光学波导用的反射耦合阵列制造技术

使波长沿焦线散开的耦合光学装置，包括使光折转到传播平面之外并与输入或输出阵列相对准的反射表面。有些反射表面偏离焦线，以致于分开的输入或输出在沿焦线的维度上能够更紧密地靠在一起。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光学通信，尤其涉及分离波长的光学装置。
技术介绍
输入和输出通常被耦合到平面波导的端部，与光通过波导传播的方向相对准。例如，光纤输入和输出通常通过使每个光纤的纤芯层与平面波导的芯层对准而耦合的。环绕光纤纤芯的包层沿波导的端部分离纤芯。能够被耦合到波导一个端部的光纤的数目是由光纤的直径限制的。尽管平面波导内的特征得到进一步小型化，但是，为了给输入和输出光纤的耦合提供足够的空间，波导的尺寸常常明显增大。光纤直径通常测得约为125微米，能够将其减小到仅70至75微米，而结构或功能不会产生明显劣化。对诸如激光光源和光电探测器的其它类型的输入和输出，出现类似的问题，激光光源和光电探测器在横向尺寸(即，直径)通常比光纤都更大。在各个和共用输入或输出(例如光纤)之间传送光学信号的平面波导复用器/分用器装置中尤其会出现这一问题。在许多这种平面波导中，诸如衍射光栅的色散机构使不同波长的信号从角度上分开，诸如透镜的会聚机构将角度上分开的信号转换为空间上分开的信号。输入或输出阵列沿平面波导的一端与空间分开的信号对准。紧密组合在一起的输入或输出更需要比不组合在一起的大得多的平面波导以实现其功能。无论色散机构还是会聚机构都必须增大尺寸，以便使信号在空间上分开，与输入或输出之间的间隔相匹配，或者必须增加一个中间耦合，以扩展信号的分离，与输入或输出间隔相匹配。中间耦合增加了至平面波导的长度和降低了耦合效率。利用平面外的反射镜还实现了平面波导的相互耦合和与诸如激光器和光电探测器等外部器件的耦合，反射镜在垂直于光在平面波导中传播的方向上反射光。例如，授予Kawachi等人的第4,750,799号美国专利在平面波导的导引头之间安装一个微反射的反射镜，使光以直角折转到安装在平面波导上部的外部器件。微反射的反射镜是由镀膜玻璃或塑料单独制造的并被安装在导引头之间，使反射镜的反射表面的取向与光传播方向呈45度。授予Blonder等人的第5,182,787号和授予Nurse等人的第5,263,111号美国专利说明了与平面波导总体结构中类似的平面外反射镜的制备。这两项专利都涉及平面波导中的蚀刻腔体和用反射材料涂覆腔体的倾斜侧壁。Blonder等人蚀刻接近垂直的相对的侧壁，使辐射到腔体中的光学的衍射减至最小。Nurse等人除了倾斜侧壁之外还涂覆一部分腔体底层和搁板，以提高反射表面的均匀性。然而，已经提议的将外部器件或其它平面波导耦合到平面波导上下表面的安排中没有一个承担减小多个输入或输出的间隔要求的任何建议。专利技术概要本专利技术对于缩小光学装置的尺寸是特别有用的，这些光学装置涉及信号的耦合或者由波长区分信号各部分。不改变这些装置的输入或输出的外部尺寸，有效地使输入或输出更紧密地定位在一起，以降低波长在装置中空间散开的要求。根据光在光学装置中传播的方向，相同的耦合元件通常既能起输入的功能又能起输出的功能。由于本专利技术与改善多个波长的耦合有关，不管光传播的方向怎样，输出“输入/输出”被用于表示可以起输入、输出或者二者功能的这些元件。本专利技术的一个例子包括一个波导中的波长分离器，它使不同波长射到位于波导传播平面内沿焦线的各焦点上。也位于波导内的反射表面使波长折转到传播平面之外而与输入/输出阵列相对准。反射表面中至少有一些偏离焦线，以致于间隔开的输入/输出在沿焦线的方向上能够更紧密地靠在一起。较佳地，反射表面位于以某一角度与焦线相交的中心线上。输入/输出沿相应的中心线排列并能够作为一组安装在波导的表面上。输入/输出沿中心线的间隔是由输入/输出的外部尺寸限制的，而它们沿焦线的有效间隔被减小为中心线与焦线之间夹角的余弦的倍数。不同波长聚焦的焦深至少与反射表面偏离焦线的量值一样大是较佳的，因此，偏离量对会聚波长的模场尺寸或者对产生的耦合效率产生微乎其微的影响。