DE2645354A1

DE2645354A1 - Optischer modulator und verfahren zum modulieren von licht

Info

Publication number: DE2645354A1
Application number: DE19762645354
Authority: DE
Inventors: Esther M Conwell; Dorian Kermisch; James C Maher; Gustav R Pfister; Richard L Schank
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1975-10-10
Filing date: 1976-10-07
Publication date: 1977-04-21
Also published as: FR2327563B1; NL7611158A; FR2327563A1; CA1085949A; GB1531900A; US4106848A; JPS5247744A

Description

28 521 t/wa

XEROX CORPORATION, ROCHESTER, N.Y./USA

Optischer Modulator und Verfahren zum Modulieren
von Licht

Die Erfindung betrifft einen optischen Modulator sowie ein Verfahren zum Modulieren von Licht. Die Erfindung bezieht sich somit .allgemein auf eine integrierte Optik.

Bei einer integrierten Optik wird eine Dünnfilmtechnologie in optischen Schaltungen und Vorrichtungen verwendet, um ein wirksameres wirtschaftlicheres und sehr kleines System

709816/0829

zu erhalten. Bei Wellenführungen, Modulatoren and dergleichen für eine integrierte Optik wird eine dünne optische Wellenführung in Form von einem lichtfortpflanzungsfähigen dünnen FiLa, der nur eine Dicke von wenigen ,u haben kann, auf einem steifen Substrat, wie Glas, getragen. Um das Licht fortzupflanzen,muss der Film einen grösseren Brechungsindex als der Brechungsindex des Substrats oder irgendeines anderen, mit dem Film in Berührung stehenden Material, wie Luft, haben. Wenn diese Bedingung vorliegt, wird das in den Film eintretende Licht zwischen den Filmoberfleuchen reflektiert und längs des Films in diesem gehalten und geführt.

Es ist vorteilhaft, das durch den Wellenführungsfilm fortgepflanzte Licht in mancher Hinsicht, z.B. hinsichtlich der Intensität des Modus,der Frequenz und dergleichen zu modulieren. Eine solche Modulation verändert gewisse Eigenschaften oder Charakteristika des Lichtes, das aus dem Wellenführungsfilm abgegeben wird, so dass es eine Information tragen kann. Modulatoren bei einer integrierten Optik sind somit in vielen Anwendungsfällen wertvoll.

Verschiedene Formen von optiscbsiModulatoren sind gegenwärtig bekannt. Bei den gegenwärtigen optischen Modulatoren besteht der grundlegende, die Modulation bewirkende Effekt in einer Änderung in den dieäpktrisehen Eigenchaften der Materialien

"N.

bei Anlegen von elektrischen oder magnetischen Feldern oder mechanischen Spannungen. Solche Modulatoren verwenden Flüssigoder Feststoffkristallmaterialien, Flüssigkeiten oder Gase als. lichtfortpflanzende Werkstoffe. Im Gegensatz zu bekannten Modulatoren erfolgt beim optischen Modulator und Verfahren

709816/0829

nach der Erfindung die Modulation durch die physikalische Verformung des lichtfortpflanzenden Films direkt mit einer Kraft, die auf oder über das fortpflanzende Material einwirkt. Das lichtfortpflanzende Material nach der Erfindung besteht vorzugsweise aus einem dünnen polymeren Elastomerfilm, wobei dieser Film vorzugsweise durch ein elektrisches Feld so verformt wird, dass im Querschnitt des dünnen Films eine Änderung entsteht, bolche Querschnittsänderungen führen zu einer Modulation des Lichtes durch Streuung oder Brechung des gesamten Lichtes oder eines Teils desselben, das durch den Film an der Stelle der Verformung weitergeleitet wurde.

Gemäss einem grundlegenden Merkmal der Erfindung besitzt der optische Modulator eine optische Wellenführung, die aus einem verformbaren Material mit einer gegebenen Dicke gebildet ist. Eine Verformungseinrichtung übt eine Kraft auf das Material aus, um dieses physikalisch zu verformen und eine Querschnittsänderung im Material hervorzurufen, wobei die Querschnittsänderung das Licht durch Streuung oder Brechung an der Verformung moduliert.

