专利名称：光学波导用的反射耦合阵列的制作方法
技术领域：
本发明涉及光学通信，尤其涉及分离波长的光学装置。
背景技术：
输入和输出通常被耦合到平面波导的端部，与光通过波导传播的方向相对准。例如，光纤输入和输出通常通过使每个光纤的纤芯层与平面波导的芯层对准而耦合的。环绕光纤纤芯的包层沿波导的端部分离纤芯。能够被耦合到波导一个端部的光纤的数目是由光纤的直径限制的。
尽管平面波导内的特征得到进一步小型化，但是，为了给输入和输出光纤的耦合提供足够的空间，波导的尺寸常常明显增大。光纤直径通常测得约为125微米，能够将其减小到仅70至75微米，而结构或功能不会产生明显劣化。对诸如激光光源和光电探测器的其它类型的输入和输出，出现类似的问题，激光光源和光电探测器在横向尺寸(即，直径)通常比光纤都更大。
在各个和共用输入或输出(例如光纤)之间传送光学信号的平面波导复用器/分用器装置中尤其会出现这一问题。在许多这种平面波导中，诸如衍射光栅的色散机构使不同波长的信号从角度上分开，诸如透镜的会聚机构将角度上分开的信号转换为空间上分开的信号。输入或输出阵列沿平面波导的一端与空间分开的信号对准。
紧密组合在一起的输入或输出更需要比不组合在一起的大得多的平面波导以实现其功能。无论色散机构还是会聚机构都必须增大尺寸，以便使信号在空间上分开，与输入或输出之间的间隔相匹配，或者必须增加一个中间耦合，以扩展信号的分离，与输入或输出间隔相匹配。中间耦合增加了至平面波导的长度和降低了耦合效率。
利用平面外的反射镜还实现了平面波导的相互耦合和与诸如激光器和光电探测器等外部器件的耦合，反射镜在垂直于光在平面波导中传播的方向上反射光。例如，授予Kawachi等人的第4,750,799号美国专利在平面波导的导引头之间安装一个微反射的反射镜，使光以直角折转到安装在平面波导上部的外部器件。微反射的反射镜是由镀膜玻璃或塑料单独制造的并被安装在导引头之间，使反射镜的反射表面的取向与光传播方向呈45度。
授予Blonder等人的第5,182,787号和授予Nurse等人的第5,263,111号美国专利说明了与平面波导总体结构中类似的平面外反射镜的制备。这两项专利都涉及平面波导中的蚀刻腔体和用反射材料涂覆腔体的倾斜侧壁。Blonder等人蚀刻接近垂直的相对的侧壁，使辐射到腔体中的光学的衍射减至最小。Nurse等人除了倾斜侧壁之外还涂覆一部分腔体底层和搁板，以提高反射表面的均匀性。
然而，已经提议的将外部器件或其它平面波导耦合到平面波导上下表面的安排中没有一个承担减小多个输入或输出的间隔要求的任何建议。
发明概要本发明对于缩小光学装置的尺寸是特别有用的，这些光学装置涉及信号的耦合或者由波长区分信号各部分。不改变这些装置的输入或输出的外部尺寸，有效地使输入或输出更紧密地定位在一起，以降低波长在装置中空间散开的要求。
根据光在光学装置中传播的方向，相同的耦合元件通常既能起输入的功能又能起输出的功能。由于本发明与改善多个波长的耦合有关，不管光传播的方向怎样，输出“输入/输出”被用于表示可以起输入、输出或者二者功能的这些元件。
本发明的一个例子包括一个波导中的波长分离器，它使不同波长射到位于波导传播平面内沿焦线的各焦点上。也位于波导内的反射表面使波长折转到传播平面之外而与输入/输出阵列相对准。反射表面中至少有一些偏离焦线，以致于间隔开的输入/输出在沿焦线的方向上能够更紧密地靠在一起。
较佳地，反射表面位于以某一角度与焦线相交的中心线上。输入/输出沿相应的中心线排列并能够作为一组安装在波导的表面上。输入/输出沿中心线的间隔是由输入/输出的外部尺寸限制的，而它们沿焦线的有效间隔被减小为中心线与焦线之间夹角的余弦的倍数。
不同波长聚焦的焦深至少与反射表面偏离焦线的量值一样大是较佳的，因此，偏离量对会聚波长的模场尺寸或者对产生的耦合效率产生微乎其微的影响。然而，通过反射表面的形状变化使波长重新聚焦在所需尺寸内能够容纳更大的偏离量。此外，可以使每个反射表面分别相对于它们的公共中心线倾斜，以增强耦合效率。
