可调栅格跟踪发射器和接收器的制作方法

本发明涉及一种光通讯部件，其经由色散元件提供到换能器的可调光学连接。

背景技术：

随着通讯带宽增加，对低功耗、低成本、高带宽发射器和接收器有强烈的需求。为了增加两点之间光传输的带宽，可使用波分复用(WDM)，其中，信息在不同信道(例如N个信道)上传送，每个信道位于独特的波长。相邻点可以例如彼此相距几千米。信道可布置在波长栅格上(例如具有均匀波长间隔或频率)，使得每个信道中的频谱内容不会与相邻信道发生干扰。另外，可使用较高数据速率的调制来实现带宽的增加。一般来说，当前技术涉及4至100个信道的WDM和2.5吉比特/秒(G)、10G、25G或40G的数据速率，但是希望信道数量和调制速率的这些值会随着时间而发展。

沿通信网络的节点可包括发射器和/或接收器以与光通信信号恰当地配合。具有多路复用的光信号的光纤一般用于连接网络上的远程点。如果光信道位于波长栅格上或频率栅格上，则波长的同步可以是昂贵的，并可消耗大量功率，例如以维持温度控制。在通信系统包括窄间隔开的波长信道情况下，装置生产和操作状态的精确控制通常是需要的，以对准信道波长与多路复用器/多路解复用器的窄通带。

技术实现要素：

在第一方面，本发明涉及一种可调光通讯发射器，其包括发射彼此颜色隔开的光信号的多个光发射元件、色散元件和可调射束操纵元件。色散元件包括色散结构、提供光学耦合至多个光发射元件和光栅的多个光信道路径的第一接口以及从色散结构接收色组合信号的共轭的空间延伸第二接口。可调射束操纵元件光学地连接到第一接口或共轭的空间延伸第二接口。

在另一方面，本发明涉及一种可调光通讯接收器，其包括：

-输入线，用于耦合至接收的光信号；

-色散元件，包括色散结构、空间延伸输入接口和光学输出接口，空间延伸输入接口在沿该接口的可选位置处接收未色散的光信号，光信号传播至色散结构，光学输出接口将来自色散结构的色散的光信号耦合至其它光学元件；

-射束操纵元件；以及

-多个光接收元件，定位成从色散元件的输出接口接收色散的光信号，以响应于色散的光信号产生电信号。

射束操纵元件可包括致动器和控制器，其编程为基于所接收的光信号的频谱内容或其它关注参数(topical parameter)动态地调整射束操纵元件，以引导所接收的光信号从输入线至平面色散元件的输入接口上的特定位置的方向或者色散的光信号从输出接口至多个光接收元件的方向。

在其它方面，本发明涉及一种光学多路复用器/多路解复用器，其包括：平面色散元件，具有光栅、第一接口和第二接口，第一接口用于将未色散的光信号经由接口传送至光栅，第二接口用于将色散的光信号耦合至其它光学元件；以及射束操纵元件，具有第一透镜和可调反射器，第一透镜定位在可调反射器和平面色散元件的第二接口之间，其中，光学反射器和第二接口之间的角度可调整成改变色散的光信号的方向。

在一些方面，本发明涉及一种可调平面多路复用器/多路解复用器，包括光栅；在第一接口处与光栅接合的多个色散信号波导；空间延伸第二接口，以从光栅接收色组合信号；以及悬臂式射束操纵元件，定位成从空间延伸第二接口接收色组合信号。悬臂式射束操纵元件可包括可操纵波导，其可操作地连接到具有电极的悬臂结构，以响应于电信号实现对可操纵波导的位置的调整。

在附加方面，本发明涉及一种用于为光学发射器或接收器提供栅格跟踪(grid tracking)的方法，该方法包括：调整射束操纵元件，射束操纵元件构造成从光学发射器或接收器接收色组合信号，以选择具有特定中心带的彩色栅格(chromatic grid)。

在另一方面，本发明涉及一种用于将多个不同数据信号通过光纤传输的方法，所述方法包括：

i)将来自多个激光器的输出传输通过多路复用装置，以形成频谱组合光信号，其中，每个激光器的输出对应于独立的数据信号；

ii)在光纤上传输频谱组合光信号；以及

iii)在接收器处接收频谱组合光信号，接收器包括色散元件和多个光接收元件，色散元件构造成使组合光信号分散为独立的光信号，多个光接收元件构造成接收独立的光信号，独立的光信号响应于接收的光产生电信号，

