专利名称：多端口光纤耦合装置的制作方法
技术领域：
本发明一般针对光纤装置，更具体说，是针对从多根光纤产生平行化输出光束的装置。
用光纤在两点之间引导光束有许多应用。光纤经过开发，已具有低损耗、低色散、保偏等性质，还能起放大器的作用。因此，光纤系统有广阔的应用，例如用在光通信中。
光纤光束传输的诸多重要优点之一，就是能把光束封闭起来在终端点之间引导，但这也是一种限制。在光纤系统的应用中，或在光纤系统的开发中，起重要作用的许多光部件，并没有以基于光纤的形式实现，在光纤中光束是被波导引导的。与此相反，这些光部件是以块形式实现的，在块形式中，光必须在其中自由传播。该种部件的一个例子是光隔离器。因而，在光纤系统中包括块光隔离器，必然使光纤系统中有一段，其中光束路径是在空间自由传播的，而不是在光纤内被引导的。该种部件的各种例子，包括，但不限于，隔离器、环行器、偏振器、开关、和快门。因而，在光纤系统中包括块部件，必然使光纤系统有一段光束路径，其中光束在空间是自由传播的，而不是在光纤内被引导的。
自由空间传播通常要求来自每根光纤的光束必须准直，并在自由空间传播段，必须沿所用块部件的轴引导。一般的做法是，在输入光纤处必须放一准直透镜，把输入光准直，还要在输出光纤处放一聚焦透镜，把自由传播的光聚焦，送进输出光纤。自由空间传播段置于该两个透镜之间。引入自由空间传播段，要求准直透镜和聚焦透镜每一个都对准各自的光纤，并且还要求聚焦透镜准确对准准直透镜的准直光束路径。即使不考虑光纤的数目，相应的准直与聚焦透镜的对准，依旧是十分艰巨的。因此，当多根光纤要求多个准直和聚焦透镜对准时，对准过程变得更复杂和耗时。
此外，各准直和聚焦透镜与每根光纤都必须有横向支撑。每一光纤/透镜组件要求的横向支承设施，增加了总的横截面，从而导致巨大的系统。
因此，需要一种在光纤系统中引入自由空间传播段的改进的办法，使该自由空间传播段更易于对准和更紧凑。
本发明一般涉及从多根光纤产生平行光束的装置，还涉及在光纤网络内用两个该种装置产生自由空间传播区的一种系统。
本发明的一个实施例，是一种允许在一自由空间光部件与一组光纤间双向耦合的装置。该装置包括可与光纤耦合以接收光的组件。该组件包括置于第一光轴上的第一聚焦单元，从光纤接收输出的光束，其中该第一聚焦单元有选定的第一聚焦率，以引导光束与第一光轴相交于第一交点位置。沿第一光轴与第一聚焦单元相隔第一分开距离处是第二聚焦单元，放在能从第一聚焦单元接收各光束的位置，该第二聚焦单元有第二聚焦率，选定的第一分开距离能使从第一聚焦单元接收的各光束平行化。该组件可以带有尾光纤。
本发明的另一个实施例，是向经过多根光纤传播的光束提供通路的一种系统。该系统包括第一和第二组光纤及两个耦合模块，与相应光纤组耦合。每一耦合模块包括位于模块光轴上的第一聚焦单元，以接收相应光纤组输出端输出的光束。第一聚焦单元有选定的聚焦率，以引导该光束与模块光轴相交。该耦合模块还有第二聚焦单元，沿模块光轴与第一聚焦单元相隔一单元间分开距离，并放在能从第一聚焦单元接收光束的位置。第二聚焦单元有第二聚焦率，并选定单元间分开距离，能使从第一聚焦单元接收的各光束平行化。第一和第二耦合模块要相关地取向放置，使两个第二聚焦单元相对，从而使第一装置的至少一束平行化光束的光束路径，与第二装置的至少一束平行化光束的光束路径重合且反平行。
本发明的另一个实施例，是一种从第一组光纤的输出产生一组平行光束的方法。该方法包括相对于第一聚焦单元安排光纤的输出面，和用第一聚焦单元引导各光纤的输出光束与第一光轴相交。该方法还包括用第二聚焦单元使该输出的各光束平行化，从而使与第一光轴相交的各光束沿基本上平行的方向传播。
