專利名稱：光波分復用器/波分去復用器裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光波分復用器/波分去復用器裝置，還涉及包括這種光波分復用器/波分去復用器裝置的各種裝置。
基于光纖的電信和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)已非常平常。為使每個光纖鏈路的帶寬最大化，已公知的是通過單光纖電纜傳輸載有稍微不同波長光束的大量數(shù)據(jù)。典型地，單獨產(chǎn)生每個波長(諸如由固態(tài)激光器)，并被調(diào)制以承載所需要的數(shù)字數(shù)據(jù)信號。在耦合進入光纖之前，在多路復用器中將不同波長信道結(jié)合在一起。
為從組合光束中提取多個不同波長光束中的每個，可使用去多路復用器。因此，由每個光束承載的信號可被單獨檢測以允許提取數(shù)字數(shù)據(jù)，或者每個光束可被單獨操作(例如，放大、衰減和重新路由等等)。典型的去多路復用器在結(jié)構(gòu)上同多路復用器相同；去多路復用器是一個簡單的反過來工作的多路復用器裝置。
一種已知類型的光波分復用器包括級聯(lián)的濾光器。每個濾光器具有不同的透射/反射特性，僅傳播給定波長帶寬范圍內(nèi)的光。通過反射包括來自濾光器一側(cè)的透射帶寬之外的波長的光，并同時沿著一個方向通過濾光器傳遞在透射帶寬內(nèi)的光以使與反射光的傳播方向一致，可收集多重波長組分信號。采用這樣的方式，可以構(gòu)建包括多重波長組分的光信號。典型地，形成多路復用器的元件在可調(diào)節(jié)裝置中相互對準或在固定之前有效對準。然后，光在自由空間中的元件之間傳播。
上述類型的已知多路復用器裝置存在多個不利之處。例如，薄膜濾光器的光譜特性本身極大地依賴于光的入射角度。因此，濾光器要求相對于入射光進行精確地角度對準，或者降低它們的波長相關(guān)透射/反射特性而導致光泄漏。在多路復用器的情況下，要保證不同波長信號的傳播路徑在結(jié)合之后真正的共同入射以有效地耦合進入任一輸出光纖，濾光器的角度對準很重要。沿著級聯(lián)濾光器的角度未對準的復合作用大大增加了所需要的濾光器角度對準精度。為得到所需要的濾光器對準精度，多路復用器裝置的光學元件在裝配期間可以被典型地調(diào)節(jié)以保證對準最優(yōu)化；事實證明這種方式耗費時間、復雜而且成本高。此外，光在自由空間傳播可導致光束衍射作用，所述光束衍射作用降低了所述裝置的整體光效率。隨著時間推移，機械振動和熱作用也可導致元件對準降低。
本發(fā)明的目標是至少減少一些上述缺點。
根據(jù)本發(fā)民的第一方面，一種光波分復用器/波分去復用器裝置，包括具有多個波長選擇濾光器的襯底，所述濾光器布置成提供組合光束和多個單獨光束之間的轉(zhuǎn)換，所述組合光束包括多個波長信道，所述多個單獨光束中的每個都包括所述多個波長信道的子集，其特征在于，空心波導形成于所述襯底上以在波長選擇濾光器之間引導光。
由于減小了裝置中的光束發(fā)散和串擾影響，因此在空心波導中引導光非常有利。因此本發(fā)明提供了一種同光在自由空間中的波長選擇濾光器之間傳播的已知裝置相比具有更高光效率的多路復用器或去多路復用器。通過所述裝置引導光還保證了光束衍射作用沒有降低效率，當光射出所述裝置時以所述效率耦合進入光纖。
此處使用的術(shù)語波長信道是指在所限定波長帶寬內(nèi)的波長范圍。典型地，波長信道是一個具有特定譜線寬度的單獨的波長輸出(例如來自固態(tài)激光器)。國際電信同盟(ITU)規(guī)定了大量的標準波長帶寬。例如，ITU密集波分復用系統(tǒng)使用具有100GHz頻率間距的光信號。
當所述裝置作為去多路復用器時，將包括一組波長信道的光束分裂成包括這些波長信道子集的多個光束。每個單獨光束可以包括僅僅一個波長信道，或者包括兩個或多個波長信道。相似地，當所述裝置作為多路復用器時，所述裝置將單獨光束(每個單獨光束可包括一個或多個波長信道)結(jié)合形成組合光束，所述組合光束包括單獨光束的所有波長信道。
應(yīng)當注意的是，當制造空心波導結(jié)構(gòu)時，空心很可能被填充了空氣。然而，決不能將此看作是對本發(fā)明范圍的限制。所述空心可能含有任一流體(例如液體，或諸如氮氣的惰性氣體)或者是真空。術(shù)語空心僅意味著一種沒有任何固體材料的中心。此外，此處使用的術(shù)語“光”和“光學”是指任何具有從深紫外線至遠紅外線波長的電磁射束。
