專利名稱：光束控制的制作方法
技術領域：
本申請一般地涉及光束控制裝置以及制造光束控制裝置的方法，并且更特別地涉及一種光分插復用器(OADM)，例如包括所述光束控制裝置的可重配置的OADM(ROADM)。
背景技術：
對諸如光相關器的高復雜性光學系統(tǒng)，以及對高性能計算系統(tǒng)的光學互聯(lián)的需求正在增加。特別地，存在對用于在通信端口之間進行路由的光分插復用器(OADM)，且更特別地對可重配置光分插復用器(ROADM)的需求。使用液晶作為顯示裝置的光學系統(tǒng)可具有較高復雜性。例如，彩色液晶顯示器 (IXD)可具有透射液晶像素的陣列，每個細分成紅、綠及藍子像素，每個子像素能夠在透射及非透射狀態(tài)之間切換以及變?yōu)橹虚g(灰度級)狀態(tài)。液晶的其他應用包括在例如投影儀中的硅基液晶(LCOS)。光通信領域仍需要改進高復雜性系統(tǒng)和該系統(tǒng)的改進制造方法。為了用于理解本發(fā)明，參考以下文獻- 〃 High information-content projection display based on reflective LC-on-silicon light valves'7 ， R. L. Melcher, Μ. Ohhata, K. Enami, J. SID 6/4(1998)第 253-256 頁)ο- 〃 Semiconductor manufacturing techniques for ferroelectric liquid crystal microdisplays" ,M. Handschy, Solid State Technology，2000 年 5 月，151-161。“ Two-dimensional reconfigurable interconnect in a planar optics configuration"，N· Collings 等，OSA Proceedings on Photonic Switching, H. Scott Hinton禾口Joseph W. Goodman,eds. (Optical Society of America,Washington,DC 1991)， 第8卷，第81-84頁。- “ Reflective liquid crystal wavefront corrector used with tilt incidence" ， Zhaoliang Cao， Quanquan Mu, Lifa Hu, Yonggang Liu, Zenghui Peng， and Li Xuan，Applied Optics，第 47 卷，第 11 期，第 1785-1789 頁。-〃 Five-channel surface-normal wavelength-division demultiplexer using substrate-guided waves in conjunction with a polymer-based Littrow hologram“， Μ. Μ. Li andR. Τ. Chen, Opt. Lett. 20, (1995), 797-7990-" Beam Divergence from an SMF-28 Optical Fiber" , Kowalevicz, Andrew M. and Bucholtz，F(xiàn)rank。- “ Refractive-diffractive micro-optics for permutation interconnects “，Opt. Eng.，第 33 卷，1550 (1994)。-〃 High efficiency,high dispersion diffraction gratings based on total internal reflection" , Opt. Lett.第 29 卷，542 Q004)。