光源定向检测器的制作方法

专利名称：光源定向检测器的制作方法
光源定向检测器 相关申请
本申请要求序列号为11/399,924，申请日为2006年4月7日，标题为LIGHT SOURCE ORIENTATION DETECTOR的美国专利申请的优先权;在此将其全部 内容包括在本申请中作为参考。
背景技术：
1. 发明领域
本发明大体上涉及光源定向(orientation)检测器。
2. 相关技术
存在许多鄉的用于检观恍的系统。此外，存在专门被配置成检测光源相 对于光检测器的定向的系统。 一些光检测系统包括复杂的、精确的和精密的仪
器，这些仪器被设计成使ffiiM些系统所得到的光源定向信息的准确度最大化。
其他的光检测系统体积庞大、笨重，需要复杂的支持系统以用于其操作，并且 不便于携带。许多的这些光检测系统通常还需要密切关注以保护系统在确定光 源定向信息过程中免受损坏和移动或其他形式的干扰。
在一些情况下，可能需要在现场环境中检测光源相对于光检测器的定向。 在这种环境中，不论是在确定光源定向信息的过程中把系统从外部环境力量中 隔离出来，还是保护系统免受由于震动、磨损和石皮裂以及其他危害而造成的损 坏，维护光检观係统的实验室标准都可能不适用。因此，存在着对适于在其中 实验室对环境的控制不适用的J见场劍牛下确定光源定向信息的装置的需求。
和诚
在实施例中，提供了一种装置，该装置包括光波导束，所述光波导束包 括基本上沿波导束轴排列的多个光波导，每个光波导都具有被配置用于传送光
的纵向核；多个光波导均包括布拉格(Bragg)诞寸器，所述布拉格反射器被配 置成把从基本上横向于(transverse to)波导束的轴方向入射到光波导中的光耦 合进入纵向核中的传播模；并且多个纵向核中的每一个与被配置为检测在纵向 核中传送的光的光检测器进行^1信。在另一例子中，提供了一种工艺(process)，该工艺包括与多个光波导 中的每一个整体地(integrally)形 拉格反射器，光波导均具有被配置成传送 光的纵向核；形成光波导束，其包括基本上沿波导束轴排列的多个光波导，每 个布拉格反射器被配置成把从基本上横向于波导束轴的方向入射到光波导中的 光耦合进入纵向核中的传播樣并且放置多个纵向核，所述纵向核与被配置成 检测在纵向核中传送的光的光检测器进行光通信。
作为进一步的实现，提供了一种用于确定光源定向信息的方法，包括提 供一种装置，该装置具有..光波导束，所述光波导束包括基本上沿波导束轴排 列的多个光波导，每个光波导都具有被配置成传送光的纵向核；多个光波导均 包括布拉格反射器，所述布拉格反射器被配置成把从基本上横向于波导束轴的 方向入射到光波导中的光耦合进入纵向核中的传播模；多个纵向核中的每一个
都与被配置成检测在纵向核中传送的光的光检测器ia行光通信，从而产生光检
测娄鄉；以及被配置^每光检测娜齡(integrate)到光源定向信息中的处理 器；对光波导束进行定位以便暴露于待检测的光源；根据从基本上横向于波导 束轴的方向入射到光波导中的光，产生光检测数据；并且将光检测数据整合到 光源定向信息中。
基于对下面的附图和详细描述的研究，本发明的其他系统、方法、特征和 4尤点对本领域技术人员来说将是或将变得显而易见。所附禾又利要求旨在保护所 有这种附加的系统、方法、特征和优点，并把它们包括在本说明书内和本发明 的范围内。
附图简述
参考以下附图能更好地理解本发明。附图中的部件未必按照比例，而应把 重点放在说明本发明的原理上。此外，在附图中，贯穿于不同的视图中，相同 附图标记指代相应的部件。


图1歸出包括光纤束的光源定向检测器的透视图。 图2是沿线2-2示出来自图1中的光源定向检测器的光纤束的截面图。 图3歸出了具有棱镜行(prism row)形式的布拉格反射器的光纤的透视 图，所述棱镜行可以被包括在光纤束中。
图4是沿线4-4示出图3的光纤的截面图。
图5是示出可以被包括在光源定向检测器中的平面波导束的透视图。图6是沿线6-6示出图5的平面波导束的截面图。
图7是示出光波导束栅格(grid)的一部分的顶禾见图，所述栅格可以被包括
在图1所示的光源定向检测器中。
图8是用于实现图1的光源定向检测器的流程图，所述光源定向检测器包 括图7的光波导束栅格。
图9是4顿图1的光源定向检测器的实现的方法的流程图，所述光源定向 检测器包括图7的用于检测光源定向信息的光波导束栅格。
详细描述
图1 ^出包括光纤束102的光源定向检测器100的透卑见图。图2是沿线 2—2示出图1中的光源定向检测器100的光纤束102的截面图。
例如，光纤束102可以包括三个光纤104、 106和108。在一种实现中，光 纤104—108中的每一个都可以包括纵向核110。作为另一例子，每个纵向核110 都可以被覆层(cladding) 112围绕。例如，光纤104—108中的每一个还可以包 括在纵向核110上方并围绕纵向核110的保护夹套(jacket)(未示出)，并且 如果存在，还可以包括覆层112。光纤104—108可以围绕波导束轴114分隔并 基本上沿波导束轴114排列。应当理解的是，贯穿本说明书使用的"基本上沿波 导束轴排列"意思是光纤104—108中的每一个都或者被定向以基本平行于波导 束轴，或者光纤104—108可以形成螺旋(未示出)。例如，波导束核116 (在 图2中示出而在图1中省略)可以被插入在光纤104—108之间，从而保持光纤 间隔^M (alignment)。
在一种实现中，光纤104、 106禾口108可以分别包括布拉格反射器118、 120 和122。例如，布拉格RI寸器118—122可以在光纤104—108的纵向核110中形 成。在另一禾中实现中，在纵向核110中或在覆层112中或在这二者中，布拉格 反射器118—122可以沿着箭头124 tt定位置以基本上均匀的间隔围绕光纤 104—108的波导束轴114形成。
