專利名稱：光束耦合和分離器的制作方法
光束耦合和分離器
背景技術(shù)：
本公開一般地涉及光束耦合和分離器。由于微電子學的開創(chuàng)，因此一致的趨向是朝向諸如光學互連的光電子電路的開發(fā)。這可能至少部分地是因為光電子電路相對于典型的電子電路可以提供諸如例如大得多的帶寬(超過許多數(shù)量級)的優(yōu)勢這一事實。這樣的光電子電路常常涉及光學信號的傳輸以及這樣的光學信號與電子信號之間的互相轉(zhuǎn)換。在一些情況下，執(zhí)行光學信號傳輸涉及波導。光學波導通常由玻璃或聚合物制成。利用這些固態(tài)波導對所引導的信號的一部分進行提取典型地需要復雜的分接(tapping)結(jié)構(gòu)。一些光學波導是中空金屬結(jié)構(gòu)。光學信號在空氣中傳播通過這樣的結(jié)構(gòu)，并且由此，為了進行正確的信號傳輸，需要嚴格的對準和準直。


通過參考以下的詳細說明及附圖，本發(fā)明的各實施例的特征和優(yōu)點將變得明顯， 在附圖中，相同的附圖標記對應于相同或相似但可能不同的部件。為了簡要起見，對具有之前所述的功能的附圖標記可能不與或者可能與該附圖標記出現(xiàn)于其中的隨后的附圖相結(jié)合地進行說明。圖1是示出用于形成束耦合和分離器的實施例的方法的實施例的流程圖2A-2C —起示出用于形成束耦合和分離器的實施例的方法的實施例的示意性流程
圖2A、2B和2D —起示出用于形成束耦合和分離器的另一實施例的方法的另一實施例的示意性流程圖2A、2B和2E —起示出用于形成束耦合和分離器的又一實施例的方法的另一實施例的示意性流程圖2A、2B和2F —起示出用于形成束耦合和分離器的再一實施例的方法的另一實施例的示意性流程圖3A和:3B—起示出用于形成包括復合斜面(compound bevels)的束耦合和分離器的另一實施例的方法的實施例的示意性流程圖4A是具有成角度的(angled)彎曲部的圖2F所示的束耦合和分離器的另一實施例的示意圖4B是具有弧形彎曲部的圖2F所示的束耦合和分離器的又一實施例的示意圖； 圖5A是具有成角度的彎曲部的圖2D所示的束耦合和分離器的另一實施例的示意圖； 圖5B是具有弧形彎曲部的圖2D所示的束耦合和分離器的另一實施例的示意圖； 圖6是其中波導的端部被磨圓的對稱的束耦合和分離器的實施例的示意性剖視圖； 圖7是包括與圖4所示的束耦合和分離器類似的束耦合和分離器的實施例的對稱模塊的實施例的示意圖8是示出級聯(lián)在一起的多個波導的實施例的示意圖；圖9A是示出級聯(lián)在一起的多個波導的另一實施例的示意圖； 圖9B是示出級聯(lián)在一起的多個波導的又一實施例的示意圖； 圖9C是示出級聯(lián)在一起的多個波導的再一實施例的示意圖10是包括經(jīng)由包層(cladding layer)分隔開的多個束耦合和分離器的系統(tǒng)的示意圖；以及
圖11是束耦合和分離器的另一實施例。
具體實施例方式本文所公開的束耦合和分離器的實施例包括被配置為使得能夠?qū)π盘柭窂降牟季趾吐酚蛇M行靈活的地形布置的各種波導。有利地，束耦合和分離器的耦合比可被動態(tài)地調(diào)整(例如，在場地外)或設置為預定的固定比。在本文所公開的實施例中，耦合比與光學信號的偏振無關，并且在一些情況下，耦合/分離不會造成光學信號的顯著衰減?，F(xiàn)參考圖1，示出了用于形成本文所公開的束耦合和分離器的實施例的方法的實施例。通常，該方法包括在第一波導中形成斜面和彎曲部，如在附圖標記100處所示；布置第二波導，以使得第二波導的互補形狀的斜面與第一波導斜面的至少一部分相鄰，如在附圖標記102處所示；以及調(diào)整第一波導和第二波導之間的耦合比，如在附圖標記104處所示。應當理解的是，在下文中將進一步參考圖2A-2G、3A和;3B以及4_10來討論該方法。圖 11示出束耦合和分離器的另一實施例，并且將參考圖11來討論用于形成這樣的實施例的方法。圖2A和2B—般性地示出具有彎曲部和斜面14的第一波導12的形成。該彎曲部通常與斜面14相對，并且斜面14相對于波導12的輸入端口 I截面和輸出端口 0截面來說是對稱的。斜面14被配置為對入射在其上的光進行全內(nèi)反射，以使得來自輸入端口 I的光被重定向為朝向輸出端口 0 (除了在該器件以其他方式被配置為使光透射通過斜面14 (如下文在各種實施例中所討論的)的區(qū)域處以外)。當?shù)谝徊▽?2是線性的時，應當理解的是，可以通過與為入射在斜面14上并且被反射離開斜面14的光提供路徑的另一波導耦合來形成彎曲部(例如參見圖9B)。如圖2A中所示，可以通過將兩個光纖FpF2粘接在一起來形成第一波導12。