其中，多路复用装置、接收器或两者包括射束操纵元件，并且其中，射束操纵元件通过控制器自动地调整，以维持多个光接收元件处的代表独立的数据信号的信号强度。

附图说明

图1是具有可调栅格跟踪的发射器的示意性布局。

图2是具有可调栅格跟踪的接收器的示意性布局。

图3是与光通讯网络内的远程接收器接合的发射器的示意性布局，其中，发射器和接收器具有可调栅格跟踪。

图4是具有可调栅格跟踪的发射器或接收器的实施例的顶部平面图。

图5A是具有可调栅格跟踪的De/Mux装置的顶部平面图，其中，可调反射镜改变色散信号的方向。

图5B是沿线B观看的图5A的De/Mux装置的侧视图。

图5C是沿线C观看的图5A的De/Mux装置的侧视图。

图6是基于平面中阶梯光栅的具有栅格跟踪的De/Mux的顶部平面图。

图7A是基于平面中阶梯光栅的替代De/Mux装置的顶部平面图。

图7B是图7A的De/Mux装置的色散元件的侧视图。

图7C是图7A的De/MUX装置的平面波导结构的侧视图。

图8是集成进包含AWG的平面结构中的平面射束操纵元件的顶部部分平面图。

图9是作为射束操纵元件的波长和角度的函数的来自四个源信道(1-4)的测量输出的一组示图，示图的下板对应于在波长传输中对应偏移的情况下的可调反射镜的稍微旋转。

图10是对于以20nm间隔开的四个独立光信号的带，作为波长的函数的传输功率的示图。

图11是对于四个独立光信号的三个带，作为波长的函数的传输功率的示图，每个独立光信号以4.5nm间隔开，带以13.5nm间隔开。

图12是基于VCSEL光源阵列、平面AWG和自由空间射束操纵元件的发射器的实施例的顶部平面图。

图13是平面AWG的顶部平面图，平面AWG具有沿平面AWG边缘安装的DFB激光器阵列，以将光信号提供进对应组的平面波导中，对应组的平面波导将光信号引导进AWG的平板波导(slab waveguide)中。

具体实施方式

可调光学元件(例如可调谐多路复用器/多路解复用器或包含可调谐多路复用器/多路解复用器的装置)包含色散元件和射束操纵元件，以使得能够跟踪波分复用通信信号。可调谐多路复用器/多路解复用器可位于发射器或接收器与光学传输波导/光纤之间的连接处。这使得有能力提供偏移的彩色栅格，其可源自热漂移、色度一致性(chromatic consistency)或装置要求的其它波长调整。与发射器/接收器接合的可调装置可以射束操纵元件维持精密波长栅格上的信号完整性，以根据信号中的空间偏移(例如源自温度变化)引导来自色散元件的信号，使得该装置可在有用波长范围在色彩上适配。色散元件可构造成朝向射束操纵元件传播光信号，例如色组合信号或色散信号，并且一般来说，光信号的小角度方向改变可说明来自色散元件的光信号在适当彩色范围的空间偏移。在一些实施例中，多路复用器/多路解复用器的可调谐特征可代替温度控制的使用，减少插入损耗(尽管有制造变化)和/或通过实现较窄的波长栅格使得能够有效率地使用光学频谱。

色散元件使不同波长的信号与不同空间位置对应(map)，射束操纵元件允许调整与这些空间位置相关的波长，使得能够在信号波长在有用范围内改变时跟踪信号。在许多色散元件中，射束操纵元件可放置成对色散或组合信号进行操作。可使用各种合适的色散元件，比如阵列波导光栅(AWG)或中阶梯光栅。装置的元件一般可以是自由光学元件、平面光学电路元件或其组合，光源或光接收元件可以或不必是固态装置。色散元件一般包括输入接口和输出接口，引导光信号到达或来自色散结构。所述接口一般表示相对于色散结构的位置和/或方向的区域，并且可以可不必与物理表面相关联。对于平面色散元件，相应接口可以是平板波导(可称为星形耦合器、星形波导或本领域其它名称)或沿限定路径未横向受限的类似光学路径。

在一些实施例中，与反射镜或其它反射/改向元件组合的MEM结构或其它机械致动结构可提供合适的射束操纵元件。一般来说，光信号的小角度改向会覆盖适当的波长范围，以提供期望的可调谐特征。总体上，作为对干扰的反应，对应于固态装置的波长趋向于彼此类似地偏移，使得它们之间的波长间隔得以维持，即作为群组调谐至更长或更短的波长，这允许单独地调整以跟踪具有小角度改向的多个信号。

色散元件和射束操纵元件的组合形成彩色可调装置，其独立地将一个或多个波导连接至装置端部，在一端具有色散信号，在另一端具有组合信号，“端部”指的是概念上的，而不必是物理位置。在一些实施例中，调整色散信号以针对热变化调整的能力提供了减少或消除温度控制器的能力，否则在相关装置上需要温度控制器，比如激光器阵列上的热电冷却器。而且，针对其它同时期参数或影响彩色栅格的制造参数的调整的能力可类似地提供在装置设计和使用中的成本和/或功率节省。

色散信号一般涉及在每个波长对应于各种数据传输的独立的光信号。数据传输可对应于声音、视频、文件、其组合或其它适当的数据信号。组合的光信号的传输提供了有效率的资源使用，并减少了对传输特定体积数据的硬件需求。发射器将数据信号转换为对应的光信号，接收器将光信号转换为对应的电信号。高带宽光通讯系统一般涉及精确的控制，以经由多路复用和/或多路解复用(De/MUX)操作引导紧密间隔的光波长，以保证色散元件适当地引导光波长至它们的预期位置。包含这种精确控制关于需要仔细的温度控制和/或匹配光学元件以实现期望功能来说是昂贵的。如本文中所述，动态控制可引入装置中，使得色彩调整可动态地进行，以在适度的成本设计和使用时相对低的功率消耗情况下提供良好的光学性能。

在光通信系统中，色散元件和射束操纵元件的组合可形成点对点光通讯系统的节点的一部分，关于色散信号连接一个或多个源和/或检测器，关于组合信号连接一个或多个波导/光纤。那么，波长可浮动，即允许变化，在一些实施例中，通过消除用于相关部件的精确温度控制的热电冷却器的使用和/或通过放宽用于特定波长栅格的制造公差来降低成本和功率消耗。这些部件可以色浮动(chromatically floating)或“未锁定”的方式用在高带宽低成本发射器或接收器中。

