專利名稱：對準(zhǔn)光波導(dǎo)陣列的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對準(zhǔn)光波導(dǎo)陣列的方法。這種方法包括監(jiān)視從第一陣列的光波導(dǎo)耦合入第二陣列的光波導(dǎo)的總的光功率。本發(fā)明特別適合于集成光波導(dǎo)線路元件與夾持在光纖陣列夾持器中的光纖陣列進(jìn)行對準(zhǔn)、耦合和連接。
背景技術(shù)：
集成光波導(dǎo)線路器件(諸如平面波導(dǎo)、光波光學(xué)線路以及在平面玻璃和半導(dǎo)體襯底上的光學(xué)器件)在多波長傳輸系統(tǒng)和光通信系統(tǒng)中變得日益重要。
為進(jìn)行工作，光學(xué)器件中的導(dǎo)光波導(dǎo)區(qū)域必須與光纖或另一個(gè)光學(xué)器件中的導(dǎo)光波導(dǎo)區(qū)域互連或引出(pigtail)?；ミB要求低損耗(一般每個(gè)接頭低于0.2dB)、抵御熱和潮濕的環(huán)境可靠性以及成本效能。得到低損耗的接頭需要導(dǎo)光波導(dǎo)區(qū)域的極高精度的對準(zhǔn)。
使平面光學(xué)器件中的波導(dǎo)區(qū)域與光纖中的導(dǎo)光區(qū)域?qū)?zhǔn)的一種方法是有源對準(zhǔn)，其中，把波導(dǎo)區(qū)域?qū)釉谝黄?，用光學(xué)監(jiān)視工具監(jiān)視對接，然后把對接的波導(dǎo)區(qū)域固定在一起。
另一種方法是無源對準(zhǔn)，它包括用機(jī)械裝置對準(zhǔn)波導(dǎo)區(qū)域。例如，通過使用一對MT型連接器裝置可以將一個(gè)平面光學(xué)器件與一個(gè)光纖的陣列或另一個(gè)平面光學(xué)器件對準(zhǔn)，所述連接器裝置是由在支承平面波導(dǎo)的硅晶片上形成的V形槽以及在其周圍的塑料模制的MT型連接器插頭制成，V形槽精確地位于晶片中，并且V形槽支承引導(dǎo)插針。放置引導(dǎo)插針，使其被相對設(shè)置的容納光纖陣列的MT型連接器插頭上的引導(dǎo)孔容納。兩個(gè)插頭端的連接使平面波導(dǎo)無源對準(zhǔn)光纖陣列。這些現(xiàn)有技術(shù)的方法不能提供一種經(jīng)濟(jì)的方法，以優(yōu)化的光耦合來精確對準(zhǔn)光波導(dǎo)陣列。
發(fā)明概要因此，本發(fā)明的目的在于提供一種使光波導(dǎo)的第一陣列與相應(yīng)的光波導(dǎo)的第二陣列對準(zhǔn)和連接方法，以及一種耦合這些波導(dǎo)陣列的設(shè)備，它們能實(shí)際上免除由于有關(guān)技術(shù)的限制和缺點(diǎn)帶來的一個(gè)或多個(gè)問題。
將在下面的描述中提出本發(fā)明的附加的特征和優(yōu)點(diǎn)，從描述將使它們的一部分變得明顯，或可從本發(fā)明的實(shí)踐中加以認(rèn)識。將從說明書、權(quán)利要求書和附圖中特別指出的設(shè)備、過程和組成理解和得到本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)。
為了得到這些和其他的優(yōu)點(diǎn)，并且按照本發(fā)明的目的，如實(shí)施和廣泛描述的，本發(fā)明包括將集成光波導(dǎo)線路元件與光纖陣列連接的方法，所述方法包括下述步驟提供集成光波導(dǎo)線路元件，它具有N個(gè)波導(dǎo)端口的陣列；提供光纖陣列，它具有N條光纖的陣列；把光纖陣列放置在線路元件附近，從而從波導(dǎo)端口發(fā)出的光子耦合入光纖陣列的有關(guān)各個(gè)相應(yīng)的光纖耦合端。本方法還包括放置光纖陣列的N條光纖的光纖遠(yuǎn)端接端，使之靠近光功率收集和會聚部件，該部件收集從遠(yuǎn)端接端出射的光子，并且將光子會聚在光功率檢測器上；以及檢測會聚在光功率檢測器上的代表光子的總光功率的值，這些光子是從波導(dǎo)端口發(fā)出，耦合入有關(guān)各個(gè)相應(yīng)的光纖耦合端，并且從光纖遠(yuǎn)端接端射出。此方法還包括調(diào)節(jié)光纖陣列對于線路元件的有關(guān)位置，從而使代表光子的總光功率的檢測得的值最大化，并且當(dāng)代表總光功率的檢測得的值在最大值時(shí)固定光纖陣列對線路元件的位置。
