集成双向轴向梯度折射率/衍射光栅波分多路复用器的制作方法

专利名称：集成双向轴向梯度折射率/衍射光栅波分多路复用器的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及轴向梯度折射率透镜，本发明尤其涉及在波分多路复用应用中使用的轴向梯度折射率透镜。
背景技术：
波分多路复用(WDM)是一项迅速发展的技术，它能够使经光纤发送的数据总量有极为显著的增加。传统上，大多数光纤已经用来在一个波长上单向地传送仅仅一个数据通道。WDM的基本概念是从一根光纤上分别引导和检索多个数据通道。每个数据通道以统一的波长发送，并且适当选择波长，从而使各个通道不相互干扰，并且使光纤的光传输损耗低。现今，有市售的WDM系统，它们允许2至32的通道同时传输。
WDM是增加经光纤传递的数据量(通常称为带宽)的一种节约成本的方法。增加带宽的另外的一些与之竞争的技术包括埋设额外的光缆或提高在光纤上的传输速度。埋设额外的光缆的成本在每公里15，00美元至40，000美元。提高光传输速率越来越受到围绕光纤系统的电子设备的速度和经济性的限制。用电子技术来增加带宽的主要策略之一曾经是使用时分多路复用(TDM)，它把多个较低速率的电子数据通道组合或多路复用在一起，成为单个极高速率的通道。在过去的20年中用这种技术增加带宽曾经非常有效；然而，从技术和经济两方面来看，如今提高传输速度越来越困难。WDM通过使用许多条平行的通道提供了经济上和技术上解决增加带宽的潜力。WDM是TDM的补充，即，WDM能够允许许多同时的高传输速率的TDM通道通过单根光纤。
使用WDM来增加带宽需要两个在概念上对称的基本装置。第一个装置是波分多路复用器。此装置采用多个光束(每个光束具有分立的波长，而它们在空间上起先是隔开的)，并且提供一个装置，用于把所有的不同波长的光束组合成适合于引导入一根光纤的单个多色光束。多路复用器可以是完全无源的光学装置或者可以包括控制或监视多路复用器性能的电子设备。多路复用器的输入端一般是用多根光纤做成的；然而，可以使用激光二极管或其他光源。多路复用器的输出端一般是一根光纤。
类似地，用于WDM的第二个装置是波分去多路复用器。此装置的功能与多路复用器的功能相反；它接收从一根光纤输入的多色光束，并且提供一个装置，用于在空间上把波长分开。去多路复用器的输出端一般连接至多根光纤或多个光电探测器。
在过去20年期间，已经建议和示范了各种类型的WDM；例如，参见下述文献(1)W.J.Tomlinson，《应用光学》，第16卷，第8期，2180-2194页(1997年8月)；(2)A.C.Livanos等人，《应用物理通信》，第30卷，第10期，519-521页(1997年5月15日)；(3)H.Ishio等人，《光波技术杂志》，第2卷，第4期，448-463页，(1984年8月)；(4)H.Obara等人，《电子学通信》，第28卷，第13期，1268-1270页(1992年6月18日)；(5)A.E.Willner等人，《IEEE光子学技术通信》，第5卷，第7期，838-841页(1993年7月)；以及(6)Y.T.Huang等人，《光学通信》，第17卷，第22期，1629-1631页(1992年11月15日)。
然而，尽管有上面所有的方法、设计和技术，但仍然存在对具备成本低、元件可集成、环境和热稳定性好、通道串话低、通道信号损失小、连接容易、通道数目大以及通道间隔窄等全部特性的WDM装置的实际需要。
发明揭示按照本发明，波分多路复用器或去多路复用器把一个轴向梯度折射率元件和一个衍射光栅相组合，以提供一种集成双向波分多路复用器或去多路复用器装置。为简单起见，将彻底地讨论多路复用器的功能；然而，由于多路复用器和去多路复用器功能的对称性，本发明的讨论也可以直接应用于去多路复用器。本发明的多路复用器包括(a)用于接收多个来自一些光纤或其他光源(诸如激光器或激光二极管)的输入光束(它们包含至少一个波长)的装置，该装置包括一个平的前表面，输入光入射在该表面上，并且该装置适合于连接输入光纤或者与其他装置集成；(b)耦合器子系统，包括(1)轴向梯度折射率准直透镜，它与平面前表面相关联，以及(2)均匀折射率罩(boot)透镜，它加接至轴向梯度折射率准直透镜，并且具有一个平的但倾斜的后表面；(c)近Littrow衍射光栅，它在操作上与均匀折射率罩透镜相关联，形成或加接在耦合器子系统的平的出射表面处，该衍射光栅把多个空间上分隔的波长组合成至少一个多色光束，并且把经组合的光束以与入射光束基本上相同的角度反射回耦合器子系统；(d)可选的电光元件阵列，用于折射多个波长，以提供通道路由选择或切换能力；以及(e)对于至少一根光纤输出至少一个经多路复用的多色输出光束的装置，所述装置位于(a)中的同一输入面处。
