用于偏振分裂的装置和方法与流程

本发明涉及光子电路，更具体地涉及用于光子集成电路中偏振分裂的装置和方法。

背景技术：

光波导分束器(1×n)、合束器(n×1)和耦合器(m×n)是集成光学系统中的重要器件，在集成光学系统中，光在光子集成电路(pics)中沿平面波导传播。这里，使用术语“耦合器”来指代这类器件中的任何一种。与y型分束器(1×2)相比，基于绝缘体上硅(silicononinsulator-soi)的多模干涉(mmi)耦合器具有一系列优势，包括损耗低，均匀性良好，对工作波长、偏振、温度和其他环境因素不敏感，带宽大，制造技术更简单，容许公差更大，以及结构最小化。

这样引发了关于具有mmi耦合器的基于soi的光集成电路的大量研究工作。定向耦合器和绝热耦合器是mmi耦合器的替代品，但因其制造公差更严格且长度更长而不太普及。基于soi的光波导在硅芯与周围的包层(通常是二氧化硅)之间具有大的折射率差，光束很好地限制在波导中，因此soi波导装置适用于弯曲半径小的高密度光子集成电路。多模干涉仪本质上是具有许多导模(本征模)的宽波导。每种模式ψi均有传播常数βi，并且它们彼此独立且以不同的速度进行传播，这取决于波长。

在光子集成电路中，常用偏振分集方案来解决波导组件的偏振相关性，通过将任何输入偏振态分裂成它的两个正交偏振分量，并在1×2偏振分束器中将其耦合到两个单独的输出波导，然后通过旋转其中一个输出波导的偏振在两个波导中达成相同的偏振态。然后可将偏振敏感的光子结构的两个相同副本用于实现相同的光学功能，例如调制、滤波或复用。在完成这些光学功能之后，可将来自两个相同结构的光输出以偏振旋转(对于一个波导)和偏振组合(2×1)的逆序重新组合。

组合偏振分束器-旋转器(psr)常用于将两个偏振分裂到两个波导中/从两个波导中组合，并将其中一个臂的偏振旋转90度。它们尤其用于具有小横截面和高折射率对比度的波导中。这样的波导常用光栅耦合器来耦合来自/去往光纤的光，并且这样的光栅耦合器本身可充当偏振分束器-旋转器。一些偏振分束器-旋转器是基于波导模式的绝热(或渐进)转换。

然而，偏振分束器很难在pic中实现，特别是在厚波导中，波导之间的绝热耦合通常需要很长的耦合长度。许多偏振分束器概念也极为依赖于波长，并且仅在窄波长范围内工作。一种偏振分束器应用是将隔离器或环行器集成到pic中。除法拉第旋转器外，它还需要偏振分裂和45度偏振旋转。本发明的目的是提供一种偏振分束器，其能够在两个不同的干涉仪臂中传播的偏振分量中产生相位差，并且非常适合实施于光子集成电路。

技术实现要素：

本发明是基于将全内反射(tir)镜插入到非对称马赫曾德尔干涉仪(asymmetricmach-zehnderinterferometer-amzi)的臂中。本发明的偏振分束器由干涉仪组成，该干涉仪包括：具有至少两个输出端口的光耦合器；具有至少两个输入端口的光耦合器；以及安置到干涉仪的两个不同臂中的不同tir镜。当光沿相反方向传播时，所描述的偏振分束器也能够用作偏振合束器。本发明的偏振分束器还可以设有多个输入端口、两个以上的干涉仪臂或者两个以上的输出端口，但在最简单的情况下，它具有一个输入端、两个臂和两个输出端。

本发明的优点包括提供预定义的偏振相关相移的tir镜与波长和制造公差几乎无关。tir镜的偏振相关性源自菲涅耳(fresnel)方程，它仅取决于波导和镜材料色散波长。这允许偏振分束器在宽波长范围内工作，并且易于设计和制造。

根据本发明第一方面，一种用于分裂偏振光的光学装置包括：

-第一光耦合器，其具有至少一个接收输入光束的输入端口以及至少两个输出端口，在所述至少两个输出端口处，所述光束在臂的第一端分裂到至少第一臂和第二臂中；

-至少一个全内反射镜，其耦合到至少所述第二臂，以诱导对所述第二臂中传播的光束的偏振相关相移以及所述第二臂与所述第一臂之间的偏振相关相位差；

-第二光耦合器，其具有耦合到所述臂的相对第二端的输入端口，所述第二耦合器具有至少一个第一输出端口，在所述至少一个第一输出端口处，光从所述臂耦合出，使得所述至少一个全内反射镜的偏振相关相移引起光从所述输入端口到所述输出端口的偏振相关耦合。