可以采用各种方法，包括容纳集成、混合和整体设计的各种方法，能够制成反射表面。例如，通过蚀刻一个腔体，其侧壁与传播平面通过一公共角度倾斜，能够将反射表面集成在平面波导内。腔体可以是空的，以支持来自一个倾斜侧面的全反射，或者，另一个侧面能够涂覆一层反射表面，腔体能够填充折射率匹配材料，支持来自被涂覆侧面的外反射。
在平面波导中也能够形成一种更常见的腔体并填充一种不同的材料，形成反射表面。例如，腔体内能够填充有机材料，通过照射紫外光能够将其烧蚀，留下一个倾斜表面。也能够采用光敏材料来填充腔体。采用对光敏材料的有选择的曝光和接着进行的显影能够产生类似的倾斜表面。其它光敏材料与干涉光束能在由多个部分反射表面组成的腔体中产生一个全息光栅。全息光栅起具有反射所需波长的通带的干涉滤光片的作用。
反射表面也能作为一个或多个反射光具单独形成和插入到在平面波导中形成的腔体或槽中。例如，能够将具有三角截面的薄光纤安装在波导中形成的槽中。光纤的一个侧表面能够被涂覆，形成一个连续反射表面，将其定向为使波长折转到传播平面之外并与各个输入/输出相对准。也能够安装一个类似的光纤，提供传播平面与输入/输出阵列之间的内全反射。
在绝大多数情况中，希望输入/输出是光纤，在这些光纤的里端上能够形成反射表面。例如，输入/输出光纤的里端能够被切割成45度角度并涂覆成反射表面。一个共用安装块体支撑光纤相对于波长分离器的有角度端部，以缩小沿分离器焦线波长之间的所需空间间隔。
附图简述
图1是依照本发明排列的混合分用器的平面示意图。
图2是沿图1线2-2截取的分用器的截面图。
图2A-2B是能够被耦合到图1和2的分用器上的两种不同光纤的放大截面图。
图3是分用器的部分放大俯视图，表示沿图面法向延伸的输入和输出光纤之间的各种关系。
图4与图3相似，但是输入和输出光纤被移开，以展示嵌埋在平面波导中的反射器阵列。
图5A-5C是一个相似的平面波导的部分放大截面图，表示在蚀刻腔的相对侧面上形成的两种反射表面型式。
图6A-6D是另一个波导的类似图，通常腔中填充有进一步被处理而形成反射表面的材料。
图7A-7C是平面波导的类似图，腔体中填充有立体光栅，图7D是该光栅的进一步放大图。
图8是依照本发明排列的另一混合多路分解器的平面示意图。
图9是沿图8线9-9截取的另一分用器的截面图。
图10A-10C是在支持三角形截面光纤的另一分用器的平面波导中形成的槽的部分放大图。
图11是依照本发明排列的块体分用器的平面示意图。
图12是沿图11线12-12截取的块体分用器的截面图。
详细描述图1-4示出本发明第一实施例，为一个波长分用器10。通过使输入光纤12与输出光纤阵列14a-14e之间光束传输的方向倒转，同样的装置也可以被当作一个复用器。在这个实施例中，输入光纤12将多个不同波长的信号(也称为通道)输送到分用器；每个输出光纤14a-14e从分用器10中输送出不同波长信号之一。
分用器10作为混合光学装置而构造，具有反射式衍射光栅16，被连接到平面波导18的一端，平面波导含有装置的其余元件。衍射光栅16包括用一个单独光学元件能够很方便地形成的反射特征。例如，能够机械蚀刻、浮雕蚀刻、或复制或利用垂直于其表面的光刻曝光能够形成衍射光栅16的特征。
平面波导18有衬底20，其上依次淀积芯层22和上包层24。在本实施例中，衬底20起下包层的作用。然而，也可以在衬底20与芯层22之间淀积一层单独的下包层。通常，芯层22的折射率高于周围衬底20和上包层24的折射率，从而限定光束通过平面波导18在传播平面25中传播。可以控制芯层22的厚度以限制多模传输。
平面波导18中的空气腔28形成平面透镜26。所示的透镜26是穿透蚀刻芯层和上包层22和24而形成的。然而，通过仅蚀刻上包层24能够形成类似的透镜，使其成为一个装有介质的截面。腔体28中也能够填充高折射率的材料和作适当的形状变化以维持所需的聚焦特性。
