對齊與架設糸 化的基片1 4 6 述之光學放大器 1 4 7 2之中傳 與横向尺寸。上 範圍之內，它們 尺寸的一部分。 的波導可漸细Μ 化的區域1 4 7 極 1 4 8 2、1 胆擋的被極化的 1 4 8 2 與 1 4 率圖形，其结構 定。這種折射率 可如上所述的做 1 4 8 8或放大 朮 之 光 束 0 有 些 設 備 作 用 ) 在 有 itti 被 整 合 J 在 這 些 設 備 中 上 述 如 半 導 體 二 極 體 鐳 射 接 至 上 述 之 波 導 以 進 光 學 耦 合 糸 統 1 4 5 抗 反 射 塗 料 > 同 時 存 结 構 〇 光 學 放 大 器 1 〇 的 波 導 被 對 齊 到 上 述 之 基 片 的 光 場 播 的 模 式 的 相 位 波 前 述 之 二 波 導 的 分 離 應 從 共 軸 對 齊 的 偏 移 應 波 導 1 4 7 2 之 — 或 獲 得 团 取 佳 的 重 叠 〇 在 8 與 1 4 8 〇 不 必 4 8 4 ·、 1 4 8 6 被 區 域 之 上 C. 當 電 極 1 8 6 被 剌 激 - 在 上 述 主 要 是 由 上 述 之 被 極 圖 形 可 做 為 如 圖 5 5 為 — 個 耦 合 器 而 連 接 器 1 4 8 9 的 相 反 端 -15 2- 需要相互作用長度以 的設備中全部的光被 之性質特別有用。如 或被二極體激發的固 行簡_的且有效的運 8是在表面1475 在遷有維持對齊所需 474的波導與被極 致就光學而言，從上 相位波前，與在波學 ，有相同的角、半徑 在 R a y 1 e i g h 小於上述之横向模式 在放大器1 476中 波導設備之中，被極 穿基片1 4 6 0 。電 放在被波導1472 4 84相對於二電極 之波導之中產生折射 化的基片的结構所決 所示的反射器且/或 其他的波導。在穿孔 ，一光學輸出從上述 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 五、發明説明（/y|) 1 1 I 之 設 備 被 抽 出 C 1 1 1 若 上 述 之 基 片 材 料 是 非 線 性 光 學 材 料 ( 例 如 鈮 酸 鋰 1 I 請 1 I 鉅 酸 鋰 或 Κ Τ Ρ ) * 一 個 倍 頻 器 可 被 併 入 基 片 1 4 6 0 C 先 Μ 1 | 讀 1 準 相 位 被 吻 合 的 倍 頻 器 可 被 併 用 而 成 為 上 述 之 回 饋 光 柵 结 背 1 面 I 構 的 一 部 分 0 若 上 述 之 光 柵 结 構 併 用 多 反 射 頻 率 光 學 放 之 I '竟' 1 大 器 1 4 5 2 或 1 4 7 4 可 被 感 應 而 生 而 以 在 它 們 的 增 益 Μ I I 再 1 | 頻 帶 寬 度 之 中 的 兩 種 或 更 多 種 頻 率 來 振 盪 〇 在 這 種 情 形 之 填 寫 裝’ 中 上 述 之 非 線 性 的 頻 率 轉 換 器 可 Μ 是 — 種 合 計 頻 率 混 合 頁 1 1 器 Μ 取 代 倍 頻 器 或 是 數 個 可 以 被 重 叠 以 形 成 多 頻 率 輸 出 1 1 的 多 頻 率 结 合 的 設 備 C * 1 1 Κ 上 針 對 其 被 極 化 的 结 構 激 發 、 使 用 的 模 式 而 被 描 1 訂 逑 之 的 變 異 亦 可 以 结 合 外 光 學 放 大 器 而 被 使 用 特 定 而 言 1 I 之 结 合 圖 5 5 與 5 6 的 结 構 與 圖 1 4 與 1 5 的 頻 率 可 被 1 1 調 整 的 光 棚 吾 人 可 實 現 頻 率 可 被 調 整 的 m 射 C' 如 先 前 所 1 1 述 安 排 上 述 之 被 極 化 的 光 柵 结 構 以 致 平 均 折 射 率 隨 著 被 1 線 供 應 的 電 場 而 改 變 吾 人 可 獲 得 頻 率 的 調 整 從 被 極 化 的 1 | 结 構 1 4 6 0 而 來 的 回 饋 的 頻 率 決 定 光 學 放 -4- 器 1 4 5 〇 1 1 或 1 4 7 4 的 運 作 的 頻 率 藉 著 吱 吱 發 出 且 或 調 製 上 述 1 1 之 被 極 化 的 结 構 的 平 均 的 折 射 率 吾 人 可 因 此 吱 吱 的 發 出 1 I 且 / 或 調 製 上 述 之 輸 出 頻 率 〇 改 3& 上 述 之 平 均 的 折 射 率 1 1 | 就 改 變 上 述 之 光 子 的 動 量 而 不 改 安 被 光 柵 頁 獻 的 虛 光 1 1 子 的 動 量 0 在 平 均 的 折 射 率 的 改 要 以 後 就 反 射 而 言 舊 1 I 的 反 射 頻 率 的 相 位 不 再 配 合 的 13) 取 好 的 高 峰 反 射 性 已 移 動 1 I - 15 3- 1 I 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 314602 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 五、發明説明 / 1 1 I 到 一 個 新 的 頻 率 0 1 1 1 吾 人 可 使 用 圖 5 5 與 5 6 所 示 的 構 造 加 上 圖 1 4 與 1 I 請 I I 1 5 所 示 的 改 變 平 均 折 射 率 > 來 製 造 — 種 調 頻 ( F Μ ) 先 Μ 1 I ik 1 射 〇 所 ±m Dig 調 製 是 指 Μ 一 種 參 數 ( 在 這 個 例 子 之 中 是 時 間 ) 背 1 ιέ | 的 一 種 函 數 來 改 變 如 與 一 種 高 或 低 負 荷 循 環 一 起 脈 動 9 之 | I Μ 正 弦 波 的 方 式 改 變 * 或 以 任 何 暫 時 的 依 賴 性 改 變 0 吾 人 事 項 1 I 再 1 1 可 供 應 一 種 控 制 系 統 以 擯 制 述 之 電 壓 並 供 應 所 的 電 流 >λ 提 填 % 本 供 電 場 的 被 期 待 的 暫 時 的 變 異 〇 頁 1 1 典 型 的 — 種 半 導 體 鐳 射 的 Of 取 佳 的 回 饋 所 需 的 光 柵 的 1 1 反 射 性 小 於 1 〇 % 0 剩 餘 的 光 可 被 當 做 輸 出 〇 依據在光_ 1 1 晶 片 上 的 波 導 中 的 光 束 的 限 制 、 在 光 柵 中 的 色 散 、 在 上 述 1 訂 之 增 益 元 件 中 的 兩 種 極 性 的 相 對 增 益 吾 人 可 強 迫 上 朮 之 1 I 羅 射 在 T Μ 或 Τ Ε 極 化 之 中 運 作 C 既 m 上 述 之 光 柵 的 強 度 1 1 可 以 被 控 制 上 述 之 反 射 性 可 以 被 調 整 Η 使 上 述 之 鐳 射 1 1 的 輸 出 耦 合 變 成 131 取 佳 以 使 上 述 之 輸 出 功 率 變 成 取 大 C· 1 锦 相 U 的 上 述 之 光 柵 可 以 被 用 來 形 成 一 種 被 動 的 或 被 1 的 凹 部 的 反 射 器 〇 既 然 一 鐳 射 與 — 凹 部 之 耦 合 依 賴 與 上 朮 1 1 之 凹 部 損 失 相 比 之 輸 入 耦 合 器 的 相 對 反 射 性 可 種 有 可 1 1 的 反 射 率 的 輸 入 耦 合 器 提 供 一 種 裝 置 Μ 使 這 種 參 數 有 13 取 佳 1 I 值 並 因 此 使 其 姐 抗 配 合 上 述 之 諧 振 器 之 阻 抗 1 1 在 一 凹 部 之 中 本 發 明 亦 可 被 用 來 進 行 脈 衝 切 換 、 模 1 1 式 鎖 定 或 凹 部 頃 倒 對 較 低 的 C W 源 ( 例 如 半 導 體 Is 射 ) 1 I 僅 有 很 少 或 沒 有 吱 吱 作 聲 0 此 外 上 述 之 調 頻 能 力 使 上 述 1 1 - 154- 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 五、發明説明（ 1 ) 1 1 I 之 鐳 射 可 被 當 做 一 種 通 訊 光 譜 學 與 m 距 感 應 之 來 源 C· 1 1 1 圖 5 7 圼 現 被 一 陣 列 切 換 器 控 制 的 有 可 選 擇 的 波 長 的 'S 1 I 請 1 I 鐳 射 1 4 9 〇 C 在 131 取 佳 實 施 例 之 中 鐳 射 1 4 9 0 是 二 極 先 閱 1 I 讀 1 體 鐳 射 1 4 7 4 而 有 波 導 1 4 7 6 0 一 基 片 1 4 6 1 之 中 背 1 ιέ | 有 一 波 導 1 4 7 2 〇 波 導 1 4 7 6 對 接 波 導 1 4 7 2 C 抗 之 | 1 反 射 材 料 被 塗 在 表 面 1 4 7 5 與 1 4 7 7 上 以 致 光 學 放 事 項 1 I 再 1 | 大 器 1 4 7 4 將 不 會 從 其 小 刻 面 的 反 射 性 發 光 C 這 基 片 可 填 寫 本 >λ 是 任 何 能 支 持 切 換 器 1 4 9 2 的 基 片 切 換 器 1 4 9 2 頁 s_ 1 I 可 以 是 圖 3 〇 — 3 2 與 3 4 一 3 5 的 T I R 切 換 器 、 或 是 1 1 圖 2 3 Λ 2 5 3 3 與 4 6 — 4 8 的 分 隔 器 .、 或 是 任 何 1 1 知 的 或 尚 未 被 發 現 的 光 學 波 導 切 換 器 结 構 0 T I R 切 換 器 1 訂 1 4 9 2 先 前 已 被 描 述 因 此 圖 5 7 僅 概 略 地 予 K 描 繪 〇 1 I 當 它 們 被 啟 動 這 jLtb 切 換 器 引 導 光 能 從 上 述 之 放 大 器 到 達 1 1 與 該 切 換 器 相 連 的 — 個 波 導 1 4 9 4 0 1 1 一 個 回 復 反 射 器 陣 列 1 4 9 6 被 安 排 在 上 述 之 波 導 之 I 絲 中 如 圖 所 示 回 復 反 射 器 陣 列 1 4 9 6 是 一 個 光 柵 C 上 1 述 之 光 柵 Μ 一 種 特 定 頻 率 來 反 射 入 射 光 且 上 逑 之 鐳 射 在 1 1 上 述 之 光 柵 的 頻 帶 寬 度 之 中 發 光 0 如 圖 所 示 上 述 ->7 光 柵 1 1 元 件 被 指 向 一 個 略 逛 的 點 1 4 9 8 VX 致 離 上 述 之 m 射 較 1 I Μ 的 光 柵 的 周 期 較 短 C 上 述 之 光 柵 的 反 射 光 譜 因 此 相 等 但 1 1 1 變 成 愈 來 愈 短 的 波 長 〇 藉 著 選 擇 與 被 期 待 的 光 柵 周 期 相 關 1 1 的 切 換 器 1 4 9 2 吾 人 可 選 擇 上 逑 之 鐳 射 的 運 作 的 被 期 1 1 待 的 頻 率 〇 光 柵 的 幾 何 形 狀 決 定 其 光 頻 線 性 的 被 分 開 的 1 I - 15 5- 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐）

314602 AJ B7 五、發明説明（办） 光波長可被獲得而有固定的切換器隔離。若吾人期待，吾 人可選擇在上述之案排的堆放密度容量之内的任何波長分 隔。吾人可以沿著波導1 4 7 2安排大量的切換器，這是 因為T I R切換器的低插入損失與它們的高堆放密度。被 傾斜的輸出波導亦非常密實的堆放在一起。 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本页) 锦 從光學放大器1 474的後面可引出輸出光束，例如 光束1 489 ，從光學放大器1 474的後面可引出輸出 光束，例如光束1 4 8 8，因為T I R切換器會沿著波導 1 4 7 2漏失鐳射的一部分。例如画5 6所示者的許多替 代構造亦與本構造有關。舉例而言，反射器陣列1 49 β 可由包括由大量技術製造的永遠光柵或切換式光柵。它可 由均匀的光柵结構所構造，在這種均勻的光柵结構之中， 到上述之光柵的不同的光柵路徑長度為上述之鐳射凹部選 擇不同的F S R ，產生以可選擇的一陣列間隔很窄的光譜 高峰進行的單一模式作業。它甚至可由沿著波導1 4 9 4 分浠的一列永久鏡所組成，其被塗上高反射或可變的波長 的反射再一次，上述之鏡的不同的分離提供可在一個大 範圍中可切換的調整上述之鐳射凹部路徑長度的機會。 圖5 7的结構的次組合是一種調製器與在，其使用一 種可調的光能轉向器1 492與在許多波導1 494之一 中的許多回饋反射器1 496之一。若波導1 472被限 制而不能反射（例如在轉向器1 4 9 2以後把它的寬度變 成零），上述之鐳射被迫Μ被反射器1 496提供的回饋 -15 6- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（/功 發光。藉著調整透過轉向器1 4 9 2的激發被回饋的光能 的量，吾人可控制鐳射輸出特性。鐳射功率可Μ這種方式 被調製，在此例中，反射器1 496可能是一個固定的光 柵或甚至是一個被弄寬的固定的鏡。上述之光柵射器可導 致固定頻率的優點，Μ致鐳射功率被深深的調製而無頻率 滑移，產生幾乎純的振輻調製。若轉向器1492在凹部 巡迴時間的一整數倍被調製，上述之設備是一個模式鎖定 器並產生一個脈衝輸出。上述之巡迴時間是同心的脈衝要 回到它在上述之凹部中的原始位置與方向所需的時間。藉 著使用不同的切換器，吾人可變化上述之凹部長度，以改 變脈衝分離。藉著同時使用兩種不同的切換器，吾人亦可 能歧視中間的脈衝，其傾向於隨著模式I貞定頻率，以上述 之巡迴時間的高次倍數雯化。藉著調製上逑之反射器的中 央頻率，吾人可以獲得頻率調製。在這個例子之唞，反射 器1 4 9 6應被做成可調頻的光柵，例如圖1 4 一 2 2所 示者。 〆.. f 圖5 8描繪波長被調整的可調式聚焦系統1 5 5 ◦。 , '/ 例如圖5 4所示的同心圓迴折板的繞射聚焦元件U5 2乏 丨 與可調的光源1 554的结合，在資料貯存的領域之中， 提供重要的新能力。當同心圓迴折板與可調頻的光源被结 合，調整光源即可調整到焦點的距離。這種能力對多層資 料貯存而言是有用的，在多層資料貯存中，資料從資料平 面1 556被讀取且被寫入資料平面1 556，這些資料 -1 5 7 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

314602 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明 1 1 I 平 面 不 同 的 距 離 被 叠 在 資 料 貯 存 媒 介 \ 5 5 C 若 1 1 1 光 源 的 波 長 被 調 整 ( 透 過 上 述 之 各 種 裝 置 ) > 從 同 心 圓 迴 /<-V 1 I 請 1 I 折 板 到 焦 點 的 距 離 相 對 的 被 調 整 C 波 長 改 變 所 造 成 的 焦 點 先 閱 1 I 讀 1 的 改 變 有 兩 個 儍 點 藉 著 類 比 的 波 長 改 變 立 即 追 踪 被 扭 背 ιέ 1 I 曲 的 圓 盤 的 光 學 資 料 貯 存 面 藉 著 波 長 的 不 連 镰 1·^ 的 改 * 之 1 | | 隨 意 進 入 各 個 被 叠 在 一 起 的 平 面 1 5 5 6 Μ 選 擇 被 期 待 事 項 1 I 再 1 | 的 資 料 面 〇 填 % 本 % 被 選 來 驅 動 上 述 之 多 平 面 資 料 貯 存 系 統 的 頻 率 可 被 調 頁 1 I 整 的 鐳 射 是 基 於 — 種 半 導 體 二 極 體 鐳 射 1 5 6 〇 的 鐳 射 糸 1 1 統 這 種 鐳 射 糸 統 的 頻 率 的 調 整 是 基 於 從 如 Μ 上 所 述 者 Z 1 1 頻 率 可 被 電 子 式 調 整 的 光 柵 1 5 6 2 的 回 饋 C. 上 述 之 鐳 射 1 -------- .... 訂 之 頻 率 亦 可 在 一 個 準 相 位 配 合 段 1 5 6 4 中 被 變 成 兩 倍 j 1 1 一 種 角 度 被 擴 大 的 被 極 化 的 光 柵 的 使 用 是 可 使 上 述 之 倍 頻 1 1 器 的 接 受 度 寬 到 足 以 接 納 上 述 之 光 源 鐳 射 的 可 觀 的 頻 率 的 1 1 調 整 的 — 種 好 方 法 〇 透 鏡 系 統 1 5 6 6 瞄 準 並 使 上 述 之 鐳 1 線 射 輸 出 變 成 圓 的 以 準 備 在 上 述 之 同 心 圓 繞 射 透 鏡 中 的 取 终 1 焦 點 G 1 1 上 逑 之 透 鏡 系 統 1 5 6 6 不 是 必 需 的 因 為 — 片 同 心 1 1 圓 繞 射 透 鏡 亦 可 重 新 聚 合 分 散 的 光 0 m 而 吾 人 希 望 透 過 上 1 I 述 之 同 圓 繞 射 透 鏡 得 到 — 種 圓 的 光 束 因 為 這 產 生 田 取 小 1 1 1 的 光 點 尺 寸 並 因 此 產 生 取 高 的 資 料 讓 取 / 書 寫 能 力 若 吾 1 1 人 希 望 上 述 之 設 備 1 5 6 2 Λ 1 5 6 4 1 5 6 6 可 被 1 1 實 施 在 同 — 基 片 上 的 波 導 之 中 這 xtb 備 與 上 述 之 非 平 面 反 1 I - 158- 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) A4現格（210X 297公釐） 314602 A7 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 B7五、發明説明 射器組合後可與在上述之基片的後面上的同心圓繞射透鏡 被整合κ得到在一種資料中能快速啟動的小型的輕質的單 元。 〔顯示器之一般性描述〕 如本發明所述者之切換科技的主要應用領域是在光學 顯示器的領域之中，特別是發射性光學顯示器。圖5 9圼 現一種顯示設備1 00 1的方塊圖，圖6 0是沿圖59之 線A_A所取的剖面視圖。可產生從光源1 0◦0而來的 可見的光或紅外光的光學頻率來源裝置（或光源）之強度 被一光束調製器1 002調製。可見的光資訊因此被編碼 成上述之光束的一種時變強度。這種經調製的光束被上述 之聯结設備1 004連到一光學波導1 006 (此後被稱 為分配波導），以各種習知的方式可在一種適當的基片材 料1 0 2 8的表面中或表面上加工K製得上述之光學波導 1 0 0 6。 Μ —個角，上述之分配波導1 0 0 6至少抵住一光學 波導1 0 1 4 (此後被稱為像素波導），上述的角足Κ使 上述之像素波導與分配波導分開一段適當的距離=圜5 9 顥示在較佳實施例之中上述之角是9 0 ° : —列平行的像 素波導形成供上述之顯示器所用的掃瞄線。 上述之分配波導與上述之像素波導在接合區被一光束 導向结構（由一列光能導向器1 0 0 8組成）連接。上述 之光能導向器可為任何使在上述之分配波導中的光的傳播 -1 5 9 - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) '裝 -1Τ 線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ：297公釐） 明 説明發

