专利名称：光波分复用器/波分去复用器装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光波分复用器/波分去复用器装置，还涉及包括这种光波分复用器/波分去复用器装置的各种装置。
基于光纤的电信和数据网络已非常平常。为使每个光纤链路的带宽最大化，已公知的是通过单光纤电缆传输载有稍微不同波长光束的大量数据。典型地，单独产生每个波长(诸如由固态激光器)，并被调制以承载所需要的数字数据信号。在耦合进入光纤之前，在多路复用器中将不同波长信道结合在一起。
为从组合光束中提取多个不同波长光束中的每个，可使用去多路复用器。因此，由每个光束承载的信号可被单独检测以允许提取数字数据，或者每个光束可被单独操作(例如，放大、衰减和重新路由等等)。典型的去多路复用器在结构上同多路复用器相同；去多路复用器是一个简单的反过来工作的多路复用器装置。
一种已知类型的光波分复用器包括级联的滤光器。每个滤光器具有不同的透射/反射特性，仅传播给定波长带宽范围内的光。通过反射包括来自滤光器一侧的透射带宽之外的波长的光，并同时沿着一个方向通过滤光器传递在透射带宽内的光以使与反射光的传播方向一致，可收集多重波长组分信号。采用这样的方式，可以构建包括多重波长组分的光信号。典型地，形成多路复用器的元件在可调节装置中相互对准或在固定之前有效对准。然后，光在自由空间中的元件之间传播。
上述类型的已知多路复用器装置存在多个不利之处。例如，薄膜滤光器的光谱特性本身极大地依赖于光的入射角度。因此，滤光器要求相对于入射光进行精确地角度对准，或者降低它们的波长相关透射/反射特性而导致光泄漏。在多路复用器的情况下，要保证不同波长信号的传播路径在结合之后真正的共同入射以有效地耦合进入任一输出光纤，滤光器的角度对准很重要。沿着级联滤光器的角度未对准的复合作用大大增加了所需要的滤光器角度对准精度。为得到所需要的滤光器对准精度，多路复用器装置的光学元件在装配期间可以被典型地调节以保证对准最优化；事实证明这种方式耗费时间、复杂而且成本高。此外，光在自由空间传播可导致光束衍射作用，所述光束衍射作用降低了所述装置的整体光效率。随着时间推移，机械振动和热作用也可导致元件对准降低。
本发明的目标是至少减少一些上述缺点。
根据本发民的第一方面，一种光波分复用器/波分去复用器装置，包括具有多个波长选择滤光器的衬底，所述滤光器布置成提供组合光束和多个单独光束之间的转换，所述组合光束包括多个波长信道，所述多个单独光束中的每个都包括所述多个波长信道的子集，其特征在于，空心波导形成于所述衬底上以在波长选择滤光器之间引导光。
由于减小了装置中的光束发散和串扰影响，因此在空心波导中引导光非常有利。因此本发明提供了一种同光在自由空间中的波长选择滤光器之间传播的已知装置相比具有更高光效率的多路复用器或去多路复用器。通过所述装置引导光还保证了光束衍射作用没有降低效率，当光射出所述装置时以所述效率耦合进入光纤。
此处使用的术语波长信道是指在所限定波长带宽内的波长范围。典型地，波长信道是一个具有特定谱线宽度的单独的波长输出(例如来自固态激光器)。国际电信同盟(ITU)规定了大量的标准波长带宽。例如，ITU密集波分复用系统使用具有100GHz频率间距的光信号。
当所述装置作为去多路复用器时，将包括一组波长信道的光束分裂成包括这些波长信道子集的多个光束。每个单独光束可以包括仅仅一个波长信道，或者包括两个或多个波长信道。相似地，当所述装置作为多路复用器时，所述装置将单独光束(每个单独光束可包括一个或多个波长信道)结合形成组合光束，所述组合光束包括单独光束的所有波长信道。