上面对本发明的概括，不是企图说明本发明每一个举出的实施例或各种实施办法。后面的图及详细说明更具体地阐明这些实施例。
结合附图考察后面本发明各个实施例的详细说明后， 可以对本发明有更完整的了解，附图有
图1A和1B按照本发明画出多光束耦合模块的不同实施例；图2A按照本发明的一个实施例，画出一对多光束耦合模块，可以与多根光纤一起使用，产生自由空间传播区；图2B画出图2A举出的例子的一个实用实施例；图3A-3C画出耦合模块的各种不同配置，以适应不同光几何结构的块光部件；和图4画出单个耦合模块的一种配置。
虽然本发明可改变为各种变型和另外的形式，但本发明的性能已经用举例方式在附图示明，并且还要详细说明。但是应该指出，其用意不是把本发明限制于说明的特定实施例。相反，如在后面书所规定的，本发明的精神和范围内的一切变型，等价装置，和另外的形式，都被本发明涵盖。
本发明能用于光纤系统，并相信特别适合于把自由空间传播段引入光纤系统。这里给出的办法比常规系统更易于对准和更紧凑。
本系统通常包括耦合模块的应用，该耦合模块从许多输入光纤接收输入，并产生一组自由传播的、平行的光束。这一步称为平行化操作。该耦合模块易于对准，且不论输入光纤数目，只包括两个透镜。可以用该耦合模块把光纤的光耦合至自由空间装置，例如检测器阵列。
该耦合模块还能以反向方式使用，接收许多平行的、自由传播的光束，并能把这些光束聚焦，送进许多输出光纤。这一步称为消平行化操作。
因为各耦合模块既能用于平行化操作，也能用于消平行化操作，所以在两个耦合模块之间能构造有一自由空间传播区的自由空间耦合单元。第一耦合模块使从一组光纤的光平行化，产生平行光束，通过自由空间传播区传播。第二耦合模块把光消平行化，送进第二组光纤。类似地，对以相反方向通过该光纤系统传送的光，第二耦合模块使从第二组光纤接收的光平行化，在自由空间传播段沿平行的光束路径自由传播。第一耦合模块把光消平行化，送进第一组光纤。
耦合模块100示意画在图1A，图上画出来自两根输入光纤102与104的光束的光路。图上只用两根输入光纤不意味着对输入光纤数目的限制。在图中用两根光纤，是为了下面解释的清晰和简明。
耦合模块100包括两个透镜，第一透镜106和第二透镜108，置于光轴110上。分别来自光纤102和104的光路112和114，通过第一透镜106，并被引导在标记C的位置上与光轴110相交。假如光纤102和104的输出被调整至与光轴110平行，那么位置C离开第一透镜106的距离等于第一透镜的焦距f1。与轴110相交后，光束路径112和114传播至第二透镜108，后者的位置离开第一透镜106的距离是“d”。假如第二透镜的焦距是f2，则距离d近似等于f1＋f2。通过第二透镜108的传输之后，光束路径112和114平行于光轴110传播。
虽然图上画出的光束路径112和114，在两个透镜106和108之间是准直的，但这并不是必要条件。在两个透镜106和108之间光束路径112和114的准直性，与光束从光纤102和104输出时的发散度、第一透镜106与光纤102和104的距离、以及第一透镜的焦距有关。
通过第二透镜108的传输之后，光束路径112和114会聚，分别产生束腰116和118，而焦点上的束腰是该光束最窄的宽度。束腰116和118位于平面BB内，以虚线标记。平面BB与第二透镜108的分开距离，与进入第一透镜106的光束的发散度、以及光纤102和104的两个输出面之间分开距离有关。该分开距离d设定近似等于f1＋f2，以便第二透镜108保持平行的输出，且不宜用作调整量。
每一束腰116和118形成光纤102和104输出面的各自的像。耦合模块100把光纤102和104在虚线标记的输入平面AA上的输出面的像，中继在像平面BB上，是本发明的重要特征。在平面BB上形成的像可以是放大的像。
