专利名称：分离和/或组合光学信号的设备、及制造和操作它的方法
技术领域：
本发明一般涉及借助于光学信号的通信，更具体地说，涉及一种使用包括每个具有相应不同波长的多信号分量的光学信号来促进通信的方法和设备。
背景技术：
电信是一个在过去二十年一直迅速发展的领域，部分由逐渐提高的多种技术，如峰窝电话、传真机、和使用因特网的计算机通信，提供动力。由于这些不断发展的新技术，一直有对具有较大信息携带能力的电信设备的逐渐增大需要，这又造成逐渐增大集中在通过使用光学信号实现通信上。
通过诸如密集波分复用(DWDM)之类的现有技术的使用，在电信系统中的单根光学纤维常常携带在各个不同波长下的多分量光学信号，并且每个这样的分量光学信号是一种携带多个分离电话对话或其它正在进行的通信的时分复用(TDM)信号。正在以这样一种方式使用光学信号传输大量信息，从而需要用来高效和廉价处理光学信号的技术，包括光学信号的多路分离、光学信号的多路复用、和光学信号的切换。
用来处理光学信号的多种现有技术涉及复杂和存在能产生较高光学损失的困难对准问题的组件。其它系统把光学数据转换成电信号，以后进行电信号的处理以进行诸如多路复用、多路分离和切换之类的步骤，及然后把电信号转换回光学信号。用来实现这些转换的设备把明显的延迟引入到信号的处理中。所有这些方法都比较昂贵。
对于聚焦光学纤维已经给予一些考虑以便消除某些耦合或对准光学器件，但生成的装置一般难以生产。对于使用液晶、气泡、或微电光机械装置(MEMS)的光学开关也已经给予考虑，但这些装置具有在几毫秒量级上的较慢响应时间，并且一般需要使它们较复杂和昂贵、和往往导致较高光学损失的多个光学元件。
本发明概述根据上文，可以认识到，已经产生对一种用来处理光学信号的方法和设备的需要，该方法和设备至少避免以上讨论问题的一些。根据本发明的第一种形式，提供一种满足这种需要的方法和设备，该方法和设备涉及第一和第二波导管；和一个耦合部分，可操作地引起在一个第一波长下的辐射，该辐射穿过第一波导管在传播方向上传播并且到达耦合部分，以便路由成当离开耦合部分时在第一和第二波导管之一中传播，并且可操作地引起在一个与第一波长不同的第二波长下的辐射，该辐射在传播方向上穿过第一波导管传播并且到达耦合部分，以便路由成当离开耦合部分时在第一和第二波导管的另一个中传播。耦合部分包括第一和第二波导管，分别带有近似彼此平行延伸的、和充分靠近到一个足够距离以允许具有第一和第二波长至少一个的辐射在其之间耦合的第一和第二部分；和一种结构，沿该距离的至少一部分是可操作的，以阻止具有第一和第二波长之一的辐射在第一与第二部分之间耦合，同时允许具有第一和第二波长另一个的辐射在第一与第二部分之间耦合。
根据本发明的另一种形式，一种方法包括提供一个由一种具有第一折射率的材料制成的第一层；在第一层上形成由一种对于预定波长的辐射可透过的和具有与第一折射率不同的第二折射率的第二材料制成的第一和第二细长部分；及在细长部分和第一层的暴露部分上形成由一种具有与第二折射率不同的第三折射率的材料制成的一个第三层，其中细长部分起相应波导管的芯部的作用，而第一和第二层的材料起用于芯部的包层的作用。
附图的简要描述结合附图由如下详细描述实现本发明的更好理解，在附图中
图1是实施本发明的、和处理光学信号的一种设备的示意局部顶视图；图2是图1设备的一个可选择实施例的一种设备的示意局部顶视图；图3是图1设备的另一个可选择实施例的一种设备的示意局部顶视图；图4是图1设备的又一个可选择实施例的一种设备的示意局部顶视图；图5是图1设备的再一个可选择实施例的一种设备的示意局部顶视图；图6是图1设备的另一个可选择实施例的一种设备的示意局部顶视图；图7是图1设备的再一个可选择实施例的一种设备的示意局部顶视图；图8-10是示意剖视图，表示在实施本发明的和能用来构造图1设备的一个过程中的依次步骤；及图11-13是示意剖视图，表示在实施本发明的和能用来构造图1设备的一个不同过程中的依次步骤。
本发明的详细描述图1是实施本发明的一种设备10的示意局部顶视图。尽管图1是示意的并因而没有按比例，不过适当的是要特别指出，对于在图1中的垂直和水平尺寸在单位比例之间没有显著差别，如由在图1的左下部分中用双头箭头指示的示范尺寸证实的那样。而且，设备10具有选择成便于与在电信工业中普遍使用类型的近红外辐射一起使用的尺寸和折射率。然而，要认识到，本发明不限于电磁波频谱的红外部分。