应当注意的是，当制造空心波导结构时，空心很可能被填充了空气。然而，决不能将此看作是对本发明范围的限制。所述空心可能含有任一流体(例如液体，或诸如氮气的惰性气体)或者是真空。术语空心仅意味着一种没有任何固体材料的中心。此外，此处使用的术语“光”和“光学”是指任何具有从深紫外线至远红外线波长的电磁射束。
便利地，每个波长选择滤光器透射单一的波长信道。可替代的方案是，每个波长选择滤光器有利地反射单一的波长信道。也可使用透射和反射滤光器的结合。
有利地，波长选择滤光器包括薄膜光纤。例如，多层或标准器(etalon)薄膜光纤。如果未对准为1°，则典型的薄膜滤光器在其中心带通波长处将具有大约0.1nm的偏移。
优选地，衬底附加包括多个对准插槽，所述多个对准插槽排成直线用于接受所述滤光器。对准插槽可以形成在所述衬底中，并设计其形状，使其排成直线以接受所述波长选择滤光器。所述对准插槽可比空心光波导所需要的对准插槽更深/更浅和/或更宽/更窄。
制造具有足够精度的对准插槽以对准滤光器(即，布置对准插槽成一直线以接受滤光器)尤其有利。在这种情况下，将滤光器放在对准插槽中本身使得滤光器相对于空心波导对准，并因此准确地确定了滤光器上光的入射角度。因此不再需要单独的滤光器对准或调节步骤。电子电路制造中所使用类型的传统取放(pick and place)技术等等可用于将滤光器放置在合适的对准插槽中。
对准插槽也可有利地包括微机电系统(MEMS)弹簧夹或弹簧钳以支撑所述滤光器或将所述滤光器与参考表面接合。
可替代的方案是，可使用取放技术以提供必要的对准。例如，在放置期间使元件精确对准，然后固定(例如胶合)使其对准。
优选地，所述衬底包括半导体材料，所述空心波导和任一对准插槽形成在所述衬底上。半导体衬底(诸如硅)可采用微制造技术(例如深反应离子刻蚀)以高精度刻蚀。所述衬底可有利地包括多层晶片；诸如锗上的硅(SiGe)、蓝宝石上的硅、绝缘体上的硅(SOI)、玻璃上的硅。本领域内技术人员将认识到的是，微制造技术典型地包括限定图案的光刻，接着是刻蚀步骤以将图案转移到衬底材料上或衬底材料中的一层或多层。所述光刻步骤可包括光刻、x射线或电子束光刻。所述刻蚀步骤可使用离子束磨碎、化学刻蚀、干法等离子体刻蚀或深干法刻蚀(也称作深硅刻蚀)完成。这种类型的微制造技术与各种层沉积技术兼容，诸如溅射，CVD、无电电镀和电镀。
尽管可以有利地使用包括半导体材料的衬底，但是所述装置也可形成在多种可替代的衬底之上。所述衬底可有利地为基于氧化硅的衬底；例如可由石英、二氧化硅或玻璃形成。衬底也可为浮雕式，或图案可以在聚合物层中光刻限定。从制造方面考虑，使用批微制造技术可以很有利。
有利地，提供底部分和盖部分以限定所述空心波导。在PCT专利申请GB2003/000331中详细描述了这种装置，并提供了制造这种装置的方便方法。
便利地，在衬底上提供至少另一空心波导以将所述组合光束和/或所述多个光束引入或引出所述多个波长选择滤光器，所述多个光束的每个光束都包括所述多个波长信道的子集。
有利地，在所述衬底中提供至少一个光纤对准插槽，所述光纤对准插槽布置成一直线以接受光纤，因此使光在所述光纤和所述至少另一空心波导之间耦合。
换句话讲，光纤对准插槽可以形成在衬底中以接收光纤，所述光纤承载由所述装置的空心波导引入或引出所述空心波导的光束。在实心光纤的情况下，可提供阶梯光纤对准插槽以支撑缓冲层和覆层。例如，通过在对准插槽中钳位光纤覆层，还可实现空心光纤的中心同所述设备的空心波导对准。由于空气中心至空气中心连接将避免任何不期望的反射，因此空心光纤的使用尤其有利。
为提供光纤的中心和设备的空心波导之间有效耦合，空心波导的横截面应适合光纤中心的横截面。在实心光纤的情况下，进入覆层的泄漏意味着由光纤承载的模式宽度实际大于中心直径；例如典型的单模玻璃光纤的10μm实心具有大约14μm直径的总场宽。实心光纤的光纤末端可被涂覆抗反射层。