在另一方面，本發(fā)明包括用于耦合集成光波導(dǎo)線路元件與多光纖光纖陣列的設(shè)備，以在線路元件與光纖陣列的耦合端之間提供優(yōu)化的光功率耦合，該光纖陣列與遠(yuǎn)離耦合端的端接端端接。設(shè)備包括用于控制和調(diào)節(jié)光纖陣列的耦合端對于線路元件耦合端的相對位置的自對準(zhǔn)系統(tǒng)以及放置得靠近自對準(zhǔn)系統(tǒng)的積分球。積分球包括至少一個(gè)輸入端口和一個(gè)光功率檢測器，該光功率檢測器連接至自對準(zhǔn)系統(tǒng)的輸入端，其中，把光纖陣列的端接端輸入積分球的輸入端口，從而從線路元件發(fā)出而被自對準(zhǔn)系統(tǒng)接收的光在光纖耦合端耦合入光纖陣列，并且從光纖陣列端接端處射出，進(jìn)入積分球，從光纖陣列端接端發(fā)出的總光功率由光功率檢測器檢測，光功率檢測器把檢測的總光功率輸入至自對準(zhǔn)系統(tǒng)的輸入端，而自對準(zhǔn)系統(tǒng)反復(fù)調(diào)節(jié)光纖陣列的耦合端對于線路元件的耦合端的有關(guān)位置，以得到由光功率檢測器檢測的最大的總光功率。
在又一方面，本發(fā)明包括把夾持在光纖陣列夾持器中的光纖陣列的多個(gè)第一光纖端與集成光波導(dǎo)線路元件的多個(gè)光波導(dǎo)連接端口對準(zhǔn)的方法。該方法包括把第一光纖端與光波導(dǎo)連接端口對接，并且把能源連至集成光波導(dǎo)線路，從而光從連接端口發(fā)出而進(jìn)入與光波導(dǎo)連接端口對接的第一光纖端。光纖陣列包括多條光纖，它們與遠(yuǎn)離第一端的多個(gè)遠(yuǎn)側(cè)的第二端接端端接。所述方法還包括把遠(yuǎn)側(cè)的第二端接端插入積分球，從而把從多個(gè)遠(yuǎn)側(cè)第二端接端發(fā)出的光加以集中并作空間積分，再檢測從插入積分球的多個(gè)遠(yuǎn)側(cè)第二端接端發(fā)出的被集中和作空間積分的光的總光功率。所述方法還包括調(diào)節(jié)多個(gè)光波導(dǎo)連接端口對于與光波導(dǎo)連接端口對接的第一光纖端的相對的物理關(guān)系，以使從插入積分球的多個(gè)遠(yuǎn)側(cè)第二端接端發(fā)出的被集中并作空間積分的光的檢測到的總光功率達(dá)到最大。
應(yīng)該理解，上面的一般描述和下面的詳細(xì)描述是說明性的和例示性的，因此打算如提出的權(quán)利要求那樣提供本發(fā)明的進(jìn)一步的說明。
包括附圖以進(jìn)一步理解本發(fā)明，這些附圖被包括在說明書中，并且成為其一部分，用以說明本發(fā)明的實(shí)施例，并且與說明書一起，用于說明本發(fā)明的原理。
附圖概述

圖1是實(shí)施本發(fā)明的裝置、方法和系統(tǒng)的圖。
圖2是圖1所示的部件的端面圖。
圖3是圖1所示的部件的端面圖。
圖4是圖1所示的部件的端面圖。
圖5是實(shí)施本發(fā)明的裝置和方法的透視圖。
圖6是通道1-8的誤差(μm)曲線圖。
圖7是通道1-8的距離平方(μm2)的曲線圖。
詳細(xì)描述本發(fā)明包括將光波導(dǎo)的第一陣列與光波導(dǎo)的第二陣列對準(zhǔn)的方法，其中，把從第二陣列的所有光波導(dǎo)輸出的總光功率最大化。
本發(fā)明包括把集成光波導(dǎo)線路元件與光纖陣列連接的方法，該方法包括提供具有N個(gè)光波導(dǎo)端口的陣列的集成光波導(dǎo)線路元件的步驟。
現(xiàn)在詳細(xì)參看本發(fā)明的現(xiàn)有的較佳實(shí)施例，用附圖來說明其例子。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例示于圖1-4中。
如這里的實(shí)施并參看圖1，把集成光波導(dǎo)線路元件20與光纖陣列22連接的方法包括提供如圖2所示的具有N個(gè)波導(dǎo)端口26的陣列24的集成光波導(dǎo)線路元件20。較佳的是，波導(dǎo)端口26的陣列24基本上是直線的，其波導(dǎo)端口以規(guī)則和標(biāo)準(zhǔn)化的方式間隔和取向。
本方法還包括提供具有N條光纖30的光纖陣列22，如圖3所示，光纖30的每條光纖具有耦合端32，該耦合端用于與線路元件20的各個(gè)相應(yīng)的波導(dǎo)端口26光耦合，如圖4所示，N條光纖30的每條光纖以各自的光纖終端34端接。較佳的是，光纖耦合端32基本上是直線陣列，其耦合端32以規(guī)則和標(biāo)準(zhǔn)化的方式隔開和取向，它與波導(dǎo)端口26的陣列24的隔開和取向相應(yīng)并與之匹配，通過用光纖陣列夾持器36(諸如使用V形槽的光纖陣列夾持器)夾持光纖陣列22的耦合端區(qū)域能夠做到這一點(diǎn)。較佳的是，光纖30是單模光纖。