来自双臂的光通过第二耦合器的输入端口耦合到第二耦合器，两个输入光束在该输入端口处发生干涉。然后，光耦合到双臂的每个输出。理想情况下，te偏振模式仅耦合到一个输出，因为来自两个臂的光对一个输出产生相长干涉，而对另一输出产生相消干涉。对于tm偏振模式而言，干涉效应则会相反。

根据本发明第二方面，一种用于分裂偏振的方法包括以下步骤：

-将输入光束馈送到第一光耦合器的至少一个输入端口，在所述第一光耦合器的至少两个输出端口处，所述光束在臂的第一端分裂到至少第一臂和第二臂中；

-通过所述第二臂中的至少一个全内反射来诱导偏振相关相移到所述第二臂中传播的光束，从而诱导所述第二臂与所述第一臂之间的偏振相关相位差；

-在第二光耦合器中接收光，所述第二光耦合器的输入端口耦合到所述臂的相对第二端，使得所述至少一个全内反射镜的偏振相关相移引起光从所述至少一个输入端口到所述至少一个输出端口的偏振相关耦合。

根据本发明一实施方案，一系列全内反射镜用于实现所述臂之间的目标偏振相关相位差。根据一些实施方案，一系列全内反射镜可以耦合到所述第二臂，以实现所述第一臂与所述第二臂之间的偏振相关相位差，并且相同的波导弯头或全内反射镜耦合到每个臂，以优化所述第一臂和所述第二臂的总光程长度。

耦合到第二臂的一系列全内反射镜可以包括四个镜，每个镜引起所述第二臂中传播的光束的s偏振与p偏振之间的45度相移。

根据一些实施方案，一系列金属镜耦合到第一臂，并且一系列全内反射镜耦合到第二臂，以便实现第一臂与第二臂之间的偏振相关相位差。金属镜和全内反射镜可以处理为由相同硅衬底制成的相同全内反射镜，并且所需的金属镜则由全内反射镜金属化而成。

根据一些实施方案，对于两个偏振，两个臂之间的总光程长度差不大于360度。

根据一些实施方案，本发明的装置可以是1×2或2×2马赫曾德尔干涉仪(mach-zehnderinterferometer)，其中两种偏振模式(即te模式和tm模式)从相同的输入端口耦合到两个不同的输出端口。

本发明的装置可以是偏振器，其在第二光耦合器中仅有一个输出端口，并且仅一个偏振从第一光耦合器的相同输入端口耦合到第二光耦合器的那个输出端口。

根据一些实施方案，至少一个相位调制器已添加到至少一个臂，以针对至少一个偏振调整或校准臂之间的相位差。

根据一些实施方案，该装置包括形成光子集成电路的光波导。至少一个臂中可以包括至少一个锥形波导区段或至少一个金属化镜，以至少部分地补偿tir镜上的制造缺陷以及由此产生的对装置的不同臂之间的光程长度差的影响。

本发明的优点包括本发明的偏振分束器在宽波长范围内工作，同时易于设计和制造。这归因于tir镜提供了预定义的偏振相关相移，这些相移与波长和镜制造公差几乎无关。

定义

box(buriedoxide-隐埋氧化物)：一种将硅波导层与下面的硅衬底分隔开的二氧化硅层。

马赫曾德尔干涉仪(mach-zehnderinterferometer-mzi)：一种首先将输入光分裂到两个干涉仪臂中并稍后将来自两个臂的光组合(具体方式是，耦合到一个或多个输出的光量与两个臂之间累积的相位差相关)的装置。

光耦合器：一种将来自一个或多个输入端口的光耦合到一个或多个输出端口的装置。在多个输入端口的情况下，耦合到任何输出端口的光的振幅和相位与进入输入端口中的每一个输入端口的光的振幅和相位相关，因为多个输入光束在光耦合器中引起干涉。光耦合器通常用于将光分裂成多个输出或将来自多个输入的光组合成同一输出。它们是干涉仪的基本构建块。

mmi(multimodeinterference-多模干涉)耦合器：一种光耦合器的特例，其中来自任何输入端口的光在多模波导中耦合成多个波导模式，即使在单个输入端口的情况下，mmi耦合器内部的那些波导模式之间也会发生干涉。

