包括空芯波导的可变光衰减器的制作方法

专利名称：包括空芯波导的可变光衰减器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种可变光衰减器(VOA)装置，更具体涉及这样一种包括微机电系统(MEMS)启动光闸的装置。
通过使用光学部件来实现电信和数据网络的情况正在日益增加。为了实现以一种可控制的方式降低光束的能量，人们开发出了多种类型的可变光衰减器(VOA)。特别地，在光纤网络等网络中，VOA可用作提供功率均衡的一种方便方式。
US 6163643和WO 01/75503描述了这样一些VOA装置其中通过包括一种区域的光路将光从输入波导耦合到输出波导，在该区域中光束通过自由空间传播。一个光束遮蔽光闸(occluding shutter)位于该自由空间间隙附近，并且通过该光闸进/出光路的线性运动可以提供可控光束衰减。按照相同原理进行工作的包括U形自由空间光路的VOA是公知的，例如参见EP718657。
这些自由空间VOA例如上述这些VOA的劣势在于，与所包括的自由空间区域(光闸位于其中)相关联的相对较高的光损耗。特别地，当光束通过自由空间间隙传播时，衍射效应会导致光束直径增加。这会导致随后光耦合进入输出光纤时的效率下降。光闸的角度误差还会增加由该装置作用给光束的偏振相关损耗和/或波长相关损耗。
同样已知的是，通过在两个共轴对准的光纤之间的自由空间区域内放置一个MEMS光闸从而形成VOA。例如，US2003/027370描述了这样一种VOA其中硅衬底中形成传播波导或通道以包含光纤。使输入和输出光纤在传播波导中保持共轴对准，并且使用一个MEMS光闸用于控制该输入和输出光纤之间的光耦合量。在US6315462中也描述了一种类似的结构。此外，US2002/102059教导了如何使用输入和输出光纤之间的轻微轴向偏移从而降低不希望的光背反射。这种类型的基于光纤的VOA通常会涉及非常复杂的设计，以便确保准确的光纤对准同时使光纤端面之间的自由空间间隙最小化。。
WO 01/38921和WO 01/59492描述了多种VOA结构，其中通过在半导体衬底中形成的埋入式实芯光波导，在输入和输出光纤之间耦合光。在该实芯光波导上形成一个“沟槽”，从而由此定义了该实芯光波导的输入和输出部分。在该沟槽中放置了一个MEMS可移动光闸并且它控制在输入和输出实芯波导部分之间的光耦合量。这种结构的劣势是，存在多个空气到实芯波导的界面，而这会对装置的性能造成损害。
本发明的一个目的是减轻上述劣势中的至少一部分。
根据本发明，一种可变光衰减器装置包括第一光输入、第一光输出、在该第一光输入和第一光输出之间的第一光路，以及用于使光闸横穿所述第一光路而移动(即进/出所述第一光路)的装置，并且其中提供了一个空芯波导，用于基本上沿着该第一光路引导光。该装置可以是一种独立的部件，或者可以是构成PCT专利申请GB2003/000331中所述类型的平面光路(PLC)的一部分。
因此，本发明的VOA包括空芯光波导，用于通过光闸在第一光输入和第一光输出之间耦合光。也就是说，由空芯光波导的第一部分将光从第一光输入引导到光闸，并且由空芯光波导的第二部分将所有通过光闸的光引导到第一光输出。本发明的装置相对于具有自由空间间隙的现有技术装置具有优势，这是因为使光导进/导出空芯波导内的光闸降低了由于自由空间散射所导致的不希望的光束衰减。当将该装置与小直径光束一起使用时，该装置特别具有优势，这是因为光束直径越小，散射效应也就成比例地越大。另外，使用根据本发明的空芯波导使得不需要如US2003/027370中所述那样必须准确地放置光纤从而使得光纤端面之间的距离很近，并且使得不会如WO 01/38921和WO01/59492中所述那样引入额外的空气到实芯波导的界面。