然而，通过反射表面的形状变化使波长重新聚焦在所需尺寸内能够容纳更大的偏离量。此外，可以使每个反射表面分别相对于它们的公共中心线倾斜，以增强耦合效率。可以采用各种方法，包括容纳集成、混合和整体设计的各种方法，能够制成反射表面。例如，通过蚀刻一个腔体，其侧壁与传播平面通过一公共角度倾斜，能够将反射表面集成在平面波导内。腔体可以是空的，以支持来自一个倾斜侧面的全反射，或者，另一个侧面能够涂覆一层反射表面，腔体能够填充折射率匹配材料，支持来自被涂覆侧面的外反射。在平面波导中也能够形成一种更常见的腔体并填充一种不同的材料，形成反射表面。例如，腔体内能够填充有机材料，通过照射紫外光能够将其烧蚀，留下一个倾斜表面。也能够采用光敏材料来填充腔体。采用对光敏材料的有选择的曝光和接着进行的显影能够产生类似的倾斜表面。其它光敏材料与干涉光束能在由多个部分反射表面组成的腔体中产生一个全息光栅。全息光栅起具有反射所需波长的通带的干涉滤光片的作用。反射表面也能作为一个或多个反射光具单独形成和插入到在平面波导中形成的腔体或槽中。例如，能够将具有三角截面的薄光纤安装在波导中形成的槽中。光纤的一个侧表面能够被涂覆，形成一个连续反射表面，将其定向为使波长折转到传播平面之外并与各个输入/输出相对准。也能够安装一个类似的光纤，提供传播平面与输入/输出阵列之间的内全反射。在绝大多数情况中，希望输入/输出是光纤，在这些光纤的里端上能够形成反射表面。例如，输入/输出光纤的里端能够被切割成45度角度并涂覆成反射表面。一个共用安装块体支撑光纤相对于波长分离器的有角度端部，以缩小沿分离器焦线波长之间的所需空间间隔。附图简述附图说明图1是依照本专利技术排列的混合分用器的平面示意图。图2是沿图1线2-2截取的分用器的截面图。图2A-2B是能够被耦合到图1和2的分用器上的两种不同光纤的放大截面图。图3是分用器的部分放大俯视图，表示沿图面法向延伸的输入和输出光纤之间的各种关系。图4与图3相似，但是输入和输出光纤被移开，以展示嵌埋在平面波导中的反射器阵列。图5A-5C是一个相似的平面波导的部分放大截面图，表示在蚀刻腔的相对侧面上形成的两种反射表面型式。图6A-6D是另一个波导的类似图，通常腔中填充有进一步被处理而形成反射表面的材料。图7A-7C是平面波导的类似图，腔体中填充有立体光栅，图7D是该光栅的进一步放大图。图8是依照本专利技术排列的另一混合多路分解器的平面示意图。图9是沿图8线9-9截取的另一分用器的截面图。图10A-10C是在支持三角形截面光纤的另一分用器的平面波导中形成的槽的部分放大图。图11是依照本专利技术排列的块体分用器的平面示意图。图12是沿图11线12-12截取的块体分用器的截面图。详细描述图1-4示出本专利技术第一实施例，为一个波长分用器10。通过使输入光纤12与输出光纤阵列14a-14e之间光束传输的方向倒转，同样的装置也可以被当作一个复用器。在这个实施例中，输入光纤12将多个不同波长的信号(也称为通道)输送到分用器；每个输出光纤14a-14e从分用器10中输送出不同波长信号之一。分用器10作为混合光学装置而构造，具有反射式衍射光栅16，被连接到平面波导18的一端，平面波导含有装置的其余元件。衍射光栅16包括用一个单独光学元件能够很方便地形成的反射特征。例如，能够机械蚀刻、浮雕蚀刻、或复制或利用垂直于其表面的光刻曝光能够形成衍射光栅16的特本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种传送多个不同波长的光学装置，其特征在于所述装置包括：在平面内传播不同波长的波导；将不同波长射到沿位于所述平面内焦线的各焦点上的波长分离器；使波长折转到所述平面之外并与输入／输出阵列相准直的多个反射表面部分；以及所述反射表 面部分中至少有一些偏离所述平面内的所述焦线，从而使所述输入／输出的空间间隔在沿焦线的维度上能够靠得更近。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：VA巴格瓦图拉，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]