除了光纤束102之外，光源定向检测器100可以包括光检测器126、 128 和130。光检测器126、 128和130分别与光纤104、 106和108的纵向核110 进行光通信。在一种实现中，光检测器126_130可以是光电检测器 (photo-detector),例如半导体光电二极管。在另一种实现中，光检测器126、 128 和130中的一个可以与光纤104—108中多于一个光纤的纵向核进行)W信，并且被配置成产生和区分来自光纤的光检测数据。光源定向检测器100还可以包
括处理器132,所述舰器被配置成从光检测器126、 128和130接收光检澳擞 据并被编程以把这种数据整合到光源定向信息中。作为一种实现，处理器132 可以被适配成把光源定向信息传输到最终使用(end-use)系统134。在例子中， 最终《柳系统134可以不是光源定向检测器100的一部分。作为另一实现，最 终亍柳系统134可以构成光源定向检测器100的组成部分。
在光源定向检测器100的操作例子中，光纤束102可以被定位于某一位置， 该位置被选择成使布拉格反射器118、 120和122中的一个或多个暴露于外部光 源下以使得光源定向信息可以由光源定向检测器100产生。例如，外部光源(未 示出)可以按箭头136、 138或140之一的大体方向引导选定波长或波长范围的 光，箭头136、 138或140均从基勒黄向平面142中的不同方向与波导束轴114 交叉，该平面142由朝向光纤束102的箭头144和146来限定。作为进一步的 例子，光纤104、 106禾口 108可以在线148、 150和152上分别与基^f向平面 142交叉。在一种实现中，布拉格MI寸器118、 120和122中的每一个都可以被 配置为相长(constructively)反射在基:^黄向平面142上定向的选定波长或波长 范围的光，以便耦合进入光纤104、 106和108的纵向核110中的传播模。例如， 光可以在如箭头154指示的两个方向上被耦合到纵向核110中。在光纤104、 106 和108的任何一个中以箭头158的方向传播到光纤的上端156的光于是就可以 分别被光检测器126、 128和130检测到。光纤104-108的下端160同样可以分 别与光检测器126、 128和130或其他光检测器(未示出)进行^M信。光检测 器126、 128和130可以输出光检测数据到处理器132以便整合到光源定向信息 中。然后处理器132就可以把光源定向信息传输到最终使用系统134，该最终使 用系统被配置以使用该信息。
参考图2，在一种实现中，波导束核116可以包括合自(composition), 所述合成物吸收或反射并且基本上不邀寸(transmit)为布拉格反射器118、 120 和122选择的波长或波长范围的光。在本说明书中贯穿使用的术语"基本上不透 射"意思是被弓I导至合成物主体上的选定波长或波长范围的光强超过50%不会 被透射通过合成物主体。例如，布拉格反射器118可以接收箭头136方向上的 光，但是波导束核116可以M31布拉格反射器118阻止接收箭头138和140方 向上的光。在另一实现中，拉格反射器120可以接收箭头138方向上的光，但是波导束核116可以通过布拉格反射器120阻止接收箭头136和140方向上的 光。作为进一步的例子，布拉格Hlt器122可以接收箭头140方向上的光，但 是波导束核116可以通过布拉格反射器122阻止接收箭头136和138方向上的 光。应当理解的是，可以选择具有足够光灵驗的光检测器126、 128和130， 以使得即便是用合成物形成波导束核116，光源定向1^测器100仍可以起作用， 所述合成物邀诉皮弓l导至合成物主体上的选定波长或波长范围的光强50%I^M 多。同样应当理解的是，在波导束116中包括基本上不透射选定波长或波长范 围光的合成物有助于提高确定光源定向信息的准确度。
光纤束102中的布拉格反射器118、 120和122可以分别接收箭头136、 138 和140方向上的光，并且分别反射这样接收的光，以分别通过光纤104、 106和 108的纵向核110在箭头154的方向耦合到传播模中。箭头136、 138和140中 的每一个位于由箭头144和146所限定的基本横向平面142，箭头144和146 这二者可以垂直于箭头154和波导束轴114。箭头144、 146和154可以被认为 构鹏于光源定向信息的三维坐标的x-、 y-和z-轴。例如，由光检测器126、 128 和130所产生的光检测数据可以有效地确定与定向于在基本横向平面142内的 方向上的光源有关的x-和y-轴光源定向信息。但是，来自不定向于基本横向平 面142内的方向上的源的光可能不会被布拉格反射器118-122反射到在光纤 104-108的纵向核110内的传播模中。因此，光源定向检测器100不育旨有效产生 与不定向于基本横向平面142内的光源有关的z-轴光源定向信息。在一个例子 中，具有定向于不平行于波导束轴114的方向上的并且与附加的光l^测器(未 示出)进行 信的波导束轴162的第二光纤束(未示出)可以被包括在光源 定向检测器100内。波导束轴114上的第一光纤束102与波导束轴162上的第 二光纤束(未示出)的非平行排列可以使光源定向检测器100能够确定与从任 何朝光纤束的方向^l寸光的光源有关的三维x-、 y-和z-轴光源定向信息。
在一种实现中，布拉格反射器l 18-122可以是光纤104、 106和108的结构 内的布拉格光栅(grating)。布拉格光栅形式的布拉格反射器118-122可以在纵 向核110之内或覆层112之内或两者之内围绕光纤104-108的纵向轴114定位。 例如，布拉格光栅可以包括在光纤结构内的平行且周期性地间隔开的盘状区域 的堆叠(stack)，其具有比紧紧围绕该结构的区域更高的折射率。例如参考布 拉格反射器120，在一种实现中，该堆叠可以被如此定向，其中^h盘状区域基本上横向于光纤104、 106和108的纵向轴164。在一种实现中，周期性间隔距
离可以是基本上均匀的。通过布拉格效应，折射率的变化可以翻寸和有选择性