第一和第二透镜可以是不同类型的透镜，例如，可以是球面或非球面的透镜，也可以是双凸、平凸、或凹凸透镜。透镜类型的选取，依赖于特定的系统和可接受的像差级别，后者转换为光损耗。
另一个实施例的耦合模块150画在图1B。耦合模块150接收两根输入光纤152和154的输出。耦合模块150包括沿光轴160对准的第一和第二透镜156和158。第一透镜156是梯度折射率(GRIN)透镜，因为其桶状和平坦的光学表面垂直于透镜光轴，是一种常常与光纤结合使用的透镜。GRIN透镜156可以有任何合适的梯度，把光束路径162和164偏转，与轴160相交。如果该GRIN透镜是四分一梯度透镜，那么，GRIN透镜的输出面157位于交点C上。假如GRIN透镜156的梯度小于0.25，例如在0.18-0.23范围，交点C位于输出面157之外。同样，假如GRIN透镜156的梯度大于0.25，则交点C位于GRIN透镜156之内。
第二透镜158可以是，例如平凸非球面透镜，其平面表面159指向交点C，以降低像差效应。
耦合模块150把输入平面的像中继在像平面BB上。假如光纤152和154与GRIN透镜156对接，则输入平面与GRIN透镜156的输入面155重合。因为束腰166和168可以看作光纤152和154输出面的共轭像，故像平面BB也可以称为共轭平面。
可以应用耦合模块100与150，把从许多光纤接收的输入，传送至非光纤部件或系统。例如，耦合模块100与150可用于把光纤阵列的光纤输出，耦合至检测器阵列中相应的检测器。耦合模块100与150还可以把自由空间输入的多个光束，耦合进光纤阵列。例如，在密集波分复用(DWDM)信号消复用的一种办法中，单个的被复用的光束被弯曲的衍射光栅衍射。被光栅分离的不同波长分量，可以用该耦合模块耦合进许多光纤，每根光纤对应于一个波长分量。
图4画出单个耦合模块400与自由空间部件一起使用时的另一种应用。数根光纤402与耦合模块400耦合，产生相应的平行的自由传播光束404。自由传播光束404通过Faraday旋转器406，该Faraday旋转器把进入的光束的偏振旋转45°。一反射镜408，它可以是，例如在Faraday旋转器406后表面的反射膜，把光束404往回反射通过Faraday旋转器，再旋转450。该反射镜408放在共轭平面上，或包含各光束404通过模块400第二聚焦单元后的焦点的平面上，以使各光束404被反向耦合，进入各自对应的光纤402。该种安排将在各光纤402中获得沿反方向传播的偏振旋转了的光束。这一点可以补偿光纤402內不想要的偏振效应。反射镜408也可以作为与Faraday旋转器分开的独立单元而提供，不一定是Faraday旋转器上的反射膜。
图2A画出一种自由空间装置，该装置用两个相对的耦合模块，在光纤系统內产生自由空间传播区。两个耦合模块200和220沿同一光轴210排列，虽然如下面所指出，不一定非如此排列不可。
第一耦合模块200从输入光纤202和204接收输入光。第一耦合模块200有第一GRIN透镜206和第二非球面透镜208。如上所述，也可以用其他类型的透镜。光束路径212和214被第一透镜206引导，与光轴210相交，又被第二透镜208平行化，与光轴210平行。此外，光束路径212和214在像平面BB上会聚成束腰216和218。换言之，第一耦合模块200把输入平面的像，即输入光纤202和204出射面所在平面上的像，中继在像平面BB上。
