專利名稱：利用衍射光學(xué)透鏡的波分復(fù)用/去復(fù)用裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及波分復(fù)用/去復(fù)用技術(shù)，具體涉及利用衍射光學(xué)透鏡的波分復(fù)用/去復(fù)用裝置。
背景技術(shù)：
波分復(fù)用(WDM)是一種快速增長的技術(shù)，便于極大地增加通過光纖可以傳輸?shù)募蠑?shù)據(jù)量。在利用WDM技術(shù)之前，大多數(shù)光纖在一個波長上單向僅傳送單個數(shù)據(jù)信道。WDM的基本概念是從一個光纖中分別發(fā)射和檢索多個數(shù)據(jù)信道。每個數(shù)據(jù)信道是以唯一波長傳輸?shù)模约扒‘?dāng)選取這些波長，使各個信道之間互不干擾，且光纖的光傳輸損耗很低。今天，商業(yè)性的WDM系統(tǒng)允許同時傳輸2至100個數(shù)據(jù)信道。
WDM是增大通過光纖轉(zhuǎn)移數(shù)據(jù)量(通常稱之為帶寬)的經(jīng)濟方法。增大帶寬的其他有效技術(shù)包括敷設(shè)增加的光纖光纜或增大通過光纖的光傳輸速率。敷設(shè)增加的光纖光纜是相當(dāng)昂貴的，目前的代價是每公里15,000至40,000美元。增大光傳輸速率受到光纖系統(tǒng)中電子技術(shù)本身的速率和經(jīng)濟的限制。一種使用電子方法增大帶寬的主要對策是利用時分復(fù)用(TDM)技術(shù)，它把多個低速率電子數(shù)據(jù)信道組合或復(fù)用成單個高速率信道。這種技術(shù)已經(jīng)有20年的歷史，對于增大帶寬是非常有效的。然而，從技術(shù)和經(jīng)濟的觀點考慮，提高傳輸速率現(xiàn)在是越來越困難了。從經(jīng)濟和技術(shù)兩方面考慮，WDM是利用許多并行信道增大帶寬的潛在解決方法。此外，WDM是與TDM互補的。就是說，WDM可以同時允許通過單個光纖傳輸多個高傳輸速率TDM信道。
利用WDM增大帶寬需要兩種基本的裝置，這兩種裝置在概念上是對稱的。第一種裝置是波分復(fù)用器。這種裝置輸入多個光束，每個光束有離散的波長，這些光束最初在空間上是分開的，并提供一種裝置，把所有不同波長的光束空間組合成適合于進入光纖的單個多色光束。復(fù)用器可以是完全無源的光學(xué)器件，或可以包含控制或監(jiān)測復(fù)用器性能的電子線路。復(fù)用器的輸入通常是由光纖完成的，當(dāng)然也可以采用激光二極管或其他的光源。如上所述，復(fù)用器的輸出通常是被引向光纖的單個多色光束。
第二種WDM裝置是波分去復(fù)用器，這種裝置的功能與波分復(fù)用器的功能相反。就是說，波分去復(fù)用器從光纖接收一個多色光束，并提供一種空間分割不同波長多色光束的手段。去復(fù)用器的輸出是多個單色光束，這些光束通常是被引向?qū)?yīng)多個光纖或光電檢測器的多個單色光束。
在過去的20年中，已經(jīng)提出并展示各種類型的WDM裝置。例如，(1)W.J.Tomlinson，Applied Optics，Vol.16，No.8，pp.2180-2194(Aug.1977)；(2)A.C.Livanos et al.，Applied Physics Letters，Vol.30，No.10，pp.519-521(15 May 1977)；(3)M.Ishio et al.，Journal of LightwaveTechnology，Vol.2，No.4，pp.448-463(Aug.1984)；(4)H.Obara etal.，Electronics Letters，Vol.28，No.13，pp.1268-1270(18 June 1992)；(5)A.E.Willner et al.，IEEE Photonics Technology Letters，Vol.5，No.7，pp.838-841(July 1993)；和(6)Y.T.Huang et al.，Optical Letters，Vol.17，No.22，pp.1629-1631(15 Nov.1992)，所有這些文獻中公開了某種形式的WDM裝置和/或方法。然而，上述這些文獻中公開的裝置和/或方法都是經(jīng)典光學(xué)基的WDM方法，它們使用非?；镜耐哥R，且僅適用于多模光纖而不適用于單模光纖，這是因為單模光纖的纖芯直徑(即，通常為8μm)遠遠小于多模光纖的纖芯直徑(即，通常為62.5μm)。就是說，由于其中使用非?；镜耐哥R，其原理是根據(jù)上述文獻公開的經(jīng)典光學(xué)基WDM方法的WDM裝置與單模光纖之間不能接收和傳輸光束，因為其中存在不可接受的插入損耗和信道串音量。這些不可接受的插入損耗和信道串音量的原因主要是由于這些非?；就哥R的不合適成像能力，基本透鏡通常是由標(biāo)準(zhǔn)的光學(xué)玻璃制成。
解決上述光學(xué)成像問題的一種方法是把標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)玻璃制成的附加透鏡添加到WDM裝置中，從而導(dǎo)致WDM裝置中有雙重，三重，甚至多重的透鏡配置。通過添加這些附加的透鏡到WDM裝置，其中添加的透鏡通常有高低不同的折射率，從而有效地抵消主要由透鏡球面性質(zhì)引起的像差。然而，添加這些附加的透鏡使成本上升，其中包括附加透鏡的直接成本和間接成本，間接成本是因為有多個透鏡的WDM裝置使復(fù)雜性增大和生產(chǎn)率下降。
另一種解決上述光學(xué)成像問題的方法是在WDM裝置中使用漸變型折射率透鏡(例如，Gradium透鏡)。使用這些漸變型折射率透鏡使WDM裝置內(nèi)成像系統(tǒng)質(zhì)量有極大的提高。然而，制造這些漸變型折射率透鏡的成本遠遠高于制造標(biāo)準(zhǔn)的均勻折射率透鏡的成本，盡管這兩種透鏡通常都是由標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)玻璃材料制成的。