本方法還包括將光纖陣列22設(shè)置在線路元件20附近，從而由線路元件20的波導(dǎo)端口26發(fā)出的光子耦合入光纖陣列22的各個(gè)相應(yīng)的光纖耦合端32。
本方法還包括把光纖陣列22的光纖30的N個(gè)光纖終端34設(shè)置在光功率集合和會聚部件40的輸入端38附近，該部件集合從N條光纖30的終端34出射的光子，并且將光子會聚在光功率檢測器42上。較佳的是，光功率集合和會聚部件40是諸如積分球的光反射部件，它可將沿各個(gè)角度和方向從終端34出射的光子加以反射和進(jìn)行光集合和會聚。較佳的是，積分球44對于1300納米至1600納米的波長范圍具有至少98％的反射率。對積分球44進(jìn)行光學(xué)設(shè)計(jì)，用于把從光纖陣列22的各條光纖30的各個(gè)終端34發(fā)出的各個(gè)光功率相加在一起而提供總光功率。較佳的是，把終端34插入積分球44的內(nèi)部。
本方法還包括檢測代表在光功率檢測器42上會聚的光子的總光功率的值，這些光子從波導(dǎo)端口26發(fā)出，耦合入各個(gè)相應(yīng)的光纖耦合端32，并從光纖30的終端34出射。
本發(fā)明還包括調(diào)節(jié)光纖陣列22與線路元件20的有關(guān)位置，從而使檢測得的代表出射光子的總光功率的值最大化，然后把光纖陣列22對于線路元件20的這個(gè)位置加以固定。
較佳的是，光功率集合和會聚部件40是反射型光功率集合和會聚部件，最佳的是，光功率集合和會聚部件40是積分球44。
提供光纖陣列22包括提供夾持在光纖陣列夾持器36中的光纖陣列，其中，光纖30的耦合端32由光纖陣列夾持器36容納，該夾持器設(shè)計(jì)得與波導(dǎo)端口陣列24的各個(gè)波導(dǎo)端口26的間隔、位置和取向匹配。光纖陣列夾持器36可以包括V形槽，這些V形槽是用諸如機(jī)械加工的方法而精密制成的，光纖30容納在V形槽內(nèi)。較佳的是，光纖陣列22由光纖陣列帶(ribbon)48構(gòu)成，其中，光纖陣列帶48柔性地限制光纖30，而光纖終端34由帶48容納。較佳的是，如此分開和提供光纖陣列帶48的終端，從而光纖終端34仍然是有包覆和未去掉外層的光纖端，諸如能夠由光纖陣列帶48的成批分開(mass cleaving)所提供的光纖終端。
較佳的是，固定光纖陣列22與線路元件20的位置的步驟包括把光纖陣列夾持器36與線路元件20粘合，從而使總光功率的檢測得的值保持最大。環(huán)氧樹脂、膠粘劑或其他粘合成分可以用于粘合。
如圖1-4所示，N是光波導(dǎo)端口26或光纖30的數(shù)目，N以至少等于4為較佳，N以至少等于8為最佳。線路元件20可以包括如圖1所示的1×8分離器/組合器，它具有8個(gè)光波導(dǎo)端口26。較好的是，線路元件20包括一塊平面襯底(諸如硅土或硅襯底)，它為做成元件的集成光路的光波導(dǎo)提供支撐和平臺。線路元件20可以由波分多路復(fù)用器/去復(fù)用器構(gòu)成，例如，波分去多路復(fù)用器把由8個(gè)不同的波長通道構(gòu)成的輸入信號分離成8個(gè)不同的波長通道。
如圖5所示，較佳的是，調(diào)節(jié)線路元件20與光纖陣列的有關(guān)位置的步驟包括用沿兩個(gè)方向(諸如x和y)的平移和一個(gè)繞縱軸50(它與x-y平面垂直)的旋轉(zhuǎn)來調(diào)節(jié)有關(guān)距離。較佳的是，使用電氣控制的自動對準(zhǔn)系統(tǒng)(諸如機(jī)—電自動對準(zhǔn)系統(tǒng))來調(diào)節(jié)光纖陣列22與線路元件20的有關(guān)位置。較佳的是，把代表總光功率的檢測得的值輸入自動對準(zhǔn)系統(tǒng)52，而自動對準(zhǔn)系統(tǒng)52根據(jù)檢測得的代表輸入至自動對準(zhǔn)系統(tǒng)的總光功率，用至少兩個(gè)平移和至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)來調(diào)節(jié)光纖陣列22與線路元件20的有關(guān)位置。