如本文所述，可以动态地调整对射束操纵元件的控制，以改进光信号完整性(一般关于接收的或发射的强度)。因此，为了在不牺牲性能的情况下提供不太昂贵设计的使用和/或低功率操作，与色散元件接合的光栅格(即波长栅格或频率栅格)可允许关于空间(例如信道)定位(相对于与色散元件接合的光路或方位)浮动。可通过使用MEM或其它低功率消耗致动器调整射束操纵元件(这可涉及非常低的功率消耗)来提供补偿浮动的光栅格的适当调整。射束操纵元件的动态调整一般基于对光信号或其它同时期参数(例如温度)的测量。在特别关注的实施例中，基于与装置相关的测量进行动态调整以导致(account for)浮动的栅格，而不是随机或连接扫描调整(swept adjustment)。动态调整可用合适的射束操纵元件来执行。

图1示出动态可调发射器的示意图。发射器100包括光源阵列102、色散元件104、射束操纵元件106、传送波导108和控制系统110。流程箭头表示光传输通过发射器100的一般方向。光源阵列102一般可包括激光器阵列，比如单独的半导体激光器的集合或半导体激光器的单体阵列。便利地，色散元件104可是平面光学结构，其可以是平面光学电路的部件，但是在一些实施例中，自由空间光栅可用作色散元件。射束操纵元件106可以是反射镜、其它反射器、可偏转波导等，其可利用例如微机电致动器(MEM)等或其它类型的致动器而物理地偏转。射束操纵元件106可以便利地设置为自由空间元件，但是下面描述了合适的平面光学射束操纵元件。传送波导可以是一个或多个波导，其一般包括和/或耦合至光纤，光纤可用于将光信号传送至距离光源的远程位置。控制系统110提供调整射束操纵元件106的指令，以提供对发射器的期望动态控制。

图2示意性示出动态可调接收器。接收器120包括光接收元件122、色散元件124、射束操纵元件126、传送波导128和控制系统130。流程箭头再次用于表示光通过接收器120的一般传输。光接收元件122可以是适当的光传感器，其测量照射在元件上的光，并作为响应提供电信号。色散元件124、射束操纵元件126和传送波导128可以是在上面关于图1中发射器100描述的色散元件104、射束操纵元件106和传送波导的等同物。控制系统130提供调整射束操纵元件126的指令，以提供对接收器的期望动态控制。

如下所述，对接收器的动态控制提供了期望功能性，以降低成本和功率消耗，而不会降低性能。Crafts等人的题名“Scanning Spectrometer With Multiple Photodetectors”的美国专利7952695(Crafts专利)描述了具有用于在检测器阵列上扫描波长栅格的部分的射束操纵元件的接收器，通过引用将该美国专利并入本文。相比之下，本装置具有动态控制而不是扫描功能，这关于应用引入了重要的区别。另外，Crafts没有描述可应用于发射器的结构或方法。而且，本文的特定实施例可引入与Crafts专利提出的结构和/或功能的其它特定明显区别。

如上所述，发射器和/或接收器一般在通讯网络内传送用户数据，这提供了与Crafts的另一区别。图3示出通讯链路的示意视图。参见图3，发射位置150包括多个发射器152、用于将来自发射器的信号多路复用为色组合信号的色散元件154，色组合信号被引导至射束操纵元件156，射束操纵元件将光信号引导至波导/光纤158，波导/光纤158将信号耦合至光纤160，光纤160将信号传输至远程接收位置170。远程接收位置170具有波导/光纤172、射束操纵元件174、色散元件176和光接收元件178，色散元件用于将光信号解复用进分离的信道，光接收元件可响应于光信号的分离信道提供电信号。为了简化附图，在视图中未示出控制元件。发射位置150和接收位置170之间的距离可以或不必较大，比如处于千米量级。位置150、170可以是沿通信系统的节点，以为了另外传输而改变信号方向，或者它们可以是通信系统的端点，其中，解复用的信号意在用于特定终端用户。在一些实施例中，例如，仅节点之一(即发射位置150或接收位置170)包括可调射束操纵元件，如果位置之一设计或控制成避免色移的话。另外，接收位置可包括可调射束操纵元件，而发射位置不包括射束操纵元件，接收器跟踪发射器，这是特别合适的，如果多路复用器和源以相同速率偏移的话。

下面详细讨论一些特定实施例，但是现在概述装置的基本部件的一些总体特征。发射器可包括多个源，多个源一般以不同光学信道发射，并以特定物理布置安装，以引导相应光信号用于其它处理。源一般是激光器，比如半导体激光器。在一些实施例中，源可以是安装在单个芯片上的半导体激光器阵列等。通常，发射器包括至少4个源，在其它实施例中为至少10个源，在另外的实施例中为至少16个源，但是可期望具有一百个或更多个源。

接收器包括多个光接收元件，光接收元件响应于光产生电信号，并一般实体地布置成接收不同光学信道中的光。总体上，任何合适的光接收元件均可分立地、不同地和/或以集成阵列方式被使用，包括诸如p-i-n光电二极管、雪崩光电二极管、MSM光检测器或复杂光接收器的元件。在一些实施例中，固态光接收元件的阵列可便利地安装在芯片上。一般来说，接收器包括至少4个检测器，在其它实施例中为至少10个检测器，在另外的实施例中为至少16个检测器，但是可期望具有一百个或更多个不同的检测器。本领域普通技术人员认识到，位于上面清楚范围内的源数量和/或光接收元件数量的另外的范围是可预期的，并位于本公开范围内。