衍射光栅16和平面透镜26合起来起波长分离器的作用。衍射光栅16从角度上分散输入光纤12注入的不同波长信号，平面透镜26通过把每个角度上散开信号聚焦在焦线30的不同位置上从空间上分开不同波长信号。更具体地说，平面透镜26首要功能是作为一个准直器，把从表现点源(输入光纤12)出射的一组球形波前的信号转变为一组平行平面波前。衍射光栅16使根据它们的波长而相对倾斜的一组平面波前返回。然后，平面透镜26以单一角度将各个波长聚焦在焦线30的不同位置上。
衍射光栅16和透镜26的总尺寸大小主要是由焦线30上波长信号之间的所需间隔“S”确定的，在本实施例中，它被减小到小于输出光纤14a-14e的外直径“D”。这一减小之所以可能是因为对输出光纤14a-14e的传统取向作了两种变化。首先，输出光纤14a-14e延伸到传播平面25之外，较佳地垂直于该传播平面。其次，输出光纤14a-14e的里端沿中心线32排成一行，该中心线32在传播平面25中相对于焦线30倾斜一角度“α”。按照以下的数学表达式，相对于直径“D”减小不同波长信号之间的所需间隔“S”S＝D cosα因此，间隔“S”的减小仅仅是传播平面25内的倾斜角“α”的函数。输出光纤14a-14e延伸到传播平面25之外使得这一角度变化成为可能。然而，从传播平面25到达输出光纤14a-14e，信号在从传播平面出来和进入输出光纤必须折向与输出光纤14a-14e的新取向相对准。
这是通过在平面波导18内各个腔体36a-36e中形成的输出反射表面阵列34a-34e实现的。与输出光纤14a-14e相类似，输出反射表面34a-34e沿中心线32排成一行。然而，每个输出反射表面34a-34e也相对于传播平面25倾斜约45度角度，较佳地在传播平面25内以可变角度“β”相对于中心线32倾斜。角度“β”的大小随离开平面透镜26的光轴38的距离而变化，使得反射表面34a-34e面向透镜26的中心40。
同样在平面波导18的腔体44中形成输入反射表面42，将输入光纤12耦合到平面波导18。输入光纤12平行于输出光纤14a-14e延伸。输入反射表面42相对于传播平面25倾斜约45度，其中心位于焦线30上。
输出反射表面34a-34e中只有反射表面34c位于焦线30上。其它所有输出反射表面34a、34b、34d和34e在光轴38的方向上都偏离焦线30不同量值。较佳地，最大偏移量“Om”在平面透镜26的焦深之内，以致于通过偏移距离仅出现不同波长信号模场半径的微小变化。此外，腔体36a-36e和44的尺寸最好尽可能地保持小，以限制平面波导18与光纤14a-14e和12之间的传播长度，通过它会发生进一步的信号发散。
对于给定的焦距，通过使平面透镜26的数值孔径减至最小，可以增大焦深，平面透镜的数值孔径必须足够大从而基本上收集输入光纤12所发射的全部光束。光纤12和14a-14e的数值孔径可以通过控制光纤12和14a-14e的芯层与包层46与48之间的折射率差来调节。在光纤端部增大芯层46相对于包层48的尺寸也能够用于提高传输效率。利用反射表面作为第二会聚光具能够进一步控制信号的发散度。例如，可以把反射表面34a-34e和42形成为凹形表面，对信号进行再次焦距。
也能够对光纤12和14a-14e的里端进行改进，提供控制信号发散度的聚焦性。图2A和2B示出两个例子。图2A的光纤13端接于光纤GRIN(梯度折射率)透镜15，调节其长度以提供所需的聚焦性。通常，光纤GRIN透镜15的长度约为四分之一节距，但是最好略长一些，从而将发散光束会聚到光纤13内。在题目为“梯度折射率光纤透镜的分析和评价”、发表在“Journal of LightwaveTechnology”Vol.LT-5，No.9，September 1987、这里引作参考的文章中揭示了有关光纤GRIN透镜设计的更详细的信息。
图2B的光纤17端接于微透镜19，以提供类似的聚焦性。较佳地，凸面形状的微透镜19是通过蚀刻在光纤17的端部形成的。在题目为“形成在VAD单模光纤端部上的微透镜”、发表在“Electronics Letters”Vol.18，January 1982，71-72页、这里引作参考的文章中揭示了形成这种透镜的化学蚀刻/精密抛光技术的进一步细节。