通常， 光纖F” F2由具有期望的折射率的相同材料而制成，并且經(jīng)由折射率匹配的粘合劑(例如， 膠水)而被粘接在一起。在非限制性示例中，形成波導12的光纖F1I2是玻璃、聚合材料(一種或多種)(例如，聚碳酸酯、聚酰胺、丙烯酸樹脂等)、硅或其它類似材料。光纖FpF2每個的直徑的范圍為從約20微米至約1000微米。在一個實施例中，光纖F1J2可以被粘接為使得波導12呈現(xiàn)出期望的彎曲部。在另一實施例中，單個光纖可以被物理地彎曲至期望的曲率半徑。應當理解的是，該彎曲部可以處于任意期望的角度9b (如圖2A中所示)或處于任意期望的曲率半徑，其中任意期望的角度θ 任意期望的曲率半徑均至少部分地取決于光束的期望路徑。圖2A中的彎曲部被示出為處于90°，并且曲率半徑為0。在其它實施例中，曲率半徑大于0，并且彎度是漸進的且連續(xù)的(參見例如圖4B和5B，與圖2A中所示的陡峭角度0b成對比)。一旦光纖F1I2以期望的方式被粘接，則在第一波導12中形成斜面14。在非限制性示例中，斜面14被裁切和拋光。在另一非限制性示例中，可以使用具有期望形狀(例如，圖2B所示的形狀)的模具來形成波導12的彎曲部和斜面14。在其它技術(shù)中，使用光刻法來形成波導12。斜面14的表面可以是平的或彎曲的。如之前提到的，入射在斜面14的至少一部分上的光經(jīng)歷全內(nèi)反射；這樣，斜面14的至少一個部分被配置為處于比90° —臨界角 (其通過arcsin* (Ii2Ai1)被定義，其中n2是密度較低的介質(zhì)(例如，空氣反射涂層)的折射率，并且Ii1是密度較大的介質(zhì)(例如，波導12)的折射率)小的角度θω (相對于軸A1X對于典型的波導12材料(參見上文)來說，角度ΘΜ為45°或更小。如圖2Β中所示，斜面14 處于45°的角度。如圖2C-2F中所示，第一波導12與第二波導16以某種方式耦合。在參考圖2C-2F 所述的所有實施例中，第二波導16包括形狀與第一波導斜面14的形狀互補的斜面18，并且第二波導斜面18被布置為與第一波導斜面14的至少一部分相鄰。如圖2C-2F中所示，短語“配置為與…相鄰”包括一個斜面14與另一斜面18直接接觸或者以其間布置有材料(例如，反射器、空氣等)的方式接觸。應當理解的是，本文所公開的第二波導16 (包括斜面18)的所有實施例可以經(jīng)由用于形成本文所公開的第一波導12 (包括斜面14)的所有實施例的上文所述的相同方法而形成。如下文中進一步所述的，第二波導16的任意實施例可以由與第一波導12相同或不同的材料而制成，并且因此，可以具有與第一波導12相同或不同的折射率。通常，第二波導 16由一個或多個光纖形成，這至少部分地取決于波導16的構(gòu)造。此外，在一些情況下，第二波導16是不同于第一波導12的形狀，并且在其它情況下，第二波導16對于第一波導12來說是對稱的。在一些情況下，第一波導12和/或第二波導16可以分別由有孔的或微結(jié)構(gòu)化的光纖構(gòu)成。這樣的有孔光纖具有用作包層的沿著光纖的長度方向延伸的氣孔的大致規(guī)則的布置。芯通常由氣孔的大致規(guī)則的布置的中心處的固態(tài)區(qū)域形成，或者由氣孔的大致規(guī)則的布置的中心處的附加氣孔形成。這樣的光纖的有效折射率由孔的密度決定。這樣，可以布置孔以改變波導12和/或16的有效折射率。有孔光纖的芯通常會具有與包層相比密度更低的孔，并且因此該芯的有效折射率通常高于包層的有效折射率。在每一實施例中，反射光r與透射光t的比率(即，耦合或分光比R=r/t)可以根據(jù)用于耦合波導12、16的耦合技術(shù)而改變。應當理解的是，對該比率的調(diào)整可以動態(tài)地執(zhí)行 (例如，在場地中)，或者可以以使得束耦合和分離器被制造為具有固定的耦合比的方式來實現(xiàn)。在附圖中，“i”表示輸入到波導12中的光束。在本文所公開的實施例中，波導12、16的折射率相同或大致相同。波導12、16的折射率應當在sin (90-θΜ)<η2/ηι的范圍內(nèi)。在這樣的情況下，波導12、16每個均可以選自玻璃、聚合材料(一種或多種)(例如，聚碳酸酯、聚酰胺、丙烯酸樹脂等)、硅或其它類似材料。為了在波導12、16的材料相同時實現(xiàn)期望的耦合比，可以利用許多不同的技術(shù)。參考圖2C-2F以及圖3Α和;3Β來說明這樣的技術(shù)。在圖2C中，通過在斜面14、18之間建立至少部分反射的涂層20來調(diào)整束耦合和分離器10’的耦合比。反射率的百分比和建立至少部分反射的涂層20的圖案至少部分取決于斜面14、18之間的界面處的期望的分束特性。在一些情況下，涂層20為部分反射的 (即，小于100%反射)，并且建立在斜面14、18之間的整個界面上。