本發(fā)明還包括把集成光波導(dǎo)線路元件20與多條光纖的光纖陣列22相耦合的設(shè)備28，用于在線路元件20和光纖陣列22的耦合端54之間提供經(jīng)優(yōu)化的光功率耦合，其中，光纖陣列22以遠(yuǎn)離耦合端54的終端56端接。設(shè)備28包括自動對準(zhǔn)系統(tǒng)52。自動對準(zhǔn)系統(tǒng)52由用于容納線路元件20的線路元件容納平臺58用于容納光纖陣列22的耦合端54的光纖陣列耦合端容納平臺60構(gòu)成。自動對準(zhǔn)系統(tǒng)52包括位置控制器62，用于控制和調(diào)節(jié)由光纖陣列耦合端容納平臺容納的光纖陣列耦合端54對于由線路元件容納平臺58容納的線路元件20的有關(guān)位置。
設(shè)備28包括設(shè)置得靠近自動對準(zhǔn)系統(tǒng)52的積分球44。積分球44具有至少一個(gè)輸入端口38和光功率檢測器42。光功率檢測器42連至位置控制器62的輸入端。
設(shè)備28適于容納具有耦合端54和遠(yuǎn)離耦合端54的端接遠(yuǎn)端56的光纖陣列22，從而光纖陣列耦合端容納平臺60容納耦合端54，而把端接端56輸入積分球44的輸入端口。設(shè)備28適于使從線路元件20(它由線路元件容納平臺58容納)發(fā)出的光在光纖耦合端54處耦合入光纖陣列22，而耦合入光纖陣列的光從光纖陣列端接端56發(fā)出并進(jìn)入積分球44。光功率檢測器42檢測從光纖端接端56發(fā)出的總光功率。光功率檢測器42把檢測到的總光功率輸入位置控制器62的輸入端。位置控制器62反復(fù)調(diào)節(jié)光纖陣列22的耦合端54對線路元件20的有關(guān)位置，以使光功率檢測器42檢測到的總光功率達(dá)到最大值。
較佳的是，積分球44具有這樣的輸入端口38，從而能夠把由至少4條光纖構(gòu)成的光纖陣列端接端56插入積分球44。最佳的是，輸入端口具有這樣的尺寸，從而可以把至少8個(gè)光纖端接端插入積分球44。
自動對準(zhǔn)系統(tǒng)52把光纖陣列耦合端54與線路元件20對接，并且至少沿x和y方向平移光纖陣列耦合端54以及繞一條軸旋轉(zhuǎn)光纖陣列耦合端54，如圖5所示。較佳的是，線路元件20的取向和位置是固定的，而使光纖陣列耦合端54相對于線路元件20及其波導(dǎo)端口26移動。此外，設(shè)備28包括光源64，它對線路元件20提供光源。
本發(fā)明還包括把夾持在光纖陣列夾持器36中的光纖陣列22的多個(gè)第一光纖端32與集成光波導(dǎo)線路元件20的多個(gè)光波導(dǎo)連接端口26對準(zhǔn)的方法。本方法包括把夾持在光纖陣列夾持器36中的光纖陣列22的多個(gè)第一光纖端32與集成光波導(dǎo)線路元件20的多個(gè)光波導(dǎo)連接端口26對接的方法。
本方法包括把光能源64連至集成光波導(dǎo)線路20的步驟，從而光從光波導(dǎo)連接端口26發(fā)出，進(jìn)入與連接端口26對接的第一光纖端32。
光纖陣列22包括多條光纖30，它們與遠(yuǎn)離第一端32的端接第二遠(yuǎn)端34端接。本方法包括把多個(gè)端接第二遠(yuǎn)端34插入積分球44，從而集合由端接第二遠(yuǎn)端34發(fā)出的光，并對其進(jìn)行空間積分。本方法還包括檢測從插入積分球44的端接第二遠(yuǎn)端34發(fā)出的經(jīng)集合和空間積分的光的總光功率。本方法包括調(diào)節(jié)光波導(dǎo)連接端口26對與之對接的第一光纖端口32的相對的物理關(guān)系，以使檢測到的從插入積分球44的端接第二遠(yuǎn)端34發(fā)出并經(jīng)集合和空間積分的光的總光功率達(dá)到最大。
集成光波導(dǎo)線路元件20的多個(gè)光波導(dǎo)連接端口26包括至少由第一波導(dǎo)連接端口、第二波導(dǎo)連接端口、第三波導(dǎo)連接端口、第四波導(dǎo)連接端口、第五波導(dǎo)連接端口、第六波導(dǎo)連接端口、第七波導(dǎo)連接端口和第八波導(dǎo)連接端口組成的連接端口陣列。夾持在光纖陣列夾持器36中的光纖陣列22的第一光纖端口32包括有關(guān)的匹配陣列，該匹配陣列至少由第一匹配第一光纖端、第二匹配第一光纖端、第三匹配第一光纖端、第四匹配第一光纖端、第五匹配第一光纖端、第六匹配第一光纖端、第七匹配第一光纖端和第八匹配第一光纖端組成，它們分別對應(yīng)于波導(dǎo)連接端口，并與之匹配。