7 7 A B 的 、 動器 被接 或連 的導 動波 主性 的向 中方 導括 波包 素 子 像 例 勺 Λυ .Β ΈΠ 需 器 所向 個導 一 bL I 4月 nj /C I 为 換的 切動 或被 向 〇 導法 被方 與、子 器光例 離 I 些 分電 一 式據的 模依器 、 器 向 器向導 接導學 連能光 式光的 輪的動 星動主 、 主 。 器。作 接器運 連射理 波反原 棚柵光 光光 I 、 g 熱 導 g 或 波 a 光 散 r 1 分 B 聲 R 換 I 切 T 型 ί 射 射反 反棚 內光 全 g rs 器 a 接 r 連 B 性 、 向器 方換 的切 動導 啟波 壓散 電 分 被、 括器 包換 切横 $ Μ 控 τ 化 I 極 E 、 τ § 勺 含 6μ 換合 切組 光器 - 離 電 分 型式 各模 的化 作極 運的 理動 原被 換與 轉如 式例 模 一 據器 依換 式轉換 器）與 切換結 器的一 子（圖 之分配 器此後 ---------^-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 電子式 器）， 像素位 述之運 像素切 反射（

器）、 任何在 構。上 種變形 3 2所 波導與 被稱為 旦光在 控制的 光被導 置或被 作原理 換器的 T I R 轚—光切 本說明書 述之較佳 的一種主 示者）可 像素波導 分配切換 上述之像 光能變向 向基片1 簡稱為像 的主動的 例子包括 )切換器 換設備 中被討 實施例 動的光 被上述 之夾角 器。 素波等 器1〇 0 2 8 素）c 切換組 被電壓 、分散 (例如S A W過滤 論的被當作樣版的 使用基於上述之T 束導向器。一種被 之光束導向器包括 成為9 0 ° 。這種 器與調製 被極化的 I R切換 固定的鏡 以使上述 光束導向 之中傳播，藉啟動一個可被 16 (此後被稱為 上所需的一點（此 上述之像素切換器 件（被動的能量變 啟動的方向性連接 波導切換器、B r 像素切換 後被稱為 是使用上 向器） 器、全内 a g g光 1 丁 線' 16 0- 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ 297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（/j ) 柵反射型切換器、依據模式轉換原理運作的各型電一光切 換器、極化控制切換器（例如與一種被動的極化模式分離 器組合的Τ E — Τ Μ模式轉換器）、聲一光切換設備（例 如S A W過濾器與調製器）、切斷切換器、液晶波導切換 器、聲一光切換設備（例如SAW溏波器與調製器）之前 在先行技藝中被討論的任何其他的波導塞方法與任何在本 說明書中被討論的被當作樣版的被極化的切換结構。上述 之像素切換器的較佳實施例是基於上述之Τ I R切換器的 一種變形。 在上述之像素波導1 0 1 4中傳的光束被上述之像雾 切換器10 16導入一輸出波導段101 7 (此後被稱為 反射器波導）而到達在上述之基皮的表面上一個所需的像 素位置。上述之反射器波導可包括在上述之大基片中一個 兩度空間的波導、一個平面的波導或自由空間傳播段的若 干短段或長段。 上述之光能（或光）隨後被射出上述之基片表面而向 著觀察者，使用被設在上述之基片的表面中或表面上的一 種光學反射装置101 8 (此後被稱為非平面反射器）。 上述之非平面的反射器可為許多微鏡中之一種而其功能是 引導先前在上述之輸出波導之中傳播的光的一部分離開上 述之波導平面。從這些小型反射器1 0 1 8之每一個被傳 向上述之觀察者之光構成離開上述之顯示器之資訊的一個 像素，且上述之反射器1 0 1 8此後將與’像素’一詞被 -1 6 1 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） ---------裝------iT------^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本^：)

314602 A7 B7 五、發明説明（ /0) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 混用。在圖59之中，吾人圼現被啟動的像素1 Ο 1 9與 被停止的像素。像素的陣列被組織成一種普通的列與格的 安排。每一像素的列與格標示可獨立的表明被它的位置。 像素的這種陣列構成上述之顯示幕。 光離開上述之基片的表面K後，撞在一光學的散射幕 1 026上，光學的散射幕1 026把向前傳播的光束轉 變成更分散的光束，這種更分散的光束有傳播角（相對於 上述之基片的法向）的分配Μ致一個觀察者可K 一個極角 Θ (相對於上述之基片表面的法向）。若從上述之顯示幕 出現的光束可接近L amber t i a η角分配，則不詢 方位角為何，在從0到90°之全部極性肚，上述之顯示 幕都將顯得同等的明亮。其他的角分配可被用來達成不同 的觀察角規格。上述之散射幕1 0 2 6可被做成一種分離 的光學的元件。 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 本發明依據一被正時的序列啟動上述之分配（或格） 切換器與上述之像素（或列）切換器而在上述之顯示器上 形成影像，以致被上述之反射器發射之光形成一種〃掃描 場掃瞄〃，本發明產生這種掃描場之方式類似在標準的陰 極射線管（CRT)中電子束被掃描的方式。上述之分配 切換器與上述之像素切換器被一種電子结構聯结至一種場 產生装置。這種場產生裝置可為足以產生電壓Μ啟動上述 之切換器的任何形式的電壓產生器，例如一假D C電力供 應器、一個電池、一電路（被稱為驅動電子零件）。上述 -1 6 2 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ 297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 A7 B7五、發明説明（Μ) 之分配切換器1 0 0 8的電極被連到一些格切換器驅動電 子零件1 0 1 0 ，上述之分配切換器1 008被上述之格 切換器驅動電子零件1010驅動。若干個像素電極结構 1〇20連接一些列驅動電子零件1 0 1 2，上述之像素 切換器1 0 1 6被上述之列驅動電子零件1 0 1 2驅動。 在上述之掃描場掃描之中，本發明依序調製上述之光 源的強度而上述之像素切換啟動Μ致每一個像素接收對應 它在上述之影像之中的空間位置的強度。任何被標準化的 影像（ν i d e 〇 )格式都可做為本發明的顯示資訊的格 式的例子。在最簡單的構造中，上述之主動像素1 0 1 p (光從這些像素被發射）的位置從左至右被掃描，每次一 列從頂到底，如此產生成幀的資訊，掃描全部的像素位置 所需的時間的逆轉被稱為"成幀率"。 本發明的顯示器異於標準的C R T顯示器，因為從上 述之發射像素而來的光持壤的時間不尨上述之像素切換器 被啟動的時間長。對像素格式為640X48 0且其成幀 (frame)率為80Hz的高資訊容量的顯示器，這 段時間短於5 0 n s 。當更新畫面率高於8 0 Η z ，眼睛 對閃光的敏感度迅速下降，即使是在周邊的視覺的較敏感 的部分。 本發明的一種茛施例是一種全色顯示器。本發明的光 源包括1 0 0 0個以不同的中央波長（色）運作的三種強 度源而達成這種效果。為達成最佳的效果，上述之光源是 -1 6 3 - (請先S讀背面之注意事項再填疼本！) 裝· 、-° 線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ 297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（Iti) 基於二極體鐳射以產生接近6 3 0 nm、5 3 0 nmM及 470n:m的光。波導1 006與1 ◦ 14可被設計來支 持這些不同的波長的傳播，就像上述之切換器1 0 0 8與 1 0 1 6能支持這些相異的波長的傳播。本發明增加一種 特點給上述之光源1 0 0 0 ，亦即一種連接設備Μ組合三 種鐳射的輸出進入一個波導，Κ致它們隨後可被單組波導 與切換器操控。Μ下將描述增加的特點的詳情。 請注意上述之鐳射從下右方進入圖5 9的顯示器，因 為一幀資訊是從上左開始被掃描。在一幀實訊之中，本發 明以一種序列來掃描獨立的列，較接近鐳射的切換器接：F 來被啟動。上述之切換器的上升時間快速的改變光的方向 進入新被選擇的波導而不受可能留在前一電極的任何電荷 的影響。此舉的優點是上述之切換器的下降時間不影響上 述之像素率，允許下降時間比上升時間長。確實，一段長 的下降時間可配合從上述之電極回收能量Μ使電力消耗最 低。因為相似的理由，上述的一些列的剌激的順序是相同 白勺（趨向上述之鐳射）：若上述之下降時間大於上述之上 升時間，本發明可在每一列的末端採用顯示器掃描的延遲 Μ允許全部的分配切換器到達它們的低損耗狀態，允許光 通過在該列的第一個像素。這種延遲應該是上述之分配換 器的消滅時間的數倍。類似的，本發明可在該幀資訊的末 端採用一種延遲Μ提供足夠的時間該上述之像素切換器放 鬆。 -1 64- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) •1Τ 線 314602 A7 B7 五、發明説明（IΙή) 既然吾人可使用圖5 9所示之每一個元件的許多相異 的版本以構造本發明的顯示器的一種特定簧施例，吾人將 詳细的描述這些元件的變化並指明何種變化可被選用Κ做 為本發明的最佳實施例。 Β、光源 可被連到一波導的任何光源可做為供本發明的顯示器 所用之一種光學剌激器。上述之光源可以有在光譜的可見 光、紫外光、紅外光區中的任何波長。單發射區光學剌激 器的實施例包括任何型式的鐳射、發光二極體（L E D) 與高亮度的小容量白熾與熒光光源。多發射區光源的實_ 例包括鐳射或L E D的陣列、排列成一條線或分佈成二維 的光分配區域的白熾與熒光光源。為了幾項理由，本發明 的最佳實施例所使用的固態鐳射是半導體二極體鐳射光源 (此後被稱為"二極體鐳射〃）。首先，一鐳射光源可被 連接至一波導而有任何光源的最高的效率，藉此.使操控上 述之顯示器所需的電力減到最少。其次，上述之二極體羅 射光源是可轉換電能成為光能的一種有效的轉換器，再次 使上述之顯示器的電力需求減到最少。第三、吾人以半導 體處理科技來製造上述之二極體，因此允許上述之顯示器 併用低成本的光源c 市面可見之二極體鐳射可產生在可見光區中波長大於 6 2 0 nm的光而這種二極體鐳射可被應用在紅的單色顯 示器之中。為了獲得一種全彩的顯示器，吾人遷需要在綠 -1 6 5 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ---------批农------1T------# (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明 ) 1 1 1 色 區 之 中 的 波 長 ( 接 近 5 3 0 η m ) 與 在 藍 色 光 區 之 中 的 1 1 I 波 長 ( 接 近 4 7 0 η m ) 0 使 用 非 線 性 的 光 學 設 備 ( 在 本 —ν 1 I 請 1 I 技 藝 中 被 當 做 一 種 倍 頻 器 ) 就 從 紅 外 線 二 極 體 鐳 射 獲 得 先 閱 1 1 讀 1 在 綠 色 與 藍 色 之 中 的 波 長 〇 上 述 之 倍 頻 器 之 實 例 包 括 背 1 T& | 巨 型 非 線 性 晶 體 例 如 Κ D P 、 L Ν b 〇 3 Λ K T P 、 之 •;主 | 意 I L 1 T a 0 3 S Β N 與 B a Τ 〇 3 與 在 上 述 之 巨 型 倍 畜 1 1 再 1 | 頻 器 晶 體 之 中 被 製 造 的 非 線 性 波 導 结 構 或 使 用 非 線 性 的 有 % 本 裝 極 性 的 聚 合 物 波 導 C 在 本 發 明 的 团 取 佳 實 施 例 中 上 述 之 倍 頁 1 I 頻 器 是 一 種 定 期 被 極 化 的 结 構 被 用 來 製 造 期 被 極 化 的 1 1 性 的 结 構 的 材 料 是 非 線 性 光 學 的 周 期 性 被 極 化 的 材 料 m 1 1 如 L i N b 0 3 Κ T Ρ > L T a 0 3 、 S Β N Μ 及 1 訂 Β a T i 0 3 的 鐵 電 性 晶 體 C 既 然 上 述 之 顯 示 器 的 基 片 材 1 I 料 可 從 這 itb 材 料 被 製 得 上 述 之 顯 示 器 與 倍 頻 器 可 被 整 合 1 1 成 里 一 薄 板 0 1 1 用 這 種 倍 頻 器 ( 舉 例 而 —3-- ) 1 〇 6 0 η m 的 二 極 體 1 镍 鐳 射 可 被 加 倍 以 獲 得 5 3 0 η m 的 綠 色 光 9 4 〇 η m 的 | 二 極 體 鐳 射 可 被 加 倍 Μ 獲 得 4 7 0 η m 的 藍 色 光 : 在 實 驗 1 1 室 中 上 逑 之 倍 增 過 程 的 效 率 被 證 明 超 過 5 〇 % 1: 吾 人 可 1 1 使 用 這 種 科 技 Μ 獲 得 顯 示 器 所 需 的 全 部 的 可 見 光 波 長 C 1 | 二 極 體 固 態 鐳 射 可 被 當 做 供 本 發 明 之 顯 示 器 所 用 之 光 1 1 1 源 C 密 實 的 綠 色 二 極 體 Me Iffi 射 是 市 面 上 可 見 藍 色 二 極 體 im 1 1 射 已 在 實 驗 室 之 中 被 展 示 〇 二 極 體 光 源 包 括 頻 率 被 倍 增 的 1 | 纖 維 鐳 射 ·> 向 上 轉 換 鐳 射 、 頻 率 被 倍 增 的 二 極 體 Y A G 1 1 I - 16 6- 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X29*7公釐） 314602 A7 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 B7五、發明説明（/<) Y L F與其他的有雜質的晶體的主鐳射材料。 今日，在藍色光與綠色光區之中運作的直接的可見的 固態半導體鐳射（從例如晒化鋅（與氖化鎵）的半導體材 料所製成）已存在實驗室之中且若其壽命被延長且這些光 源被商品化則可成為本發明的顯示器的最佳光源。 在本發明的最佳實施例之中，上述之鐳射與倍頻器被 設在與顯示器分離的一片基片上。隨後，吾人使用光纖連 接或對接連接Μ連接這種組合與在顯示器中的波導。分離 兩個次組合提升每個單元的效率。鐳射可被對接連接至晶 片或被倒裝在上述之晶片上的被蝕刻的溝中。對接耦合晕 堅固的，不需要額外的元件且與自動化對齊科技是可相容 的。在最佳實施例之中，深度與寬度的波導錐度被用在上 述之倍頻器晶片（或上述之二極體鐳射晶片）之中以使上 述之鐳射模式尺寸配合上述之倍頻器波導尺寸Μ得到最佳 的連接效率。Κ二個波導製造步驟可獲得在倍頻器中的深 度錐度。第一個步驟產生深的波導與錐度而第二個步驟產 生淺的波導（連接上述之錐度）。以這種方式，上述之鍾 射可有效的被連接至上述之單一模式倍頻器波導。作為一 種替代性方案，上述之鐳射二極體可如同上述之顯示器直 接被連接至相同的基片=這允許上述之倍頻器、回饋穩定 元件、波長结合器與其他的元件被整合成在相同的薄片之 中。若效率高，則上述之直接連接方案有成本優勢。 C、調製器 -1 6 7 - (請先Μ讀背面之注意事項再填寫本頁) .裝 -6 镍 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明 m) 1 1 I 上 述 之 光 束 調 製 器 1 0 〇 2 可 改 變 上 述 之 鐳 射 的 強 度 1 1 1 以 獲 得 一 種 頻 帶 寬 度 Μ 應 付 永 遠 足 夠 的 顯 示 0 上 述 之 可 獲 y-· 1 1 請 1 I 得 最 佳 效 果 的 頻 m 寬 度 大 於 上 逑 之 像 素 掃 描 率 0 21 種 頻 *rfJ 先 Ml 1 I 讀 1 寬 度 對 有 8 0 Η Z 更 新 率 的 6 4 0 X 4 8 〇 像 素 V G A 顯 背 1 I 示 器 而 超 過 2 5 Μ Η 2 G 上 述 之 調 製 器 B! 取 好 有 能 力 再 生 冬 | 意 | 許 多 灰 色 階 強 度 程 次 C 上 述 之 調 製 器 田 取 好 跟 上 述 之 頻 率 倍 畜 1 1 再 1 I 增 器 — 樣 被 製 造 在 相 同 的 晶 片 上 C 填 1 本 裝 已 知 數 種 不 同 的 光 束 調 製 器 可 付 合 以 上 的 要 求 0 第 --- 頁 ___· 1 I 種 方 法 是 藉 調 製 供 應 上 述 之 二 極 體 鐳 射 的 電 流 而 調 製 上 述 1 1 之 二 極 體 鐳 射 強 度 〇 既 然 上 述 之 二 極 體 鐳 射 增 益 光 譜 亦 1 1 著 電 流 變 化 頻 率 變 化 伴 隨 這 樣 的 調 製 C 若 上 述 之 - 極 體 1 1T 鐳 射 被 用 來 直 接 照 明 上 述 之 顯 示 器 ( 像 紅 A 1 G a I η P 1 二 極 體 ) 則 這 樣 的 頻 率 變 化 不 是 問 題 因 為 眼 睛 無 法 感 1 1 覺 這 樣 的 光 〇 m 而 若 上 逑 之 二 極 體 鐳 射 的 輸 出 功 率 驅 動 一 1 1 倍 頻 單 元 以 製 造 綠 色 或 藍 色 光 束 這 樣 的 頻 率 調 製 就 是 問 1 線 題 這 是 因 為 成 為 邦 浦 鐳 射 頻 率 的 函 數 的 倍 增 效 率 曲 線 的 1 I 接 受 度 的 狹 窄 ( 在 0 1 η m 的 約 1 0 〇 的 因 素 内 取 決 1 1 於 倍 頻 器 的 的 構 造 與 設 計 參 數 ) 在 後 — 情 形 之 中 上 述 1 | 之 二 極 體 鐳 射 作 業 頻 率 必 須 被 穩 疋 在 上 述 之 倍 頻 器 接 受 性 1 1 範 圍 之 內 雖 然 不 必 在 單 — 頻 率 模 式 中 運 作 〇 ( 多 模 式 作 1 1 m 確 實 增 加 轉 換 效 率 C ) 使 用 外 光 柵 回 饋 ( 或 入 何 此 技 藝 1 1 中 為 人 所 知 之 其 他 方 法 ) 结 合 電 子 回 饋 控 制 回 路 可 達 成 1 | 頻 率 穩 定 C 使 用 例 如 為 人 所 知 的 屏 敝 蝕 刻 或 體 内 擴 散 的 方 1 I - 168- 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨0X29*7公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 A7 B7五、發明説明（/^) 法把上述之光棚整合到上述之波導中。上述之光柵中心頻 率是電一光或熱的掁動，旦使用一個光電二極體來監測其 頻率被加倍的電力的強度。在上述之高頻振動的光電二極 體信號的頻率成分被當做失誤信號而被輸入上述之電子回 饋回路K控制上述之二極體鐳射頻率。因此使上述之鐳射 頻率配合為了獲得有效的頻率倍增所需的最佳波長，產生 可見光。以外光柵穩定（重返上述之二極體鐳射的假反射 的充分抑制），有可能使用變化上述之二極鐳射電流的調 製枝術，因為在上述之頻率被上述之光柵回饋控制。