Gemäss einem anderen grundsätzlichen Merkmal der Erfindung weist die optische Wellenführung einen Film aus einem verformbarenElastomer oder einem Thermoplast auf, der bei oder nahe bei seiner Glasübergangstemperatur steht; diese Materialien sind für das fortzupflanzende Licht transparent. Der Film wird auf einem steifen Substrat gehalten, das einen geringeren Brechungsindex als der Film besitzt.

Das erfindungsgemässe Verfahren zum Modulieren von Licht zeichnet sich dadurch aus, dass das Licht längs einer optischen

709816/0829

Wellenführung mit bestimmtem Querschnitt und in einer Richtung senkrecht zum Querschnitt geführt wird, und der bestimmte Querschnitt der Wellenführung durch Einwirken einer Kraft,die die Wellenführung physikalisch verformt, verändert wird, wobei der veränderte bestimmte Querschnitt das Licht durch Streuung oder Brechung an der Verformungsstelle moduliert.

Zusammengefasst wird durch die Erfindung ein optischer Modulator und ein Verfahren zum Modulieren von Licht geschaffen, bei denen das Licht von einer Lichtquelle in eine optische Wellenführung eingeführt wird. Die Wellenführung besteht aus einem Elastomerfilm, der durch eine mechanische oder elektrostatische Kraft verformbar ist, wobei die Kraft so wirkt, dass der Querschnitt des Films eine Änderung erfährt und damit das durch die Wellenführung hindurch gelangende Licht moduliert wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäss aufgebauten optischen Modulator gemäss einer Ausführungsform,

Fig. 2 eine Seitenansicht des Modulators nach Fig. 1,

Fig. 3 in Diagrammform den Zusammenhang zwischen Filmdicke (W) und n.. sin Q₁ für verschiedene Modi und mit Darstellung der Art und Weise,wie durch den Modulator und das erfindungsgemässe Verfahren eine Modusmodulation vorgenommen werden kann,

709818/0829

Fig. 4 eine Draufsicht auf ein anderes Ausführungsbeispiel von einem erfindungsgemäss aufgebauten optischen Modulator, bei dem die Modulation an der Eingangsankopplung vorgenommen wird,

Fig. 5 eine Seitenansicht des Modulators nach Fig. 4,

Fig. 6 eine Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäss aufgebauten optischen Modulator, bei dem die Modulation an der Ausgangsankopplung vorgenommen wird, und

Fig. 7 eine Seitenansicht des Modulators nach Fig. 6

Der in Fig, 1 und 2 gezeigte und die Merkmale der Erfindung aufweisende Modulator enthält vorzugsweise eine optische Wellenführung, die aus einem dünnen Film 10 aus einem physikalisch verformbaren Material gebildet ist, das für das fortzupflanzende Licht transparent und auf einem geeigneten steifen Trägersubstrat 12 aufgeschichtet ist. Die relativen Dicken von Film 10 und Substrat 12 sind in Fig. 2 nicht masstabsgerecht wiedergegeben. Der Film 10 ist vorzugsweise wesentlich dünner als das Substrat 12, doch in Fig. 2 aus Gründen einer klareren Darstellung relativ dick wiedergegeben. Der dünne Film 10 besteht vorzugsweise aus einem polymeren Elastomer mit einem grosseren Brechungsindex als das Trägersubstrat. Beim Elastomer sollte es sich um eine Art handeln, die sich unter dem Einfluss einer Kraft, z.B. eines elektrischen Feldes, leicht verformen lässt. Eine grosse Vielzahl von Elastomeren, die diesen Anforderungen entsprechen kann ausgewählt werden. Zwei Beispiele hierfür enthalten Phenylmethylpolysxloxan (n=1,54-1,55

