专利名称：波分复用器体系结构的制作方法
联邦政府赞助研发声明本发明一部分是利用国防高级研究项目机构(DARPA)的政府资助完成的，拨款编号为MDA972-02-3-005。政府拥有本发明的某些权利。
背景技术：
波分复用(WDM)已被用于光网络通信系统和其他应用中。实质上，不同的光波长可被用于沿着一条或多条光纤传送信息。WDM复用器可用于将不同波长耦合到单条光纤中。类似地，WDM去复用器可用于分离来自该光纤的一个或多个波长。参见Buckman，Lisa A.等人，“Demonstration of a Small-Form-Factor WWDM Transceiver Module for 10-Gb/s Local Area Networks”，IEEE Photonics Technology Letters，第14卷，第5期，702-704页，2002年5月，以及/或者Lemoff，B.E.等人，“Zigzag waveguide demultiplexer for multimode WDM LAN”，ElectronicLetters，第34卷，第10期，1014-1016页，1998年5月14日，特此通过引用将上述文献的公开内容结合于此。
并行光和波分复用(WDM)是允许光通信系统中的带宽密度增大的两种光通信技术。在并行光技术中，多个光信号沿着多光纤带并行传输，其中每条光纤上传输一个光信号。在WDM中，多个光数据信号被组合并在单条光纤上传输，其中每个光信号被承载在不同的波长上。在并行WDM(PWDM)中，通过经由并行光纤带的每条光纤传输多个光波长而将这两种技术组合了起来。PWDM系统的关键组件是PWDM复用器，它是将多个光束组合到单条光纤中的光学器件。
在PWDM的一些实现方式中，光发送器包括垂直腔表面发射激光器(VCSEL)的阵列。阵列中的VCSEL的数目通常等于光纤带中的光纤的数目乘以每条光纤中的波长的数目。光复用器帮助将来自一个VCSEL的光耦合到光纤带中的一条光纤中。典型的复用器使用诸如介质干扰滤光器或衍射光栅之类的波长选择装置来完成此操作。
发明内容
根据本发明，准直(collimating)功能和倾斜功能被分离到两个分离的光学元件中。该分离增大了对未对准的容忍度，并且简化了MUX的制造。
图1示出根据本发明实施例的具有MUX的系统；图2示出根据本发明实施例的具有MUX的替换布置的系统；以及图3示出根据本发明实施例的具有MUX的另一替换布置的系统。
具体实施例方式
根据本发明的一个实施例是被配置用于接收来自多个光源的准直光的光复用器(MUX)，该MUX包括多个倾斜元件，其中每个倾斜元件能够接收来自所述多个源中的一个源的准直光，并且其中每个倾斜元件能够使入射光倾斜特定的角度；多个带通滤光器，其中每个滤光器将使特定范围的波长的光通过并反射其他波长的光，其中该特定范围对于所述带通滤光器中的每一个是不同的，并且每个带通滤光器被定位成使被相应的倾斜元件倾斜的光通过；以及反射入射光并且可能使入射光重新准直的多个中继镜；其中每个中继镜被定位成接收来自特定的带通滤光器的光并且将该光反射到另一带通滤光器。
根据本发明的另一实施例是一种光学系统，包括多个准直光源，其中每个光源提供至少一个波长的光，该波长不同于由其他光源提供的光的波长；光复用器(MUX)，其被配置为接收来自多个光源的准直光，并且将准直光合并到一条光径中，其中该MUX包括多个倾斜元件，其中每个倾斜元件接收来自所述多个源中的一个源的准直光，并且使接收到的光倾斜特定的角度；以及光纤，其一端置于一条光径中，用于接收来自该MUX的经合并的光。
根据本发明的另一实施例是一种被配置为接收来自多个光源的准直光的光复用器(MUX)，该MUX包括用于将接收自所述多个源中的每个源的准直光倾斜特定的角度的装置；用于将倾斜的光组合到单条光径上的装置；以及用于将组合的光耦合到光纤中的装置。
使用光作为数据载体已从网络级别转移到了系统级别。从而，WDM器件将被用于促进计算机系统内的不同元件之间的通信，例如不同的板(例如系统板、子卡等)、外围组件(I/O设备、硬盘驱动器、光驱动器等)、其他系统组件(例如处理器、存储器、传感器等)之间的通信。一类WDM被称为通用互连多波长组件(multiwavelength assembly forubiquitous interconnects，MAUI)。关于MAUI的更多信息请参见Lemoff，Brain E.等人，“MAUIEnabling Fiber-to-the-Processor With ParallelMultiwavelength Optical Interconnects”，Journal of Lightwave Technology，第22卷，第9期，第2043-2054页，2004年9月，特此通过引用将该文献结合于此。