设备10包括一种包层材料12，在其中嵌有由一种芯部材料制成的两个细长段13和14。包层材料12具有与用于段13和14的芯部材料的折射率不同的折射率，从而段13和14每一个起用于辐射的相应波导管的作用。尽管段13和14的横截面形状在图1中是不可见的，但这些段每一个具有近似是正方形的横截面形状。
在技术上，需要包层材料12与段13或段14的芯部材料相结合，以便定义一个波导管。然而，为了方便起见，如下讨论将把段13和14的每一个称作一个波导管，而不专门提及有关的包层材料12。
图1的设备10起一个无源光学多路信号分离器的作用，它也可以称作一个光学分出复用器(drop multiplexer)。在这个方面，在图1左边的箭头17代表一个供给到波导管13的、并且包括在λ1、λ2和λ3相应波长下的三个光学分量信号的光学输入信号。这种信号例如可以是一种在先有技术中称作密集波分复用(DWDM)信号的信号。尽管在17处的信号为了方便起见这里描述为具有三个分量信号，但要认识到，它能具有较大或较小数量的分量信号。
设备10以下面描述的方式把在波长λ1下的分量信号与在所有其它波长下的分量信号分离，从而具有波长λ1的分量信号路由成穿过波导管14传播，如由箭头19指示的那样，而具有波长λ2和λ3的其它分量信号都路由成继续穿过波导管13传播，如由箭头18指示的那样。
更详细地说，设备10包括一个称作耦合部分的、并且在图1中由虚线示意标识的部分26。波导管13和14每一个带有一个布置在耦合部分26内的相应部分，并且这些部分在图1中分别用标号27和28标识。要注意，波导管13和14这样路由，从而其部分27和28彼此平行地延伸，并且彼此相当靠近。相反，在图1中波导管13和14的其余部分彼此隔开较大距离。
波导管的部分27和28平行，并且充分靠近到一个足够的距离，从而穿过波导管13和14任一个传播的辐射往往在其另一个中耦合，并且然后返回到原始波导管中。尽管有少量包层材料12布置在波导管的部分27与28之间，但在防止辐射在部分27与28之间通过方面不足以有任何显著影响。事实上，通过适当选择各部分邻近的距离、和它们之间的空隙，在波导管13中的100％辐射将耦合到波导管14中，并且然后返回波导管13。
一个Bragg光栅36提供在波导管13内，在穿过波导管13的辐射的传播方向上在沿部分27的四分之三路途的位置处。光栅36是已知类型的，并且在图1中的实施例中配置成对于在波长λ1下的辐射是不可透过的而对于在其它波长下的辐射是可透过的。
因此，当具有在相应波长λ1、λ2和λ3下的分量的光学信号，如在41处指示的那样，穿过波导管13传播时，在所有波长下的分量在42处耦合以便从波导管13穿越到波导管14中。由于部分27与28的长度，这些分量通常往往都在以后耦合，以便在46处穿过从波导管14返回到波导管13中。
然而，如以上提到的那样，光栅36对于在波长λ1下的辐射是不可透过的，但对于其它波长是可透过的。因此，光栅36对于在波长λ2和λ3下的信号分量是高效透明的，并且这些分量耦合以在46处穿过从波导管14返回到波导管13中，其中在47处它们继续穿过波导管13传播。
相反，由于Bragg光栅36对于在波长λ1下的信号分量是不可透过的，所以光栅36对于在波长λ1下的分量阻止在46处耦合，并因此这种分量不会从波导管14穿过返回到波导管13，而是继续穿过波导管14传播，如在48处指示的那样。因此，在图1的右侧，箭头18指示具有波长λ2和λ3的信号分量最后穿过波导管13传播，而箭头19指示在波长λ1下的信号分量最后穿过波导管14传播。
波导管14在图1中描绘成在56处带有一个端面，该端面代表在耦合部分26内波导管14的部分28的开始。然而，有可能波导管14包括一个延伸远到其部分28的左边的另外部分，如由在57处的虚线示意指示的那样。然而，这个另外部分57不会影响设备10的操作。
图2是图1设备10的一个可选择实施例的一种设备70的示意局部顶视图。设备70包括来自设备10的结构的全部，并且相同标号用来指示相同的某些元件。设备70包括等效于在图1中12处表示的包层材料，但为了清晰起见已经从图2省去这种包层材料。