鑒于上述的情況，實際需要的WDM裝置具有或允許以下的所有特性低成本，元件集成，環(huán)境和熱穩(wěn)定性，低信道串音，低信道信號損耗，容易連接，大量信道，和窄信道間隔。因此，需要提供這樣一種WDM裝置，它能夠克服上述的不足和缺點，而同時具有或允許所有上述的特性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是提供一種波分復(fù)用/去復(fù)用裝置，該裝置利用衍射光學(xué)透鏡獲得增多的裝置性能，以及降低的裝置成本，復(fù)雜性和制造風(fēng)險。
根據(jù)以下的詳細描述并結(jié)合附圖，上述本發(fā)明主要目的以及其他的目的，特征和優(yōu)點是顯而易見的。
按照本發(fā)明，提供一種改進的波分復(fù)用裝置。在一個優(yōu)選實施例中，改進的波分復(fù)用裝置有衍射光柵，用于把多個單色光束組合成一個復(fù)用多色光束。改進波分復(fù)用裝置中的這種改進源于使用衍射光學(xué)準(zhǔn)直/聚焦透鏡，用于準(zhǔn)直沿第一方向傳播的多個單色光束到衍射光柵，和用于會聚來自衍射光柵沿第二方向傳播的復(fù)用多色光束。第二方向與第一方向大致相反。衍射光柵通常是反射式衍射光柵，該衍射光柵以相對于第一方向和第二方向的利特羅衍射角取向。
衍射光學(xué)準(zhǔn)直/聚焦透鏡有基本平整的前表面和后表面，而與衍射光學(xué)相關(guān)的微觀圖形可以形成在基本平整的前表面或基本平整的后表面。衍射光學(xué)準(zhǔn)直/聚焦透鏡可以是幾種類型透鏡中的一種透鏡，例如，二元衍射光學(xué)透鏡或菲涅耳衍射光學(xué)透鏡。
衍射光學(xué)準(zhǔn)直/聚焦透鏡通常工作在電磁波頻譜的紅外(IR)區(qū)，因為這是石英基光纖的功率損耗(衰減)和色散非常低的區(qū)域。因此，衍射光學(xué)準(zhǔn)直/聚焦透鏡通常形成在選自玻璃，晶體和塑料的材料以及其他一些合適的材料，這些材料在電磁波頻譜的紅外(IR)區(qū)有效地傳輸光束。
按照本發(fā)明的其他方面，改進波分復(fù)用裝置中的這種改進是可以使用衍射光學(xué)準(zhǔn)直透鏡，用于準(zhǔn)直沿第一方向傳播的多個單色光束到衍射光柵；和衍射光學(xué)聚焦透鏡，用于會聚來自衍射光柵沿第二方向傳播的復(fù)用多色光束。在此情況下，第二方向不同于第一方向，但不是與第一方向相反。
按照本發(fā)明的其他方面，可以提供一種集成波分復(fù)用裝置。就是說，提供的集成波分復(fù)用裝置包括衍射光學(xué)準(zhǔn)直/聚焦透鏡，用于準(zhǔn)直沿第一方向傳播的多個單色光束，和用于會聚沿第二方向傳播的復(fù)用多色光束。在此情況下，第二方向仍與第一方向大致相反。
集成波分復(fù)用裝置還包括粘貼在衍射光學(xué)準(zhǔn)直/聚焦透鏡上的第一均勻折射率引導(dǎo)透鏡，用于沿第一方向傳輸來自衍射光學(xué)準(zhǔn)直/聚焦透鏡的多個單色光束，和用于沿第二方向傳輸復(fù)用多色光束到衍射光學(xué)準(zhǔn)直/聚焦透鏡。第一均勻折射率引導(dǎo)透鏡有平整的連接面。
集成波分復(fù)用裝置還包括形成在第一均勻折射率引導(dǎo)透鏡平整連接面上的衍射光柵，用于把多個單色光束組合成復(fù)用多色光束；并反射該復(fù)用多色光束回到第一均勻折射率引導(dǎo)透鏡。衍射光柵通常是反射式衍射光柵，該衍射光柵以相對于第一方向和第二方向的利特羅衍射角取向。
按照本發(fā)明的其他方面，均勻折射率引導(dǎo)透鏡可以合并到衍射光學(xué)準(zhǔn)直/聚焦透鏡，因此，該衍射光學(xué)準(zhǔn)直/聚焦透鏡有形成衍射光柵的平整連接面。
按照本發(fā)明的其他方面，衍射光學(xué)準(zhǔn)直/聚焦透鏡可以有平整的連接面，用于從至少一個光源(例如，光纖，光電二極管)接收多個單色光束，和用于輸出復(fù)用多色光束到至少一個光接收器(例如，光纖，光電檢測器)。
按照本發(fā)明的其他方面，集成波分復(fù)用裝置還包括粘貼在衍射光學(xué)準(zhǔn)直/聚焦透鏡上的第二均勻折射率引導(dǎo)透鏡，用于沿第一方向傳輸多個單色光束到衍射光學(xué)準(zhǔn)直/聚焦透鏡；和用于沿第二方向傳輸來自衍射光學(xué)準(zhǔn)直/聚焦透鏡的復(fù)用多色光束。第二均勻折射率引導(dǎo)透鏡最好有平整的連接面，用于從至少一個光源接收多個單色光束，和用于輸出復(fù)用多色光束到至少一個光接收器。
按照本發(fā)明的其他方面，可以提供一種波分復(fù)用裝置。就是說，提供的波分復(fù)用裝置包括衍射光學(xué)準(zhǔn)直透鏡，用于準(zhǔn)直多個單色光束；和衍射光柵，用于把多個準(zhǔn)直的單色光束組合成一個復(fù)用多色光束，并反射該復(fù)用多色光束。該波分復(fù)用裝置還包括衍射光學(xué)聚焦透鏡，用于會聚反射的復(fù)用多色光束。
按照本發(fā)明的其他方面，波分復(fù)用裝置還可以包括至少一個反射元件，用于反射多個準(zhǔn)直的單色光束到衍射光柵；和/或至少一個反射元件，用于反射反射的復(fù)用多色光束到衍射光學(xué)聚焦透鏡。
此時應(yīng)當(dāng)注意，上述改進的波分復(fù)用裝置，集成波分復(fù)用裝置，和波分復(fù)用裝置都是雙向裝置。因此，改進的波分復(fù)用裝置也可以是改進的波分去復(fù)用裝置，集成波分復(fù)用裝置也可以是集成波分去復(fù)用裝置，而波分復(fù)用裝置也可以是波分去復(fù)用裝置。


為了便于充分地理解本發(fā)明，現(xiàn)在參照附圖給予描述。不應(yīng)當(dāng)把這些附圖解釋成對本發(fā)明的限制，而僅僅作為典型的例子。
圖1a是按照本發(fā)明的波分復(fù)用裝置的側(cè)視圖，該裝置有衍射光學(xué)準(zhǔn)直/聚焦透鏡和反射式衍射光柵。
圖1b是圖1a所示波分復(fù)用裝置的頂視圖。
圖1c是圖1a所示波分復(fù)用裝置的部分端部透視圖。
圖2a是二元衍射光學(xué)透鏡的端部剖面圖，該透鏡有圍繞透鏡材料中刻蝕的中央凸區(qū)的同心圓階梯圖形。
圖2b是菲涅耳衍射光學(xué)透鏡的端部剖面圖，該透鏡有圍繞透鏡材料上疊加的中央凸區(qū)的同心圓峰值圖形。