便利地，每個波長選擇濾光器透射單一的波長信道。可替代的方案是，每個波長選擇濾光器有利地反射單一的波長信道。也可使用透射和反射濾光器的結(jié)合。
有利地，波長選擇濾光器包括薄膜光纖。例如，多層或標準器(etalon)薄膜光纖。如果未對準為1°，則典型的薄膜濾光器在其中心帶通波長處將具有大約0.1nm的偏移。
優(yōu)選地，襯底附加包括多個對準插槽，所述多個對準插槽排成直線用于接受所述濾光器。對準插槽可以形成在所述襯底中，并設(shè)計其形狀，使其排成直線以接受所述波長選擇濾光器。所述對準插槽可比空心光波導所需要的對準插槽更深/更淺和/或更寬/更窄。
制造具有足夠精度的對準插槽以對準濾光器(即，布置對準插槽成一直線以接受濾光器)尤其有利。在這種情況下，將濾光器放在對準插槽中本身使得濾光器相對于空心波導對準，并因此準確地確定了濾光器上光的入射角度。因此不再需要單獨的濾光器對準或調(diào)節(jié)步驟。電子電路制造中所使用類型的傳統(tǒng)取放(pick and place)技術(shù)等等可用于將濾光器放置在合適的對準插槽中。
對準插槽也可有利地包括微機電系統(tǒng)(MEMS)彈簧夾或彈簧鉗以支撐所述濾光器或?qū)⑺鰹V光器與參考表面接合。
可替代的方案是，可使用取放技術(shù)以提供必要的對準。例如，在放置期間使元件精確對準，然后固定(例如膠合)使其對準。
優(yōu)選地，所述襯底包括半導體材料，所述空心波導和任一對準插槽形成在所述襯底上。半導體襯底(諸如硅)可采用微制造技術(shù)(例如深反應(yīng)離子刻蝕)以高精度刻蝕。所述襯底可有利地包括多層晶片；諸如鍺上的硅(SiGe)、藍寶石上的硅、絕緣體上的硅(SOI)、玻璃上的硅。本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員將認識到的是，微制造技術(shù)典型地包括限定圖案的光刻，接著是刻蝕步驟以將圖案轉(zhuǎn)移到襯底材料上或襯底材料中的一層或多層。所述光刻步驟可包括光刻、x射線或電子束光刻。所述刻蝕步驟可使用離子束磨碎、化學刻蝕、干法等離子體刻蝕或深干法刻蝕(也稱作深硅刻蝕)完成。這種類型的微制造技術(shù)與各種層沉積技術(shù)兼容，諸如濺射，CVD、無電電鍍和電鍍。
盡管可以有利地使用包括半導體材料的襯底，但是所述裝置也可形成在多種可替代的襯底之上。所述襯底可有利地為基于氧化硅的襯底；例如可由石英、二氧化硅或玻璃形成。襯底也可為浮雕式，或圖案可以在聚合物層中光刻限定。從制造方面考慮，使用批微制造技術(shù)可以很有利。
有利地，提供底部分和蓋部分以限定所述空心波導。在PCT專利申請GB2003/000331中詳細描述了這種裝置，并提供了制造這種裝置的方便方法。
便利地，在襯底上提供至少另一空心波導以將所述組合光束和/或所述多個光束引入或引出所述多個波長選擇濾光器，所述多個光束的每個光束都包括所述多個波長信道的子集。
有利地，在所述襯底中提供至少一個光纖對準插槽，所述光纖對準插槽布置成一直線以接受光纖，因此使光在所述光纖和所述至少另一空心波導之間耦合。
換句話講，光纖對準插槽可以形成在襯底中以接收光纖，所述光纖承載由所述裝置的空心波導引入或引出所述空心波導的光束。在實心光纖的情況下，可提供階梯光纖對準插槽以支撐緩沖層和覆層。例如，通過在對準插槽中鉗位光纖覆層，還可實現(xiàn)空心光纖的中心同所述設(shè)備的空心波導對準。由于空氣中心至空氣中心連接將避免任何不期望的反射，因此空心光纖的使用尤其有利。
為提供光纖的中心和設(shè)備的空心波導之間有效耦合，空心波導的橫截面應(yīng)適合光纖中心的橫截面。在實心光纖的情況下，進入覆層的泄漏意味著由光纖承載的模式寬度實際大于中心直徑；例如典型的單模玻璃光纖的10μm實心具有大約14μm直徑的總場寬。實心光纖的光纖末端可被涂覆抗反射層。
如果光纖的模式寬度同空心波導的模式寬度不同，則便利地可使用模式匹配裝置例如透鏡(諸如球透鏡或GRIN棒等)，使光在至少一個光纖和至少另一空心波導之間耦合?？商娲姆桨笗r，可使用透鏡式光纖(lensed fibre)，這樣將不再需要單獨透鏡。
有利地，至少一個空心波導包括一個或多個混合或整體反射元件。所述反射元件的提供使得空心波導可由多個相互成角度的大量波導部分形成。例如，這使得光束可以穿過90°角引導。這種元件的提供允許提供多個簡便的光學回路。