709816/0829

bei 6328A) und Diitiethylpolysiloxan (n=1,4O-1,41 bei 6328A), die in den gewünschten elastomer en Zustand vernetzt sind. In gleicher Weise kann eine grosse Vielzahl von Substratmaterialien 12 verwendet werden. Das Kriterium für die Auswahl eines solchen Substratmaterials besteht darin, dass es die erforderlichen mechanischen Eigenschaften,z.B. Festigkeit und Verträglichkeit mit dem Film 10, besitzt und dass sein Brechungsindex wesentlich geringer als der des Films 10 ist. Um ein Beispiel zu geben, ist Pyrex Mikroskopglas (n= 1,513 bei 6328A) ein geeignetes Substrat in Fällen, wo eine Phenylmethylpolysiloxanfolie 10 verwendet wird und Lithiumfluorid (n=1,33 bei 6328A) oder Natriumfluorid (n=1,38 bei 63 28A) kann verwendet werden bei Filmen aus Dimethylpolysiloxan.

Wie in Fig. 1 und 2 gezeigt, ist eine geeignete optische Kopplungseinrichtung 14, wie beispielsweise ein Prisma, angeordnet, um das Licht von ein oder mehreren kohärenten Lichtquellen 16 zum Film 10 zu führen. Eine zweite Kopplungseinrichtung 18, z.B. in Form eines weiteren Prismas, ist längs des Films in Abstand angeordnet um das Licht vom Film 10 abzugeben. Der Laufweg der Lichtquelle durch den Film ist durch den Pfeil in Fig. 1 und 2 gedeutet. Das Licht wird längs des Films durch Totaireflektion an den Filmoberflächen geführt.

Bei der Erfindung hat der Film 10 vorzugsweise eine im wesentlichen konstante Dicke von etwa 4-10,u längs seiner Länge und Breite. Diese Dicke oder der Querschnitt ändert sich bei Einwirkung eines elektrischen Feldes auf den Film 10, wodurch das sich durch den Film fortpflanzende Licht moduliert wird.

7098 16/0829

Zur Schaffung dieses Feldes ist eine erste Elektrode 20 auf der Oberfläche 22 des Substrates 12 an der Grenzfläche zwischen Film 10 und Substrat T2 angeordnet. Diese Elektrode 20 kann eine dünne Lage aus Gold mit einer Dicke von etwa 300A aufweisen, die auf die Substratoberfläche 12 aufgestäubt oder vakuumaufgedampft ist. Eine zweite Elektrode 24 (oder ein Satz Elektroden) _t die vorzugsweise aus einem Wolframfaden mit einem Durchmesser von 10-2.5 ,u besteht, erstreckt sich quer über den Modulator und überdeckt die Oberfläche 26 des Films und das Ende der Elektrode 20. Die Elektrode kann in oder ausser Berührung mit dem Elastomer stehen. Eine geeignete Spannungsquelle 28 von etwa 5U-25OV ist zwischen den Elektroden 20 und 24 angeschiossen^und ein Schalter 30 ist im Stromkreis vorgesehen, um die Elektroden zu beaufschlagen.

Wenn der Schalter 30 geöffnet ist und die Elektroden 20 und 24 nicht beaufschlagt sind, tritt das Licht in den dünnen Elastomerfilm 10 durch das Kopplungsprimsa 14 ein und pflanzt sich längs des Filmes ohne Unterbrechung durch Reflektion zwischen den im wesentlichen parallelen Oberflächen des Films gemäss Fig. 2 fort. Das fortgepflanzte Licht verlässt den Film über das ausgangsseitige Kopplungsprisma 18. Bei geöffnetem Schalter 30 und nicht beaufschlagten Elektroden 20 und 24 liegt kein elektrisches Feld an. Daher ist die Dicke des Films W₁ gemäss Fig. 2 im wesentlichen längs des Lichtweges gleichförmig. In diesem Zustand befindet sich das den Film über das Kopplungsprisma 18 verlassende Licht bei seiner maximalen Intensität.