总体上，任何合适的色散元件可用于De/MUX光信号，比如棱镜、光栅等。合适的光栅可以是阵列波导光栅(AWG)、中阶梯光栅、布拉格光栅等。尽管一些实施例可有效地使用自由空间色散元件，但是在一些实施例中，便利的是使用组装在平面光学芯片等上的色散元件。例如，图4的实施例中示出平面AWG(在下面进一步讨论)，还讨论其它平面色散元件。平面色散元件尤其可提供进入装置中的紧凑组件和对应更小的覆盖区，无源平面装置可有效率地产生以包含期望的平面色散元件。

另外，可以使用任何合理的射束操纵元件，比如反射镜、反射器栅格、可偏转波导或光纤等。射束操纵元件可以是平面结构或自由空间元件，关于选择平面或自由空间元件存在妥协平衡。下面提供两种类型的示例。光学元件的操纵方面可由机械元件提供，机械元件使反射或传送光学元件的至少一部分再取向，以改变光路方向。通常，小的再取向实现了光路的期望改向。从功率消耗、精度、装置覆盖区和其它重要方面来看，小的致动器是期望的。在不涉及特定设计或结构的情况下，小的机械致动器一般指的是微机电或MEM装置。

取决于选择的结构，各种平面波导和/或光纤可用于连接元件，下面描述一些特定实施例以提供一些示例。连接器在本领域中已知用于基于装置的平面波导和光传输纤维之间的过渡。更长距离的光纤传输线可用于点对点传输，并在特定节点连接到装置。

图4示出包含作为色散元件的平面阵列波导光栅(AWG)的可调发射器的实施例的示意视图。通过用光接收元件代替光源，该设计可适配于接收器，来自光接收元件的信号可理解为引导射束操纵元件而不是分流光接收器(tap photoreceiver)的调整，分流件(tap)一般是不存在的。在该实施例中，发射器200包括平面色散元件和自由空间射束操纵元件。发射器200包括传输波导202、透镜204、206、微机电系统(MEMs)可调反射镜208、AWG 210和光源212。AWG 210包括第一平板波导213、第二平板波导214、阵列光栅波导216，阵列光栅波导光学地连接第一平板波导213和第二平板波导214，波导218、220、222、224光学地连接到第二平板波导214，以传送光色散光信号。通常，AWG 210形成在平面光学芯片或平面光波电路(PLC)上，如下进一步所述。第一平板波导213沿光学芯片的边缘构造，使得与光被引导至平面波导(在两个方向上引导)的更常规结构相比，自由空间传输件与第一平板波导213接合。具有传播进自由空间的平板波导的设计提供了对传播的调整，如通过射束操纵元件的改向。温度传感器可在各位置集成进发射器200中。附图中示出四个代表位置作为元件270(与平面结构210相关)、272(与光源212相关)、274(位于壳体(未示出)内)和/或276(与平面结构202相关)。如果需要的话，多个热传感器可集成进系统中，其中，在调整射束操纵元件时，可以平均化或分离地产生各值。温度传感器可包括热电耦、热敏电阻、电阻式温度检测器(RTD)或其它合理设计。

发射器200的部件构造成使来自光源212的光被引导至将光传输至第二平板波导214的波导218、220、222、224，通过阵列光栅波导216，并到达第一平板波导213。PLC可使用光纤和连接器、自由空间传播或通过使用粘合剂等将PLC直接附接至发射器阵列表面而连接到发射器阵列。Yan等人的题名“Photodetector Coupled to a Planar Waveguide”的美国专利7272273描述了PLC到固态接收器阵列的直接连接，通过引用将该美国专利并入本文。波导218、220、222、224一般与发射器的元件以一对一的关系对应。如上所述，发射器元件的数量可横跨所述范围，为了方便，图4中示出4个元件，但是该数量可以根据需要在合理范围内选择。下面详细地描述发射器的一些特定实施例。

AWG可以制成平面光学结构，其包括基底、位于基底表面上方的覆盖层下层(underclad layer)和位于覆盖层下层上方的AWG，可选地，外包层(overclad layer)位于光学传输元件上方。AWG设计在本领域中是已知的，并可设计用于特定波长范围和信道间隔。McGreer等人的题名“Dendritic Taper for an Integrated Optical Wavelength Router”的美国专利6697552描述了AWG的设计特征，通过引用将该美国专利并入本文。为了改进色散光信号的光耦合，第二平板波导214可包含例如上面'552专利所述的树枝状结构或具有Chen等人的题名“Wavefront Division Optical Coupler”的共同未决美国专利申请13/679669所述的光耦合器结构，通过引用将该美国专利申请并入本文。

为了实现小的装置覆盖区和低成本，MEMs结构可被便利地用于调整反射镜角度。Godil等人的题名“Heat Actuated Steering Mount for Mainatining Frequency Alignment in Wavelength Selective Components for Optical Telecommunications”的美国专利7016594描述了用于反射镜调整的MEMs结构的一个设计，通过引用将该美国专利并入本文。基于反射镜的电压控制MEMs商业上可从Neophotonics Corporation获得。MEMs装置可以亚毫瓦功率消耗操作。