应该注意到，当生产空芯光波导结构时，空芯中可能会充满空气。但是，这绝不认为限制本发明的范围。空芯中可以包括任何流体(例如液体或例如氮气的惰性气体)或者该空芯是真空的。术语“空芯”仅意味着其中不存在任何固态材料的一种芯。而且，在这里术语“光”和“光学的”用于指具有从深紫外到远红外波长范围的任何电磁辐射。对于本领域技术人员来说很明显地是，波导意味着一种限制和引导光的结构。
遮蔽沿第一光路传递的光束所提供的光闸可以这样成型，从而提供所需的光学功能。对于本领域技术人员来说，有多种公知的光闸形状，例如WO 01/75503中描述的V形光闸或锯齿状光闸设计。
可以将光闸设置为在形成第一光路的空芯波导的全部或一部分上是可移动的。可替换地，可以设置光闸在第一光路内的第一和第二位置之间是可移动的。通过选择光闸穿透光路的程度和所提供的光闸的移动量，可以产生所需程度的光束衰减控制。可以理解，移动光闸的精确度控制了光束衰减控制的精确度。还应该注意，可以设置光闸在两个或多个固定位置(如完全插入位置和完全抽出位置)之间移动，从而提供两种衰减电平(如完全衰减和零衰减)。
优选的是，在包括半导体材料的衬底中形成该装置。
可以使用微制造技术对半导体衬底例如硅进行刻蚀从而以高精确度提供空芯波导。优选的是，该衬底可以包括多层晶片，例如SiGe或绝缘体上硅(SOI)或者玻璃上硅。本领域技术人员可以认识到，微制造技术典型地涉及一种用于定义图案的平版印刷步骤，以及跟在该平版印刷步骤之后用于将该图案转换为衬底材料上或衬底材料中的一个或多个层的刻蚀步骤。平版印刷步骤可以包括光刻、x射线光刻或电子束光刻。刻蚀步骤可以通过以下方法实现离子束研磨、化学刻蚀、干法等离子刻蚀或者深度干刻蚀(也称作深度硅刻蚀)。这种类型的微制造技术与例如溅射法、CVD和电镀的各种层沉积技术也是兼容的。
尽管可以优选使用包括半导体材料的衬底，但是也可以在多种替换衬底上形成该装置。例如，可以使用石英衬底、硅石衬底或玻璃衬底。但是，优选地是使用可以应用半导体处理技术的衬底。
优选地，在绝缘体上硅(SOI)晶片上形成该装置。应该注意到，在使用某些半导体材料(包括硅)的情况下，VOA可以使光按照与定义晶片表面的平面相平行或垂直(即穿过晶片)的方向输入和/或输出。
方便地，提供了一个底部分和一个盖部分用于形成所述空芯波导结构。这样一种结构提供了一种可以方便地产生空芯波导的方式，并且PCT专利申请GB2003/000331中详细描述了这种结构。盖部分或底部分可以包括用于使光闸横穿空芯波导而移动的装置。
优选的是，通过例如深反应离子刻蚀的微制造技术形成该装置。
方便地，用于使光闸横穿所述第一光路而移动的装置包括一种微机电系统(MEMS)部件。MEMS部件的选择取决于所需要的光闸移动速度和移动量。光闸可以被形成为MEMS部件的集成部分，或者可以使光闸连接到一个MEMS驱动和/或位移部件。
这里，MEMS包括微机械元件、微系统技术、微机器人技术以及微工程学等等。MEMS部件优选的是包括一种用于提供大摆度(如5-100μm 全标度偏移)驱动的电热驱动机构。MEMS部件还可以包括用于通过机械方式对偏移进行放大的适应机构。还可以使用其它可替换的驱动机构，例如静电、电磁、双压电晶片或者压电。
优选的是，MEMS部件与空芯波导整体地形成。通过这种方式，以与形成空芯波导过程相同的过程形成MEMS部件(它可以包括光闸)，由此提供了一种用于生产VOA的简单方法，而不要求额外的处理或装置组件。可替换地，可以通过一个独立的过程形成MEMS部件(它可以包括光闸)，并且再以混合的方式将该MEMS部件连接到其中形成了空芯波导的衬底。