-JVC 的新聞稿，描述了一種 1.27 英寸 4KI D-ILA 設備(http://pro.jvc.com/pro/pr/2007/infocomm/victor_release. html)-Planar-Integrated Free-Space Optical Fan-Out Module for MT-Connected Fiber Ribbons, Matthias Gruber, Journal of Lightwave Technology,第 22 卷，第 9 號， 2004年9月，第2218頁。—Scaling Properties of Planar Optical Interconnections, J. Jahns, S. Sinzinger, M. Testorf. Fernuniversitat-Hagen-Compact wavelength division multiplexers and demultiplexers,Schechter R.，Yaakov Amitai,FriesemA. A. ,Applied Optics,第 41 卷，第 7 號，第 1256 頁，1/3/2002。-" Reconfigurable MicroPhotonic add/drop multiplexer architecture“， Ahderom,S. Τ· ,Raisi,Μ· ,Alameh,K. and Eshraghian,K. in Electronic Design,Test and Applications,2004, DELTA 2004，Second IEEE International Workshop on 28—30，2004 年1月，第203-207頁。

發(fā)明內容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種光束控制裝置，包括具有第一表面的板；以及位于所述板的所述第一表面中或位于所述板的所述第一表面上的多個光學元件，所述多個光學元件包括至少一個硅基液晶元件，其中所述光束控制裝置布置為使得至少一個光束能夠通過從所述光束控制裝置的第二表面反射，而實質上自由地在所述板中從所述多個光學元件中的一個光學元件向所述多個光學元件中的另一個光學元件傳播。所述板可由玻璃、 ULE7971、丙烯酸、硅、石英或borofloat(TM)中的一種形成。在上述裝置中，所述至少一個硅基液晶元件可以是硅基液晶元件陣列，并且一個或多個LCOS元件可以是全息元件。因此，所述至少一個硅基液晶元件可以是像素陣列，并且有限數(shù)目的像素可以是一個或多個全息元件。因此，可提供包括多個LCOS元件(例如這種LCOS元件的陣列)的全息裝置。在本說明書中使用的“全息裝置”可通過控制所述全息裝置中的個體LCOS元件重配置。 所述第二表面可提供作為所述板的表面，將該表面彎曲以將光束反射至所述元件的一個。備選地，曲面鏡可將接收自所述板的光束朝所述第一表面上的一個光學元件反射。在另一方面，提供了一種用于光束控制的光分插復用器，包括上述光束控制裝置。 因此，上述光束控制裝置可用于實現(xiàn)可重配置的光分插復用器。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種制造上述光束控制裝置的方法，該方法包括 使用自動放置、倒裝芯片技術及印刷技術中的一個或多個，將多個光學元件定位在板的第一表面中或所述第一表面上，使得來自所述多個光學元件的預定元件的光可由第二表面向所述多個光學元件的另一個預定元件反射。在一個實施方式中，可將所述板的第二表面拋光，光將從該表面反射回進入板內。上述光束控制裝置可進一步具有由半導體材料形成的基板；由光透射型材料形成的面板，所述面板為所述板；以及位于在所述基板和所述面板之間限定的間隙中的液晶層，其中至少在所述基板的第一區(qū)域，形成基板電觸點，其與形成于所述基板內或其上的電子電路元件電通信；并且至少在所述面板的對應于所述基板的第一區(qū)域的第一區(qū)域形成面板電觸點，其中所述基板電觸點和所述面板電觸點彼此相對并且通過剛性電連接而彼此電連接。