回到图1和2，输出光纤14a-14e的里端在公共安装块50内最好是准直的，公共安装块50附着到平面波导18的表面52上。可以利用各种各样的已知手段，包括激光焊接、采用环氧树脂胶合或者玻璃料密封，将块50附着到平面波导18上。这种块本身可以含有限定光纤的V形槽，在一般取向上安装光纤是众所周知的。
也能够以包括相似的尺寸减小的各种不同方法构造分用器10。例如，可以用更常见的方式将输入光纤12安装为与传播平面25相准直或者与同一安装块50内的输出光纤14a-14e相准直。也能够以各种图案，如按照曲线或锯齿形的图案使输出光纤14a-14e相对于焦线30而偏移。在交错图案中，所有的输出光纤能够以离开焦线的相同距离产生最小偏移。另一方面能够将衍射光栅16作为平面波导18内的一个集成结构而形成，在传播平面25内形成曲线，也执行平面透镜26的部分或全部会聚功能。
图5A-7D示出在将平面外反射表面集成到相似的平面波导中的各种方法。在图5A中，平面波导60以角度“σ”倾斜于照射光束62的法向，形成腔体64，腔体具有相对的侧面66和68，它们同样倾斜于传播平面65。光束62可以由电离等离子体形成，将其照射在两个电极(未示出)之间，通过反应性离子蚀刻形成腔体64。诸如铬的可除去材料70掩盖平面波导60的其余部分不受光束62照射。
相对侧面66和68的任何一面都可以用于确定反射表面的方向。在图5B中，腔体64为空腔，侧面66形成具有“内全反射”反射表面功能的边界表面。侧面66以足够的角度“σ”相交于波导60的上表面71，使得沿波导芯层74传播的信号72反射到传播平面65之外和进入垂直于传播平面65延伸的准直的光纤78芯层76。
在图5C中，侧面68涂覆有起反射表面作用的反射涂层。采用折射率匹配的材料84(如环氧树脂)填充空余腔体64，以阻止由芯层74与腔体64之间折射率差引起的来自侧面66的反射。移动光纤78，使得其芯层76通过侧面68上的反射涂层82与平面波导的芯层74相通。侧面66与68之间的间隔最好尽可能小(例如10-30微米)，限制光学信号72的路径长度，在这一路径上会发生超出芯层74和76的发散。
在图6A-6D中，在平面波导90中形成更一般的腔体88并填充材料92，材料92与相对于传播平面95以相似角度“σ”倾斜的照射光束94相互作用。包括相对侧面96和97的腔体88较佳地形成一个矩形截面，使得侧面96垂直于传播平面95延伸，以使来自其表面的不希望有的反射或折射减至最小。
照射光束与填充腔体88的材料92相互作用，形成一个倾斜表面98，该表面接着可以涂覆反射材料100，形成一个超出平面的反射表面。例如，材料92可以是有机材料，如丙烯酸或聚酰亚胺；照射光束94可以是例如由激元激光器产生的高强度的紫外光光束，从腔体88中光致烧蚀不想要的部分材料92。平面波导90的其它部分是由诸如玻璃或硅酸盐的不同材料形成的，在同样的能量范围内不会被烧蚀。
另一方面，材料92可以是诸如正光致抗蚀剂的光敏材料，通过对其曝光可以使其变为可溶的。Shipley 1400系列光致抗蚀剂或其它厚膜光致抗蚀剂是较佳的。显影液可除去曝光区的材料92，留下相似的倾斜表面98。紫外光仍然可以用于对材料92曝光，但是，所需的能量密度比光致烧蚀所用的要低得多。
从倾斜表面98上涂层100的反射使信号102从平面波导90芯层104内的传播平面95转向到与光纤108的芯层106准直。与前面的实施例相似，腔体88最好尽可能小，以限制信号102的发散；可以采用折射率匹配材料(未示出)填充腔体88的其余部分，消除来自侧面96的表面效应。
在图7A-7D中，平面波导110中的一般腔体112也填充有光敏材料114。然而，本实施例的光敏材料114是通过改变其折射率对光产生相互作用的。这种材料产生全息光栅是众所周知的。