能調 製上述之二極體鐳射電流是一個重要的優點，因為這項$ 術使在上述之鐳射中電力消耗減到最小。 第二種調製方法是使用為人所知之調製器設來製造獨 立的調製器（可能在上述之基片1 028之中）。標準的 調製器設計的一種實例是Ma c h_Ze h n d e r干涉 調製器：被描述如前的任何電一光切換器亦可做為上述之 調製設備1 002。本發明的最佳實施例使用被描繪在圖 3 0中的内反射光學切換器作為上述之調製器，因為它是 密茛的，使用與上述之T I R切換器1 008與1 0 1 6 相同的極化技術，且其輸入強度與電壓的關係配合良好Μ 供應數位的灰色階調製。當上述之輸出光束是上述之切換 器的被反射的輸出，上述之像素的灰色階幾乎與上述之切 換器的輸入電壓有媒性關係。 D、光連接設備 -16 9- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) '裝 *-° 線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ 297公釐） 314602 A7 B7 經濟部中央標率局員工消費合作社印製 五、發明説明（/(JW 1 1 1 上 逑 之 光 連 接 設 備 1 0 〇 4 把 從 .上 述 之 光 源 1 〇 〇 0 1 1 1 而 來 的 光 連 接 至 上 述 之 分 配 波 導 1 〇 〇 6 〇 已 知 許 多 不 同 1 I 請 1 I 的 科 技 可 達 成 種 高 的 連 接 效 率 〇 這 些 已 知 的 科 技 的 些 閱 1 1 實 例 包 括 巨 型 透 鏡 光 束 列 、 上 述 之 鐳 射 二 極 體 到 上 述 之 基 a 背 1 ιέ 1 板 1 〇 2 8 的 對 接 與 上 述 之 鐳 射 源 至 上 述 之 基 片 的 纖 維 連 冬 | I 接 〇 最 佳 實 施 例 是 纖 維 連 接 因 為 它 有 效 率 且 不 貴 並 允 許 事 項 1 I 再 1 | 上 逑 之 二 極 體 鐳 射 源 1 〇 〇 0 與 調 製 器 1 〇 〇 2 獨 被 製 填 寫 本 裝 造 與 包 裝 0 因 此 上 述 之 光 源 包 裝 可 從 基 片 1 〇 2 8 被 拆 頁 1 下 分 開 在 製 造 上 述 之 鐳 射 時 限 制 效 率 的 組 織 與 限 制 上 述 1 1 之 顯 示 器 面 板 效 率 的 組 織 C. 上 述 之 光 源 1 〇 〇 0 的 光 輸 字 1 1 進 入 — 個 纖 維 輸 出 端 >λ 達 成 上 述 之 光 源 到 上 述 之 顯 示 器 面 1 訂 板 的 連 接 0 使 用 已 知 的 標 準 的 科 技 可 連 接 上 述 之 纖 維 輸 出 1 1 端 至 上 述 之 分 配 波 導 1 0 0 6 0 1 1 在 本 發 明 的 全 彩 版 本 的 Β1 取 佳 實 施 例 之 中 使 用 — 個 二 1 I 色 光 束 结 合 器 ( t=B 取 好 是 被 描 繪 在 圖 6 1 之 中 的 被 光 柵 輔 助 1 線 的 連 接 器 ) 把 三 個 鐳 射 源 包 裝 在 一 起 並 連 接 至 — 個 波 導 : 1 1 上 述 之 光 束 结 合 器 把 上 述 之 紅 色 鐳 射 束 1 〇 5 〇 Λ 上 述 之 1 1 綠 色 鐳 射 束 1 〇 5 2 與 上 述 之 藍 色 押 m 射 束 1 〇 5 4 連 接 至 1 I 相 同 的 波 導 1 〇 4 4 同 時 使 已 在 上 述 之 波 導 1 〇 4 4 之 1 I 中 傳 播 的 光 僅 有 团 取 小 的 損 失 這 個 结 合 器 達 成 被 结 合 的 鐳 1 1 射 輸 出 1 〇 5 6 經 結 合 的 鐳 射 輸 1 0 5 6 隨 後 被 傳 入 上 1 1 述 之 波 導 1 〇 〇 6 〇 上 逑 之 紅 色 鐳 射 束 1 〇 5 〇 從 上 述 之 1 i 波 導 1 〇 4 2 被 連 到 上 述 之 波 導 1 〇 4 4 使 用 連 接 固 定 1 I - 17 0- 1 1 1 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（// Ί ) 1 1 I 指 數 釋 壓 或 被 極 化 的 光 柵 1 〇 5 6 的 暫 時 的 波 導 而 使 在 1 1 1 波 導 1 〇 4 2 中 的 輸 入 模 式 1 〇 5 〇 的 傳 播 參 數 配 合 在 紅 V 1 I 請 1 I 色 波 長 的 波 導 1 〇 4 4 〇 上 述 之 藍 色 鐳 射 束 1 〇 5 4 從 上 先 閲 讀 1 1 述 之 波 導 1 0 4 6 被 連 到 上 述 之 波 導 1 〇 4 4 使 用 連 接 背 1 面 I 固 定 指 數 、 釋 壓 或 被 極 化 的 光 柵 1 〇 5 8 的 暫 時 的 波 導 而 之 I t- 1 使 在 波 導 1 〇 4 6 中 的 輸 入 模 式 1 〇 5 6 的 傳 播 參 數 配 合 畜 1 I 再 1 I 在 藍 色 波 長 的 波 導 1 〇 4 4 〇 這 是 種 可 被 用 來 有 效 率 的 填 寫 本 裝 结 合 在 二 個 波 導 中 的 功 率 進 入 * 個 波 導 的 已 知 的 標 準 的 技 頁 '— 1 術 而 〇 本 說 明 書 在 之 前 已 參 考 圖 1 〇 提 供 被 光 柵 輔 助 的 平 1 1 行 波 導 連 接 器 的 進 一 步 的 討 論 上 述 之 被 光 柵 輔 助 的 平 η 1 1 波 導 連 接 器 有 — 個 被 極 化 的 光 柵 C 被 光 柵 輔 助 的 連 接 器 的 1 訂 頻 帶 寬 度 通 常 比 三 種 色 波 長 的 分 離 的 頻 帶 寬 度 窄 很 多 Μ 1 1 致 在 每 一 個 色 光 束 中 的 功 率 可 獨 的 被 控 制 並 >31 取 佳 化 〇 上 1 1 述 之 被 光 柵 輔 助 的 連 接 器 適 合 三 波 導 色 光 束 進 入 相 同 波 導 1 I 的 高 效 率 的 结 合 〇 1 線 上 述 之 二 色 的 被 光 柵 輔 肋 的 連 接 器 1 0 4 〇 m 取 好 跟 上 1 述 之 藍 色 與 綠 色 光 源 的 倍 頻 器 與 上 述 之 藍 色 與 綠 色 光 源 的 1 1 調 製 器 被 實 施 在 相 同 的 基 片 晶 片 這 三 個 二 極 體 1由 射 源 都 1 I 被 連 到 相 同 的 晶 片 C丨 此 外 可 能 有 另 — 個 調 製 器 被 放 在 上 1 I 述 之 光 束 结 合 器 之 後 ( 也 有 可 能 在 相 同 的 晶 片 上 同 1 1 時 供 應 偏 壓 校 正 给 三 種 色 彩 C 偏 壓 校 正 是 一 種 強 度 調 製 而 1 1 必 須 被 用 來 補 償 在 剌 激 不 同 的 像 素 時 被 光 束 所 姐 擋 的 波 長 1 | 的 不 同 的 長 度 所 造 成 的 介 於 上 述 之 结 合 器 各 個 像 素 之 間 1 I - 17 1 - 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4現格（210X 297公釐） 314602 A7 B7 經濟部中央橾準局員工消費合作社印製 五、發明説明 1 1 I 的 光 學 功 率 下 滑 C· 1 1 1 E 、 基 片 材 料 1 I 請 1 | 供 顯 示 器 1 0 〇 1 ff. 用 的 基 片 1 0 2 8 是 種 固 態 材 先 閱 1 I 料 這 種 固 材 料 是 任 何 可 被 做 得 很 平 而 足 以 維 持 整 面 顯 讀 背 1 1 1 示 幕 面 積 的 攝 影 蝕 刻 容 許 度 的 電 — 光 活 性 材 料 C 上 述 之 分 冬 I t 1 配 ( 與 像 素 ) 波 導 與 切 換 器 被 製 造 在 這 片 基 片 材 料 之 中 或 事 項 1 I 再 1 I 之 上 0 在 m 取 佳 實 施 例 之 中 上 述 之 電 一 光 T I R 切 換 器 是 填 寫 裝1 由 — 種 極 化 製 程 所 形 成 所 以 上 述 之 基 片 或 在 上 述 之 基 片 本 頁 V_^ 1 上 的 一 層 薄 膜 必 須 是 可 極 化 的 電 — 光 活 性 材 料 0 適 當 的 電 1 1 — 光 活 性 固 體 材 料 的 一 實 例 是 從 巨 型 的 鐵 電 晶 體 的 晶 1 1 ( 例 如 L i N b 0 3 、 K Τ P L T a 0 3 S B N 1 訂 B a T i 0 3 ) 、 在 適 當 支 持 材 料 ( 例 如 玻 璃 或 塑 膠 ) 1 上 的 被 極 化 的 電 一 光 聚 合 物 .、 在 適 當 的 支 持 材 料 ( 例 如 被 1 1 構 造 允 許 單 晶 膜 成 長 的 巨 型 结 晶 基 片 ) 的 鐵 電 结 晶 材 料 1 I 的 薄 膜 ( 例 如 L N b 〇 3 K T P 、 L T a 〇 3 ) C. 1 線 本 發 明 的 I9P 取 佳 實 施 例 使 用 鈮 酸 鋰 ( L N b 〇 3 ) 的 1 晶 圓 1 0 2 8 〇 ( L N b 〇 3 ) 在 台 基 中 成 長 到 直 徑 6 1 1 时 它 是 優 良 的 電 — 光 活 性 材 料 且 有 除 了 矽 以 外 的 全 部 的 1 I 大 直 徑 结 晶 材 料 的 团 取 低 成 本 1 1 E 分 配 與 像 素 波 導 结 構 1 1 在 本 發 明 的 ΙΞΠ 取 佳 實 施 例 之 中 單 — 分 配 波 導 1 〇 〇 6 1 1 連 接 全 部 的 像 素 波 導 > 分 配 切 換 器 被 用 來 從 分 配 波 導 傳 送 1 | 光 到 像 素 波 導 c_ 一 般 而 - — 種 連 接 装 置 是 任 何 可 使 光 從 1 I - 1 7 2- 1 1 1 本紙伕尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨0X297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明 分配波導到達像素波導的方法。在其他實施例之中，多分 配波導可被用來形成分配波導的灌流排。像素波導是彼此 平行的，佔據整個顯示器面積，分配波導與像素波導之間 有個大角（例如90° )且接近顯示幕的一邊。 波導參數（寬度、深度與指數變化Λη)被選擇以致 上述之波等支持供三種色彩所用的單一模式。最短的光束 波長（470nm)僅比最長的光束波長（630nm) 短2 5 %，以致於波導可被選擇以支持在相同的波導中的 三種色彩所用的最低次模式。多模式波導亦可被使用，但 這些波導的相關的較高的輻射損失需要較高的輸入功率# 增加顯示幕的背景模糊（閃光）。 被用在本發明之中的波導被製造在一種電一光材料之 中，例如被定義如上的基Η材料。在本發明的最佳實施例 之中，以標準的退火質子交換製程（ΑΡΕ)而把波導製 造在L i Nb03之中。另一種可用的在L i Nb03中 的波導製程是钛體内擴散製程。這些波導製程之一或二可 被用來製造圖3 0所示的切換器。其他的基片材料可使用 已知的不同的波導製程Μ取得這些材料。 G 、分配切換器 分配切換器1 0 0 8的主要求是當它被切掉，它必須 有幾近零的損失。這項要求是為了顯示器的應用，因為被 引導的光束在通過數百個分配切換器時應該不受任何可觀 的損失之苦，Μ傳送足夠的功率給在分配波導之中的最後 -1 7 3- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝. *νβ 線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） 334602 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 五、發明説明（! h 1 1 I 的 分 配 切 換 器 C 本 發 明 的 B1 Μ 佳 實 施 例 使 用 Τ I R 反 射 切 換 1 1 1 器 與 如 圖 3 0 所 示 的 被 極 化 的 波 導 部 分 以 達 成 這 項 要 求 Γι 1 I 請 1 I 其 他 的 主 要 規 格 是 上 述 之 分 配 切 換 器 必 須 Μ 幾 近 9 0 0 來 先 閱 1 I 讀 1 彎 折 光 束 Μ 允 許 在 ___. 小 晶 圓 尺 寸 中 製 造 大 顯 示 器 面 積 〇 — 背 1 I& 1 個 幾 近 9 〇 9 的 平 面 微 鏡 反 射 器 ( 又 被 稱 為 固 定 鏡 ) 與 圖 之 | 意 I 3 〇 的 切 換 器 被 合 用 如 Μ 3 6 的 部 分 所 示 包 括 輸 入 波 % ! I 再 1 I 導 9 8 4 切 換 器 9 8 5 微 鏡 9 7 7 輸 出 波 導 9 8 6 % 本 裝 ( 不 對 稱 的 損 失 波 導 四 通 管 9 9 7 與 額 外 的 切 換 器 9 8 3 頁 1 | 與 波 導 9 8 2 在 最 簡 單 的 顯 示 器 構 造 中 不 是 必 需 的 ) Q 當 1 1 T I R 切 換 器 9 8 5 被 切 掉 被 極 化 的 部 分 完 全 透 明 % 1 1 束 沿 著 分 配 波 導 繼 續 X JU. 月ϋ 進 C 在 電 壓 被 放 在 如 3 0 之 Τ I R 1 訂 切 換 器 電 極 時 光 從 波 導 9 8 4 被 送 到 像 素 波 導 9 8 6 而 1 | 僅 有 低 損 失 0 說 明 書 已 在 前 面 參 考 圖 3 6 描 述 微 鏡 9 7 7 1 1 的 I3t 取 佳 實 施 例 所 用 的 製 造 技 術 1 1 其 他 的 切 換 方 法 式 可 被 用 來 使 光 學 功 率 進 入 或 離 開 波 1 絲 導 以 及 在 波 導 之 間 傳 送 圖 3 〇 — 3 2 或 圖 3 4 — 3 6 的 1 1 T I R 切 換 器 或 _ 3 3 、 4 6 與 4 ~7 的 被 引 導 的 波 切 換 器 1 1 可 被 使 用 : 圖 7 、 1 2 與 1 3 的 光 柵 切 換 器 亦 是 可 用 的 替 1 1 代 方 案 前 案 中 的 替 代 方 案 ( 例 如 交 叉 梳 狀 電 極 無 極 性 的 1 I 電 — 光 切 換 器 ) 可 被 用 來 取 代 光 柵 圖 8 1 與 1 3 的 1 1 1 四 埠 切 換 器 可 被 用 在 某 itt. 特 別 的 構 造 之 中 例 如 圜 9 的 非 1 1 平 面 切 換 器 1 6 8 或 圖 1 0 與 2 6 — 2 8 的 波 導 連 接 器 切 1 I 換 器 C 圖 2 — 6 1 4 — 1 7 1 9 與 2 1 一 2 3 的 回 復 1 I - 17 4 - 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X29*7公釐） A73ί46ΰ2_β7五、發明説明（0) 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 的前，傳面 陣它施> Κ 像射前 變表非的反之與 射在用中平 的是實予從反先 改與。束面述柵 反括使之非 維處佳 2 來面 ί 示 括構光平上光 復包被} 一 二之最 3 用平器 表包機與非接 回 ί 可導或 個以的 I 被非射 的在之料連 被術亦波丨 I 相明 ο 器與反 置向面它述材與 導技 } 素導 成求發 3 換導柵 装方表，上的點 指換術像波 形 要本圖 切波光 器何 之界：長凹 K 切技 I 素 器器 ，考 種器的 射 任述邊性波射 用的換或像 示換此參這射換 反至上射壤的散 合他切 ί 一 顯 切因已。反切 學 向開反連束、 被其的導入 面配 前作入可 光 方離能平光鏡5-器。明波進 平分失先蓮導用： 為的光光率換射17 流導發配分 在與損 ί 失之使 } 稱播使括射轉反· 分波被分部 6 求的射損將可論 被傳此包反或括 游出未一的 1 要零反低並例討 亦的因件有射包 上輸尚在理 ο 主近內的率施Μί 光並元中散例 與一或送合 1 的幾全需功實 予器器來丨 本面以實 可入術傳的 器器器有的所學的 _8射射 而量基平可的 器進技術大。換換換，換得光代與反反面分的的括器 換分換技的 } 切切切時切獲得替 7 面面 表的器角包射 切部切些率器素素素 掉可：^ 取種 圖平平 之角射直可反 的 I 的這功射像像像切用} 導一 考非非述直反成遇面 射的中要的反、 。被使論波：參、 上成面徑器平 反光案只播的 Η 列在例討素器 已 I 從面平路射非 ---------裝------訂------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本页) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4現格（210X 297公釐） 314602 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明0 % ) 1 1 I 波 長 轉 換 熒 光 物 巨 標 C 1 1 1 為 了 使 一 光 束 從 像 素 切 換 器 到 非 平 面 反 射 器 而 僅 產 生 1 I 請 1 I 低 損 失 可 使 用 —. 個 輸 出 波 導 1 〇 1 7 ( 此 後 被 稱 為 反 射 先 閱 1 I 器 波 導 ) 0 即 m 上 述 之 波 導 是 很 短 的 ( 最 多 從 —. 個 像 素 波 背 1 I 導 伸 到 相 鄰 的 一 像 素 波 導 〇 上 述 之 反 射 器 位 管 可 被 Bt 取 佳 化 之 1 t I Μ 使 被 反 射 的 β匕 m 景 光 減 到 最 少 藉 此 使 對 比 率 減 到 最 少 G % 1 I 再 1 | 若 上 述 之 非 平 面 反 射 器 罪 近 上 述 之 波 導 它 們 會 對 著 被 散 1 % 本 裝, 射 的 光 的 較 大 的 固 體 角 並 在 上 述 之 像 素 產 生 // 閃 光 // 或 頁 1 | sSL· m 景 照 明 即 使 在 上 述 之 像 素 未 被 上 述 之 波 導 切 換 糸 统 指 1 1 位 置 時 0 团 取 小 的 閃 光 發 生 在 上 述 之 像 素 波 導 之 中 途 的 m 1 1 位 置 在 這 個 位 置 被 上 述 之 波 導 散 射 的 光 的 大 部 分 已 傳 1 訂 送 到 上 述 之 表 面 波 導 與 上 述 之 反 射 器 之 程 度 Μ 下 並 進 入 上 1 述 之 基 片 0 在 這 個 位 置 兩 個 相 鄰 的 波 導 對 上 逑 之 閃 光 的 1 1 頁 獻 是 相 等 的 r, 1 1 圖 6 2 到 6 7 顯 示 上 逑 之 非 平 面 反 射 器 1 〇 1 8 的 幾 1 線 個 實 施 例 C 上 逑 之 非 平 面 反 射 是 種 永 久 的 结 構 : 被 制 動 1 的 像 素 被 上 述 之 像 素 切 換 器 的 二 維 陣 列 選 擇 圈 6 2 描 繪 1 ! — T I R 非 平 面 反 射 器 1 1 0 0 的 剖 面 圆 其 輸 出 通 過 上 1 I 逑 之 基 片 0 9 〇 C 轉 向 鏡 1 1 0 8 反 射 輸 入 光 束 1 1 1 〇 1 I 成 為 輸 出 光 束 1 1 0 4 通 過 上 述 之 基 片 1 1 0 1 而 射 向 1 1 上 述 之 後 表 面 1 1 1 2 c 上 述 之 鏡 1 1 〇 8 可 達 成 完 全 內 1 1 反 射 或 它 可 做 為 — 脑 良 好 的 反 射 器 而 有 一 個 適 當 的 反 射 塗 1 | 料 0 — 層 散 射 幕 1 0 2 6 或 熒 光 層 1 1 1 3 可 被 塗 在 上 述 1 1 - 17 6- 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Ad規格（210X297公釐） A7 B7 1460^ 五、發明説明 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 最好是 射，進 被反射 的底面 個4微 的背面 實施例 度光束 基片1 材料Μ 、塑膠 不是平 離開上述之像素 1 1 1 0在一反 上述之波 合上述之 導使上 波導的 之中， 平面波 包装密 種性況 1 0可 上述之 米直徑 0 2 6 10 0 在有適 。