在其它情況下，涂層20為 100%反射的，并且(例如，以點狀、條狀或其它類似的圖案)建立在斜面14、18之間的界面的一部分上。在另一些情況下，涂層20的某些部分是100%反射的，而涂層20的其它部分為低于100%反射的。接觸涂層20的反射部分的光束將被重定向(例如，被重定向到第一波導 12的上部中)，而接觸涂層20的較不反射或非反射部分或者斜面14、18之間的不包括涂層 20的那些區(qū)域的光束將繼續(xù)穿過，到達波導16。作為非限制性示例，如果期望使光束的75%透射通過而到達第二波導16并且使光束的25%被反射到第一波導12的上部中，則可以在斜面14、18粘接在一起之前在斜面14、 18其中之一的25%的區(qū)域上建立100%反射涂層20。至少部分反射的涂層20的適當材料的非限制性示例包括作為所選波長的光的反射器的銀、鋁或其它材料。至少部分反射的涂層20可以在斜面14、18粘接在一起之前建立在這兩個斜面其中之一的表面上或者同時建立在這兩個斜面的表面上。用于建立涂層20 的適當技術(shù)的非限制性示例是熱或電子束蒸發(fā)、濺射或CVD/PVD生長。進一步應當理解的是，還可以改變至少部分反射的涂層20的厚度來調(diào)整耦合比。 通過涂層20的厚度來確定反射的百分比。例如，0. Olym厚的鋁涂層將是部分反射的，而 1 μ m厚的鋁涂層將是100%反射的。這樣，可以通過涂層20的厚度來控制期望的耦合比。 在一些情況下，也可以使用具有不同折射率的多層材料來實現(xiàn)部分反射。這樣的多層涂層的反射將是與偏振相關的，并且因此可能較不期望?，F(xiàn)參考圖2D，在束耦合和分離器10’’的該實施例中，耦合比可通過使第二波導斜面18相對于第一波導斜面14偏移來調(diào)整。如所示，入射在與波導16不相鄰的斜面14上的光束經(jīng)歷全內(nèi)反射并且在波導12內(nèi)被重新路由。在該實施例中，由于波導12、16具有相同的折射率，因而入射在斜面14、18直接接觸的界面上的那些光束透射通過而到達波導 16。隨著偏移的增大，反射光與透射光的比率將增大。圖2E示出如何可以調(diào)整束耦合和分離器10’ ’ ’的耦合比的又一實施例。在該實施例中，在斜面12、16之間形成間隙G。當間隙G的厚度小于1個波長時，光束將被透射。在一些情況下，間隙G在斜面12、16之間的整個界面上是恒定的。在其它情況下，間隙G沿著斜面12、16的長度方向可以具有改變的厚度，以使得期望百分比的光束被反射和透射。應當理解的是，當間隙G大于約1個波長時，第一波導斜面14與空氣相鄰。在這樣的示例中， 在斜面14處發(fā)生全內(nèi)反射，并且因此在波導12、16之間不存在耦合。圖2C-2E的實施例示出了大致線性的第二波導16。圖2F示出了第二波導16’的另一示例。如所示，第二波導16’的該實施例包括彎曲部，并且對于第一波導12來說是對稱的。應當理解的是，該附圖中的波導12、16’的形狀、彎曲和/或角度是例示性的而并非是限制性的。此外，由于波導12、16、16’的材料是相對柔軟的，因此波導12、16、16’可以被配置為具有其它形狀(例如，包括弧形，參見圖10)。圖2F的束耦合和分離器10的構(gòu)造可以用來以各種方式對光進行耦合和分離。光束(標記為i和I1)可以經(jīng)由波導12、16’的輸入端口 I的其中一個或者經(jīng)由這兩個輸入端口 I而被輸入。當利用兩個輸入端口 I時，可以將不同的信息/信號/調(diào)制編碼在進入波導12、16’的輸入端口 I的各個光束(一條或多條)中。這些信號通過圖2F中的分離器/組合器/耦合器10被組合，并且通過波導12、16’的輸出端口 0被路由至不同的目的地。進入輸入端口I的光可以被時分復用或者可以是不同的波長以允許組合信號在輸出端口 0處的分離。應當理解的是，圖2F所示的實施例的輸入端口 I和輸出端口 0可以被顛倒，從而使光束通過束耦合和分離器10的路徑顛倒。進一步應當理解的是，結(jié)合圖2C-2E說明的用于調(diào)整耦合比的技術(shù)中的任一個或多個可以在圖2F所示的實施例中實現(xiàn)?，F(xiàn)參考圖3A和3B，示出了波導12’、16’’的其它實施例。圖2A-2F所示的實施例示出了單個斜面14、18，而圖3A-;3B所示的實施例示出了復合斜面14’、18’。通常，復合斜面14’、18’的粘接(圖:3B所示)導致形成間隙G，其中，間隙G較大(例如大于1個波長)且是恒定的，以使得入射在與間隙G相鄰的子斜面對、24’上的光被全內(nèi)反射至波導12’中。 然而，入射在接觸表面上的光100%地透射穿過波導12’、1’’ 6’’。接觸面積和間隙G面積的比率(以及因此耦合比)受到波導12’、16’’的不對稱性的控制。第一波導12’’的復合斜面14’包括子斜面對、24’。