Um das längs den Film 10 fortgepflanzte Licht zu modulieren, wird das elektrische Feld über der Elastomerlage moduliert. Wie

7098 16/0829

dargestellt, erfolgt dies durch Schliessen des in Fig. 1 gezeigten Schalters 30, wodurch die Elektroden 20 und 24 beaufschlagt werden. Das elektrische Feld erzeugt eine elektrostatische Kraft, die auf die Elektroden und auf irgendeine Zwischenfläche wirkt, wo eine Diskontinuität in der Dielektrizitätskonstanten vorliegt. Diese Kraft führt zu einer Verformung D des ElastomerquerSchnitts längs einer Richtung senkrecht zum Querschnitt, wie durch gestrichelte Linien in Fig. 2 angedeutet und damit zu einer Änderung der Filmdicke auf den Wert W». Die allgemeine Gestalt der Verformung D, die in Fig. 2 nur aus illustrativen Zwecken gezeigt ist, ist Folge des Umstandes, dass das Elastomer annähernd nicht kompressibel ist. Die Querschnittsänderung führt dazu, dass einige oder alle Modi an durch den Film sich fortpflanzendem Licht im Bereich der Verformung gestreut oder abgelenkt werden. Als Folge hiervon wird die Intensität des die Folie am Prisma 20 verlassenden Lichtes wesentlich herabgesetzt. Bei Abfall der Spannung auf Null, was entweder durch Änderung der Quelle oder durch Öffnen des Schalters 30 erzielt werden kann, werden die Elektroden 20 und 24 ausser Betrieb gesetzt und kehrt der Film auf seinen ursprünglichen Querschnitt (Dicke W.) zurück. Somit kann eine Modulation des den Film beim Prisma 18 verlassenden Lichtes durch Schwankungen in der angelegten Spannung oder durch Öffnen und Schliessen des Schalters 30 vorgenommen werden.

Es versteht sich, unter Berücksichtigung der vorausgehenden Beschreibung der Erfindung, dass der verformbare Filmmodulator aus Elastomer nach der Erfindung verwendet werden kann, um die Intensität des Lichtes als auch das Licht nach Modus und Frequenz zu modulieren.

709816/0829

Die Bedingung für die Wellenführungsmodi kann durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden:

2kn.j οοΞθ^νΐ~2φ^₂-2φ^₀ = 2m7T

Darin bedeuten k eine konstante, die abhängt von der Frequenz des sich fortpflanzenden Lichtes, n, den Brechungsindex des Wellenführungsmaterials, θ~ den Einfallswinkel des Lichtes in den Film (vgl. Fig. 2) , W die Filmdicke, -20.. ₂ und 2$zL die Phasenverschiebungen bei totaler innerer Reflektion und m eine ganze Zahl, die die Modusordnung wiedergabt. Siehe auch P.K. Tien, "Lichtwellen in dünnen Filmen und integrierten optischen Systemen" Applied Optics, Bd. 10, Nr. 11, Novem ber 1971, S. 2395-2413.

Aus dieser Gleichung ist zu entnehmen, dass die Anzahl an Modi, die bei einer bestimmten Frequenz fortgepflanzt werden, eine Funktion der Filmdicke W ist. Um ein Beispiel zu geben: wenn die Filmdicke W etwa 4-10 ,u beträgt, werden 4 bis 8 Modi fortgepflanzt, wenn es sich bei der Lichtquelle 16 um einen He-Ne-Laser handelt, der ein kohärentes Licht mit einer Wellenlänge von 63 28A abgibt. Da die Dicke des Films die Anzahl an Modi bestimmt, die fortgepflanzt werden können, ergibt sich, dass die Modusmodulation ohne weiteres bei der Erfindung durch die Verformung des Elastomerfilms 10 durch ein elektrisches, auf den Film einwirkendes Feld zur Verringerung seiner Dicke W vorgenommen werden kann.