上述 個方式 方的鈮 入光束Κ 4 5 ° 的表面成直角相 光束傳播原理發 一個光點。在上 在一層0 · 5厘 之後表面1 述之轉向鏡 或 1 1 0 2 W在上述之 點。在上述 —個波導限 的表面）之 久頻道波導 個平面的波 τ I R切換 限制。 上述之 從上述之反 交的基片。 散Μ在上述 述之轉向鏡 米厚的釔酸 本發明 像素的1 / 法達成這種 光學上透明 料的實例包 之鏡表面1 1 1 2 上。 的像素光束 之中傳播。 轉向鏡（吻 之轉向鏡的 制，它可被 中。在1 0 不可能被形 導，或輸入 器直接傳播 轉向鏡 射鏡反 上述的 之基片 中的一 鋰晶體 的最佳 e 2強 重叠， 的支持 括玻璃 1 0 8 周圍部位 限制在一 〇％波導 成。在這 光束1 1 而不被在 平的，上 入與上述 的光束依 1112 米直徑的 產生一個 重叠在散 直徑。若 1 0 0可 達成所需 與二氧化 的，則可 -17 7- 切換器 射器波 述之光 模式） 上述之 導（在 度的情 之中， 從上述 中間區 述之輸 之晶體 據高氏 上產生 光點會 3 6微 射幕1 基片1 能被設 的重叠 5夕。換 在較下 並入射在上 導1〇1 7 束變成二維 產生一光束 光束必必被 上述之晶體 形之中，永 吾人期待一 之被極化的 間中的波¥ 的光點= 上每一個 太薄而無 當厚度的 之支持材 ，若上述 酸鋰表面 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -έ Γ 本紙張尺度適用中國國家標率（CNS ) Α4現格（210 X 297公釐） 經濟部中央標率局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（1i) 形成上述之l/e2的光點尺寸的重叠可被，但有適當的 曲率半徑K擴張上述之Ι/e2直徑成為所需的尺寸，或 若上述之鏡本射有足夠的粗糙度Μ散射光束以在上述之幕 1 0 2 6上產生具所需的尺寸的光點。另一種實施例的底 面1 1 1 2被塗上一層光學熒光或顔料層1 1 1 3 ，在上 述之波導與非平面反射器傳送光而剌激熒光層1 1 13Μ 後，它可Μ發射所需的顯示器色彩。舉例而言，熒光層亦 除去對分離的散射幕的需求。 吾人可使用許多技術（包括鐳射燒蝕、活性離子蝕刻 (RIE)、活性離子束蝕刻（RI BE)、離子束研寧 與濕式蝕刻）來製造圖62所示的轉向鏡1 1 08。吾人 較喜歡的是濕式蝕刻並將在Μ下描述濕式蝕刻。吾人K標 準的攝影刻印技術把一層鉻罩移轉到轉向鏡1 1 0 8的材 料上。鈮酸鋰層随後被泡在氫氟酸之中數個小時而溫度約 為8 0° C。請注意在蝕刻的過程中應嚴格限制對氫氟酸 的搜拌。在蝕刻凹點的底部的低物質傳送限制蝕刻速率而 在邊緣的蝕刻速率較快，因為在邊緣的被蝕刻的離子有較 高的質量傳送。許多材料有一些良好的性質以沿著自然平 面蝕刻，所以若被彎折的鏡面被劑這些自然面之一，结果 的被蝕刻的表面將有較低的殘留粗糙度。 做為替代的技術，與上述之樣本同時蝕刻的罩子可Μ 控制蝕刻壁的斜率。藉著使上述之罩子的特性在上述的鏡 的邊緣傾斜，在蝕刻之中，相關的斜率可被轉移到上述之 -1 78- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

S14602 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 五、發明説明（1 ) 1 1 I 基 片 〇 改 變 上 述 之 罩 子 、 蝕 刻 的 組 成 與 搜 拌 率 可 控 制 特 1 1 1 性 幾 何 形 狀 C 1 I 請 1 I 使 用 質 子 交 換 或 極 化 可 改 變 將 被 蝕 刻 的 區 間 的 組 成 而 先 閱 1 I 讀 1 控 制 每 — 個 触 刻 凹 點 的 形 狀 0 吾 人 已 知 在 鈮 酸 鋰 中 的 一 個 背 1 Ι& | 被 質 子 交 換 的 區 域 的 蝕 刻 速 率 大 於 處 女 晶 體 的 蝕 刻 速 率 C 之 | I 藉 著 焙 燒 上 述 之 被 質 子 交 換 的 基 片 蝕 刻 率 與 上 述 之 被 交 % 1 | 再 1 I 換 的 特 性 成 反 變 致 蝕 刻 製 程 產 生 一 種 斜 的 表 面 0 吾 人 填 % 本 袈 可 藉 著 調 整 質 子 交 換 的 量 與 焙 燒 的 溫 度 而 修 正 這 表 面 的 正 頁 1 I 確 形 狀 〇 1 1 使 用 脈 衝 鐳 射 m rT^ 蝕 亦 可 形 成 上 述 之 鏡 〇 上 述 之 基 片 Μ 1 1 料 被 — 層 反 射 材 料 ( 例 如 鋁 ) 遮 住 0 被 猫 準 的 鐳 射 與 上 述 1 訂 之 基 片 的 表 面 之 間 的 夾 角 為 4 5 0 藉 著 遮 敝 形 成 一 個 彎 1 I 折 的 小 刻 面 C 鐳 射 可 形 成 一 個 小 光 點 ( 一 次 僅 涵 蓋 一 片 反 1 1 射 鏡 ) 或 形 成 一 條 線 ( 羅 射 一 次 被 掃 過 一 列 反 射 鏡 ) 〇 吾 1 1 人 可 選 擇 在 每 一 次 鐳 射 脈 衝 中 的 持 續 時 間 與 能 量 Μ 使 上 述 1 资 之 介 面 材 料 的 粗 糙 度 變 成 田 取 小 Μ 產 生 — 反 射 器 之 後 吾 1 人 可 選 擇 在 每 個 鐳 射 脈 衝 之 中 的 時 間 與 能 量 以 使 上 述 之 介 1 1 面 材 料 的 粗 糙 度 its： 成 131 取 低 Μ 產 生 — 面 反 射 鏡 之 後 吾 人 1 1 可 使 用 氫 氟 酸 餓 刻 VX 使 上 述 之 反 射 鏡 面 平 順 : 1 I 吾 人 可 以 類 似 的 方 式 使 用 活 性 離 子 研 磨 或 活 性 離 子 1 1 1 束 研 磨 Μ 形 成 上 述 之 反 射 鏡 C· 吾 人 必 須 把 被 蹈 準 的 離 子 1 1 源 從 上 述 之 樣 本 移 開 — 段 距 離 >χ 致 上 述 之 樣 本 與 鐳 射 之 1 | 間 的 夾 角 為 4 5 〇 0 這 種 蝕 刻 型 式 亦 形 成 粗 糙 的 表 面 若 1 I - 17 9- 1 1 1 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210Χ297公釐） A7 B7 經濟.部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（> ί 1 1 I 有 需 要 吾 人 可 使 用 氫 氟 酸 使 這 粗 糙 面 變 得 平 順 〇 吾 人 可 1 1 1 使 用 上 述 之 技 術 的 任 何 结 合 獲 得 上 述 之 反 射 器 的 較 佳 的 -v 1 I 請 1 | 控 制 與 & 取 快 的 製 造 C 先 閱 1 1 圖 6 2 所 示 的 反 射 鏡 與 波 導 最 好 被 -- 層 低 折 射 率 材 料 讀 背 1 ΐέ I ( 例 如 氧 化 鋁 ) 的 可 透 光 層 1 1 〇 6 保 護 C 上 述 之 材 料 有 之 注 | 意 I 夠 低 的 折 射 率 而 使 上 述 之 反 射 鏡 對 上 述 之 顯 示 器 的 三 種 顔 拳 項 1 I 再 1 1 色 的 反 射 的 角 頻 道 寬 度 都 足 Μ 完 全 内 反 射 〇 為 被 氧 化 鋁 覆 填 寫 本 裝: 蓋 的 鈮 酸 鋰 基 片 入 射 角 大 於 3 6 0 的 光 都 會 產 生 完 全 内 頁 '—^ 1 I 反 射 〇 若 上 述 之 表 面 1 1 0 8 不 是 一 個 T I R 反 射 器 它 1 1 可 能 是 被 傳 統 技 術 覆 蓋 的 高 反 射 0 1 1 圖 6 3 甲. 現 非 平 面 反 射 器 的 一 種 替 代 性 簧 施 例 其 中 1 訂 在 波 導 1 1 0 2 之 中 傳 播 的 光 被 在 上 述 之 晶 體 之 中 的 一 個 1 I 凹 點 散 射 C 散 射 凹 點 1 1 1 6 结 合 上 述 之 反 射 鏡 與 散 射 幕 1 1 的 功 能 0 在 這 種 實 施 例 之 中 從 每 — 個 像 素 而 來 的 光 被 散 1 1 射 到 上 述 之 基 片 之 中 而 離 開 上 述 之 晶 體 的 相 反 面 〇 在 最 佳 1 絲 實 施 例 之 中 被 散 射 的 光 的 法 向 錐 角 1 1 1 4 不 會 超 過 上 1 I 述 之 3 6 〇 的 Τ I R 角 Κ 到 上 述 之 光 的 大 部 分 離 開 上 述 1 1 之 基 片 而 射 向 觀 察 者 0 上 述 之 在 較 下 方 的 面 可 被 舖 上 一 層 1 1 抗 反 射 材 料 VX 降 低 因 反 射 而 生 的 光 功 能 損 失 〇 1 I 在 最 佳 簧 施 例 之 中 被 m 拌 的 濕 式 蝕 刻 製 程 形 成 上 述 1 1 1 之 散 射 凹 點 1 1 1 6 C 散 射 凹 點 在 其 邊 緣 是 4 5 C 以 致 1 1 上 述 之 被 引 導 的 光 束 1 1 1 0 被 散 射 時 其 中 間 的 被 散 射 角 1 I 與 上 述 之 基 片 的 表 面 之 間 的 夾 角 為 9 0 〇 0 吾 人 必 須 把 在 1 I - 180- 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS〉A4規格（210X297公釐） S14602 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明 ) 1 1 1 包 含 上 述 之 波 導 與 法 向 表 面 的 平 面 中 的 上 述 之 凹 點 的 凸 度 1 1 1 調 整 到 最 好 的 狀 況 Μ 獲 得 在 上 述 之 基 片 Μ 外 的 視 角 的 团 取 佳 /·—^ 1 1 請 1 | 範 圍 〇 既 妖 上 述 之 凹 點 是 在 上 述 之 基 片 的 表 面 中 的 圓 形 的 先 閱 1 I 或 橢 圓 形 的 凹 點 從 上 述 之 波 導 1 1 0 2 的 側 邊 被 散 射 的 背 1 1 1 光 亦 在 與 上 逑 之 部 分 的 平 面 垂 直 的 平 面 之 中 被 發 散 〇 在 上 之 | 意 1 述 之 基 片 的 表 面 中 的 凹 點 的 曲 率 可 被 調 整 而 無 關 上 述 之 凸 孝 項 1 I 再 1 1 度 藉 此 獲 得 大 致 上 為 正 方 形 的 像 素 區 域 0 若 上 述 之 凹 點 1 % 本 裝 表 面 是 粗 撻 的 上 逑 之 光 的 散 射 所 造 成 的 額 外 的 發 射 減 少 頁 1 上 述 之 兩 個 最 佳 的 曲 率 C 既 然 上 述 之 被 散 射 的 光 的 所 需 錐 1 1 角 1 1 1 4 是 大 的 則 藉 著 上 述 之 被 搜 拌 的 触 刻 製 程 ( 1 1 藉 著 提 高 蝕 刻 的 溫 度 ) 可 使 上 述 之 凹 點 的 表 面 變 粗 藉 此 1 訂 形 成 所 需 的 發 散 的 反 射 表 面 0 做 為 一 種 替 代 性 方 案 吾 人 1 I 可 使 用 鐳 射 或 離 子 束 燒 蝕 來 製 造 上 述 之 凹 點 C 一 種 附 加 的 1 I 吸 收 層 1 1 6 8 被 圼 現 在 基 片 後 面 以 吸 收 低 掠 入 射 北 景 光 1 I 而 改 進 對 比 率 Γ. 上 述 之 吸 收 層 1 1 6 8 對 正 常 的 入 射 光 束 1 線 1 1 0 4 或 1 1 1 4 的 吸 收 低 於 5 0 % Μ 致 不 攜 帶 太 局 的 1 亮 度 〇 1 1 圖 6 4 描 繪 上 逑 之 非 平 面 反 射 器 的 另 一 種 實 施 例 在 1 I 這 種 實 施 例 之 中 上 逑 之 輸 入 光 束 被 反 射 至 上 述 之 晶 體 的 1 I 頂 面 之 外 0 鏡 1 1 2 6 由 — 個 反 射 器 结 構 所 構 成 這 個 反 1 1 射 器 结 構 包 括 一 面 平 的 4 5 〇 斜 壁 與 一 面 垂 直 壁 在 這 兩 1 1 面 壁 之 間 材 料 從 基 片 被 移 走 C' 輸 入 光 束 1 1 1 0 在 垂 直 1 | 介 面 1 1 2 2 進 入 上 述 之 反 射 器 结 構 並 傳 播 跨 過 上 述 之 反 1 I - 1 8 1- 1 I 1 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 514602_五 '發明説明（fcO 射器结構而從4 5 °斜壁反射離開上述之反射器结構。被 反射的光束1 1 2 4通過上述之基片的頂面以照明上述之 散射幕。製造這種反射器结構所用的方法可與製造圖6 2 所示的结構所用的方法相同。為了使表面1 1 2 6的反射 有最佳的效果，表面1 1 2 6可被舖上一層反射塗料，例 如鋁。吾人應K小於90°的角1 12 1來供應這層反射 塗料，K致表面1 1 1 22被遮敝而因此未被舖上反射塗 料。在最佳實施例之中，法向面1 1 22應該被舖上抗反 射材料 > 為了達到這個目的，吾人可在實施塗料的過程中 保持基片1 1 00處於一個角K致露出表面1 1 22。费 後，樣本被舖上一層透光層1 1 0 6 ，例如二氧化矽或氧 化鋁。表面1 1 2 6可能是粗撻的與/或彎曲的K強化從 這個部分被射出的光的發散。 圖6 5圼現引導光離開上述之晶體的平面的實施例， 在其中，一個散射凹點引導光離開上逑之晶體的頂面。如 在圖64所示的情形之中，輸入光束1 1 1 0穿透一垂直 介面而進入反射器结構並散射而離開在上述之被蝕刻的區 域的相反側上的彎曲的散射介面。被散射的光束1 1 3 4 (貫穿任何塗料1 106)最好有Lambert i an 分配K提供2 π球面度的全視錐。對光束的入射角與曲率 的形狀的要求與對進入圖63所示之散射凹點的光的要求 是相同的。 圖66描繪圖59所示的像素切換器1 0 1 6與散射 -1 8 2 - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) .装. 、1Τ 镍 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） 314β02 Α7 Β7 五、發明説明) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 凹點1 Ο 1 8之结合的一種替代的實施例。在這種實施例 之中，本說明書參考圖5 0與5 1予Μ描述的可變強度光 源被用來製造一種光發射像素。在波導1 402 (與在· 59之中的像素波導10 14對等）傳播的光束1406 入像素切換區域1420 (或140 0)，在圖66之中 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 的像素1 420 (或1 400)與在圖59之中的像素切 換器1 ◦ 1 6對等。若供應切換區域1420的電壓被切 掉，則上述之光束被輸出波導1 408引導。然後，輸出 光束14 1 0傳播到下一個像素切換區域。當上述之電壓 被啟動，在切換區域1 1 4 8之中的二維的波導被摧毀p 且如前所述上述之光束在平面的波導1 4 0 9之中傳播。 如圖66中之1 44 1所示，上述之光束在一維中自由的 擴張。在離切換區域1 148的最佳的傳播距離，上述之 光束直徑擴張到足Κ使上述之光束有可觀的部分經由散射 凹點1 0 1 8被傳播出去而到達觀察者。這些散射凹點可 Κ是如本說明在以上配合圖6 3 - 6 5所描述的凹點形狀 之中的任何一種。圖6 6描繪可使效率達到最大的兩個散 射凹點1 0 1 8 。這種實施例可與單一散射凹點一起運作 而其代價是降低效率成為原來的一半。 對這種切換構造的一項要求是在上述之波導與上述之 散射凹點的邊之間的距離大到足Μ使輸出光束1 4 1 0不 受可觀的散射損失之害而同時通過散射凹點1 0 1 8 。這 項要求建立最小的包裝密度並限制這種霣施例的效率。既 -183- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4現格（210X297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 314602五、發明説明 然較小的波導寬度會使光束1 4 1 1的繞射角e較大，藉 著縮小波導1 4 0 2的寬度，可增加上述之包裝置密度。 上述的蝕刻凹點亦可被一熒光目標裝置佔據。任何材 料，固體或液體，只要它能從光剌激器光束吸收一個或更 多個光子並Μ相同的或不同的波長再發射光能，都可做為 熒光目標装置。對三色顯示器而言，每一種顏色可能被產 生在不同的蝕刻凹點中的不同的熒光目標之中。吾人喜歡 在一種系統之中使用照明的單一波長以剌激全部的熒光目 標。包含蝕刻凹點的熒光目標被光學地構造，以致上述之 入射光束的大部分被上述之熒光目標吸收，且上述之輸+ 光束的剩餘部分不從上述之凹點反射或向著觀察者。Μ上 所討論的對散射凹點曲率與粗撻度的眼制無關於熒光目標 凹點的構造與粗糙度。在最佳蓠施例之中，一個反射器被 併用在上述之熒光體之後面而遠離觀察者，Κ致向後的榮 光被回復反射到觀察者。 直接照明與熒光目標裝置亦可被用來產生上述之三色 顯示器。舉例而言，一種熒光目標可被一種色光剌激（例 如藍色光）Μ產生紅色光或藍色光。因此，藍色光可與在 兩個熒光體中形成的其化兩種色光一起被被直接顯示（使 用圖62至67所示的非平面鏡之一）。換種方式，當一 熒光體被藍色光或紅色光或有第三種頻率的光束剌激而產 生綠色光束，紅色光束與藍色光束直接被顯示。 本發明的一種替代式實施例包括在上述之像素位置的 -18 4" (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝.