類似地，第二波導16’ ’的復合斜面18’包括子斜面觀、28’。 每個波導12，、16”的子斜面對、24’和28,28'經(jīng)由與各波導12，、16”的軸A^A2垂直的接觸表面而被分隔開。第一波導子斜面M的尺寸與第二波導子斜面28’的尺寸一致，并且第一波導子斜面M’的尺寸與第二波導子斜面觀的尺寸一致。當斜面12’、16’’的接觸表面直接接觸時，這些尺寸選出子斜面對和觀以及對’和觀’之間的間隙G。在該非限制性示例中，在復合斜面14’、18’沒有偏移的情況下，形成間隙G。應當理解的是，可以在同一束耦合和分離器中將本文所公開的任意耦合比調(diào)整技術(shù)結(jié)合在一起?，F(xiàn)參考圖4A和5A，示出了圖2F和2D的束耦合和分離器的又一示例。圖4A和5A 的示例示出了波導12、16、16’可以被配置為具有不同于90°的彎曲角度eb，并且斜面14、 18可以被配置為處于不同于45°的角度ΘΜ。人們相信的是，較小的斜面14、18角度ΘΜ 使得束耦合和分離器10、10’、10’’、10’’，能夠在波導12、16、16’和周圍材料(例如，包層) 之間的折射率的差較小的情況下使用。較大的曲率半徑也使得能夠獲得不同的物理構(gòu)造。 如圖4Β和5Β中所示，波導12、16、16’的彎曲可以是連續(xù)的和弧形的，而并非(如圖4Α和5Α 所示)是急轉(zhuǎn)的。圖6是束耦合和分離器10的又一實施例的示例。在該實施例中，通過回流技術(shù)、 熱處理技術(shù)或其它適當技術(shù)使形成波導12、16’的光纖的端部被磨圓。磨圓的端部形成自對準的透鏡以將光束耦合進和/或出束耦合和分離器10。應當理解的是，磨圓的端部可以被包括在本文所公開的任意實施例中。圖7示出包括圖4所示的束耦合和分離器10的實施例的對稱模塊30的非限制性示例。在該模塊30中，波導12、16’的長度增大，并且連接器22可操作地連接到波導12、 16’的端部。應當理解的是，連接器22通常用來將波導12、16’連接到其它波導12、12’、16、 16’、16’’以形成網(wǎng)絡。連接器22是允許精確地布置光纖12、16’的端部的物理組件。這樣的連接器22對于其中多個波導(具有多個輸入端口 /輸出端口)被對準(參見圖10)的實施例來說可能是特別期望的。連接器22也可以包括實現(xiàn)與匹配光纖帶的耦合的物理導件。 一些連接器22包括在相鄰波導之間使光束聚焦的透鏡。在圖7所示的實施例中，可以根據(jù)需要將光束的輸入和輸出反轉(zhuǎn)。圖7還示出包圍束耦合和分離器10的機械外殼25。作為非限制性示例，這種外殼25可以是其內(nèi)具有空氣的箱子。在本文所公開的任意實施例中，包層材料(未示出)可以覆蓋在束耦合和分離器10 的光纖(即，波導12、16’)的外表面上。通常，在形成斜面14、18以便于分束的區(qū)域處去除包層材料。這種包層材料的折射率通常低于波導12、16’的折射率。適當?shù)陌鼘硬牧系姆窍拗菩允纠ㄌ挤鷺渲?諸如來自杜邦的TEFLON )、硅或絕緣材料等。可以經(jīng)由化學氣相沉積(CVD)、摻雜劑的離子注入、浸漬法或其它類似的處理來沉積該包層材料。當溫度達到玻璃轉(zhuǎn)化溫度時，也可以對包層材料進行自旋、硫化或硬化?，F(xiàn)參考圖8，多個波導12、16、34耦合在一起以形成具有多個分接頭四(反射光束行進通過所述分接頭)的總線沈(透射光束行進通過該總線)。第一和第二波導12、16經(jīng)由上文所公開的方法的其中一個而耦合在一起。在該實施例中，第二波導16配置有與具有形狀互補的斜面36的附加(例如，第三)波導34耦合的第二斜面32。附加波導34還配置有與又一(例如，第四)波導34’的形狀互補的斜面36’耦合的第二斜面38。在該特定的非限制性示例中，第五波導；34’’包括形狀與第四波導34’的第二斜面38’的形狀互補的斜面 36’’。盡管圖8中示出了五個波導12、16、34、34’、34’’，但應當理解的是，可以將任意數(shù)量的波導耦合在一起以實現(xiàn)期望的光路。也如圖8中所示，附加波導34、34’、34’，的每個均相對于直接相鄰的波導偏移。如上所述，這樣的偏移改變了相鄰波導的耦合比。應當理解的是，上文所公開的其它任意方法可以用來改變相應的耦合比。在一個實施例中，波導12、16、34、34’、34’，由相同的材料制成，并且因此具有相同的折射率。在該實施例中，經(jīng)由上文所述的技術(shù)所形成的至少部分反射的涂層20 (該圖中未示出)可以建立在沒有偏移或經(jīng)由間隙G分隔開的斜面之間。然而，應當理解的是，波導 12、16、34、34’、34’ ’可以使它們各自的耦合比經(jīng)由本文所述的任意其它技術(shù)(或者經(jīng)由這些技術(shù)的組合)而改變。