在图2的设备70与图1的设备10之间的唯一显著差别在于，设备70包括一个与设备10的耦合部分26不同的耦合部分71。具体地说，耦合部分71包括一个布置在波导管13和14的部分27与28之间、并且包含一种液晶材料的区域72。液晶区域72用作一个切换部分，并且以已知方式由已知类型的未表明电路能选择性地两个状态之间切换。在这两个状态的每一个下，液晶区域72具有一个相应不同的折射率。结果，液晶区域72在这些相应状态下对于感兴趣的所有波长是选择性可透过和不可透过的。尽管区域72在公开的实施例中是液晶材料，但它能选择性是某些其它电-光切换材料，如铌酸锂。如果把铌酸锂用于切换部分72，则切换部分能提供在一微秒量级上或更快的响应时间。
当液晶区域72处于其中它是可透过的状态下时，在波导管13-14的部分27与28之间耦合是可能的，并且设备70以与以上对于图1的设备10描述的准确相同方式起作用。具体地说，如果一个光学输入信号17包括在相应波长λ1、λ2和λ3下的三个分量，则耦合部分71以这样一种方式实现这些分量的路由，从而在波长λ1下的分量最后穿过波导管14传播，如由箭头19指示的那样，而在波长λ2和λ3下的分量最后穿过波导管13传播，如由箭头18指示的那样。
另一方面，如果把液晶区域72设置到其中对于感兴趣的所有波长是不可透过的状态下，则防止在所有波长λ1、λ2和λ3下的分量从部分27穿到部分28耦合。它们因此都试图穿过波导管13的部分27继续传播。由于光栅36对于在波长λ2和λ3下的分量是可透过的，所以它们穿过波导管13继续传播，如由箭头18指示的那样。但由于光栅36对于在波长λ1下的分量是不可透过的，所以这个分量不会沿波导管13继续传播，并且因为液晶区域72的当前状态，所以也不能进入波导管14。因此，在波长λ1下的分量不会向右穿过波导管13和14的任一个传播，并因而不会出现在18或19处。而是，它被反射，并且在相反方向穿过波导管13传播回，或者换句话说到图2的左边。
总之，在波长λ2和λ3下的分量总是穿过波导管13路由，与液晶区域72所处的状态无关，并且总是出现在18处。而且，在波长λ1下的分量总是从其它分量分离出，但仅当液晶区域72处于其可透过状态下时，才穿过波导管14继续传播并且出现在19处。当液晶区域72处于其不可透过状态下时，在波长λ1下的分量不会出现在输出18或19的任一处。因而，图2的设备70不仅把在波长λ1下的分量与在其它波长下的分量分离，而且也用作一个能实现和截断在波长λ1下的分量到设备70的输出传输的开关。
在没有单独表明的图2设备的一种可能变化中，可以省去图2中液晶区域72的左半边。在这种情况下，在所有波长下的辐射分量从波导管13的部分27穿到波导管14的部分28中耦合。在波长λ1下的分量然后总是穿过波导管14继续以便出现在19处，因为光栅36防止它在任何情况下返回到波导管13中耦合。
如果修改的液晶区域72处于其可透过状态下，则在波长λ2和λ3下的分量，以与以上联系图1描述的可比较的方式，从部分28返回到部分27中耦合，并且然后穿过波导管13继续以便出现在18处。相反，如果修改的液晶区域72处于其不可透过状态下，则防止在波长λ2和λ3下的分量从部分28返回到部分27中耦合，并且代之以与在波长λ1下的分量一起穿过波导管14继续，从而所有三个分量一起出现在19处。
图3是与图1类似的示意局部顶视图，但表示是设备10的又一个可选择实施例的一种设备80。设备80包括可与图1中12处表示的可比较的包层材料，但为了清晰起见在图3中已经省略这种包层材料。设备80表示如何能以串联级联在图1中表示的类型的几个装置。
具体地说，设备80包括一个主波导管81，主波导管81沿其长度在隔开位置处带有三个耦合部分82-84。耦合部分82-84的每一个在结构和功能上等效于表示在图1中26处的耦合部分。设备80包括三个另外的波导管86-88，波导管86-88每一个与耦合部分82-84的相应一个联接。耦合部分82-84每一个包括三个Bragg光栅91-93之一，光栅91-93布置在主波导管81内在沿其隔开的位置处。
把光栅91-93配置成影响相应不同波长。具体地说，把光栅91配置成对于在波长λ1下的辐射是不可透过的，而对于其它波长是可透过的。把光栅92配置成对于在波长λ2下的辐射是不可透过的，而对于其它波长是可透过的。把光栅93配置成对于在波长λ3下的辐射是不可透过的，而对于其它波长是可透过的。