地反射通过光栅的光。于是，具有等于周期性间隔距离"n"或是其倍数的选定波 长的光可以被同相地翻寸，以使得光波相长干涉和被反射。例如，选定波长可 以基本上等于从ln、 2n、 311...等中选择出的周期性间隔距离的倍数。可以选择 盘状区域的定向，以使以箭头136的方向进入布拉格反射器120的选定波长的 光可以被反射以在箭头154的方向上在光纤106的纵向核110中传播。该劍寸 的强度可能受到如周期性间隔距离的均匀性、堆叠中盘状区域的数量和盘状区 域与该结构周围区域的折射率相比较的差别所影响。具有相对均匀的周期性的 间隔距离、相对均匀的盘状区域尺寸、和在堆叠中相对较多的盘状区域的布拉 格光栅可以相长地以相对较大的强度、以等于盘状区域之间的距离的波长对光 进行反射。此外，盘状区域与该结构周围区域的折射率相比较具有相对较大差 别的布拉格光栅可以相长地以相对较大的强]1^ 行刻寸。
例如，布拉格反射器120中的周期性间隔距离可以不是完全均匀的。在这 个例子中，处于以箭头136的方向SA布拉格刻寸器120的波段内的波长的光 可以相长干涉并且被反射以便以箭头154的方向在光纤106的纵向核110内传 播。在一种实现中，可以通过形成具有以与相应波长范围相等的距离范围周期 性间隔的盘状区域的堆叠的布拉格反射器120 择波段以便在光纤106的纵 向核110中这样传播。例如，在选定波长之上或之下范围内的波长的逐渐减小 的反射强度的反射波长范围内，这种布拉格反射器120可以具有选定的峰值反 射强度的波长。在一种实现中，布拉格反射器120在约0.5纳^更小跨度的窄 波长范围内可以具有可检测的反射强度。作为另一例子，布拉格g器120在 高达约3纳米跨度的宽波长范围内可以具有可检测的反射强度。
在一种实现中，通过形成具有以与待检测的相应波长范围相等的距离范围 周期性间隔的盘状区域的堆叠的布拉格Hlt器，可以为布拉格反射器120选择 波段。例如，可以根据待确定的光源定向信息来选择光源。可以识别光源的工 作波长范围，并且随后就可以形成具有以与光源的工作波长范围相等的距离范 围周期性间隔的盘状区域的堆叠的布拉格反射器。在一种实现中，光源可以是 在激光波长或激光波段内工作的激光光源。这种激光光源例如可以被用于为已 发射的武器的送达标记目标，或可被用于传送光通4言信号。包括布拉格反射器120的光源定向检测器100可以检测在箭头136方向上接收的选定波长或波段范
围的光。在一种实现中，诸如太阳光、月光、或来自诸如路灯、闪光灯或室内
照明的另一光源的光之类的背景光可能不会被光源定向检测器100检测亂这 是因为这些光源可能不会在箭头136的方向上弓l导选定波长或波长范围的光的 可检测强度。
作为另一例子，光源定向检测器可以包括第二光纤束，该光纤束定向于与 波导束轴114不平行的轴。布拉格反射器118、 120和122均可以包括盘状区域 的堆叠，所述盘状区域以相同的选定距离或相同的选定距离范围周期性地间隔。 在这个例子中，以箭头136、 138和140的方向分别iSA布拉格反射器118、 120 和122的相同波长或相同波长范围的光可以相长干涉并且被反射以在箭头154 的方向上分别在光纤104、 106和108的纵向核110中传播。作为进一步实现， 在定向于波导束轴162上的第二光纤束(未示出)中的布拉格反射器(未示出) 同样均可以包括以相同的选定距离或相同的选定距离范围周期性间隔的盘状区 域的堆叠。在这个实现中，选定波长或选定波长范围内的光也可以进入第二光 纤束的布拉格反射器，以使得光源定向检测器100可以产生在箭头144、 146和 154方向上的三维光源定向信息。
作为进一步的例子， 一个或多个光纤104、 106和108可以包括多个(未示 出)拉格反射器，所述布拉格反射器在波导束轴114的方向上以一个或多， 定的间距彼此间隔开，任意一个光纤中的多个拉格反射器中的每一个都包括以 相同的选定距离或相同的选定距离范围周期性间隔的盘状区域的堆叠。结果， 多个拉格反射器的每一个在箭头154的方向上在光纤104、 106和108的纵向核 110中传播相同波长或在相同波长范围内的光。在没有这种传播波长均匀性的情 况下，光纤104、 106或108内的布拉格Rlt器可以阻止对彼此传播的光的传输。 与布拉格反射器中的任何一个可以传送的相比，包括具有传播波长均匀性的多 个布拉格反射器的光纤104、 106或108可以以这种方式分别向光检测器126、 128和130传送更强的光。此外，来自定向于与基本横向的平面142平行的一个 或多个平面(未示出)的光源的光可以iSA并且在光纤104、 106和108中的一 个或多个内间隔开的多个布拉格反射器中的一个内传播。另外，为了有效地形 成间歇的(intermittent)布拉格劍寸器，与跨越沿多个布拉格反射器全部之间的 波导束轴114的总距离的单个布拉格g器的形成相比，在光纤104、 106或108上以选定距离彼此间隔开的多个布拉格反射器的形成可能需要较少的资源。选
定的距离至少等于待测光的选定波长。在另一实现中，光纤104、 106或108上 的多个布拉格反射器可以跨越沿纵向核110的最力巨离以增加由箭头154所指 示的y-轴上的距离，在其上光源定向检测器100可以确定光源定向信息。
在另一实现中，光源定向检测器100可以包括两个附加的光纤束(未示出), 所述光纤束具有与如以上针对波导束轴114和162戶厢 释的相同方式定向于两 个不同方向的波导束轴，这两个附加的光纤束均具有布拉格反射器，所述布拉 格反射器包括以第二选定距离或第二选定距离范围周期性间隔的盘状区域的堆 叠。在这个实现中，光源定向检测器100可以产生与具有两个不同波长或具有 两个不同波长范围的光源有关的光源定向信息。
在一种实现中，光源定向检测器100可以包括闪耀(blazed)布拉格光栅形 式的布拉格反射器120。例如，可以选择闪耀布拉格光栅形式的布拉格反射器 120，以使得来自不定向于基本横向平面142内的光源的选定波长或选定波长范 围的光可以在光栅中相长干涉，并在箭头154的方向上在光纤106的纵向核110 内传播。在一种实现中，光源定向检测器100还可以包括闪耀布拉格光栅形式 的布拉格反射器118和122。作为另一例子，可以选择闪耀布拉格光栅并且将其 包括在具有波导束轴162的光纤束(未示出)中，以使得选定波长,定波长 范围的光可以在基本横向平面142中iSA闪耀布拉格光栅，相长干涉并且被反 射以在波导束轴162的方向上在光纤束的光纤(未示出)的纵向核内传播。在 一种实5见中，如在非闪耀光栅内，闪耀布拉格光栅形式的布拉格反射器120可 以在光纤结构中包括平行且周期性间隔的盘状区域的堆叠，其具有比紧紧围绕 该结构的区域更高的折射率。另外在这个实现中，每个盘状区域可以包括不与 波导束轴垂直定向的平坦表面。