使光闸部分保持在一个对准槽之内是有优势的，这是因为当光闸横穿空芯波导移动时可以提供光闸的准确对准。对于混合型装置来说，情况尤其如此。可以在形成空芯波导的同时形成光闸位于其中的对准槽。通过这种方式，可以使光闸紧密地安装到对准槽内，而同时仍然可以自由地进/出第一光路。例如，可以设置对准槽使光闸的每个面的任一侧都留有2μm的间隙。而这一间隙仅表示整个空芯波导横截面(典型地是10-200μm)的一小部分，因此可以确保光被基本上引导通过光闸，也就是说该小间隙并不会显著降低空芯波导内的模式限制。
优选的是，该装置还包括第二光输出。该第二光输出优选地被设置成用于接收位于第一光路中的光闸所反射的光。
换句话说，当将光闸(部分地或全部地)插入到第一光路时，光闸反射的光会被引导到第二光输出。光闸和第二光输出之间的光路也可以包括空芯光波导。第二光输出的提供可以防止杂散光影响VOA的性能(例如通过对光闸的加热从而影响VOA性能)或者防止出现不希望的光散射效应。
第二光输出优选的是包括一种束流收集器装置。例如，可以将环形或螺旋形空芯波导结构用于处理无用光。可替换地，第二光输出的提供可以使得装置能够用作一种双向模拟开关或双向可变强度分束器。该装置还可以用作一种数字开关，如光闸可以在完全抽出和完全插入位置之间移动。
优选的是，可以提供第二光输入，并且它定义了在该第二光输入和第二光输出之间的第二光路，而且所述光闸是可以横穿所述第二光路移动。通过这种方式，提供了两个不同的光路。该光闸可以横穿两个光路中的每一个而移动。通过这种方式，单个光闸的移动可以改变施加到沿第一和第二光路传播的两个不同光束的衰减。
优选的是，提供了一种空芯波导，使得光基本上沿第二光路引导光。如前面对第一光路所进行的描述，提供空芯波导对光进行引导会降低光损耗，这种情况可以在自由空间传播中发现。
方便地，设置该第一光输出用于接收来自第二光输入并且受到位于第二光路中的光闸反射的光。
在一个优选实施例中，所述第一和第二光路的传播轴线在交叉点处基本上是正交的，并且光闸与第一和第二光路的传播轴线之间的夹角基本上为45°。通过这种方式，该装置可以用作一种双光束分离装置。光闸的移动控制从第一输入引导到第一和第二输出的光的比值，以及控制从第二输入引导到第一和第二输出的光的比值。
方便地，第一光输入、第一光输出、第二光输入和第二光输出中的至少其中一个包括一种用于接收光纤的装置。例如用于接收光纤的装置可以包括形成在该装置中的对准槽，并且设置该对准槽用于夹紧光纤在适当位置，从而实现光纤与VOA之间的光连接。在实芯光纤的情况下，可以提供阶跃光纤对准槽，从而固定缓冲层和包层。例如通过使光纤包层夹紧在一个对准槽中，还可以实现空芯光纤的芯与VOA的空芯波导之间的对准。使用空芯光纤可以带来特别地优势，这是因为空气芯与空气芯之间的连接不会有任何不希望的反射。
为了提供光纤的芯与VOA的空芯波导之间的有效耦合，空芯波导的横截面对于光纤芯的横截面来说应该是合适的。在实芯光纤的情况下，泄漏到包层中意味着光纤所承载的模式宽度实际上大于纤芯直径，例如典型地单模玻璃光纤的10μm实芯具有的总场宽度大约为14μm。如果模式宽度不同于空芯波导的宽度，那么可以使用透镜(如球形透镜或GRIN棒等等)对光场进行扩大或缩小从而使得光可以从光纤耦合到PLC的空芯波导，或者也可以从PLC的空芯波导耦合到光纤，其中光纤的纤芯尺寸与PLC的空芯波导的尺寸不同。实芯光纤的光纤端还可以涂有抗反射涂层。
还可以使用透镜式光纤，这就不再需要用于将光耦合进VOA的空芯波导的单独的准直装置。
优选的是，光闸基本上是反射式的。可以使用适当的反射材料形成光闸或者光闸上涂有一层适当的反射涂层。