In Fig, 3 sind vier Modi m_, m.. , m- und iru in einem Schaubild wiedergegeben, bei dem die Dicke W auf der y-Achse und

7098 16/0829

der Paktor η.. SInQ₁ längs der χ-Achse aufgetragen ist. Aus Fig. 3 geht hervor, dass bei einem bestimmten Wert für n.. sine., und einer bestimmten Dicke W₁ sämtliche vier Modi ^m0~^m3 ^^{urch den Film} fortgepflanzt werden. Wenn die Dicke des Films jedoch durch Schliessen des Schalters 30 auf W₂ verringert wird, ist die Dicke des dünnen Films nicht mehr ausreichend zur Fortpflanzung des Modus iru . Somit kann mittels des erfindungsgemässen Modulators und Verfahrens eine Modusmodulation des Lichtes vorgenommen werden.

In der zuvor genannten Gleichung ist

k - ^27rf

^k■ " c

wobei f die Frequenz des Lichtes und c die Lichtgeschwindigkeit ist. Wenn das durch den Film sich fortpflanzende Licht verschiedene unterschiedliche Frequenzen hat, kann eine Änderung in der Dicke W des Films durch Verformung des Elastomers gewisse Frequenzen daran hindern, sich über die Stelle der Dickenänderung hinaus fortzupflanzen.

Obschon vermutlich die vorausgehende Beschreibung der Erfindung ausreichend klar ist, um dem Fachmann eine Lehre zur Her stellung und Verwendung des Modulators zu geben und das erfin dungsgemässe Verfahren praktisch durchzuführen, wird, nur um ein Beispiel zu geben, die Herstellung von zwei geeigneten Phenylmethylpolysiloxanelastomeren näher erläutert. Dimethylpolysiloxane sind handelsüblich verfügbar. Es versteht sich, dass Phenylmethyl-und Dimethylpolysiloxanelastomere keinesfalls erschöpfend für alle Elastomere sind, die zur Durchführung der Erfindung verwendet werden können, d.h. genannte

709816/0829

Elastomere sind nur beispielhaft. Eine Vielzahl von anderen Elastomeren mit geeigneter Transparenz und geeigneten mechanischen Eigenschaften kann für den lichtfortpflanzenden Film nach der Erfindung verwendet werden.

Beispiel 1

Zyklische Phenylmethylpolysiloxane wurden nach der in der US-PS 3 546 265 angegebenen Methodik hergestellt:

Es wurden 100 cm Isopropylather und 75 g konzentrierte HCl in einen Kolben gegeben. Diese Beschickung wurde auf 50 bis 55°C erhitzt und es wurden 191,0 g 0MeSiCl₂ in 100 cm Isopropyläther hierzu tropfenweise unter Rührung im Verlauf von 1 1/2 Stunden hinzugegeben.

Nach Beendigung der Zugabe wurde das Gemisch während weiteren 30 Mini

kühlt.

30 Minuten bei 50 bis 55°C gerührt und sodann auf 25°C abge-

3 Dieses abgekühlte Gerais oh wurde zunächst mit 1 50 cm NaCl-H₉O gewaschen und die unten liegende HCl-H^O-Schicht wurde abgezogen.

Nach einem zweiten und dritten Waschvorgang mit 150 cm einer 2 %-igen NaHCO^.-H₉O-Losung ergab sich ein schwach alkalischer

3 pH-Wert. Durch mehrere nachfolge Waschvorgänge mit 150 cm NaCl-H₂O ergab sich ein neutraler pH-Wert.

Das Gemisch wurde sodann filtriert und im Vakuum zur Entfernung

709816/0829

des Isopropyläthers abgezogen, wobei sich eine Ausbeute von 117,0 g Rohprodukt ergab.

Dieses Produkt wurde unter Erhalt eines Gemisches aus (0MeSiO)_, Siedepunkt bei etwa 18O°C/2mm und (0MeSiO) , Siedepunkt etwa 237°C/2mm eines Gesamtgewichtes von 85,0 g vakuum destilliert.