.II 線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X29?公釐） 314602 A7 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 B7五、發明説明（丨0 ) 向上轉換熒光體目標材料或向上轉換材料之使用。紅外光 被傳送與切換而通過本發明的波導到達上述之像素位置， 這些像素位置塗上或充填波長向上轉換材料，在此被稱為 向上轉換媒介或向上轉換器。上述之向上轉換材料包括標 準的熒光體，例如晶體為主的稀土族離子、氧化硫、染料 與添加稀土族的玻離。這些媒介透過直接剌激作用把紅外 光轉換成可見光，使用單一或多種波長，藉著吸收兩個或 更多個紅外光光子。在低強度，被發射的強度因此正比於 鐳射強度的二次方或較高次方。在上述之熒光體被飽和時 (通常在高於數瓦特/平方公分），像素的強度可能直p 與鐳射功率成正比。熒光體（例如在晶核中的Yb3+— E r 3 +、Yb 3 + -H 〇 3 +、Yb 3 + -Tm3+) 是可M紅外光產生藍色光、綠色光與紅色光的向上轉換計 畫的一些實施例。吾人發現在這些熒光體之中的紅外光-到-可見光轉換效率超過1 0 %且淚化頻帶與市面上的紅 外光鐳射二極體波長良好重叠。如上所述，上述之剌激光 束可被可被空間的與/或暫時的倍增以在上述之像素上發 散。 在本發明之中，光外紅被引導至其中有向上轉換媒介 的特定像素位置。吾人可使用標準的被覆技術（例如旋轉 被覆或濺射）與造形技術（例如遮敝蝕刻）以安置上述之 向上轉換媒介。在本發明的一種實施例之中，紅外光藉著 波導被傳送至像素位置。在此，上述之波導结束在一些區 -185- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) .裝 *11 镍 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS〉Α4規格（210X297公釐） 經濟部中央標準局—工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明 域或凹部之中（上述之向上轉換媒介被放在這些區域中， 在這些區域中光的強度最高。這些區域或凹部可被施K塗 料Μ修改表面反射性以改進對進入上述之熒光體的剌激光 的引導Μ及修改從上述之熒光體離開的發射角。換一種方 式，非平面反射器可被用來反射上述之被引導的紅外光到 上述之顯示器的被蝕刻或未被蝕刻的表面，在此上述之榮 光體被做成不連續點或均勻表面層，其像素尺寸被在上述 之表面的被折射的紅外光束的尺寸決定。對全部的實施例 而言，吾人可增加一不透明膜以充填非像素區域Κ更佳的 界定像素區域並消除紅外光與可見光背景散射。 ， 向上轉換器需要兩個或更多個光子以產生可見光，且 因為上述之剌激光在某個像素位置中最被限制且在這個像 素位置之中上述之剌激光的強度最大，從上述之波導離開 的可見光背景散射與切換損失被強力的壓制，導致顯示器 的高對比值。既然在這些媒介之中的剌激程度相當高，吾 人需要任何鐳射波長毽定。因為上述之向上轉換媒介的照 明是不相干的，所以與鐳射斑點相關的問題亦被消除。弓丨 導紅外光通過波導的相關的優點是大多數的電-光活性材 料在近紅外光之中有較高的損壞臨界值並因此可容忍比可 見光大的紅外光強度。 一種或更多種熒光體與/或顔料可被用在上述之顯示 器之中Κ產生單色顯示器或彩色顯示器。鐳射剌激可配合 單一波長光束或配合多鐳射與鐳射波長一起運作。單一榮 -1 8 6 - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本百) .裝 、1Τ 镍 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4現格（2丨ΟΧ：297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 S14602 Β7 五、發明説明ϋ/Π 光體可發射多種色彩，這取決於剌激它的光束的強度、正 時與波長。因此依據射入包括這種熒光體的像素的跨產品 強度，可選擇包含這種熒光體的像素的顏色。舉例而言， 若一個向上轉換媒介被來自光束1的兩個I R光子的剌激 而發出藍色光且被分別來自光束1與2的光子的剌激而發 出綠色光，則上述之藍色光的強度與綠色光的強度分別正 比於I 1 2與I 1 X I 2 ，其中I 1與I 2分別是光束1 與光束2的強度。這種方式可消除吾人對倍頻器的需要， 吾人直接從紅（A 1 Ga I η ρ)二極體鐳射產生紅光。 在全部的顯示器實施方案之中，上述之剌激鐳射可_ 連續波（C W )或脈衝，只要脈衝重復頻率是上述之像素 切換率的倍數（或脈衝重復頻率比像素切換率高很多）c 然而以非線性的被剌激的熒光體而言，使用脈衝鐳射在轉 換效率方面有優點。脈衝剌激亦允許進一步暫時控制像素 強度與色彩。熒光體有中間能量程度，這些能量程度在開 始單光子剌激以後可維持數微秒，因此允許時間複製Μ控 制像素輻射率。在熒光剌激計畫之中，原先被一個或更多 個红外光光子產生的能量程度可直接被提升到較高的能量 程度，這種較高的能量程度隨後可發射（或緩和並發射） 可見光，或它們可在初始剌激Μ後緩和至較低的能量程度 且接著被剌激成其他的能量程度（這種能量程度Μ不同的 波長發射，或緩和並發射）。脈衝剌激亦允許較高的尖峰 功率以驅動上述之媒介進入飽和，藉此放鬆信號-到一光 -1 87 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、-口 絲 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 A7 B7 五、發明説明（f#) 處理要求。 僅使用這種熒光體目標的彩色顯示器需要至少一種鐳 射與具不同的發射波長的多個熒光體目標、多種鐳射與具 多種剌激與發射波長的單一熒光體目標、或多種鐳射與熒 光體目標。在彩色顯示器方陣中的多個熒光體目標可被结 合成單一位置而被單一波導控制或被分成相鄰的區域而分 別被不同的波導控制以形成經结合的單一像素元件。 在基於熒光目標的彩色顯示器的最佳實施方案之中， 吾人為三種原色個別使用一種鐳射Μ剌激一種熒光體。波 導與切換结構可使上述之三種鐳射波長之任一透過分開Ρ 分配陣列而到達它們的熒光像素目標，但這造成的有效包 裝置密度為單色顯示器的有效包裝密度。吾人較喜歡的方 法是分配多種鐳射钵長通過相同的分配陣列並選擇僅被一 種波長或一種波長組合剌激的熒光體Μ產生紅、藍、綠色 光。上述之鐳射可被圖6 1所示之光束结合器结合成單一 波長或被圖3 0所示的Τ I R切換器在時間中被倍增成一 種共同瀬流排。 圖6 7圼現上述之非平面反射器的另一種替代性實施 方案。在這種實施方案之中，一個非平面耦合器1 146 被用來使像素光束1 1 44的方向大致上垂直於上述之基 層表面。單模式輸入波導1 1 0 2可有絕熱膨脹1 1 4 2 而其耦合多模式波導1 1 4 3 ，其中僅有最低次模式被刺 激。被放在上述之多模式波導之上的永久的光柵1 1 4 6 -1 8 8 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） ---------裝------1Τ------# (請先閲讀背面之注意事項再填寫本百) 經濟部中央標準局肩工消費合作社印製 Μ Β7 五、發明説明（fj) 被相位吻合Μ使光散射而垂直於上述之晶體的表面。上述 之光柵是折射被施行的光柵结構，其中吾人利用任何已知 的方法，在上述之波導的核心或表層之中，製造反射不連 鑛性形式的折射率而產生上述之光柵。舉例而言，吾人可 藉著在上述之波導核心或表層中的有形的離子移植製程， 或藉著如上述之表層的有形的介電结構的安排，形成反射 不連鱭性的指數。若吾人以多空間模式來剌激上述之多模 式波導，上述之光柵的周期可延著其長度被調整Κ允許對 上述之模式的大部分的相位吻合，藉此改進耦合效率。上 述之光柵的強度可沿著其長度改變，Μ致被散射的光束_的 強度可被調整成一種所需的形式。 吾人可藉著蝕刻上述之基片的表面或波導的表層而製 造上述之光柵，在這種性形之中，吾人可藉著沿著光柵長 度改變被蝕刻的構的調製的深度，獲得可變的光柵強度。 吾人可藉著改荽跨過上述之光柵的每一周期中的罩子的負 荷循環而得到上述之要求。上述之蝕刻最好是不被搜拌的 濕式蝕刻，Κ到在較窄的區域中的較低的質量傳送造成較 淺的蝕刻。此外，多模式波導的寬度被選來配合上述之光 柵的長度，Κ致被繞射離開上述之光柵的光束的尺寸與發 散度大體上在二維中相同。如上述所述，一散射幕可被置 於離上述之非平面光棚鏡一段所需的距離處，產生上逑之 照明的所需的發散。上述之光柵最好有透明材料1 1 0 6 (例如二氧化矽）所製成的保護層。為製造上述之光柵， -189- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ29"?公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、一=0 A7 314602_b7_ 五、發明説明（/0 吾人可用直接寫技術（例如全像攝影或e -光束石印術） Μ罩住上述之基片。 為了減少閃光並增加顯示器對比率，吾人可使用折射 器或吸收器。一個光學折射器或吸收器可被放在上述之非 平面反射器圍圍Κ折射背景光，否則背景光會衝擊上述之 反射器並造成閃光，降低對比率。每一個折射器或吸收器 在學上有最佳的安排，Μ致它至少遮住一非平面反射器。 既然上述之背景光的主要來源是波導的漏失，許多背景光 與在像素波導1 Ο 1 4中的光Μ相同的方向傳播。上述之 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 播> 8 器结，域域。Κ 上方上影 傳 6 收鏡 述區區 2 整。的。之 主圖吸面所換器 5 調減器向述 的。或平上切收 1 被衰射方上 光擋器非 如素吸 1 度的反像開 景 阻射住。像或 域厚觀 面影離 背被折圍端在器區與可平入線 之分的 3 一 入射器性的非進光 述部學 5 的進折射收光之光射 上要光 1 9 而。反吸的述景折 在主個 14 換 9 面 的進上 背向 排的 一 器 1 切 4 平器前賴之方 安光有收 1 被 1 非收器依述的 被背 1 吸導光 1 個吸射計上反 少之 5 或波的導整之反設射相 至述 1 器器中波住述面的折以 此上 1 射射 7 器遮上平器應來 因到域折反 4 射 Μ ，非收不計 器 Μ 區學其 1 反足層之吸都設 收，素光與 1 的到器述與們被 吸游像 ，2 導中 深收上 器它器 或上的 35 波 83 吸著射為射 器的現 5 1 素 45 是向折因折 射向呈 11 像 11 它供之 , 之 。 折方所 1 構在 11 若提述向述像 、-° 绍 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 五、發明説明（ ή ) 1 1 I 圖 6 9 圼 現 一 種 光 學 的 折 射 器 1 1 5 7 其 折 射 上 述 1 1 1 之 slto m 景 光 離 開 設 備 1 1 5 5 的 表 面 〇 在 這 個 例 子 之 中 非 I I 請 1 I 平 面 的 反 射 器 1 1 5 2 被 安 排 在 一 方 位 以 引 導 上 述 之 影 像 先 Μ 1 I 讀 1 光 通 圖 6 2 與 6 3 所 示 的 基 片 C. 折 射 器 1 1 5 7 類 U 圖 背 1 I 6 4 與 6 5 所 描 繪 的 非 平 面 反 射 器 1 1 3 0 或 1 1 4 0 的 之 I I 設 計 0 從 上 述 之 折 射 器 的 垂 直 面 1 1 5 4 的 折 射 最 好 被 減 事 項 1 1 再 1 | 至 最 小 因 為 stts m 景 光 1 1 5 6 的 任 何 被 反 射 的 成 分 都 可 導 • 本 裝 致 在 任 何 之 前 的 像 素 — 的 閃 光 〇 彎 曲 的 表 面 1 1 5 8 被 施 頁 1 I 塗 料 以 反 射 並 / 或 吸 收 透 過 上 述 之 垂 直 面 的 光 〇 Μ 這 種 1 I 方 式 無 任 何 光 可 穿 透 折 射 器 1 1 5 7 C 藉 著 把 光 束 折 |ί 1 1 器 1 1 5 7 做 成 比 非 平 面 反 射 器 1 1 5 2 深 且 寬 並 藉 著 1 訂 把 上 逑 之 反 射 器 放 在 其 陰 影 之 中 ( 但 不 可 太 近 而 干 擾 上 述 1 之 被 切 換 的 顯 示 器 光 束 對 上 述 之 反 射 器 的 照 明 ) 吾 人 把 1 1 在 相 鄰 的 像 素 上 的 閃 光 減 到 I3t 取 少 ° 不 透 光 層 1 1 6 8 被 舖 1 1 在 上 述 之 基 片 的 後 面 減 少 在 該 基 片 中 傳 播 的 sit m 景 光 C- 因 1 锦 為 其 短 路 徑 長 度 顯 示 器 光 束 1 1 1 4 僅 部 分 在 層 不 透 光 1 層 1 1 6 8 之 中 被 被 吸 收 因 此 上 述 之 -It： 景 光 ( 斜 向 的 1 1 傳 播 ) 在 通 過 上 逑 之 吸 收 器 的 較 長 路 徑 長 度 之 中 被 強 力 的 1 1 吸 收 C 1 I 圖 7 0 _Β. 一 個 光 學 折 射 器 1 1 6 1 的 剖 面 圖 光 學 折 I 1 I 射 器 1 1 6 1 折 射 上 述 之 sit m 景 光 而 進 入 日又 備 1 1 6 3 的 基 1 i 層 〇 當 非 平 面 反 射 器 1 1 5 2 被 安 排 在 一 種 方 位 中 Μ 引 導 1 | 影 像 光 1 1 2 4 離 開 設 備 1 1 6 3 的 表 面 吾 人 可 使 用 這 1 I - 1 9 1 - 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（个） 種構造。折射器1 1 6 1類似圖6 4與6 5所描繪 的非 平面反射器1 1 0 0與1 1 2 0的設計。再次，非平面反 射器1 1 52被放在折射器1 1 6 1的陰影1 1 59中， 且一後表面吸收層可被使用。 圖7 1描繪一光學吸收器11 66 (被放在一非平面 反射器1 1 52的上游）的一剖面1 1 67。上述之吸收 器的全部光學密度與長度必須高到足Μ可觀的減少傳播通 過上述之吸收器的任何光波的強度。上述之吸收器相對於 上述之基片的折射變化率應低Κ避色在上述之完整的基片 與上述之吸收器區域之間的介面上的反射。藉著定出上辑 之吸收器區域的輸入面而依遠離顯示器方向與其他像素的 方向的方向反射，吾人可減少殘留反射的效應。 Μ體内擴散的方式把一種吸收材料（例如鉻）放在所 需的區域，或把任何光密材料放入上述之折射器/吸收器 體積（被做在上述之基片表面之中），吾人可製造上述之 吸收器層。光學折射器或吸收器可被放在上述之分配波導 與上述之像素陣列之間。上述之折射器/吸收器不應跨過 上述之像素波導，以致它們留下一些間隙，被上述之分配 波導產生的背景光可通過這些間隙。然而這些折射器/吸 收器之任一可被傾斜一個鈍角到上述之分配波導，以致它 們的陰影彼此重叠而無間隙。被上述之分配波導產生的背 景光的剩餘部分通過上述之基片而衝擊其後面或遠側。吾 人可構造在後面的吸收器平面Μ致斜向傳播的背景光可有 ** 1 9 2 ~ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) .裝. 訂 A7 314602 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 B7五、發明説明（4\) . 效的被销除。上述之基片的遠側邊可能被塗上抗反射材料 (與/或吸收材料），以致上述之之背景光從上述之基片 被抽走，在此背景光被有效的捕捉與吸收。 從上述之波導漏出的光的一部分從上述之基片的相反 側1 1 12反彈並回來造成閃光問題。在不直接使用表面 1 1 1 2做為散射層或被塗上一層熒光或顔料的光學上被 接觸層的簧施例之中，供應一層吸收塗料到這表面以減少 閃光是有利的。圖63、64、65、69與70描繪這 樣的吸收層1 1 68。然而上述之塗料的相關的指數改變 必須是低的Μ使從上述之介面離開的反射減到最少。更填 一步，當顯示方向是穿過上述之基片，上述之顯示光不應 被大量衰減。在上述之基片的後面，使用一種體內擴散鉻 層，可同時達成這三個目的。上述之鉻體擴散層能強力的 吸收在整個可見光區中的光而僅在其吸收強度中有很小的 光譜變化。若上述之鈮酸鋰基片的底層以體内擴散的方式 在第一個8微米被舖上1 0%重量的鉻層，跨過整個可見 的光譜的顯示光的吸收大略為6%光學損失，這個損失小 到可被忽略。然而上述之背景光（在晶圓平面的3 ^内傳 播）通過約3 0 0微米的吸收器且被衰減约9 0 %。所需 的鉻層的製造需要在上述之背面上的约5 0 Ο n m的鉻的 蒸發，接著Μ約1 1 0 0 ° C烤約3 0分鐘吾人可依據 在其他的製造參數中的補償調整，在任一側Μ二或三來改 變這些數字。 -1 9 3 - (請先Μ讀背面之注意事項再填寫本瓦) '裝· 二=° 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ 297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（\^) 最後，若顯示光如圖64、65與67所示的，從上 述之基片的表面被抽出，吾人希望在整片表面塗上完全不 透明的材料（在低損失緩衝材料之上），僅在上述之非平 面反射器留下開口。此舉的優點是可從上述之反射器之間 的區域（例如波導與切換器）消除閃光。 J、電極 圖7 2描繪供本發明的最佳實施方案所用的像素電極 结構的示意圖。每一個電極1 164由多個像素部分所組 成，每一個像素部分類似圖34所描繪的電極922 ，這 些像素部分全部被聯结在一個陣列之中，這個陣列阻擋淚 導1 0 14或1 1 62。在圖72之中，上述之陣列是一 線形列且許多電極被佈局而彼此接近K形成剌激電極的一 方陣。每一個像素電極被安排在形成一 T I R介面的一極 化邊界之上並在一個被切換換的波導部分之上。此外，每 一個電極延伸超過上述之極化邊界而進入可形成供相鄰的 像素所用的第二電極的一個被延伸的部分。上述之被極化 的區域、上述之反射器波導與上述之非平面反射器都未被 描繪在圖7 2之中。一對電極被用來制動在一列中的全部 的T I R反射器。上述之反射器的大部分可在一個被指定 的時間被接地而僅留下一個被剌激到一個驅動電壓，在這 種情形之中，被剌激的電極與相鄰的兩個電極決定電場。 這個電極有一種不規則的结構，Μ致在單一列中的切換器 的全部都電聯而相鄰的電極不被聯结。 -1 9 4 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) .1Τ 絲 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（t ) 1 1 I 為 了 降 低 從 在 上 述 之 面 板 表 面 上 的 電 極 而 來 的 無 線 電 1 1 1 波 的 產 生 » 吾 人 添 加 一 片 R F 減 少 接 地 板 Ο 為 了 達 成 這 個 1 I 請 1 I 巨 的 9 上 述 之 基 片 的 被 處 理 的 表 面 被 塗 上 其 高 介 電 能 力 的 先 閱 1 I 一 層 分 隔 器 材 料 Ο 若 上 述 之 非 平 面 反 射 器 指 導 上 述 之 光 離 讀 背 1 ιέ I 開 上 述 之 基 片 的 頂 面 則 上 述 之 分 隔 物 材 料 必 須 也 是 透 光 之 注 | 意 I 的 或 在 上 述 之 非 平 面 反 射 器 的 位 置 有 孔 〇 上 述 之 分 隔 器 材 畜 1 1 再 1 | 料 可 被 做 成 比 上 逑 之 電 極 之 間 隔 更 薄 減 少 電 容 且 被 塗 上 填 % 本 裝， —. 層 導 電 材 料 這 層 導 電 材 料 形 成 接 地 平 面 C 做 為 另 —- 頁 '•w- 1 1 種 替 代 性 方 案 上 述 之 導 電 材 料 可 為 透 光 的 例 如 銦 — 鍚 1 1 — 氧 化 物 〇 1 1 K 電 子 的 控 制 1 訂 經 特 殊 設 計 的 電 子 元 件 將 被 用 來 驅 動 上 逑 之 顯 示 器 0 1 I 本 發 明 的 最 佳 實 施 方 案 所 需 要 的 電 子 元 件 被 分 類 成 四 組 I 1 ( 1 ) 射 二 極 體 驅 動 器 與 光 功 率 控 制 ( 2 ) 調 製 器 Λ 1 1 ( 3 ) 波 導 波 導 向 電 子 元 件 與 ( 4 ) 中 央 控 制 器 C 1 絲 上 述 之 鐳 射 二 極 體 驅 動 器 負 責 為 紅 綠 、 藍 色 光 源 維 1 1 持 光 學 的 功 率 的 經 常 的 程 度 若 上 述 之 鐳 射 本 身 被 調 製 ， 1 1 功 率 的 一 經 常 的 程 度 表 示 在 特 的 灰 色 階 剌 激 中 的 功 率 程 1 1 度 C 吾 人 需 要 约 兩 伏 特 的 電 壓 以 啟 動 上 逑 之 半 導 體 二 極 體 1 I 鐳 射 而 所 需 的 電 流 依 賴 所 需 的 輸 出 功 率 是 上 述 之 顯 示 1 1 幕 的 尺 寸 與 昭 /WV 明 強 度 的 一 個 函 數 C· 光 敏 二 極 體 被 用 來 測 量 1 1 在 全 部 二 個 二 極 體 鐳 射 波 長 ( 以 及 任 何 被 倍 頻 的 波 長 ) 與 1 | 任 何 重 要 點 ( 例 如 在 整 體 的 波 長 調 製 器 之 後 ) 的 功 率 C 上 1 I - 19 5- 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21〇Χ：297公釐） 314602 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 五、發明説明（ ) 1 1 1 述 之 控 制 電 子 元 件 將 定 期 地 採 取 上 述 之 二 極 體 鐳 射 的 团 取 大 1 1 ! 