如果光纤的模式宽度同空心波导的模式宽度不同，则便利地可使用模式匹配装置例如透镜(诸如球透镜或GRIN棒等)，使光在至少一个光纤和至少另一空心波导之间耦合。可替代的方案时，可使用透镜式光纤(lensed fibre)，这样将不再需要单独透镜。
有利地，至少一个空心波导包括一个或多个混合或整体反射元件。所述反射元件的提供使得空心波导可由多个相互成角度的大量波导部分形成。例如，这使得光束可以穿过90°角引导。这种元件的提供允许提供多个简便的光学回路。
有利地，至少有些空心波导的内表面承载有反射涂层。便利地，反射涂层为金属层，诸如金、银或铜。金属在波长范围内会呈现出适合的低折射率，而这是由金属的物理特性决定的；诸如E.D.Palik的光学常数手册(Academic Press，London，1998)的标准教科书提供了关于各种材料的波长相关折射率的准确数据。特别是，在大约500nm至2.2μm的范围的波长内，金同空气相比具有更小的折射率；所述范围包括了在1400nm至1600nm的重要电信波段的波长。铜在560nm至2200nm的波长范围内呈现出并不单一的折射率，而银在320nm至2480nm的波长范围内却具有相似的折射率特性。
使用本领域技术人员公知的多种技术可沉积金属层。这些技术包括溅射、蒸发、化学气相沉积(CVD)和(有电或无电)电镀。CVD和电镀技术允许沉积金属层而没有明显的方向相关厚度变化。采用旋转样品和/或源的溅射也供了均匀涂层。由于电镀技术允许使用批处理(即多衬底并行)，因此电镀技术尤其有利。
本领域技术人员将认识到，可在沉积金属层之前将粘附层和/或阻挡扩散层沉积在空心波导的表面上。例如，在沉积金之前可提供铬层或钛层作为粘附层。阻挡扩散层(诸如铂)也可在沉积金之前沉积在粘附层上。可替代的方案是，可使用合成粘附层和扩散层(诸如氮化钛、钛钨合金或绝缘层)。
反射涂层也可由全电介质堆叠或金属电介质堆叠提供。本领技术人员将认识到，电介质层的光学厚度提供了界面效应，所述界面效应将确定涂层的反射特性。所述电介质材料可通过CVD或溅射或反应溅射得以沉积。可替代的方案是，可通过与沉积金属层的化学反应形成电介质层。例如，银层可同卤化物化学反应产生卤化银薄表面层。
换句话讲，反射涂层可由全电介质堆叠或金属电介质堆叠提供。也可使用半导体电介质堆叠。本领域技术人员将认识到，电介质层的光学厚度产生了需要的界面效应，因此确定了涂层的反射特性。所述涂层的反射特性在一定程度上同材料(其中形成空心波导)的特性相关。因此，形成所述波导的材料也可形成底层，并成为任何这种多层电介质堆叠的一部分。
便利地，以所需尺寸形成空心波导以支持基模传播或可替代的支持多模传播。
如果提供了多模空心波导结构，可以以所需尺寸形成所述装置以允许使用重新成像作用。所述重新成像现象以及对于给定波导的重新成像距离计算的相关详细情况将在下面更加详细描述。简而言之，所述重新成像作用提供了一定距离的输入场的重现，所述的一定距离是指从场入射至进入多模波导的距离。布置所述装置使得通过该装置所有光路长度为该重新成像长度的倍数，从而使得输入光纤的输入场可在任一光输出处重现。这使得光有效地耦合进入输出光纤。
有利地，一个或多个空心光波导的部分具有基本矩形(此处所述矩形应包括正方形)的横截面。正方形或几乎正方形横截面空心波导提供了一种波导，在所述波导中损耗基本上与偏振无关，并当光的偏振态未知或者变化时所述正方形或几乎正方形横截面的空心波导是优选的。虽然以所需尺寸形成波导使其具有的深度大于其宽度或者反之将增加偏振相关损耗，但是当通过波导传播的光的偏振态已知时可能很有利。
尽管矩形横截面波导非常便利，但是还可使用许多可替代的波导形状。例如，可提供圆形、椭圆或V形波导。