光纖陣列22至少由與第一端接第二遠(yuǎn)端端接的第一光纖、與第二端接第二遠(yuǎn)端端接的第二光纖、與第三端接第二遠(yuǎn)端端接的第三光纖、與第四端接第二遠(yuǎn)端端接的第四光纖、與第五端接第二遠(yuǎn)端端接的第五光纖、與第六端接第二遠(yuǎn)端端接的第六光纖、與第七端接第二遠(yuǎn)端端接的第七光纖和與第八端接第二遠(yuǎn)端端接的第八光纖組成。較佳的是，檢測從插入積分球44的多個(gè)端接第二遠(yuǎn)端34發(fā)出的經(jīng)集合和空間積分的光的總光功率包括檢測從第一端接第二遠(yuǎn)端、第二端接第二遠(yuǎn)端、第三端接第二遠(yuǎn)端、第四端接第二遠(yuǎn)端、第五端接第二遠(yuǎn)端、第六端接第二遠(yuǎn)端、第七端接第二遠(yuǎn)端和第八端接第二遠(yuǎn)端發(fā)出的經(jīng)集合和空間積分的總光功率。
本發(fā)明的有源對準(zhǔn)方法和設(shè)備系統(tǒng)在對準(zhǔn)精度方面有提高，并且可以計(jì)及光纖陣列和集成光波導(dǎo)線路元件的不確定性而無需對連接波導(dǎo)端口26和光纖耦合端32的各個(gè)間隔、位置、取向和其他特征加以限制。本發(fā)明在經(jīng)濟(jì)方面也是有利的，這是因?yàn)?個(gè)波導(dǎo)端口26的陣列能夠與8條光纖的光纖陣列22對準(zhǔn)，在小于30秒的時(shí)間內(nèi)提供經(jīng)優(yōu)化的最大的光功率耦合。
在實(shí)踐本發(fā)明中，把單模分離器/耦合器線路元件20與夾持在V形槽精密塊光纖陣列夾持器36中的8條單模光纖的陣列22對準(zhǔn)。使用自動對準(zhǔn)系統(tǒng)52來調(diào)節(jié)和操縱波導(dǎo)端口陣列24對于光纖耦合端32的相對的物理位置。如圖5所示，固定1×8分離器/耦合器線路元件20，而使光纖陣列22沿x和y方向平移，以及繞垂直于x-y平面的軸50旋轉(zhuǎn)。這樣一種自動對準(zhǔn)系統(tǒng)52的一個(gè)例子是NewportAutoAlignTMSystem，該設(shè)備可從美國加利福尼亞州92606，Irvine，Deere大道1791號的Newport公司購得。把光纖陣列光纖帶48的端接端34插入積分球44，諸如818-IS-1型積分球，它可從美國加利福尼亞州92606，Irvine，Deere大道1791號的Newport公司購得。通過批量分離光纖帶48得到端接端34。不將端接端34的保護(hù)光纖包層和帶包層剝?nèi)?。由檢測器42檢測的代表總光功率的值輸入控制自動對準(zhǔn)系統(tǒng)52的自動對準(zhǔn)優(yōu)化的算法。
從電路元件20耦合并進(jìn)入光纖陣列22的光功率反比于每個(gè)單獨(dú)的波導(dǎo)端口26與其各自的匹配的和相應(yīng)的光纖耦合端32的對準(zhǔn)失誤，并且取決于波導(dǎo)端口26和光纖耦合端32的光纖纖心的位置誤差。這種位置誤差常常出現(xiàn)，并且依賴于制造線路元件和光纖陣列過程中的過程噪聲，各個(gè)產(chǎn)品之間的位置誤差不相同。
圖6示出耦合至1×8分離器/耦合器線路元件的波導(dǎo)端口的8根單模光纖纖心的誤差數(shù)據(jù)。圖6是夾持在光纖陣列夾持器36中的光纖耦合端32和線路元件20的波導(dǎo)端口26的位置的x-y誤差[誤差(μm)]對于通道的曲線圖，其中，通道代表由線路元件20引導(dǎo)，并且從各自的8個(gè)波導(dǎo)端口26輸出或向其輸入的8個(gè)光功率通道，在此情形下是從8個(gè)波導(dǎo)端口26輸出和輸入8個(gè)光纖耦合端32。把8個(gè)波導(dǎo)端口26的光功率通道用1、2、3、4、5、6、7和8來表示。
為了尋找在線路元件20前的光纖陣列的最佳位置，本發(fā)明使用每個(gè)功率通道的總和，而不是使用各個(gè)功率通道(諸如陣列中的第一條光纖和最后一條光纖)的光功率。作如下的假設(shè)，即，此總和作為不對準(zhǔn)誤差的線性組合而改變，能夠建立一個(gè)幾何模型，以用對準(zhǔn)精度來量化本發(fā)明方法的得益。
把每個(gè)通道的誤差距離的平方之和作為最小化的判據(jù)S=Σi=0n-1di2=Σi=0n-1[(δxi)2+(δYi)2+(μxi)2+(μYi)2]]]>這里n是通道數(shù)。δiX(相應(yīng)地，μiX)和δiY(相應(yīng)地，μiY)是線路元件(相應(yīng)地，光纖陣列)沿X和Y方向的第i個(gè)誤差。
提供直線(D)
，而其相關(guān)的傳遞矩陣
在此新的基礎(chǔ)上，能夠解下述線性方程組，以求得直線D，它使S變?yōu)樽钚≈怠?