Ein Phenylmethylpolysiloxan-Gummimaterial, das reaktive anhängende Aminvernetzungsstellen enthielt, wurde wie folgt erzeugt:

Die nachstehenden Substanzen wurden in einen Becher eingeführt:

8,0 g der zyklischen (0MeSiO) -Substanzen 2,0 g des zyklischen ( Me₃SiO)₄-Tetrameren

0,2 g zyklischer (Δ -nh„ Bu-MeSiO) 100 ppm an Tetramethylammoniumsilanolat-Katalysator

In den Becher wurde Stickstoff eingeblasen und dieser wurde in einen Vakuumofen bei 95°C unter Vollvakuum eingebracht. Nach drei Stunden wurde die Temperatur auf 150°C während 2 Stunden zur Zersetzung des Katalysators und zur Entfernung fragmentierter Moleküle angehoben. Das resultierende Produkt stellte einen" klaren, etwas klebrigen Gummi dar. Dieser Gummi wurde sodann vollständig in Benzol im Verhältnis von 20 Gew.% Feststoffe zu Benzol aufgelöst.

2,0 g der vorstehend angeführten Produktlösung wurden mit 0,1 g Vernetzungslösung des Acetonoximadduktes von Toluol-2,4-diisocyanat (5 Gew.% in Tetrahydrofuran) vermischt und auf ein Pyrex-Glasplattensubstrat beschichtet und sodann das Lösungsmittel verdampft.

709816/0829

Der entsolvatisierte Film wurde durch Erhitzung auf 60 C während etwa 30 Minuten unter Erhalt der Wellenführung vernetzt (gehärtet).

Beispiel 2

Es wurde fhenylmethylpolysiloxan - Gummimaterial, das reaktive anhängende Vinyl-Vernetzungsstelle enthielt, wie folgt hergestellt:

9,9 g der zyklischen (0MeSiO) -Substanzen, die wie vorstehend xn Beispiel 1 beschrieben, hergestellt wurden, wurden in einen Kolben zusammen mit 0,1 g zyklischen (Methylvinyl SiO) -Substanzen eingegeben. Das Gemisch wurde auf 90 C erhitzt und mit Stickstoff während 15 Minuten verblasen.

40-45 ppm des Katalysators, der in Beispiel 1 angegeben ist, wurden zu dem Kolben hinzugegeben und auf 90°C während 3 1/2 Stunden erhitzt. Dieses Gemisch wurde sodann auf 140C während 2 Stunden zur Zersetzung des Katalysators erhitzt.

Das Gemisch wurde auf Raumtemperatur abgekühlt und in Benzol (20 Gew.% Feststoffe) aufgelöst.

0,1 g Benzophenon (ein Sensibilisierungsmittel zur Absorption von Ultraviolettlicht) und 0,1 g Tetramethyldisiloxan wurden zu diesem Gemisch hinzugegeben. Das Gemisch wurde auf eine Pyrex-Glasplatte beschichtet, durch Verdampfung vom Lösungsmittel befreit und einem 4 w Ultraviolettlicht während 30 Minuten unter Härtung des Filmes und Bildung der Wellenführung ausgesetzt.

709816/0829

Zusätzlich zu Elastomeren können auch andere verformbare Polymere mit geeigneter Transparenz und geeigneten mechanischen Eigenschaften für den lichtfortpflanzenden Film nach der Erfindung eingesetzt werden. Zum Beispiel können thermoplastische Polymere, wie beispielsweise ein 20/80 Mol.% Copolymer aus Hexylmethacrylat und Styrol gemäss US-PS 3 556 781 verwendet werden. Die an thermoplastische, für diesen Anwendungsfall geeignete Polymere geforderte Eigenschaft besteht darin, dass sie bei ihren .Glasumwandlungstemperaturen elastisch werden und nicht fHessen. Wenn solche thermoplastische Polymere verwendet werden, sollte der Film 10 bei oder nahe bei der Glasumwandlungstemperatur des Polymers gehalten werden, so dass, wenn der Film der modulierenden Kraft ausgesetzt wird, eine Verformung und Modulation eintritt.