如果一个输入信号95引入到主波导管81中，并且包括在相应波长λ1、λ2、λ3、λ4和λ5下的分量，则耦合部分82通过把在波长λ1下的分量路由到波导管86中把它分离出，从而它出现在96处。在波长λ2-λ5下的剩余分量由耦合部分82路由成穿过波导管81继续传播到耦合部分83。耦合部分83使在波长λ2下的分量路由到波导管87中，从而它出现在97处。在波长λ3-λ5下的剩余分量由耦合部分83路由成穿过主波导管81继续传播到耦合部分84。耦合部分84把在波长λ3下的分量路由到波导管88中，从而它出现在98处。在波长λ4和λ5下的剩余信号分量由耦合部分84路由成沿主波导管81继续传播，如在99处指示的那样。
图4是图1设备10的又一个可选择实施例的一种设备110的示意局部顶视图。图4的设备110包括可与在图1中12处表示的可比较的包层材料，但为了清晰起见在图4中已经省略这种包层材料。图4的设备110包括一个主波导管111，主波导管111带有在沿其隔开的位置处布置的三个依次耦合部分116、117和118。耦合部分117与一个另外的波导管121相联系，并且在结构和功能上等效于表示在图1中26处的耦合部分。它包括一个布置在波导管111内的Bragg光栅122。
耦合部分116和118每个与耦合部分117稍有不同。它们每一个与一个另外的波导管126的一个相应端联系。耦合部分116和118每个缺乏Bragg光栅或等效结构。耦合部分116和118每个具有在辐射传播方向上小于耦合部分117长度的长度。结果，耦合部分116长得足以允许辐射从波导管111到波导管126中耦合，但不是长得足以允许辐射然后从波导管126返回到波导管111中耦合。类似地，耦合部分118长得足以允许来自波导管126的辐射耦合到波导管111中，但不是长得足以允许辐射以后从波导管111返回到波导管118中耦合。
耦合部分116在波导管111与126之间带有一个等效于联系图2在以上讨论的液晶区域72的液晶区域127。具体地说，它能由一个未表明的控制电路在两个不同状态之间电气切换，其中它对于所有感兴趣的波长分别是可透过的和不可透过的。
参照在图4左侧处的箭头131，假定把具有在相应波长λ1、λ2和λ3下三个分量的光学辐射引入到波导管111的左端。也假定液晶区域127处于其不可透过状态。在131处引入到波导管111中的辐射穿过耦合部分116传播而不切换波导管，并且穿过波导管111继续，直到它到达耦合部分117。耦合部分117以等效于以上对于图1的耦合部分26讨论的方式分离和路由各种信号分量，从而把在波长λ1下的分量路由成穿过波导管121传播，如由箭头132指示的那样，而把在波长λ2和λ3下的剩余分量路由成穿过波导管111传播，如在133处指示的那样。
假定液晶区域127现在由未表明的控制电路切换到其可透过状态。耦合部分116现在使在波长λ1-λ3下的所有分量都耦合到波导管126中并且穿过其传播，从而它们跳过耦合部分117。当这些分量信号到达耦合部分118时，它们都从波导管126回到波导管111中耦合，并因而在波长λ1-λ3下的这些分量都出现在133处。由于这些分量都没有到达耦合部分117，所以这些分量都没有路由到波导管121中，并因而它们在132处都不存在。
图4的设备110因而用作一个具有第一和第二状态的开关。在第一状态下，在波长λ1下的信号分量被分离出并且出现在132处，而在所有其它波长下的信号分量出现在133处。在第二状态下，在波长λ1、λ2和λ3下的所有三个分量信号出现在133处，并且没有分量信号出现在132处。
图5是图1设备10的再一个可选择实施例的一种设备150的示意局部顶视图。设备150包括可与在图1中12处表示的可比较的包层材料，但为了清晰起见在图5中已经省略包层材料。设备150包括一个主波导管151、和一个在波导管151与一个另外的波导管156之间能实现耦合的耦合部分152。波导管156的长度等效于耦合部分152的长度。一个另外的耦合部分157能实现在波导管156与一个另外的波导管158之间的耦合。
耦合部分152在结构和功能上等效于图1的耦合部分26，并且包括一个等效于表示在图1中36处的光栅的Bragg光栅161。另一个耦合部分157在波导管的方向上具有一个有效长度，该长度长得足以允许在波导管156中传播的辐射耦合到波导管158中，但太短不允许辐射以后耦合回波导管156中。