作为进一步的例子，布拉格反射器120可以在光纤结构内包括平行并且周 期性间隔的盘状区域的堆叠，其具有比紧紧围绕该结构的区域更高的折射率。 盘状区域的和周围区域之间折射率之间相对较小的差异引起在布拉格反射器 120中相对较大的波段。在另一实现中，布拉格反射器120可以是任何类型的波 长可调光栅，所述光栅可以被嵌入、蚀刻、印刻(imprint)、或其他方式形成 在光纤106内。
在一种实现中，光纤104、 106和108可以是任何类型的包括纵向核110的并能够在箭头154的方向JJI51纵向核传播光的光纤。例如，可以利用单模
或多模的光纤。在另一实现中，光纤104、 106和108可以由无机合成物或有机 合成物或fc者形成。例如，光纤104、 106和108可以由基于二氧化硅的合成 物来形成，所述合成物被适当掺杂以限定覆层112所围绕的纵向核110之间的 折射 度。在另一实例中，可以省M层。在另一实现中，光纤104、 106和 108可以由定义这种折射 度的聚合物形成。
在一种实现中，可以选择光纤104、 106和108以包括在箭头136、 138和 140的方向上具有相对大的直径的纵向核110。例如，这样的光纤104、 106和 108可以在箭头154的方向上以相对高的强度传播光。作为一种实现，可以利用 在箭头136、 138和140的方向上具有总直径在大约125微米到大约0.3毫^ 间的范围内的光纤104、 106和108。虽然光纤104、 106和108的纵向核110 和覆层112在图2中用圆形截面示出，但是应当理解的是可利用具有其他截面 糊犬的光纤。在一个实例中(未示出)，光纤104、 106禾口 108可具有"D"纖 面。
图1示出包括三个光纤104、 106和108的光纤束102。应当理解的是(未 示出)光纤束102可以包括多于或少于三个光纤。例如，光纤束102可以包括 两个、四个、五个或六个光纤。在其中光纤束102包括三个光纤104、 106和108 的实现中，光纤可围绕波导轴114呈大约一百二十度(120°)的径向角定向，如 箭头166所示。作为另一实例(未示出)，五个光纤可围绕波导轴114呈大约 72°的径向角彼此定向。例如，光源定向检测器100可以包括三个光纤束，分别 包括光纤104和106、光纤106和108以及光纤104和108。由三个光纤束共同 产生的光检测数据可以被传送到光检测器126-130并由处理器132整合到光源定 向信息中。
波导束核116可以包括束核合成物，该合成物吸收针对布拉格反射器 118-122的选定波长或选定波长范围的光。在这个实现中，如前面所论述的，来 自外部源的光因此可以被约束成仅从基本上横向于波导束轴114的限定范围的 不同方向到达布拉格反射器118-122中的每一个。例如，束核合成物可以包括染 料，该染料吸收分散(d邵erse)在可聚合材料中的选定波长鹏定波长范围的 光。在一种实现中，可聚合材料可以是胶合成物。作为进一步的例子，所述可 聚合材料可以形成这样波导束核116，所述波导束核116在箭头136、 138和140的方向上就光纤束102沿波导束轴114的偏移而言具有选定硬度和弹性
(flexibility)。
在一种实现中，光检测器126-130可以是被隨成接收分别从光纤104-108 的上端和下端156和160魁寸的光并分析光的光电检测器。例如，可以对光检 测器126-130进行配置以测量从光纤104-108的上端和下端156和160刻寸的光 的强度，并且输出强度测量结果作为光检测数据。在一种实现中，光检观U器 126-130可以是半导体光电二极管。例如，光检测器126-130可以将光强测量结
果转换为电子光检测数据。
在一种实现中，鹏器132可以被配置成从光检测器126-130接收光检测 数据。例如，处理器132可以j顿光检测数据来比较分别从光纤104、 106和108 接收到的光强。例如，处理器132可以被配置成也针对箭头144、 146和154来 获得与布拉格反射器118-122的定向有关的布拉格反射器定向数据。例如，处理 器132可以进一步被配置为针对其他波导束的轴(如在波导束轴162)上的任何 附加光纤束获得与波导束轴114上的光纤束102的定向有关的布拉格反射器定 向数据。处理器132另外可被配置劍每光检测数据和布拉格反射器定向数据结
合在一起来计算光源定向信息。作为另一例子，处理器132可以被ma成接收
与光源定向检测器100的位置有关的诸如封求定位卫星数据之类的卫星定位系 统("SPS")数据，并且在计算光源定向数据中包含这种数据。应当理解的是， 处理器132可以构成光源定向检测器100的组成部分，或可以被分离安置。应 当进一步理解的是，最终j顿系统134可以与光源定向检测器100结合，或可 以被分离安置。例如，最终使用系统134可以被配置成使用光源定向信息来控 制攻击性或防御性，。