本发明的装置既可以工作于正向以提供多路复用器功能也可以工作于反向以提供去多路复用器功能。
此外，本发明的装置是固有地双向的并且能够在诸如分配通道至网络的各个区域的网络集线器(hub)和交集(intersection)的应用中同时用作多路复用器和去多路复用器。本发明的基于轴向梯度折射率和衍射光栅的WDM装置是独特的，因为它们包含一个或多个均匀折射率罩透镜，允许把所有的光学元件集成为单个的集成装置。这大大增加了坚固性、环境和热稳定性，而同时避免引入空气空间，这些空气空间造成对准灵敏度、装置封装复杂性和成本的增加。
此外，均匀折射率罩透镜对于装置组装、对准以及合并额外装置功能提供了大而平的表面。使用轴向梯度折射率透镜允许从具有常规的球面的透镜得到很高性能的成象，由此提供了WDM应用所需的衍射限的光学成象。此外，可以高质量和低成本做出轴向梯度折射率透镜。换一种做法，能够用非球面形的透镜来替代轴向梯度折射率透镜；然而，准直性能相同，但做出具有非球面的单块集成装置是极为困难的。此外，非球面透镜一般很昂贵，并且有很讨厌的寄生类型(ghosting-type)的反射。
WDM装置的集成允许得到小型的、坚固的以及环境和热稳定的系统。特别，把元件集成为固体块保持了元件对准，这就可提供长期的性能，相反，随着时间的推移，非集成的由空气隔开的装置的对准特性变坏，因此其性能也变坏。
总之，本发明以一种对于WDM的新颖方法为特征。使用光学透镜连同衍射光栅允许所有的波长同时被多路复用和同样地处理。这与不大想要的串联WDM方法不同，串联WDM方法使用基于干涉滤波器的或光纤Bragg光栅。这些串联WDM方法有显著的光损失、串话、对准和温度等问题。此外，与其他平行的多路复用方法(诸如阵列波导光栅装置、熔化光纤耦合器、或树形波导耦合器)相比，本发明在玻璃内自由地进行波长分隔，这与在有耗波导结构中进行波长分隔不同。于是，与现有技术相比，本发明的明显的优点是通过装置的光信号损失较低，以及组装和对准比较容易。
在结合附图考虑下面的详细描述之后，本发明的其他的目的、特征和优点将变得明显，在这些附图中，相同的标号在所有的附图中代表相同的特征。熟悉本领域的人将清楚，没有在这里明显地讨论的附加的目的、特征和优点对于本发明的精神而言是固有的，并且遵循本发明的精神。
附图简述应该明白，除非特别指明，在本说明书中参照的附图不照比例绘制。


图1是本发明的波分多路复用器装置的侧视立面示意图(图1a)和顶视平面示意图(图1b)，所述波分多路复用器装置包括轴向梯度折射率透镜、近Littrow衍射光栅、以及多路复用至一个光纤输出端的多个光纤输入端；图2a是图1的装置的一部分的透视图，详细画出了连至装置的输入和输出光学连接；图2b是图1的装置的输入部分的透视图，画出另一种输入端结构，其中，输入端是激光二极管的阵列；图2c是图1的装置的一部分的透视图，画出用于去多路复用器的另一种输出端结构，其中，输出端是光电检测器的阵列；图3是类似于图1的装置的侧视立面示意图(图3a)和顶视平面示意图(图3b)，但该装置删去了在输入端和轴向梯度折射率准直透镜之间的均匀折射率罩透镜元件；图4是图1的装置的一部分的透视图，但是它包括了电光束偏转元件的阵列(平行于光栅方向)，以将每个输入通道各自束偏转至输出光纤端口；图5a-5c是强度与波长坐标上的曲线图，画出对于不同结构或本发明的多路复用器的不同的强度分布；图6是图1的装置的一部分的透视图，它类似于图2a的那部分，但包括电光束偏转元件的阵列(垂直于光栅方向)，以将每个输入通道各自束偏转至输出光纤端口；图7是图1的装置的一部分的透视图，它类似于图2a的那部分，但包括电光束偏转元件，以将每个输入通道各自束偏转至输出光纤端口；以及图8是图1的装置的一部分的透视图，但使用了两个多路复用器，通过在一个多路复用器的输入面上引入电光阻挡阵列来完成通道阻挡功能。
实现本发明的最佳方式现在详细参照本发明的具体的实施例，它们描绘了发明者为实现本发明而目前仔细考虑的最佳方式。还作为可应用的方式简短描述另外的一些实施例。