通过使用自由空间射束操纵装置，可期望的是，包含一个或多个透镜等以控制光信号。如图4所示，透射204、206用于聚焦自由空间光信号。特别地，透射206朝向传输波导202聚焦从可调反射镜208反射的光信号，以关于信号在传输波导202中的传播减少光信号的损失。当光束传播通过自由空间时，透射204可减少光束的束散效应。可以使用适当选择的透镜等，并将它们定位成减少光信号的耗散。在一些实施例中，可调反射镜208可以大致定位在透射206后方的一个焦距处，以减少光损失。

传输波导202可以是连接到光纤的平面结构或光耦合器。如果传输波导202是平面结构，则波导可包括光核心240，以将光传播到耦合元件242，从而将光信号传输至光纤244，用于更长的范围传输。另外，分流件246可连接到光核心240以沿分流件核心248引导光信号强度的一小部分，这将分流的信号引导至接收器/功率测量计250。接收器/功率测量计250处的读数例如可用于调整射束操纵元件208，以增加光信号。

在使用时，光源212以及AWG 210可经受温度变化，温度变化可导致光信号的中心波长漂移。例如，基于半导体激光器的包括磷化铟的光源可呈现约0.12nm/℃的中心波长漂移率。基于硅石的AWG可呈现约0.01nm/℃的中心波长漂移率。在-5℃至75℃的典型操作温度范围内，波长的总变化可以为约9nm，从而对于分布在4.5nm的典型栅格间隔上的波长来说导致大于30dB的功率损失。为了帮助补偿波长漂移，MEMs可调反射镜188可以枢转以偏移中心波长而补偿漂移。下面进一步描述对可调反射镜188的控制。

其它色散元件可如上所述使用。自由空间色散元件可包括光栅，光栅在设计上可以是透射式(狭缝)或反射式(间隔开的反射元件)。合适的光栅包括布拉格光栅和中阶梯光栅。中阶梯光栅可通过在针对入射光的角度使用来实现具有良好色散的紧凑构造。尽管更高阶色散可在来自中阶梯光栅的色散光中重叠，但是对于光通讯带，信道范围一般用中阶梯光栅良好地色散，而不必首先以具有更高狭缝密度的另一光栅和近似正入射开始色散频谱。

图5A示出用于结合进接收器/发射器中的可调谐De/Mux装置的实施例。De/MUX装置500包括射束操纵装置502、AWG 504和波导结构506。在该实施例中，射束操纵装置502布置成接收来自AWG 504的色散信号，与图4描绘的实施例相比，在图4实施例中，射束操纵元件接收来自色散元件的色组合信号。射束操纵装置502包括透射508、510和可调反射镜512。图5B和5C的侧视图中示出相应透镜508、510的聚焦，其示出定位以使用像散。可调反射镜512可联接到控制器，以枢转或另外调整可调反射镜512，例如响应于特定测量进行调整。

AWG 504包括与衍射波导阵列520接合的平板波导516、518和与平板波导518接合的、用于组合光信号的波导522。平板波导516定位成终止于平面装置的边缘，使得离开平板波导的光朝向射束操纵元件502传播进自由空间中。平板波导518耦合进波导522内，以传播色组合光信号。波导522一般耦合至光纤，以用于色组合信号的更长范围传输。

波导结构506显示为平面光学装置，该平面光学装置具有沿波导结构506的边缘定位的平板波导522。平板波导522与波导524、526、528、530光学耦合，波导524、526、528、530定位成大致以每个波导一个信道的方式传输色散信号。因此，波导的数量可根据信道的数量设计。波导524、526、528、530一般均与用于发射器的单独光源或用于接收器的单独光接收元件接合。在接收器中，这些波导可以制成多模的，以加宽所接收光的波长带宽。当在信道之间的波长间隔发生变化(不能由跟踪功能(tracking function)消除)时，这是特别有用的。Amersfoort等人在Electronics Letters,30(4):300-302(1994年二月)中进一步描述了多模波导和它们的用途(通过引用并入本文)。

如上面参考图4所讨论的，AWG 504的通带可依赖于操作温度和/或光的其它属性，比如偏振状态。通过集成了联接到可调反射镜512的控制器，可以监控来自波导524-530的光以检测对应数据信号的中心波长的变化，并且可调反射镜512可以相应地自动枢转，以将期望波长范围聚焦在输出端口524-530和衍射波导520上。因此，可调反射镜512可自动地枢转，以调谐在耦合器/平板波导516和波导结构506的波导524、526、528、530处以及在AWG 504的耦合器/平板波导522和衍射波导520处引导的波长。下面在合适的控制器的背景下进一步描述对可调反射镜的控制。在一些实施例中，期望可调反射镜512近似位于与透镜510相距一个焦距处。射束操纵元件502的透镜508定位在可调反射镜512和波导结构506之间。类似地，透镜510定位在AWG 504的平板波导516和反射镜512之间。对于色散信号的操纵，可期望自由空间传播的聚焦会减少信号损失。如图5所示，透镜510可定位成对于一个分面至另一分面成像竖直方向，如由自由空间光学系统所引导的那样。在某种意义上，平板波导在概念上由连接平板波导各区段的自由空间光学系统分割，以允许弯曲的焦平面减少光学损失。