便利地，组合光束包括至少3个、4个、8个、16个、32个、64个或128个波长信道。
根据本发明的第二方面，一种光学装置，包括去多路复用器级和多路复用器级，所述去多路复用器级包括根据本发明第一方面的装置，所述装置被布置成接收包括多个波长信道的组合光束，并将所述组合光束分裂成每个都包括单波长信道的多个光束；所述多路复用器级包括根据本发明第一方面的装置，所述装置被布置成接收包括多个光束，其中每个光束都包括单波长信道，并结合所述多个光束以形成包括多个波长信道的组合光束，其中由所述去多路复用器级产生的多个光束中的一个或多个经过光学处理装置被路由至多路复用器级。
使用具有中间光学处理级的多路复用器和去多路复用器提供了这样一种装置，所述装置用于在组合光束(具有多个波长信道)中提取和单独作用于一个或多个波长信道。所述光学处理装置可在用以提供多路复用和去多路复用器级的衬底中形成，并可便利的包括同空心光波导连接的元件。在同一衬底上形成整个光学装置降低了制造的复杂性和成本。
便利地，光学处理装置包括至少一个光放大器，例如铒掺杂光纤放大器(EDFA)。采用这样的方式，可以增加一个或多个单波长信道的功率；例如使得所述装置具有纯零光损耗。应当理解的是，如果需要可提供衰减器(例如可变光学衰减器)以减少信道的光学功率。
有利地，因而包括光路由装置的光学处理装置可以用作光路由器。所述光路由装置可以为固定结构(因此使光路由器“硬接线”)或为可重新配置的光路由装置。
通过所述光路由装置可接收一个或多个附加波长信道，所述光路由装置布置成将所述附加波长信道的至少一些路由至所述多路复用器级。采用这样的方式，信道可以合并到组合光束和/或从组合光束中分解。从组合光束中分解的信道可随后被耦合进入第二组合光束。因此采用单一衬底构建了复杂的路由装置。
所述光路由装置可以有利地包括矩阵开关。例如，可使用在GB专利申请0306638.8(代理参考P2754/AA)中申明了优先权的、未决国际专利申请中所述类型的二维矩阵开关。
便利地，矩阵开关包括微机电系统(MEMS)致动元件阵列。此处，MEMS包括微加工元件、微系统技术、微机器人和微工程等等。所述MEMS元件可有利地包括电热致动机构(诸如光束弯曲装置)以提供大偏心距(例如，5-100μm满刻度偏转)致动。也可使用诸如电磁、静电(诸如梳形驱动马达)、双压电晶片或压电的可替代的致动机构。有关MEMS装置致动技术以及相关制造技术的更多细节可在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。
根据本发明的第三方面，一种用于光波分复用器/波分去复用器装置的衬底，包括多个对准插槽，用于接受多个波长选择滤光器和空心波导，以在所述对准插槽之间引导光，其中这样的布置提供了当适当的波长选择滤光器位于所述对准插槽中时，在包括多个波长信道的组合光束和包括单波长信道的多个光束之间进行转换。
现在将结合附图，仅通过实例介绍本发明，其中
图1示出了本发明的多路复用器，图2示出了本发明的另一多路复用器的一部分，以及图3示出了本发明的插/分多路复用器装置。
参考图1，示出了根据本发明的多路复用器2。所述多路复用器2包括具有矩形横截面的空心波导结构4，所述具有矩形横截面的空心波导结构4通过深反应离子刻蚀形成在绝缘体上的硅(SOI)衬底6上。多路复用器布置成接收来自单模输入光纤10的组合光束8，所述组合光束8包括波长λ1到λ6的6个组分光束。提供第一输出光纤12、第二输出光纤14、第三输出光纤16、第四输出光纤18、第五输出光纤20以及第六输出光纤22以分别接收具有波长λ1到λ6的6个输出光束。还提供了球透镜24使得光在空心波导结构4和输入光纤10以及每个输出光纤12到22之间耦合。