参照在图5左侧处的箭头162，假定一个光学信号引入到波导管151的左端中，并且具有在相应波长λ1、λ2和λ3下的三个分量。当这种光学信号到达耦合部分152时，耦合部分152以与以上对于图1的耦合部分26描述的可比较的方式实现分量信号的路由。具体地说，在波长λ2和λ3下的分量信号耦合到波导管156中，并且然后回到波导管151中，而在波长λ1下的分量从波导管151耦合到波导管156中，但由光栅161防止耦合回波导管151中。因而，在波长λ1下的分量在波导管156内继续传播，直到它到达耦合部分157，在这里它从波导管156耦合到波导管158中。因而，在波长λ1下的分量最后穿过波导管158传播，如由箭头163指示的那样，而在波长λ2-λ3下的分量最后穿过波导管151传播，如由箭头164指示的那样。
图6是图1设备10的又一个可选择实施例的一种设备210的示意局部顶视图。设备210包括与表示在图1中12处的类似的包层材料，但为了清晰起见在图6中已经省略包层材料。图6的设备210是一个通常称作光学插入/分出复用器(OADM)的类型的装置。设备210包括一个主波导管211、和提供在沿波导管211的隔开位置处的两个耦合部分213和214。耦合部分213能实现在波导管211与一个另外的波导管217之间的耦合。耦合部分213在结构和功能上等效于表示在图1中26处的耦合部分。在这方面，它包括一个布置在波导管211内的Bragg光栅218。
另一个耦合部分214能实现在波导管211与又一个波导管223之间的耦合。波导管223在图6中的耦合部分214右端处具有一个端面，并且一个Bragg光栅222离该端面具有一个短距离。Bragg光栅222对于在波长λ4下的辐射是不可透过的，而对于在其它波长下的辐射是可透过的。耦合部分214具有这样一个长度，该长度长得足以允许在波导管211中传播的辐射耦合到波导管223并且然后返回波导管211，但太短不允许辐射以后再次从波导管211耦合回波导管223。
耦合部分213可以选择性地在波导管211与217之间包括一个可与图2的液晶区域72相比较的液晶区域219。耦合部分214可以选择性地在波导管211与223之间包括一个可与图2的液晶区域72相比较的液晶区域224。
初始假定从设备210都省略液晶区域219和224。而且，参照在图6左端处的箭头231，假定一个光学信号引入到波导管211的左端中，并且具有在λ1、λ2和λ3相应波长下的三个分量。这个光学信号穿过波导管211传播，直到它到达耦合部分213，在这里以可与以上对于图1的耦合部分26描述的相比较的方式路由各种分量。具体地说，在波长λ1下的分量从波导管211耦合到波导管217中，并且然后由光栅218防止耦合回波导管211中。它因此沿波导管217继续，如由箭头232指示的那样。相反，由于光栅218对于其它波长是可透过的，所以在波长λ2和λ3下的分量从波导管211耦合到波导管217中，并且然后从波导管217回到波导管211中，及此后继续沿波导管211到耦合部分214。
一个由箭头233指示的光学信号具有波长λ4，并且穿过波导管223传播。在耦合部分214中，这个光学信号从波导管223耦合到波导管211中，并且然后倾向于从波导管211耦合回波导管223中，但Bragg光栅222防止在波长λ4下的辐射耦合回波导管223中。因而，波导管211最后携带在波长λ2、λ3和λ4下的分量，如由箭头234指示的那样。
尽管以上讨论解释了波导管223只携带在波长λ4下的一个信号，但要认识到，波导管223能交替携带在相应不同波长下的几个分量信号，并且所有这些分量能耦合到波导管211中。在这种情况下，另外的Bragg光栅相邻Bragg光栅222提供在波导管223中，在波导管223中的每个Bragg光栅对于在233处引入到波导管223中的相应不同波长下的辐射是不可透过的。
鉴于在以前实施例中液晶区域的讨论，要认识到，如果液晶区域219提供在耦合部分213中，则它能用来选择性地控制在波长λ 1下的分量信号是否路由到波导管217中和出现在232处。类似地，如果液晶区域224提供在耦合区域214中，则它能用来选择性控制在波长λ4下的分量信号是否从波导管223耦合到波导管211中，并因而这个分量信号是否出现在234处。
图7是图1设备10的再一个可选择实施例的一种设备250的示意局部顶视图。设备250包括与表示在图1中12处的可比较的包层材料，但为了清晰起见在图7中已经省略包层材料。设备250包括两个波导管251和252、和一个在两个波导管251和252的相应部分之间实现耦合的耦合部分256。初看起来，耦合部分256显得与图1的耦合部分26类似。然而，有两种显著差别。