图6示出基于中阶梯衍射光栅结合进发射器/接收器的可调De/MUX装置的另一实施例。De/MUX装置600包括布置在平面衍射元件604和波导装置606之间的光路中的射束操纵元件602。图6所示装置与图4中的发射器装置的对应部件类似，用基于色散元件的平面中阶梯光栅代替AWG 210。参见图6，射束操纵装置602包括透镜608、610和可调反射镜612，可调反射镜612与可调反射镜208类似，并可通过枢转反射镜来类似地调整。平面色散元件604包括平面反射器616、618和中阶梯光栅620，它们定位成在波导622、624、626、628和边缘630之间形成附图所示光路。穿过平面色散元件604的光路定位为沿除受限波导622、624、626、628外的大致横向未限定核心层。反射器616、618可由金属或电介质涂层形成或者通过利用全内反射形成。波导622、624、626、628中的一个或多个可具有弯曲部(例如s弯曲部)，以沿平面结构的边缘以更间隔开的构造定位波导，以便于连接到光纤或其它光学元件。反射器616、618可具有凹反射表面，以聚焦从各元件反射的光，各元件在光束传输通过平面元件期间可抵抗光束扩散。衍射光栅的表面的相对方位可选择成使得选择的衍射级沿反射器616、618之间的光路分散。Sappey等人的题名“Echelle Grating Dense Wavelength Division Multiplexer/Demultiplexer”的美国专利6647182(′182专利)描述了用于多路复用/多路解复用的自由空间中阶梯光栅，通过引用将该美国专利并入本文，这种光栅可适于作为自由空间光栅的当前装置或如图6所述的平面光栅设计。

如上所述，可调反射镜612可自动地枢转以调谐在接口/边缘630和波导装置606的波导632处引导的波长。可调反射镜612的枢转可聚焦期望波长，以响应于波导622-628中的一个或多个中检测的中心波长的变化来调谐衍射元件604的波长栅格。

在一些实施例中，基于中阶梯光栅的可调谐De/MUX装置可通过设计平面折射元件更物理紧凑得制成，平面折射元件包括弯曲光栅，弯曲光栅可同时聚焦和分散光信号。图7A示出具有弯曲光栅的平面色散元件的实施例。图7A的De/MUX装置与图4所示的De/MUX元件类似，用基于弯曲光栅的平面色散元件代替AWG。De/MUX装置700包括平面色散元件702、射束操纵元件704和传输波导706。色散元件702包括布置在波导714、716、718、720、反射器722和接口724之间的弯曲光栅712。图7B示出色散元件702的侧视图。弯曲光栅712包括具有中阶梯光栅设计的反射弯曲光栅。′182专利描述了用于相应地用作自由空间元件的自由空间弯曲中阶梯光栅。射束操纵装置704包括透镜726、728和可调反射镜729。图7B和7C的侧视图示出相应透镜726、728的聚焦。传输波导706是包括光核心731的平面结构。光核心731可连接到图4所示用于传输波导202的分流件。

平面色散元件702的优势在于，组合的反射器/光栅允许更紧凑的装置。然而，因为聚焦元件和中阶梯光栅组合起来，所以由于光自由度的损失(因聚焦元件和中阶梯光栅的组合引起)，不能同时调整光在接口724和波导714-720处的闪耀(blaze)(即放置在沿光路的目标位置上的选择波长范围)和入射角。沿接口724的光传输和接口处的对应聚焦的设计中的实际限制可引入一些光学损失。然而，增加接口724处的焦点和波导714-720处的焦点之间的距离会减少光学损失。

如上所述，射束操纵部件可以是平面光学部件，而不是自由空间部件。图8以整个平面部件的部分视图示出集成进另外包括AWG的平面结构中的射束操纵元件的实施例。参见图8，平面结构730包括波导阵列732、邻近平面射束操纵元件736的平板波导734、波导738、连接器740和光纤742。平面射束操纵元件736包括悬臂式波导750、梳状驱动器752和电极754、756、758。梳状驱动器752设法通过将电压施加到波导电极754和边缘电极756、758中的一个或另一个来提供悬臂式波导的弯曲。电极可由例如通过溅射或其它合适的沉积方法在侧壁和顶部上沉积金属形成。梳状驱动器的阴影部分一般向下蚀刻掉，截槽(undercutting)可释放悬臂式波导和梳状驱动器部件。梳状驱动器操作成经由静电驱动移动波导。Valette等人的题名“Switch and System for Switching Integrated Optical Multichannels and Switch Production Method”的美国专利5078514描述了平面悬臂的基于元件与波导接合以形成开关的设计，通过引用将该美国专利并入本文。Stowe等人的题名“Optical Steering Element and Method”的美国专利7709354详细描述了形成用于光开关的梳状驱动器，通过引用将该美国专利并入本文，该处理可适配于图8所示梳状驱动器构造。

如图1和2的上下文中所述，控制系统用于基于同时期测量的参数调整可调反射镜。控制系统可包括任何合适的硬件装置(比如与传感器接合的模拟数字转换器)、编程用于控制MEMs装置以调整射束操纵元件的处理器(比如专用集成电路和/或通用微处理器)、发送信号至MEMs装置的数字模拟转换器、适当的一个或多个放大器、有线或无线通信线等。Pezeshki等人的题名“Tunable Controlled Laser Array”的美国专利6914916进一步描述了调整光通讯装置中的具有MEMs结构的枢转反射镜，通过引用将该美国专利并入本文。