方便地，光闸上携带的反射材料是一种金属层，例如金、银或铜。金属在一波长范围内呈现了适当的低折射率，而这是由金属的物理特性决定的，在标准教科书中，例如E.D.Palik所著的“光学常数手册(the handbook of optical constants)”(学术出版社，伦敦，1998)提供了各种材料的关于波长相关折射率的精确数据。特别地，在大约500nm到2.2μm范围内(该范围包括了1400nm到1600nm这一重要电信波段内的波长)，金的折射率低于空气的折射率。在560nm到2200nm波长范围内，铜的折射率并不是唯一的，而在320nm到2480nm波长范围内，银具有相似的折射率特性。
可以通过本领域技术人员公知的多种技术来沉积金属层。这些技术包括溅射法、蒸发法、化学气相沉积(CVD)以及电镀或者无电电镀。CVD和电镀技术使得金属层沉积而不会出现方向相关的显著的厚度变化。通过使用旋转样品和/或源的溅射法也可以实现均匀覆盖。电镀技术特别具有优势，这是因为通过这些技术可以实现批(即多衬底并行)处理。
本领域技术人员可以认识到，在沉积金属层之前，可以先将粘附层和/或扩散阻挡层沉积到光闸上。例如，在沉积金之前，可以提供铬层或钛层作为粘附层。在金沉积之前，也可以在粘附层上沉积扩散阻挡层例如铂层。可替换地，可以使用一种组合的粘附和扩散层(例如氮化钛、钛钨合金或者一种绝缘层)。
也可以通过全电介质或金属电介质堆叠提供反射式涂层。本领域技术人员可以认识到，一个(多个)电介质层的光学厚度会导致一种干涉效应，而该效应决定了涂层的反射特性。可以通过CVD、溅射法或者反应性溅射法沉积电介质材料。可替换地，可以通过与沉积的金属层的化学反应从而形成电介质层。例如，银层可以与卤化物发生化学反应从而产生卤化银的薄表面层。
换句话说，可以通过全电介质或金属电介质堆叠提供反射式涂层。本领域技术人员可以认识到，一个(多个)电介质层的光学厚度会导致所需要的干涉效应并且因此决定了涂层的反射特性。涂层的反射特性在一定程度上还可能依赖于其中形成空芯波导的材料的特性。因此，用于形成光闸的材料还可以形成基层，并且所述基层是这种多层电介质堆叠的一部分。
优选的是，一个或多个空芯光波导的部分具有基本上为矩形(这里也应该包括正方形)的横截面。一种正方形或者基本上为正方形的横截面空芯波导可以提供这样一种波导其中损耗基本上是偏振无关的，并且当光的偏振态未知或变化时优选地采用这种波导。定制波导尺寸从而使得它的深度大于它的宽度会增加偏振相关损耗，但是当通过波导传播的光的偏振态是已知时，这样做则是有优势的。
尽管矩形横截面波导是方便的，但是还可以使用多种可替换的波导形状。例如，可以提供环形、椭圆形或者V形波导。
空芯波导的内表面可以方便地包括一种反射式涂层。应用于空芯波导内表面的反射涂层可以是上述类型的金属、电介质或者金属电介质堆叠。应用于空芯波导内表面的任何涂层与应用于光闸上的任何涂层可以相同或者不同。
优选的是，可以定制空芯波导的尺寸从而可以支持基模传播。
可替换地，可以方便地定制空芯波导从而支持多模传播并且优选的是可以实现多模再成像效应。再成像效应是指，在与注入到多模波导中的场有一定距离的地方提供输入场的复制，我们将在下面对这种效应进行详细描述。通过使光闸在多模再成像点或多模复制点附近横穿光路而移动，可以提供一种对光束进行衰减的方便的方法。特别地，使用再成像效应可以提供位于光闸附近并且接近波导边缘的再成像点。因此，可以降低阻挡光束所需的光闸到达范围，并且由此简化了装置的构造和操作。
方便地，多模波导为锥形，从而在多模再成像点的附近多模波导具有缩小了的横截面尺寸。这进一步降低了再成像光束的物理尺寸并且由此进一步降低了产生一定程度光束衰减所需的光闸移动量。