soi(silicononinsulator-绝缘体上硅)：一种半导体制造中使用的层状硅-绝缘体-硅晶片(与固态硅晶片相比)。通常，将二氧化硅(box)用作绝缘体。作为制造工艺的一部分，将soi晶片切成soi芯片。

tir(totalinternalreflection-全内反射)：菲涅耳方程所规定的两种介质之间边界处的入射光全量反射。

te(transverseelectricpolarization-横向电偏振)：电场至少大部分沿波导芯片的表面定向(在图1中为水平方向)。

tm(transversemagneticpolarization-横向磁偏振)：电场至少大部分沿波导芯片的法线定向(在图1中为垂直方向)。

附图说明

图1示出绝热偏振分束器-旋转器的示意图；

图2示出根据本发明一实施方案的偏振分束器；

图3示出根据本发明另一实施方案的偏振分束器；

图4示出本发明中可用的tir波导镜；

图5示出在从硅芯与玻璃包层之间界面的全内反射中诱导为偏振光的相移曲线图；

图6示出不同波导包层材料的相移曲线图；

图7示意性示出线宽变化对tir镜平面位置的影响以及光通过tir波导镜元件所产生的光程长度变化；

图8a和图8b示意性示出两个波导臂，其具有相同波导宽度的锥形对以及添加到其中一个臂以在两臂之间产生这种随线宽变化而变化的光程长度差的附加波导区段；

图9示出根据本发明又一实施方案的偏振分束器。

具体实施方式

图1示出绝缘体11上的偏振分束器-旋转器10的示意图。箭头表示波导中电场的方向。垂直偏振光(tm模式)从平波导12绝热地穿过小间隙到达立波导或高波导13，而水平偏振光(te模式)保留在平波导12中。高波导13通过使上部13a相对于下部13b呈非对称构图而绝热转换为另一平波导，这证明了偏振旋转原理。该偏振分束器-旋转器的尺寸需要精确控制，并且绝热操作的最小装置长度随波导高度增加而增加，例如，这一构思在几微米厚的soi波导中则无法实践。

图2中示出根据本发明的偏振分束器的实施例，即非对称马赫曾德尔干涉仪20。在本发明的背景下，偏振分束器由干涉仪20组成，该干涉仪20包括具有至少两个输出端口的第一光耦合器22以及具有至少两个输入和输出端口的第二光耦合器23。全内反射元件(诸如基于波导的tir镜26)安置在干涉仪的不同波导或“臂”24、25中。

在图2的实施例中，第一光耦合器22具有一个接收输入光束21的输入端口以及两个输出端口，在这两个输出端口处，光束在臂的第一端分别分裂到第一臂24和第二臂25中。第二光耦合器23在臂24、25的相对另一端处具有两个输入端口，这两个输入端口从偏振分束器的两个输出端口分别耦合来自所述第一臂和所述第二臂的光。由于第二臂中的tir镜26，已在第二臂25中的光中诱导了相对于第一臂24中的光的偏振相关相位差。这种偏振相关相移诱导光到第二光耦合器23的输出端口的偏振相关耦合。

当干涉仪臂具有不同数量或类型的tir镜时，偏振相关相移在干涉仪臂中将变得不同。这在臂之间诱导了偏振相关相位差。在本发明一实施方案中，两个臂之间的相位差对于一个偏振是π的偶数倍(例如0或2π)，而对于另一偏振则是π的奇数倍(例如π或3π)。在本发明另一实施方案中，两个臂之间的相位差对于一个偏振是+π/2，而对于另一偏振则是-π/2。任一偏振时的相位差加上2π的整数倍不会改变偏振分束器的操作。第一光耦合器22和第二光耦合器23的使用类型以及第二光耦合器23的两个输出之间的两个偏振的期望分束比决定了两个偏振时的两个臂之间的相位差的优先绝对值。来自两个波导臂的光耦合到光耦合器23，该光耦合器23根据干涉仪臂中每一个臂中的光的振幅和相位差将光耦合到两个或多个输出端口。在一优选实施方案中，如图2所示，两种偏振模式(te、tm)耦合到不同的输出端口。