有利地，至少有些空心波導的內(nèi)表面承載有反射涂層。便利地，反射涂層為金屬層，諸如金、銀或銅。金屬在波長范圍內(nèi)會呈現(xiàn)出適合的低折射率，而這是由金屬的物理特性決定的；諸如E.D.Palik的光學常數(shù)手冊(Academic Press，London，1998)的標準教科書提供了關(guān)于各種材料的波長相關(guān)折射率的準確數(shù)據(jù)。特別是，在大約500nm至2.2μm的范圍的波長內(nèi)，金同空氣相比具有更小的折射率；所述范圍包括了在1400nm至1600nm的重要電信波段的波長。銅在560nm至2200nm的波長范圍內(nèi)呈現(xiàn)出并不單一的折射率，而銀在320nm至2480nm的波長范圍內(nèi)卻具有相似的折射率特性。
使用本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的多種技術(shù)可沉積金屬層。這些技術(shù)包括濺射、蒸發(fā)、化學氣相沉積(CVD)和(有電或無電)電鍍。CVD和電鍍技術(shù)允許沉積金屬層而沒有明顯的方向相關(guān)厚度變化。采用旋轉(zhuǎn)樣品和/或源的濺射也供了均勻涂層。由于電鍍技術(shù)允許使用批處理(即多襯底并行)，因此電鍍技術(shù)尤其有利。
本領(lǐng)域技術(shù)人員將認識到，可在沉積金屬層之前將粘附層和/或阻擋擴散層沉積在空心波導的表面上。例如，在沉積金之前可提供鉻層或鈦層作為粘附層。阻擋擴散層(諸如鉑)也可在沉積金之前沉積在粘附層上?？商娲姆桨甘?，可使用合成粘附層和擴散層(諸如氮化鈦、鈦鎢合金或絕緣層)。
反射涂層也可由全電介質(zhì)堆疊或金屬電介質(zhì)堆疊提供。本領(lǐng)技術(shù)人員將認識到，電介質(zhì)層的光學厚度提供了界面效應(yīng)，所述界面效應(yīng)將確定涂層的反射特性。所述電介質(zhì)材料可通過CVD或濺射或反應(yīng)濺射得以沉積?？商娲姆桨甘?，可通過與沉積金屬層的化學反應(yīng)形成電介質(zhì)層。例如，銀層可同鹵化物化學反應(yīng)產(chǎn)生鹵化銀薄表面層。
換句話講，反射涂層可由全電介質(zhì)堆疊或金屬電介質(zhì)堆疊提供。也可使用半導體電介質(zhì)堆疊。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認識到，電介質(zhì)層的光學厚度產(chǎn)生了需要的界面效應(yīng)，因此確定了涂層的反射特性。所述涂層的反射特性在一定程度上同材料(其中形成空心波導)的特性相關(guān)。因此，形成所述波導的材料也可形成底層，并成為任何這種多層電介質(zhì)堆疊的一部分。
便利地，以所需尺寸形成空心波導以支持基模傳播或可替代的支持多模傳播。
如果提供了多模空心波導結(jié)構(gòu)，可以以所需尺寸形成所述裝置以允許使用重新成像作用。所述重新成像現(xiàn)象以及對于給定波導的重新成像距離計算的相關(guān)詳細情況將在下面更加詳細描述。簡而言之，所述重新成像作用提供了一定距離的輸入場的重現(xiàn)，所述的一定距離是指從場入射至進入多模波導的距離。布置所述裝置使得通過該裝置所有光路長度為該重新成像長度的倍數(shù)，從而使得輸入光纖的輸入場可在任一光輸出處重現(xiàn)。這使得光有效地耦合進入輸出光纖。
有利地，一個或多個空心光波導的部分具有基本矩形(此處所述矩形應(yīng)包括正方形)的橫截面。正方形或幾乎正方形橫截面空心波導提供了一種波導，在所述波導中損耗基本上與偏振無關(guān)，并當光的偏振態(tài)未知或者變化時所述正方形或幾乎正方形橫截面的空心波導是優(yōu)選的。雖然以所需尺寸形成波導使其具有的深度大于其寬度或者反之將增加偏振相關(guān)損耗，但是當通過波導傳播的光的偏振態(tài)已知時可能很有利。
盡管矩形橫截面波導非常便利，但是還可使用許多可替代的波導形狀。例如，可提供圓形、橢圓或V形波導。
便利地，組合光束包括至少3個、4個、8個、16個、32個、64個或128個波長信道。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，一種光學裝置，包括去多路復用器級和多路復用器級，所述去多路復用器級包括根據(jù)本發(fā)明第一方面的裝置，所述裝置被布置成接收包括多個波長信道的組合光束，并將所述組合光束分裂成每個都包括單波長信道的多個光束；所述多路復用器級包括根據(jù)本發(fā)明第一方面的裝置，所述裝置被布置成接收包括多個光束，其中每個光束都包括單波長信道，并結(jié)合所述多個光束以形成包括多個波長信道的組合光束，其中由所述去多路復用器級產(chǎn)生的多個光束中的一個或多個經(jīng)過光學處理裝置被路由至多路復用器級。