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供一種用于在波分復用(WDM)系統(tǒng)中進行選擇性波長切換的可重配置光分插復用器，包括板，具有多個表面并且在所述表面上布置有輸入端口，用于接收輸入波分復用信號；波長分離器，用于分離所述輸入波分復用信號的波長通道；下路端口，用于傳輸一個或多個波長通道；輸出端口，用于傳輸輸出波分復用信號；以及多個硅基液晶元件，布置為根據(jù)控制信號將由所述波長分離器分離的波長通道向輸出端口和下路端口反射；以及至少一個反射面，布置為反射所述輸入波分復用信號的所述波長通道，其中所述可重配置光分插復用器布置為允許所述輸入波分復用信號的所述波長通道通過所述多個硅基液晶元件及所述至少一個反射面，而在所述板中從輸入端口向下路端口和輸出端口實質上自由地傳播。在上述可重配置光插復用器中，進一步提供了以添加端口和組合器形式實現(xiàn)的添加功能，所述添加端口用于接收一個或多個波長通道，組合器用于將那些通道與輸入WDM 信號中用于輸出至輸出(傳遞(express))端口的所選通道組合。以這樣的方式，可實現(xiàn) R0ADM。此外，可在上面的可重配置光分插復用器中提供組合器以重組被分開的波長通道， 在一些實施方式中與添加的通道組合，用于形成輸出WDM信號以通過輸出端口傳播例如至光纖內。硅基液晶元件可以是全息的并且可包括LCOS元件的陣列或矩陣。因此，全息圖包括多個LCOS元件，例如可提供這種LCOS元件的陣列。與上面的光束控制裝置類似，所述板可由玻璃、ULE7971、丙烯酸、硅、石英或borofloatCTM)中的一種形成，并且所述反射面可提供為所述板表面，該表面優(yōu)選地為拋光的以及/或彎曲的。備選地，可提供一鏡子作為所述反射面，該鏡子優(yōu)選地為彎曲的。根據(jù)其他方面，本發(fā)明對上面的裝置、設備及根據(jù)上述方法制成的裝置、包括上述裝置或設備的系統(tǒng)，或使用上述方法實現(xiàn)的系統(tǒng)中的每一個提供相應的方法。優(yōu)選的實施方式在所附從屬權利要求中進行了限定。


為了更好地理解本發(fā)明并且為了示出如何執(zhí)行本發(fā)明以獲益，現(xiàn)在可通過示例的方式參考附圖，其中圖Ia示出具有在單模光纖連接器及板之間的垂直定向耦合的變體的一個實施例；圖Ib示出具有在單模光纖連接器及板之間的垂直定向耦合的變體的另一個實施例；圖2示出具有在單模光纖連接器及板之間的垂直定向耦合的變體的又一個實施例；圖3示出通過板耦合在單模光纖連接器間的傳遞口 ；圖4示出已知倒裝芯片組裝工藝的流程圖及相應的圖解；圖5示出倒裝芯片組裝的橫截面視圖；圖6示出包括五棱鏡的ROADM ；以及圖7示出包括五棱鏡的ROADM的變形。
具體實施例方式本發(fā)明使用一種板光學方案進行光學系統(tǒng)構造。如下面所述，板光學方案可有利地允許魯棒且可重復系統(tǒng)的設計，并且具有可量化的精確性。特別考慮了如下事實而作出本發(fā)明，即諸如波長選擇開關(例如R0ADM)的光學系統(tǒng)可實現(xiàn)某種復雜性，該復雜性能夠提供如在此所述的板光學方案。因而如在此所述的光束控制裝置的裝置實施例可用于實現(xiàn)波長選擇開關。特別地，一個實施例允許在光學板的第一(例如上)表面上放置元件(例如部件或裝置)，其可以是位置及/或取向敏感的。一種合適的板可以例如為玻璃塊。然后特定光束(例如單束)可經由反射且可能進一步經由中間元件從一個元件傳播到另一個，所有的連續(xù)元件位于所述第一表面上。換句話說，至少一個光束可因此在板內經由從第二表面反射而自由地在位于第一表面上的元件之間傳播。(例如，在連續(xù)設備之間的光束傳播可以為板內的多模模式)。這種實施例可與僅使用板以傳播平行光束的系統(tǒng)比較。所述第二表面可以為例如板的底面，或可以為朝板底面的鏡面。來自第二表面的全內反射意味著板方案可允許‘折疊光學’，因為來自一個元件的光束通過板傳播以反射回后續(xù)元件。特別地，光束能夠更有效地使用可利用空間，特別在平行于第一表面的橫向維度中。因此，使用板光學方案可允許小巧的設備及/或高復雜性，例如在小巧的ROADM中模塊擴展為與大量端口一起操作。