图1描绘了本发明的较佳实施例的两个视图，该实施例实施了一种轴向梯度折射率/衍射光栅波分多路复用器装置。具体而言，图1a画出装置的侧视立面图，而图1b画出顶视平面图。
第一实施例的装置10采用具有N个分立的光波长14的输入光纤阵列12，并且在空间上把它们组合为单个光束16，并将单个光束输出至单个光纤输出端18。每个波长发送用其他装置叠加在其上的信息，这些装置未在这里示出，并且不构成本发明的一部分，但是它们在本领域中是公知的。
装置10还包括耦合器元件20；在耦合器元件的出射表面20b上形成或放置近Littrow衍射光栅22。近Littrow衍射光栅22提供对不同波长的光束的角向色散，并且以与入射角非常接近相等的角度把光束反射回来。
在本发明中，使用衍射光栅22来提供角色散，其大小取决于每个入射光束的波长。此外，为了对在出现的多个光束波长范围内或接近该范围的一个波长得到Littrow衍射条件，衍射光栅22以特殊的角度相对于装置10的光轴取向。Littrow衍射条件要求光束以同样精确的角度入射在光栅上和从光栅反射回来。因此，熟悉本领域等人将容易明白，使用近Littrow衍射光栅来为出现的多个波长的每个波长得到近Littrow衍射。
Littrow衍射角由下述公知的公式确定mλ=dsin(αi)这里m是衍射级，λ是波长，d是衍射光栅槽间距，而αi是相同的入射和衍射角。熟悉本领域的人将容易明白，衍射光栅角取决于多个变量，它们可以根据要求改变，以优化装置的性能。例如，影响光栅衍射角的变量包括所需的光栅衍射级、光栅闪耀角(blaze angle)、通道数、通道的空间分隔、以及装置的波长范围。
耦合器元件20包括第一均匀折射率罩透镜24，它连接或加接至轴向梯度折射率准直透镜26。而轴向梯度折射率准直透镜又连接或加接至第二均匀折射率罩透镜28。使用光学粘合剂或其他光学透明的粘合技术完成连接或加接。在这个第一实施例中，如此放置光纤12’的阵列12，从而使由光纤端部辐射的光入射在耦合器元件20的入射表面20a上。每根光纤12’提供分立波长的光束。
图2a画出将输入光纤阵列12耦合入耦合器20以及在其中发送多个光束14的细节，对于每根光纤12’有一个光束，使用合适的耦合器/互连器30。类似地，使用合适的耦合器/互连器32把经组合的光束16耦合入单个光纤输出端18。这种耦合器/互连器30、32在本领域中是公知的，并且不构成本发明的一部分。
多个空间分隔的光束14进入第一均匀折射率罩透镜24，在那里它们的直径被扩展。接着，多个光束14进入第一轴向梯度折射率透镜26，在那里它们被准直，然后通过第二均匀折射率罩透镜28。在第二均匀折射率罩透镜28的出射表面20b处，经准直的光束被近Littrow衍射光栅22反射，该衍射光栅去除了多个光束14内的角分隔，并且产生在其本身之中包含多个波长的单个光束16。单个光束16通过耦合元件20沿反方向返回(首先，通过第二均匀折射率罩透镜28，然后通过轴向梯度折射率聚焦透镜26，而最后通过第一均匀折射率罩透镜24)。然后单个经聚焦的光束16入射在光纤18上，该光纤附着在耦合器元件20的第一均匀折射率罩透镜24的入射面20a上。
在第二均匀折射率罩透镜28中，以倾斜边形成出射面20b，其角度与由上式给出的Littrow衍射角相等。倾斜角是相对于一条轴而言的，该轴平行于衍射光栅28的轴。
衍射光栅22做在耦合器元件20的远表面20b上。可以用各种技术来制造此衍射光栅，诸如在聚合物介质中的三维全息图，该聚合物介质可以用诸如光学粘合剂附着于出射面20b。另一种做法是，采用机械划线机或其他技术或者在本领域公知的技术，在出射表面20b上刻划出衍射光栅22。能够直接在出射面20b上构成划线的衍射光栅22，或者在诸如聚合物、玻璃、硅、等等另外的平的材料做成，再用光学粘合剂把它固定在耦合器元件的端部。
为了防止经多路复用的输出光束16(一个多色光束)直接反射回来进入入射光束的阵列，把输入阵列和输出光纤离开透镜的中心轴稍微对称地隔开。另一种做法是，在第二均匀折射率罩透镜28中造成小的倾斜(一般小于3°)。通过绕一条轴(该轴与衍射光栅22的划线方向垂直)旋转第二均匀折射率罩透镜的背面而做成这个小的倾斜。为了高效和容易地耦合入装置10和从装置10耦合出来，用这个倾斜把输出光纤18与输入阵列12在空间上隔开。在图1画出的实施例中，构成输入阵列12的多根光纤12′以及光纤输出18示于图2a。由于第二均匀折射率罩透镜28的倾斜，又使得多个光输入端12′和光输出端18在第一均匀折射率罩透镜24的第一表面20a处稍微在空间上隔开。