第二耦合模块220与光纤222和224耦合。第二耦合模块220有第一GRIN透镜226和第二非球面透镜228。如上所述，也可以用其他类型的透镜。光束路径232和234被第一透镜226引导，与光轴210相交，又被第二透镜228平行化，与光轴210平行。此外，光束路径232和234在像平面BB上会聚成束腰236和238。换言之，耦合模块220把它的输入平面的像，即输入光纤222和224出射面所在平面上的像，中继在BB的像平面上。
当两根第一光纤202和222的束腰216和236并置在平面BB上时，由互逆性，光纤202出射面的像被聚焦在对应的光纤222的出射面上，而光纤222出射面的像被聚焦在光纤202的出射面上。类似地，光纤204出射面的像被聚焦在光纤224的出射面上，反之亦然。
利用该系统，光从每根光纤被耦合出来，通过两个耦合模块200和220之间的自由空间区240传播，复又被导入自由空间区另一侧的相应光纤。块光部件242可以放在两个耦合模块200和220之间，对通过自由空间区240传播的光束进行操作。如前所述，块光部件是不以光纤形式实现的部件，并且可以是光开关或光开关阵列、空间光调制器、隔离器、环行器、滤波器、或某些其他块光部件。耦合模块200和220的分开距离可以调整，以补偿经块光部件242传播的光路长度，使各耦合模块200与220的共轭平面仍保持重合。
在一个特定的实施例中，耦合模块200与220做成完全一样。换言之，第一透镜206与226有相同的焦距f1(在GRIN透镜的情形，是有相同的梯度)，第二透镜208与228有相同的焦距f2，并且每个耦合模块內，第一和第二透镜之间的单元间分开距离d，也是相同的。当第一和第二耦合模块相同时，所提供的优点是，聚焦进入第二组光纤的光束的大小，与第一组光纤发射的光束大小相同，反之亦然。该种对称安排提供的另一个优点是，可以简化制作和组装过程。
假如各耦合模块200和220所成的像，在同一像平面BB上不重合时，从一组光纤到另一组光纤的光耦合效率可能降低。还有，显而易见，为了使光功率从第一组光纤有效地传递至第二组光纤，或反过来，那么，每组光纤的几何排列应与另一组光纤一致。例如，假如耦合模块200与220完全相同，并从一光纤组到另一光纤组产生对称的成像，那么，一根光纤，如光纤202相对于光轴的横向位移和方位角位置，应与它对应的光纤，如光纤222相同，这是很重要的。但是，并不要求耦合模块200与220完全相同。
不一定要求各光纤按一维图形与耦合模块耦合。各光纤也可以按两维图形耦合。以阵列为例，不同光纤间分开距离可以是规则的，也可以是不规则的。一般说，在系统两侧对应的光纤，相对于光轴放置，以便相互发射和接收光。因此，假如与耦合模块相关的一组光纤被排列成例如4×4阵列，那么，与另一耦合模块相关的一组对应的光纤也排列成4×4阵列。在每阵列中光纤的间隔可以不同，依赖于各耦合模块200和220的光学性质。显而易见，虽然一组光纤中的光纤可以方便地环绕光轴以对称方式排列，但对称的排列不是必要条件，可以把光纤以不对称地环绕光轴排列。此外，不要求系统两测的光纤一一对应。因此，可能出现一耦合模块仅仅有一光束与另一耦合模块耦合，尽管每一耦合模块都有多个光束路径。
自由空间装置另一个实施例示于图2B。该光耦合模块与示于图2A的相同，但在装置每侧耦合了四根光纤，而不是两根。此外，为了简化，只画出光纤组之间的光路轨迹，而不是画出光束的宽度。每根光纤可以看作一个能向该装置输入和输出的端口。从图可见，在装置左侧的端口202A有一光路与装置右侧的端口222A耦合。同样，装置左侧的端口202B、202C、和202D有光路与装置右侧对应的端口222B、222C、222D耦合。图上画出的装置还包括固定的部件，把光部件固定在各自适当的相对位置上。虽然画出的固定部件是圆柱形的，但这不是对本发明的限制，该固定部件可以是非圆形截面的，例如是矩形的。