圖9A示出了級聯(lián)在一起的多個波導12、16的又一實施例。在該實施例中，附加波導40建立在第一和第二波導12、16的至少一部分上。附加波導40構(gòu)成用于第一波導12 的彎曲部，使得其內(nèi)被全內(nèi)反射的光被傳輸至波導40。當波導12、16、40具有相同的折射率時，附加波導40可以經(jīng)由折射率匹配的粘合材料(例如，膠水)而與波導12、16粘接在一起。在該實施例中，斜面14、18具有建立在其上的利用上文所述的技術(shù)所形成的至少部分反射的涂層，以便按照期望的耦合比對光束進行分離。然而，應當理解的是，耦合比可以經(jīng)由本文所公開的其它方法(例如，偏移、間隙G的形成、復合斜面14’、18’、這些方法的組合等)來實現(xiàn)。將被反射離開至少部分反射的涂層20的光束引向被配置為全內(nèi)反射入射在其上的任意光束的表面S。被內(nèi)反射的光束的方向被改變90°，從而使得這些光束行進到附加波導40之外。如圖9A中所示，附加波導40的另一表面&可以被粘接到又一波導42，以進一步以期望的方式引導光束。通常，表面&和波導42的形狀互補的表面被配置為使得光從其中透射通過。波導42具有形狀與其所粘接的波導44的斜面48的形狀互補的斜面46。在該非限制性示例中，斜面46、48具有建立在它們之間的至少部分反射的涂層20，以便根據(jù)預定的耦合比對光束進行分離。另一附加波導40’建立在波導46、48的至少一部分上。由于通常波導46、48、40’具有相同的折射率，因此該附加波導40’可以經(jīng)由折射率匹配的粘合材料(例如，膠水)而粘接到波導46、48。
將從斜面46、48之間的至少部分反射的涂層20反射離開的光束引向被配置為全內(nèi)反射入射在其上的任意光束的表面S’。被內(nèi)反射的光束的方向被改變90°，以使得這些光束行進到附加波導40’之外。如圖9A中所示，通過將波導40’的表面&’粘接到波導42’的形狀互補的表面，可以將波導42，、44，和40”的類似堆疊可操作地耦合到其它波導12、16、40、42、44、40’。可以如之前針對波導16、40、44、40’所述的那樣來配置和定位剩余的波導44’、40’’。可以將這樣的堆疊重復適于實現(xiàn)期望的光路的次數(shù)。如以虛線示出的，包層50還可以建立在附加波導40、40，、40，，以及建立這些附加波導所基于的波導12、16、42、44、42’、44’之間。反射光束能夠行進通過這樣的包層50。在一些情況下，包層50建立在波導16、40、44、40，以及波導44，、40，，之間。如之前所提到的，盡管圖9A (以及下文所討論的圖9B)示出了至少部分反射的涂層20，但應當理解的是，相鄰波導12、16、42、44、42’、44’之間的耦合比可以經(jīng)由本文所公開的其它方法(例如，偏移、間隙G的形成、復合斜面14’、18’、這些方法的組合等)來實現(xiàn)。圖9B示出了圖9A中所示的級聯(lián)在一起的多個波導的類似實施例，不同的是波導 40和40’在它們各自的第二表面S2, S2，處包括形狀與相鄰波導44,44'的斜面48,48'的形狀互補的斜面。在該實施例中，波導42、42’未被包括。圖9C示出了級聯(lián)在一起的多個波導12、16、56、56’、58、60的又一實施例。在該實施例中，波導12、16以諸如上文中參考圖2D所述的方式的偏移方式被耦合。第三波導56 位于波導12上(從而形成用于來自波導12的被全內(nèi)反射的光的彎曲部)。波導56自身包括彎曲部和使入射在其上的光束全內(nèi)反射的表面S (S卩，斜面)。該波導56可以經(jīng)由上文針對波導12所述的方法來形成。如所示，波導56可以包括與又一波導58相耦合的第二表面&。盡管未示出，但應當理解的是，如果需要第二表面&也可以是斜面。附加波導(例如波導60、56’)可以以適當?shù)姆绞奖获詈希詫崿F(xiàn)用于光束的期望路徑。在該實施例中，波導12、16、58、60被示出為相互偏移以實現(xiàn)期望的耦合比，然而， 應當理解的是，相鄰波導12、16、58、60之間的耦合比可以經(jīng)由本文所公開的其它方法(例如，至少部分反射的涂層20、間隙G的形成、復合斜面14’、18’、這些方法的組合等)來實現(xiàn)?，F(xiàn)參考圖10，示出了包括多個束耦合和分離器10’的系統(tǒng)100的非限制性示例。束耦合器/分離器10’形成多個平行的光通道。該系統(tǒng)100的每個通道包括在互補斜面14、 18之間具有至少部分反射的涂層20的第一和第二波導12、16以及被布置為使從斜面14、 18行進來的光束重定向的附加波導40。