图3示出具有棱镜行302形式的布拉格反射器的光纤300的透视图，其可 以被包含在光纤束中。图4是沿着线44示出图3的光纤300的截面图。光纤 300可以包括纵向核304。在一种实现中，纵向核304可以被覆层306所围绕。 例如，棱镜行可以包括一行平行的棱镜308、 310、 312、 314、 316和318，所述 棱镜被配置为对选定波长或选定波长范围内的光进行折射以使光在光纤300的 纵向轴320的方向上传播ffi31纵向核304。例如，棱镜308-318可包括相对于纵 向轴320以45度角定向的表面。该行可如图3所示那样定向，其中每个棱镜被 定向成基本上横向于纵向轴320。例如，棱镜308-318可以被定位在光纤300的纵向外部(exterior) 322上。在一种实现中，棱镜308-318可以以基本上均匀的 间隔距离分隔开。具有选定波长或在选定波长范围内的光可以ffiil棱镜308-318 被同相折射，以使得光波相长干涉和被反射。可以选择棱镜的定向，以使得以 箭头324的方向进入棱镜行302的选定波长^选定波长范围内的光可以被反 射以沿纵向轴320的方向在光纤300的纵向核304内传播。在一种实现中，光 纤300可替代以上所i仑述的并在图1和2中示出的光纤104、 106和108中的一 个或多个。应当理解的是，包括在棱镜行302中的棱镜的数量可以改变。应当 理解的是，棱镜行可被另一类型的周期性阵列替代，其既允许选择性的光反射， 又允许反射)W过阵列传输以便在光纤300的纵向核304中传播。例如，可利 用光晶体。作为进一步的实现，光源定向检测器100可以包括光波导(未示出)， 所述光波导均具有一个或多个布拉格反射器，所述布拉格反射器采用以下形式: 光栅、棱镜行、光栅和棱镜行的组合、或其他包括可以将光选择性地反射、折 射或翻寸iiA光波导核中的传播模的表面的结构。
图5是示出可以被包括在光源定向检测器100中的平面波导束500的透视 图。图6是沿着线6-6示出图5的平面波导束500的截面图。在--种实现中，平 面波导束500在光源定向检测器100中可替代光纤束102和诸如被定向在波导 束轴162上的光纤束(未示出)之类的任何附加光纤束。在本说明书中贯穿使 用的术语"光波导"包括光纤、平面波导、和利用折射率梯度来构成用于传输光 的波导的任何其他结构。在本说明书中贯穿4顿的术语"光波导^'包括光纤束、 平面波导束、和用任何其他这种结构形成的束。
例如，平面波导束500可以包括四个平面波导502、 504、 506和508。在 一种实现中，平面波导502-508中的每一个可以包括纵向核510。例如，纵向核 510可以被覆层512所围绕。平面波导502-508可以被分隔开并基本上沿着围绕 波导束轴514排列。例如，波导束核516 (在图6示出但在图5中省略)可以被 插入在平面波导502-508之间以保持平面波导这样间隔校直。
在一禾中实现中，平面波导502、 504、 506和508可以分别包括布拉格反射 器518、 520、 522和524。例如，布拉格励寸器518-524可以在平面波导502-508 的纵向核510中形成。作为进一步的例子，布拉格反射器518、 520、 522和524 中的每一个可以包括在平面波导结构内的平行且周期性间隔的盘状区域的堆 叠，其具有比紧紧包围该结构的区域更高的折射率。在另一实现中，布拉格反射器518-524可被形成于纵向核510中或覆层512中的选定位置或沿着箭头526 的选定位置而形成于这二者中。参考图6，在一种实现中，波导束核516可以包 括吸收为布拉格反射器518-524所选择的波长或波长范围的光的合成物。
作为一种实现，平面波导502、 504、 506和508的纵向核可以采用与结合 图1和2所论述的相同方式与光检测器126、 128、 130及附加的光检测器(未 示出)分别进行^1信。光检测器126、 128、 130及附加的光检测器(未示出) 可以例如以与结合图1和2在上面所论述的相同方式与处理器132謝fffi信。
在包括平面波导束500的光源定向检测器100的操作实例中，该平面波导 束可以被定位在某一位置，该位置被选择成使布拉格反射器518-524暴露于外部 光源以使得可以ilil光源定向检测器100来产生光源定向信息。例如，外部光 源(未示出)可以把在由箭头530和532所限定的基本横向平面142中的箭头 528的大体方向上的选定波长或波长范围的光朝着平面波导束500引导。在一种 实现中，布拉格反射器518-524中的每一个可以被配置成相^M反射定向于基本 横向平面142中的选定波长或波长范围的光以便耦合iSA平面波导502-508的纵 向核510中的传播模。例如，光可以在波导束轴514的两个方向上被这样耦合 到纵向核510中。平面波导502-508的低端同样可以分别与光检测器126、 128、 130及附加的光检测器(未示出)，或与其他光检测器(未示出)进行舰信。
在一禾中实现中，布拉格反射器518-524可以是平面波导502、 504、 506和 508的结构内的布拉格光栅。布拉格光栅形式的布拉格反射器518-524可以被定 位在纵向核510内或覆层512内或两者之内的平面波导502-508内。上述结合图 1和2的所进行的关于结构、定向、周期性间隔距离、波^it择性、？贩、包含 定向于与平面波导束500相同或不同方向的附加平面波导束上的布拉格光栅、 包含间歇的布拉格光栅、包含闪耀光栅、和其他如上讨论的布拉格反射器 118-122的选择和操作的预期变化的实施方式的讨论，也完，用于布拉格^l寸 器518-524。
作为进一步的例子，布拉格反射器518可以包括在平面波导结构内的平行 且周期性间隔的盘状区域的堆叠，其具有比紧紧围绕该结构的区域更高的折射 率。盘状区域与围绕区域之间的折射率的相对较小的差异弓胞布拉格反射器518 内相对较大的波段。在另一实现中，布拉格反射器518可以是任何类型的波长 可调光栅，所述光栅可以被^A、蚀刻、印刻或以其他方式形成在平面波导502中。
在一禾中实现中，平面波导502-508可以是任何类型的包括纵向核510并能 够在波导束轴514的方向上通过纵向核传播光的平面波导。例如，平面波导 502-508可以由无机合成物或有机合成物或两者来形成。例如，平面波导502-508 可以由基于二氧化硅的合成物形成，所述合成物被适当地掺杂以限定由覆层512 围绕的纵向核510之间的折射 度。在另一实现中，平面波导502-508可以由 限定这种折射率梯度的聚合物形成。在一种实现中，可以选择平面波导502-508 以包括沿线6-6具有相对^的横截面积的纵向核510。
图5示出包括四个平面波导502、 504、 506和508的平面波导束500。应 当理解的是(未示出)平面波导束500可以包括多于或少于四个平面波导。例 如，平面波导束500可包括两个、三个、五个默个平面波导。在其中平面波 导束500包括四个平面波导502、 504、 506和508的实现中，平面波导可以围 绕波导束轴514以大约90°的径向角彼此定向。