进一步参照图2，光首先被光耦合器22分裂到两个波导臂中。在该实施例中，第一臂24为直臂，而第二臂25在soi波导中包括四个相同的tir镜26。具有tir镜26的波导25中的光经历多次光的全内反射和偏振相关相移。假设臂中有硅芯和二氧化硅包层，镜的入射角为65°，每个tir镜26将光水平旋转50度，并引起两个偏振之间约45度的相移，请参见图5和图6。因此，具有四个tir镜的臂25中的总偏振相关相移约为180度，这引起两种偏振模式te、tm在干涉仪20的光耦合器23处耦合到两个不同的输出。通过调整tir镜之间的波导区段的长度能够优化臂之间的物理光程长度差，以便获得一个偏振时臂之间的最佳相位差。可改变每个tir反射镜的入射角，以调整偏振相关相移和波导方向。通过组合这两种方法，可以优化两个偏振时的两个臂之间的相位差，并实现在给定波长下完美地将偏振分裂到两个输出波导中。

因此，本发明是基于将诸如tir波导镜等全内反射元件插入到干涉仪的两个(或更多个)臂中。根据有关全内反射中偏振相关相移的菲涅耳方程(例如，在菲涅耳菱体中使用)，对于两个偏振te、tm，全内反射的相移不同，并且偏振相关相移仅取决于所用材料色散波长，它在所用波长范围内通常很小。这与波片(又称为延迟器)的行为相反，后者直接取决于晶体的厚度和光的波长。因此，基于tir的偏振分束器得益于干涉仪臂中偏振相关相移中固有的小波长相关性。

光耦合器可基于例如定向耦合器、多模干涉(mmi)耦合器、星形耦合器或绝热耦合器或此类耦合器的任何级联以及它们之间的延迟线。许多光耦合器自带波长相关性，这通常归因于它们内部的干涉效应。更高级的耦合器可降低波长相关性，这通常十分有益。当光向相反方向传播时，本文描述的偏振分束器当然也可用作偏振合束器。偏振分束器中也可有多个输入端口，以例如实现2×2偏振耦合器，该偏振耦合器对于一个偏振以条形状态工作，而对于另一偏振则以交叉状态工作。此外，可以仅使用干涉仪的一个输入端口和一个输出端口实现偏振器来取代偏振分束器。

图3中示出本发明具有输入31和光耦合器32的偏振分束器30的另一实施方案。这里，臂33和34都具有一个90度的tir镜36，而正如图2的实施例中，四个相同的tir镜35添加到第二臂34。在第二臂中，偏振相关相移又高了180度，这引起两个偏振te和tm耦合到光耦合器37的两个不同的输出。在干涉仪的两个臂上添加相同的元件(例如90度的tir镜36)不会影响其操作。在该实施例中，两个臂33和34的物理长度可相同，这使得偏振分束器的波长相关性最小化。

一般而言，一系列全内反射镜可以耦合到第二臂34，以实现第一臂与第二臂之间的偏振相关相位差，并且相同的波导弯头或全内反射镜可以耦合到每个臂33、34，以优化所述第一臂和第二臂的总光程长度。更一般而言，可将任何数量的tir镜、弯头、直区段或其他光操纵元件添加到干涉仪的每个臂，以实现给定偏振从干涉仪的任何输入端口到干涉仪的任何输出端口的目标耦合。最低要求是至少一个干涉仪臂中的至少一个tir镜用于产生干涉仪臂之间的偏振相关相移，以实现两种偏振从一个输入端口到至少一个输出端口的不同耦合。

图4示出绝缘box层41上的soi带状波导40中的示例性tir镜42。光主要在带状波导的矩形硅芯内部传播。多微米厚的soi波导的一个优点在于，它们在硅芯外部传播的瞬逝光量几乎可忽略不计。引导的光在tir镜中经历全内反射，这引起光的偏振相关相移。光束43相对于镜42的入射角可计算为90°-α/2，其中α是光方向的变量。

图5和图6中示出tir镜的偏振相关相移，对于硅波导芯周围三种不同的包层材料，该偏振相关相移随着到镜入射角变化。

图5中示出全内反射中对s偏振光和p偏振光诱导的相移以及它们之间产生的相位差。在该实施例中，波导芯为硅(n＝3.48)，并且包层为二氧化硅(n＝1.46)。对于65°入射角，波导旋转45°，并且所产生的偏振相关相移约为45°(或π/4)。对于图4中所示的水平转向tir镜而言，反射中的p(s)偏振对应于波导中的te(tm)偏振。然而，本发明不必局限于仅使用水平tir镜。

图6中示出三个不同波导中的全内反射中在s偏振光与p偏振光之间诱导的相移，其中波导芯始终为硅(n＝3.48)，但包层为空气(n＝1)、玻璃(二氧化硅，n＝1.46)或sin(氮化硅，n＝2)。还应注意，折射率对应于约1.55μm波长，并因材料色散而随波长略有变化。然而，除了这种色散外，波长对诱导的偏振相关相移没有直接影响。