首先，尽管耦合部分256包括一个Bragg光栅257，但光栅257没有提供在穿过其辐射传播到耦合部分256的波导管251内，而是代之以在另一个波导管252中。光栅257配置成对于在波长λ1下的辐射是不可透过的，而对于在包括波长λ2和λ3的其它波长下的辐射是可透过的。第二种差别在于，耦合部分256在辐射传播方向上具有这样一个长度，该长度长得足以允许来自波导管251的辐射耦合到波导管252中，但太短不允许辐射从波导管252耦合回波导管251中。
参照在图7左侧的箭头261，假定一个光学信号引入到波导管251的左端中，并且具有在λ1、λ2和λ3相应波长下的三个分量。这个合成信号穿过波导管251传播到耦合部分256。由于光栅257对于在波长λ1下的辐射是不可透过的，所以防止在波长λ1下的分量从波导管251耦合到波导管252中。因而，在波长λ1下的分量信号沿波导管251继续，如由在262处指示的那样。另一方面，光栅257对于在波长λ2和λ3下的分量信号是可透过的，并且这些分量信号因而在耦合部分256内从波导管251耦合到波导管252中。然而，由于耦合部分256太短它们此后不能耦合回波导管251中，所以它们继续穿过波导管252，如由箭头263指示的那样。
图8-10是示意剖视图，表示用来形成图1设备10的一个廉价过程中的依次步骤。图10的剖视图与在图1中的截面线10-10相对应。参照图8，提供一个平面基片301，并且由熟悉本专业的技术人员已知类型的玻璃或聚合物材料制成。平面基片301具有适于图1的包层材料12的折射率，因为基片301最终成为包层材料的部分，如下面讨论的那样。
一个层302然后形成在基片301的顶部上，例如通过沉积或通过使它自旋。层302由熟悉本专业的技术人员已知类型的玻璃或聚合物材料制成。层302具有适于图1的波导管13和14的芯部材料的折射率，因为波导管13和14将由层302形成，如下面讨论的那样。
更明确地说，在层302上进行使用已知技术的图案蚀刻，以便除其用作波导管13和14的部分之外选择性地除去层302的材料。在这种蚀刻过程之后，波导管13和14留在基片301的顶部上，如图9中所示。
其次，在波导管13上使用在先有技术中熟知的技术进行图案光刻法，以便在其中形成Bragg光栅36(图1)。这种已知技术包括施加一个光掩模和然后把来自紫外激光器的辐射穿过掩模指向波导管13，掩模以改变芯部材料中的分子键的周期方式分布激光以便生产光栅36。此后，把一个包层涂层306涂敷在表示在图9中的结构的上，以便得到表示在图10中的设备10。包层涂层306可以通过沉积或通过使它自旋涂敷。在公开的实施例中，涂层306由与基片301相同的材料制成。基片301和涂层306因而一起用作用于芯部材料的包层12(图1)，该芯部材料用作波导管13和14。
图11-13是示意剖视图，表示在是以上联系图8-10讨论的过程的一个可选择实施例的廉价过程中的依次步骤。在这方面，图11表示一个能由以上讨论的用作在图8中的层301的相同材料制成的玻璃或聚合物基片320。基片320因而具有包括适当折射率的特性，这使得它适于用作包层材料。槽321和322形成在其中，以便从其顶表面向基片320打开。槽321和322在尺寸和形状方面与表示在图1中13和14处的波导管相对应。槽321和322通过蚀刻基片320、或通过联系热量的施加模压基片320的顶部表面形成，例如通过热轧过程。
以后，在基片320中的槽321和322填充有一种不同的玻璃或聚合物材料，这种材料能是以上讨论的用作在图8中的层302的相同材料。在槽321和322中的玻璃或聚合物材料因而具有包括适当折射率的特性，这使得它适于用作波导管的芯部材料，并且事实上在槽321和322中的材料用作波导管13和14。使用已知平面化技术可以平面化生成结构的顶部表面，以便除去没有布置在槽中的任何过多芯部材料。
然后，以与联系图9在以上描述的方式类似的方式，使用图案光刻法在滤导管13内形成Bragg光栅36(图1)。然后，把一个包层涂层326涂敷在生成结构上，如图13中所示。在公开的实施例中，涂层326是与基片320相同的玻璃或聚合物材料，并且能通过沉积、或通过使它自旋涂敷。基片320和涂层326一起用作用于芯部材料的包层，该芯部材料用作波导管13和14。
在以上讨论的装置的每一个中，能把一根光学输入或输出纤维直接耦合到公开的波导管的任一个上，例如通过使用已知的激光熔化技术简单地把它熔化到波导管的芯部材料的一端上。这避免需要使用对准光学器件或其它复杂光学或机械组件。
本发明提供多个技术优点。一个这样的技术优点在于，提供一种用于把波导管与诸如Bragg光栅之类的结构组合使用以实现波长分离的简单手段。这促进了诸如密集波分复用(DWDM)之类的技术的使用，同时避免在其它现有手段中存在的复杂性和对准问题。在现有装置中的复杂性和对准问题也往往引起较高光学损失，而本发明不仅简单，而且允许使光学损失最小。
一个另外的优点在于，本发明直接对于光学信号进行所有处理，由此避免把光学信号转换成电信号、处理电信号、及然后把电信号转换回光学信号的任何需要。在电信号与光学信号之间的转换较慢，并且通过避免这些转换本发明提供更高的通过量。
本发明一个另外的优点生成于由诸如液晶材料、铌酸锂等之类的电-光学材料制成的切换部分的使用，这允许光学信号的处理以选择方式进行，例如实现可寻址或可重新配置的光学路由器或插入/分出复用器。结果，对于某些材料，本发明能实现近似一微秒或更小的较快响应时间，这比用于光学切换的某些其它现有技术，如使用气泡、微电-光-机械装置(MEMS)、或具有不同光-机械结构的液晶材料的那些技术，明显快。
又一个优点在于，纤维能直接耦合到本发明的装置上，例如通过熔化，而不需要对准光学器件或其它复杂组件。又一个优点在于，本发明提供的装置使用与用于半导体晶片处理的那些类似的技术和设备能以简单和快速方式大量生产。
尽管已经详细说明和描述了几个选择实施例，但要理解，各种替代和变更是可能的，而不脱离由如下权利要求书定义的本发明的精神和范围。
权利要求
1.一种设备，包括第一和第二波导管；和一个耦合部分，可操作地引起在一个第一波长下的辐射，该辐射穿过所述第一波导管在传播方向上传播并且到达所述耦合部分，以便路由成当离开所述耦合部分时在所述第一和第二波导管之一中传播，并且可操作地引起在一个与所述第一波长不同的第二波长下的辐射，该辐射在所述传播方向上穿过所述第一波导管传播并且到达所述耦合部分，以便路由成当离开所述耦合部分时在所述第一和第二波导管的另一个中传播，所述耦合部分包括所述第一和第二波导管，分别带有近似彼此平行延伸的、和充分靠近到一个足够距离以允许具有所述第一和第二波长至少一个的辐射在其之间耦合的第一和第二部分；和一种结构，沿所述距离的至少一部分是可操作的，以阻止具有所述第一和第二波长之一的辐射在所述第一与第二部分之间耦合，同时允许具有所述第一和第二波长另一个的辐射在所述第一与第二部分之间耦合。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述结构提供在所述第一和第二波导管之一内。
3.根据权利要求2所述的设备，其中所述结构包括一个Bragg光栅。
4.根据权利要求2所述的设备，其中所述结构提供在所述第一波导管内；其中所述一个波长是所述第二波长，而所述另一个波长是所述第一波长；其中把在所述第一波长下的所述辐射路由成穿过所述第一波导管继续传播；及其中把在所述第二波长下的所述辐射路由成穿过所述第二波导管继续传播。
5.根据权利要求4所述的设备，其中在所述第一波导管内的所述结构包括一个Bragg光栅。
6.根据权利要求4所述的设备，其中所述距离足够长以便于辐射从所述第一部分耦合到所述第二部分，但太短不便于该辐射随后从所述第二部分耦合回所述第一部分。
7.根据权利要求2所述的设备，其中所述结构提供在所述第二波导管内；其中所述一个波长是所述第一波长，而所述另一个波长是所述第二波长；其中把在所述第一波长下的所述辐射路由成穿过所述第一波导管继续传播；及其中把在所述第二波长下的所述辐射路由成穿过所述第二波导管继续传播。
8.根据权利要求7所述的设备，其中在所述第二波导管内的所述结构包括一个Bragg光栅。
9.根据权利要求7所述的设备，其中所述距离足够长以便于辐射从所述第一部分耦合到所述第二部分并且然后从所述第二部分返回所述第一部分，但太短不便于该辐射随后从所述第一部分耦合回所述第二部分。
10.根据权利要求1所述的设备，包括一个切换部分，该切换部分沿所述距离的至少一部分提供在所述第一与第二部分之间，并且能选择性地在第一与第二操作状态之间切换，在这两种状态下所述切换部分分别允许和禁止在所述第一和第二波长任一个下的辐射在所述第一与第二部分之间耦合。
11.根据权利要求10所述的设备，其中所述结构包括一个Bragg光栅。
12.根据权利要求11所述的设备，其中所述Bragg光栅布置在所述第一和第二波导管之一内。
13.根据权利要求1所述的设备，包括一个具有一个第三部分的第三波导管，第三部分沿其长度的至少一部分近似平行于所述第一和第二部分的一个选择部分延伸，并且足够靠近所述第一和第二部分的所述选择部分到一个足够距离，从而允许在所述第一和第二部分的所述一个内传播的辐射从所述第一和第二部分的所述一个耦合到所述第三部份。
14.根据权利要求1所述的设备，包括一个在沿其隔开的位置处带有第三和第四部分的第三波导管；其中所述第一波导管带有布置在所述第一部分的相对侧并且每个与所述第一部分隔开的第五和第六部分；其中所述第三和第五部分近似彼此平行地延伸并且足够靠近到一个足够距离，以允许具有所述第一和第二波长的任一个的辐射从所述第五部分耦合到所述第三部分；其中所述第四和第六部分近似彼此平行地延伸并且足够靠近到一个足够距离，以允许具有所述第一和第二波长的任一个的辐射从所述第四部分耦合到所述第六部分；及包括一个切换部分，该切换部分提供在所述第三与第五部分之间，并且能选择性地在第一与第二操作状态之间切换，在这两种状态下所述切换部分分别允许和禁止在所述第一和第二波长任一个下的辐射在所述第三与第五部分之间耦合。
15.根据权利要求1所述的设备，包括一个带有第三部分的第三波导管；其中所述第一和第二波导管之一在一个沿其与所述第一和第二部分隔开的位置处带有一个第四部分；其中所述第三和第四部分近似彼此平行地延伸并且足够靠近到一个足够距离，以允许穿过所述第三波导管传播在选择波长下的辐射从所述第三部分耦合到所述第四部分。
16.一种方法，包括步骤提供一个由一种具有第一折射率的材料制成的第一层；在所述第一层上，形成由一种对于预定波长的辐射可透过的和具有与所述第一折射率不同的第二折射率的第二材料制成的第一和第二细长部分；及在所述细长部分和所述第一层的暴露部分上，形成由一种具有与所述第二折射率不同的第三折射率的材料制成的一个第三层；其中所述细长部分起相应波导管的芯部的作用，而所述第一和第二层的所述材料起用于所述芯部的包层的作用。
17.根据权利要求16所述的方法，其中形成所述细长部分的所述步骤包括步骤在所述第一层上，形成由具有所述第二折射率的所述材料制成的一个第二层；和此后从所述第二层选择性地除去材料以便留下至少所述两个细长部分。
18.根据权利要求16所述的方法，其中形成所述细长部分的所述步骤包括步骤从所述第一层选择性地除去材料，以在其中限定每个与所述细长部分的相应一个相对应的细长槽；和此后用具有所述第二折射率的所述材料填充所述槽。
19.根据权利要求16所述的方法，其中以这样一种方式进行形成所述细长部分的所述步骤，从而所述第一和第二细长部分分别包括彼此近似平行延伸的和足够靠近到一个足够距离以允许辐射在它们之间耦合的第一和第二部分。
20.根据权利要求19所述的方法，其中包括沿所述距离的至少一部分形成可操作的结构，以便阻止具有第一和第二波长之一的辐射在所述第一与第二部分之间耦合，同时允许具有所述第一和第二波长另一个的辐射在所述第一与第二部分之间耦合。
21.根据权利要求20所述的方法，其中形成结构的步骤包括在所述第一和第二细长部分之一内形成一个Bragg光栅的步骤。
22.根据权利要求16所述的方法，包括把所述第一折射率选择成基本上等于所述第三折射率的步骤。
23.根据权利要求22所述的方法，包括使用相同材料形成所述第一和第三层每一个的步骤。
24.根据权利要求16所述的方法，其中所述第一、第二和第三层每个由一种玻璃材料和一种聚合物材料之一形成。
全文摘要
一种用来处理光学信号的设备，包括一种其中带有用作相应波导管的至少两个细长芯部区域的包层材料。一个包层部分其中包括足够靠近地延伸一个足够距离的两个波导管的相邻和平行部分，以允许辐射在这些波导管部分之间的耦合。提供的结构对于具有相应不同波长的相应分量信号分别允许和阻止这样的耦合。耦合部分可以选择性地包括一个外部控制切换部分，该切换部分能具有其中对于辐射分别是可透过的和不可透过的两种状态的选择一种。
文档编号G02B6/125GK1650203SQ02800216
公开日2005年8月3日 申请日期2002年4月23日 优先权日2001年4月30日
发明者保罗·科罗塞克, 戴维·H.·莱斯特, 约翰·A.·特贾德, 詹姆斯·M.·弗洛伦斯 申请人:雷斯昂公司