特別在第一及/或第二表面被高度拋光時出現(xiàn)這種情況，因為拋光可能會在減小上面上的元件對準所需的精確性方面以及/ 或在減小增大插入損耗的散射方面特別有效。此外，第一及/或第二表面可具有反射涂層。為了避免極化相關的損耗，可應用極化分集技術藉此將光分成兩個正交極化光束并且使用位于一個或兩個分開LCOS元件上的單獨全息元件對每個光束進行路由，例如，使用每個包括LCOS元件的單獨全息裝置。(例如，當使用來自第二表面的全內反射時，極化分集技術可能具有優(yōu)勢，例如在如上所述的實施例中)。優(yōu)選地考慮WDM衍射及由IlR或沉積鏡從板面的反射的極化依賴性。備選地，由光分束產生的兩個光束可通過將一個光束中的極化旋轉90度而變成相同極化方向。考慮到上述板內的傳播，則可能不需要例如在連續(xù)元件之間的固定波導或光纖連接等波導特征。這與其他系統(tǒng)形成對比，其他系統(tǒng)具有需要波導的缺點，從而需要例如波導蝕刻或摻雜等附加制造步驟?！獋€附加優(yōu)勢在于板光學方案可有助于避免反射，因為高程度的集成使得可能減少所需的例如光纖連接器的物理接口的數(shù)量。反射的減少減小了插入損耗，其可能對諸如 ROADM的模塊來說是關鍵參數(shù)。特別地，使用板意味著連續(xù)元件之間的光束路徑可實質上完全位于所述板內，即沒有任何空氣界面，這減小了例如連接器及粗糙界面處的反射損耗?？墒褂冒骞鈱W方案獲得的所述高度集成可進一步提供更魯棒(robust)的設備。鑒于此，在此所述的本發(fā)明的實施例可特別適用于在光通信中使用，例如板光學設備被設計用于在C頻帶中操作并且/或符合復雜性及/或魯棒性的嚴格要求。相反，LCOS 陣列更常見地用于可見光技術，而不是如用本發(fā)明可獲得的在近紅外、紅外或光通信帶。為了使它們適合于C頻帶電信波長，可使用較厚的LC層。在不使用單獨的鏡子以提供本實施例的第二表面時，板可實質上平坦以允許來自板表面的全內反射從而將光束反射回第一表面上的后續(xù)元件，即第二表面是所述板的實質上平坦的表面。在這種情況下，板可有利地擁有第一及第二表面的良好平行性，如圖la，lb 和2所示。拋光可改善這些表面之間的平行性。使用彎曲的第二表面可具有允許系統(tǒng)更緊湊的優(yōu)勢。因而，可提供反射的第二表面作為所述板的彎曲且優(yōu)選拋光的底面。備選地，如果曲面鏡被定位在與所述第一表面相對的實質上非反射的板表面下，則曲面鏡可提供第二表面以向后續(xù)元件反射光束。放置在第一表面上的元件可包括至少一個硅基液晶(LC0Q元件。LCOS技術依靠反射而不是透射來例如提供圖像。LCOS設備可具有含適合的集成電路的硅基板以對像素陣列提供控制電子元件?？稍诳刂齐娮釉咸峁┓瓷鋵?通常是鋁)?？梢耘c用于LCD的方式相似的方式控制位于所述反射層上的液晶層，從而允許每個像素控制例如被反射的光的強度。可由玻璃形成上基板，包括任何所需的抗反射層。如果使用光學粘合劑將玻璃連接到玻璃板上，那么可能不需要抗反射層。使用反射結構可允許使用硅(或其他半導體)基板。這意味著硅處理技術可用于為每個像素提供電子元件，使得可將像素尺寸做得非常小。繼而，這可允許在適度大小的芯片上形成非常大量的像素。硅CMOS晶體管的性能比用于常規(guī)液晶顯示器中的薄膜晶體管性能好很多，并且在每個子像素可包括更復雜的控制電路。另外，可包括行及列存取電路。 LCOS芯片大小可以為對角線大約0. 7英寸(大約18mm)并且可容納1920*1080的像素。另外，由于光不需要穿過控制電子元件，對LCOS設備來說可更有效地操作。LCOS設備中每個像素的尋址類似于在TFT IXD中的行-列尋址。LCOS芯片可具有1-5微米之間的液晶層厚度。LCOS芯片可使用CMOS (互補金屬氧化物半導體)技術形成。這可允許形成非常密的所需電子元件的陣列用于控制所述像素，并且因此允許形成非常密的像素陣列。例如，可使用現(xiàn)代的90或45納米技術，或者其他深亞微米硅CMOS技術形成LCOS芯片。在LCOS設備中，上下基板之間的間距盡可能一致一般是有利的，以實現(xiàn)所述設備中液晶層的均勻厚度。