如图7所示，制造工艺中的线宽变化、光刻失准或其他缺陷可能导致tir镜平面相对于耦合到tir镜的波导的光轴a的位置上产生不必要的偏移δ。tir镜平面位置上不必要的偏移将导致tir镜所在的臂中的光程长度不必要的偏移a'。通常，对于两种偏振，这种光程长度的偏移相同。

光的传播也可能有小的横向偏移，但如果tir镜平面中的偏移远小于波导的宽度，则纵向光程长度的变化将主要影响制造缺陷。根据本发明的干涉仪臂具有不同的tir镜，这导致两个臂中的光程长度偏移随处理缺陷而不同。这将导致装置(本例为干涉仪)的操作中发生不必要的变化。

根据本发明一实施方案，在臂中使用不同的波导区段，通过相同的制造缺陷对那些不同的波导区段的影响来补偿制造缺陷对tir镜的影响，从而消除或减少这种光程长度变化的不必要影响。例如，可将相同波导宽度的锥形对安置到每个臂中，以局部增大或减小波导宽度(不会对干涉仪的操作造成任何影响)，然后沿着至少一个锥形在合适的位置添加宽度和长度优化的波导区段以引起相移，该相移与使tir镜位置移动的相同制造缺陷相关。

图8a中示出具有锥形对81、82的优化的波导区段80的实施例。图8b中示出具有直波导区段84的对应优化的波导区段80。沿着光波导的光程长度与波导宽度相关，通常还与偏振相关。在一个或多个臂中，利用一个或多个如图8a和8b所示的优化的波导区段80，可以消除或减少随制造缺陷变化的干涉仪臂之间光程长度差的整体变化。

诸如波导中线宽变化等那些制造缺陷会导致tir镜元件中的纵向光程长度变化，从而导致干涉仪臂之间的光程长度差出现不必要的变化。优选地对于两个偏振而言，优化的波导区段80导致不同干涉仪臂之间的光程长度差的相反和抵消的变化。虚线表示锥形对中可以插入直波导区段84的位置。理想地，两个臂具有相似的锥形对，但它们可以具有不同长度和宽度的不同直波导区段84。

根据本发明一实施方案，将至少一个相位调制器添加到本发明偏振分束器的至少一个臂。对于至少一个偏振而言，它可用于调整或校准臂之间的相位差。例如，这可用于补偿制造缺陷或主动调谐装置的操作。

光调制器的基础是基于泡克尔斯(pockels)或斯塔克(stark)效应或材料中某些其他效应的电光材料，例如，这使该材料适用于通过外部电场进行光相位调制。外部调制信号会改变材料的折射率，这又会改变光在波导中的通过时间，从而也会改变光束的相位。

图9示出根据本发明一实施方案的偏振分束器，其具有第一臂94中的金属化镜97以及第二臂95中的tir镜96。如图2所示，光首先被光耦合器92分裂到两个波导臂24和25中。在该实施方案中，第一臂94保持四个金属化镜97，第二臂95在单芯片soi波导90上具有四个tir镜96。具有四个tir镜96的波导的第二臂95中的光如图2所示那样传播。

第一臂24具有四个金属化镜97，这些金属化镜97的角度以及它们之间的距离与第二臂中的tir镜相同。下面论述本发明这种布置的原因。优选地，将一系列四个金属镜97和一系列四个全内反射镜96处理为由相同硅衬底制成的相同全内反射镜。随后再将形成一系列金属镜97的tir镜金属化。

线宽变化是导致所处理的硅晶片质量发生变化的主要原因，并且是制造缺陷。跨芯片线宽变化(acrosschiplinewidthvariation-aclv)是描述跨单芯片均匀性的临界尺寸(criticaldimension-cd)的术语。如果芯片内cd变化过大，则电气性能下降，并且该装置将无法按预期工作。这同样适用于光学组件，诸如在si晶片上处理的tir镜。aclv是一种制造过程函数，其量级是各种成因的结果。aclv的主要成因是光刻工艺(其包括光掩模)、扫描仪的光学像差以及抗蚀剂工艺。