并且S≥0在圖7中，誤差距離平方(μm2)對通道的曲線圖把本方法與只使用對陣列中的第一條和最后一條光纖(光纖1和光纖8)的各自單獨(dú)的光功率監(jiān)視進(jìn)行的優(yōu)化作比較。本發(fā)明方法的改進(jìn)是顯而易見的，并且表現(xiàn)出對準(zhǔn)精度提高了大約17％。這樣的提高是很有利的，并且對于連至光纖陣列的線路元件的環(huán)境試驗(yàn)(諸如在Bellcore GR 1209和1221要求中規(guī)定的有關(guān)熱循環(huán)和濕熱環(huán)境試驗(yàn))的情況有直接的影響。如圖7所示，在若干方面可以有某些折衷某些通道較差，而其余通道較好；本方面著眼于光纖陣列的總光功率，而不是陣列中的光纖的單個(gè)的光功率。
下面的表I進(jìn)一步提供了本發(fā)明的方法與只使用陣列中的第一和最后一條光纖光功率監(jiān)視的耦合和對準(zhǔn)優(yōu)化的比較。
表I通道#各自分別測得的功率(微瓦)1 11.312 10.533 11.194 10.765 12.336 10.557 13.878 11.86總計(jì)92.4在使用第一光功率檢測器監(jiān)視陣列中的第一條光纖和使用第二光功率檢測器監(jiān)視陣列中的最后一條光纖，使光纖陣列22與線路元件20對準(zhǔn)并最佳耦合后，在一個(gè)時(shí)刻只測量表I中的通道1至8各自分別測得的光功率之一?？倲?shù)92.4正好是8個(gè)各自分開測量的光功率的和數(shù)。
使用本發(fā)明的設(shè)備，通過把光纖端接端34插入積分球44，測得從線路元件20耦合到光纖陣列22的總光功率(為了線路元件和光纖陣列的連接，通過使用陣列的第一條光纖和最后一條光纖的優(yōu)化而得到表I)為92.2微瓦。然后使用本發(fā)明的方法和設(shè)備來優(yōu)化與表I相同的特殊線路元件20和光纖陣列22之間的對準(zhǔn)。本發(fā)明的方法和設(shè)備優(yōu)化對準(zhǔn)，提供99.2微瓦的最大的總光功率。本發(fā)明的方法提供約7％的光功率的增益(比采用各自的光功率檢測器監(jiān)視陣列的第一條和最后一條光纖進(jìn)行對準(zhǔn)而得到的功率大了7微瓦)。
本發(fā)明的對準(zhǔn)方法對于光纖陣列的N條光纖的總光功率的優(yōu)化，其做法是把N條光纖的N個(gè)端接端放入積分球。積分球得出每個(gè)通道的功率的總和，因而對于帶中的光纖的耦合操作節(jié)約時(shí)間，這是因?yàn)椴槐貏兂龊头珠_陣列的每條光纖，或者各別地監(jiān)視陣列中的光纖。本發(fā)明的方法可與用于定位單條光纖所自動對準(zhǔn)算法連用。
熟悉本領(lǐng)域的人將理解，能夠?qū)Ρ景l(fā)明的方法和設(shè)備作各種修改和變化而不偏離本發(fā)明的主旨和范圍。于是，打算使本發(fā)明覆蓋本發(fā)明的的修改和變化，只要它們在所附的權(quán)利要求書及其等同物的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種連接集成光波導(dǎo)線路元件與光纖陣列的方法，其特征在于，所述方法包括下述步驟提供具有N個(gè)波導(dǎo)端口的陣列的集成光波導(dǎo)線路元件；提供具有N條光纖的光纖陣列，所述N條光纖的每一條光纖具有一個(gè)耦合端，用于光耦合至所述線路元件的各個(gè)相應(yīng)的波導(dǎo)端口，所述N條光纖的每一條光纖與各個(gè)光纖端接端相端接；設(shè)置所述光纖陣列靠近所述線路元件，從而從所述線路元件的波導(dǎo)端口發(fā)出的多個(gè)光子耦合入所述光纖陣列的各個(gè)相應(yīng)的光纖耦合端；設(shè)置所述光纖陣列的N條光纖的N個(gè)光纖端接端靠近光功率集合和會聚部件的輸入端，該部件集合從所述N條光纖的端接端出射的多個(gè)光子，并且把多個(gè)光子會聚在光功率檢測器上；檢測代表會聚在所述光功率檢測器上的光子的總光功率的值，所述光子從所述波導(dǎo)端口發(fā)出，耦合入各個(gè)相應(yīng)的所述光纖耦合端，并從所述光纖的端接端出射；調(diào)節(jié)所述光纖陣列對所述線路元件的有關(guān)位置，從而使代表光子的所述總光功率的檢測得的值最大化，并且固定所述光纖陣列對所述線路元件的所述位置。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述光功率集合和會聚部件是反射型光功率集合和會聚部件。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述光功率集合和會聚部件是積分球。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，提供所述光纖陣列還包括提供夾持在光纖陣列夾持器中的光纖陣列，其中，所述光纖的耦合端由所述光纖陣列夾持器容納。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述光纖陣列由光纖陣列帶組成。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述光纖端接端由所述光纖陣列帶容納。