輸 出 功 率 並 調 整 上 述 之 团 取 大 供 應 電 流 Μ 維 持 它 們 的 輸 出 功 1 I 請 1 I 率 不 受 任 何 緩 慢 的 老 化 效 應 的 影 饗 〇 因 為 吾 人 必 須 使 在 上 先 閱 1 | 述 之 顯 示 器 的 運 作 之 中 的 功 率 測 量 一 致 所 Μ 上 述 之 功 能 it 背 1 I 被 上 述 之 中 央 控 制 器 調 理 ( 且 可 能 真 正 在 上 述 之 中 央 控 制 之 | I 器 之 中 被 完 成 ) 〇 上 逑 之 鐳 射 驅 動 器 亦 可 控 制 上 述 之 二 極 事 1 I 再 1 1 體 鐳 射 的 光 頻 ( 相 對 於 它 們 的 倍 頻 器 的 接 受 度 ) 〇 若 上 述 填 寫 本 1 裝 之 倍 頻 器 的 鐳 射 頻 率 或 中 央 頻 率 漂 移 則 針 對 上 述 之 倍 頻 頁 'w- 1 I 器 的 中 央 波 長 上 述 之 回 饋 光 柵 的 中 央 波 長 被 調 整 直 到 1 1 m 取 -Λ-. 的 被 被 倍 增 的 功 率 被 調 整 到 1st 取 佳 的 狀 況 為 止 〇 若 上 猝 1 1 之 鐳 射 是 Jil — 種 連 壤 的 未 被 調 製 的 電 流 驅 動 相 對 的 頻 率 1 訂 可 被 一 回 饋 迴 路 控 制 若 上 述 之 m 射 功 率 被 調 製 上 述 之 1 1 頻 率 控 制 器 必 須 更 複 雜 因 為 必 須 完 成 上 述 之 頻 率 感 應 而 1 1 不 顯 著 的 干 擾 調 製 C. 在 較 後 面 的 例 子 中 頻 率 控 制 团 取 好 在 1 1 // 死 的 // 時 間 被 完 成 ( 當 鐳 射 不 被 顯 示 例 如 在 顯 示 幕 的 1 絲 連 續 的 線 或 框 之 間 ) C 當 吾 人 相 要 小 於 取 大 值 的 亮 度 吾 1 人 以 一 減 光 器 控 制 調 整 進 入 二 個 鐳 射 二 極 體 的 全 部 電 流 1 1 此 外 若 在 不 同 的 波 長 的 功 率 的 比 例 不 是 er 取 佳 的 上 述 -½ 1 1 鐳 射 二 極 體 可 相 對 彼 此 被 一 種 濃 淡 度 與 色 度 控 制 與 / 或 第 1 1 二 回 饋 迴 路 調 整 〇 1 1 二 個 調 製 器 ( 一 個 調 製 器 處 理 — 種 顯 示 色 ) 控 制 在 跨 1 1 過 上 述 之 顯 示 器 的 全 部 像 素 之 中 的 功 率 與 顔 色 〇 這 i£b 調 製 1 | 器 的 团 取 佳 構 造 是 一 個 調 製 器 配 上 一 條 色 彩 頻 道 C 既 本 發 1 | - 1 9 6- 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2!0X297公釐） A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 五、發明説明 ( 0) 1 1 I 明 的 田 取 佳 實 施 方 案 使 用 具 非 線 性 電 壓 — 反 射 性 關 係 的 電 — 1 1 1 光 調 製 器 ( 圖 3 0 的 技 術 ) 每 一 元 位 所 需 的 電 壓 是 從 一 個 Ν 1 I 請 1 | 檢 索 表 決 定 0 妖 而 既 上 述 之 電 壓 — 反 射 性 關 係 在 它 的 範 先 閲 1 I 讀 1 圍 中 的 大 部 分 都 趨 近 指 數 的 不 色 階 強 度 上 述 之 調 製 器 在 背 1 | 電 壓 與 灰 色 程 度 之 間 提 供 —— 種 幾 近 線 性 的 關 係 〇 上 述 之 顯 之 | t I 示 器 的 像 素 連 續 被 掃 描 每 一 個 色 彩 調 製 器 同 時 提 供 適 當 畜 1 I 再 1 1 的 強 度 到 它 在 每 — 個 像 素 的 色 彩 成 分 〇 在 本 發 明 的 田 取 佳 實 導 1 裝 寫 本 施 例 之 中 透 有 第 三 調 製 器 這 個 第 二 調 製 器 被 稱 為 偏 壓 頁 '—- 1 | 調 製 器 且 調 製 被 结 合 的 二 色 光 的 強 度 C 上 述 之 偏 壓 調 製 器 1 1 的 巨 的 是 補 償 在 鐳 射 與 像 素 之 間 的 波 導 的 變 化 的 長 度 的 ί員 1 1 失 C 吾 人 可 依 據 檢 索 表 補 償 資 料 ( 從 波 導 長 度 變 化 分 析 而 1 訂 得 ) 以 獲 得 第 三 調 製 器 ° 吾 人 亦 可 從 對 一 個 被 指 定 的 生 產 1 I 單 元 的 測 量 推 導 而 得 上 述 之 檢 索 表 資 料 VX 允 許 對 因 為 對 稱 1 1 與 不 對 稱 效 ( 包 括 光 學 的 缺 點 ) 而 產 生 的 損 失 的 不 規 則 性 1 1 的 補 償 〇 換 一 種 方 式 吾 人 可 在 上 述 之 三 種 色 TC3v» 頻 道 ( 從 1 線 上 述 之 影 像 調 製 器 分 離 ) 之 每 一 種 色 頻 道 中 的 獨 立 調 製 1 1 器 完 成 上 逑 之 偏 壓 調 製 器 或 在 上 述 之 影 像 色 彩 調 製 器 之 1 1 中 與 上 述 之 影 像 調 製 器 结 合 C 1 1 上 述 之 波 導 導 向 電 子 元 件 控 制 上 述 之 切 換 器 啟 動 c 在 1 1 上 述 之 分 配 波 導 中 傳 播 的 光 以 供 具 8 〇 Η Ζ 框 率 的 簡 單 1 1 的 V G A 结 構 所 用 的 2 4 6 Μ Η Ζ J 被 切 換 到 上 述 之 像 1 1 素 ( 格 ) 波 導 之 中 i 一 個 接 著 一 個 〇 既 m 短 的 分 配 電 極 的 1 I 電 容 遠 低 於 長 的 像 素 電 極 » 上 述 之 分 配 控 制 器 已 被 選 來 以 1 I - 19 7- I 1 1 _紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨0X297公釐） 經濟部中央榇準局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明説明（A) 最速的速率切換，使上述之顯示器所需的驅動電流減到最 小。這就是為什麽吾人較喜歡用分配電極來切換上述之格 子。較高電容像素列電極K低速率運作。兩種控制所用的 切換序列最好是連缜的，雖然以類似的控制亦可達成替代 性的線掃描。 上述之中央控制器取好有微處理能力且負責協調上述 之電子元件模數的的功能。它最好有空制線，以致相同的 電子元件模數可以被使用來顯示不同的格式，例如VGA (640x480 ) 、 800x600、 1024x768、 1 600x 1 288、HDTV、等等。若像素的數量少 於被實施在特定顯示器中的像素的數量，在範圍外的像素 不被激發。隨著更高像素計算顯示設備上市，相同的電子 驅動器仍可被用來驅動它們，最多綁住幾條輸入控制線。 L、擴散式螢幕 擴散器1 026是分散表面，可使螢幕有2 τζ弧度的 最佳大型立體視角。自圖6 2中鏡面非平面反射器反射的 光束，從包含反射器的表面即被分開，一直分開到其抵達 擴散器1 ◦ 2 6為止。其分開的程度由像素的距離而定， 即相鄰像素須重叠百分之三十以上，如此形成連，壤影像。 此擴散表面可以是包含波導基片的後表面1 1 1 2，或是 一種分開物質如置於或貼合在基Η上的矽二極體。螢幕表 面粗植化Μ形成大小分佈的分散顆粒，分佈應達到所需的 角擴散分配。 -1 98- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（2丨0X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 314602 A7 B7 五、發明説明（β1) 如圖6 3所示，在最佳實施例中，非平面反射器是非 鏡面分散器且非平面反射器的陣列1 1 1 6構成螢幕。如 此，則擴散式螢幕並非必須的。在此情形下1 1 1 6構成 像素，並將光線以藍式張力剖面大致地分散至2 π弧度的 立體視角中。 為了某些應用而將立體角窄化至顯示器光線的呈現是 可行的。對一個給定的顯示器光能源而言，當掃視被顯示 器含蓋的角度區域時，集中能源可改善亮度。舉例來說， 當須要保存電池能源時，Μ窄化顯示器立體角保持亮度來 降低雷射驅動能源，是一種有用的權宜之計。 < Μ、控制班紋 班紋是一種可觀察到的現象，自擴散表面反射或傳輸 而使空間中連貫的雷射光形成一種细顆粒的影像。因為干 涉使得一 m射的單一發光碟伴隨亮暗區域的班紋出現，此 顯示器中個別班紋的尺寸因小的像素尺寸而較瞳孔為大， 就完美連貫而論，當觀察者移動頭部，像素隨機地改變， 每一個像素有其本身的獨立班紋組能產生像素百分之百的 調變。這樣的視覺概念是一種扭曲的顯示器 > 觀看得不舒 適，已有數種已知的先行技藝能消除班紋現象，其大部分 技術是將班紋組在空間中移動到平均化。 有幾種方式可κ消除班紋在知覺上的衝擊，首先，若 雷射以單一長度頻率的模式運作，雷射的波長可被一種少 於5 0毫秒下改變班紋穿透超過一班紋區的比率掃描之。 -1 99- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、-=β 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 A7 B7 五、發明説明（j) 其次，雷射可Μ多重長度頻率的模式操作，每一長度模式 在组合其他長度模式時產生不同的班紋，在不同模式間， 因不同頻率、不同模式的振盪干涉下，交錯班紋亦形成， 通常其速度遠較眼睛所見快，這些交錯班紋完全Κ單一的 情形被察覺。被班紋本身干擾所形成的班紋在空間中是固 定的，但其波峰與波谷的出現為隨機的，在多重模式下， 這些班紋重叠於眼界中，且隨著模式數量的增加而快速地 平均開來。在此情形下，眼睛僅察覺單一光區。第三、顯 示器可被設計成使用多重模式波導而非單一模式波導，因 為每一個波導模式有一不同空間分配，其形成不同的班;纹 組，大約十組波導模式即足Κ緩和班紋問題。最佳實施例 使用一多重長度模式可見雷射來減小班紋現象。 L、分配陣列的分層化 Κ彩色視頻顯示器當作堆叠波導结構是有用的，其中 每一層分配三個分開的組成色之一至每個像素位置。在最 佳實施例中，圖72與圖74 Μ像素單元之一的1 600 與1 60 1為例說明在彩色視頻顯示器中使用一個三度空 間堆蠱陣列结構，此顯示器所示是以多元膜1 6 0 2、二 氧化矽1 604及傳波導面1 606、堆放在可溶性基片 1 620上之電極1 607所構成，每層的像素定向開關 被個別地定址，且同時被如圖34所述的多重輸出電壓控 制界面所控制。堆叠波導1 6 0 8在像素位置上可终止於 非平面反射器或如前所述终结於分散器，在4 5度角的表 -2 0 0 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ 297公釐） (請先Μ讀背面之注意事項再填寫本頁) .裝 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 五、發明説明（\ 1 1 I 面 上 i 對 於 圖 7 3 中 穿 過 基 片 的 光 線 1 6 1 6 而 言 可 製 1 1 1 造 一 永 久 的 非 平 面 T I R 單 元 反 射 器 1 6 1 0 另 一 替 代 1 I 請 1 I 方 法 > 堆 叠 的 波 導 1 6 0 8 可 终 止 於 與 外 接 螢 光 器 的 波 導 先 閲 1 I 讀 1 1 6 1 2 垂 直 的 一 表 面 或 遠 離 基 片 的 塗 層 表 面 1 6 1 4 之 背 1 Ϊ& | 光 線 反 射 1 6 1 8 此 结 構 類 U 於 圖 6 4 與 圖 6 5 所 示 C 之 | 意 | 〇 、 顯 示 器 製 作 步 驟 總 事 項 1 1 再 1 1 製 作 步 驟 缌 晒 之 最 佳 實 施 例 條 列 如 下 導 1 % 本 裝 1 、 甩 於 丁 I R 開 關 结 構 之 基 片 的 電 場 極 且 為 可 切 換 回 頁 '—· 1 I 折 光 柵 0 1 1 2 質 子 交 換 與 波 導 人 韌 化 及 整 合 的 透 鏡 製 作 C' ♦ 1 1 3 微 鏡 片 的 刻 蝕 及 其 他 刻 蝕 過 的 回 折 光 柵 0 1 訂 4 波 導 外 層 矽 二 極 體 的 置 入 C, 1 1 5 為 提 供 微 鏡 片 反 射 及 激 發 開 關 和 調 Μ 器 之 電 極 上 金 1 1 屬 的 置 放 0 1 1 6 驅 動 電 子 整 合 C 1 结- 7 N 雷 射 整 合 與 輸 入 耦 合 〇 1 | P 、 交 替 的 實 施 例 1 1 本 發 明 的 替 代 實 施 例 為 使 用 回 折 光 柵 開 關 來 合 併 如 圆 1 1 7 5 中 的 三 色 光 束 C 此 结 構 可 連 接 圖 5 9 中 機 件 1 0 〇 4 1 I 或 被 做 在 圖 6 〇 中 基 片 1 〇 2 8 或 用 於 產 生 源 1 〇 〇 〇 〇 1 1 1 此 二 波 導 可 為 平 行 且 共 同 形 成 分 配 輸 送 器 而 形 成 多 重 波 導 1 1 分 配 開 關 1 0 〇 8 或 三 者 可 用 在 其 他 位 置 與 其 他 環 境 0 1 | 第 — 波 導 1 1 7 2 限 制 紅 的 輸 入 光 線 1 1 8 2 第 二 波 導 1 I - 2 0 1 - 1 1 1 本紙伕尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 314602 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 五、發明説明（ 1 1 I 1 1 7 4 限 制 綠 的 輸 入 光 線 1 1 8 4 » 第 三 波 導 1 1 7 6 1 1 1 限 制 藍 的 輸 入 光 線 1 1 8 6 C 此 分 配 開 關 由 與 圖 7 Λ 8 —ν 1 I 請 1 I 1 1 1 2 與 1 3 所 示 者 相 似 的 三 個 電 壓 激 發 回 折 光 柵 姐 1 1 讀 1 成 9 此 回 折 光 柵 是 可 切 換 的 且 有 激 發 電 極 每 一 回 折 光 柵 背 1 * | 製 造 期 間 須 將 傳 播 至 波 導 之 光 線 的 波 長 反 射 之 這 些 回 折 之 | 意 I 光 棚 將 光 反 射 垂 直 於 分 配 波 導 輸 送 器 其 反 射 為 窄 波 ff? 項 1 1 再 1 I 因 此 越 過 回 折 光 柵 的 其 他 波 長 之 光 束 並 不 反 射 〇 從 三 個 分 1 裝 % 本 配 波 導 發 射 的 光 被 整 合 的 光 學 透 鏡 % 統 1 1 7 8 所 收 集 頁 1 1 並 再 聚 焦 其 將 光 束 聚 焦 於 像 素 波 導 1 1 8 〇 以 形 成 像 素 1 1 光 束 1 1 8 8 本 透 鏡 系 統 應 將 反 射 光 適 當 耦 合 於 像 素 联 1 1 導 因 為 反 射 回 折 光 柵 的 長 度 較 波 導 的 寬 度 長 許 多 故 圼 1 訂 現 光 束 必 須 再 聚 焦 於 輸 出 波 導 〇 機 件 1 1 7 0 為 一 個 兩 色 1 1 的 光 束 組 合 器 〇 1 1 回 折 光 柵 的 形 狀 工 作 週 期 與 區 間 應 設 計 使 得 反 射 模 1 1 式 剖 面 在 穿 過 透 鏡 系 統 後 可 以 和 波 導 1 1 8 〇 一 致 的 or m 1 资- 佳 模 式 剖 面 吻 合 本 分 配 波 導 應 在 最 低 層 级 模 式 下 操 作 j 1 Μ 使 反 射 模 式 耦 合 於 單 一 模 式 像 素 波 導 較 有 效 率 對 於 团 取 1 1 好 的 能 源 耦 合 而 言 平 面 波 導 應 該 被 置 於 波 m 1 1 7 2 1 1 1 1 7 4 % 1 1 7 6 與 透 鏡 1 1 7 8 與 波 導 1 1 8 〇 間 5 1 I 本 平 面 波 導 可 交 替 地 掩 蓋 整 個 跨 過 结 構 1 1 7 0 的 基 片 Ο 1 1 | 整 合 透 鏡 是 一 永 久 折 射 率 調 1tkiL 麥 結 構 可 以 質 子 交 換 Ν 1 1 非 擴 散 或 刻 蝕 來 達 成 0 因 為 高 折 射 率 折 射 的 實 現 及 比 刻 蝕 1 I 透 鏡 低 的 分 散 故 質 子 交 換 的 技 術 是 最 佳 的 C I I - 2 0 2* 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨0X29*7公釐） A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（Ό 1 1 I 圖 3 6 展 示 一 波 導 分 配 结 構 的 替 代 實 施 例 ) 其 中 » _ 1 1 1 或 更 多 的 光 束 被 分 開 來 限 制 於 一 組 分 配 波 導 及 一 組 像 素 波 1 I 請 1 1 導 超 過 兩 組 以 上 的 分 配 波 導 與 像 素 波 導 可 此 種 安 排 方 先 閱 1 1 讀 1 式 而 被 施 行 本 安 排 方 式 為 增 加 的 分 配 波 導 平 行 加 入 且 在 背 1 ΐ& | 其 他 分 配 波 導 9 8 2 與 9 8 4 之 上 增 加 的 像 素 波 導 交 錯 之 | 意 1 於 先 前 非 對 稱 損 失 的 分 配 波 導 類 似 在 分 配 輸 送 器 9 9 7 事 項 1 I 再 1 | 中 將 損 失 降 至 最 低 的 方 式 〇 導 1 % 本 裝 本 實 施 例 特 別 用 於 高 密 度 顯 示 器 是 有 用 的 顯 示 器 中 I '—- 1 | 開 關 9 8 3 與 9 8 5 的 長 度 大 於 所 須 像 素 空 間 多 重 顔 色 1 1 可 分 配 於 上 述 每 一 波 導 或 波 導 可 一 組 二 個 各 代 表 — 個 m 1 1 色 〇 若 _. 個 輸 出 波 導 被 用 來 攜 雷 射 能 源 白 像 素 開 關 至 1 訂 非 平 面 反 射 器 則 非 對 稱 損 失 波 導 交 錯 應 被 使 用 以 遊 免 像 1 1 素 波 導 高 度 損 失 0 1 1 分 配 波 導 的 輸 送 器 在 大 型 或 高 光 學 能 源 顯 示 器 亦 相 當 1 1 有 用 其 中 在 波 導 的 光 學 破 壞 是 必 然 的 0 若 波 導 中 雷 射 密 1 .结- 度 超 過 破 壞 界 限 約 1 0 Μ W 每 平 方 公 分 於 鋰 鈮 化 物 ) j 1 1 雷 射 能 會 嚴 重 破 壞 波 導 而 形 成 凹 坑 或 破 片 或 金 屬 區 因 此 1 1 必 須 Μ 兩 倍 的 安 全 係 數 保 持 強 度 在 破 壞 界 限 之 下 如 此 限 1 1 制 總 能 源 於 波 導 的 傳 播 ( 在 4 平 方 微 米 鋰 鈮 波 導 約 8 〇 0 1 I 毫 瓦 ) 若 須 要 更 多 能 量 可 用 波 導 輸 送 器 攜 帶 總 而 求 1 1 1 能 量 r. 1 1 其 他 實 施 例 是 — 顯 示 器 » 其 使 用 被 動 光 學 能 量 路 由 器 1 I 於 圖 5 9 中 的 像 素 開 關 1 0 1 8 先 ,\,u. 刖 已 有 被 動 光 學 能 量 1 I - 2 0 3_ 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 314602__ 五、發明説明（7^) 路由器的例子，被動光學能量路由器將光線傳播於像素波 導的預定部分分離之，並將其導入至反射器波導，反射器 波導可Κ是配何任一曲率的任一長度，其最後结束於一個 非平面反射器。非平面反射器陣列的空間位置會形成一靜 止的影像，這些有其獨特單一組的非平面反射器的每一個 像素波専，是Κ一分配開關來連接其位置與一分配波導， 關聯於像素波導的影像可Μ驅動分配開關來進行打開與關 閉的動作。 Q、電瓦式顯示器 圖76顯示一顯示器1 200區分為電瓦1 202的 示意圖，電瓦是像素的子陣列，其類似於圖5 9所示的相 關資料，其可獨立地被控制。數個電瓦可被安排在一起並 被合併控制Μ形成一顯示器，在本實施例中，每一個電瓦 被製造於單一基片上Μ保持電瓦間像素的登錄，因為顯示 器於電瓦的分割對觀察者而言應是不可見的，每一電瓦的 安置在其本身的雷射源，其來自於使用分配波導1 2〇6 的二極體雷射陣列1 2 0 4與1 2 ◦ 6 ，如此使得顯示器 發射較圖5 9單一雷射源實施例更大的雷射能源，對一投 射顯示器亦特別有優勢。 一般而言，電瓦可Μ不同方法區別，例如，他們可有 不同的基片，不同的電極激發物，不同的雷射源。圖7 6 中，電瓦Μ發射光穿過一個不同的波導來區別。二極體雷 射陣列1 2 0 4連接於波導輸送器1 2 0 6與1 2〇8 ， -2 0 4 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（2丨0X29?