图1示出了具有典型的MAUI微光复用器(MUX)400的系统400，该MUX 400包括两个元件101、102。该系统还包括多个源104a-104d，每个源具有不同的波长或波长范围。光源可以是激光器，例如垂直腔表面发射激光器(VCSEL)，但是也可以是提供限定的波长或波长范围的光的任何类型的源，例如边缘发射半导体激活器、其他激光器、LED源等等。MUX将来自源104a-104d的光耦合到输出光纤103中。
MUX 400的底部元件102具有多个透镜108a-108d，对于每个光源104a-104d有一个透镜。透镜108a-108d可以是折射元件或衍射元件，并且执行两种功能。第一功能是使从光源104a-104d接收的光准直。第二功能是使光相对于其冲击在底部元件上时的光入射角倾斜。倾斜使得光能够随着在顶部元件101中的每次反射而横向移动。
顶部元件101具有多个中继镜106a-106c，其中“多个”通常是指比光源数目小1的数目。每个中继镜可具有非平面表面，以在光传播经过MUX时维持光的准直。顶部元件101还具有多个带通滤光器105a-105d，其中“多个”通常是指等于光源数目的数目。每个带通滤光器被设计为使特定波长(或波长范围)的光通过或透射，并且将会反射所有其他波长。滤光器可包括由介质材料构成的多层，例如介质膜滤光器。中继镜106a-106c和带通滤光器一起使光在它们之间弹射，同时使光横向移动到输出透镜107，该输出透镜107将光耦合到输出光纤103。输出透镜107可通过将光聚焦到光纤103的末端来将光耦合到光纤103中。顶部元件和/或底部元件可由一种材料或若干种材料形成，所述材料包括GaAs、GaP、InP、玻璃、塑料中的任何一种，或者任何其他在所关注的波长范围内具有较低的光损耗的材料，或者其组合。
下面讨论MUX 400的操作。来自源104a的光被透镜108a准直和倾斜，并且通过带通滤光器105a。注意可能不需要带通滤光器105a，因为没有其他光冲击在滤光器105a上。但是，滤光器105a可用来减少将不合需要的光耦合到输出光纤103中。在任何情况下，光随后被中继镜106a反射，冲击在带通滤光器105b上。滤光器105b将只使得具有源104b的波长或波长范围的光通过。由于来自源104a的光的波长处于滤光器105b的通带之外，因此光被反射到中继镜106b。来自源104a的光也在滤光器105c和105d的通带之外。从而，来自源104a的光在中继镜106b、106c和滤光器105c和105d之间被反射。在被滤光器105d反射之后，光冲击到输出透镜107上，输出透镜107将光耦合到输出光纤103中。来自源104b、104c和104d的光被类似地耦合到输出光纤103中。
图1的MUX 400的替换布置是将准直和倾斜透镜108a-108d置于源104a-104d上，并且去除底部元件102。
在图1中，每个光源104a-104d与MUX底部元件102的对准是很关键的，因为它限定了倾斜角。倾斜角的误差会导致反射光相对于其期望位置有横向位移。例如，倾斜误差可能导致光相对于其期望位置左移。从而，在光经过透镜107之后，光会向右移得更多，并且可能不与光纤103耦合。此外，由于光在去往光纤103的路径上多次弹射，倾斜角误差的影响将会被放大。从而，在来自源104a的光上引入的一个小误差将会随着在MUX中的每次反射而放大，并且可能阻碍其与光纤103耦合。
图2示出了与图1的系统400类似的系统401，只不过透镜208a-208d使光倾斜，而不使光准直。与透镜208a-208d分离并且位于源104a-104d附近的透镜209a-209d使来自源104a-104d的光准直。透镜208a-208d可以是折射元件(例如透镜或棱镜)或者衍射元件(例如光栅)。透镜209a-209d可以是折射元件(例如透镜)或者衍射元件(例如光栅)。注意，系统的一个用途是促进计算机系统内的板和其他组件之间的通信。因此，系统401的大小应当相对较小，以便能够装进计算机系统内。因此，增大系统中的元件数目，即用执行一个功能的两个元件来替换执行两个功能的一个元件是反直观的。
图2的MUX具有彼此不相耦合的准直和倾斜功能，从而系统401的MUX获得了对于对准误差的更大的容忍度。由于透镜209a-209d中的每个透镜的功能只是使光准直，因此它对相对于光源活动区域的位置不那么敏感。此外，不论确切的入射位置如何，透镜208a-208b都引起相同量的倾斜。因此，所得到的MUX体系结构更能容忍失准。除了MUX与光源的对准容差增大之外，在组装过程期间MUX顶部元件101与MUX底部元件102的对准容差也增大了。注意，光纤103可以是波导、多模光纤、单模光纤以及其他光传导路径元件。
图3示出了根据本发明实施例具有MUX的另一替换布置的系统402。图3与图2的布置类似，只不过图2的底部元件202被除去了。在该布置中，倾斜元件308a-308d位于滤光器305a-305d附近。倾斜元件308a-308d可以是衍射元件(例如光栅)或折射元件(例如透镜或棱镜)。
倾斜元件可形成在每个滤光器的底面上。例如，如果倾斜元件是光栅，则可通过在基片的一侧蚀刻出光栅并在基片在另一侧形成滤光器来形成一体的光栅和滤光器元件。滤光器通常被淀积在某个基片上，并且该基片可以被蚀刻。