盡管在該實施例中示出了反射涂層20以實現(xiàn)期望的耦合比，但應當理解的是，可以進行本文所公開的任意其它調(diào)整以獲得期望的耦合比。系統(tǒng)100的每個通道經(jīng)由包層50與相鄰的部件10或通道分隔開。包層50有助于降低或消除部件10’之間的光學串擾。包層50通常由折射率比波導12、16的折射率低的材料制成。如之前所提到的，適當?shù)陌鼘硬牧系姆窍拗菩允纠ㄌ挤鷺渲?諸如來自杜邦的TEFLON )、硅或絕緣材料等?？梢越?jīng)由化學氣相沉積(CVD)、摻雜劑的離子注入、浸漬法或其它類似的處理來沉積該包層50。當溫度達到玻璃轉(zhuǎn)化溫度時，還可以對包層材料進行自旋、硫化和硬化。應當理解的是，系統(tǒng)100中的每個耦合器/分離器10’均具有將光束引導到各自的波導12的光源52。這樣的光源的非限制性示例是垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)。也可以利用單獨的透鏡M (以虛線示出)來將來自一個光源52的光束引導到相應的波導12。圖 10所示的箭頭示出了如何引導光通過每個束耦合器/分離器10’。如所示，利用部件10’ 將系統(tǒng)100的光以平行的方式耦合。在圖10中還示出了如何可以將波導(在該示例中為附加波導40的其中一個)配置為具有弧形形狀的非限制性示例。人們相信，由于可以用相對柔軟的材料(例如，聚合物)來形成波導，因此可以容易地實現(xiàn)這些替代形狀。這樣的波導的功能類似于用于傳輸電信號的帶狀線纜。盡管附圖中未示出，但一個或多個檢測器可以被布置為檢測射出束耦合和分離器的光束的一部分或全部?，F(xiàn)參考圖11，示出了束耦合器/分離器1000的另一實施例。束耦合器/分離器 1000的該實施例包括具有單個輸入端口 I和兩個輸出端口 OpO2WT形波導52。上文中針對其它波導12、16等所述的材料可以用來制成T形波導52。作為一個非限制性示例，第一光纖可以粘接到第二光纖以形成T形波導52。作為另一非限制性示例，單個光纖可以形成 T形波導52。楔形部(wedge) 54形成在T形波導52中的某位置處，以使得該楔形部M將經(jīng)由單個輸入端口 I進入T形波導52的光束以預定方式在兩個輸出端口 Op O2之間進行分光。 沿著軸A54移動楔形部M將改變反射到第一輸出O1的光束與反射到第二輸出&的光束的比率。作為示例，如果圖11所示的楔形部M沿著軸A54向著輸出O1移動(但仍與輸入端口 I相對)，則更多的光將被引向輸出02。楔形部M的角度被配置為使得發(fā)生全內(nèi)反射?？梢越?jīng)由例如模制或光刻技術(shù)來在波導52內(nèi)形成楔形部M。本文所公開的束耦合和分離器10、10’、10’’、1000可以被配置為引導任意期望的波長。這樣，本文所使用的術(shù)語“光”和“光束”可以被廣泛地定義為包括范圍從約400nm 到約1500nm的波長。在一些情況下，光是指具有可視范圍(400nm-700nm)附近的波長的電磁輻射。在其它情況下，光是指850nm的波長。在另一些情況下，光是指通常用于電信的或 1500nm的波長。條款1 一種束耦合和分離器，包括
第一波導，其包括斜面和彎曲部，所述斜面被配置為全內(nèi)反射入射在所述斜面上的至少一部分光；以及
第二波導，其包括形狀與所述第一波導的斜面的形狀互補的斜面，所述第二波導耦合到所述第一波導以使得i)所述第二波導的斜面與所述第一波導的斜面的至少一部分相鄰，以及ii)實現(xiàn)預定的耦合比。條款2 根據(jù)條款1所述的束耦合和分離器，其中所述第一波導和所述第二波導具有相同的折射率，并且其中所述束耦合和分離器還包括至少部分反射的涂層，其中所述至少部分反射的涂層i)被建立在所述斜面之間的界面處，以及ii)以實現(xiàn)所述預定的耦合比的方式被建立。條款3 根據(jù)前述任一項條款所述的束耦合和分離器，其中所述第二波導的斜面以實現(xiàn)所述預定的耦合比的方式相對于所述第一波導的斜面偏移。