圖3a是圖1a所示復(fù)用裝置中包含多個激光二極管的耦合器件透視圖，這些激光二極管代替多個輸入光纖。
圖3b是圖4a所示去復(fù)用裝置中包含多個光電檢測器的耦合器件透視圖，這些光電檢測器代替多個輸入光纖。
圖4a是按照本發(fā)明的波分去復(fù)用裝置的側(cè)視圖，該裝置有衍射光學(xué)準(zhǔn)直/聚焦透鏡和反射式衍射光柵。
圖4b是圖4a所示波分復(fù)用裝置的頂視圖。
圖5a是按照本發(fā)明的集成波分復(fù)用裝置的側(cè)視圖，該裝置有衍射光學(xué)準(zhǔn)直/聚焦透鏡和反射式衍射光柵。
圖5b是圖5a所示集成波分復(fù)用裝置的頂視圖。
圖6a是按照本發(fā)明的集成波分復(fù)用裝置的側(cè)視圖，該裝置有前向延伸的衍射光學(xué)準(zhǔn)直/聚焦透鏡和反射式衍射光柵。
圖6b是圖6a所示集成波分復(fù)用裝置的頂視圖。
圖7a是按照本發(fā)明的集成波分復(fù)用裝置的側(cè)視圖，該裝置有后向延伸的衍射光學(xué)準(zhǔn)直/聚焦透鏡和反射式衍射光柵。
圖7b是圖7a所示集成波分復(fù)用裝置的頂視圖。
圖8是按照本發(fā)明的波分復(fù)用裝置的側(cè)視圖，該裝置利用衍射光學(xué)準(zhǔn)直透鏡，衍射光學(xué)聚焦透鏡和反射式衍射光柵。
具體實施例方式
參照圖1a和1b，它們分別表示按照本發(fā)明一個優(yōu)選實施例中波分復(fù)用裝置的側(cè)視圖和頂視圖。復(fù)用裝置10包括多個輸入光纖12，輸入光纖耦合器14，衍射光學(xué)準(zhǔn)直/聚焦透鏡16，反射式衍射光柵18，輸出光纖耦合器20，和單個輸出光纖22。復(fù)用裝置10中所有以上標(biāo)識的元件是沿復(fù)用裝置10的光軸X-X布置的，以下要更詳細地給以描述。
此時應(yīng)當(dāng)注意，輸入光纖12和輸出光纖22以及任何與按照本發(fā)明的WDM裝置結(jié)合使用所描述的其他光纖都是單模光纖。然而，這不應(yīng)當(dāng)限制本發(fā)明的WDM裝置僅僅使用單模光纖。例如，本發(fā)明的WDM裝置也可以使用多模光纖。
還應(yīng)當(dāng)注意，復(fù)用裝置10以及任何按照本發(fā)明WDM裝置的其他WDM裝置工作在電磁波頻譜的紅外(IR)區(qū)，作為密集波分復(fù)用(DWDM)裝置(即，工作數(shù)據(jù)信道的信道間隔為小于或等于1nm)。然而，這不應(yīng)當(dāng)限制本發(fā)明的WDM裝置僅僅是DWDM裝置。例如，本發(fā)明的WDM裝置也可以是標(biāo)準(zhǔn)的WDM裝置(即，工作數(shù)據(jù)信道的信道間隔大于1nm)。
回到圖1a和1b，多個輸入光纖12是由輸入光纖耦合器14組合成一維輸入光纖陣列(即，1×4陣列)，而單個輸出光纖22固定到輸出光纖耦合器20。輸入光纖耦合器14和輸出光纖耦合器20的用途是便于光纖的操作和精確定位，例如，它們都可以是由硅基V型槽部件構(gòu)成。參照圖1c，它表示復(fù)用裝置10的部分透視端圖，展示多個輸入光纖12是如何由輸入光纖耦合器14組合成一維輸入光纖陣列，以及單個輸出光纖22是如何固定到輸出光纖耦合器20。圖1c還展示單色輸入光束24是從多個輸入光纖12中的每個光纖中傳輸，而單個復(fù)用多色光束26傳輸?shù)絾蝹€輸出光纖22。
從多個輸入光纖12傳輸?shù)拿總€單色輸入光束24在唯一波長上攜帶單個數(shù)據(jù)信道，該波長最好是，但不必是，在電磁波頻譜的紅外(IR)區(qū)內(nèi)。例如，每個單色輸入光束24攜帶的單個數(shù)據(jù)信道借助于連接到多個輸入光纖12的激光二極管疊加到每個對應(yīng)的唯一波長，此處沒有畫出這些激光二極管，它們也不構(gòu)成本發(fā)明的一部分，但本領(lǐng)域?qū)I(yè)人員都熟知的。合適地預(yù)選單色輸入光束24的唯一波長，使各個數(shù)據(jù)信道互不干擾(即，有足夠的信道間隔)，且通過輸入光纖12和輸出光纖22的光傳輸損耗是低的，這也是本領(lǐng)域?qū)I(yè)人員都熟知的。
傳輸?shù)絾蝹€輸出光纖22的單個復(fù)用多色輸出光束26在多個輸入光束中每個光束的唯一波長上攜帶多個數(shù)據(jù)信道。通過衍射光學(xué)準(zhǔn)直/聚焦透鏡16和反射式衍射光柵18的組合操作，把多個單色輸入光束24組合成單個復(fù)用多色輸出光束26，以下要更詳細地給以描述。
此時應(yīng)當(dāng)注意，輸入光纖耦合器14和輸出光纖耦合器20是偏離復(fù)用裝置10的光軸X-X布置的，但它們是對稱地互相緊靠，以保證單個復(fù)用多色輸出光束26被引向固定在輸出光纖耦合器20的單個輸出光纖22，而不是被引向固定在輸入光纖耦合器14的多個輸入光纖12中的任何光纖或任何其他地方。確定輸入光纖耦合器14與輸出光纖耦合器20之間的這種偏離間隔是基于衍射光學(xué)準(zhǔn)直/聚焦透鏡16的聚焦本領(lǐng)以及衍射光柵18的特性和每個單色輸入光束24的波長。
再參照圖1a和1b，多個單色輸入光束24中的每個光束是從它們對應(yīng)的輸入光纖12傳輸?shù)捷斎牍饫w耦合器14與衍射光學(xué)準(zhǔn)直/聚焦透鏡16之間的空氣間隔。在這個空氣間隔內(nèi)，在它們?nèi)肷涞窖苌涔鈱W(xué)準(zhǔn)直/聚焦透鏡16之前，多個單色輸入光束24的直徑不斷擴大。衍射光學(xué)準(zhǔn)直/聚焦透鏡16準(zhǔn)直多個單色輸入光束24中的每個光束，然后傳輸每個準(zhǔn)直的單色輸入光束24′到反射式衍射光柵18。
此時應(yīng)當(dāng)注意，衍射光學(xué)準(zhǔn)直/聚焦透鏡16的光軸是與復(fù)用裝置10的光軸X-X一致，為的是保證單個復(fù)用多色輸出光束26被引向固定在輸出光纖耦合器20的單個輸出光纖22，而不是被引向固定在輸入光纖耦合器14的多個輸入光纖12中的任何光纖或任何其他地方，以下要更詳細地給以描述。