在图1画出的实施例中，可以用示于图2b的多个激光二极管34来代替多根光纤12′，以提供用于波分多路复用器10的光束输入端14。可以将激光二极管的阵列34对接耦合至WDM装置10，可以纵向隔开，或者可以具有放置在输出面和激光二极管阵列之间的合适的聚焦透镜，以提供最佳耦合和最低数量的信号损失或串话。
在第二实施例中，与这里描述的所有的装置那样，示于图1的装置10可以在一种相反的结构中工作，这种结构具有单个的光纤输入端18，它引入具有多个分立的波长通道的单个多色光束16。由装置10的去多路复用功能把这些通道在空间上分开，以输出至多根光纤12′。每根输出光纤12′只载有单个分立的波长通道。在这个实施例中，在功能上，去多路复用器提供了与图1中描述的多路复用器装置10同样但相反的功能。在去多路复用器实施例中，替代多根光纤，可以使用示于图2c的多个光电检测器36，以对于波分去多路复用器提供光束输出。可以将光电检测器的阵列36对接耦合至WDM装置10，可以纵向隔开，或者可以具有放置在输出面和光电检测器阵列之间的合适的聚焦透镜，以提供最低数量的信号损失或串话。
在图3的两个视图所画出的第三实施例中，去除了第一均匀折射率罩透镜24，以做出尺寸更紧凑的装置，或者用于对于其性能而言无需使用第一均匀折射率罩透镜的装置中。图3a画出装置的侧视立面图，而图3b画出顶视平面图。在这个实施例中，轴向梯度折射率透镜26′具有平的出射面20a，用于直接连至多个输入端12′和单根输出光纤18。这个第三实施例的另外一种实施方法(未示出)是在多根输入光纤12′或激光二极管34和轴向折射率透镜26′之间包括一个空气空间。引入空气空间不是较佳实施例，因为它增加了多路复用器10的组装和对准的复杂性，并且可能会比本发明的较佳实施例的集成块方法遭受更大的环境和温度不稳定性。这个第三实施例的所有的元件用光学粘合剂或其他的光学透明的粘合技术连接或加接。
在示于图4的第四实施例中，集成了非线性电光元件的阵列38，以提供有选择地把经多路复用的光16引入数个可能的共线光纤输出端18a、18b、18c、18d、18e的能力。这对于光学成网极有价值，而波分多路复用器装置10能够提供同时的集成多路复用和路由功能。电光元件阵列38是一种电控固态光学材料，通过改变施加至材料的电流能够改变该材料的折射率。这种电光元件在本领域中是公知的；其例子包括铌酸锂以及某些聚合物材料。
输出阵列18与表面20a用可选的间隔物或空白40隔开。空白40只是如偏转阵列38那样提供相同的间隔，以使输入和输出耦合容易。
用折射率的改变来增大或减小光传输的角度(相对于电光材料的梯度方向)。用电光元件来独立地移动光束14的位置至任意的输出光纤端口18是很合乎需要的。移动方向平行于输入端12′和输出阵列18。如图4所示，使用电光元件的阵列38以把输出引至多个可能的光纤输出端18a、18b、18c、18d、18e之一。多根输出光纤18a-18e是共线的。可以理解，虽然示出5根这样的输出光纤，但本发明并不受此局限，而在本发明的实践中可以采用任何合理数目的输出光纤。
另一个第五实施例将沿如去多路复用和路由装置相同的方向使用装置，其中，每根光纤12′输入多个波长，它们被去多路复用和束偏转至输出光纤阵列18。电光元件38的较佳取向是这样的，从而在装置10的输出面20a处的空间变化沿平行于输入阵列12和输出阵列18的方向。在这个另外的实施例中，可以把经去多路复用的输出16路由发送至许多可能的光纤阵列18之一，如图4所示。另一种做法是，可以把经去多路复用的输出路由发送至许多可能的光电检测器阵列之一(未示出)，如上面结合图2c所讨论的那样。
在第六实施例中，可以特别设计和构造图1的装置，从而在多色输出光束中的各个波长通道被不均匀地聚焦在多路复用器的输出面上。如图5a中所描绘的，图1的装置的较佳实施例产生多个非常均匀的经聚焦的光束，它们具有均匀的强度分布。然而，为了体现诸如图5b和5c所示的强度分布随波长增大的变化，当前的实施例改变了准直透镜组件的设计(诸如透镜曲率或轴向梯度折射率分布)。这些改变不必是线性的，而可以是很复杂和非线性的，以与光放大器、激光二极管阵列或光网络中其他装置的非均匀的增益分布相匹配。