倾斜元件也可以与滤光器相分离地形成，然后经由光学粘合剂或其他粘合机制被附接到滤光器。准直透镜应当处于光源和倾斜元件之间，但是准直透镜也可以是光源的一部分(例如附接到光源)，或者可以是MUX的一部分(例如附接到MUX)。
注意，图1、2和3的布置示出了1×4阵列，其中包括一条光纤和四个光波长。这些布置只是用作示例的，因为可以存在更多的输出光纤和/或更多或更少的输入波长。此外，额外的MUX可位于MUX 400附近，以形成M×N阵列，其中M是光纤的数目，N是每条光纤的波长数目，从而形成PWDM器件。
注意，在图1、2和3所示的本发明的实施例中，准直透镜被示为附接到光源。但是，在其他实施例中，准直透镜可以与光源相分离，但是仍被布置为接收来自光源的光并向MUX提供准直光。
注意，图1-3的系统401和402示出了MUX布置，但是本发明的实施例可用于形成去复用器(DEMUX)。例如，利用图2，光纤103可以是传送多个信号的输入光纤，每个信号具有不同的波长或波长范围。光可以前进经过元件101和102，并且处于滤光器的通带内的光将会通过该滤光器并被多个传感器104a-104d中的一个传感器所接收。处于通带之外的光将被反射到下一滤光器。从而，DEMUX可以起到分离每个信号并向相应的传感器(104a-104d之一)提供相应信号的作用。
顶部元件和底部元件可以利用主动组装过程或被动组装过程来组装。在主动过程中，使光穿过一个元件。另一元件随后被放置在那一个元件附近。当器件(包括该一个元件和另一元件)开始适当工作时，两个元件就正确地对准了。两个元件被固定在一起。在被动过程中，每个元件具有配准标记，该配准标记用于使两个元件正确地定向。当配准标记被正确对准时，两个元件就被固定在一起了。
顶部元件和底部元件的某些部分(例如带通滤光器)可利用各种方法来制造，所述方法例如是光刻(lithography)、照相光刻(photolithography)、灰度级光刻(gray-scale lithography)、模塑、压印等等。
本发明的实施例可用于计算机系统、电信系统、数据通信系统、路由器、交换机、网络交换机、网络、存储区域网络和数据传输线路中，例如来自高带宽检测器(例如在收集数据的平面上)的数据的传输。
权利要求
1.一种被配置用于接收多个波长带的准直光的光复用器(MUX)401、402，该MUX包括多个倾斜元件208、308，其中每个倾斜元件能够接收所述多个波长带中的一个波长带的准直光，并且其中每个倾斜元件能够使入射光倾斜特定的角度；多个带通滤光器105、305，其中每个滤光器将使特定范围的波长的光通过并反射其他波长的光，其中所述特定范围对于所述带通滤光器中的每一个是不同的，并且每个带通滤光器被定位成使被相应的倾斜元件倾斜的光通过；以及反射入射光的多个中继镜106；其中每个中继镜被定位成接收来自特定带通滤光器的光并且将该光反射到另一带通滤光器。
2.如权利要求1所述的MUX，还包括输出透镜107，其接收来自所述多个带通滤光器中的一个带通滤光器105的光，并且能够将该光耦合到光纤103中。
3.如权利要求1所述的MUX，其中所述MUX 401包括第一组件101和第二组件202，所述第一组件包括所述多个中继镜106和所述多个带通滤光器105，所述第二组件202包括所述多个倾斜元件208。
4.如权利要求1所述的MUX，其中所述MUX 402包括单个组件301，该组件301具有所述多个中继镜106、所述多个带通滤光器305和所述多个倾斜元件308。
5.如权利要求1所述的MUX，其中每个倾斜元件308形成在相应的带通滤光器305的表面上。
6.如权利要求1所述的MUX，其中每个倾斜元件308被附接到相应的带通滤光器305。
7.如权利要求1所述的MUX，其中所述MUX 401、402是MUX阵列的一个元件，并且所述MUX阵列包括多个所述MUX。
8.如权利要求1所述的MUX，其中所述MUX 401、402是计算机的组件，并且所述MUX辅助所述计算机的至少两个其他组件之间的通信。
9.如权利要求1所述的MUX，其中所述MUX 401、402是从由以下系统组成的群组中选择出来的系统的组件计算机系统、电信系统、数据通信系统、路由器、交换机、网络交换机、网络、存储区域网络和数据传输链路。
10.如权利要求1所述的MUX，其中所述MUX 401、402由从以下材料组成的群组中选择出来的至少一种材料构成GaAs、GaP、InP、玻璃、塑料以及它们的组合。
全文摘要
本发明的实施例涉及将准直功能209和倾斜功能208、308分离到两个分离的光学元件中。分离增大了对失准的容忍度，并且简化了MUX401、402的制造。
文档编号H04J14/00GK101040202SQ200580034503
公开日2007年9月19日 申请日期2005年8月31日 优先权日2004年10月8日
发明者乔治·帕诺突波卢斯 申请人:安捷伦科技有限公司