7.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，固定所述光纖陣列至所述線路元件的所述位置的步驟包括把所述光纖陣列夾持器粘合至所述線路元件，從而保持檢測到的值達(dá)到最大。
8.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述積分球在1300納米至1600納米的波長范圍具有至少98％的反射率。
9.如權(quán)利要求3所述的方法。其特征在于，所述積分球把從所述陣列的各條光纖的各個(gè)端接端發(fā)出的各個(gè)光功率相加。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，N至少為4。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，N至少為8。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述線路元件包括1×8分離器/組合器。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述線路元件包括平面襯底。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述線路元件包括波分多路復(fù)用器/去多路復(fù)用器。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，調(diào)整有關(guān)位置包括用兩個(gè)平移和一個(gè)旋轉(zhuǎn)來調(diào)節(jié)有關(guān)位置。
16.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，使用自動對準(zhǔn)系統(tǒng)來調(diào)節(jié)所述光纖陣列對所述線路元件的有關(guān)位置。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，把代表總光功率的所述檢測器的值輸入所述自動對準(zhǔn)系統(tǒng)。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述自動對準(zhǔn)系統(tǒng)根據(jù)代表輸入自動對準(zhǔn)系統(tǒng)的總光功率的檢測得的值，以至少兩個(gè)平移和至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)來調(diào)節(jié)所述光纖陣列對所述線路元件的有關(guān)位置。
19.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，把所述光纖端接端插入所述積分球。
20.一種用于把集成光波導(dǎo)線路元件與多光纖陣列相耦合，以在所述線路元件和所述光纖陣列的耦合端之間提供最佳光功率耦合的設(shè)備，所述光纖陣列與遠(yuǎn)離所述耦合端的端接端相端接，其特征在于，所述設(shè)備包括自動對準(zhǔn)系統(tǒng)，所述自動對準(zhǔn)系統(tǒng)由用于容納線路元件的線路元件容納平臺、用于容納光纖陣列的耦合端的光纖陣列耦合端容納平臺以及位置控制器構(gòu)成，所述位置控制器用于控制和調(diào)節(jié)由所述光纖陣列耦合端容納平臺容納的光纖陣列的耦合端對于由所述線路元件容納平臺容納的線路元件的有關(guān)位置；積分球，所述積分球設(shè)置得靠近所述自動對準(zhǔn)系統(tǒng)，所述積分球由至少一個(gè)輸入端口和光功率檢測器構(gòu)成，所述光功率檢測器連至所述位置控制器的輸入端，其中，所述設(shè)備適于容納具有耦合端和遠(yuǎn)離所述耦合端的端接端的光纖陣列，從而所述耦合端由光纖陣列耦合端容納平臺容納，而所述端接端輸入所述積分球的所述輸入端口，從而由被所述線路元件容納平臺容納的線路元件發(fā)出的光在光纖耦合端耦合入光纖陣列，耦合入光纖陣列的所述光從光纖端接端出射并且進(jìn)入積分球，從光纖陣列端接端出射的總光功率由所述光功率檢測器檢測，所述光功率檢測器把所述檢測得的總光功率輸入所述位置控制器的輸入端，而所述位置控制器反復(fù)調(diào)節(jié)光纖陣列的耦合端對線路元件的有關(guān)位置，以得到由所述光功率檢測器檢測的最大的總光功率。