在示于图6的第七实施例中，使用图1的波分多路复用装置10以做出4×4开关和多路复用器。使用图1的基本装置10以组合和/或按路由发送出现在装置的输入面20a处的多个波长。首先把电光束偏转元件42的阵列集成至输入面20a，每个束偏转元件可以各别地寻址(每个波长有一个元件)并且能够沿与输入阵列12垂直的方向引导光。用每个元件40来引导来自单个通道12′的光至一个任意的输出端口18a、18b、18c、18d。空白40只是如束偏转阵列42那样提供同样的间隔，如在图4中那样，以使输入和输出耦合容易。
在示于图7的第八实施例中，用图1的波分多路复用装置10以做出4×4开关和去多路复用器。用图1的基本装置10来分开和路由发送在输入光纤18上的多个波长(它们出现在装置的输入面20a处)。首先把电光束偏转元件44集成至输入面20a，它能沿平行于光栅22的划线方向引导光(未在图7中示出)。用束偏转元件44来引导单个波长的光至两个去多路复用的输出端口12a、12b之一。空白40只是如束偏转阵列44那样提供同样的间隔，如在图4和6中那样，以使输入和输出耦合容易。
在图8所示的第九实施例中，通过使用两个多路复用装置10a和10b以及电光阻挡元件的阵列46，使用图1的波分多路复用装置10做出4波长阻挡开关110。阻挡开关装置110的输入端和输出端在每处是单根光纤18。这个装置对于每个各别的波长提供阻挡功能。
首先把电光阻挡元件的阵列46附着至第一多路复用器装置10a的输出面20a，这些电光阻挡元件是可以各自寻址的(每个波长有一个元件)，它们有选择地阻挡或不阻挡光的通行。阻挡元件的阵列46用液晶、电致变色(electrochromic)固态材料、或其他类似的材料，其中，透射量能够作为施加至各个阵列元件的功率的函数而改变。
在阻挡阵列之后，放置Porro型反射棱镜(未示出)或光纤环路48，它们具有各自的输出端并且路由发送这些输出至相邻的多路复用器10b的输入面20a上的分开的位置。然后这些输入通过第二装置10b，被多路复用，以输出至第二装置的输出面20a上的单根光纤18。空白40只是如束偏转阵列46那样提供同样的间隔，如上所述那样，以使输入和输出耦合容易。
本装置的另外一个实施例将使用阻挡元件46以修整在每个波长上发送的光能(增益)的数量。于是，能够由诸如光放大器、激光二极管阵列、或网络来使用这种阻挡元件110，以使来自光网络的其他部分的不平坦的增益平坦。增益分布的可能改变的例子在上面讨论的图5a、5b、和5c中示出。
工业应用性预期本发明的集成轴向梯度折射率/衍射波分多路复用器/去多路复用器在基于WDM的网络和通信系统中找到广泛的应用。
于是，已经揭示了一种集成轴向梯度折射率/衍射光栅波分多路复用器和去多路复用器。熟悉本领域的人将容易明白，对于一个显著的性质可以做出各种变化和修改，而认为所有这些变化和修改都落在如所附的权利要求书确定的本发明的范围内。
权利要求书按照条约第19条的修改1.一种集成轴向梯度折射率/衍射光栅波分多路复用器装置，其特征在于，包括(a)用于接收来自光源的包含至少一个波长的至少一个光束的装置，所述装置包括一个平的前表面，所述至少一个光束入射在所述前表面上；(b)耦合器子系统，包括(1)轴向梯度折射率准直透镜，它在操作上与所述平的前表面相关联，以及(2)均匀折射率罩透镜，它加接至所述轴向梯度折射率准直透镜，并且具有平的出射表面，所述至少一个光束射出所述出射表面；(c)衍射光栅，它做在所述第一耦合器子系统的所述平的出射表面处，用于把来自所述至少一个光束的多个空间上分开的波长组合为至少一个经多路复用的多色光束，并且用于把所述至少一个经多路复用的多色光束反射回来，进入所述耦合器子系统；以及(d)用于输出所述至少一个经多路复用的多色输出光束至一个光接收器，所述装置包括所述平的前表面。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述就衍射光栅是Littrow衍射光栅。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述平的出射平面具有以垂直于由所述衍射光栅衍射的至少一个波长的角度的一个倾斜表面，所述倾斜表面如此倾斜，从而来使耦合器子系统的入射波长被反射回来进入所述耦合器子系统。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括至少一个电光元件，用于折射单个或多个波长，以提供通道路由能力。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，在所述光源和所述平的前表面之间还包括非线性电光元件。