反射式衍射光柵18的作用是角擴散多個準(zhǔn)直單色輸入光束24′，角擴散量取決于多個準(zhǔn)直的單色輸入光束24′中每個光束的波長。此外，反射式衍射光柵18以相對于復(fù)用裝置10中光軸X-X的特殊角(即，利特羅衍射角α1)取向，為的是得到光束的利特羅衍射條件，該光束的波長是在多個準(zhǔn)直單色輸入光束24′的波長范圍內(nèi)或附近。利特羅衍射條件要求，光束入射到反射式衍射光柵的入射角與從衍射光柵反射的反射角正好相等。所以，本領(lǐng)域?qū)I(yè)人員容易知道，反射式衍射光柵18用于得到多個準(zhǔn)直單色輸入光束24′中每個光束的近利特羅衍射。
利特羅衍射角α1是由熟知的衍射光柵公式所確定，mλ＝2d(sinα1)其中m是衍射級次，λ是波長，d是衍射光柵槽間隔，α1是入射角和反射角的共同角。本領(lǐng)域?qū)I(yè)人員容易知道，利特羅衍射角α1取決于各種變量，它們可以根據(jù)需要進行變化以優(yōu)化復(fù)用裝置10的性能。例如，影響利特羅衍射角α1的變量包括理想的光柵衍射級次，光柵閃耀角，數(shù)據(jù)信道數(shù)目，數(shù)據(jù)信道間隔和復(fù)用裝置10的波長范圍。
此時應(yīng)當(dāng)注意，反射式衍射光柵18可以利用各種材料和各種方法制成。例如，反射式衍射光柵18可以是由聚合物介質(zhì)的三維全息圖制成，或利用聚合物材料復(fù)制機刻的母光柵。在以上兩種情況下，在聚合物上涂敷薄的高反射金屬層，例如，金或鋁?；蛘撸瓷涫窖苌涔鈻?8可以利用化學(xué)方法刻蝕平整的材料，例如，玻璃或硅，在它上面也涂敷薄的高反射金屬層，例如，金或鋁。
如上所述，反射式衍射光柵18的作用是角擴散多個準(zhǔn)直單色輸入光束24′。因此，反射式衍射光柵18去掉多個準(zhǔn)直單色輸入光束24′的角分離，并反射單個準(zhǔn)直多色輸出光束26′回到衍射光學(xué)準(zhǔn)直/聚焦透鏡16。單個準(zhǔn)直多色輸出光束26′包含多個準(zhǔn)直單色輸入光束24′中中每個光束的唯一波長。因此，單個準(zhǔn)直多色輸出光束26′是單個準(zhǔn)直復(fù)用多色輸出光束26′。衍射光學(xué)準(zhǔn)直/聚焦透鏡16會聚單個準(zhǔn)直復(fù)用多色輸出光束26′，然后傳輸形成的單個復(fù)用多色輸出光束26到輸出光纖耦合器20，該光束入射到單個輸出光纖22。然后，單個復(fù)用多色輸出光束26耦合到單個輸出光纖22進行傳輸。
此時還應(yīng)當(dāng)注意，輸入光纖耦合器14和輸出光纖耦合器20是偏離復(fù)用裝置10的光軸X-X布置的，但它們是對稱地互相緊靠，以保證單個復(fù)用多色輸出光束26被引向固定在輸出光纖耦合器20的單個輸出光纖22。然而，除了輸入光纖耦合器14與輸出光纖耦合器2之間的這種偏離間隔以外，通過利用衍射光學(xué)準(zhǔn)直/聚焦透鏡16，借助于復(fù)用裝置10內(nèi)輸入光束24和輸出光束26的增強成像，還保證單個復(fù)用多色輸出光束26以非常有效的方式(即，非常低的插入損耗和可忽略的信道串音)被引向單個輸出光纖22。這種在復(fù)用裝置10內(nèi)輸入光束24和輸出光束26的增強成像是準(zhǔn)直/聚焦透鏡16是衍射光學(xué)型透鏡而不是折射光學(xué)型透鏡的直接結(jié)果，以下要更詳細地給以描述。
有兩種基本類型的傳輸光學(xué)折射光學(xué)和衍射光學(xué)。在此之前，大多數(shù)透鏡是折射光學(xué)透鏡，例如，它們應(yīng)用于眼鏡，顯微鏡和望遠鏡。折射光學(xué)透鏡通常是這樣制成的，使透鏡材料(例如，玻璃，晶體，或塑料)有變化的厚度和球形彎曲表面。入射光的彎曲或折射是基于入射光的入射角和每個透鏡表面處的折射率變化。透鏡材料厚度的差別也略微影響入射光的彎折程度。為了使入射光以大的角度彎折，要求透鏡表面處有陡峭的曲率和大的折射率變化。通常，需要多個折射光學(xué)透鏡使光束彎折以達到準(zhǔn)直或會聚光束所要求的程度。然而，使用球面透鏡導(dǎo)致的像差往往使透鏡的實際性能遠遠低于嚴(yán)格光學(xué)設(shè)計的理想性能，包括此處描述的WDM裝置的基本設(shè)計。為了解決這個問題，透鏡制造商通常制作昂貴和難于加工的非球面透鏡。
另一方面，衍射光學(xué)透鏡的作用是把輸入光波分割成大量的子波，這些子波在衍射光學(xué)透鏡的出射面上重新組合成完全新的波。新波可以沿著與輸入光波相同或不同的方向運動，它取決于衍射光學(xué)透鏡的外形。衍射光學(xué)透鏡還可以把單個輸入光束轉(zhuǎn)變成多個輸出光束，把輸入光束會聚成一個點或一個圖形，使輸入光束均勻分布，或把輸入光束擴散到受控的區(qū)域。
迫使輸入光波通過形成在透鏡材料(例如，玻璃，晶體或塑料)上的微觀圖形，衍射光學(xué)透鏡分割該輸入光波。利用光刻蝕方法，微觀圖形通常形成在透鏡材料的表面。應(yīng)當(dāng)注意，利用光膠合劑或其他一些透光粘合技術(shù)，微觀圖形也可以疊加，轉(zhuǎn)移或復(fù)制到透鏡或襯底的表面上。微觀圖形可以有任何的形狀，但為了按照本發(fā)明使光束準(zhǔn)直或會聚，微觀圖形可以是圍繞中央凸區(qū)的同心圓階梯或峰值圖形，它們都是以光軸為中心。一種類型衍射光學(xué)透鏡是二元衍射光學(xué)透鏡，它一般有塊狀的階梯。另一種類型衍射光學(xué)透鏡是菲涅耳衍射光學(xué)透鏡，它一般有彎曲的峰值。參照圖2a，它表示二元衍射光學(xué)透鏡116的端部剖面圖，該透鏡有圍繞中央凸區(qū)120的同心圓階梯圖形118。在圖2a中，微觀圖形刻蝕到透鏡材料上。參照圖2b，它表示菲涅耳衍射光學(xué)透鏡216的端部剖面圖，該透鏡有圍繞中央凸區(qū)220的同心圓峰值圖形218。在圖2b中，微觀圖形疊加到透鏡材料上。階梯，峰值，和中央凸區(qū)的尺寸和間隔決定輸入光是如何受到影響，這是本領(lǐng)域?qū)I(yè)人員都知道的。一般地說，特征的尺寸是入射到透鏡上光波長的數(shù)量級。
此時應(yīng)當(dāng)注意，微觀圖形只需要形成在衍射光學(xué)透鏡的一個表面上。就是說，微觀圖形只需要形成在衍射光學(xué)透鏡的前表面或后表面，就可以使該透鏡起作用。此外，形成在衍射光學(xué)透鏡上的微觀圖形確實是微觀的，因此，有這種微觀圖形的表面通常是基本平整的。沒有這種微觀圖形的表面通常也是基本平整的。當(dāng)利用一個或多個衍射光學(xué)透鏡制成集成器件時，衍射光學(xué)透鏡的兩個表面(即，有圖形的前表面和沒有圖形的后表面，或相反)通常是基本平整的，這個事實是本發(fā)明的一個重要方面，以下要更詳細地給以描述。