所述衬底还包括对准插槽，第一滤光器26、第二滤光器28、第三滤光器30、第四滤光器32、第五滤光器34和第六滤光器36位于所述对准插槽中。第一至第六滤光器26至36为分别具有允许波长λ1到λ6的光透射的光谱特性的薄膜滤光器；任何在规定滤光器波长以外的波长基本上被滤光器反射。
在使用中，接收自输入光纤10的组合光束8耦合进入空心波导结构4并朝向第一滤光器26。所述第一滤光器26透射具有λ1波长的光并反射所有其它波长的光(即波长λ2至λ6的光束)。然后光束组分λ1被引导并耦合进入第一输出光纤12，而组合光束的其余组分(即λ2至λ6)被引导进入第二滤光器28。所述第二滤光器28透射具有λ2波长的光并反射所有其它波长的光(即λ3至λ6)。然后光束组分λ2被引导并耦合进入第二输出光纤14，而组合光束的其余组分(即λ3至λ6)被引导进入第三滤光器30。对于第四、第五、第六滤光器重复该选择性透射/反射，并导致波长λ1到λ6的光束分别被耦合进入第一至第六输出光纤12-22。
如上所述，空心波导的提供降低了与自由空间传播相关的光损耗。所述空心波导结构还保证了组合光束沿着同一光路传播。此外，使用形成空心波导的相同工艺在衬底中定义用于滤光器的对准插槽，保证了所述滤光器相对于波导中光传播方向的精确对准(例如在45°)；这使得滤光器的效率最大化。
应当注意的是，上述装置作为去多路复用器严格地工作。然而，所述装置可相反工作以将不同波长的六种光束组合形成组合光束。
因此参考图1的装置提供了一种简便的多路复用器。然而，在某些情况下，对于承载单一组分光束的光纤将是非常有用的，所述单一组分光束沿着所述多路复用器装置的一侧横行分开。图2示出了这种结构的实现。
参考图2，示出了根据本发明的可替代的多路复用器50的一部分。同参考图1所述的装置相同，多路复用器50布置成接收来自单模输入光纤10的组合光束8，所述组合光束8包括波长λ1到λ6的六个组分光束。提供第一输出光纤12、第二输出光纤14、第三输出光纤16以及第四至第六输出光纤(未示出)以分别接收具有波长λ1到λ6的6个单独输出光束。提供球透镜24使得光在空心波导结构4和输入光纤10以及每个输出光纤之间耦合。所述衬底6(多路复用器形成在衬底6中)还包括对准插槽，第一滤光器26、第二滤光器28、第三滤光器30以及第四至第六滤光器(未示出)位于所述对准插槽上。
多路复用器50中的光路同图1示出的光路不同，以使每个输出光纤可沿着同一轴横向移动。为提供这样一种结构，反射镜52位于每个滤光器中间的波导结构内，以通过90度角引导组合光束。采用这样的方式，可以在滤光器上获得需要的光的入射角度(这种情况下是45°)。
图2只是示出了多路复用器的空心波导结构的一种变型。本领域技术人员应当理解的是，可能有多种调节结构。例如，滤光器之间的空心波导可由任一角度路由；这不仅可以通过反射镜面反射得以实现，而且可以通过诸如提供弯曲空心波导结构的多种方法得以实现。
参考图3，示出了包括去多路复用器/多路复用器装置以提供可重新配置的光学插分多路复用器(ROADM)的路由装置100。所述路由装置100包括去多路复用器级102和多路复用器级104。在去多路复用器级和多路复用器级之间还提供了中间光交换级106。
去多路复用器级102包括三通道去多路复用器装置。所述去多路复用器包括第一滤光器26、第二滤光器28、第三滤光器30以及一对反射镜52。所述滤光器和反射镜保持在形成于硅衬底上的对准插槽中，并通过空心波导以上面参考图2所述的方式内连接。提供输入光纤108以将三个组分(λ1-λ3)光束耦合进入去多路复用器级。所述三个空间分离的组分光束经由三个独立的空心光波导由所述级输出。