6.如权利要求4所述的装置，其特征在于，在所述光源和所述平的前表面之间还包括可各别地寻址的电光元件。
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，从光纤、激光器和激光二极管构成的组中选择所述光源。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述光源包括至少一根发送多个波长的光纤。
9.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述光源包括光纤的一维阵列。
10.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述光源包括光纤的二维阵列。
11.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述光源包括激光二极管的一维阵列。
12.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述光源包括激光二极管的二维阵列。
13.如权利要求1所述的装置，其特征在于，从光纤和光电检测器构成的组中选择所述光接收器。
14.如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述光接收器包括光纤的一维阵列。
15.如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述光接收器包括光纤的二维阵列。
16.如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述光接收器包括光电检测器的一维阵列。
17.如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述光接收器包括光电检测器的二维阵列。
18.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述至少一个光束入射在所述耦合器子系统上，并且从所述耦合器子系统出射，由此起多路复用器的作用。
19.如权利要求18所述的装置，其特征在于，多于一个的所述至少一个光束入射在所述耦合器子系统上，并且作为所述至少一个经多路复用的多色光束从所述耦合器子系统出射。
20.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述至少一个经多路复用的多色光束入射在所述耦合器子系统上，并且从所述耦合器子系统出射，由此起去多路复用器的作用。
21.如权利要求20所述的装置，其特征在于，至少一个所述至少一个经多路复用的多色光束入射在所述耦合器子系统上，并且作为多于一个所述至少一个光束从所述耦合器子系统出射。
22.如权利要求1所述的装置，其特征在于，在所述接收装置和所述耦合器子系统之间还包括至少一个均匀折射率元件。
23.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括至少一个电光元件，用于阻挡单个或多个波长，以提供通道阻挡能力。
24.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述耦合器子系统提供具体想要的作为波长函数的通道输出强度的功能。
25.一种集成轴向梯度折射率/衍射光栅波分多路复用器装置，其特征在于，包括(a)轴向梯度折射率准直/聚焦透镜，用于准直沿第一方向传播的多个单色光束，以及用于聚焦沿第二方向传播的经多路复用的多色光束，第二方向大体上与第一方向相反；(b)均匀折射率罩透镜，它加接至轴向梯度折射率准直/聚焦透镜，用于使来自轴向梯度折射率准直/聚焦透镜的多个单色光束沿第一方向传输，以及用于使经多路复用的多色光束沿第二方向传输至轴向梯度折射率准直/聚焦透镜，均匀折射率罩透镜具有平的连接面；以及(c)衍射光栅，它在均匀折射率罩透镜的平的连接面处形成，用于把多个单色光束组合为经多路复用的多色光束，并且用于把经多路复用的多色光束反射回来，进入均匀折射率罩透镜。