條款4 根據(jù)前述任一項條款所述的束耦合和分離器，還包括位于所述斜面之間的間隙，其中所述間隙的厚度被配置為實現(xiàn)所述預定的耦合比，并且其中所述間隙的厚度小于被引入到所述束耦合和分離器內(nèi)的入射光的波長。條款5 根據(jù)條款4所述的束耦合和分離器，其中光的所述波長的范圍為從約 400nm 到約 1500nm。條款6 根據(jù)條款1所述的束耦合和分離器，其中所述第一波導的斜面為包括第一子斜面和第二子斜面的復合斜面，其中所述第二波導的斜面為包括i)形狀與所述第一波導的復合斜面的第二子斜面的形狀互補的第一子斜面以及ii)形狀與所述第一波導的復合斜面的第一子斜面的形狀互補的第二子斜面的復合斜面，其中所述第一波導的復合斜面的第一子斜面與所述第二波導的復合斜面的第一子斜面以及所述第一波導的復合斜面的第二子斜面與所述第二波導的復合斜面的第二子斜面分別被耦合，以形成i)第一子斜面之間以及i i )第二子斜面之間的各自的間隙。條款7 根據(jù)前述任一項條款所述的束耦合和分離器，其中所述第二波導包括第二斜面，并且其中所述束耦合和分離器還包括第三波導，所述第三波導包括形狀與所述第二波導的第二斜面的形狀互補的斜面，所述第三波導耦合到所述第二波導以使得i)所述第三波導的斜面與所述第二波導的第二斜面的至少一部分相鄰，以及ii)實現(xiàn)其它預定的華禹合t匕。條款8 根據(jù)前述條款1至7中任一項所述的束耦合和分離器，還包括第三波導， 第三波導建立在所述波導和所述第二波導的至少一部分上，所述第三波導形成所述第一波導的彎曲部，并且包括成角度的表面，所述成角度的表面被配置為全內(nèi)反射來自所述第一波導的斜面并入射在所述成角度的表面上的光束。條款9 根據(jù)前述任一項條款所述的束耦合和分離器，其中所述彎曲部被布置為處于預定的角度或曲率半徑。條款10 —種用于形成根據(jù)前述條款中的任一項所述的束耦合和分離器的方法， 所述方法包括
在第一波導中形成斜面和彎曲部；
布置第二波導以使得第二波導的形狀互補的斜面與所述第一波導的斜面的至少一部分相鄰；以及
調(diào)整所述第一波導和所述第二波導之間的耦合比。條款11 根據(jù)條款10所述的方法，其中通過以下處理中的至少一個來實現(xiàn)對所述耦合比的調(diào)整
i)將所述斜面的角度配置為預定的角度；
ii)在所述斜面之間的界面處建立至少部分反射的涂層；
iii)使所述第二波導的斜面以預定方式相對于所述第一波導的斜面偏移；
iv)在所述第一波導的斜面和所述第二波導的斜面之間形成具有預定厚度的間隙； ν)針對所述第一波導的斜面和所述第二波導的斜面中的每個利用復合斜面；或 vi) i-V的組合。條款12 —種用于對光束進行耦合和分離的系統(tǒng)，包括 根據(jù)條款1-9中任一項所述的束耦合和分離器；以及光源，其被布置為將光束引導到所述束耦合和分離器的所述第一波導中。條款13 根據(jù)條款12所述的系統(tǒng)，還包括
根據(jù)條款1-9中任一項所述的第二束耦合和分離器；以及
第二光源，其被布置為將光束引導到所述第二束耦合和分離器的所述第一波導中；以
及
包層，其布置在所述束耦合和分離器以及所述第二束耦合和分離器之間。條款14 根據(jù)條款12或13中任一項所述的系統(tǒng)，還包括透鏡，所述透鏡布置在所述光源和所述束耦合和分離器的所述第一波導之間，所述透鏡配置為將來自所述光源的光束引導到所述束耦合和分離器的所述第一波導中。條款15 —種束耦合和分離器，包括
T形波導，其具有單個輸入端口和兩個輸出端口 ；以及
楔形部，其形成在所述T形波導中的某位置處，且被配置為將經(jīng)由所述單個輸入端口進入所述T形波導的光束以預定的方式在所述兩個輸出端口之間進行分光。條款16 根據(jù)條款15所述的束耦合和分離器，其中所述楔形部的角度被配置為使得發(fā)生全內(nèi)反射。盡管已經(jīng)詳細說明了多個實施例，但對本領域技術(shù)人員來說顯而易見的是，可以對所公開的實施例進行修改。因此，上述說明應當被認為是示例性的，而并非是限制性的。
權(quán)利要求
1.一種束耦合和分離器，包括第一波導，其包括斜面和彎曲部，所述斜面被配置為全內(nèi)反射入射在所述斜面上的至少一部分光；以及第二波導，其包括形狀與所述第一波導的斜面的形狀互補的斜面，所述第二波導耦合到所述第一波導以使得i)所述第二波導的斜面與所述第一波導的斜面的至少一部分相鄰，以及ii)實現(xiàn)預定的耦合比。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的束耦合和分離器，其中所述第一波導和所述第二波導具有相同的折射率，并且其中所述束耦合和分離器還包括至少部分反射的涂層，所述至少部分反射的涂層i)被建立在所述斜面之間的界面處，以及ii)以實現(xiàn)所述預定的耦合比的方式被建立。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的束耦合和分離器，其中所述第二波導的斜面以實現(xiàn)所述預定的耦合比的方式相對于所述第一波導的斜面偏移。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的束耦合和分離器，還包括位于所述斜面之間的間隙，其中所述間隙的厚度被配置為實現(xiàn)所述預定的耦合比，并且其中所述間隙的厚度小于被引入到所述束耦合和分離器內(nèi)的入射光的波長。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的束耦合和分離器，其中光的所述波長的范圍為從約400nm到約 1500nm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的束耦合和分離器，其中所述第一波導的斜面為包括第一子斜面和第二子斜面的復合斜面，其中所述第二波導的斜面為包括i)形狀與所述第一波導的復合斜面的第二子斜面的形狀互補的第一子斜面以及ii)形狀與所述第一波導的復合斜面的第一子斜面的形狀互補的第二子斜面的復合斜面，其中所述第一波導的復合斜面的第一子斜面與所述第二波導的復合斜面的第一子斜面以及所述第一波導的復合斜面的第二子斜面和所述第二波導的復合斜面的第二子斜面分別被耦合，以形成i)第一子斜面之間以及 i i )第二子斜面之間的各自的間隙。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的束耦合和分離器，其中所述第二波導包括第二斜面，并且其中所述束耦合和分離器還包括第三波導，所述第三波導包括形狀與所述第二波導的第二斜面的形狀互補的斜面，所述第三波導耦合到所述第二波導以使得i)所述第三波導的斜面與所述第二波導的第二斜面的至少一部分相鄰，以及ii)實現(xiàn)其它預定的耦合比。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的束耦合和分離器，還包括第三波導，所述第三波導建立在所述波導和所述第二波導的至少一部分上，所述第三波導形成所述第一波導的彎曲部，并且包括成角度的表面，所述成角度的表面被配置為全內(nèi)反射來自所述第一波導的斜面并入射在所述成角度的表面上的光束。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的束耦合和分離器，其中所述彎曲部被布置為處于預定的角度或曲率半徑。
10.一種用于形成根據(jù)權(quán)利要求1所述的束耦合和分離器的方法，所述方法包括在第一波導中形成斜面和彎曲部；布置第二波導以使得第二波導的形狀互補的斜面與所述第一波導的斜面的至少一部分相鄰；以及調(diào)整所述第一波導和所述第二波導之間的耦合比。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中通過以下處理中的至少一個來實現(xiàn)對所述耦合比的調(diào)整i)將斜面的角度配置為預定的角度；ii)在所述斜面之間的界面處建立至少部分反射的涂層；iii)使所述第二波導的斜面以預定的方式相對于所述第一波導的斜面偏移；iv)在所述第一波導的斜面和所述第二波導的斜面之間形成具有預定厚度的間隙； ν)對于所述第一波導的斜面和所述第二波導的斜面中的每一個使用復合斜面；或 vi) i-v的組合。
12.一種用于對光束進行耦合和分離的系統(tǒng)，包括 根據(jù)權(quán)利要求1所述的束耦合和分離器；以及光源，其被布置為將光束引導到所述束耦合和分離器的所述第一波導中。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，還包括 根據(jù)權(quán)利要求1所述的第二束耦合和分離器；以及第二光源，其被布置為將光束引導到所述第二束耦合和分離器的所述第一波導中；以及包層，其布置在所述束耦合和分離器以及所述第二束耦合和分離器之間。
14.一種束耦合和分離器，包括T形波導，其具有單個輸入端口和兩個輸出端口 ；以及楔形部，其形成在所述T形波導中的某位置處且被配置為將經(jīng)由所述單個輸入端口進入所述T形波導的光束以預定的方式在所述兩個輸出端口之間進行分光。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種束耦合和分離器。束耦合和分離器的實施例包括第一波導，其包括斜面和彎曲部；以及第二波導，其包括形狀與所述第一波導的斜面的形狀互補的斜面。所述第一波導的斜面被配置為全內(nèi)反射入射在所述斜面上的至少一部分光。所述第二波導耦合到所述第一波導以使得i)所述第二波導的斜面與所述第一波導的斜面的至少一部分相鄰，以及ii)實現(xiàn)預定的耦合比。
文檔編號G02B6/27GK102272655SQ200880132583
公開日2011年12月7日 申請日期2008年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月31日
發(fā)明者H.P.擴, M.R.T.譚, P.K.羅森伯格, R.G.沃姆斯利, S.王 申請人:惠普開發(fā)有限公司