波导束核516可以包括束核合成物，该合成物以与上面针对光纤束102所 论述的相同方式吸收针对布拉格反射器518-524的选定波长S5^定波长范围的 光。
图7歸出光波导束栅格700的实施的一部分的顶视图，该栅格可以被包 括在图1所示的光源定向检测器100内。例如，光波导束栅格700可以包括光 纤束702、 704、 706、 708、 710和712。在一种实现中，光纤束702-712中的每 一个可以具有与前面论述的光纤束102相似的结构，每一个可以包括与前面论 述的波导束核116相似的波导束核(未示出)，并且每一个可以采用与上面结 合光源定向检测器100的光纤束102所论述的相同方式与光检测器(未示出) 及处理器(未示出)进行通信。应当理解的是，平面波导束或另一类型的光波 导束可以采用上面结合图5和6所讨论的相同方式替代任意或所有光纤束 702-712。
例如，光纤束702、 704和706中每一个可以包fM常定向于箭头716的方 向的多个光纤714;并且光纤束708、 710和712中的每一个可以包括通常定向 于箭头718的方向的多个光纤714。在一种实现中，箭头716和718可以是正交 的，从而限定了栅格平面。例如，光纤束702-706可以如图7中所示的那样与光 纤束708-712交织，以形成光波导束栅格700。在进一步实例中，光波导束栅格700可以包括附加的光纤束(未示出)，其均通常定向于箭头716或箭头718 的方向，或定向于栅格平面中的其他方向。在一种实现中，光波导束栅格700 本身可以与通常定向于箭头716方向的纺织纤维(textile fiber) 720和通常定向 于箭头718方向的纺织纤维722交织。例如，纺织纤维720和722可以构成织 物。在另一实现中，纺织纤维720和722可以是适用于构成织物的任何类型的 纺织纤维，例如天然的或合成的纺织纤维。在本说明书中贯穿4顿的术语"纺织 纤縱'意指适用于构成任何类型的织物的任何纤维、丝线(filament)、纱(yarn) 等等。例如，可以为光波导束栅格700选择具有适合于指定最终JOT应用的弹 性和耐用性的纺织纤维720和722。
在一种实现中，光波导束栅格700可以与纺织纤维720和722交织以形成 织物，所述织物适用于包含在士兵、执法公务员、或其他人或动物武器目标所 穿着的外套夹克或其他衣服。例如，光纤束702-712可以被安置成以针对光纤束 皿所论述的并在附图l-4中示出的相同方式与光检测器(未示出)进行通信。 在一种实现中，光检测器(未示出)可以被配置成测量从光纤714的末端划寸 的光强，并输出强度观懂结果作为光检测数据。例如，光检测器可以将光强测 量结果转换为电子光检测数据。在一种实现中，如此与光检测器和处理器(未 示出)相结合的夹克或其他衣服中的光波导束栅格700可以检测A^卜部光源引 导至恍波导束栅格700上的激光。例如，外部光源可以是禾,激光乡魏U目标的 激光指挥系统，其随后弓l导诸如子弹之类的武器攻击目标。采用以上针对光源 定向检测器100所论述的相同方式，光波导束栅格700可以确定关于外部光源 的光源定向信息。例如，以与针对光源定向检测器訓所论述的相同方式与光 波导束栅格700相结合的处理器(未示出)可以把光源定向信息传送至撮终使 用系统(未示出)。在一种实现中，最终使用系统可以被配置成保护士兵、执 法公务员、或其他潜在武器目标免受激光瞄准武器的袭击。作为另一例子，最 终使用系统可以被配置成控制武器以便攻击激光源和任何操作激光源的人。
例如，光纤束702、 704、 706、 708、 710和712可以分别包括布拉格反射 器724、 726、 728、 730、 732和734。例如，包括布拉格反射器724的光纤束 702可以替代以上结合图14所讨论的光纤束102和布拉格反射器120。例如， 诸如在图2中所示的波导束核116之类的波导束核可以被插入在光纤714之间， 以保持光纤束702-712中每一个光纤束的光纤间隔皿。例如，光纤束702还可包括布拉格则寸器736和738，分别替代以上结合图14所讨论的布拉格g器 118禾n 122。在一种实现中，光纤束704、 706、 708、 710和712还可以以类似 方式分别包括除布拉格反射器726、 728、 730、 732和734之外的布拉格反射器。 以上结合图1-6所进行的针对光纤束102的关于结构、定向、合成物、包 含布拉格反射器、包含定向于相同或不同方向的附加光纤束上的布拉格反射器、 和上面讨论的光纤束102的结构和操作的其他预期变化的实施方式的讨论也完 顿用于光波导束栅格700。更进一步，以上结合图1-6所进行的针对布拉格反 射器118-122的关于结构、定向、周期性间隔距离、波微择性、纟贩、包含布 拉格栅格、包含间歇布拉格栅格、包含闪耀栅格、和在上面讨论的布拉格反射 器118-122的选择和操作的其他预期变化的实施方式的讨论也完，用于光波 导束栅格700。
图8是用于构成图1的包括图7中的光波导束栅格700的光源定向检测器 IOO的实现的流程图。过程开始于步骤802，然后在步骤804可以形成或提供多 个诸如光纤714之类的光波导，每一个光波导都具有被配置成传送光的纵向核 740。在以下的论述中，图1和7中所示的光纤束102和702分别被认为是等价 的并且可被互换地论述。例如，可以形成或提供与在图1和2中所示的光纤束 102中的光纤104、 106禾口 108类似的光纤。应当理解的是，可以如上面结合图 3和4所讨论的那样在一些或所有的光纤714上形成棱镜棒(bar)，而不是诸 如布拉格反射器724-734之类的布拉格础寸器。应当进一步理解的是，其他， 的光波导，例如以上结合图5和6所讨论的平面波导502-508可以替4t光纤714 中的一些或全部。