衍射光學(xué)透鏡通?？梢垣@得90％以上的會聚或準(zhǔn)直效率，而常規(guī)的折射光學(xué)透鏡通常要求一個或多個透鏡來使光束彎折，衍射光學(xué)透鏡完成相同功能的透鏡厚度為千分之一毫米。而且，通過選擇階梯或峰值的合適陡坡和間隔，可以避免或消除諸如球差或其他類型的像差。此外，在大批量生產(chǎn)時，衍射光學(xué)透鏡的成本比折射光學(xué)透鏡低得多且一致性更好，用于完成諸如準(zhǔn)直和會聚作用的較簡單光學(xué)功能。此外，一旦制作成原始的衍射光學(xué)透鏡，可以通過模壓，塑料注?；虺膳饪涛g處理技術(shù)制作復(fù)制品，從而降低多個衍射光學(xué)透鏡的成本。
此時應(yīng)當(dāng)注意，復(fù)用裝置10中的多個輸入光纖12可以用對應(yīng)的多個激光二極管28代替，這些激光二極管固定在耦合器件30內(nèi)，如圖3a所示。耦合器件30完成類似于輸入光纖耦合器14的功能，把多個激光二極管28精密地組合成一維輸入陣列。多個激光二極管28代替多個輸入光纖12，用于傳輸多個單色輸入光束24到復(fù)用裝置10。激光二極管陣列28可以單獨工作，或可以與合適的聚焦透鏡一起使用，提供最佳的耦合和最低的信號損耗量和信道串音量。
此時應(yīng)當(dāng)注意，復(fù)用裝置10以及此處描述的所有復(fù)用裝置，可以工作在相反的配置中作為去復(fù)用裝置40，如圖4a和4b所示。去復(fù)用裝置40的物理結(jié)構(gòu)與復(fù)用裝置10的完全相同，所以，數(shù)字標(biāo)識也是相同的。然而，去復(fù)用裝置40的功能與復(fù)用裝置10相反。就是說，單個復(fù)用多色輸入光束42從單個光纖26傳輸，而多個單色輸出光束44傳輸?shù)蕉鄠€光纖12，其中多個單色輸出光束44中的每個光束傳輸?shù)蕉鄠€光纖12中對應(yīng)的一個光纖。單個復(fù)用多色輸入光束42同時攜帶多個數(shù)據(jù)信道，每個數(shù)據(jù)信道是在電磁波頻譜的紅外(IR)區(qū)內(nèi)的波長上，最好是唯一的波長，但不必是唯一的波長。多個單色輸出光束44中的每個光束在單個復(fù)用多色輸入光束42中對應(yīng)的唯一波長上攜帶單個數(shù)據(jù)信道。通過衍射光學(xué)準(zhǔn)直/聚焦透鏡16和反射式衍射光柵18的組合操作，單個復(fù)用多色輸入光束42被分割成多個單色輸出光束44。因此，衍射光學(xué)準(zhǔn)直/聚焦透鏡16和反射式衍射光柵18完成去復(fù)用功能。
此時應(yīng)當(dāng)注意，在去復(fù)用裝置40中，多個光纖12可以用多個對應(yīng)的多個光電檢測器48代替，這些光電檢測器固定在耦合器件50內(nèi)，如圖3b所示。耦合器件50完成類似于光纖耦合器14的功能，把多個光電檢測器48精密組合成一維輸入陣列。多個光電檢測器48代替多個光纖12，用于從去復(fù)用裝置40接收多個單色輸出光束44。光電檢測器陣列48可以單獨工作，或可以與合適的聚焦透鏡一起使用，提供最佳的耦合和最低的信號損耗量和信道串音量。
參照圖5a和5b，它們分別表示按照本發(fā)明另一個實施例中波分復(fù)用裝置60的側(cè)視圖和頂視圖。復(fù)用裝置60的物理結(jié)構(gòu)與復(fù)用裝置10的相同，不同的是，在光纖耦合器14，20與衍射光學(xué)準(zhǔn)直/聚焦透鏡16之間增加了第一均勻折射率引導(dǎo)透鏡62，以及在衍射光學(xué)準(zhǔn)直/聚焦透鏡16與反射式衍射光柵18之間增加了第二均勻折射率引導(dǎo)透鏡64。第一均勻折射率引導(dǎo)透鏡62和第二均勻折射率引導(dǎo)透鏡64最好是用熔凝石英(n＝1.444)制成的，雖然也可以利用眾多其他的光學(xué)玻璃材料。
第一均勻折射率引導(dǎo)透鏡62有平整的前表面62a，用于分別與光纖耦合器14和20和相關(guān)的固定光纖12和22匹配。光纖耦合器14和20和固定光纖12和22可以緊靠平整的前表面62a，或者，利用光膠合劑或一些其他透光粘合技術(shù)，可以粘貼在平整的前表面62a上，它取決于系統(tǒng)的機動性要求以及光束的對準(zhǔn)和損耗考慮。
第一均勻折射率引導(dǎo)透鏡62還有平整的后表面62b，用于與衍射光學(xué)準(zhǔn)直/聚焦透鏡16平整前表面16a的匹配。利用光膠合劑或一些其他透光粘合技術(shù)，第一均勻折射率引導(dǎo)透鏡62的平整后表面62b通常結(jié)合或粘貼在衍射光學(xué)準(zhǔn)直/聚焦透鏡16的平整前表面16a。
第二均勻折射率引導(dǎo)透鏡64有平整的前表面64a，用于與衍射光學(xué)準(zhǔn)直/聚焦透鏡16平整后表面16b的匹配。利用光膠合劑或一些其他透光粘合技術(shù)，第二均勻折射率引導(dǎo)透鏡64的平整前表面64a通常結(jié)合或粘貼在衍射光學(xué)準(zhǔn)直/聚焦透鏡16的平整后表面16b。
第二均勻折射率引導(dǎo)透鏡64還有平整的后表面64b，它相對于復(fù)用裝置60中光軸X-X的夾角類似于反射式衍射光柵18的利特羅角α1。與復(fù)用裝置10的情況一樣，反射式衍射光柵18可以用單獨的材料制成，而利用光膠合劑或一些其他透光粘合技術(shù)，這種材料可以結(jié)合或粘貼在第二均勻折射率引導(dǎo)透鏡64的平整后表面64b?；蛘?，反射式衍射光柵18可以直接形成在第二均勻折射率引導(dǎo)透鏡64的平整后表面64b，從而避免反射式衍射光柵18結(jié)合或粘貼在第二均勻折射率引導(dǎo)透鏡64的平整后表面64b。在任何一種情況下，反射式衍射光柵18和第二均勻折射率引導(dǎo)透鏡64是與衍射光學(xué)準(zhǔn)直/聚焦透鏡16和第一均勻折射率引導(dǎo)透鏡62集成在一起，形成小型，堅固以及環(huán)境和熱穩(wěn)定的復(fù)用裝置60。這種復(fù)用裝置60的集成性質(zhì)對于保持部件對準(zhǔn)是特別有用的，它可以保持長期的穩(wěn)定性能，而一些非集成的空氣介質(zhì)裝置的對準(zhǔn)特性發(fā)生退化，因此其性能隨時間而下降。