Fig. 4 und 5 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäss aufgebauten Modulators. Dieser Modulator ist im wesentlichen identisch zu dem in Fig. 1 und 2 gezeigten mit der Ausnahme, dass die eingangsseitige optische Kopplungseinrichtung weggelassen wurde und dass zusätzlich zur Elektrode 20 eine Reihe von Elektroden 24, die in einem Abstand L in der Grössenordnung der Lichtwellenlänge (ungefähr 0,G,u) oberhalb des Filmes in Reihe zu der Lichtquelle 16 angeordnet wurde, um eine Modulation des einfallenden Lichtes vorzunehmen. Insbesondere wirkt die räumlich periodische Verformung des Films 10, die eintritt, wenn die Spannung 28 angelegt wird, wie ein optisches Eingangsgitter. Wenn daher das Licht von der Lichtquelle 16 unter dem geeigneten Winkel einfällt (der durch den Gitterabstand bestimmt ist)_; tritt es in den Film bei Verformung ein. Die Menge an eintretendem Licht hängt von

7098 16/0829

der Amplitude der Verformung ab, die durch die Grosse des elektrischen Feldes bestimmt ist. Durch Änderung der Spannung 28 kann daher die Menge an in den Film gelangendes Licht moduliert werden.

Fig. 6 und 7 zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäss gebauten Modulator. Dieser Modulator entspricht im wesentlichen dem Modulator nach Fig. 4 und 5 mit der Ausnahme, dass die ausgangsseitige optische Kopplungseinrichtung weggelassen wurde und dass die Elektroden 20 und 24 so angeordnet sind, dass sie eine Verformung des Filmes hervorrufen, was zu einem optischen Ausgangsgitter zur Kopplung des Lichtaustritts aus dem Film führt. Wenn sich daher das Licht durch den Film vor Verformung fortgepflanzt hat, wird das Licht oder ein Teil davon in bevorzugten Richtungen bei räumlich periodischer Verformung des Films nach Beaufschlagung der Elektroden 20 und 24 aus dem Film gekoppelt. Das angeregte Licht wird moduliert und kann als solches verwendet werden.

Obschon der Film 10 in der Zeichnung eine wesentliche Breite besitzt, kann er auch schmal und in Form eines Wellenführungskanals durch dem Fachmann bekannte Massnahmen ausgebildet sein. Die Verwendung von solchen Kanälen ist insbesondere vorteilhaft, wenn eine kleinere Verformung und/oder kleinere Verformungskräfte erwünscht werden.

Es versteht sich, dass die Ausführungsbeispiele der Erfindung lediglich illustrativ/· für einige wenige Anwendungsfälle des erfindungsgemässen Prinzips sind. Verschiedene Modifikationen können daher vom Fachmann ohne Abweichen vom Wesen oder Schutzbereich der Erfindung vorgenommen werden.

709816/0829

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Optischer Modulator, gekennzeichnet durch

eine optische Wellenführung (10), die aus einem verformbaren Material mit einem bestimmten Querschnitt besteht,

wobei ein erster Bereich des Materials von bestimmten
Querschnitt Licht von einer Lichtquelle aufnimmt und
ein zweiter Bereich Licht vom Material abgibt, und das
verformbare Material ein solches ist, das das Licht
zwischen den Bereichen durch sich führen kann und

eine Verformungseinrichtung (20, 24) zum Ausüben einer
Kraft auf das verformbare Material, um dieses physikalisch zu verformen und eine Änderung des bestimmten Querschnitts hervorzurufen, so dass das Licht entsprechend
der Verformung des verformbaren Materials modulierbar
ist,

2. Modulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass die Verformungseinrichtung eine Elektrodeneinrichtung (20, 24) ist, die relativ zur Wellenführung
so angeordnet ist, dass sie über dem verformbaremMaterial ein elektrisches Feld erzeugt,und dass eine Steuereinrichtung (30) vorgesehen ist, um die Elektrodeneinrichtung zu beaufschlagen.

3. Modulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass das Material ein Elastomer ist.

709816/0829

-Vf-

4. Modulator nach Anspruch 1_f dadurch gekennz eichn e t , dass das Material ein Thermoplast ist.

5. Modulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Wellenführung einen dünnen Film
(10) aus dem verformbaren Material hat, wobei der Film auf
einem steifen Substrat (12) mit einem geringeren Brechungsindex als der Brechungsindex des Films getragen ist.