多路复用器级104包括三通道多路复用器装置。它包括第一滤光器26、第二滤光器28、第三滤光器30以及两个反射镜52。所述滤光器和反射镜保持在形成于硅衬底上的对准插槽中，并通过空心光波导以上面参考图2所述的方式内连接。承载来自去多路复用器级102的组分光束的三个波导中的每个通过中间级被光学耦合至相应的多路复用器级104的输入波导。还提供第一输出光纤109以接收由多路复用器级产生的组合光束。
中间光交换级106提供了插/分功能，并包括第一馈送空心波导114、第二馈送空心波导116和第三馈送空心波导118。所述空心馈送波导中的每个都布置成同空心波导垂直交叉，以把光从去多路复用器级102引导至多路复用器级104。所述中间光交换级106还包括分别连接至第一、第二、和第三馈送空心波导的每个波导的一端的第二、第三和第四输入光纤(120、122和124)。所述每个馈送空心波导的第二端还分别连接至第二、第三和第四输出光纤(126、128和130)。所有光纤经由球透镜24耦合至空心波导。
第一反射开关132位于馈送光波导114中与波导交叉的点处，所述波导布置成承载由去多路复用器级至多路复用器级的波长为λ1的光。第二反射开关134位于第二馈送波导116中与波导交叉的点处，所述波导布置成承载由去多路复用器级至多路复用器级的波长为λ2的光。第三反射开关136位于第三馈送波导118中与波导交叉的点处，所述波导布置成承载由去多路复用器级至多路复用器级的波长为λ3的光。每个反射开关与波导中的光的传播方向成45°角。所述反射元件在它的两个表面上都可以反射。
所述反射开关可以包括任何类型的MEMS致动开关；例如弹出式反射镜或可移动反射光闸。代替提供插/分路由功能的具有两个反射面的开关，可以采用两个单独的开关以提供所述插/分功能。应当注意的是，尽管此处描述了可重新配置的路由装置，但实际上所述开关可永久设置在单一位置；即，可实现硬接线或固定的插/分功能。
在使用中，三组分(λ1-λ3)组合光束从第一输入光纤108耦合进入去多路复用器级。所述三个波长组分空间分离，每个沿着单独空心波导传送至交换级106。如果每个反射开关都缩回，则光简单地从所述去多路复用器级传送至多路复用器级，并被重新组合。
然而，反射开关的启动使得相关波长信道从第一输入光纤108路由到第二、第三或者第四输出光纤。代替该分解的波长信道，来自第二、第三或者第四输入光纤的波长信道(适合的话)被插入到组合光束。采用这样的方式，所述装置可以分别与所述第二、第三或者第四光纤120、122和124所承载的光交换所述组合光束中的波长λ1到λ3中的任一光束。
参考图3所描述的所述装置的中间交换级提供了插/分多重组分光束的波长组分的简单装置。本领域技术人员应当理解的是，根据包含在这里教导，如何配备装置以提供更加复杂的插/分功能。例如，多个去多路复用器级和多路复用器级可以和高复杂性的光学矩阵开关结合使用以便提供更高的插/分功能。
所述中间交换级可以包括半导体激光器和/或调制器，以产生由所述第二、第三或者第四输入光纤120、122和124所承载的替换光束。类似的，可以提供检测器，以将所述第二、第三或者第四输出光纤的光信号转换为电输出。还可以添加各种放大器和衰减器元件；例如使得所述装置是零损耗部件。
上面所述类型的任意多路复用器/去多路复用器装置可以制作成所需尺寸，以利用使用多模波导发现的所谓的“重新成像”现象。在别的地方已经详细描述了重新成像效果；例如参见PCT专利申请GB2003/000331。简而言之，已经发现，通过设计波导的长度以具有与其宽度和深度的适当比例，可以设计多模波导以提供给定波长的对称、反对称或者非对称光场的重新成像。换句话讲，沿着给定波导传播了一定距离之后，输入光束的高斯输入剖面被重新成像(即再现)。这种效果还产生了光束再现，即在小于重新成像长度的距离上形成了多个光束图像。在先前US5410625中已经描述了这些效果，并提供了多模干涉(MMI)光束分裂装置的基础。