26.如权利要求25装置，其特征在于，均匀折射率照透镜是第一均匀折射率罩透镜，所述装置还包括第二均匀折射率罩透镜，它加接至轴向梯度折射率准直/聚焦透镜，用于沿第一方向传输多个单色光束至轴向梯度折射率准直/聚焦透镜，以及用于使来自轴向梯度折射率准直/聚焦透镜的经多路复用的多色光束沿第二方向传输。
27.如权利要求26所述的装置，其特征在于，第二均匀折射率罩透镜具有平的连接面，用于接收来自光源的多个单色光束，以及用于输出经多路复用的多色光束至光接收器。
28.如权利要求25所述的装置，其特征在于，轴向梯度准直/聚焦透镜具有平的连接面，用于接收来自光源的多个单色光束，以及用于输出经多路复用的多色光束至光接收器。
29.一种集成轴向梯度折射率/衍射光栅波分去多路复用器，其特征在于，包括(a)轴向梯度折射率准直/聚焦透镜，用于准直沿第一方向传播的经多路复用的多色光束，以及用于聚焦沿第二方向传播的多个单色光束，第二方向大体上与第一方向相反；(b)均匀折射率罩透镜，它加接至轴向梯度折射率准直/聚焦透镜，用于使来自轴向梯度折射率准直/聚焦透镜的经多路复用的多色光束沿第一方向传输，以及用于使多个单色光束沿第二方向传输至轴向梯度折射率准直/聚焦透镜，均匀折射率罩透镜具有平的连接面；以及(c)衍射光栅，它在均匀折射率罩透镜的平的连接面处形成，用于把经多路复用的多色光束分开为多个单色光束，并且用于把多个单色光束反射回来，进入均匀折射率罩透镜。
30.如权利要求29所述的装置，其特征在于，均匀折射率照透镜是第一均匀折射率罩透镜，所述装置还包括第二均匀折射率罩透镜，它加接至轴向梯度折射率准直/聚焦透镜，用于沿第一方向传输经多路复用的多色光束至轴向梯度折射率准直/聚焦透镜，以及用于使来自轴向梯度折射率准直/聚焦透镜的经多个单色光束沿第二方向传输。
31.如权利要求30所述的装置，其特征在于，第二均匀折射率罩透镜具有平的连接面，用于接收来自光源的经多路复用的多色光束，以及用于输出多个单色光束至光接收器。
32.如权利要求29所述的装置，其特征在于，轴向折射率准直/聚焦透镜具有平的连接面，用于接收来自光源的经多路复用的多色的光束，以及用于输出多个单色光束至光接收器。
对PCT/US98/26368国际申请的文本按PCT第19条进行修改时的声明在替换页中，对原先的权利要求1、3、5-17以及19-22作了修改，原先的权利要求2、4和18保持不变，并且增添了新的权利要求25-32。为了更正一些不严谨的措辞而对权利要求1、3、5-17以及19-22进行了修改。增添权利要求25-32以涉及本发明的另外一些方面。未增添新的内容。
权利要求
1.一种集成轴向梯度折射率/衍射光栅波分多路复用器装置，其特征在于，包括(a)用于接收来自光源的包含至少一个波长的至少一个输入光束的装置，所述装置包括一个平的前表面，所述输入光束入射在所述前表面上，并且所述装置适合于连接输入和输出光学装置；(b)耦合器子系统，包括(1)轴向梯度折射率准直透镜，它在操作上与所述平的前表面相关联，以及(2)均匀折射率罩透镜，它加接至所述第一轴向梯度折射率准直透镜，并且具有平的出射表面，所述至少一个光束进出所述出射表面；(c)衍射光栅，它做在所述第一耦合器光学子系统的所述平的出射表面处，它把多个空间上分开的波长组合为至少一个光束，并且把所述至少一个经组合的光束反射回来，进入所述耦合器子系统；以及(d)用于产生至少一个经多路复用的多色的输出光束至一个光接收器，所述装置包括所述平的输入/输出表面。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述就衍射光栅是Littrow衍射光栅。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述平的出射平面具有以垂直于由所述衍射光栅衍射的至少一个波长的角度的一个倾斜表面，所述倾斜表面如此倾斜，从而来使耦合器子系统的入射波长被反射回来进入耦合器子系统。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括至少一个电光元件，用于折射单个或多个波长，以提供通道路由能力。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，在所述输入光学装置和所述平的前表面之间还包括非线性电光元件。
6.如权利要求4所述的装置，其特征在于，在所述输入光学装置和所述平的前表面之间还包括可各别地寻址的电光元件。