端口202A至202D上的光纤，与GRIN透镜206的输入面205对接。这些光纤用固定在第一固定环254內的夹头252固定。端口202A至202D上的光纤穿过夹头252的小孔256，并用例如环氧树脂或其他适当粘合剂，与夹头一起固定在合适的位置上。夹头252与GRIN透镜206也可以用环氧树脂或其他适当粘合剂，固定在第一固定环254内适当的位置上。端口202A至202D上的光纤末端与GRIN透镜206的输入面，可以抛光成小角度，例如8°，还可以镀抗反膜，以降低返回的反射。
耦合模块200由固定在模块环258之内的第一固定环254及第二透镜208构成。第一固定环254和第二透镜208也可以用环氧树脂粘在适当位置上，或用任何其他合适的方法固定，如另一种粘合剂或焊剂。装配时，第二透镜208固定在模块环258内，然后把第一固定环放进模块环258内。调整GRIN透镜206与第二透镜208之间分开距离，直至在第二透镜外各光束路径平行为止。确保各光束路径平行的一种方法，是在第二透镜后面置一反射镜，在调整GRIN透镜206与第二透镜208单元间分开距离的同时，测量该反射镜向后反射进每一光纤的光量。在相同的单元间分开距离下，当各光纤中向后反射光的电平被最佳化时，自由空间的光束即被认为平行。当把反射镜放在耦合模块的共轭平面上时，向后反射光的电平可以进一步最佳化。然后，用环氧树脂、粘合剂、焊剂、或某种其他适当方法，把第一固定环254固定在被认为产生平行光束的位置上。
然后，把被块光部件242分开的两个全同的模块200与220，放进外套筒260中。调整模块200与220间的相对取向，以及模块间的分开距离，使模块200与220间达到最大的光耦合。如上所述，当第一模块200的像平面与第二模块220的像平面重合时，即达到最佳的模块间分开距离。然后，把模块200与220固定在外套筒260中最佳的相对取向和模块间分开距离的位置上。模块200与220的固定，可以用环氧树脂、粘合剂、焊剂、或任何其他适当的方法。
块光部件242可以如说明那样放进外套筒260内，也可以在某一模块插入外套筒260之前，固定在该模块上。
诸如上述的组件那样的部件，通常在提供给用户时都带有光纤尾纤，以便例如用熔接法、用连接器、或某些其他合适方式，与光纤系统的光纤耦合。因此，光纤202A至202D和222A至222D，可以是能迅速安装至整个组件270上的光纤的尾纤。但是，这不是对该装置的一种限制，光纤系统的光纤可以直接耦合至自由空间耦合装置270的第一聚焦单元。
该种组件可以非常紧凑。在本发明的某些实施例中，GRIN透镜206和226的长度可以是几毫米，而第二透镜的焦距在约2-10 mm范围。因此，该装置在GRIN透镜之间的总长度，可以在约8-40mm的范围，虽然也能组成更大的或更小的装置。
显然，在制作自由空间耦合装置时，可以采用其他方法装配耦合模块和固定模块，本发明不受这里举出的那些方法的限制。例如，耦合模块可以分开地用可调节的支承，固定在一工作台的顶部，以提供必要的自由度，供校准各耦合模块平行光束路径之用。
图3A至3C画出自由空间耦合装置的不同的实施例。在图3A和3B的实施例中，每个耦合模块的光轴，不与其他耦合模块的光轴重合。在图3A画出的实施例中，一耦合模块的光轴相对于另一模块光轴平移。各耦合模块300与320仅以示意的形式画出。第一耦合模块有两根输入光纤302和304，产生两个平行于第一模块300光轴310的输出光束312和314。同样，第二耦合模块320有两根输入光纤322和324和两个平行于第二模块320光轴330的光束路径332和334。