此時應(yīng)當(dāng)注意，如以前所描述的，微觀圖形可以形成在衍射光學(xué)準(zhǔn)直/聚焦透鏡16的平整前表面16a或平整后表面16b上，基本不改變該表面的平整特性。因此，不管哪些表面有微觀圖形，衍射光學(xué)準(zhǔn)直/聚焦透鏡16的平整前表面16a和平整后表面16b的平整特性都可以容易地分別與第一均勻折射率引導(dǎo)透鏡62的平整后表面62b和第二均勻折射率引導(dǎo)透鏡64的平整前表面64a匹配和集成組合。與至少有一個彎曲表面的折射光學(xué)透鏡進行比較，衍射光學(xué)準(zhǔn)直/聚焦透鏡16的這些平整特性是特別有利的。
復(fù)用裝置60的功能與復(fù)用裝置10的功能相同，不同的是，由于分別增加了第一均勻折射率引導(dǎo)透鏡62和第二均勻折射率引導(dǎo)透鏡64，光束的傳輸效率略微下降。然而，即使光束傳輸效率略微下降，復(fù)用裝置60的光學(xué)性能仍然是卓越的，這是因為衍射光學(xué)準(zhǔn)直/聚焦透鏡16使用衍射光學(xué)型透鏡而不是折射光學(xué)型透鏡。就是說，如以前所描述的，衍射光學(xué)準(zhǔn)直/聚焦透鏡16使用衍射光學(xué)型透鏡可以消除折射光學(xué)型透鏡球面性質(zhì)引起的像差。盡管分別增加了第一均勻折射率引導(dǎo)透鏡62和第二均勻折射率引導(dǎo)透鏡64，仍然可以消除這些像差。
參照圖6a和6b，它們分別表示按照本發(fā)明另一個實施例中波分復(fù)用裝置70的側(cè)視圖和頂視圖。復(fù)用裝置70的物理結(jié)構(gòu)與復(fù)用裝置60的相同，不同的是，去掉第一均勻折射率引導(dǎo)透鏡62，和延伸衍射光學(xué)準(zhǔn)直/聚焦透鏡16′的平整前表面16′a，為的是使光纖耦合器14，20和固定的光纖12，22分別緊靠平整前表面16′a，或者，利用光膠合劑或一些其他透光粘合技術(shù)，可以粘貼在平整的前表面16′a上，它取決于系統(tǒng)的機動性要求以及光束的對準(zhǔn)和損耗考慮。在此情況下，微觀圖形形成在衍射光學(xué)準(zhǔn)直/聚焦透鏡16′的平整后表面16′b，基本不改變該表面的平整特性。類似于復(fù)用裝置60，復(fù)用裝置70的集成性質(zhì)對于保持部件對準(zhǔn)是特別有用的，它可以保持長期的穩(wěn)定性能，而一些非集成的空氣介質(zhì)裝置的對準(zhǔn)特性發(fā)生退化，因此其性能隨時間而下降。復(fù)用裝置70的功能與復(fù)用裝置60的相同，不同的是，由于去掉第一均勻折射率引導(dǎo)透鏡62，光束的傳輸效率略微上升。
參照圖7a和7b，它們分別表示按照本發(fā)明另一個實施例中波分復(fù)用裝置80的側(cè)視圖和頂視圖。復(fù)用裝置80的物理結(jié)構(gòu)與復(fù)用裝置60的相同，不同的是，去掉第二均勻折射率引導(dǎo)透鏡64，和延伸衍射光學(xué)準(zhǔn)直/聚焦透鏡16″的平整后表面16″b到反射式衍射光柵18，且相對于復(fù)用裝置80中光軸X-X的夾角類似于反射式衍射光柵18的利特羅衍射角α1。在此情況下，微觀圖形形成在衍射光學(xué)準(zhǔn)直/聚焦透鏡16″的平整前表面16″a，基本不改變該表面的平整特性。與復(fù)用裝置10的情況一樣，反射式衍射光柵18可以用單獨的材料制成，而利用光膠合劑或一些其他透光粘合技術(shù)，這種材料可以結(jié)合或粘貼在衍射光學(xué)準(zhǔn)直/聚焦透鏡16″的平整后表面16″b?；蛘撸瓷涫窖苌涔鈻?8可以直接形成在衍射光學(xué)準(zhǔn)直/聚焦透鏡16″的平整后表面16″b上，從而避免反射式衍射光柵18結(jié)合或粘貼在衍射光學(xué)準(zhǔn)直/聚焦透鏡16″的平整后表面16″b。在任何一種情況下，反射式衍射光柵18和衍射光學(xué)準(zhǔn)直/聚焦透鏡16″是與第一均勻折射率引導(dǎo)透鏡62集成在一起，形成小型，堅固以及環(huán)境和熱穩(wěn)定的復(fù)用裝置80。類似于復(fù)用裝置60，復(fù)用裝置80的集成性質(zhì)對于保持部件對準(zhǔn)是特別有用的，它可以保持長期的穩(wěn)定性能，而一些非集成的空氣介質(zhì)裝置的對準(zhǔn)特性發(fā)生退化，因此其性能隨時間而下降。復(fù)用裝置80的功能與復(fù)用裝置60的相同，不同的是，由于去掉第二均勻折射率引導(dǎo)透鏡64，光束的傳輸效率略微增大。
此時應(yīng)當(dāng)注意，可以從復(fù)用裝置60中去掉第一均勻折射率引導(dǎo)透鏡62或第二均勻折射率引導(dǎo)透鏡64，可以從復(fù)用裝置70中去掉第二均勻折射率引導(dǎo)透鏡64，以及可以從復(fù)用裝置80中去掉第一均勻折射率引導(dǎo)透鏡62，為的是建立附加的另一些實施例(未展示)，而仍然保持準(zhǔn)直/聚焦透鏡16使用衍射光學(xué)型透鏡而不是折射光學(xué)型透鏡的上述優(yōu)點。
參照圖8，它表示按照本發(fā)明另一個實施例中波分復(fù)用裝置100的側(cè)視圖。復(fù)用裝置100不同于以前描述的實施例，它利用單獨的衍射光學(xué)準(zhǔn)直透鏡102，單獨的衍射光學(xué)聚焦透鏡106和反射式衍射光柵104，該衍射光柵配置的反射角不同于上述實施例中的反射角。衍射光學(xué)準(zhǔn)直透鏡102準(zhǔn)直多個單色輸入光束24，并傳輸多個準(zhǔn)直的單色輸入光束24′到反射式衍射光柵104。反射式衍射光柵104從多個準(zhǔn)直的單色輸入光束24′中去掉角分離，并反射單個準(zhǔn)直的復(fù)用多色輸出光束26′到衍射光學(xué)聚焦透鏡106。衍射光學(xué)聚焦透鏡106會聚單個準(zhǔn)直的復(fù)用多色輸出光束26′，并傳輸形成的單個復(fù)用多色輸出光束26到輸出光纖耦合器20，該光束入射到單個輸出光纖22。單個復(fù)用多色輸出光束26耦合到單個輸出光纖22進行傳輸。