可替换地，光闸可以在最大场扩展点的附近横穿光路而移动。这在需要较大衰减精确度时是具有优势的。
如果不使用再成像效应，那么可以通过一个或多个准直装置，例如GRIN棒、球或Fresnel透镜，对光进行准直从而光可以传播通过第一和/或第二光路。准直装置可以使已经传播通过第一和/或第二光路的准直光束向下聚焦，以便将光耦合到相关光纤中。与基于再成像效应的系统相比，使用包括准直装置的装置在分离一个光输入和与其相关的光输出方面具有更大的灵活性。但是，完全衰减需要基本上阻挡整个空芯波导通道的光闸。本领域技术人员可以理解这样的不同情况，在这些不同情况中可以有利地使用通过该装置的两种传播类型。
现在将仅通过举例的方式并且参考附图对本发明进行描述，在这些附图中

图1示出了根据本发明的一种VOA；图2示出了根据本发明的一种替换的VOA；图3示出了适用于参考图1和2所描述装置中的光闸结构；图4示出了用于本发明VOA装置中的多种空芯束流收集器设计；图5示出了根据本发明的一种VOA，该VOA提供了一种一乘二的光开关功能；以及图6示出了根据本发明的一种VOA，该VOA提供了一种二乘二的光开关功能。
参考图1，示出了根据本发明的VOA 2。
VOA 2包括一种形成在绝缘体上硅(SOI)衬底6上的T形空芯光波导结构4。定制形成该结构的空芯波导，以便可以支持基模传播。来自输入光纤8的光通过输入球形透镜10耦合到空芯波导结构4的第一支臂。然后光通过输出球形透镜14从空芯波导结构4的第二支臂输出到输出光纤12。提供该输入和输出球形透镜以保证光纤和空芯波导之间的模式匹配。
在T形连接区域内，在对准槽(未示出)内提供了MEMS可移动光闸16。该光闸呈45°放置，从而使光闸16进入空芯波导的运动可以阻挡从VOA装置的第一支臂传播到第二支臂(即从输入光纤8到输出光纤12)的光量。由光闸阻挡进入T形连接的第二支臂的任何无用光受到90°的反射，并且被引导沿着T形空芯波导的第三支臂传播。
在制造空芯波导期间在SOI衬底上形成光闸16，因而该光闸与该空芯波导被整体地集成。随后，将一个盖(未示出)附着到SOI衬底上从而完全形成该空芯波导。典型地，对光闸16进行设置，使得它的尺寸大于波导横截面，从而它可以延伸横穿空芯波导的全部宽度以便实现最大衰减。由于是在定义空芯波导的同时定义了光闸，所以该光闸是自对准的。另外，波导中的相关间隙在光闸的任一侧上相对较窄(例如在光闸任一侧均为2μm)。这提供了未引导光的一条低路径长度(也就是说光束基本上是受到引导的)，因此实现了低插入损耗，这是因为这种间隙表示整个波导横截面(典型地为10-200μm)的一小部分。
硅光闸并非一直延伸到波导的基底(由于牺牲层的存在)或者一直延伸到波导的顶部(由于光闸是在硅的一个轻微凹陷的部分处被制造出来的，或者由于盖附着过程中使用的金属垫片的偏移)。因此，光闸可以移动而不会碰到其它表面。通过这种光闸结构仍然可以获得很高程度的光衰减，这是因为模式限制使得在波导的边缘附近特别是在角落附近仅有很少的能量。
在使用中，可以按照一种可控的方式改变空芯波导结构内光闸16的位置，从而可以对输入光束提供所需要的衰减。通过这种方式，提供了这样一种VOA其中光被引导通过光闸区域，由此使得由于光束衍射所导致的光损耗最小。
参考图2，示出了根据本发明的一种可替换的VOA 20。与参考图1所描述的装置一样，VOA 20包括一种形成在硅衬底6上的T形空芯光波导结构4，并且具有输入光纤8和输出光纤12。另外还提供了MEMS可移动光闸16。