块光部件342置于两耦合模块300和320之间的自由空间340之内。块光部件342使通过其中的光束平移，但不改变传播方向。因此，例如，沿光束路径312输入块光部件342的光束，沿路径334输出，反之亦然。同样，沿路径314输入的光束，沿路径334输出，反之亦然。所以，使通过的光束偏移的块光学单元342，适合使用该自由空间装置，在该装置上，模块光轴310和330间的偏移，等于块光部件对通过的光束在空间上沿横方向的平移。
在图3B的实施例中，耦合模块300和320与图3A的相同。但是，在本实施例中，块光学单元392使通过的光束偏转一角度θ，例如使光束反射离开反射镜391。为了适应该种情况，光轴310和330以相对角度θ放置。因此，来自第一耦合模块300的光束路径312被块光学单元392重新引导后，它的路径与来自第二耦合模块320的光束路径332重合但反平行。
在图3C的实施例中，块光学单元380包括部分反射的表面382，该部分反射表面可以使所有通过的光束都部分地反射，也可以只有某些通过的光束被全部反射。图示反射镜382是部分地反射所有通过的光束。第一耦合模块300有输入光纤302和304，并产生相应的平行化光束312和314。光束312的一部分透过反射镜382，成为光束332，并耦合进第二耦合模块320。光束312的反射部分被反射镜382引导，作为光束372进入第三耦合模块360。同样，光束314的一部分透过反射镜382，成为光束334，并耦合进第二耦合模块320。光束314的反射部分被反射镜382引导，作为光束374进入第三耦合模块360。然后，光束332、334、372、和374在耦合模块320和360內，被耦合进相应的光纤322、324、362、和364。显然，光可以沿反方向从第二和第三耦合模块320和360，耦合进第一耦合模块300。在本实施例中，所有三个耦合模块300、320、和360的共轭平面最好重合，以便保持高效地从一模块耦合至另一模块。
显然，可以采用别的配置，例如通过把第四耦合模块添加到图3C实施例的T型配置中，建立X型配置的耦合器。
此外，添加的耦合模块可以是若干个部分反射镜级联而成，使单个模块来的光被耦合进若干个其他模块之內。该结构示于图3D，除了第一块光学单元380a后面的第二块光学单元380，以及第四耦合模块360a从第二块光学单元380的部分反射表面382接收光之外，图上画出的系统与图3C所示类似。第二耦合模块320接收通过块光学单元380和380a两者传送的光。为了增加从第一耦合模块300到其他耦合模块320、360、和360a的光耦合效率，第一耦合模块300与其他各耦合模块320、360、360a之间的光路长度，要近似等于第一耦合模块300与相应模块320、360、360a的像距之和。例如，假如所有耦合模块300、320、360、和360a的像距都相同，即d1，那么对高的光耦合效率，从第一耦合模块300到其他各耦合模块320、360、360a的光路长度应取近似d1的两倍。因此，为了保持到达第一耦合模块300相同的光路长度，第三耦合模块360在图中放在相对于第四耦合模块360a靠下的位置。
如上面所指出，本发明能用于光纤系统，并相信本发明在产生适于接收块光部件的自由空间传播区方面特别有用，块光部件要求光的自由传播而不是被引导波的传播。可以用单个耦合模块实现许多光纤与自由空间部件之间的耦合，不论沿前向或反向或两种方向。背靠背排列的两个耦合模块，能把一组光纤耦合至自由空间光部件，然后又耦合进第二组光纤。虽然在第一与第二组光纤之间可能是一一对应的，但这不是必要条件，也可以是只在第一组光纤的一根光纤与第二组光纤的一根光纤之间的耦合。
因此，不能认为本发明只局限于上面说明的特定例子，如后面的权利要求书所明确指出，应理解为覆盖本发明的所有方面。本领域熟练人员显然明白，存在适用于本发明的各种变化、等价处理方法、和许多结构，在阅读本说明书的基础上，均可用之导出本发明。权利要求书的本意是要涵盖这类变化和装置。