特別優(yōu)選地，本實施例可擴展為提供LCOS元件陣列用于控制多個光束。所述陣列可例如實施為可重配置(例如可編程)光分插復用器(ROADM)或高容量光開關。這種陣列可包括一個陣列，例如幾百萬的諸如LCOS全息元件的元件(像素)的密集矩陣，每個全息元件由有限個像素(例如32*3幻組成，并且一個元件被提供用于每個波長通道。更精確地， 全息裝置包括多個LCOS元件，例如諸如LCOS元件的陣列可提供作為所述陣列。因此，可獲得能操作以控制平行光束的高擴展性的0ADM。多個光束的每一個，例如，在板上來自外部源的每個波長通道，隨后可被引導至相應的元件以及適當?shù)鼐幊虨榘葱枰刂葡鄳馐娜⒃Ａ硗?，板光學方案可允許使用改善的衍射光學元件及設備，以及諸如ROADM的復雜系統(tǒng)，從而提供改善的系統(tǒng)性能。在用于執(zhí)行上述方案的方法實施例中，可通過精確x/y坐標臺(stage)而不是通常很耗時的有源系統(tǒng)對準(active system alignment)實現(xiàn)系統(tǒng)元件的放置。相反地，光學系統(tǒng)的分立元件一般不能快速且/或高精度地組裝在一起。例如，離散的鏡子可能僅僅具有不適合有效組裝緊湊設備的粗略的傾斜能力。另外，光學系統(tǒng)包括一套這種分立元件， 其一般具有自由空間結構，很可能具有長的光程并且因此難以微型化。
通過使用精確的x/y坐標臺，可使用預計算的、已知的路徑長度制造本發(fā)明的板光學系統(tǒng)或設備。特別地，當通過在第一表面上自動放置及/或印刷(例如光柵)元件以實現(xiàn)精確放置時，可以實現(xiàn)這一點。特別地，元件可自動對齊，使得不需要其他步驟用于對齊，并且制造過程是低成本的。因此，相比于需要較大數(shù)量的調節(jié)塊并且它們需要單獨設置的其他技術，可獲得低成本設備。在使用印刷技術以將元件限定在第一板表面內或其上的實施例中，可進一步通過在基板內或其上使用印刷技術來改善緊湊性。特別地，印刷技術可獲得較高分辨率的光柵， 該光柵產生高離散的波長。因此，可使用較小的路徑長度將波長散布在設備/系統(tǒng)中。因而，可獲得更緊湊的系統(tǒng)?？衫缤ㄟ^納米壓印產生印刷光柵。本發(fā)明的板光學技術可允許在自動對準的LCOS設備內實現(xiàn)印刷設備?？赏ㄟ^使光學路徑保持在板中，實現(xiàn)對光束路徑及/或元件在上表面上定位的精確控制，因為板可提供用于光傳播的穩(wěn)定媒介。這在使用離軸光束(即傾斜入射在設備上) 的實施例中可能特別重要，因為空氣中例如45度的離軸光束可將平面對準設備中可用的相位調制減少30%。用于板的材料的適合選擇，例如表1中所示的那些，可有助于改善改變射線路徑的熱膨脹現(xiàn)象。表1示出并非窮盡的用于板塊材料的列表。就這一點而言，已經注意到玻璃或石英比硅更好，因為板的額外厚度可允許較長的光程。板最好足夠厚，使得可減少反射的數(shù)量并且橫向尺寸可保持較小。實踐中，特別是在使用浮法玻璃時，可通過良好的平行表面來限制厚度。
權利要求
1.一種光束控制裝置，包括 具有第一表面的板；以及位于所述板的所述第一表面中或位于所述板的所述第一表面上的多個光學元件，所述多個光學元件包括至少一個硅基液晶元件，其中所述光束控制裝置布置為使得至少一個光束能夠通過從所述光束控制裝置的第二表面反射，而實質上自由地在所述板中從所述多個光學元件中的一個光學元件向所述多個光學元件中的另一個光學元件傳播。
2.根據(jù)權利要求1所述的光束控制裝置，其中所述至少一個硅基液晶元件是硅基液晶元件陣列。
3.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的光束控制裝置，其中每個硅基液晶元件為全息元件。
4.根據(jù)權利要求3所述的光束控制裝置，包括具有多個所述硅基液晶元件的可重配置^^息^^直ο
5.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的光束控制裝置，其中所述板由玻璃、ULE7971、丙烯酸、硅、石英或borofloat中的任一種形成。