两束光束116和118在部分反射表面120上相结合，以具有平面波前的驻波形式产生干涉光束122。干涉光束122也以角度“σ”倾斜于传播平面125，它照射光敏材料114的空间间隔的平面部分124，改变被照平面部分124相对于其余平面部分126的折射率。使得交替的平面部分124和126具有“高”和“低”折射率，形成一个立体光栅130，它具有一系列的以光栅周期“∧”在空间上隔开的部分反射表面128。立体光栅130可以用作替代前面实施例中的反射镜型的反射器，起一个宽带滤光片的作用，反射所需波段的信号波长“λ”。
光栅周期“∧”与信号波长“λ”的关系为
式中“n有效”是光栅介质衍射的折射率，“θ”是沿传播平面125传播的信号132落在立体光栅130的反射表面132上的入射角。角度“θ”也等于干涉光122倾斜于传播平面125的角度“σ”。这些角度等于45度是较佳的，此时，上述的光栅周期“∧”的表达式可以简化为
为了实现平面波导110与在传播平面125外延伸的光纤134之间所需耦合效率，立体光栅130较佳地包含约15至20个由平面层124和126形成的折射率变化约0.1至0.2的反射表面128。更多的层和更大的“高”与“低”折射率之间差值能够提高效率。然而，再一次表明，腔体112的尺寸应当尽可能地小，以限制平面波导110与光纤134之间的波长色散。
尽管立体光栅130最好制作在腔体112内的适当位置中，但是，立体光栅也可以作为单独的光具制作并接着插入到平面波导110内的适当位置中。也可以采用其它类型的光栅，包括平行于传播平面125延伸的平面光栅。
图8-10C示出另一种分用器140，其中输入/输入光纤阵列142a-142e垂直于平面波导144被耦合。反射衍射光栅146安装在波导144的一端，平面透镜148集成在波导144之中。在截面图中，波导144包括通常的衬底150、芯层152和外包层154。
然而，不是形成安装反射光具阵列的各个腔体，而是在波导中形成一个连续的槽158，支撑具有单个反射表面162的光纤160。输入/输出光纤142a-142e的里端沿光纤160位于接收不同波长信号的位置中，不同波长信号沿透镜148的焦线164散开。光纤160相对于焦线164倾斜角度“α”，使光纤142a-142e的里端能够更密集地位于沿焦线164的维度中。
在平面波导144中能够蚀刻或切割出的槽l58具有矩形截面；光纤160具有三角形截面。反射表面162位于三角形截面的直角三角斜边上并含有反射涂层163。在涂覆前可以采用压延或抛光来平滑反射表面162。其余的直角边166和168使光纤160严格地定向在矩形槽158内。可以采用环氧树脂或胶体将光纤160固定在位置中。
不是用图10A所示的反射涂层覆盖反射表面162，而是如图10B所示使光纤160绕其轴旋转180度并重新装入槽158中，通过内全反射而反射信号。也可以采用其它的截面形状，只要光纤的一端起所需反射表面的作用。此外，可以将光纤160装在具有纵向弯曲形状的另一种槽中，更有效地耦合平面波导144与输入/输出光纤142a-142e之间的信号。
如图10C所示，另一种光纤160a能够代替提供辅助的聚焦特性。形成的反射表面162a具有被吸入到光纤160a中的弯曲截面和淀积在光纤160a上的反射涂层163a。在其它阵列实施例的反射表面上可以设置类似的曲率。
诸如图11和12所示的块体分用器170的块体光学装置也能够从本发明中得益。反射光栅172、准直透镜174和输入/输出光纤阵列176a-176e都装在一个公共支承178上。折射率与光纤176a-176e包层(未示出)相匹配的中间块体180与光纤176a-176e相对准直并将它们安装在该公共支承178上。
与上述实施例相似，光纤位于中心线186上，中心线相对于准直透镜174的焦线188倾斜角度“α”。然而，不是利用单独的反射光具使沿焦线188散开的信号与光纤176a-176e相耦合，而是以某一角度切割光纤176a-176e的里端192a-192e并涂覆执行类似功能的反射涂层。