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，从光纤、激光器和激光二极管构成的组中选择所述输入光学装置。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述输入光学装置包括至少一根发送多个波长的光纤。
9.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述输入光学装置包括光纤的一维阵列。
10.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述输入光学装置包括光纤的二维阵列。
11.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述输入光学装置包括激光二极管的一维阵列。
12.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述输入光学装置包括激光二极管的二维阵列。
13.如权利要求1所述的装置，其特征在于，从光纤和光电检测器构成的组中选择所述输出光学装置。
14.如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述输出光学装置包括光纤的一维阵列。
15.如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述输出光学装置包括光纤的二维阵列。
16.如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述输出光学装置包括光电检测器的一维阵列。
17.如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述输出光学装置包括光电检测器的二维阵列。
18.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述至少一个光束入射在所述耦合器子系统上，并且从所述耦合器子系统出射，由此起多路复用器的作用。
19.如权利要求18所述的装置，其特征在于，多于一个的所述光束入射在所述耦合器子系统上，并且作为单个经组合的光束从所述耦合器子系统出射。
20.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述至少一个光束入射在所述耦合器子系统上，并且从所述耦合器子系统出射，由此起去多路复用器的作用。
21.如权利要求20所述的装置，其特征在于，至少一个所述光束入射在所述耦合器子系统上，并且作为多个空间上分开的光束从所述耦合器子系统出射。
22.如权利要求1所述的装置，其特征在于，在所述输入装置和所述耦合器子系统之间还包括至少一个均匀折射率元件。
23.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括至少一个电光元件，用于阻挡单个或多个波长，以提供通道阻挡能力。
24.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述耦合器子系统提供具体想要的作为波长函数的通道输出强度的功能。
全文摘要
提供了一种波分多路复用器,它把轴向梯度折射率元件和衍射光栅加以合并,以提供与多个输入光源的有效耦合(每个光源传递单个波长至装置),这些光源被多路复用为单个多色光束,以输出至单个输出光接收器。装置包括:(a)有于接收来自至少一个光源的光输入的装置,该装置包括一个平的表面;(b)耦合元件,包括:(1)轴向梯度折射率准直透镜,它具有平的入射表面,光输入入射在该表面上,以及(2)均匀折射率罩透镜,它加接在轴向梯度折射率准直透镜上,并且具有平面状但倾斜的出射表面;(c)衍射光栅(诸如Littrow衍射光栅),做在均匀折射率罩透镜的倾斜的表面上,它把来自光源的多个空间上分开的波长加以组合;以及(d)用于输出至少一个经多路复用的多色的输出光束的装置,该装置包括一个平的表面。装置可以作为多路复用器沿正向工作,或者作为去多路复用器沿反向工作。
文档编号G02B6/34GK1281555SQ98812137
公开日2001年1月24日 申请日期1998年12月11日 优先权日1997年12月13日
发明者R·H·迪克, R·K·韦德, B·V·亨特, J·R·登普沃尔夫 申请人:莱特契浦股份有限公司