按照上述的實際情況，均勻折射率引導(dǎo)透鏡可以添加到復(fù)用裝置100，和/或可以延伸衍射光學(xué)準(zhǔn)直透鏡102和衍射光學(xué)聚焦透鏡106中的一種透鏡，為的是允許光纖耦合器14和固定的光纖12或光纖耦合器20和固定的光纖22分別緊靠衍射光學(xué)準(zhǔn)直透鏡102或衍射光學(xué)聚焦透鏡106的平整前表面，或者，利用光膠合劑或一些其他透光粘合技術(shù)，粘貼在光學(xué)準(zhǔn)直透鏡102或衍射光學(xué)聚焦透鏡106的平整前表面，它取決于系統(tǒng)的機動性要求以及光束的對準(zhǔn)和損耗考慮。與使用這些替代/附加部件相關(guān)的優(yōu)點和缺點也適合于復(fù)用裝置100，它與上述實施例中的情況一樣。當(dāng)然，最重要的優(yōu)點是源于準(zhǔn)直透鏡102和聚焦透鏡106是使用衍射光學(xué)型透鏡而不是折射光學(xué)型透鏡。就是說，與實施例無關(guān)，在WDM裝置中使用衍射光學(xué)型透鏡獲得改進的裝置性能和降低的裝置成本，復(fù)雜性和制造風(fēng)險。簡單地說，使用衍射光學(xué)型透鏡允許構(gòu)造簡單，低成本和功能強大的WDM裝置，特別是在DWDM(即，高信道數(shù)目)裝置的應(yīng)用中。
此時應(yīng)當(dāng)注意，若為了進一步提高裝置性能，則可以添加附加的透鏡到上述裝置中，如果這些透鏡是必需的。例如，若為了進一步提高裝置的光纖耦合效率(FCE)，則可以添加附加的衍射光學(xué)透鏡或折射光學(xué)透鏡到上述裝置中。與插入損耗的量度比較，WDM裝置的FCE僅表示W(wǎng)DM裝置光學(xué)系統(tǒng)中每個數(shù)據(jù)信道的效率，沒有考慮到衍射光柵的效率。在這些情況下，往往要考慮在略微提高FAE與在裝置中添加附加透鏡而使成本增大之間取折衷。
本發(fā)明不限制于此處描述的具體實施例的范圍。確實，除了以上描述的之外，本領(lǐng)域?qū)I(yè)人員根據(jù)以上的描述和附圖可以提出本發(fā)明的各種改動。因此，這些改動應(yīng)當(dāng)都在所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種有衍射光柵的改進波分復(fù)用裝置，用于把多個單色光束組合成一個復(fù)用多色光束，這種改進包括衍射光學(xué)準(zhǔn)直/聚焦透鏡，用于準(zhǔn)直沿第一方向傳播的多個單色光束到衍射光柵，和用于會聚來自衍射光柵沿第二方向傳播的復(fù)用多色光束，第二方向與第一方向大致相反。
2.按照權(quán)利要求1的改進波分復(fù)用裝置，其中衍射光學(xué)準(zhǔn)直/聚焦透鏡工作在電磁波頻譜的紅外區(qū)。
3.按照權(quán)利要求1的改進波分復(fù)用裝置，其中衍射光學(xué)準(zhǔn)直/聚焦透鏡有基本平整的前表面和后表面。
4.按照權(quán)利要求3的改進波分復(fù)用裝置，其中微觀圖形形成在基本平整的前表面上。
5.按照權(quán)利要求3的改進波分復(fù)用裝置，其中微觀圖形形成在基本平整的后表面上。
6.按照權(quán)利要求1的改進波分復(fù)用裝置，其中衍射光學(xué)準(zhǔn)直/聚焦透鏡是由選自玻璃，晶體和塑料的材料制成。
7.按照權(quán)利要求1的改進波分復(fù)用裝置，其中衍射光學(xué)準(zhǔn)直/聚焦透鏡是二元衍射光學(xué)透鏡。
8.按照權(quán)利要求1的改進波分復(fù)用裝置，其中衍射光學(xué)準(zhǔn)直/聚焦透鏡是菲涅耳衍射光學(xué)透鏡。
9.按照權(quán)利要求1的改進波分復(fù)用裝置，其中衍射光柵是反射式衍射光柵，該衍射光柵以相對于第一方向和第二方向的利特羅衍射角取向。
10.一種有衍射光柵的改進波分復(fù)用裝置，用于把多個單色光束組合成一個復(fù)用多色光束，這種改進包括衍射光學(xué)準(zhǔn)直透鏡，用于準(zhǔn)直沿第一方向傳播的多個單色光束到衍射光柵；和衍射光學(xué)聚焦透鏡，用于會聚來自衍射光柵沿第二方向傳播的復(fù)用多色光束，第二方向與第一方向不同。
11.一種有衍射光柵的改進波分去復(fù)用裝置，用于把一個復(fù)用多色光束分割成多個單色光束，這種改進包括衍射光學(xué)準(zhǔn)直/聚焦透鏡，用于準(zhǔn)直沿第一方向傳播的復(fù)用多色光束到衍射光柵，和用于會聚來自衍射光柵沿第二方向傳播的多個單色光束，第二方向與第一方向大致相反。
12.按照權(quán)利要求11的改進波分去復(fù)用裝置，其中衍射光學(xué)準(zhǔn)直/聚焦透鏡工作在電磁波頻譜的紅外區(qū)。
13.按照權(quán)利要求11的改進波分去復(fù)用裝置，其中衍射光學(xué)準(zhǔn)直/聚焦透鏡有基本平整的前表面和后表面。
14.按照權(quán)利要求13的改進波分去復(fù)用裝置，其中微觀圖形形成在基本平整的前表面上。
15.按照權(quán)利要求13的改進波分去復(fù)用裝置，其中微觀圖形形成在基本平整的后表面上。
16.按照權(quán)利要求11的改進波分去復(fù)用裝置，其中衍射光學(xué)準(zhǔn)直/聚焦透鏡是由選自玻璃，晶體和塑料的材料制成。
17.按照權(quán)利要求11的改進波分去復(fù)用裝置，其中衍射光學(xué)準(zhǔn)直/聚焦透鏡是二元衍射光學(xué)透鏡。
18.按照權(quán)利要求11的改進波分去復(fù)用裝置，其中衍射光學(xué)準(zhǔn)直/聚焦透鏡是菲涅耳衍射光學(xué)透鏡。
19.按照權(quán)利要求11的改進波分去復(fù)用裝置，其中衍射光柵是反射式衍射光柵，該衍射光柵以相對于第一方向和第二方向的利特羅衍射角取向。
20.一種有衍射光柵的改進波分去復(fù)用裝置，用于把一個復(fù)用多色光束分割成多個單色光束，這種改進包括衍射光學(xué)準(zhǔn)直透鏡，用于準(zhǔn)直沿第一方向傳播的復(fù)用多色光束到衍射光柵；和衍射光學(xué)聚焦透鏡，用于會聚來自衍射光柵沿第二方向傳播的多個單色光束，第二方向與第一方向不同。