作为一个实例，考虑了正方形横截面波导中的对称场。该对称场将具有一个重新成像长度，所述重新成像长度由传播辐射束波长上的波导宽度的平方给定。所述对称场的重新成像发生在重新成像长度和多倍重新成像长度处。对于宽50.0μm的中空波导、1.55μm的辐射束的情况，重新成像长度为1.613mm。对称场将在该长度以及该长度的整数倍处成像，即3.23mm，4.84mm等等。例如，来自单模光纤的TEM00高斯输入光束可在1.613mm距离处重新成像。
可替代的，对于非对称光场的情况，重新成像产生在8倍对称场重新成像所需要的长度处，即对于宽50μm的中空波导来讲是在12.09mm处。非对称场的反射镜图像在该长度一半处形成，即6.05mm处。特别地，所述输入相对于多模区域中心线的偏移提供了非对称输入，所述非对称输入在中心线的任一侧以相同的偏移沿着波导在预定距离处重新成像。
在波导深度和宽度基本不同的矩形波导的情况下，与两个波导横截面尺寸(例如深度和宽度)相关的重新成像长度本身是不同的。然而，通过布置矩形中空波导的所述尺寸之间比例，使对于特定的宽度和深度在相同长度处产生重新成像，使得任何场都可被重新成像。这样，通过布置使与轴宽度w1和w2相关的重新成像长度相同，对称场可在中空矩形波导中重新成像。
上面所述装置中的从输入光纤到相关输出光纤的光路长度可以这样布置以对应于重新成像距离(或者是其倍数)。另外，上面参考图3所描述的装置中的反射开关可以布置成位于重新成像点处。
使用利用了重新成像效果的布置的优势在于，为了使光在空心波导和相应光纤之间耦合不需要准直装置(例如球透镜24)。此外，将每个MEMS开关放置在重新成像距离处进一步减小了MEMS部件的可接受的角度对准公差。另外，重新成像效果的使用还减小了衍射损耗(波导被阻挡)，以方便定位可移动反射元件。
最后，应当注意的是，尽管参考上图光以45°入射在所描述的滤光器上，但并不能认为是对本发明范围的限制。可以选择空心波导相对于滤光器的角度，使得将光以滤光器设计的入射角引导到所述滤光器。此外，本领域技术人员应当理解的是，所述入射角对于具有不同光谱特性的滤光器来讲可能是不同的。
权利要求
1.一种光波分复用器/波分去复用器装置，包括具有多个波长选择滤光器的衬底，所述滤光器布置成提供组合光束和多个单独光束之间的转换，所述组合光束包括多个波长信道，所述多个单独光束中的每个都包括所述多个波长信道的子集，其特征在于，空心波导形成于所述衬底上以在波长选择滤光器之间引导光。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述多个波长选择滤光器中的每个波长选择滤光器传送单波长信道。
3.根据前述任一权利要求所述的装置，其中所述波长选择滤光器包括薄膜滤光器。
4.根据前述任一权利要求所述的装置，其中所述衬底附加地包括多个对准插槽，所述多个对准插槽布置成直线用于接受所述滤光器。
5.根据权利要求4所述的装置，其中所述对准插槽包括微机电系统(MEMS)结构以提供所述对准。
6.根据前述任一权利要求所述的装置，其中所述衬底包括半导体材料。
7.根据权利要求6所述的装置，其中所述半导体材料是硅。
8.根据权利要求7所述的装置，其中所述衬底包括绝缘体上的硅。
9.根据权利要求1到5中任一项所述的装置，其中所述衬底包括基于氧化硅的材料。
10.根据前述任一权利要求所述的装置，其中所述空心波导是使用微制造技术制成的。
11.根据权利要求10所述的装置，其中所述微制造技术包括深反应离子刻蚀。
12.根据前述任一权利要求所述的装置，其中提供底部分和盖部分以限定所述空心波导。