使用具有中間光學處理級的多路復用器和去多路復用器提供了這樣一種裝置，所述裝置用于在組合光束(具有多個波長信道)中提取和單獨作用于一個或多個波長信道。所述光學處理裝置可在用以提供多路復用和去多路復用器級的襯底中形成，并可便利的包括同空心光波導連接的元件。在同一襯底上形成整個光學裝置降低了制造的復雜性和成本。
便利地，光學處理裝置包括至少一個光放大器，例如鉺摻雜光纖放大器(EDFA)。采用這樣的方式，可以增加一個或多個單波長信道的功率；例如使得所述裝置具有純零光損耗。應(yīng)當理解的是，如果需要可提供衰減器(例如可變光學衰減器)以減少信道的光學功率。
有利地，因而包括光路由裝置的光學處理裝置可以用作光路由器。所述光路由裝置可以為固定結(jié)構(gòu)(因此使光路由器“硬接線”)或為可重新配置的光路由裝置。
通過所述光路由裝置可接收一個或多個附加波長信道，所述光路由裝置布置成將所述附加波長信道的至少一些路由至所述多路復用器級。采用這樣的方式，信道可以合并到組合光束和/或從組合光束中分解。從組合光束中分解的信道可隨后被耦合進入第二組合光束。因此采用單一襯底構(gòu)建了復雜的路由裝置。
所述光路由裝置可以有利地包括矩陣開關(guān)。例如，可使用在GB專利申請0306638.8(代理參考P2754/AA)中申明了優(yōu)先權(quán)的、未決國際專利申請中所述類型的二維矩陣開關(guān)。
便利地，矩陣開關(guān)包括微機電系統(tǒng)(MEMS)致動元件陣列。此處，MEMS包括微加工元件、微系統(tǒng)技術(shù)、微機器人和微工程等等。所述MEMS元件可有利地包括電熱致動機構(gòu)(諸如光束彎曲裝置)以提供大偏心距(例如，5-100μm滿刻度偏轉(zhuǎn))致動。也可使用諸如電磁、靜電(諸如梳形驅(qū)動馬達)、雙壓電晶片或壓電的可替代的致動機構(gòu)。有關(guān)MEMS裝置致動技術(shù)以及相關(guān)制造技術(shù)的更多細節(jié)可在1997年CRC出版社(Boca Raton)出版的Marc Madou的“微制造基本原理”(Fundamental of Microfabrication)中(ISBN 0-8493-9451-1)找到。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，一種用于光波分復用器/波分去復用器裝置的襯底，包括多個對準插槽，用于接受多個波長選擇濾光器和空心波導，以在所述對準插槽之間引導光，其中這樣的布置提供了當適當?shù)牟ㄩL選擇濾光器位于所述對準插槽中時，在包括多個波長信道的組合光束和包括單波長信道的多個光束之間進行轉(zhuǎn)換。
現(xiàn)在將結(jié)合附圖，僅通過實例介紹本發(fā)明，其中

圖1示出了本發(fā)明的多路復用器，圖2示出了本發(fā)明的另一多路復用器的一部分，以及圖3示出了本發(fā)明的插/分多路復用器裝置。
參考圖1，示出了根據(jù)本發(fā)明的多路復用器2。所述多路復用器2包括具有矩形橫截面的空心波導結(jié)構(gòu)4，所述具有矩形橫截面的空心波導結(jié)構(gòu)4通過深反應(yīng)離子刻蝕形成在絕緣體上的硅(SOI)襯底6上。多路復用器布置成接收來自單模輸入光纖10的組合光束8，所述組合光束8包括波長λ1到λ6的6個組分光束。提供第一輸出光纖12、第二輸出光纖14、第三輸出光纖16、第四輸出光纖18、第五輸出光纖20以及第六輸出光纖22以分別接收具有波長λ1到λ6的6個輸出光束。還提供了球透鏡24使得光在空心波導結(jié)構(gòu)4和輸入光纖10以及每個輸出光纖12到22之間耦合。
所述襯底還包括對準插槽，第一濾光器26、第二濾光器28、第三濾光器30、第四濾光器32、第五濾光器34和第六濾光器36位于所述對準插槽中。第一至第六濾光器26至36為分別具有允許波長λ1到λ6的光透射的光譜特性的薄膜濾光器；任何在規(guī)定濾光器波長以外的波長基本上被濾光器反射。