最好对里端192a-192e进行抛光以增强反射率，里端192a-192e可以类似图1-4的反射表面分别定向和成形，以提高耦合效率。不是利用反射涂层，里端192a-192e可以暴露于具有极低折射率的媒介(较佳地为空气)，以支持内全反射。
沿透镜174的光轴194向焦线188上各个焦点传播的不同波长的信号被里端192a-192e直接反射到输入/输出光纤176a-176e中。里端192a-192e的角度对准减小了沿焦线188不同波长之间所需的色散量。由于焦线188基本上垂直于光轴194，因此，装置170垂直于光轴194的尺寸受这一变化的影响最大。
尽管在仅涉及分用器的实施例中对本发明作了说明，但是，其它的光学设计也能够从本发明中得益。例如，本发明对于提高耦合到摄谱仪和波长色散补偿装置是有用的，它们需要这种耦合来发射一部分连续光谱。此外，不同实施例的各种特征可以相互替换或组合。例如，可以将具有斜角端部的光纤插入平面波导内的腔体中。
权利要求
1.一种传送多个不同波长的光学装置，其特征在于所述装置包括在平面内传播不同波长的波导；将不同波长射到沿位于所述平面内焦线的各焦点上的波长分离器；使波长折转到所述平面之外并与输入/输出阵列相准直的多个反射表面部分；以及所述反射表面部分中至少有一些偏离所述平面内的所述焦线，从而使所述输入/输出的空间间隔在沿焦线的维度上能够靠得更近。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述的反射表面部分位于以某一角度与所述焦线相交的中心线上。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于输入/输出的定位更靠近一个中心线与焦线之间夹角余弦的倍数。
4.如权利要求2所述的装置，其特征在于所述的反射表面部分以一个共同角度相对于所述平面共同倾斜和以不同的角度相对于所述中心线分别倾斜。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述的反射表面部分是弯曲的，使不同波长重新聚焦，与输入/输出的所需模场尺寸更好地匹配。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述波导是平面波导，具有一层被包层包围的芯层。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于至少一个腔体是通过波导的所述芯层形成的，用于安装所述的反射表面部分。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于所述腔体包括面向通过平面波导波长传播方向的第一和第二表面。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于所述第一和第二表面通过一个共同角度相对于所述平面而定向。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于所述第一表面具有一个边界表面，通过来自所述第一表面的内反射使波长折转到该平面之外。
11.如权利要求9所述的装置，其特征在于所述的第二表面包括一层反射涂层，用于把波长折转到该平面之外。
12.如权利要求11所述的装置，其特征在于所述腔体中填充有折射率匹配的材料，以阻止来自所述第一表面的内反射。
13.如权利要求7所述的装置，其特征在于所述的反射表面部分是由装在所述腔体内的一个连续光纤形成，具有一个把波长反射到平面之外的平面的侧表面。
14.如权利要求13所述的装置，其特征在于所述的连续光纤具有三角形截面。
15.如权利要求7所述的装置，其特征在于所述腔体包括一个反射光栅，起把波长折转到平面之外的至少一个所述反射表面部分的功能。
16.如权利要求15所述的装置，其特征在于所述的反射光栅是一个立体光栅，具有多个折射率变化的层，产生一系列部分反射。