在步骤806，可以在光纤714中形成布拉格R^器724-734。例如，可以形 成与如以上所讨论的分别在光纤104、 106和108中形成的光纤束102中的布拉 格劍寸器118、 120和122类似的布拉格反射器。例如，布拉格反射器118-122 可以关于光纤104-108中每一个光纤的纵向轴164以选定方式排列，布拉格目 器被配置成把具有选定波长或选定波长范围内的光弓(入光纤以便在纵向核110 中传播。
在一种实现中，为布拉格反射器118-122所选择的波长可以考虑形成光纤 104-108所用的合成物的反射率。例如，布拉格反射器可以用掺锗二氧化硅 (Ge-doped silica) M51有选择性的破坏在掺锗二氧化硅中的原T^来形成。在一种实现中，可以用紫外光m3i薄而平的具有开口的硅板来照射掺锗二氧化硅，
所述开口被图案化以构成相位掩模(phasemask)。例如，脉冲紫外激光可以通 过这种相位掩模以高强度照射诸如光纤104-108之类的掺锗二氧化硅光纤达数 併中。被如此暴露于紫外光的光纤104-108区域的折射率相对于邻近的未暴露区 域可被引起微分地(differentially)增加。暴露区域可以对应于具有微分增加的 折射率的掺锗二氧化硅中的选定三维光栅盘。作为另一例子，通过在用相位遮 蔽的紫外激光照射之前暴露于氢气对光纤104-108的预处理可使得图案化的微 分折射率增加达到大约1%。
可以把相位掩模间隔选择为与为布拉格反射器118-122选择的波长大致相 同的距离。作为另外的例子，可以把相位掩模间隔选择为在与为布拉格反射器 118-122选择的波长范围大致相同的范围内变化。在另一实现中，所要使用的相 位掩模间隔的计算可以考虑掺锗二氧化硅的折射率。布拉格反射器118-122所反 射的光在空气中的波长大约等于n倍的D，这里n—参锗二氧化硅的折射率，并 且D-在布拉格反射器内具有微分增加的折射率的盘之间的周期性间隔距离。例 如，如果周期性间隔距离=0.5 并且，維二氧化硅的折射率=1.47，那么在空 气中传播的光的选定波长=5贫 乘以1.47=735货 。因此， 一旦通过光源定 向检测器100选择了用于在空气中检测的光的波长，就可以计算出相应的周期 性间隔距离和相应的相位掩模间隔。在另一实现中，由于布拉格反射器的温度 影响其内部光的折射率，所以对待使用的相位掩模间隔的计算可以考虑光源定 向检测器100将被用于其中的环境的^jt条件。
在步骤808，可以形成可以采用光纤束702-712形式的多个光波导束，例如， 其均具有与光纤束102相似的结构。在一禾中实现中，光纤束702例如可以包括 波导束核(未示出)，并且可以采用与上面针对图2中所示的布拉格反射器 118-122所论述的相同方式把来自外部源的光约束为仅从基本上横向于波导束 核的限定范围的不同方向到达布拉格反射器736、 724和738中的每一个。光纤 束704-712同样可以包括这样的布拉格反射器(未示出)，所述布拉格则寸^l皮 配置成使得可以把来自外部源的光约束为仅从基本上横向于波导束核的限定范 围的不同方向到达每一个布拉格反射器。例如，然后，光检测器(未示出)可 以被隨成定性地测量从光纤714的末端鄉的光是否存在，并输出结果的开 关数据作为光检测数据。然后，处理器可以将布拉格反射器定向信息与开关数据相结合以产生光源定向信息。
在一种实现中，形成光纤束702-712中的每一个可以包括对基本上沿着并 围绕波导束轴(未示出)排列的光纤714进行定向，且同时形成和固化(soMfy) 波导束核(未示出)以产生与图2中所示的光纤束102的结构對以的结构。
在步骤810，可以形成光波导束栅格700，该栅格包括多个诸如光纤束 702-712之类的光波导束，每一个光波导顿常被定向于例如fflil箭头716和718 所限定的栅格平面中的选定方向。在一种实现中，光波导束栅格700的形成可 以包括将诸如光纤束702-712之类的光纤束和诸如纺织纤维720和722之类的纺 织纤维交织在一起。在另一例子中，或者可以提供包括纺织纤维720和722的 预制织物并且可以将诸如光纤束702-712之类的光纤束编织进织物，或者可以将 纺织纤维720和722编织进预制的光波导束栅格700。
在步骤812，可以采用以上结合图1所讨论的相同方式方i(g诸如光检测器 126-130之类的光检测器以便与光波导束栅格700的多个光纤714的纵向核740 进^1信。在步骤814，可以采用以上结合图1所讨论的相同方式放置处理器以 与诸如光检测器126-130之类的光检测器进^I信，并且对 器进行配置以将 光检测数据整合到光源定向信息中。在另一实现中，处理器还可以接收和整合 布拉格反射器定向数据。作为进一步的例子，处理器另外可以接收和整合卫星 定位系统 。然后，过程可以在步骤816结束。
图9是方法900的流程图，该方法用于^ra包括图7的光波导束栅格的图 1的光源定向检测器的实m^产生和禾,光源定向信息。方法900开始于步骤 902，并且在步骤904可以形成具有与上面针对图1-7所讨论的结构的光源定向 检测器。光源定向检测器可以包括光波导束栅格700， 一个或多于一个诸如光检 测器126-130之类的与光波导束栅格中的光纤714进^ ffi信的光检测器，以及诸 如处理器132之类的与一个或多个光检测器进4fffi信的处理器。
在步骤906，可以禾,有关布拉格反射器的布拉格反射器定向 诸 如处理器132之类的处理器进fili程，所述布拉格反射器例如是可被包括在光 波导束栅格700中的布拉格HI寸器724-734。在步骤908，可以对光波导束栅格 700进行定位以便暴露于待检测的光源。例如，光波导束栅格700可以被包括到 外套夹克或其他被士兵、执法公务员、或其他人^^力物武器目标穿着的衣服内， 其被配置成使得一个或多^;^t测器可以与可以^^用光纤714形式的光波导进4预信，并且使得处理器可以与光检测器进行通信，如先前所解释的那样。在 一种实现中，当位于可能存在敌方人员操作激光一瞄准武器的区域时，士兵或 执法公务员就可以穿着所述外套夹克或其他衣服。例如，敌方人员可能试图用 激光"描绘"出士兵或执法公务员以弓1导子弹、导弹等等到达目标。
在步骤910，光波导束栅格700可以被敌方人员所操作的激光纟魏'j。然后，