产生这些缺陷的原因可能是以下几种变化中的任何一种：抗蚀剂层厚、曝光量、抗蚀剂显影过程(在去除曝光的抗蚀剂时)、掩模蚀刻和硅蚀刻。影响这些变量的因素是待蚀刻表面的形状、面积和在硅晶片上的位置。实际上，所有硅晶片处理都会引起至少一些线宽变化。然而，较大的线宽变化主要发生在不同的晶片之间，而个体晶片整个表面上的变化则很缓慢。在光学电路中，就像在一个晶片的芯片上处理的分束器一样，这些镜会非常精确地经历相同的aclv。因此，变化更多地发生在不同的偏振分束器之间，而非在单个偏振分束器内部。

制造缺陷的另一原因是镜与波导之间的光刻掩模差异。于是可能出现小的对准误差。这些对准误差在整个偏振分束器电路中通常也相同。然而，如果镜在电路中沿不同方向反射光，则对准误差可能在具有不同方向的镜中产生相位差。一种纠正方法是在光刻过程中对镜和波导使用相同的掩模。这可以消除对准误差，但不能克服线宽问题。

这些缺陷会引起一些问题，因为它们会导致偏振分束器臂的光程差，从而导致在臂中传播的两种模式偏振光之间的相位差出现不必要的变化。

例如，这些臂之一的镜中的小线宽度变化可能将这些相位误差累积为te模式的20°和tm模式的200°。在这种情况下，两种偏振都不会仅净耦合到一个专用的输出端口，但两种模式下都将有部分偏振光泄漏到错误的端口。因此，在干涉仪中，其操作将会受到偏振分束器臂之间相位差的负面影响。如果臂中的相位变化相同，则不会发生差异，这会使组件对上述制造错误和缺陷不灵敏。下面将描述该问题的解决方案。

理想地，如果两个臂将具有相同数量的相同镜，它们在相同方向上反射光，则尽管有任何线宽变化或掩模对准误差，两个臂中产生的随机相位误差也会相同。当这些相位误差以相同的方式影响两个偏振时，它们不会改变臂之间的偏振相关性，并且可以在一个臂中实现偏振之间的0°相位差，并且可以在第二臂中实现偏振之间的180°相位差。因此，不同的偏振以最佳正交的方式干涉偏振分束器的输出，并且两种偏振模式从偏振分束器的相同的输入端口耦合到两个不同的输出端口。

一种实现180°相位差的方式是在第一臂中使用tir镜并在第二臂中使用金属镜。如果将tir镜的表面金属化，则不会产生偏振相关相位差。例如，如果第一臂具有四个tir镜以及第二臂具有四个金属化tir镜，则偏振相关相位差仅会出现在无金属化tir镜的臂中。当镜可以在其他方面相同并且如上所述由相同晶片制造，则具有4个tir镜的第一臂将相对于第二臂产生4*45＝180°的相位差：例如20°的相位误差将不会有任何影响，因为镜的精确相似性，该相位误差对于两个臂而言是相同的误差。

因此，具有四个tir镜的臂95中的总偏振相关相移约为180度，这引起两种偏振模式te、tm在干涉仪20的光耦合器93处耦合到两个不同的输出。

应当理解，所公开的本发明实施方案不限于本文所公开的特定结构、工艺步骤或材料，而是扩展至相关领域普通技术人员可认识到的其等同方案。还应理解，本文采用的术语仅旨在描述特定实施方案，而非旨在限制意义。引用任何现有技术并不视为且不应视为承认或以任何形式暗示该现有技术构成任何国家公知常识的一部分。

本说明书全文引用“一种实施方案”或“一实施方案”意指结合该实施方案描述的特定特征、结构或特性包含在本发明至少一个实施方案中。因此，本说明书各段出现的短语“在一种实施方案中”或“在一实施例中”未必皆指同一实施方案。

本文可参阅本发明的各种实施方案和实施例及其各种组件的替代方案。应当理解，这样的实施方案、实施例及替代方案不应解释为构成彼此的实际等同方案，而应视为本发明的独立自主表示。

此外，在一种或多种实施方案中，所描述的特征、结构或特性可以任何适当方式组合。说明书中提供了大量的具体细节，诸如长度、宽度、形状等的实施例，以提供对本发明实施方案的透彻理解。然而，相关领域技术人员将意识到，本发明可在不具有一个或多个这些具体细节的情况下或利用其他方法、组件、材料等的情况下进行实践。在其他实例中，未详细示出或描述公知的结构、材料或操作，以免混淆本发明各方面。

尽管上述实施例在一个或多个特定应用中说明了本发明的原理，但对于本领域普通技术人员显而易见的是，在不发挥创造性贡献且不背离本发明的原理和构思的情况下，可对形式、用法和实施细节作出若干修改。据此，除所附权利要求之外，本发明不受其他限制。