在使用中，接收自輸入光纖10的組合光束8耦合進入空心波導結(jié)構(gòu)4并朝向第一濾光器26。所述第一濾光器26透射具有λ1波長的光并反射所有其它波長的光(即波長λ2至λ6的光束)。然后光束組分λ1被引導并耦合進入第一輸出光纖12，而組合光束的其余組分(即λ2至λ6)被引導進入第二濾光器28。所述第二濾光器28透射具有λ2波長的光并反射所有其它波長的光(即λ3至λ6)。然后光束組分λ2被引導并耦合進入第二輸出光纖14，而組合光束的其余組分(即λ3至λ6)被引導進入第三濾光器30。對于第四、第五、第六濾光器重復該選擇性透射/反射，并導致波長λ1到λ6的光束分別被耦合進入第一至第六輸出光纖12-22。
如上所述，空心波導的提供降低了與自由空間傳播相關(guān)的光損耗。所述空心波導結(jié)構(gòu)還保證了組合光束沿著同一光路傳播。此外，使用形成空心波導的相同工藝在襯底中定義用于濾光器的對準插槽，保證了所述濾光器相對于波導中光傳播方向的精確對準(例如在45°)；這使得濾光器的效率最大化。
應(yīng)當注意的是，上述裝置作為去多路復用器嚴格地工作。然而，所述裝置可相反工作以將不同波長的六種光束組合形成組合光束。
因此參考圖1的裝置提供了一種簡便的多路復用器。然而，在某些情況下，對于承載單一組分光束的光纖將是非常有用的，所述單一組分光束沿著所述多路復用器裝置的一側(cè)橫行分開。圖2示出了這種結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)。
參考圖2，示出了根據(jù)本發(fā)明的可替代的多路復用器50的一部分。同參考圖1所述的裝置相同，多路復用器50布置成接收來自單模輸入光纖10的組合光束8，所述組合光束8包括波長λ1到λ6的六個組分光束。提供第一輸出光纖12、第二輸出光纖14、第三輸出光纖16以及第四至第六輸出光纖(未示出)以分別接收具有波長λ1到λ6的6個單獨輸出光束。提供球透鏡24使得光在空心波導結(jié)構(gòu)4和輸入光纖10以及每個輸出光纖之間耦合。所述襯底6(多路復用器形成在襯底6中)還包括對準插槽，第一濾光器26、第二濾光器28、第三濾光器30以及第四至第六濾光器(未示出)位于所述對準插槽上。
多路復用器50中的光路同圖1示出的光路不同，以使每個輸出光纖可沿著同一軸橫向移動。為提供這樣一種結(jié)構(gòu)，反射鏡52位于每個濾光器中間的波導結(jié)構(gòu)內(nèi)，以通過90度角引導組合光束。采用這樣的方式，可以在濾光器上獲得需要的光的入射角度(這種情況下是45°)。
圖2只是示出了多路復用器的空心波導結(jié)構(gòu)的一種變型。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當理解的是，可能有多種調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)。例如，濾光器之間的空心波導可由任一角度路由；這不僅可以通過反射鏡面反射得以實現(xiàn)，而且可以通過諸如提供彎曲空心波導結(jié)構(gòu)的多種方法得以實現(xiàn)。
參考圖3，示出了包括去多路復用器/多路復用器裝置以提供可重新配置的光學插分多路復用器(ROADM)的路由裝置100。所述路由裝置100包括去多路復用器級102和多路復用器級104。在去多路復用器級和多路復用器級之間還提供了中間光交換級106。
去多路復用器級102包括三通道去多路復用器裝置。所述去多路復用器包括第一濾光器26、第二濾光器28、第三濾光器30以及一對反射鏡52。所述濾光器和反射鏡保持在形成于硅襯底上的對準插槽中，并通過空心波導以上面參考圖2所述的方式內(nèi)連接。提供輸入光纖108以將三個組分(λ1-λ3)光束耦合進入去多路復用器級。所述三個空間分離的組分光束經(jīng)由三個獨立的空心光波導由所述級輸出。
多路復用器級104包括三通道多路復用器裝置。它包括第一濾光器26、第二濾光器28、第三濾光器30以及兩個反射鏡52。所述濾光器和反射鏡保持在形成于硅襯底上的對準插槽中，并通過空心光波導以上面參考圖2所述的方式內(nèi)連接。承載來自去多路復用器級102的組分光束的三個波導中的每個通過中間級被光學耦合至相應(yīng)的多路復用器級104的輸入波導。還提供第一輸出光纖109以接收由多路復用器級產(chǎn)生的組合光束。
中間光交換級106提供了插/分功能，并包括第一饋送空心波導114、第二饋送空心波導116和第三饋送空心波導118。所述空心饋送波導中的每個都布置成同空心波導垂直交叉，以把光從去多路復用器級102引導至多路復用器級104。所述中間光交換級106還包括分別連接至第一、第二、和第三饋送空心波導的每個波導的一端的第二、第三和第四輸入光纖(120、122和124)。所述每個饋送空心波導的第二端還分別連接至第二、第三和第四輸出光纖(126、128和130)。所有光纖經(jīng)由球透鏡24耦合至空心波導。