对于接收器，光接收元件中的一个或多个上的测量值可以与射束操纵调整相关联，以例如得到更大的测量信号。因此，反馈环可例如用于周期性地(比如每分钟或每小时)调整反射镜以增加接收的信号。对于发射器，可使用分流件(如图4所示)，以测量来自发射器的输出，以提供参数来提供对可调反射镜的调整，从而维持期望高输出。例如，信号波长的偏移会随着时间而发生，可调反射镜可用于补偿随着时间的变化。

在一些实施例中，可执行该调整以调整温度波动。温度波动可影响光源(比如激光器)和色散元件(比如AWG或其它光栅)的性能。由温度变化引起的变化可通过直接测量光信号来调整，如先前段落所述。在额外或替代实施例中，可使用温度传感器，如图4所示。基于在已知温度针对装置测量的装置性能的设计参数或测量值，算法或查找表可产生，并用于使基于测量的温度的适当反射镜调整与一个或多个温度传感器相关联。

AWG先前设计有无源温度调整能力。在公布的McGinnis的题名“Thermally Compensated Arrayed Waveguide Grating Assemblies”的美国专利申请2012/0308176中发现温度补偿AWG的期望实施例，通过引用将该美国专利申请并入本文。热补偿的本方法相对于先前关于温度补偿的方法提供了更大的灵活性。特别地，本方法可提供系统中除色散元件外的额外部件的热变化、装置的操作随时间的额外变化、其它环境变化和将装置结合进通讯系统中的设计变化。因此，与上面的McGinnis参考文献中的有用设计相比，当前设计可提供重要的期望功能。

由于来自色散元件的色散光的可调谐性，本文所述De/MUX设备支持未控制波长的更紧密间隔，并可相对于替代De/MUX设备提供相同波长跨度中的更多数据信道。为了预测改进的带宽，使用商业上可获得的BeamPROP^TM软件(Synopsis,Inc.；Mountain View,California)来执行对图4所示发射器的模拟。将AWG 210模拟为基于硅石的AWG，其具有中心1310nm的LR4栅格(具有4.5nm的间隔)。通过空间移位第一平板波导213的输入波导发射(the input waveguide launch)并绘制四个光源218-224的输出频谱来模拟基于MEMs的射束操纵部件的效应。图9是示出当可调反射镜208旋转时，光源218-224的模拟的功率输出与模拟的频率关系的图表集。随着增加可调反射镜208的旋转角，顶面板对应于中心波长发射，相继的下部面板对应于偏心波长发射。如图9所示，可通过测量与波导218-224相关联的输出信道中的输出功率来跟踪数据信道(1-4)的中心波长的漂移。由于许多效应可导致栅格波长偏移，同时栅格间隔保持相对恒定，所以使用耦合至波导的总功率可以是用于调整可调反射镜的有效信号。尽管在发射器背景下在色散元件操作为多路复用器的情况下描述了该模拟，但是该模拟结果还预测色散性能，因为该设备的相关部分是对称的。

作为波长栅格的具有跟踪本文所述可调装置的优点的特定示例，图10示出以IEEE802.3ba 40GBASE-LR-4标准使用的标准无色栅格的示例。用抛物曲线示出传输(transmission)。信道间隔相当大，为20nm，因为通常多路复用器和多路解复用器波长偏移大约比激光器波长的小10倍。随着温度变化对应地改变激光器波长(室温时竖直实线所示)，针对温度增加，如竖直虚线所示那样偏移(一般在更长的波长)。针对温度降低，更短波长的对应偏移会发生。为了保持高传输和信道之间的串扰较低，信道间隔设定为比较大，为20nm。

相比之下，图11示出当跟踪用多路复用器和多路解复用器如上所述使用时，如何增加密度。因此，可基于与标准IEEE802.3ba 100GBASE-LR4部件类似的、除了跟踪功能之外具有基本上相同装置设计参数的收发器部件使用4.5nm的栅格。由于每个发射器或接收器部分的所有波长大致一起上下运动，所以信道间隔可减少，同时维持良好的传输率和相邻信道之间的低串扰。滤波器通带随着进入信号而偏移，以维持良好的光学性能。从图10和11中可看出，在相同频谱中可匹配4个信道的3个独立带，之前仅匹配1个带，即使每个带由13.5nm防护频带隔开，并允许波长独立地偏移也如此。Cole等人在IEEE Communications Magazine,S16-S22,2009年3月的“Photonic Integration for High-Volume,Low-Cost Applicatoins”总体上描述了基于用于40Gb/s和100Gb/s操作的IEEE标准操作的收发器，通过引用将该文章并入本文。

额外地，跟踪接收器可与基于IEEE802.3ba 100GBASE-LR4标准的20nm间隔的发射器或在此提出的浮动发射器一起使用，从而减少需要提供的接收器类型的数量。如果在跟踪接收器中使用循环AWG，则相同部分可用于图11提出的其它波长处的额外带。Dragone等人在IEEE Photonics technology Letters 3(10),896-899(1991年十月)的“Integrated Optics N x N Multiplexer on Silicon”描述了AWG作为循环多路复用器的功能，通过引用将该文章并入本文。