17.如权利要求16所述的装置，其特征在于所述的多层以一个共同的角度相对于所述平面定向。
18.如权利要求15所述的装置，其特征在于所述的反射光栅还起一个滤光片的作用，反射有限波段的波长。
19.如权利要求7所述的装置，其特征在于所述的腔体中填充有斜坡形式的第一种材料并覆盖有增强反射率的第二种材料。
20.如权利要求19所述的装置，其特征在于所述的第一种材料不同于用于形成所述芯层和包层的材料。
21.如权利要求20所述的装置，其特征在于所述的第一种材料是易于受紫外辐射的光致烧蚀影响的有机材料。
22.如权利要求20所述的装置，其特征在于所述的第一种材料是通过显影可以有选择地除去的光敏材料。
23.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述的输入/输出是具有与所述多个反射表面对准的里端的光纤。
24.如权利要求23所述的装置，其特征在于所述的光纤的里端装入提高所述光纤与所述反射表面之间耦合效率的会聚光具。
25.如权利要求24所述的装置，其特征在于所述会聚光具是纤维GRIN透镜。
26.如权利要求24所述的装置，其特征在于所述会聚光具是微透镜。
27.一种相对于光轴分开多个波长的光学装置，其特征在于所述装置包括在传播平面内从空间上区分不同波长与光轴的波长分离器；在所述传播平面之外延伸的输入/输出阵列；使不同波长折转到与所述输入/输出阵列相准直的反射器阵列；以及所述反射器阵列包括在所述传播平面内偏离垂直于光轴的直线的各个反射器，使得所述输入/输出的空间间隔在垂直于光轴的维度上靠得更近。
28.如权利要求27所述的装置，其特征在于所述输入/输出是光纤。
29.如权利要求28所述的装置，其特征在于所述反射器阵列是由所述光纤的倾斜端形成的。
30.如权利要求29所述的装置，其特征在于所述倾斜端有一个反射表面，使不同波长在所述传播平面与含有所述光纤的另一平面之间产生折叠。
31.如权利要求30所述的装置，其特征在于所述倾斜端被装在一个公共光学支撑中。
32.如权利要求27所述的装置，其特征在于所述输入/输出沿单条直线排列，该直线在所述传播平面内倾斜于垂直于所述光轴的所述线。
33.如权利要求32所述的装置，其特征在于所述输入/输出被装在一个公共光学支撑中。
34.如权利要求33所述的装置，其特征在于包括一个沿所述传播平面引导波长的平面波导。
35.如权利要求34所述的装置，其特征在于所述平面波导包括上、下表面，所述公共光学支撑被附着到所述平面波导的所述上表面上。
36.如权利要求27所述的装置，其特征在于所述反射器阵列是为了把整个连续光谱范围上的波长传送到所述输入/输出阵列而排列的。
37.如权利要求36所述的装置，其特征在于所述输入/输出在垂直光轴的维度上被足够紧密地定位在一起，以传送连续光谱。
38.如权利要求37所述的装置，其特征在于所述光学装置是色散补偿器。
39.如权利要求27所述的装置，其特征在于所述反射器阵列的所述各个反射器是由连续反射表面的不同部分形成的。
40.如权利要求39所述的装置，其特征在于所述连续反射表面是由一根具有反射光的平表面的光纤形成的。
41.如权利要求27所述的装置，其特征在于所述反射器阵列由至少一个反射光栅形成。
42.如权利要求41所述的装置，其特征在于所述反射光栅是一个由不同折射率的材料层交替组成的体积光栅。
43.如权利要求27所述的装置，其特征在于所述反射器阵列是在波导中由至少一个边界表面形成的，该表面提供波长在所述传播平面与所述输入/输出阵列之间的内全反射。
44.如权利要求43所述的装置，其特征在于所述边界表面由波导中形成的腔体的底切表面形成。
45.如权利要求27所述的装置，其特征在于所述反射器阵列是在波导的至少一个腔体中形成的，所述波导具有以约45度角度共同倾斜于所述传播平面的相对表面。
46.如权利要求45所述的装置，其特征在于所述相对表面中一个被反射材料所覆盖，所述腔体的其余部分填充有折射率匹配的材料。