6.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的光束控制裝置，其中所述至少一個光束實質上自由地在所述板中從其傳播的所述一個光學元件為硅基液晶元件。
7.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的光束控制裝置，其中所述第二表面是所述板的表
8.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的光束控制裝置，其中所述板是五棱鏡。
9.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的光束控制裝置，其中所述第二表面是所述板的表面，所述第二表面彎曲以將光束向所述光學元件之一反射。
10.根據(jù)權利要求1-9中任一項所述的光束控制裝置，其中所述第二表面是曲面鏡，所述曲面鏡布置為將在所述曲面鏡處從所述板接收的光束向所述第一表面中或所述第一表面上的所述光學元件之一反射。
11.根據(jù)權利要求1-10中任一項所述的光束控制裝置，其中所述光束控制裝置具有 由半導體材料形成的基板；由光透射型材料形成的面板，所述面板為所述板；以及位于在所述基板和所述面板之間限定的間隙中的液晶層， 其中至少在所述基板的第一區(qū)域形成基板電觸點，所述基板電觸點用于與形成于所述基板內或所述基板上的電子電路組件進行電通信；并且至少在所述面板的與所述基板的所述第一區(qū)域相對應的第一區(qū)域形成面板電觸點， 其中所述基板電觸點和所述面板電觸點彼此相對并且通過剛性電連接而彼此電連接。
12.一種用于光束控制的光分插復用器，包括根據(jù)前述權利要求中任一項所述的光束控制裝置。
13.根據(jù)權利要求12所述的用于光束控制的光分插復用器，其中所述光分插復用器是可重配置的。
14.一種制造光束控制裝置的方法，所述光束控制裝置由權利要求1-11中任一項限定，所述方法包括使用自動放置、倒裝芯片技術及印刷技術中的一個或多個將所述多個光學元件定位在板的第一表面中或板的第一表面上，使得來自所述多個光學元件中的一個預定光學元件的光能夠從第二表面向所述多個光學元件中的另一個預定光學元件反射。
15.根據(jù)權利要求14所述的制造光束控制裝置的方法，進一步包括將所述板的第二表面拋光。
16.一種用于在波分復用系統(tǒng)中進行選擇性波長切換的可重配置光分插復用器，包括板，具有多個表面并且在所述表面上布置有 輸入端口，用于接收輸入波分復用信號； 波長分離器，用于分離所述輸入波分復用信號的波長通道； 下路端口，用于傳輸一個或多個波長通道； 輸出端口，用于傳輸輸出波分復用信號；以及多個硅基液晶元件，布置為根據(jù)控制信號將由所述波長分離器分離的波長通道向輸出端口和下路端口反射； 以及至少一個反射面，布置為反射所述輸入波分復用信號的所述波長通道，其中 所述可重配置光分插復用器布置為允許所述輸入波分復用信號的所述波長通道通過所述多個硅基液晶元件及所述至少一個反射面，而在所述板中從輸入端口向下路端口和輸出端口實質上自由地傳播。
全文摘要
本發(fā)明一般涉及一種光束控制裝置及制造光束控制裝置的方法，并且更特別地涉及一種諸如包括光束控制裝置的可重配置光分插復用器(ROADM)的光分插復用器(OADM)。在一個實施例中，所述裝置包括板以及位于所述板的第一表面中或位于第一表面上的多個光學元件，所述多個光學元件包括至少一個硅基液晶元件，其中所述裝置布置為使得至少一個光束可通過從所述光束控制裝置的第二表面反射，而實質上自由地在所述板中從所述多個光學元件中的一個光學元件向所述多個光學元件中的另一個光學元件傳播。
文檔編號G02B6/35GK102282508SQ200980154591
公開日2011年12月14日 申請日期2009年11月13日 優(yōu)先權日2008年11月14日
發(fā)明者大衛(wèi)·紐吉特, 威廉·克勞斯蘭德, 尼爾·柯林斯, 布萊恩·羅伯遜, 莫拉·M·萊德蒙德 申請人:劍橋企業(yè)有限公司