但是，VOA 20并不包括球形透镜。来自输入光纤8的光直接被耦合到空芯波导中。定制T形空芯光波导结构4，以便从光纤8被注入到空芯波导中的输入光束的“再成像”发生在MEMS可移动光闸16的附近。
在其它文献中对再成像现象进行了更加详细的描述，例如参见PCT专利申请GB2003/000331。简而言之，形成光纤耦合到其中的空芯光波导结构，使得该空芯光波导结构起到多模波导的作用。通过适当地定制该多模波导，产生多种分束功能和并束功能，并且通过这些功能所产生的光束是输入光束的图像。
特别地，对矩形或正方形横截面空芯多模波导进行设计，使得通过设计该波导的长度与它的宽度和深度具有适当的关系，以提供对称、反对准或非对称光场的再成像。换句话说，在输入光束沿着给定波导传播一定距离之后，该输入光束的高斯输入轮廓被再成像(即再生)。这种效应还会导致光束复制，即在短于再成像长度的距离处形成光束的多个图像。先前在US5410625中对这种效应进行了描述，并且为多模干涉(MMI)分束装置提供了基础。
例如，正方形横截面波导中的对称场的再成像长度为波导宽度的平方除以传播辐射的波长。对称场的再成像发生在再成像长度处以及再成像长度的倍数处。在这些再成像点之间，存在光束复制点和最大场扩展点。
对于空芯波导的宽度为50.0μm并且辐射为1.55μm的情况，再成像长度为1.613mm。在该长度处和该长度的整数倍处，即3.23mm、4.84mm等等，对称场将会被再成像。例如，来自单模光纤的TEM00高斯输入光束可以在1.613mm距离处再成像。
可替换地，对于非对称光场的情况，再成像发生的地点位于对称光场再成像所需长度的八倍的地方，即当空芯波导的宽度为50.0μm时非对称光场的再成像点在12.09mm处。在此长度的一半处，即6.05mm处，还可以形成该非对称场的镜像。特别地，使输入偏离多模区域的中心线会提供一种非对称输入它在沿波导上一个预定距离处，分别在中心线的两侧同样的偏移距离处被再成像。因此，可以使光束的再成像位置接近于空芯波导的边缘，由此使得阻挡光束所需的光闸移动量最小。
在矩形波导的情况下，其中波导的深度与宽度基本上不同，与两个波导横截面尺寸(如深度和宽度)相关联的再成像长度本身是不同的。但是，可以通过设置矩形空芯波导的尺寸之间的关系，使得对于特定的宽度和深度来说在相同的长度处出现再成像，从而可以对任意场进行再成像。因此，通过设置使得与宽度轴线w1和w2相关联的再成像长度相同，可以使得对称场在空芯矩形波导中再成像。
图2中的距离“a”代表从输入光纤注入到空芯光波导中的高斯光束的再成像距离。可以看出，在再成像区域24中提供通过输入光纤8注入到空芯光波导中的光束的图像22。因此，可以通过移动位于再成像区域24附近的光闸16从而阻挡再成像的光束。因为光束的光能量集中在再成像区域24中，所以与参考图1所描述类型的装置所需的光闸移动量相比，图2中实现完全衰减和零衰减之间的切换所需的光闸移动量变小了。
参考图3，示出了驱动机构32，所述驱动机构32用于使光闸16进/出参考图1和2所述装置的空芯波导4。光闸16安装在支臂部分30上而该支臂部分与稍远离空芯波导结构4形成的MEMS驱动机构32耦合。
MEMS驱动机构32包括一种电热MEMS驱动机构(如弯曲光束结构)。先前已经公开了这种可以提供大摆度(如5-100μm全标度偏移)驱动的机构。光闸位于晶片的平面上(即垂直的)，因此在晶片表面上具有相对较低的覆盖区。
尽管上面描述了电热驱动机构，但是还可以使用可替代的驱动机构，例如静电、电磁、双压电晶片或者压电等等。特别地，可以将一种静电梳状驱动器用于提供所需的移动。光闸还可以形成为“弹起式(flip-up)”结构，并且这可以允许更加准确地定义光闸形状。我们可以通过Marc Madou所著的、1997年CRC出版社(Boca Raton)所出版的ISBN0-8493-9451-1“微制造基础”(Fundamental ofMicrofabrication)中发现有关MEMS装置驱动技术和相关制造技术的详细信息。
光闸的最终厚度将取决于所需的光闸平直度和装置功率处理能力。一种低轴向变化(scalloping)、高垂直深度干刻蚀工艺适用于获得这样一种结构。在制造结束之后，可以在波导涂覆过程中对光闸的两侧进行涂覆处理，从而实现高反射率。如上所述，涂层典型地是金属涂层，但是也可以使用电介质堆叠和金属电介质堆叠。本领域技术人员可以理解，在涂覆过程之前，静电驱动器或电热驱动器的有源区域需要进行钝化处理或遮蔽处理，以便装置可以保持可靠的工作。
可以将图1和2中所示类型VOA装置中的光闸16所反射的“无用光”转移到一个束流收集器。这就确保了无用光不会增加噪声或者导致对衬底某一部分的不希望的加热。
参考图4，示出了多种适用的空芯束流收集器结构。图4a示出了一种简单的空芯波导端面，图4b和4c示出了锥形空芯波导束流收集器，图4d示出了一种螺旋形束流收集器，而图4e到4g示出了多种环形束流收集器。螺旋型和环形束流收集器(它们也可以是锥形的)可以实现最高程度的光束衰减。本领域技术人员将选择锥形的精确设计以用于将被该装置转储的光功率量。尽管可以将空芯束流收集器用于VOA，但是还可以将它们用于任何其中光功率将被转储的其它装置。特别地，这种装置可以形成PCT专利申请GB2003/000331中所述类型的空芯波导平面光路的一部分。
参考图5，示出了一个VOA 40，它可以起到分束器或光开关的作用并且该VOA40是基于参考图1所描绘的VOA。VOA 40中与图1中所描述部件相类似的部件用相同的附图标记表示。
VOA 40包括如参考图1所述的T形空芯光波导。但是，受到光闸16反射并且沿着T形空芯波导的第三支臂传播的所有光都通过第二输出球形透镜44耦合到第二输出光纤42中。
通过这种方式，VOA 40可以起到分束器装置或光开关的作用。换句话说，可以将全部光或部分光从输入光纤8和输出光纤12之间的光路中引导出来，并且将其引导到第二输出光纤42。
参考图6，示出了另一种可替换的基于参考图1所述装置的VOA60。
VOA 60包括一种十字形空芯光波导结构。该结构的第一支臂与第一输入光纤62相连，该结构的第二支臂与第一输出光纤64相连，该结构的第三支臂与第二输入光纤66相连，并且该结构的第四支臂与第二输出光纤68相连。提供球形透镜70、72、74和76用于分别将光从第一、第二、第三和第四支臂耦合到第一输入光纤62、第一输出光纤64、第二输入光纤66以及第二输出光纤68。
反射式光闸78插入到空芯光波导支臂的交叉区域。如果光闸78被完全抽出(即完全从空芯光波导中移走)，那么来自第一输入光纤62的光通过装置的第一和第二支臂并且通过第一输出光纤64射出。类似地，来自第二输入光纤66的光通过装置的第三和第四支臂并且通过第二输出光纤68射出。
如果光闸78被完全插入到空芯波导结构，那么来自第一输入光纤62的光通过装置的第一和第四支臂并且通过第二输出光纤68射出。来自第二输入光纤66的光通过装置的第三和第二支臂并且通过第一输出光纤64射出。换句话说，光闸的完全插入交换了输出光纤，通过该输出光纤来自给定输入的光射出该装置。光闸78的部分插入允许来自每个输入的光在两个输出之间被分开(即该装置可以起到一种双向模拟开关的作用)。
权利要求
1.一种可变光衰减器装置，它包括第一光输入、第一光输出、位于该第一光输入和第一光输出之间的第一光路，以及用于使光闸横穿所述第一光路而移动的装置，其中提供了一种空芯波导，用于基本上沿第一光路引导光。