6. Modulator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Wellenführung einen dünnen Film
(10) aus einem vernetzten Dimethylpolysiloxan aufweist?

7. Modulator nach Anspruch 5, dadurch gekennz eichn e t , dass die optische Wellenführung einen dünnen Film
(10) aus vernetztem Phenylmethylpolysiloxan aufweist.

8. Modulator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Wellenführungeinen dünnen Thermoplastfilm (10) aufweist.

9. Modulator nach Anspruch 5, dadurch geken η zeichne t , dass die Verformungseinrichtung aus einer ersten
Elektrode (20) zwischen der optischen Wellenführung und
dem Substrat (12) und einer zweiten Elektrode (24) nahe
der dem Substrat abgewandten Oberfläche des dünnen Films

(10) besteht.

10. Modulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenführung einen dünnen elastischer-Film (10) hat, der auf einem steifen Substrat (12) mit einem

- 18 -

709816/0829

geringeren Brechungsindex als der Brechungsindex des dünnen Films, getragen ist, dass die Verformungseinrichtung aus einer ersten Elektrode (20) zwischen dem elastischen Film und dem Substrat und einer zweiten Elektrode (24) nahe der dem Substrat abgewandten Oberfläche des elastischen Films besteht, und dass eine Steuereinrichtung (30) zur Beaufschlagung von erster und zweiter Elektrode vorgesehen ist.

11. Modulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Verformungseinrichtung das Material so verformbar ist, dass das in den Film (10) von der Lichtquelle eintretende Licht moduliert wird.

12. Modulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Material durch die Verformungseinrichtung so verformbar ist, dass das den Film (10) verlassende Licht moduliert wird.

13. Optische Wellenführung, gekennz eichnet durch

einen Film (10) aus einem verformbarem für das fortzupflanzende Licht transparenten Elastomer, und

ein steifes Substrat (12) mit einem niedrigeren Brechungsindex als der Brechungsindex des Films, wobei das Substrat den Film trägt.

14. Wellenführung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , dass das Elastomer ein vernetztes Alkylpolysiloxan ist.

- 19 -

709816/0829

15. Wellenführung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Elastomer ein vernetztes Vinylpolysiloxan ist.

16. Optische Wellenführung, gekennzeichnet durch

einen Thermoplastfilm (10), der bei einer Temperatur bei oder etwa bei der Glasübergangstemperatur des Thermoplasten für das fortzupflanzende Licht transparent ist und

ein steifes Substrat (12) mit einem geringeren Brechungsindex als der Brechungsindex des Films, wobei das Substrat den Film trägt.

17. Verfahren zum Modulieren von Licht, dadurch gekennzeichnet , dass das Licht längs einer optischen Wellenführung mit bestimmtem Querschnitt und in einer Richtung senkrecht zum Querschnitt geführt wird, und dass

der bestimmte Querschnitt der optischen Wellenführung durch Einwirken einer Kraft auf die Wellenführung verändert wird, indem die Kraft physikalisch die Wellenführung verformt und damit den bestimmten Querschnitt zur Modulation des Lichtes verändert.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass für die optische Wellenführung ein kompaktes Elastomer verwendet wird.

19. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass für die optische Wellenführung ein Thermoplast verwendet wird, wobei der Thermoplast bei einer Temperatur

709816/0829 _ ₂₀ _

an oder bei seiner Glasübergangstemperatur gehalten wird.

20. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeich net, das die Wellenführung durch Einwirken eines elektrischen Feldes über ihre Dicke verformt wird.

21. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeich net, dass der bestimmte Querschnitt des Filmes durch die Verformung so verändert wird, dass das Licht am Eintritt in den Film in modulierter Form angekoppelt wird.

22. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeich net, dass der bestimmte Querschnitt des Films durch die Verformung so verändert wird, dass das Licht am Ausgang des Films in modulierter Form gekoppelt wird.

709816/0829