公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填莴本頁) -裝 *-0 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 五、發明説明（4 ) 1 1 I 分 配 器 1 0 0 8 與 像 素 1 0 1 6 開 關 及 電 極 皆 未 於 圖 7 6 1 1 1 中 展 示 〇 /«—V 1 I 請 1 I 至 少 有 一 個 波 導 白 每 一 輸 送 器 攜 光 線 至 陣 列 電 瓦 t 光 先 Μ 1 I 讀 1 線 波 導 分 配 可 >X 多 種 方 式 安 裝 例 如 在 圖 7 6 中 低 階 輸 背 1 I 送 器 的 第 一 波 導 攜 光 線 至 低 階 右 邊 的 電 瓦 下 一 個 波 導 則 之 I | 攜 至 左 邊 9 其 他 底 線 上 的 波 導 亦 為 如 此 輸 送 器 1 2 0 8 事 項 1 I 再 1 j 可 用 於 類 似 攜 光 線 至 電 瓦 的 下 一 條 界 限 僅 部 分 展 示 於 圖 % 寫 本 中 〇 其 他 輸 送 器 可 被 建 構 於 其 他 電 瓦 的 界 限 上 或 是 -- 單 頁 >w 1 I 一 雷 射 陣 列 可 用 於 提 供 光 線 至 許 多 波 導 其 已 定 路 線 至 許 1 1 多 輸 送 器 或 是 使 用 這 些 方 法 作 一 組 合 〇 1 1 供 應 每 — 波 導 的 雷 射 視 顯 示 器 須 要 Μ 視 頻 訊 息 調 變 之 1 訂 且 其 激 發 顯 示 器 選 澤 行 與 列 的 電 極 在 一 给 定 的 時 間 發 光 C 1 I 對 一 全 彩 的 顯 示 器 而 . 幾 個 波 導 可 發 出 — 給 定 的 電 瓦 ! 1 I 或 幾 個 雷 射 光 束 可 被 组 合 成 一 發 出 每 一 電 瓦 的 波 導 0 _ 送 1 1 器 1 2 〇 6 被 視 為 平 行 波 導 因 為 它 位 在 顯 示 器 的 邊 緣 且 1 其 空 間 是 可 運 用 的 在 每 一 輸 送 器 中 的 波 導 的 光 線 Μ 開 關 、.*ν 1 1 0 0 8 與 1 0 1 6 及 電 子 切 換 進 入 電 瓦 的 波 導 輸 送 器 1 1 1 2 0 8 所 示 包 含 — 组 裝 密 度 適 當 區 的 波 導 其 中 介 於 I 1 波 波 導 的 分 離 情 形 在 横 過 顯 示 器 之 刖 是 被 減 弱 的 1 I 因 為 電 瓦 間 波 導 的 總 空 間 較 像 素 的 分 開 為 小 須 要 將 1 1 1 波 導 緊 密 地 结 合 在 — 起 例 如 假 若 所 有 的 空 間 皆 可 用 9 1 1 或 許 1 〇 個 4 微 米 波 導 能 有 效 地 付 合 1 〇 0 微 米 内 在 像 素 1 I 柙 0 因 為 在 非 平 面 反 射 器 1 0 1 8 與 一 相 鄰 像 素 波 導 間 有 1 I - 2 0 5- 1 1 1 本纸伕尺度適用中國國家榇準（CNS〉A4規格（2】0X297公釐） A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 五、發明説明（/4) 1 I I 未 使 用 的 空 間 啟 動 沿 著 行 方 向 的 分 配 輸 送 器 是 必 須 的 ◦ t 1 1 m 而 在 — 密 集 的 顯 示 器 的 行 間 僅 四 或 五 個 波 導 能 適 用 » 1 I 請 1 I 在 往 後 的 例 子 中 輸 送 器 可 分 隔 出 子 輸 送 器 其 沿 著 相 鄰 先 閱 1 I 讀 1 行 的 空 間 運 作 直 到 其 到 達 電 瓦 為 止 〇 若 輸 送 器 沿 著 列 方 背 1 | 向 運 作 其 至 少 交 錯 一 些 反 射 器 波 導 1 〇 1 7 ( 因 其 偏 斜 之 | 意 1 角 ) 為 建 — 單 一 顯 示 器 的 補 償 導 致 一 額 外 的 損 失 這 事 項 1 I 再 1 1 些 與 反 射 器 波 導 的 交 錯 有 非 對 稱 損 失 交 錯 但 在 反 射 器 波 1 裝 寫 本 等 交 錯 許 多 輸 送 器 界 限 的 損 失 會 重 大 地 改 變 當 每 — 電 瓦 頁 1 1 能 源 被 分 配 波 導 能 源 所 限 制 顯 示 器 能 源 會 隨 著 增 加 耦 合 1 1 雷 射 的 波 導 數 而 增 加 〇 1 1 如 圖 所 示 在 電 瓦 中 的 每 一 分 配 波 導 與 一 光 源 耦 合 1 訂 光 源 是 依 據 電 瓦 的 像 素 激 發 組 而 調 變 此 電 極 激 發 組 也 依 1 I 據 顯 示 器 的 電 瓦 而 區 隔 : 行 與 列 的 選 擇 開 關 是 在 顯 示 器 fZTSi 电 1 1 瓦 之 間 周 期 地 重 覆 每 — 電 瓦 的 行 與 列 可 被 同 時 消 除 例 1 1 如 若 — V G A 有 1 6 電 瓦 每 一 電 瓦 含 1 6 〇 X 1 2 0 1 结- 像 素 顯 示 器 上 弟 1 6 〇 行 與 第 1 2 〇 列 是 同 時 激 發 的 0 1 I 1 6 0 行 被 連 續 掃 描 並 重 覆 列 的 情 況 亦 m 為 達 到 8 0 1 ! 赫 -*·*· 幺幺 的 平 面 率 行 1 5 3 Μ Η Ζ 被 掃 4^+ ί田 列 Μ 9 6 1 1 K Η Ζ 被 掃 描 在 — 平 方 陣 列 中 電 瓦 彼 此 可 直 接 堆 叠 於 波 1 I 此 之 上 及 其 旁 或 可 能 在 一 交 錯 陣 列 中 : 1 1 電 瓦 顯 示 器 亦 可 用 於 製 作 大 面 積 顯 示 器 在 本 實 施 例 1 1 中 多 重 像 素 陣 列 在 分 開 的 基 片 上 被 製 造 且 連 接 於 玻 璃 I I 或 塑 膠 的 第 二 基 片 每 一 電 瓦 如 圖 5 9 所 示 製 造 之 且 作 1 1 - 2 0 6- 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS〉A4規格（21 OX 297公釐） Μ Β7 經濟部中央標準局負工消費合作社印製 五、發明説明（ 1 1 I 為 — 分 開 子 顯 示 Ito 域 方 式 操 作 雷 射 光 可 連 接 至 每 一 電 瓦 1 1 1 來 自 於 使 用 纖 維 連 接 雷 射 光 的 外 緣 其 從 光 源 至 適 當 的 電 1 1 請 1 1 瓦 0 先 1 閱 I 讀 1 圖 7 7 顯 示 三 色 顯 示 器 的 可 替 代 實 施 例 其 中 分 配 反 背 1 面 | 射 器 1 2 7 2 及 1 2 7 4 僅 反 射 來 自 分 配 波 導 1 2 6 2 與 之 | 意 I 1 2 6 4 至 呈 像 型 波 導 1 2 9 2 與 1 2 9 4 的 部 分 光 線 C 事 項 1 I 再 1 | 這 種 分 配 反 射 器 並 非 — 種 開 關 而 是 一 種 永 久 被 動 性 的 光 學 導 1 % 本 裝 能 量 路 由 器 其 作 用 如 同 — 具 光 束 能 源 分 配 器 C 製 造 這 類 頁 1 I 能 源 分 配 器 的 团 取 佳 方 法 為 在 兩 個 分 配 波 導 連 接 處 刻 蝕 一 條 1 1 傾 斜 於 分 配 波 導 4 5 度 的 窄 淺 的 溝 槽 0 這 種 顯 示 器 的 應 β 1 1 团 取 好 能 藉 由 調 整 每 一 個 分 配 反 射 器 的 反 射 係 數 與 之 配 合 使 1 it 用 如 此 可 使 進 入 每 —— 個 波 導 1 2 9 2 與 1 2 9 4 連 结 至 1 I 任 — 個 分 配 波 波 導 的 能 源 大 致 相 等 C， 反 射 率 的 調 整 必 須 依 1 1 據 黏 合 在 分 配 波 導 上 反 射 器 的 數 巨 與 波 導 本 身 的 長 度 及 損 1 1 失 係 數 而 定 C 每 具 反 射 器 是 利 用 改 變 刻 蝕 槽 的 寬 度 或 深 度 1 终 而 調 整 其 反 射 率 : 若 由 於 分 配 波 導 的 交 錯 產 生 如 圖 3 6 1 | 元 伴 9 9 7 所 逑 的 非 對 稱 性 損 失 則 可 將 此 多 重 分 配 波 導 1 1 器 合 併 為 單 — 结 構 體 C 本 類 的 分 配 波 導 在 相 同 交 錯 的 情 況 1 1 下 為 I3t 取 佳 且 低 損 失 的 波 導 其 他 的 分 配 型 波 導 亦 Λ-Α- 付 合 上 述 1 I 所 言 0 1 1 此 外 每 個 甲 像 波 導 包 含 — 個 分 離 調 變 器 1 2 8 2 與 1 1 1 2 8 4 因 為 在 本 结 構 體 中 有 一 陣 列 的 調 器 因 此 > 1 | 對 於 每 — 調 爱 後 光 束 的 能 源 移 棄 控 制 是 必 須 的 如 此 才 能 1 I - 2 0 7- 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 314602 五、發明説明（γ15) 夠去除不必要的光線及防止造成背景光線。這種能源移棄 控制可由幾種相互替代的方式實施。它可Μ是波等，其能 夠傳播光線遠離調變器、穿過圼像器且離開（或穿透）能 源吸收基片的邊緣。若這波導損失夠小，則是好的選擇， 但是若損失大時，則波導會隨著能源吸收基片的長度增加 而將大部分的能源移棄。能源移棄控制也可Κ是一種光束 折射器，類似於圖6 9與圖7 0所提及的结構體。如上所 述，不同於顯示方向的其他光線能源必須移棄，移棄的能 源應儘可能地吸收。其他可替代的能源移棄控制是一種置 放於每一個調變器附近的吸收物質。波導能引導去除光择 至一個填滿吸收物質的凹槽，或穿過一個非擴散的吸收區 域，如上述的鉻塗料區域。呈像器開關與非平面反射器同 樣是最佳實施例，如圖5 9所示。本架構的優點之一是高 速驅動電子所隨之產生的高電流拖曳效應可被消除而有利 於低頻（3 8 · 4千赫茲）調變器陣列。同前所述，呈像 器開關的串列對於一個Κ 8 ◦赫茲掃描率的簡易V G Α而 言，是Μ 38· 4千赫茲驅動之。 R 、投射顯示器 圖7 8為一個雷射光束式單色顯示器的實施例雷射 1 3 0 2是一個光源，其包含多重半導體二極體雷射組的 晶片，且與顯示器中基片1 3 ◦ 0 —側的圼像型波導器陣 列耦合。分配波導則不須要如此的實施例。在雷射光束與 顯示器的製造期間，雷射增幅器在雷射光束的分離程度是 - 2 0 8 - 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、1Τ A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 五、發明説明（4 ) 1 1 I 依 顯 示 器 的 波 導 分 離 程 度 調 整 調 整 至 波 導 器 大 致 相 等 為 1 1 1 止 C 光 束 上 的 雷 射 陣 列 與 圼 像 型 波 等 陣 列 排 列 成 對 〇 耦 合 1 I 請 1 1 可 利 用 — 種 邊 耦 合 的 方 式 達 成 此 方 式 使 得 能 源 通 過 鋰 鈮 先 閔 1 I 讀 1 晶 片 ( 突 接 耦 合 或 透 鏡 耦 合 ) — 邊 的 波 導 器 端 點 而 與 波 導 背 1 I& I 耦 合 〇 另 有 — 種 平 面 耦 合 的 方 式 達 成 耦 合 即 能 源 透 過 鋰 之 | 1 鈮 晶 片 的 表 面 與 波 導 耦 合 0 每 個 甲— 像 型 波 導 田 取 好 能 横 跨 過 事 項 I 1 再 1 I 一 個 調 變 器 1 3 0 6 與 作 為 二 極 體 雷 射 頻 率 m 定 的 頻 率 選 1 寫 本 % 擇 反 射 器 1 3 〇 4 0 組 呈 像 器 開 關 陣 列 1 〇 1 6 隨 著 每 頁 1 I — 波 導 製 造 Ο 每 一 個 呈 像 器 開 關 反 射 光 束 至 一 個 非 平 面 反 1 1 射 器 1 〇 1 8 0 同 時 — 串 列 的 非 平 面 反 射 器 1 〇 1 9 !皮 1 1 驅 動 Μ 至 於 所 有 的 調 變 器 同 時 動 作 Q 1 IT 多 重 雷 射 光 束 在 本 结 構 中 可 作 簡 單 的 變 化 其 可 被 用 1 1 來 作 為 單 — 顯 示 器 的 能 源 更 可 用 來 増 加 總 有 效 能 源 0 若 1 I 雷 射 激 磁 電 極 能 被 明 確 地 製 造 且 個 別 取 得 容 易 則 調 變 器 1 1 可 在 雷 射 光 束 中 交 替 地 運 作 m 而 與 鎵 砷 調 Μ 器 比 較 把 1 炉 鋰 鈮 基 片 上 的 調 器 連 到 控 制 電 子 元 件 是 比 較 容 易 的 因 1 1 為 在 相 同 夾 層 下 白 表 面 固 定 電 子 到 調 變 器 的 控 制 電 極 其 1 1 定 路 線 工 作 是 容 易 的 若 雷 射 頻 率 加 倍 則 極 化 頻 率 加 倍 I 1 區 也 會 隨 著 波 導 支 撐 物 及 上 述 的 控 制 機 構 週 期 性 地 被 1 1 處 理 0 m 取 後 雷 射 增 幅 器 可 耦 合 一 組 波 導 陣 列 這 類 波 導 1 1 I 可 形 成 分 配 輸 送 裝 置 而 此 裝 置 連 接 瓷 瓦 覆 蓋 的 顯 示 器 〇 事 1 1 實 上 圖 7 8 所 示 的 顯 示 器 即 是 Μ 有 簞 行 多 列 的 瓷 瓦 所 組 I I 成 〇 1 I - 2 0 9- 1 ! 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 A7 B7 五、發明説明 在圖7 8架構下的顯示器能源需求非常高，因為存在 著多重雷射光源且沒有任何一個波導限制其他眾多波導器 能源的需求。高能源顯示器用於投射顯示器是相當特殊的 ，本顯示器被想像是使用標準投射光學技術，此技術在自 基片分離出來的擴散式螢幕技藝上為人所熟知。本投射光 學技術收集自顯示器發射的大部分光線且再將其聚焦於營 光幕上，使得觀眾能直接看見，舉例而言，本螢光幕可作 為大型投射視頻螢幕或電影院中的螢幕。對一投射顯示器 而言，從個別圼像器發射光線的固定角度應儘量小，亦即 暗示著平滑的表面應該用於非平面反射器。對於反射波！皮 導有一較大的交錯區域也有其優勢，即其可減少散失而使 呈像器或反射波導變尖细亦可減少散失。 圖7 8中的顯像器可增為全彩，即加入每一顔色的呈 像型波導即可。波等外觀的尺寸須為可使三個獨立的圼像 型波導（各代表一種顔色）緊密有效地合併在一起。舉例 而言，若雷射光束1 302產生藍色，則一個產生綠色的 雷射陣列可與顯示器的另一邊耦合，其耦合技術如同藍色 雷射光束，但是隨著綠色呈像型波導與藍色圼像型波導器 相互交錯，其傳播方向相對而言為反方向：如上所述，藍 色與綠色雷射陣列可能包含有雙倍頻率區域的紅外線雷射 陣列來產生可見光。若紅色雷射陣列用不同技術與顯示器 波導耦合，則紅色雷射陣列也可同時與圼像型波波導的交 錯陣列耦合。例如，若藍色與綠色光訴束為邊耦合，红色 -210- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、-° 314602 A7 B7 五、發明説明（/j) 光束可為表面耦合，在表面耦合處理上，藍色和綠色波導 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 可通過紅色雷射光束而沒有實質上的損失。 / 圖79與圖8 0顯示一個表面耦合處裡器1 3 1 0 ， 在1 3 1 0中雷射光束是耦合一個平面基片的波導。三組 雷射光束1 3 1 2、1 3 1 4及1 3 16耦合於波波導陣 列1 3 1 8的第三組波導，每一雷射光束有一波導陣列， 其間隔與被設計來接受雷射光束輸出的表面耦合鏡之間隔 相等。圖例中雷射光束1 3 1 2有兩組波導器1 320與 1 3 2 2，但整組的雷射光束可Μ有更多的雷射增幅器， 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 1 320與1 322在基片上與波導1 324與1 32/6 並列，雷射光束1 3 1 2位列於表面耦合鏡陣列1 3 2 8 與1 330上，如此使自雷射波導1 320與1 322發 射的光束從1 3 2 8與1 3 3 0耦合鏡中被反射成一反射 光束，其以同軸的方式傳播至波導1 3 2 4與1 3 2 6。 波導1320、1322 、1324與1326的大小被 調整至大約使得此類反射光束耦合情況的最大值。遠離表 面耦合鏡的殘餘波導可於其他目的需求下減弱之，如為了 雷射光束1 3 1 2的放大性能及注後在基片1 332中頻 率的加倍或調變或切換或顯示。 其他的二極體條1 3 1 4與1 3 1 6亦可如所示的類 似方法在基片上與波導耦合而且，波導與不同的二極體條 可以不同的方式交錯組成。 圖80所示為一個擴張垂直區域，其穿過圖7 9中位 -2 1 1 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ 297公釐） 314602 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明 ( ) 1 1 I 於 旋 轉 鏡 1 3 3 0 之 一 的 機 件 〇 表 面 耦 合 鏡 1 3 3 〇 的 製 1 1 1 造 可 參 考 圖 6 2 一 6 7 所 述 之 任 一 項 技 術 〇 塗 層 1 3 3 4 1 I 請 1 | 在 波 導 1 3 2 6 上 此 塗 層 是 有 較 低 折 射 率 的 透 明 物 質 9 先 閱 I | 請 1 例 如 矽 或 礬 土 其 厚 度 足 Μ 包 含 數 個 在 1 3 2 6 傳 播 下 的 背 1 | 指 數 衰 減 長 度 若 有 損 失 性 的 構 造 物 在 塗 層 上 則 對 波 導 之 I 意 I 1 3 2 6 的 損 失 不 致 造 成 重 大 的 影 響 〇 反 射 塗 層 1 3 3 1 事 項 1 I 再 1 | 適 度 地 塗 在 1 3 3 〇 中 有 角 的 表 面 上 垂 直 面 1 3 3 3 不 1 r % 本 可 塗 上 任 何 反 射 塗 料 所 以 塗 層 1 3 3 1 必 須 用 在 某 角 度 頁 1 1 上 〇 若 為 降 低 1 3 3 3 的 佛 氏 耦 合 損 失 則 可 在 1 3 3 3 1 1 的 表 面 塗 上 反 反 射 材 料 〇 塗 層 1 3 3 6 最 好 能 用 於 二 極 p 1 1 雷 射 的 前 頭 的 小 平 面 上 如 此 可 使 接 觸 於 基 片 1 3 3 2 的 1 訂 雷 射 小 平 面 不 致 損 害 〇 若 為 安 裝 容 易 則 固 定 座 1 3 3 8 1 1 可 藉 連 接 器 1 3 4 0 貼 在 1 3 1 2 的 表 面 及 基 片 1 3 3 2 1 1 的 — 面 若 1 3 3 8 有 良 好 的 熱 導 系 數 且 與 散 熱 的 熱 導 體 1 1 連 接 則 對 於 二 極 體 雷 射 的 散 熱 亦 相 當 有 用 C, 1 说 S 、 立 體 顯 示 器 ) I 利 用 在 此 閱 述 的 陣 列 技 術 可 使 三 度 空 間 的 立 體 影 像 顯 1 1 示 在 體 顯 示 中 每 — 隻 眼 睛 觀 察 到 一 個 稍 有 不 同 的 影 1 1 像 S-A- m 在 過 去 的 相 關 先 行 技 藝 中 已 經 完 成 例 如 投 射 兩 1 I 正 交 偏 光 的 影 像 於 螢 幕 上 再 戴 上 正 交 偏 光 的 眼 鏡 來 看 螢 1 1 幕 這 項 技 術 由 於 頭 部 運 動 造 成 問 題 因 頭 部 運 動 將 兩 1 1 影 像 彼 此 旋 轉 部 分 影 像 進 入 彼 此 之 間 替 代 先 行 技 藝 的 方 1 1 法 是 使 用 一 組 圓 形 鏡 片 的 眼 鏡 其 包 括 對 兩 眼 獨 立 開 關 的 1 1 - 2 1 2- 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X29*7公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 A7 B7 五、發明説明U⑴ 光閥，也就是說，當左眼光閥打開，右眼光閥是關閉的， 反之亦然。一個對兩眼產生不同交替影像的同步顯示器即 可創造立體效果。這項技術受到顯示器切換速度而有所限 制，因為先前的殘影會重叠於另一隻眼腈中的新影像而產 生一個混亂的影像，已被用來構成圓形鏡片眼鏡的進一步 方法是包括兩個分開的小型顯示器（LCD或CRT)， 其對每隻眼睛均同時顯示兩個影像，本項技術和先行技藝 一樣有重量及價格上的問題。在每次顯示中，一隻眼僅看 一個影像，因另一影像已被某些物體遮住。 同樣的效果可由K下所述的實施例達成。在圖例5 g 中說明的最佳實施例，自顯示器傳播至觀察者的光線可被 設計為偏光化的而無須再使用薄膜偏光器，如此可使得有 關立體顯示器偏光技術實現而沒有初始用C R T或L CD 顯示器所造成效率的損失，由於其必須使用薄膜偏光器形 成偏光效果。若T I R開關被使用，則兩組偏光可被定路 線而穿過二元偏光支持波導，但T I R開關的反射係數須 遠大於T Μ偏光（鋰鈮基Η的Ζ剖面），如此可Μ纯粹的 Τ Μ設計一個有效的顯示器=若開闞為閘刀式開闞，僅有 一偏光可自90度波導的連接處（布氏角）反射，伴隨著 被Τ Μ偏光（在鋰鈮基片的Ζ剖面是最佳剖面）的光束。 因為波導開關有一短的交互作用長度 > 在此所述的技 術中一個圼像器佔有空間小於1 0 0微米是可能的。如此 使得螢幕對角線小於三英吋的V G Α高解析的顯示器可被 -2 1 3 - 本紙張尺度適用中國國家標率（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 314602 B7 經濟部中央標準局負工消費合作社印製 五、發明説明（7 ，i>) 1 1 I 製 造 這 些 小 型 的 顯 示 器 可 被 裝 置 於 上 述 先 行 技 藝 的 圓 形 1 1 1 鏡 片 的 眼 鏡 上 〇 1 I 請 1 | 本 顯 示 器 在 此 應 用 中 優 於 C R T 或 L C D 之 處 是 其 基 先 閱 1 1 讀 1 片 實 際 是 透 明 的 因 為 非 平 面 反 射 器 的 不 透 光 區 域 產 生 — 背 ιέ 1 I 個 甲 像 因 此 透 明 基 片 能 使 甲. 