权利要求
1.一种从第一组光纤的输出产生一组平行光束的方法，包括用第一聚焦单元，引导各光纤输出的各光束与第一光轴相交；和用第二聚焦单元，使各输出光束平行化，使与第一光轴相交后的各光束，基本上沿平行的方向传播。
2.按照权利要求1的方法，还包括用第一和第二聚焦单元，把光纤输出面的像中继在第二聚焦单元外的一段距离上，该距离近似等于第二聚焦单元的焦距。
3.按照权利要求1的方法，还包括把各光纤输出面，安排在离第一聚焦单元输入面近似相同的距离上。
4.按照权利要求1的方法，其中的第一聚焦单元是第一梯度折射率(GRIN)透镜，并且还包括把光纤的输出面，基本上安排在第一GRIN透镜的输入表面上。
5.按照权利要求4的方法，还包括引导输出光束与第一光轴相交于第一GRIN透镜输出面外的一点。
6.按照权利要求1的方法，其中用第二聚焦单元使各输出光束平行化包括使输出光束相对于第一光轴平行化。
7.按照权利要求1的方法，还包括用第三聚焦单元，引导平行化的各光束与第二光轴相交；和用第四聚焦单元，把光束聚焦进第二组光纤的相应光纤。
8.按照权利要求7的方法，其中的第二光轴与第一光轴重合。
9.按照权利要求7的方法，其中的第四聚焦单元是第二GRIN透镜，并且还包括用第三聚焦单元，引导平行化的各光束与第二光轴相交于第二GRIN透镜外的一点。
10.一种把多根光纤的输出光束平行化的装置，包括一种可与多根光纤耦合的组件，以接收光纤的光，包括第一聚焦单元，置于第一光轴上，用于接收多根光纤的输出光，该第一聚焦单元有选定的第一聚焦率，以引导光束与第一光轴相交于第一交点位置；和第二聚焦单元，沿第一光轴与第一聚焦单元相隔第一分开距离，并放在能接收第一聚焦单元的光束的位置，该第二聚焦单元有第二聚焦率，要选定该第一分开距离，使之能把从第一聚焦单元接收的各光束平行化。
11.按照权利要求10的装置，还包括与组件耦合的多根尾光纤，能与多根光纤耦合，以接收其上的光。
12.按照权利要求11的装置，其中尾光纤各输出端对称地排列成环绕第一光轴的阵列。
13.按照权利要求11的装置，其中各尾光纤输出端离开第一聚焦单元的第一面近似相同的距离。
14.按照权利要求11的装置，其中的尾光纤与第一聚焦单元接触。
15.按照权利要求11的装置，其中的尾光纤按一维图形与该组件耦合。
16.按照权利要求11的装置，其中的尾光纤按两维图形与该组件耦合。
17.按照权利要求10的装置，其中的第一聚焦率、第二聚焦率、和第一分开距离的选取，是要把输入像中继在离第二聚焦单元一段距离上，该距离近似等于第二聚焦单元的焦距。
18.按照权利要求10的装置，其中的第一聚焦单元是GRIN透镜，而输入光纤的输出端耦合至GRIN透镜的第一表面。
19.按照权利要求18的装置，其中一个或多个光束与第一光轴的交点，位于该GRIN透镜之外。
20.按照权利要求10的装置，其中第二聚焦单元的取向要能使各光束平行于第一光轴平行化。
21.一种光纤自由空间耦合单元，用于与多根光纤耦合，该单元包括两个耦合模块，可与多根光纤耦合，以接收光纤的光，每个耦合模块包括第一聚焦单元，置于模块光轴上，有选定的第一聚焦率，以便引导光束与该模块光轴相交，和第二聚焦单元，沿该模块光轴与第一聚焦单元相隔一单元间分开距离，并放在能接收第一聚焦单元的光束的位置，该第二聚焦单元有第二聚焦率，要选定该单元间分开距离，使之能把从第一聚焦单元接收各光束平行化；其中第一和第二耦合模块要取向放置，使两个第二聚焦单元相对，从而使第一耦合模块的至少一束平行化光束的光束路径，与第二耦合模块的至少一束平行化光束的光束路径重合且反平行。