47.如权利要求27所述的装置，其特征在于所述反射器阵列在波导的至少一个腔体中形成，所述腔体部分填充有不同于周围波导的材料。
48.如权利要求47所述的装置，其特征在于所述材料是易于被紫外辐射光致烧蚀的有机材料。
49.如权利要求47所述的装置，其特征在于所述材料是通过显影可以有选择地除去的光敏材料。
50.一种在平面波导中产生光学耦合的方法，平面波导有一个沿焦线在空间上区分不同波长的机构，所述方法包括步骤使平面波导相对于定向光束相对定向，使得该定向光束以非法向的入射角倾斜于平面波导的表面；从平面波导中去除一块材料，露出平面波导的芯层；通过平面波导的芯层形成与定向光束对准的倾斜表面部分；将输入/输出阵列安装到平面波导的表面上，使得在平面波导的芯层中传播并被倾斜表面部分反射的波长耦合到输入/输出阵列；以及使所述反射表面部分中至少有一些的取向偏离所述平面内的所述焦线，使得所述输入/输出的空间间隔在沿焦线的维度上靠得更近。
51.如权利要求50所述的方法，其特征在于所述的去除步骤包括蚀刻多个腔体，它们具有以非法向入射角共同倾斜的相对侧面。
52.如权利要求51所述的方法，其特征在于所述的倾斜表面部分是由以非法向入射角倾斜的相对侧面中的一个形成的。
53.如权利要求52所述的方法，其特征在于进一步包括将掩膜施加到平面波导的表面上、留下露出平面波导表面上多个区域的开孔的步骤。
54.如权利要求53所述的方法，其特征在于所述的去除步骤包括以非法向的入射角将一束等离子体射在平面波导的表面上。
55.如权利要求52所述的方法，其特征在于相对侧面中的一个底切平面波导的表面并形成倾斜表面部分。
56.如权利要求52所述的方法，其特征在于进一步包括步骤将一层反射涂层施加到相对侧面的一个上以形成倾斜表面部分；以及用折射率与芯层相匹配的材料填充腔体，避免来自相对侧面中另一个的内反射。
57.如权利要求50所述的方法，其特征在于所述的去除步骤包括在使平面波导相对定向的步所述骤前蚀刻多个腔体。
58.如权利要求57所述的方法，其特征在于进一步包括用有机材料填充腔体的步骤。
59.如权利要求58所述的方法，其特征在于定向光束是由紫外光组成的，形成倾斜表面部分的所述步骤包括利用定向光束去除一部分有机材料。
60.如权利要求57所述的方法，其特征在于包括用光敏材料填充腔体的进一步的步骤。
61.如权利要求60所述的方法，其特征在于形成倾斜表面部分的所述步骤包括利用定向光束对一部分光敏材料显影，接着去除显影后的部分。
62.一种在平面波导中形成平面外反射镜的方法，所述方法包括步骤将掩膜施加到平面波导的表面上，留下露出平面波导表面上多个区域的开孔；使平面波导相对于等离子体的定向射束相对定向，使得定向射束以非法向的入射角相对平面波导的露出表面倾斜；利用定向射束在平面波导中蚀刻一个腔体，该平面波导具有以非法向入射角度共同倾斜的相对的侧面；以及使所述相对侧面中至少一个定向，支持在平面波导内传播的光的内全反射。
63.如权利要求62所述的方法，其特征在于所述相对侧面中至少有一个形成平面外反射镜。
64.如权利要求63所述的方法，其特征在于相对侧面中有一个底切平面波导的表面并形成平面外反射镜。
65.如权利要求63所述的方法，其特征在于进一步包括在相对侧面中的一个上施加反射涂层以形成平面外反射镜的步骤。
66.如权利要求65所述的方法，其特征在于进一步包括用折射率与平面波导的芯层相匹配的材料填充腔体以避免来自相对侧面中另一个的内反射的步骤。
全文摘要
使波长沿焦线散开的耦合光学装置,包括使光折转到传播平面之外并与输入或输出阵列相对准的反射表面。有些反射表面偏离焦线,以致于分开的输入或输出在沿焦线的维度上能够更紧密地靠在一起。
文档编号G02B6/136GK1241262SQ97180890
公开日2000年1月12日 申请日期1997年12月4日 优先权日1997年12月4日
发明者V·A·巴格瓦图拉 申请人:康宁股份有限公司