像 之 間 的 面 積 1 〇 0 倍 地 縮 之 1 | t I 小 也 就 是 不 透 光 顯 示 器 的 面 積 小 於 百 分 之 一 0 若 擴 散 式 事 項 1 | 再 1 J 螢 幕 當 作 圖 6 3 所 述 的 非 平 面 反 射 器 的 部 分 而 被 製 造 則 >4 1 r 本 若 觀 察 者 將 眼 睛 聚 焦 於 影 像 平 面 外 的 — 點 顯 示 器 會 出 現 頁 1 1 透 明 的 現 象 0 在 此 狀 況 下 抬 頭 型 或 視 穿 頭 部 固 定 型 的 顯 1 1 示 器 可 Μ 實 現 這 種 技 術 可 被 應 用 於 多 種 顯 示 器 包 括 寧 1 1 擬 實 際 情 景 家 庭 娛 樂 及 軍 用 飛 機 0 1 訂 圖 8 1 関 逑 一 個 緊 密 立 體 影 像 顯 示 器 的 實 施 例 本 立 1 體 顯 示 器 包 含 兩 組 甲 像 陣 列 1 7 〇 6 與 1 7 0 8 其 使 用 1 1 相 同 的 設 計 及 定 位 於 兩 分 離 的 基 片 1 7 〇 2 與 1 7 〇 4 上 1 1 而 被 製 作 如 圖 8 1 斧 形 記 號 所 指 出 陣 列 1 7 0 8 相 對 1 線 於 陣 列 1 7 0 6 已 被 旋 轉 9 〇 度 如 此 則 由 陣 列 1 7 0 6 ! | 發 射 至 觀 察 者 的 光 線 已 與 陣 列 1 7 0 8 所 發 射 的 光 線 正 交 1 1 偏 光 化 C 顯 示 器 的 角 為 如 線 1 7 1 〇 所 示 之 直 角 其 可 使 1 1 兩 影 像 有 好 的 對 齊 作 用 〇 因 為 基 片 厚 度 小 於 〇 5 毫 米 1 I 由 組 合 顯 示 器 所 發 射 的 光 線 會 出 現 來 自 幾 乎 相 同 平 面 的 現 1 1 象 來 白 兩 陣 列 的 幾 乎 同 一 個 的 發 射 平 面 可 被 實 現 只 要 1 1 陣 列 1 7 〇 8 用 如 圖 6 4 與 6 5 所 示 的 非 平 面 反 射 器 時 ) 1 I 陣 列 1 7 0 6 使 用 如 圖 6 2 與 6 3 示 的 非 平 面 反 射 器 雖 1 I - 2 1 4_ 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） 014602 A7 B7 五、發明説明（，） 然呈像器的平方陣列已由圖例說明，只要確認每一個陣列 的非平面反射器之排列能讓陣列1 7 0 6與陣列1 7 0 8 發射的光線正交偏光化，則任合縱横比皆可蓮用。 兩組陣列的操作如同圖5 9中顯示器所使用的技術。 觀察者戴著一付有偏光器的眼鏡，偏光器為正交排列，如 此一隻眼睛僅能看到一個陣列所發出的光線，每一陣列所 顯示的影像Μ達到立體視覺效果的技術而組合，若一個透 鏡被用來投射影像平面至一較大的觀賞螢幕，則本實施例 可用來作為直接觀察或一個立體投射的應用。 本發明的解釋請參照所述的特定實施例，其他實施 在相關技藝的一般技術中已非常明白，因此，除了附加的 申請專利範圍所指定（其構成本發明描述的一部分）外， 本發明並不受其他限制。 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本瓦) 訂 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 -215- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐）

Claims (1)

1. ABCD 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 314602 六、申請專利範圍 βί、一種光束導向元件，包括： 固態材料，被用以傳輸光； •V 至少一舍一導電材料，其形成一第一電極，該第一電 ..... 極接觸該固態材料； 一像素波導段，其沿該固態材料的一個平面而橫向於 V 該固態材料； 多値輸出波導段，其沿該平面而横向於該固態材料， 至少其中一個輸出波導段在一第一交接區橫向於該像素波 導段； .. .- 動光轉向器< 其被設在該第一交接區附近，該主 動光轉向器將從該像素波導段而來之光反射到該輸出波導 段，其俗在該第一電極上選擇性地施加一電場；以及 光反射器裝置，其被設在該平面上選定之位置且與該 輸出波導段共線，以將光投射到該平面之外。 2、 依據申請專利範圍第1項之元件，其中該光轉向 器包括一個切換式内部全反射器。 3、 依據申請專利範圍第1項之元件，其中該光轉向 器包括一個切換式光柵反射器。 4、 依據申請專利範圍第1項之元件，其中該光轉向 器包括一個波導開關。 5、 一種光束定向結構，其被用以形成至少使用一個 依據申請專利範圍第1項之元件的陣列，以提供至少一個 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

   ABCD 314602 六、申請專利範圍 第二交接區，更包括： (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 一分配波導，其在該第二交接區靠在至少一個該元件 之像素波導段上，每一第二交接區有設在該第二交接區之 活性光定向器，以將光定向到該像素波導段中。 6、 依據申請專利範圍第5項之光束定向結構，更包 括一固定鏡子，其設在該光定向器及該光轉向器之間，以 在該平面中導引光。 7、 依據申請專利範圍第1項之元件，其中該光反射 裝置包括： 在該固態材料中之光反射邊界，該反射邊界跨過一表 面有不連續之折射率，該表面横向於一光路徑且與入射光 夾一角度。 8、 依據申諳專利範圍第1項之元件，其中該光反射 器包括： 在該固態材料中且有折射率之光柵結構，該光柵結構 由一不連續樣式之折射率所形成，且其折射率橫向於入射 光傳輸軸且在入射光平面内。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 9、 依據申請專利範圍第1項之元件，其中至少一個 光反射器裝置包括： 熒光目標裝置，其設在該平面上的一個與該輸出波導 段共線之像素位置上。 1 0、依據申諳專利範圍第1項之元件，更包括一個 與該光轉向器相關之電極，該電極被設在該第一交接區中 -2 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) ABCD 六、申請專利範圍 以控制光路徑C 1 1、依據申請專利範圍第5項之元件，更包括多値 電極，其被安排在行列樣式且與該第一、二交接區相連， 該電極之一共有列傜連接到一共同的導電體而該導電體貝1J 耦合到一個産生場之裝置。 1 2、依據申請專利範圍第5項之元件，更包括一個 光頻來源裝置，.其包括一個耦合該分配波導之光激發器。 1 3、依據申請專利範圍第1 2項之元件，更包括一 個倍頻裝置，其親合該光激發器且被激發器激發。 14、依據申請專利範圍第13項之元件，其中該倍 頻裝置為在該固態材料中定期被極化的結構，且其中該固 態材料為一非線性可定期被極化之光材料。 1 5、依據申請專利範圍第1 2項之元件，更包括一 個設在該光激發器輸出之光束諝製器。 1 6、依據申請專利範圍第1 5項之元件，其中該光 調製器為一體設在該固態材料中者。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 17、依據申諳專利範圍第12項之元件，包括多個 分配波導，其中該光激發器為固態雷射。 1 8、依據申請專利範圍第1 2項之元件，包括多個 分配波導，其中該光激發器為與單基片一體設置之固態雷 射陣列。 1 9、依據申請專利範圍第1 2項之元件，其中該固 態雷射對齊，以導引橫向於該固態材料平面之能量，該平 -3- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4规格(210X297公釐) 六、申請專利範圍 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 固 光以射合 波中一 ，明 第波 -少 該 一用雷繙 一區'在 段率 ：該素 段顯 ： 中 括被値出 括接有 導配 括在像 導明 括 其 包器一輸 包交段 波分 包於個中波率 包 。 ， 更發每器 更二導 配射 更用一 其素布 更 中件 ，擻合合 ，第波 分折 ，被少且像分 ， 導元 件一 耦結 件該配 一二 件以至而個射 件 波之 元每俗束 元在分 少第 元 ，中.，一折 元 配項 之 -器光 之於個中至 I 之耗其率少二 之 分 9 項器合該 項用一其該的 項損，配至第 項 該 1。5 發結， 5 被少 且於近 1 稱段分該之 1 入第導第激束合 第而至而向附 第對導射於近 第 導圍波圍射光結 圍耗中；橫區 圍不波折向附 圍 射範配範雷一束 範損其率段接 。範有素一 橫區 範 照利分利個，光 利稱，配導跨率利其像第段接 利 之專該專多束頻 專對段分波該配專 ，個之導跨 。專 入請合請括光光 請不導射素之分請構多中波該率請 注申耦申包之同 申有波折像段射申結之區出之配申 將據地據其頻不 據其配 一個導折據接行接輸導分據 以依替依 ，光將 。依 ，分第一波 一依跨平跨該波射依 子 、交 、置同以導 、造個之少配第 、導中一 一素折 、 鏡 ο 係 1 裝不 ，波 2 構多中至分該 3 波區在少像 一 4 含 2 射 2 源具器配 2 接之區該該於 2 一 接有至該第 2 包 雷 來生發分 跨行接 有少 交段 有該 面 態 頻産激該 導平跨 在顯 一導 在於 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4规格(210X297公釐) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 被設在該反射器裝置附近之裝置，以將在該光反射器 周圍之假光照射遮掉，以防止假光照射沿一觀看軸投射。 2 5、依據申請專利範圍第24項之元件，其中該遮 蔽裝置包括一個反射器以將假光照射導出該觀看軸之外。 2 6、依據申請專利範圍第24項之元件，其中該遮 蔽裝置包括一光吸收器以攔截假光照射。 27、 依據申請專利範圍第1項之元件，更包括： 沿該固態材料且橫向於一觀看軸之表面設置之裝置， 以吸收未被該光反射器導出該固態材料之假光照射。 28、 依據申請專利範圍第1項之元件，更包括： 沿該固態材料且横向於一觀看軸之表面設置之裝置， 以遮掉未被該光反射器導出該固態材料之假光照射。 29、 一種光束定向結構，包括： 一固態材料，被用以傳輸光； 一分配波導段，其沿該固態材料的一個平面而横向於 該固態材料； 至少一個像素波導段，其沿該固態材料的一値平面而 横向於該固態材料，而且每一像素波導段在一交接區靠在 該分配汲導管段； 至少一個被動光定向器，其被設在該交接區，該被動 光定向器偽被用以將從該分配波導來之該光一部分反射到 該像波導段中；以及 一光調製器，被用於每一個該至少一個像素波導段， -5- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) .......................Γ-................訂.......-........^ . (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁) ABCD 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 以個別地調製該光之該部分。 3 0、依據申請專利範圍第2 9項之光束定向結構， 更包括： 一輸出波導，其吸收從該至少一値像素波導段而來之 光；以及 光反射器裝置，其設在該平面上選定之位置且與該輸 出波導段共線，以將光投射到該平面之外。 3 1、依據申請專利範圍第2 9項之光束定向結構， 其中多個被光定向器俗沿該分配導管段設置，每一個被動 光定向器通過光的一選定量，而且將其補量反射，該選/定 量係依據一所需分配樣式而建立。 32、 一種顯示器裝置，包含： 一固態材料，被用以傳輸光； 至少一個像素波導段，其沿該固態材料的一個平面而 橫向於該固態材料； 多個輸出波導段，其沿該平面橫向於該固態材料，該 輸出波導段在多個交接點處靠在該至少一個像素波導管段 上，並且耦合以接收從該至少一像素波導段來之光能；以 及 光反射器裝置，其設在該平面上選定之位置且與該輸 出波導段共線，以將光投射到該平面之外。 33、 依據申請專利範圍第32項之裝置，更包括： 一分配波導段，其在選定交接區處靠在該至少一個像 -6 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X 297公釐) (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁) 、tT ABCD 六、申請專利範圍 素波導段，每一交接點有設在該交接區之主動光定向器， 以將光再度定向到該至少一個像素波導段中。 34、依據申請專利範圍第3 3項之裝置，包括多個 電極，所選定之電極被設在該交接區，以控制光之路徑。 3 5、依據申請專利範圍第3 2項之裝置，更包括： 一第一分配波導段，其在被選定之第一交接區靠在該 像素波導段第一組，每一第一交接區在選定交接區有一主 動光定向器，以將光再度導入該像素波導段第一組其中一 個；以及 一第二分配波導段，其在被選定之第二交接區靠在該 像素波導段第二組，毎一第二交接區在選定交接區有一主 動光定向器，以將光再度導入該像素波導段第二組其中一 個。 3 6、依據申請專利範圍第3 5項之裝置，其中該第 一波導管段與該第二波導段交錯；且其中 該光反射器裝置被設在與一顯示器之影像元件相對應 之二維陣列之中。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 37、依據申請專利範圍第35項之裝置，其中： 與該第一分配波導相關之該光反射器第一組傺在顯示 器第一瓦中之行列安排；以及 與該第二分配波導相關之該光反射器第二組係在顯示 器第二瓦中之行列安排。 3 8、依據申請專利範圍第3 2項之裝置，其中該光 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) ABCD 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 反射器裝置包括： 在該固體材料中之光反射邊界，該反射邊界有不連缠 地跨過一表面之折射率，該表面則橫向於一光路徑而且與 入射光夾一角度。 39、 一種顯示器裝置，包含： 一固態材料，被用以傳輸光； 至少一第一導電材料，其形成一第一電極，該一電極 接觸該固態材料； 至少一個像素波導段，其沿該固態材料的一個平面而 横向於該固態材料； 多個輸出波導段，其沿該平面而横向於該固態材料， 該輸出波導段在多個交接區中靠在該像素波導段； 多個電子控制之光轉向器，每一光轉向器傜橫向於其 中一交接區，該光轉向器可將從該像素波導段來之光反射 到該輸出波導段；以及 熒光目標裝置，其設在該平面上選定之像素位置且與 該輸出波導段共線，以在光激發下將光再度射出該平面。 40、 依據申諳專利範圍第3 9項之顯示器裝置，更 包括： 一光反射器裝置，其設在該平面上之每一像素位置且 與選定輸出波導段共線，以將光投射出該平面之外。 4 1、一種三維顯示器裝置，包括： 一固態材料，有與一共用觀看軸對齊之第一表面區及 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4规格(210X297公釐) .......................r................、玎................^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A BCD 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 第二表面區，該固態材料偽被用以傳輸光； 每一第一和第二表面區包活陣列，其由下列元件所組 成： 至少一第一導電材料，其形成一第一電極，該第一電 極接觸該固態材料； 至少一像素波導段，其沿該固態材料的一個平面而横 向於該固態材料； 多個輸出波導段，其沿該平面而橫向於該固態材料， 該輸出波導段出在多個交接區中靠在該像素波導段；以及 多個電子控制之光轉向器，毎一光轉向器偽橫向於其 中一交接區，該光轉向器可將從像素波導段來之光反射到 該輸出波導段； 其中每一分隔的該陣列偽受限於再導引有一分別光偏 振之光。 42、 依據申請專利範圍第4 1項之顯示器裝置，其 中該分隔的陣列傜在横向於觀看軸之正交角度被偏振。 43、 依據申請專利範圍第41項之顯示器裝置，其 中該分隔的陣列之像素傜沿觀看軸直接對齊。 44、 依據申請專利範圍第4 1項之顯示器裝置，其 中該分隔的陣列之像素俗沿觀看軸偏心對齊。 45、 一種顯示器裝置，包含： 一固態材料，被用以傳輸光； 至少一第一導電材料，其形成一第一電極，該第一電 -9- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4规格(210X297公釐) (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁) ,π 六、申請專利範圍 8 8 8 8 ABCD 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 合.，而 ， 其光 更 並平 。包 與射 其 耦置面 料及於之 '， 置該設更 並投 -及装平 材以向來 置 位出所 ， 置光 置。 器頻個 態·，横段 裝 素 射置置 位之 裝構： 發倍一 固段係導 器 像度裝裝 素近 器結括 激之的 該導器波 示 之再標示 像附 示極包 光發料 於波向出 顯 定光目顯 I 置 顯有， 之激材 向素轉輸 之 選將光之 每裝 之性置 率所態 横像光素 項 上下熒項 上標 項期裝 頻器固 而該一像 5 面發個 5 面目 5 周之 一發該 面在每該 4 平激 14 平磷 4 之光 第激沿 平靠 ，從 第 該光每第 在該 第中配 括所其 該中器將 圍 在在為圍 設在 圍料分 包器 ，；沿區向可 範 設以傜範 被將 範材内 其發段料其接轉器 利 被 ，器利 其以 利態積 ，激導材，交光向 。專 其線向專 ，， 專固容 .，置光波性段個之轉段請 ，共轉請 置線 請該一 料裝由素介導多制光導申 置段光申 裝共 申在在 材源且像電波在控該波據 裝導一據 器段。據為種 態來器個態出段子 ，出依 標波中依 射導外依置一 固頻發一固輸導電區輸、 目出其 、 反波之 、裝、 該光激少該個波個接該 6 光輸 ，7 光出面 8 頻 9 觸 一光至於多出多交到 4: 熒該外 4 一輸平 4 倍 4 接該 向 輸 | 射 括 與之 ： 定該 該 極到 横 該 中反 包 且面 括 選到 中 "*. 訂 象 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) 8 8 8 8 ABCD 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 光路徑裝置，被用以傳輸光； 多個用於該光路徑装置且安排在該容積中之一樣式的 多個光耦合區；以及 可控制能量場之光耦合裝置，其在該光網合區耦合到 該光路徑裝置，以可控制地將該光分配在該容積中。 50、一種在一容積中分配光之方法，包含： 在該容積中沿多條光路徑傳輸光；以及 可控制地將該光分配在該容積中，其偽在該光路徑的 多個繙合區中選擇性地施加能量場。 5 1、依據申謓專利範圍苐5 1項之方法，其中該分 配步驟包括在一第一狀態及一第二狀態之間切換能場，其 中在該第一狀態下，實質上在一選定光耦合區中所有的光 係在一第一光路徑中且在該第二狀態下被導向，實質上在 該選定光耦合區中之所有光是在一第二光路徑中被導向。 52、 依據申請專利範圍第5 1項之方法，更包括在 一輸入將該光調製到該光路徑之步驟。 53、 依據申請專利範圍第5 1項之法，更包括在多 個平行區中調製該光之步驟，其中該平行區是在到該能路 徑之輸入與從該光路徑來之多個輸出之間。 54、 一種光束導向元件，包含： 多片固態材料，以傳輪光束，該等片形成至少一第一 裝置平面及一第二裝置平面； 在每一該第一和第二裝置平面中： -1 1- 本紙張尺度適用中國國家樣準(CNS)A4規格(210X 297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ^ •«T ABCD 六、申請專利範圍 一第一導電材料，其形成一第一電極； 一像素波導段，其横向於該固態材料； 至少一個横向於該固態材料之輪出波導段，該至少— 輸出波導段傜在一第一交接區横向於該像素波導段 —主動光轉向器，其設在該第一交接區附近，在從該 第一電極選擇性地施加一電場下，該主動光轉向器將從該 像素波導段來之光反射到該輸出波導段；以及 光反射裝置，其被設在選定位置且與該輸出波導段共 線，以將光投射到該平面之外。 5 5、依據申請專利範圍第54項之元件，更包括至 少一層設在該等片之間之可讓能量通過之材料層，該層在 與該等片之邊界有波交互作用特性，因而沿該等Η導引能 量波。 56、依據申請專利範圍第54項之元件，更包括一 個與該第一電極相對之平面電極，以雒持通過該等片個別 的片之電場。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、可. 線一 ♦ 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 -12- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐)