降低偏振灵敏度的光学设备的制作方法
【专利摘要】粗略的描述，构造光学装置的第一波导段和第二波导段，使得辐射改变每个段的平均折射率和双折射。双折射的改变时平均折射率改变的函数，在两段中，该函数是不同的。辐射每个段的预设长度。在MZI中，一种技术可用于同时调整一个或多个光路长度差相位延迟、耦合器引起的相位误差和频率误差。
【专利说明】降低偏振灵敏度的光学设备
[0001]根据35U.S.C.119(e)， 申请人:特此要求2011年3月28日提交的，申请号为61/468,499的美国临时专利申请的权益。本发明引入该临时申请的全部作为参考。
【技术领域】
[0002]本发明大致涉及光学设备，特别是涉及减少或控制此类设备的偏振灵敏度度的技术。
【背景技术】
[0003]电脑和通信系统对通信链路带宽的需求不断增长。众所周知，相对传统的同轴电缆连接，光纤能提供更高的带宽。在传统的光通信系统中，光源发出的光被强度调制(intensity modulated, IM),以产生通过光纤传输的数字信号。
[0004]相位调制(phase modulated, PM)系统比IM系统能够提供更高的数据率和更长的传输距离。在PM光通信系统中,通过改变光的相位来产生数字信号。例如，光差分相移键控(differential phase-shift keying, DPSK)是一种光信号格式,其中，数字信息以相邻比特的相位差来编码。在差分正交相移键控(differential quadrature phase-shiftkeying, DQPSK)中，数字信息使用均匀分布在圆圈上的四点星座图来进行编码。通过四个相位，DQPSK的每个符号能够编码两个比特。虽然DPSK和DQPSK能够达到更高的数据率和更长的传输距离，但是这些信号格式需要一个相对复杂的接收器。国际公开专利W02009/038662描述了单片DPSK或DQPSK接收器，该专利被引入本专利作为参考。
[0005]在DPSK接收芯片里，通过结合两个光电检测器使用马赫-曾德延迟干涉仪(Mach-Zehnder Delay Interferometer, MZDI)能检测相邻比特的相位差。典型的MZDI包括不等长的延迟线，该延迟线具有不同的光路长度，该光路长度设计为大约数据信号的一个信号长度。(MZDI是马赫-曾德干涉仪(Mach-Zehnder Interferometer, MZI)的一种特殊例子，MZDI能有相同或不同长度的延迟线。)然而，MZDI的延迟通常是与偏振相关的。这种相关关系降低了接收器重建的比特的精度。MZDI延迟的相位差的偏振相关的精度的工业要求通常为3度。对于大约40Gb/s的DPSK数据信号，其转化为偏振相关的0.3GHz的频移，由于现有制造设施当前状态的方法变化，该频移在传统的MZDI中是极具挑战的。目前，在制造的MZDI中，偏振相关的频移的标准差约为2GHz。
【发明内容】
[0006]针对减少或控制如MZI等光学设备的偏振相关的频移，有机会创建一个有力的解决方案。
[0007]粗略的描述，本发明涉及MZI或其它光学设备，其波导至少具有两段，其中，第一段被构造使得第一段的辐射不仅改变第一段的不寻常和寻常光轴的平均折射率，而且也改变第一段的双折射，该双折射的改变是平均折射率改变的第一函数，其中，第二段被构造使得第二段的辐射不仅改变第二段非寻常和寻常光轴的平均折射率，而且也改变第二段的双折射，该双折射的改变是平均折射率改变的第二函数，其中，第一函数和第二函数是不同的。不同辐射波导段的方法被描述，以同时调整或校正不同光路双折射引起的偏振相关的相移，以及耦合器双折射所引起的偏振相关的相移，和频率误差。
[0008]上述
【发明内容】
提供了对本发明一些方面的基本理解。
【发明内容】
并不用于确定发明的关键和重要元素或界定发明的范围。其唯一的目的是以简单的形式介绍发明的一些概念，作为以后提出的更详细描述的前奏。本发明的特定方面在权利要求书、说明书和附图中描述。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]下面结合具体实施例和参考附图对本发明进行描述，其中:
[0010]图1是典型的三级交错器的透射谱图。
[0011]图2是典型装置的偏振相关损耗和插入损耗图。
[0012]图3是典型的基于PLC (planar lightwave circuit)的MZDI装置的布局图。
[0013]图4是典型MZDI装置的偏振相关的延迟图。
[0014]图5-7是一些不同几何形状的波导中的双折射图。
[0015]图 8 是 F1DFS (Polarization Dependent Frequency Shift)作为 Y 的函数的不意图。
[0016]图9是应用本专利描述的技术的紫外激光修整装置的布局示意图。
[0017]图10和11是两个几何形状的波导的双折射的紫外修整效果图。
[0018]图12_20、23和24示出了结合本发明的特征的光学装置的布局图，该图显示了不同的UV写入实施例。
[0019]图21和22 (包括图22Α-22Ε)结合本发明的特征，显示了偏振分束器的布局，该图显示不同的UV写入实施例。
【具体实施方式】
[0020]以下所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
[0021]本发明所描述的基于紫外(UV)照明的修整(trimming)技术允许对具有很大的偏振相关的频率误差的制造的芯片进行修整，从而增加产量和减少成本。偏振相关的分束的控制不只是与DPSK和DQPSK接收器芯片相关。这也是与其它应用马赫-曾德干涉仪的设备相关。应用本发明描述的技术的示例性的装置包括基于马赫-曾德干涉仪的可变光衰减器、交错器、开关、偏振分束器和90度混合混频器芯片等。其也应用于其它装置，在该装置中，一个光路的光与其它一个或多个光路的光相干干涉，例如阵列波导光栅(ArrayedWaveguide Grating, AWG)设备。实际应用中，MZI的波长被调谐以匹配信号的波长，整个芯片的温度可以予以调整，或优选的热光相移器可以在MZI的一个臂中被定位。本领域的技术人员容易理解，热效应具有非常低的偏振相关性，因此该效应能很好的调整波长并不影响偏振相关性。有源元件因需要在芯片上进行金属化而不被使用，使用如下面描述的不同MZI段的第二 UV修整来替代的或另外的调谐波长。
[0022]基于平面光波导线路(PLC)的MZI通常在透射谱里显示偏振相关的频移(PDFS)。
[0023]图1显示了由三个级联的MZDI构成的三级交错器的透射谱的典型例子。图1显示了最小和最大的透射谱所有可能的偏振状态。又如图1所示，在_23dB以上的任何透射，两个谱相对于彼此错开3GHz。
[0024]通常的，TOFS对设备的光学性能有负面影响。例如对用在光纤传输系统接收端处的基于MZI的解调方案有影响，例如DPSK、QPSK和PM-QPSK。具体细节能在Cotruta，D.等的“Polarization dependent frequency shift induced BER penalty in DPSKdemodulators，，，LEOS Annual Meeting Conference Proceedings, 4_80ct.2009，pages483- 484，本发明引用该文教导作为参考。
[0025]PDFS如何不利的影响光学性能的另一个例子在图2中显示。图2显示了最大损耗210和最小损耗220。如图2所不,偏振相关损耗(Polarization Dependent Loss, PDL)200在滤波曲线陡峭的侧面迅速增加。最小化TOFS能极大减少这种影响，从而提高性能。
[0026]图3示出了基于PLC的MZDI装置300的典型布局。装置300包括分光器310、下延迟线320、上延迟线330和光组合器340。上延迟线330比下延迟线320的长度长光路长度差AL。本实施例中的光路长度差AL为上延迟线330的段340、341、342和343的总的长度。上延迟线330的其它段(未标注)具有与下延迟线320相同的光路长度。下延迟线320的光路长度在本专利中被称为共同光路长度L。本专利中，延迟线有时也替换的称为臂、分支或光路。分光器310和组合器340都是图3中的3dB定向耦合器，但是其它任何种类的组件能够将入射光束分束也能够用作分光器310，其它任何种类的组件能够组合入射光束，使其呈现一个或多个输出的 ，也能用作组合器。例如，在AWG的实施例中，分光器和组合器每个组成星形耦合器。
[0027]本专利所描述和展示的装置优选的设置在单个基板上，优选的为刚性的，优选的形成平面光波导线路(PLC)。并且，术语“上”和“下”并不是指实际装置上的分支的物理位置。在实际装置上，哪一分支被视为“上”分支，哪一分支被视为“下”分支，并不重要。相反，该术语应被视为仅仅是提供的两个光路的名称，这样它们能一致的命名。因此，举例来说，本专利的“共同光路长度”是指较短的分支的长度，“光路长度差”是指较长分支的和较短分支的长度差。
[0028]图4示出了典型的MZDI的频率响应。透射的功率作为上延迟线330和下延迟线320之间的相对相位差Φ的函数被绘制。
[0029]通常的，相对相位差Φ的数学表达式为:
,2πυ.τ
[0030]φ =--η-AL (方程 I)
c
[0031]其中，u为频率，η为波导的平均有效折射率，c为光在真空中的速度。在本专利中，当“上”光路长的时候，光路长度差的符号被认为是正的，当“下”光路长的时候，该符号被认为是负的。更一般的，如本专利的其它部分描述的，不同的波导或一个波导的不同部
分，折射率不同。对于上或下波导的所有部分Φ = ^\J^nmJupper -XnImJhwer]。如本发明所用的，相对相位定义为MZI上支的相位延迟减去下支的相位延迟。
[0032]如上所描述的，MZDI的延迟是典型的偏振相关的。这种偏正相关性能在图4的谱中可见，其中两条曲线分别代表相对于基板平面的寻常偏振光和非寻常偏振光的透射功率。两条曲线相对于彼此的水平的转换量是roFS。
[0033]PDFS定义为TOFS = Φ ΤΜ_ Φ TE，其中TM偏振相对相位差是具有主要电场分量沿非寻常轴的TM偏振光的，其主要电场分量垂直于基板平面，和具有主要电场分量沿寻常周的TE偏振光的，其电场分量在基板的平面内。这个频移是偏振相关的频移。在图4所示的例子中，PDFS=0.8弧度。在后面的讨论中，PDFS和后面定义的频率误差FE的单位除非另有所述都为弧度。为了将弧度转换为频率，将I3DFS或其它弧度形式的频率误差乘以自由空间光谱范围(FSR)除以2JI。
[0034]通常的，玻璃技术制造的PLC波导在一定程度上是双折射的。这是由于纤芯和包层是在高温下沉积的。纤芯和包层不同的参杂水平形成每种材料的不同的热膨胀性质。因此，冷却时，形成波导的不同材料中形成应力。
[0035]双折射大小B数学表达式为
[0036]B = ne_n。 (方程 2)
[0037]其中下标e和O分别代表非寻常光轴和寻常光轴的折射率。这两个光轴在与波导内的光传播方向垂直的平面内相互垂直。典型的，如本发明所用的术语，寻常光轴定义为平行于晶片的平面。这对图5所示的窄的隔离的波导和图6所示的宽(或平板)的隔离的波导，都是成立的。这对图7所示的被对称放置在每边的其它波导结构环绕的波导也是成立的。
[0038]在图5中，波导芯是510，包层由区域512和“包层下”区域514构成。该芯在本发明中被认为是“窄的”，因为它的高度比宽度大。寻常和非寻常光轴516和518也在图5中不出。光束的传播方向(光轴)垂直于页面，折射率分布的形状大致为椭圆520。在围绕中心点的每个角度位置，在该角度的椭圆520的半径决定偏振光在该角度的折射率。可以看出，椭圆520是横向拉伸的，这导致了负的双折射(ne〈n。)。
[0039]在图6中，波导芯是610，包层由区域612和“包层下”区域614构成。该芯在本发明中被认为是“宽的”，因为它的宽度比高度大，符合“宽”的定义。寻常和非寻常光轴616和618也在图5中示出，折射率分布的形状为椭圆620。可以看出，椭圆520是垂直拉伸的，这导致了正的双折射(n/rO。
[0040]在图7中，波导芯为710，包层由区域712和包层下区域714构成。附加的波导芯711对称的设置在芯710—侧的附近，影响波导710中的横向的应力。椭圆720代表波导芯710的折射率分布。从图7中可以看出，尽管芯710具有窄的形状，折射率分布720被垂直拉伸，导致正的双折射(n0<ne)。
[0041]材料应力产生的双折射近似为
[0042]B = ne-n0 = C ( σ χ- σ y) (方程 3)
[0043]其中σχ为寻常维度的应力，OyS非寻常维度的应力，C是比例常数。在某些实施例中，C大约为-3.6X KT6MPa'对于硅晶板上的波导，下包层例如514、614和714通常的压缩应力可达到_200MPa。芯区域510、610和710以及包层区域512、612和712具有更高的参杂，这将降低压缩应力到更低的水平。对于平面应变情况，0 1接近0，压缩应力0；￡小于或等于O，这将导致正的双折射。为了达到负的双折射，通常需将波导隔离，以使y方向出现新增的压缩应力。
[0044]再参考图3所示的装置300，下延迟线320和上延迟线330为隔离的波导。波导320和330的双折射B是在共同光路长度L和在光路长度差Λ L上的。
[0045]在光路长度差Λ L上的双折射引入TE和TM偏振量之间小的相位延迟Y。TE (横电场)偏振光的主电场分量沿X轴。TM (横磁场)偏振光的主电场分量沿y轴。因此,在波导中传输的TE光遇到的是寻常折射率，而TM光遇到的是非寻常折射率。
[0046]TE光和TM光之间的相位延迟Y或光路长度差是两个弧度表示的偏振态之间的光路长度差。在没有偏振旋转(如下所述)，并假设各处的双折射B为常数，数学上可得到:
?π
[0047]PDFSd = V =--B-AL (方程4)
A
[0048]更普遍的，如本发明其它地方所述不同波导或同一波导的不同部分的折射率不一样。对于上或下波导的各部分
[0049]PDFSd = Φ ΤΜ_ Φ ΤΕ，
[0050]其中^g= —[^ nTEJipperIlipper ^TEMverhower ]
[0051 ] ΦΤΜ - — [ Σ ?H/ ,upperh.pper —Σ ,?TM Jonc L'、u ]。
[0052](方程4)的TOFS的下标“d”表示这是在光路长度“差”上形成的相位延迟，而不是在共同光路长度L上形成的双折射。共同光路长度L上的双折射并不形成任何TOFS，这种双折射对于下延迟线320和上延迟线330是常见的。然而，在定向耦合器310和340中出现偏振旋转时，这种情况发生改变。在这种情况下，光进入延迟线，其偏振轴与双折射轴成一定的角度。发生偏振。此外，在光进入组合器340和离开分光器310时，其偏振态是不同的。这导致roFS的不同分量的产生，我们将其称为roFSc，以表示它是“耦合器引起的”roFS。在没有PDFSd时，对于小角度的旋转P，耦合器引起的PDFSc近似等于
? (δλ
[0053]PDFSc = 8/7 -sin —(方程 5)
[0054]其中
2疋
[0055]δ =--B.L (方程 6 )。
Λ
[0056]当δ等于2 π的整数倍，PDFSc变为0，此时，光进入组合器340和其离开分光器310时具有相同的偏振态。
[0057]偏振旋转是由双折射轴的轻微倾斜引起的。参见G.Heise等人的“Simple Modelfor Polarization Sensitivity of Silica Waveguide Mach-Zehnder Interferometer，，，IEEE Photonics Technology Letters, Vol.17, N0.10，0ctober2005，pp.2116-2118，其教导引入本文作为参考。
[0058]这种倾斜造成出射光偏转一个小角度P。测量结果显示旋转角度大约为1-3度。在分光器和组合器具体为定向耦合器的实施例中，发明人推测可能是耦合器的不对称的几何形状(只有一个相邻波导)以及材料应力引起双折射轴的倾斜。参见G.Heise等人的“Simple Model for Polarization Sensitivity of Silica Waveguide Mach-ZehnderInterferometer，” 和 Y.Nasu 等人的“Asymmetric Half-Wave Plate Configurationof PLC Mach-Zehnder Interferometer for Polarization Insensitive DQPSKDemodulator, ” Journal of Lightwave Technology,Vol.27，N0.23，Decemberlj2009，pp.5348-5355，它们的教导引入本专利作为参考。
[0059]在上面的讨论中，PDFSd和PDFSc被分别的讨论。然而，结合两种效果得到设备总的roFS。对于下延迟线，建立琼斯矩阵Jlmte,，对于上延迟线330建立琼斯矩阵Juppe,。随后使用下面的方程计算总的roFS。(参见上面引述的Y.Nasu等人的“Asymmetric Half-WavePlate Configuration of PLC Mach-Zehnder Interferometer for PolarizationInsensitive DQPSK Demodulator，，)
【权利要求】
1.一种光学装置的制造方法，其特征在于，包括如下步骤: 在基板上形成至少包含一个波导的组，所述组总体上具有第一段和第二段； 所述第一段被构造成使得所述第一段的第一辐射不仅改变所述第一段的非寻常和寻常光轴的平均折射率，而且也改变所述第一段的双折射，由所述第一辐射所引起的双折射的改变是由所述第一辐射引起的平均折射率改变的第一非零函数fa; 所述第二段被构造使得所述第二段的第二辐射不仅改变所述第二段的非寻常和寻常光轴的平均折射率，而且也改变所述第二段的双折射，由所述第二辐射所引起的双折射的改变是由所述第二辐射引起的平均折射率改变的第二非零函数fb; 第一函数和第二函数不同； 通过所述第一辐射辐射所述第一段的第一预定长度；及 通过所述第二辐射辐射所述第二段的第二预定长度。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一函数为fa(Ana)=qaAna，其中Ana为由所述第一段的所述第一辐射所引起的平均折射率的改变，Qa为所述第一段的所述第一辐射的非零比例常数。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第二函数为fb(Anb)=qb Arv其中Anb是由所述第二段的所述第二辐射所引起的平均折射率的改变，Qb是所述第二段的所述第二辐射的非零比例常数，并且qa〈>qb。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一长度与所述第二长度不同。`
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一段和所述第二段都在一个波导上。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一段和所述第二段在所述组的两个不同波导上。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，波导的组包括第一波导和第二波导，所述第一波导具有所述第一段和所述第二段，所述第二波导具有第三段和第四段， 所述第三段被构造使得所述第三段的第三辐射不仅改变所述第三段的非寻常和寻常光轴的平均折射率，而且也改变所述第三段的双折射，由所述第三辐射所引起的双折射的改变是由所述第三辐射引起的平均折射率改变的第三函数，所述第三函数基本上等于所述第一函数fa， 第四段被构造使得所述第四段的第四辐射不仅改变所述第四段的非寻常和寻常光轴的平均折射率，而且也改变所述第四段的双折射，由所述第四辐射所引起的双折射的改变是由所述第四辐射引起的平均折射率改变的第四函数，所述第四函数基本上等于所述第二函数fb。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，进一步包括使用所述第三辐射辐射所述第三段的第三预设长度。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述波导的组包括总体上具有所述第一段和所述第二段的第一波导和第二波导，该方法进步一步包括: 在所述基板上形成具有输入和第一输出及第二输出的分光器；及 在所述基板上形成具有第一输入、第二输入和第一输出的光组合器， 其中所述第一波导将光从所述分光器的所述第一输出传输到所述光组合器的所述第一输入，所述第二波导将光从所述分光器的所述第二输出传输到所述光组合器的所述第二输入。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，使用所述第一辐射辐射所述第一预设长度和使用所述第二辐射辐射所述第二预设长度的步骤总体上使得，在上述两步辐射后，所述分光器输入处的光将出现在所述光组合器的所述第一输出处，该光的功率损耗基本上与该光的偏振无关。
11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，使用所述第一辐射辐射所述第一预设长度和使用所述第二辐射辐射所述第二预设长度的步骤总体上使得，在上述两步辐射后，如果所述分光器的输入处的特定波长的光包括相互正交的第一偏振态和第二偏振态，则部分具有所述第一偏振态的光将出现在所述光组合器的所述第一输出处，而部分具有所述第二偏振态的光将不会出现在所述光组合器的所述第一输出处。
12.如权利要求9所述的方法，其特征在于，进一步包括根据装置工作频率的预期改变确定所述第一预设长度的步骤。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，用于处理波长为λ的光，其中，确定所述第一预设长度包括以下步骤: 确定写入长度h，其中A1，及
2πΑπ 根据h确定所述第一预设长度， 其中，Λ φ是所述第一波导和所述第二波导之间的相对相位延迟的期望的改变，Λη是由所述第一段的所述第一辐射引起的平均折射率的改变。
14.如权利要求13所述`的方法，其特征在于，在通过所述第一辐射辐射所述第一段的所述第一预设长度步骤之前，所述装置具有频率误差FE，其中ΛΦ的期望变化为Δ φ=---。
15.如权利要求9所述的方法，其特征在于，用于处理波长为λ的光，所述第一预设长度基本上为/=#，其中Λ φ为所述第一波导和所述第二波导之间的相对相位延迟的
2πΜ期望改变，△ η是由所述第一段的所述第一辐射引起的平均折射率的改变。
16.如权利要求9所述的方法，其特征在于，用于处理波长为λ的光， 其中，所述第二波导具有第三段，所述第三段被构造使得所述第三段的第三辐射不仅改变所述第三段的非寻常和寻常光轴的平均折射率，而且也改变所述第三段的双折射，由所述第三辐射所引起的双折射的改变是由第三辐射引起的平均折射率改变的第三函数，所述第三函数基本上等于所述第一函数fa， 该方法进一步包括如下步骤: 通过所述第三辐射辐射所述第三段的所述第三预设长度； 确定写入长度h2 ;及 通过h2确定所述第一预设长度和所述第三预设长度；
δ — ?ιη λ 2τζ
中 hj —---- —，(6) = — B' L j
AB 2π A B是在辐射所述第一段的所述第一预设长度之前的所述第一段的波导双折射， L是所述第一波导和所述第二波导的共同光路长度，ΛΒ是由所述第一段的所述第一辐射引起的双折射的改变， i是使h2>=0的整数。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，进一步包括如下步骤: 确定写入长度h ;及 通过4确定所述第二预设长度，其中
18.如权利要求9所述的方法，其特征在于，用于处理波长为λ的光，其中，所述第二波导具有第三段，所述第三段被构造使得所述第三段的第三辐射不仅改变所述第三段的非寻常和寻常光轴的平均折射率，而且也改变所述第三段的双折射，由所述第三辐射所引起的双折射的改变是由所述第三辐射引起的平均折射率改变的第三函数，所述第三函数基本上等于所述第一函数fa ; 该方法还包括通过所述第三辐射辐射所述第三段的第三预设长度，
19.如权利要求9所述的方法，其特征在于，用于处理波长为λ的光， 其中，所述第二波导具有第三段，所述第三段被构造使得所述第三段的第三辐射不仅改变所述第三段的非寻常和寻常光轴的平均折射率，而且也改变所述第三段的双折射，由所述第三辐射所引起的双折射的改变是由所述第三辐射引起的平均折射率改变的第三函数，所述第三函数基本上等于所述第一函数fa， 该方法进一步包括通过所述第三辐射辐射所述第三段的第三预设长度， 所述第一预设长度和所述第三预设长度基本上为其中
20.如权利要求9所述的方法，其特征在于，用于处理波长为λ的光， 其中，所述第二波导具有第三段，所述第三段被构造使得所述第三段的第三辐射不仅改变所述第三段的非寻常和寻常光轴的平均折射率，而且也改变所述第三段的双折射，由所述第三辐射所引起的双折射的改变是由所述第三辐射引起的平均折射率改变的第三函数，所述第三函数基本上等于所述第一函数fa， 该方法进一步包括通过所述第三辐射辐射所述第三段的第三预设长度， 其中所述第一预设长度和所述第三预设长度中的一个基本上等于I hi I +h2，另一个基本等于h2，其中
21.如权利要求9所述的方法，其特征在于，用于处理波长为λ的光， 其中，所述第一函数为fa(Ana) =qa Ana,所述第二函数为fb ( Δ nb) =qb Δ nb, 其中Ana为由所述第一段的所述第一辐射引起的平均折射率的改变，Anb由所述第二段的所述第二辐射引起的平均折射率的改变， Qa和qb分别为所述第一段和所述第二段辐射的非零比例常数，并且qa〈>qb， 该方法进一步包括如下步骤: 确定写入长度|ha|和|hb|的值，
22.如权利要求9所述的方法，其特征在于，用于处理波长为λ的光， 其中，所述第一函数为fa(Ana) =qa Ana,所述第二函数为fb ( Δ nb) =qb Δ nb, 其中Ana为由所述第一段的所述第一辐射引起的平均折射率的改变，Anb由所述第二段的所述第二辐射引起的平均折射率的改变， Qa和qb分别为所述第一段和所述第二段辐射的非零比例常数，并且qa〈>qb， 所述第一预设长度和所述第二预设长度基本上等于|ha|和|hb |，
23.如权利要求22所述的方法，其特征在于，所述第二波导具有第三段，所述第三段被构造使得所述第三段的第三辐射不仅改变所述第三段的非寻常和寻常光轴平均折射率，而且也改变所述第三段的双折射，由所述第三辐射所引起的双折射的改变是由所述第三辐射引起的平均折射率改变的第三函数，所述第三函数基本上等于所述第一函数fa，该方法进一步包括如下步骤: 通过所述第三辐射辐射所述第三段的第三预设长度； 确定写入长度h2 ;及 根据h2确定所述第三长度， 其中确定所述第一预设长度依赖于h2，
24.如权利要求9所述的方法，其特征在于，用于处理波长为λ的光， 其中，所述第一函数为fa(Ana) =qa Ana,所述第二函数为fb ( Δ nb) =qb Δ nb, 其中，Ana为由所述第一段的所述第一辐射引起的平均折射率的改变，Anb为由所述第二段的所述第二辐射引起的平均折射率的改变，Qa和qb分别为所述第一段和所述第二段的辐射的非零比例常数，并且qa〈>qb， 所述第二波导具有第三段，所述第三段被构造使得所述第三段的第三辐射不仅改变所述第三段的非寻常和寻常光轴平均折射率，而且也改变所述第三段的双折射，由所述第三辐射所引起的双折射的改变是由所述第三辐射引起的平均折射率改变的第三函数，所述第三函数基本上等于所述第一函数fa， 该方法进一步包括通过所述第三辐射辐射所述第三段的第三预设长度的步骤， 其中所述第三预设长度基本上等于写入长度h2， 所述第一预设长度和所述第二预设长度基本上等于h2+ I ha I和I hb I，
25.如权利要求9所述的方法，其特征在于，用于处理波长为λ的光， 其中，所述第一函数为fa(Ana) =qa Ana,所述第二函数为fb ( Δ nb) =qb Δ nb, 其中Ana为由所述第一段的所述第一辐射引起的平均折射率的改变，Anb由所述第二段的第二辐射引起的平均折射率的改变，Qa和qb分别为所述第一段和所述第二段的辐射的非零比例常数，并且qa〈>qb， 所述第二波导具有第三段，所述第三段被构造使得所述第三段的第三辐射不仅改变所述第三段的非寻常和寻常光轴平均折射率，而且也改变所述第三段的双折射，由所述第三辐射所引起的双折射的改变是由所述第三辐射引起的平均折射率改变的第三函数，所述第三函数基本上等于所述第一函数fa， 进一步包括通过所述第三辐射辐射所述第三段的第三预设长度的步骤， 其中所述第三预设长度基本上等于写入长度h2， 所述第一预设长度和所述第二预设长度基本上等于IhaI 和匕+lhbl，
26.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一段在多个波导中的一个上具有多个不连续的分段。
27.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过所述第一辐射辐射所述第一段的第一预设长度的步骤包括辐射所述第一预设长度的多个不连续的分长度。
28.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一辐射具有第一辐射特征，所述第二辐射具有与所述第一辐射特征不同的第二辐射特征，所述第一函数与所述第二函数的区别独立于所述第一辐射特征和所述第二辐射特征的区别。
29.一种光学装置的制造方法，其特征在于，包括如下步骤: 在基板上形成具有输入和第一输出及第二输出的分光器； 在所述基板上形成具有第一输入和第二输入以及第一输出的光组合器；及在所述基板上形成第一波导和第二波导，所述第一波导和所述第二波导总体上具有第一段和第二段，所述第一波导将光从所述分光器的所述第一输出传输到所述光组合器的所述第一输入，所述第二波导将光从所述分光器的所述第二输出传输到所述光组合器的所述第二输入; 第一段被构造成使得所述第一段的第一辐射不仅改变所述第一段的非寻常和寻常光轴的平均折射率，而且也改变所述第一段的双折射，由所述第一辐射所引起的双折射的改变是由所述第一辐射引起的平均折射率改变的第一非零函数fa; 第二段被构造使得所述第二段的第二辐射不仅改变所述第二段的非寻常和寻常光轴的平均折射率，而且也改变所述第二段的双折射，由所述第二辐射所引起的双折射的改变是由所述第二辐射引起的平均折射率改变的第二非零函数fb; 第一函数和第二函数不同； 该方法进一步包括修整步骤，该修整步骤为通过所述第一辐射辐射所述第一段的第一预设长度和通过所述第二辐射辐射所述第二段的第二预设长度中的一个或两个修整；修整步骤使得，在修整后，如果特定波长的光在所述分光器的所述输入处包含相互正交的第一偏振态和第二偏振态，部分具有所述第一偏振态的光将出现在所述光组合器的所述第一输出处，部分具有所述第二偏振态的光将不会在所述光组合器的所述第一输出处出现。
30.如权利要求29所述的方法，其特征在于，形成在基板上的所述光组合器进一步包括第二输出， 修整步骤进一步使得修整后部分具有所述第二偏振态的光将出现在所述光组合器的所述第二输出处，部分具有所述第一偏振态的光将不会在所述光组合器的所述第二输出处出现。
31.一种光学装置的制造方法，所述光学装置用于处理波长为λ的光，其特征在于，该方法包括如下步骤:` 在基板上形成具有输入和第一输出及第二输出的分光器； 在所述基板上形成具有第一输入和第二输入以及第一输出的光组合器；及在所述基板上形成第一波导和第二波导，所述第一波导和所述第二波导分别具有第一段和第二段，所述第一波导将光从所述分光器的所述第一输出通过所述第一段传输到所述光组合器的所述第一输入，所述第二波导将光从所述分光器的所述第二输出传输到所述光组合器的所述第二输入； 所述第一段和所述第二段被构造使得各段的第一辐射不仅分别改变各段的非寻常和寻常光轴的平均折射率，而且也分别改变各段的双折射； 该方法进一步包括如下步骤: 确定写入长度h2 ； 根据h2确定第一预设长度和第二预设长度； 辐射所述第一段的所述第一预设长度；及 辐射所述第二段的所述第二预设长度， 甘 r+w(5 — 2/.兀 ? 苴中A9 =----，
AB In
IJT S = -B-L,
λ B是在辐射所述第一段的第一预设长度前，所述第一段的波导双折射，L是所述第一波导和所述第二波导的共同光路长度， ΛΒ是由所述第一段的所述第一辐射引起的双折射的改变， i是使h2>=0的任何整数。
32.如权利要求31所述的方法，其特征在于，还包括进一步根据装置工作频率的预期变化确定所述第一预设长度。
33.如权利要求31所述的方法，其特征在于，进一步包括确定写入长度Ih11，其中
34.一种光学装置的制造方法，该装置用于处理波长为λ的光，其特征在于，该方法包括如下步骤: 在基板上形成具有输入和第一输出及第二输出的分光器； 在所述基板上形成具有第一输入和第二输入以及第一输出的光组合器；及在所述基板上形成第一波导和第二波导，所述第一波导和所述第二波导分别具有第一段和第二段，所述第一波导将光从所述分光器的所述第一输出通过所述第一段传输到所述光组合器的所述第一输入，所述第二波导将光从所述分光器的所述第二输出传输到所述光组合器的所述第二输入； 所述第一段和所述第二段被构造使得各段的第一辐射不仅分别改变各段的非寻常和寻常光轴的平均折射率，而且也分别改变各段的双折射； 该方法进一步包括如下步骤: 辐射所述第一段的第一预设长度；及 辐射所述第二段的第二预设长度，
其中所述第一预设长度和所述第二预设长度都基本上
35.一种光学装置的制造方法，该装置用于处理波长为λ的光，其特征在于，该方法包括如下步骤: 在基板上形成具有输入和第一输出及第二输出的分光器； 在所述基板上形成具有第一和第二输入以及第一输出的光组合器；及在所述基板上形成第一波导和第二波导，所述第一波导和所述第二波导分别具有第一段和第二段，所述第一波导将光从所述分光器的所述第一输出通过所述第一段传输到所述光组合器的所述第一输入，所述第二波导将光从所述分光器的所述第二输出传输到所述光组合器的所述第二输入；所述第一段和所述第二段被构造使得各段的第一辐射不仅分别改变各段的非寻常和寻常光轴的平均折射率，而且也分别改变各段的双折射； 该方法进一步包括如下步骤: 辐射所述第一段的所述第一预设长度；及 辐射所述第二段的所述第二预设长度， 其中所述第一预设长度和所述第二预设长度中的一个基本上等于I hi I +h2，另一个基本等于h2，其中
36.一种光学装置的制造方法，该装置用于处理波长为λ的光，其特征在于，该方法包括如下步骤: 在基板上形成具有输入和第一输出及第二输出的分光器； 在所述基板上形成具有第一输入和第二输入以及第一输出的光组合器； 在所述基板上形成第一波导，所述第一波导将光从所述分光器的所述第一输出传输到所述光组合器的所述第一输入，所述第一波导具有第一段，所述第一段被构造使得所述第一段的第一辐射不仅改变所述第一段非寻常和寻常光轴的平均折射率，而且也改变所述第一段的双折射，由所述第一辐射所引起的双折射改变为qaAna，其中八^是由所述第一段的所述第一辐射引起的平均折射率的改变，Qa是所述第一段的所述第一辐射的比例常数；在所述基板上形成第二波导，所述第二波导将光从所述分光器的所述第二输出传输到所述光组合器的所述第二输入； 确定写入长度ha，其中弋
37.根据上述任一项所述的权利要求，其特征在于，所述辐射所述第一预设长度的步骤包括使用紫外光照射所述第一预设长度，辐射所述第二预设长度包括使用紫外光照明所述第二预设长度。
38.一种光学装置,其特征在于,包括: 具有输入端口和第一输出端口、第二输出端口的分光器； 具有第一输入端口、第二输入端口和第一输出端口的光组合器；从所述分光器的所述第一输出端口到所述光组合器的所述第一输入端口的第一光路，所述第一光路至少具有两个段； 第一段被构造使得所述第一段的辐射不仅改变所述第一段的非寻常和寻常光轴的平均折射率，而且也改变所述第一段的双折射，双折射的改变是平均折射率改变的非零函数； 第二段被构造使得所述第二段的辐射不仅改变所述第二段的非寻常和寻常光轴的平均折射率，而且也改变所述第二段的双折射，双折射的改变是平均折射率改变的第二非零函数fb; 第一函数和第二函数不同。
39.如权利要求38所述的装置，其特征在于，所述第一段的辐射改变所述第一段的双折射为非零因数qa乘以所述第一段的非寻常和寻常光轴的平均折射率的改变量， 所述第二段的辐射改变所述第二段的双折射为非零因数qb乘以所述第二段的非寻常和寻常光轴的平均折射率的改变量，其中qa〈>qb。
40.如权利要求38所述的装置，其特征在于，所述第二光路包括第三段和第四段，所述第三段和所述第四段分别具有不同的第三和第四双折射辐射依赖性。
41.如权利要求40所述的装置，其特征在于，第一双折射辐射依赖性和第三双折射辐射依赖性相等，第二双折射辐射依赖性和第四双折射辐射依赖性相等。
42.如权利要求41所述的装置，其特征在于，所述第一段的辐射改变所述第一段的双折射为非零因数qa乘以所述第一段的非寻常和寻常光轴的平均折射率的改变量， 所述第三段的辐射改变所述第三段的双折射为非零因数q。乘以所述第三段的非寻常和寻常光轴的平均折射率的改变量， 所述第四段的辐射改变所述第三段的双折射为因数qd乘以所述第四段的非寻常和寻常光轴的平均折射率的改变量，其中qa=q。，qb=qd，并且qa〈>qb。
43.如权利要求38所述的装置，其特征在于，所述光组合器还包括第二输出端口。
44.如权利要求38所述的装置，其特征在于，第一不同双折射辐射依赖性和第二不同双折射辐射依赖性包括第一不同双折射UV照射依赖性和所述第二不同双折射UV照射依赖性。
【文档编号】G02F1/313GK103608720SQ201280021687
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2012年3月28日 优先权日:2011年3月28日
【发明者】辛德瑞克·F·布瑟尔斯, 冈特·B·比伦 申请人:格姆法尔公司