可以舰光检测器126-130检测到光波导束栅格700中的布拉格则寸器724-734 所接收的激光，所述光检测器产生诸如光强 之类的光检测数据。
在步骤912，处理器132可以接收来自光检测器126-130的光检测 并将 其与布拉格皿器定向 —起整合到光源定向信息中。在步骤914，可以接收 光源定向信息并将其用来控制最终使用系统。在一种实现中，最终使用系统134 可以被配置成保护士兵或执法公务员免受激光瞄准武器的袭击。例如，最终使 用系统134可以控制防御性武器的^l寸和瞄准，或发出警报以提醒士兵或执法 公务员敌方人员的位置。作为另一例子，最终使用系统可以被配置成控制攻击 性武器，以攻击激光源和任何操作激光源的敌方人员。然后，该方法可以在步 骤916结束。应当理解的是，例如，步骤904可以包括形成光波导束而不是形 成光波导束栅格。应当进一步理解的是，可以省略步骤906，并且步骤912可以 包括使处理器将光检测数据整合到光源定向信息中。应当附加理解的是，可以 省略步骤914。
可在最终使用应用中禾,光源定向检测器100，在这些应用中需要弹性的、 耐用的(durable)和灵敏的光检测器，所述检测器能够确定光源相当于检测的 定向。光源定向检测器可容易地与其他材料结合以形成具有选定结构的完整装 置。例如，多个光源定向检测器100可以与纺织纤维结合成织物，该织物继而 可以形成任何选定的基于织物的结构。作为基于织物的结构的例子除外部夹克 之外，包括光源定向检测器100的织物也可以被制成峰、防xK布、帆、帽子、 裤子、背心和衬衫。
尽管在前的描述在一些情况下提及光纤和布拉格反射器，但应当意识到， 主题不限于这些结构或在附图中示出的结构。诸如平面波导之类的其他波导可 以替代光纤。棱镜棒可以替代布拉格^l寸器。光波导、光波导束，布拉格反射 器、棱镜棒、和光波导束栅格的其他形状、配置、数量、和位置也被包含。任 何可得益于对这里所公开的和在附图中示出的光源定向检测器的禾IJ用的最终使用应用被包含。
此外，应当理解的是，出于描述和说明的目的，前面已经给出了对多个实 现的描述。本说明不是穷举的并且不旨在把所请求保护的发明限制于所公开的 明确形式。根据以上描述可能进行修改和改变，或者从本发明的实施中可能获 得修改和改变。权禾腰求及其等同物限定了本发明的范围。
权利要求
1、一种装置，包括光波导束(102)，包括基本上沿波导束轴(114)排列的多个光波导(104)、(106)、(108)，每个光波导都具有被配置成传送光的纵向核(110)；多个光波导均包括布拉格反射器(118)、(120)、(122)，所述布拉格反射器被配置成把从基本上横向于波导束轴的方向入射到光波导中的光耦合进入纵向核中的传播模；并且多个纵向核中的每一个与被配置成检测在纵向核中传送的光的光检测器(126)、(128)、(130)进行光通信。
2、 如权利要求1所述的装置，其中多个布拉格反射^l皮配置成耦合从基本 上横向于波导束轴的不同方向入射的光。
3、 如权利要求l所述的装置，其中光波导束包括多个光波导，所述多个光 波导M31在光波导之间插入的波导束核(116)而保持校直。
4、 一种工艺，包括与多个光波导中的每一个整体地形成布拉格反射器，所述光波导均具有被 配置成传送光的纵向核；形成光波导束，所述光波导束包括基本上沿波导束轴排列的多个光波导， 每个布拉格反射器被配置成把从基本上横向于波导束轴的方向入射至恍波导中 的光耦合i4A纵向核中的传播模；以及放置多个纵向核，所述纵向核与被配置成检测在纵向核中传送的光的光检 测器进行^il信。
5、 如权利要求4所述的工艺，其中与多个光波导的每一个整体地形鹏拉 格反射器包括对多个布拉格反射器进行配置以耦合从基本上横向于波导束轴 的不同方向入射的光。
6、 如权利要求4所述的工艺，其中形成光波导束包括安排多个光波导，所述多个光波导通过在光波导之间插入的波导束核而保持ra:。
7、 一种确定光源定向信息的方法，包括提供装置，所述装置具有光波导束，所述光波导束包括基本上沿波导束 轴排列的多个光波导，每个光波导都具有被配置成传送光的纵向核；多个光波导均包括布拉格反射器，所述布拉格皿器被配置成把从基本上横向于波导束 轴的方向入射至恍波导中的光耦合进入纵向核中的传播樣多个纵向核中的每 一个与被配置成检测在纵向核中传送的光的光检测tl进行光通信，从而产生光 检测翻；以及处理器132，被配置成将光检测娜齡到光源定向信息中； 对光波导棘行定位以暴露于待检测的光源；通过检测从基本上横向于波导束轴的方向入射到光波导中的光来产生光检测数据；以及将光检测 整合到光源定向信息中。
8、 如权利要求7所述的方法，其中提供體包括提供多个布拉格反射器， 所述布拉格反射器被配置成耦合从基本上横向于波导束轴的不同方向入射的 光。
9、 如权利要求7所述的方法，其中提供装置包括提供包括多个光波导的光 波导束，所述多个光波导通过在光波导之间插入的波导束核而保持校直，并且 包括对布拉格反射器进行配置以把选定波长的光耦合进入纵向核中的传播模， 以M"波导束核进纟亍配置以便基本上不传ia定波长的光。
10、 如权利要求7所述的方法，包括禾,布拉格反射器定向娜来对处理器进行编程以及 使处理器将布拉格反射器定向数据和光检测 整合到光源定向信息中。
全文摘要
一种装置，包括光波导束(102)，所述光波导束包括基本上沿波导束轴(114)排列的多个光波导(104)、(106)、(108)，每个光波导具有被配置成传送光的纵向核(110)；多个光波导均包括布拉格反射器(118)、(120)、(122)，所述布拉格反射器被配置成把从基本上横向于波导束轴的方向入射到光波导中的光耦合进入纵向核中的传播模；并且多个纵向核中的每一个与被配置成检测在纵向核中传送的光的光检测器(126)、(128)、(130)进行光通信。
文档编号G01S1/00GK101416069SQ200780012509
公开日2009年4月22日 申请日期2007年4月6日 优先权日2006年4月7日
发明者O·米特罗法诺夫, R·拉帕波特, 刚 陈 申请人:卢森特技术有限公司