21.一種集成波分復(fù)用裝置，包括衍射光學(xué)準(zhǔn)直/聚焦透鏡，用于準(zhǔn)直沿第一方向傳播的多個單色光束，和用于會聚沿第二方向傳播的復(fù)用多色光束，第二方向與第一方向大致相反；粘貼在衍射光學(xué)準(zhǔn)直/聚焦透鏡的均勻折射率引導(dǎo)透鏡，用于沿第一方向傳輸來自衍射光學(xué)準(zhǔn)直/聚焦透鏡的多個單色光束，和用于沿第二方向傳輸復(fù)用多色光束到衍射光學(xué)準(zhǔn)直/聚焦透鏡，該均勻折射率引導(dǎo)透鏡有平整的連接面；和均勻折射率引導(dǎo)透鏡的平整連接面處形成的衍射光柵，用于把多個單色光束組合成復(fù)用多色光束，并反射該復(fù)用多色光束回到均勻折射率引導(dǎo)透鏡。
22.按照權(quán)利要求21的裝置，其中均勻折射率引導(dǎo)透鏡合并到衍射光學(xué)準(zhǔn)直/聚焦透鏡，因此，該衍射光學(xué)準(zhǔn)直/聚焦透鏡有形成衍射光柵的平整連接面。
23.按照權(quán)利要求21的裝置，其中均勻折射率引導(dǎo)透鏡是第一均勻折射率引導(dǎo)透鏡，該裝置還包括粘貼在射光學(xué)準(zhǔn)直/聚焦透鏡的第二均勻折射率引導(dǎo)透鏡，用于沿第一方向傳輸多個單色光束到衍射光學(xué)準(zhǔn)直/聚焦透鏡，和用于沿第二方向傳輸來自衍射光學(xué)準(zhǔn)直/聚焦透鏡的復(fù)用多色光束。
24.按照權(quán)利要求23的裝置，其中第二均勻折射率引導(dǎo)透鏡有平整的連接面，用于從至少一個光源接收多個單色光束，和用于輸出復(fù)用多色光束到至少一個光接收器。
25.按照權(quán)利要求23的裝置，其中衍射光學(xué)準(zhǔn)直/聚焦透鏡有平整的連接面，用于從至少一個光源接收多個單色光束，和用于輸出復(fù)用多色光束到至少一個光接收器。
26.按照權(quán)利要求21的裝置，其中衍射光柵是反射式衍射光柵，該衍射光柵以相對于第一方向和第二方向的利特羅衍射角取向。
27.一種集成波分去復(fù)用裝置，包括衍射光學(xué)準(zhǔn)直/聚焦透鏡，用于準(zhǔn)直沿第一方向傳播的復(fù)用多色光束，和會聚沿第二方向傳播的多個單色光束，第二方向與第一方向大致相反；粘貼在衍射光學(xué)準(zhǔn)直/聚焦透鏡的均勻折射率引導(dǎo)透鏡，用于沿第一方向傳輸來自衍射光學(xué)準(zhǔn)直/聚焦透鏡的復(fù)用多色光束，和用于沿第二方向傳輸多個單色光束到衍射光學(xué)準(zhǔn)直/聚焦透鏡，該均勻折射率引導(dǎo)透鏡有平整的連接面；和均勻折射率引導(dǎo)透鏡的平整連接面處形成的衍射光柵，用于把復(fù)用多色光束分割成多個單色光束，并反射該多個單色光束回到均勻折射率引導(dǎo)透鏡。
28.按照權(quán)利要求27的裝置，其中均勻折射率引導(dǎo)透鏡合并到衍射光學(xué)準(zhǔn)直/聚焦透鏡，因此，該衍射光學(xué)準(zhǔn)直/聚焦透鏡有形成衍射光柵的平整連接面。
29.按照權(quán)利要求27的裝置，其中均勻折射率引導(dǎo)透鏡是第一均勻折射率引導(dǎo)透鏡，該裝置還包括粘貼在衍射光學(xué)準(zhǔn)直/聚焦透鏡的第二均勻折射率引導(dǎo)透鏡，用于沿第一方向傳輸復(fù)用多色光束到衍射光學(xué)準(zhǔn)直/聚焦透鏡，和用于沿第二方向傳輸來自衍射光學(xué)準(zhǔn)直/聚焦透鏡的多個單色光束。
30.按照權(quán)利要求29的裝置，其中第二均勻折射率引導(dǎo)透鏡有平整的連接面，用于從光源接收復(fù)用多色光束，和用于輸出多個單色光束到至少一個光接收器。
31.按照權(quán)利要求27的裝置，其中衍射光學(xué)準(zhǔn)直/聚焦透鏡有平整的連接面，用于從光源接收復(fù)用多色光束，和用于輸出多個單色光束到至少一個光接收器。
32.按照權(quán)利要求27的裝置，其中衍射光柵是反射式衍射光柵，該衍射光柵以相對于第一方向和第二方向的利特羅衍射角取向。
33.一種波分復(fù)用裝置，包括衍射光學(xué)準(zhǔn)直透鏡，用于準(zhǔn)直多個單色光束；衍射光柵，用于把多個準(zhǔn)直的單色光束組合成一個復(fù)用多色光束，并反射該復(fù)用多色光束；和衍射光學(xué)聚焦透鏡，用于會聚反射的復(fù)用多色光束。
34.按照權(quán)利要求33的裝置，還包括至少一個反射元件，用于反射多個準(zhǔn)直的單色光束到衍射光柵。
35.按照權(quán)利要求33的裝置，還包括至少一個反射元件，用于反射反射的復(fù)用多色光束到衍射光學(xué)聚焦透鏡。
36.一種波分去復(fù)用裝置，包括衍射光學(xué)準(zhǔn)直透鏡，用于準(zhǔn)直復(fù)用多色光束；衍射光柵，用于把準(zhǔn)直的復(fù)用多色光束分割成多個單色光束，并反射該多個單色光束；和衍射光學(xué)聚焦透鏡，用于會聚多個反射的單色光束。
37.按照權(quán)利要求36的裝置，還包括至少一個反射元件，用于反射準(zhǔn)直的復(fù)用多色光束到衍射光柵。
38.按照權(quán)利要求36的裝置，還包括至少一個反射元件，用于反射多個反射的單色光束到衍射光學(xué)聚焦透鏡。
全文摘要
公開一種改進波分復(fù)用裝置(10)。改進波分復(fù)用裝置(10)有衍射光柵(18),用于把多個單色光束(24)組合成一個復(fù)用多色光束。改進波分復(fù)用裝置(10)中的改進是利用衍射光學(xué)準(zhǔn)直/聚焦透鏡(16),用于準(zhǔn)直沿第一方向(24′)傳播的多個單色光束(24)到衍射光柵(18),和用于會聚來自衍射光柵(18)沿第二方向(26′)傳播的復(fù)用多色光束(26),其中第二方向(26′)與第一方向(24′)大致相反。
文檔編號G02B6/42GK1372648SQ00812438
公開日2002年10月2日 申請日期2000年5月31日 優(yōu)先權(quán)日1999年7月29日
發(fā)明者羅伯特·K·維德 申請人:光學(xué)芯片公司