2.根据上述权利要求所述的装置，所述装置形成在一种包括半导体材料的衬底上。
3.根据上述任一项权利要求所述的装置，所述装置形成在绝缘体上硅(S0I)晶片上。
4.根据上述任一项权利要求所述的装置，其中提供了一个底部分和一个盖部分用于形成所述空芯波导结构。
5.根据上述任一项权利要求所述的装置，所述装置是通过微制造技术形成的。
6.根据权利要求5所述的装置，其中该微制造技术是深反应离子刻蚀。
7.根据上述任一项权利要求所述的装置，其中用于使光闸横穿所述第一光路而移动的装置包括微机电系统(MEMS)部件。
8.根据权利要求7所述的装置，其中该MEMS部件与空芯波导被整体地集成。
9.根据上述任一项权利要求所述的装置，其中该光闸总是有一部分位于一个对准槽中。
10.根据上述任一项权利要求所述的装置，所述装置额外地包括第二光输出。
11.根据权利要求10所述的装置，其中当光闸位于第一光路中时，设置该第二光输出以接收受到该光闸反射的光。
12.根据权利要求11所述的装置，其中该第二光输出包括一种束流收集器装置。
13.根据权利要求10到12中任一项所述的装置，其中提供了第二光输入并且在该第二光输入和第二光输出之间定义了第二光路，所述光闸可以横穿所述第二光路移动。
14.根据权利要求13所述的装置，其中提供了一种空芯波导，用于基本上沿第二光路引导光。
15.根据权利要求13到14中任一项所述的装置，其中当光闸位于第二光路中时，设置该第一光输出以接收来自第二光输入并且受到该光闸反射的光。
16.根据权利要求13到15中任一项所述的装置，其中所述第一和第二光路的传播轴线在交叉点处基本上是正交的，并且光闸与该第一和第二光路的传播轴线之间的夹角基本上为45°。
17.根据权利要求13到16中任一项所述的装置，其中该第二光输入和第二光输出中至少有一个包括一种用于接收光纤的装置。
18.根据上述任一项权利要求所述的装置，其中第一光输入和第一光输出中至少有一个包括一种用于接收光纤的装置。
19.根据上述任一项权利要求所述的装置，其中光闸基本上是反射式的。
20.根据上述任一项权利要求所述的装置，其中空芯波导基本上为矩形横截面。
21.根据上述任一项权利要求所述的装置，其中空芯波导的内表面包括一种反射式涂层。
22.根据上述任一项权利要求所述的装置，其中对空芯波导的尺寸进行定制，从而可以支持基模传播。
23.根据权利要求1到21中任一项所述的装置，其中对空芯波导的尺寸进行定制，从而可以支持多模传播。
24.根据权利要求23所述的装置，其中对空芯波导的尺寸进行定制，从而可以提供多模再成像效应。
25.根据权利要求24所述的装置，其中光闸在多模再成像或复制点附近是可以横穿光路移动的。
26.根据权利要求24到25中任一项所述的装置，其中多模波导是锥形的，从而该多模波导在多模再成像点附近具有减小了的横截面尺寸。
27.根据权利要求24所述的装置，其中光闸在最大场扩展点附近是可以横穿光路移动的。
28.根据权利要求1到23中任一项所述的装置，其中提供了一个或多个准直装置。
全文摘要
描述了一种可变光衰减器装置，它包括第一光输入、第一光输出、位于该第一光输入和第一光输出之间的第一光路，以及用于使光闸横穿所述第一光路而移动的装置。提供了一种空芯波导，用于基本上沿装置的第一光路引导光。还可以将该装置用于电信系统等中以提供模拟分束或开关功能。
文档编号G02B6/24GK1791819SQ200480013302
公开日2006年6月21日 申请日期2004年3月12日 优先权日2003年3月15日
发明者R·M·詹金斯, M·E·麦克尼, D·J·库姆斯, J·麦奎兰 申请人:秦内蒂克有限公司