第一反射開關(guān)132位于饋送光波導114中與波導交叉的點處，所述波導布置成承載由去多路復用器級至多路復用器級的波長為λ1的光。第二反射開關(guān)134位于第二饋送波導116中與波導交叉的點處，所述波導布置成承載由去多路復用器級至多路復用器級的波長為λ2的光。第三反射開關(guān)136位于第三饋送波導118中與波導交叉的點處，所述波導布置成承載由去多路復用器級至多路復用器級的波長為λ3的光。每個反射開關(guān)與波導中的光的傳播方向成45°角。所述反射元件在它的兩個表面上都可以反射。
所述反射開關(guān)可以包括任何類型的MEMS致動開關(guān)；例如彈出式反射鏡或可移動反射光閘。代替提供插/分路由功能的具有兩個反射面的開關(guān)，可以采用兩個單獨的開關(guān)以提供所述插/分功能。應(yīng)當注意的是，盡管此處描述了可重新配置的路由裝置，但實際上所述開關(guān)可永久設(shè)置在單一位置；即，可實現(xiàn)硬接線或固定的插/分功能。
在使用中，三組分(λ1-λ3)組合光束從第一輸入光纖108耦合進入去多路復用器級。所述三個波長組分空間分離，每個沿著單獨空心波導傳送至交換級106。如果每個反射開關(guān)都縮回，則光簡單地從所述去多路復用器級傳送至多路復用器級，并被重新組合。
然而，反射開關(guān)的啟動使得相關(guān)波長信道從第一輸入光纖108路由到第二、第三或者第四輸出光纖。代替該分解的波長信道，來自第二、第三或者第四輸入光纖的波長信道(適合的話)被插入到組合光束。采用這樣的方式，所述裝置可以分別與所述第二、第三或者第四光纖120、122和124所承載的光交換所述組合光束中的波長λ1到λ3中的任一光束。
參考圖3所描述的所述裝置的中間交換級提供了插/分多重組分光束的波長組分的簡單裝置。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當理解的是，根據(jù)包含在這里教導，如何配備裝置以提供更加復雜的插/分功能。例如，多個去多路復用器級和多路復用器級可以和高復雜性的光學矩陣開關(guān)結(jié)合使用以便提供更高的插/分功能。
所述中間交換級可以包括半導體激光器和/或調(diào)制器，以產(chǎn)生由所述第二、第三或者第四輸入光纖120、122和124所承載的替換光束。類似的，可以提供檢測器，以將所述第二、第三或者第四輸出光纖的光信號轉(zhuǎn)換為電輸出。還可以添加各種放大器和衰減器元件；例如使得所述裝置是零損耗部件。
上面所述類型的任意多路復用器/去多路復用器裝置可以制作成所需尺寸，以利用使用多模波導發(fā)現(xiàn)的所謂的“重新成像”現(xiàn)象。在別的地方已經(jīng)詳細描述了重新成像效果；例如參見PCT專利申請GB2003/000331。簡而言之，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過設(shè)計波導的長度以具有與其寬度和深度的適當比例，可以設(shè)計多模波導以提供給定波長的對稱、反對稱或者非對稱光場的重新成像。換句話講，沿著給定波導傳播了一定距離之后，輸入光束的高斯輸入剖面被重新成像(即再現(xiàn))。這種效果還產(chǎn)生了光束再現(xiàn)，即在小于重新成像長度的距離上形成了多個光束圖像。在先前US5410625中已經(jīng)描述了這些效果，并提供了多模干涉(MMI)光束分裂裝置的基礎(chǔ)。
作為一個實例，考慮了正方形橫截面波導中的對稱場。該對稱場將具有一個重新成像長度，所述重新成像長度由傳播輻射束波長上的波導寬度的平方給定。所述對稱場的重新成像發(fā)生在重新成像長度和多倍重新成像長度處。對于寬50.0μm的中空波導、1.55μm的輻射束的情況，重新成像長度為1.613mm。對稱場將在該長度以及該長度的整數(shù)倍處成像，即3.23mm，4.84mm等等。例如，來自單模光纖的TEM00高斯輸入光束可在1.613mm距離處重新成像。
可替代的，對于非對稱光場的情況，重新成像產(chǎn)生在8倍對稱場重新成像所需要的長度處，即對于寬50μm的中空波導來講是在12.09mm處。非對稱場的反射鏡圖像在該長度一半處形成，即6.05mm處。特別地，所述輸入相對于多模區(qū)域中心線的偏移提供了非對稱輸入，所述非對稱輸入在中心線的任一側(cè)以相同的偏移沿著波導在預定距離處重新成像。