13.根据前述任一权利要求所述的装置，其中在所述衬底中提供至少一个另一空心波导以引导所述组合光束和/或所述多个单独光束，每个单独光束包括射向/来自所述多个波长选择滤光器的所述多个波长信道子集。
14.根据权利要求13所述的装置，其中在所述衬底中提供至少一个光纤对准插槽，所述光纤对准插槽布置成接受光纤成一直线，从而允许在所述光纤和所述至少一个另一空心波导之间进行光耦合。
15.根据权利要求14所述的装置，其中提供模式匹配装置，以在所述至少一个光纤和所述至少一个另一空心波导之间进行光耦合。
16.根据权利要求15所述的装置，其中所述模式匹配装置包括球透镜或者GRIN透镜中的任一个。
17.根据前述任一权利要求所述的装置，其中至少一个空心波导包括一个或者多个反射元件。
18.根据前述任一权利要求所述的装置，其中所述空心波导的至少一些内表面载有反射涂层。
19.根据前述任一权利要求所述的装置，其中所述空心波导制成所需尺寸以支持基模传播。
20.根据权利要求1到18中任一项所述的装置，其中所述空心波导制成所需尺寸以支持多模传播。
21.根据权利要求20所述的装置，其中所述波长选择滤光器通过所述重新成像距离间隔开。
22.根据前述任一权利要求所述的装置，其中所述空心波导具有基本矩形横截面。
23.根据前述任一权利要求所述的装置，其中所述组合光束包括三个或者多个波长信道。
24.一种光学装置，包括去多路复用器级和多路复用器级，所述去多路复用器级包括根据任一前述权利要求的装置，所述装置被布置成接收包括多个波长信道的组合光束，并将所述组合光束分裂成每个都包括所述多个波长信道子集的多个光束；所述多路复用器级包括根据任一前述权利要求的装置，所述装置被布置成接收多个光束，其中每个光束包括所述多个波长信道子集，并将所述多个光束组合为包括多个波长信道的组合光束，其中由所述去多路复用器级产生的多个光束中的一个或多个光束经过光学处理装置被路由至多路复用器级。
25.根据权利要求24所述的装置，其中所述光学处理装置包括至少一个光放大器。
26.根据权利要求24到25中任一项所述的装置，其中所述光学处理装置包括光路由装置。
27.根据权利要求26所述的装置，其中通过所述光路由装置接收一个或者多个附加波长信道，所述光路由装置布置成将所述附加波长信道的至少一些路由至所述多路复用器级。
28.根据权利要求26到27中任一项所述的装置，其中所述光路由装置包括矩阵开关。
29.根据权利要求28所述的装置，其中所述矩阵开关包括微机电系统(MEMS)装置阵列。
30.一种用于光波分复用器/波分去复用器装置的衬底，包括多个对准插槽，用于接受多个波长选择滤光器和空心波导，以在所述对准插槽之间引导光，其中这样的布置提供了当适当的波长选择滤光器位于所述对准插槽中时，在包括多个波长信道的组合光束和包括单波长信道的多个光束之间进行转换。
31.一种参考图1和2的基本如前所述的多路复用器/去多路复用器装置。
32.一种参考图3的基本如前所述的插/分多路复用器装置。
全文摘要
描述了一种光波分复用器/波分去复用器装置(2)，所述装置包括具有多个波长选择滤光器(26，28，30，32，34，36)的衬底(6)。所述滤光器(26，28，30，32，34，36)布置成提供组合光束和多个单独光束之间的转换，所述组合光束包括多个波长信道，所述多个单独光束中的每个包括所述多个波长信道的子集。空心波导(4)形成于所述衬底上以在波长选择滤光器之间引导光。还描述了一种插/分多路复用器(100)。
文档编号G02B6/12GK1764856SQ200480007817
公开日2006年4月26日 申请日期2004年3月17日 优先权日2003年3月22日
发明者R·M·詹金斯, M·E·麦克尼 申请人:秦内蒂克有限公司