22.按照权利要求21的单元，其中第一耦合模块的模块光轴与第二耦合模块的模块光轴重合。
23.按照权利要求21的单元，还包括第一和第二多根尾光纤，分别与第一和第二模块连接，并能与多根光纤耦合。
24.按照权利要求21的单元，其中第一耦合模块的模块光轴与第二耦合模块的模块光轴平行，并有横向相对位移。
25.按照权利要求21的单元，其中每一模块有各自的共轭平面，与第二聚焦单元离开由第一聚焦率、第二聚焦率、和单元间分开距离决定的一个像距。
26.按照权利要求25的单元，其中第一和第二耦合模块的像距，近似等于第一和第二耦合模块的第二聚焦单元的相应焦距。
27.按照权利要求25的单元，其中第一和第二耦合模块的两个第二聚焦单元分开的距离，等于第一和第二耦合模块的像距之和。
28.按照权利要求21的单元，其中第一耦合模块的第一聚焦率、第二聚焦率、和单元间分开距离，分别近似等于第二耦合模块的第一聚焦率、第二聚焦率、和单元间分开距离。
29.按照权利要求21的单元，其中在第一和第二耦合模块相应的第二聚焦单元之间的模块间分开距离，近似等于第一和第二耦合模块相应的两个第二聚焦单元的焦距之和。
30.按照权利要求21的单元，还包括光束偏折单元，置于第一和第二耦合模块的两个第二聚焦单元之间，把平行于第一光轴传播的光偏折成与第二光轴平行。
31.按照权利要求21的单元，还包括光环行器单元，置于第一和第二耦合模块之间。
32.按照权利要求21的单元，还包括滤光器，在第一和第二耦合模块之间。
33.按照权利要求21的单元，还包括光开关，在第一和第二耦合模块之间。
34.一种从一组光纤的输出产生一组平行光束的单元，该单元包括引导光纤输出的光束与第一光轴相交的装置；和使输出各光束平行化的装置，以便各光束与第一光轴相交之后，沿平行的方向传播。
35.一种控制经多根光纤传播的光束的单元，包括多根第一光纤；多根第二光纤；和两个耦合模块，与第一和第二光纤相应的多根光纤耦合，每一耦合模块包括第一聚焦单元，置于一模块光轴之上，有选定的第一焦距，以引导相应的一组光纤的光束与模块光轴相交，和第二聚焦单元，沿该模块光轴与第一聚焦单元相隔一单元间分开距离，并放在能接收第一聚焦单元的光束的位置，该第二聚焦单元有第二聚焦率，要选定该单元间分开距离，使之能把从第一聚焦单元接收的各光束平行化；其中第一耦合模块的第一焦距、第二焦距、和单元间分开距离，分别与第二耦合模块的第一焦距、第二焦距、和单元间分开距离相同，第一和第二耦合模块要取向放置，使两个第二聚焦单元相对，该两个第二聚焦单元的分开距离近似等于第一模块的第二聚焦单元焦距的两倍，并且，第一和第二耦合模块的相对位置，要使第一耦合模块平行化的各光束的光束路径，与第二耦合模块相应的平行化的各光束的光束路径重合。
全文摘要
一种耦合装置,有第一聚焦单元,置于第一光轴之上。该第一聚焦单元可与多根光纤耦合以接收其上的输出光,还有选定的第一聚焦率,以引导各光束与该第一光轴相交于第一交点。第二聚焦单元沿第一光轴与第一聚焦单元相隔第一分开距离,并放在能接收第一聚焦单元的光束的位置。第二聚焦单元有第二聚焦率,而第一分开距离的选取,要能使从第一聚焦单元接收的各光束平行化。一种用两个该种耦合装置为经多根光纤传播的光束提供通路的系统。该两个装置要相关地取向放置,使两个第二聚焦单元相对,从而使第一装置的至少一束平行化光束的光束路径,与第二装置的至少一束平行化光束的光束路径重合且反平行。
文档编号G02B6/28GK1335940SQ9981272
公开日2002年2月13日 申请日期1999年10月19日 优先权日1998年10月27日
发明者B·巴里·张, 陆良驹 申请人:Adc电信公司