在波導深度和寬度基本不同的矩形波導的情況下，與兩個波導橫截面尺寸(例如深度和寬度)相關(guān)的重新成像長度本身是不同的。然而，通過布置矩形中空波導的所述尺寸之間比例，使對于特定的寬度和深度在相同長度處產(chǎn)生重新成像，使得任何場都可被重新成像。這樣，通過布置使與軸寬度w1和w2相關(guān)的重新成像長度相同，對稱場可在中空矩形波導中重新成像。
上面所述裝置中的從輸入光纖到相關(guān)輸出光纖的光路長度可以這樣布置以對應(yīng)于重新成像距離(或者是其倍數(shù))。另外，上面參考圖3所描述的裝置中的反射開關(guān)可以布置成位于重新成像點處。
使用利用了重新成像效果的布置的優(yōu)勢在于，為了使光在空心波導和相應(yīng)光纖之間耦合不需要準直裝置(例如球透鏡24)。此外，將每個MEMS開關(guān)放置在重新成像距離處進一步減小了MEMS部件的可接受的角度對準公差。另外，重新成像效果的使用還減小了衍射損耗(波導被阻擋)，以方便定位可移動反射元件。
最后，應(yīng)當注意的是，盡管參考上圖光以45°入射在所描述的濾光器上，但并不能認為是對本發(fā)明范圍的限制。可以選擇空心波導相對于濾光器的角度，使得將光以濾光器設(shè)計的入射角引導到所述濾光器。此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當理解的是，所述入射角對于具有不同光譜特性的濾光器來講可能是不同的。
權(quán)利要求
1.一種光波分復用器/波分去復用器裝置，包括具有多個波長選擇濾光器的襯底，所述濾光器布置成提供組合光束和多個單獨光束之間的轉(zhuǎn)換，所述組合光束包括多個波長信道，所述多個單獨光束中的每個都包括所述多個波長信道的子集，其特征在于，空心波導形成于所述襯底上以在波長選擇濾光器之間引導光。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述多個波長選擇濾光器中的每個波長選擇濾光器傳送單波長信道。
3.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的裝置，其中所述波長選擇濾光器包括薄膜濾光器。
4.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的裝置，其中所述襯底附加地包括多個對準插槽，所述多個對準插槽布置成直線用于接受所述濾光器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其中所述對準插槽包括微機電系統(tǒng)(MEMS)結(jié)構(gòu)以提供所述對準。
6.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的裝置，其中所述襯底包括半導體材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其中所述半導體材料是硅。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中所述襯底包括絕緣體上的硅。
9.根據(jù)權(quán)利要求1到5中任一項所述的裝置，其中所述襯底包括基于氧化硅的材料。
10.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的裝置，其中所述空心波導是使用微制造技術(shù)制成的。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其中所述微制造技術(shù)包括深反應(yīng)離子刻蝕。
12.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的裝置，其中提供底部分和蓋部分以限定所述空心波導。
13.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的裝置，其中在所述襯底中提供至少一個另一空心波導以引導所述組合光束和/或所述多個單獨光束，每個單獨光束包括射向/來自所述多個波長選擇濾光器的所述多個波長信道子集。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其中在所述襯底中提供至少一個光纖對準插槽，所述光纖對準插槽布置成接受光纖成一直線，從而允許在所述光纖和所述至少一個另一空心波導之間進行光耦合。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其中提供模式匹配裝置，以在所述至少一個光纖和所述至少一個另一空心波導之間進行光耦合。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置，其中所述模式匹配裝置包括球透鏡或者GRIN透鏡中的任一個。