21.如權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其特征在于，所述積分球的所述輸入端口取這樣的尺寸，從而能夠把由至少4條光纖構(gòu)成的光纖陣列的端接端插入積分球。
22.如權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其特征在于，所述積分球的所述輸入端口取這樣的尺寸，從而能夠把由至少8條光纖構(gòu)成的光纖陣列的端接端插入積分球。
23.一種把夾持在光纖陣列夾持器中的光纖陣列的多個(gè)第一光纖端與集成光波導(dǎo)線路元件的多個(gè)光波導(dǎo)連接端口對準(zhǔn)的方法，其特征在于，所述方法包括下述步驟把夾持在光纖陣列夾持器中的光纖陣列的多個(gè)第一光纖端與集成光波導(dǎo)線路元件的多個(gè)光波導(dǎo)連接端口對接；把能源連至所述集成光波導(dǎo)線路，從而由多個(gè)光波導(dǎo)連接端口發(fā)出的光進(jìn)入與所述光波導(dǎo)連接端口對接的第一光纖端；所述光纖陣列由多條光纖構(gòu)成，這些光纖與遠(yuǎn)離所述第一端的多個(gè)端接第二遠(yuǎn)端相端接，把所述多個(gè)端接第二遠(yuǎn)端插入積分球，從而由多個(gè)端接第二遠(yuǎn)端發(fā)出的光被集合和空間積分；檢測被集合和空間積分的由插入積分球的多個(gè)端接第二遠(yuǎn)端發(fā)出的光的總光功率；調(diào)節(jié)所述多個(gè)光波導(dǎo)連接端口和與之對接的所述第一光纖端的相對的物理關(guān)系，以使被集合和空間積分的由插入積分球的多個(gè)端接第二遠(yuǎn)端發(fā)出的光的檢測得總光功率達(dá)到最大值。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，集成光波導(dǎo)線路元件的所述多個(gè)光波導(dǎo)連接端口至少由第一波導(dǎo)連接端口、第二波導(dǎo)連接端口、第三波導(dǎo)連接端口、第四波導(dǎo)連接端口、第五波導(dǎo)連接端口、第六波導(dǎo)連接端口、第七波導(dǎo)連接端口和第八波導(dǎo)連接端口的陣列構(gòu)成，而被夾持在光纖陣列夾持器中的光纖陣列的多個(gè)第一光纖端至少由第一匹配第一光纖端、第二匹配第一光纖端、第三匹配第一光纖端、第四匹配第一光纖端、第五匹配第一光纖端，第六匹配第一光纖端、第七匹配第一光纖端和第八匹配第一光纖端的有關(guān)的匹配陣列構(gòu)成，它們分別相應(yīng)于并與波導(dǎo)連接端口匹配，所述光纖陣列至少由與第一端接第二遠(yuǎn)端端接的第一光纖、與第二端接第二遠(yuǎn)端端接的第二光纖、與第三端接第二遠(yuǎn)端端接的第三光纖、與第四端接第二遠(yuǎn)端端接的第四光纖、與第五端接第二遠(yuǎn)端端接的第五光纖、與第六端接第二遠(yuǎn)端端接的第六光纖、與第七端接第二遠(yuǎn)端端接的第七光纖以及與第八端接第二遠(yuǎn)端端接的第八光纖構(gòu)成，其中，檢測從插入積分球的多個(gè)端接第二遠(yuǎn)端發(fā)出的被集合和空間積分的光的總光功率包括檢測從所述第一端接第二遠(yuǎn)端、所述第二端接第二遠(yuǎn)端、所述第三端接第二遠(yuǎn)端、所述第四端接第二遠(yuǎn)端、所述第五端接第二遠(yuǎn)端、所述第六端接第二遠(yuǎn)端、所述第七端接第二遠(yuǎn)端和所述第八端接第二遠(yuǎn)端發(fā)出的被集合和空間積分的光的總光功率。
全文摘要
一種用于在集成光波導(dǎo)線路元件(20)和光纖陣列(22)波導(dǎo)之間提供改進(jìn)的耦合的方法和設(shè)備。一面檢測從陣列(24)的所有的光纖輸出的總光功率,一面對線路元件(20)和光纖陣列(22)進(jìn)行調(diào)節(jié),使之相互對準(zhǔn)。使用積分球(44)把所有光纖各自的光功率輸出相加,并且采用自動對準(zhǔn)系統(tǒng)(52)調(diào)節(jié)元件(20)和光纖陣列(22)的有關(guān)位置,從而使得由光纖輸出而進(jìn)入積分球(44)的總光功率達(dá)到最大值。
文檔編號G02B6/42GK1274427SQ99801271
公開日2000年11月22日 申請日期1999年5月11日 優(yōu)先權(quán)日1998年5月27日
發(fā)明者M·G·布龍 申請人:康寧股份有限公司