形成PLC的材料可使用CVD及其变体、火焰水解或其它适当沉积方法沉积在基底上。合适的基底包括例如适当忍受更高处理温度的材料，比如硅、陶瓷，比如硅石或氧化铝等。在一些实施例中，可引入合适的二氧化硅前体，可掺杂硅玻璃，以提供期望的折射率和处理特性。可利用光刻或其它合适图案化技术来执行图案化。例如，Zhong等人的题名“GeBPSG Top Clad for a Planar Lightwave Circuit”的美国专利7160746描述了基于等离子体增强CVD(PECVD)形成掺杂有Ge、P和B的硅玻璃作为用于PLC的顶部覆盖层，通过引用将该美国专利并入本文。类似地，例如，Zhong等人的题名“GePSG Core for a Planar Lightwave Circuit”的美国专利6615615描述了形成用于光学平面波导的核心，通过引用将该美国专利并入本文。形成适当波导阵列的参数在本领域中是已知的。

图12示出包含本文所述调谐功能的发射器的特定实施例。发射器800包括VCSEL(垂直腔面发射激光器)源阵列802(802a至802x)、平面色散元件804、射束操纵元件806、平面光连接器808和控制系统810。VCSEL源阵列802包括802a至802x，其中x是VCSEL激光器的数量。VCSEL可提供适于通讯操作的低功率消耗源。

在一些实施例中，VCSEL选择成处于栅格上的周期性或间隔开的波长处。多波长VCSEL阵列可通过例如非均匀地引入生长(直接或以选择性区域生长)来制成，这允许在每个晶片上制造多个阵列。Chang-Hasnain等人在IEEE Journal of Quantum Elect.,27(6):1368(1991)、Maeda等人在IEEE Photonics Technology Letters,3(10):863(1991)中描述了合适的VCSEL阵列的直接形成，通过引用将两者并入本文。在额外或替代实施例中，可基于高对比度光栅使用VCSEL阵列，如Mateus等人在IEEE Photonics Technology Letters,16(2):518-520(2004)中所述，通过引用将其并入本文。

平面色散元件804包括具有波导820a-820x的平面光波电路(PLC)、第一平板波导822、波导阵列824和第二平板波导826。平面色散元件804将VCSEL波长组合进一个光纤中。VCSEL沿平面色散元件804的边缘安装，VCSEL元件与对应波导820a至820x对准。波导820a至820x将光传输至波导阵列824一端的第一平板波导822。第二平板波导826位于波导阵列824的与第一平板波导822分离的另一端，并位于PLC的边缘处，使得来自第二平板波导826的光传播进自由空间中。

射束操纵元件806包括第一透镜840、可调反射镜842、光隔离器844和第二透镜846。第一透镜840位于与平面色散元件804相距约1焦距处。可调反射镜842包括反射镜元件848和反射镜致动器850。反射镜元件848定位成将光从第一透镜840反射至光隔离器844，光隔离器抑制光反射回VCSEL。透镜846接收来自光隔离器844的光，并定位成与平面光连接器808相距约焦距处。

平面光连接器808包括传输波导860、分流连接器862、分流波导864、接收器/测光表866和光纤连接器868。如图10所示，光纤870连接到光纤连接器868。接收器/测光表866通过有线或无线连接连接到控制系统810，以发送与在接收器/测光表866处接收的光量有关的信号。控制系统810还连接到反射镜致动器850。控制系统810可编程为调整反射镜致动器850，以维持接收器/测光表866处的高光强度，其表明光纤870中的期望高光强度。对反射镜元件848的调整可补偿光强度由于温度变化、系统老化或其它影响光传输的波动参数的下降。

可使用阵列分布反馈(DFB)激光器代替VCSEL激光器来相应地组装类似结构。Pezeshki等人的题名“Tunable Controlled Laser Array”的美国专利6914916描述了用于光通讯操作的DFB激光器阵列，通过引用将该美国专利并入本文。DFB激光器阵列可沿色散元件的边缘安装，如图13所示，以代替图12的VCSEL源阵列802和平面色散元件804。DFB激光器阵列可单体地集成在单个半导体芯片上或以每个半导体芯片有一个激光器的方式制造。单体集成可减少材料成本和尺寸。每个半导体芯片有一个激光器的制造可允许单独的激光器扫描以改进产量。

参见图13，DFB激光器阵列882安装在平面色散元件884上。DFB激光器阵列882包括DFB激光器886a至886x，其中x是DFB激光器的数量。平面色散元件884包括具有波导890a-890x的平面光波电路(PLC)、第一平板波导892、波导阵列894和第二平板波导896。平面色散元件884将DFB波长组合进一个光纤中。DFB激光器沿平面色散元件884的边缘安装，DFB激光器元件与对应波导890a至890x对准。波导890a至890x将光传输至波导阵列894一端的第一平板波导892。第二平板波导896位于波导阵列894的与第一平板波导892分离的另一端，并位于PLC的边缘，使得来自第二平板波导896的光传播进自由空间中。那么，平面色散元件884可与射束操纵元件、平面光连接器和控制系统接合，这可与图12的射束操纵元件806、平面光连接器808和控制系统810类似。DFB激光器通常产生比VCSEL更高的最大功率。VCSEL一般在比DFB更低的功率是高速的和有效率的。

上述实施例意在是说明性和非限制性的。额外实施例位于权利要求内。此外，尽管关于特定实施例描述了本发明，但是本领域技术人员会认识到，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，对形式和细节可以进行改变。上面任何参考文献的引用受限成不引入与本文的直接公开相反的主题。