17.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的裝置，其中至少一個空心波導包括一個或者多個反射元件。
18.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的裝置，其中所述空心波導的至少一些內(nèi)表面載有反射涂層。
19.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的裝置，其中所述空心波導制成所需尺寸以支持基模傳播。
20.根據(jù)權(quán)利要求1到18中任一項所述的裝置，其中所述空心波導制成所需尺寸以支持多模傳播。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的裝置，其中所述波長選擇濾光器通過所述重新成像距離間隔開。
22.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的裝置，其中所述空心波導具有基本矩形橫截面。
23.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的裝置，其中所述組合光束包括三個或者多個波長信道。
24.一種光學裝置，包括去多路復用器級和多路復用器級，所述去多路復用器級包括根據(jù)任一前述權(quán)利要求的裝置，所述裝置被布置成接收包括多個波長信道的組合光束，并將所述組合光束分裂成每個都包括所述多個波長信道子集的多個光束；所述多路復用器級包括根據(jù)任一前述權(quán)利要求的裝置，所述裝置被布置成接收多個光束，其中每個光束包括所述多個波長信道子集，并將所述多個光束組合為包括多個波長信道的組合光束，其中由所述去多路復用器級產(chǎn)生的多個光束中的一個或多個光束經(jīng)過光學處理裝置被路由至多路復用器級。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的裝置，其中所述光學處理裝置包括至少一個光放大器。
26.根據(jù)權(quán)利要求24到25中任一項所述的裝置，其中所述光學處理裝置包括光路由裝置。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的裝置，其中通過所述光路由裝置接收一個或者多個附加波長信道，所述光路由裝置布置成將所述附加波長信道的至少一些路由至所述多路復用器級。
28.根據(jù)權(quán)利要求26到27中任一項所述的裝置，其中所述光路由裝置包括矩陣開關(guān)。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的裝置，其中所述矩陣開關(guān)包括微機電系統(tǒng)(MEMS)裝置陣列。
30.一種用于光波分復用器/波分去復用器裝置的襯底，包括多個對準插槽，用于接受多個波長選擇濾光器和空心波導，以在所述對準插槽之間引導光，其中這樣的布置提供了當適當?shù)牟ㄩL選擇濾光器位于所述對準插槽中時，在包括多個波長信道的組合光束和包括單波長信道的多個光束之間進行轉(zhuǎn)換。
31.一種參考圖1和2的基本如前所述的多路復用器/去多路復用器裝置。
32.一種參考圖3的基本如前所述的插/分多路復用器裝置。
全文摘要
描述了一種光波分復用器/波分去復用器裝置(2)，所述裝置包括具有多個波長選擇濾光器(26，28，30，32，34，36)的襯底(6)。所述濾光器(26，28，30，32，34，36)布置成提供組合光束和多個單獨光束之間的轉(zhuǎn)換，所述組合光束包括多個波長信道，所述多個單獨光束中的每個包括所述多個波長信道的子集?？招牟▽?4)形成于所述襯底上以在波長選擇濾光器之間引導光。還描述了一種插/分多路復用器(100)。
文檔編號G02B6/12GK1764856SQ200480007817
公開日2006年4月26日 申請日期2004年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月22日
發(fā)明者R·M·詹金斯, M·E·麥克尼 申請人:秦內(nèi)蒂克有限公司