專利名稱：波分復(fù)用器體系結(jié)構(gòu)的制作方法
聯(lián)邦政府贊助研發(fā)聲明本發(fā)明一部分是利用國防高級(jí)研究項(xiàng)目機(jī)構(gòu)(DARPA)的政府資助完成的，撥款編號(hào)為MDA972-02-3-005。政府擁有本發(fā)明的某些權(quán)利。
背景技術(shù)：
波分復(fù)用(WDM)已被用于光網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)和其他應(yīng)用中。實(shí)質(zhì)上，不同的光波長可被用于沿著一條或多條光纖傳送信息。WDM復(fù)用器可用于將不同波長耦合到單條光纖中。類似地，WDM去復(fù)用器可用于分離來自該光纖的一個(gè)或多個(gè)波長。參見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頁，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頁，1998年5月14日，特此通過引用將上述文獻(xiàn)的公開內(nèi)容結(jié)合于此。
并行光和波分復(fù)用(WDM)是允許光通信系統(tǒng)中的帶寬密度增大的兩種光通信技術(shù)。在并行光技術(shù)中，多個(gè)光信號(hào)沿著多光纖帶并行傳輸，其中每條光纖上傳輸一個(gè)光信號(hào)。在WDM中，多個(gè)光數(shù)據(jù)信號(hào)被組合并在單條光纖上傳輸，其中每個(gè)光信號(hào)被承載在不同的波長上。在并行WDM(PWDM)中，通過經(jīng)由并行光纖帶的每條光纖傳輸多個(gè)光波長而將這兩種技術(shù)組合了起來。PWDM系統(tǒng)的關(guān)鍵組件是PWDM復(fù)用器，它是將多個(gè)光束組合到單條光纖中的光學(xué)器件。
在PWDM的一些實(shí)現(xiàn)方式中，光發(fā)送器包括垂直腔表面發(fā)射激光器(VCSEL)的陣列。陣列中的VCSEL的數(shù)目通常等于光纖帶中的光纖的數(shù)目乘以每條光纖中的波長的數(shù)目。光復(fù)用器幫助將來自一個(gè)VCSEL的光耦合到光纖帶中的一條光纖中。典型的復(fù)用器使用諸如介質(zhì)干擾濾光器或衍射光柵之類的波長選擇裝置來完成此操作。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，準(zhǔn)直(collimating)功能和傾斜功能被分離到兩個(gè)分離的光學(xué)元件中。該分離增大了對(duì)未對(duì)準(zhǔn)的容忍度，并且簡化了MUX的制造。


圖1示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的具有MUX的系統(tǒng)；圖2示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的具有MUX的替換布置的系統(tǒng)；以及圖3示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的具有MUX的另一替換布置的系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例是被配置用于接收來自多個(gè)光源的準(zhǔn)直光的光復(fù)用器(MUX)，該MUX包括多個(gè)傾斜元件，其中每個(gè)傾斜元件能夠接收來自所述多個(gè)源中的一個(gè)源的準(zhǔn)直光，并且其中每個(gè)傾斜元件能夠使入射光傾斜特定的角度；多個(gè)帶通濾光器，其中每個(gè)濾光器將使特定范圍的波長的光通過并反射其他波長的光，其中該特定范圍對(duì)于所述帶通濾光器中的每一個(gè)是不同的，并且每個(gè)帶通濾光器被定位成使被相應(yīng)的傾斜元件傾斜的光通過；以及反射入射光并且可能使入射光重新準(zhǔn)直的多個(gè)中繼鏡；其中每個(gè)中繼鏡被定位成接收來自特定的帶通濾光器的光并且將該光反射到另一帶通濾光器。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例是一種光學(xué)系統(tǒng)，包括多個(gè)準(zhǔn)直光源，其中每個(gè)光源提供至少一個(gè)波長的光，該波長不同于由其他光源提供的光的波長；光復(fù)用器(MUX)，其被配置為接收來自多個(gè)光源的準(zhǔn)直光，并且將準(zhǔn)直光合并到一條光徑中，其中該MUX包括多個(gè)傾斜元件，其中每個(gè)傾斜元件接收來自所述多個(gè)源中的一個(gè)源的準(zhǔn)直光，并且使接收到的光傾斜特定的角度；以及光纖，其一端置于一條光徑中，用于接收來自該MUX的經(jīng)合并的光。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例是一種被配置為接收來自多個(gè)光源的準(zhǔn)直光的光復(fù)用器(MUX)，該MUX包括用于將接收自所述多個(gè)源中的每個(gè)源的準(zhǔn)直光傾斜特定的角度的裝置；用于將傾斜的光組合到單條光徑上的裝置；以及用于將組合的光耦合到光纖中的裝置。
使用光作為數(shù)據(jù)載體已從網(wǎng)絡(luò)級(jí)別轉(zhuǎn)移到了系統(tǒng)級(jí)別。從而，WDM器件將被用于促進(jìn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)的不同元件之間的通信，例如不同的板(例如系統(tǒng)板、子卡等)、外圍組件(I/O設(shè)備、硬盤驅(qū)動(dòng)器、光驅(qū)動(dòng)器等)、其他系統(tǒng)組件(例如處理器、存儲(chǔ)器、傳感器等)之間的通信。一類WDM被稱為通用互連多波長組件(multiwavelength assembly forubiquitous interconnects，MAUI)。關(guān)于MAUI的更多信息請(qǐng)參見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頁，2004年9月，特此通過引用將該文獻(xiàn)結(jié)合于此。
圖1示出了具有典型的MAUI微光復(fù)用器(MUX)400的系統(tǒng)400，該MUX 400包括兩個(gè)元件101、102。該系統(tǒng)還包括多個(gè)源104a-104d，每個(gè)源具有不同的波長或波長范圍。光源可以是激光器，例如垂直腔表面發(fā)射激光器(VCSEL)，但是也可以是提供限定的波長或波長范圍的光的任何類型的源，例如邊緣發(fā)射半導(dǎo)體激活器、其他激光器、LED源等等。MUX將來自源104a-104d的光耦合到輸出光纖103中。
MUX 400的底部元件102具有多個(gè)透鏡108a-108d，對(duì)于每個(gè)光源104a-104d有一個(gè)透鏡。透鏡108a-108d可以是折射元件或衍射元件，并且執(zhí)行兩種功能。第一功能是使從光源104a-104d接收的光準(zhǔn)直。第二功能是使光相對(duì)于其沖擊在底部元件上時(shí)的光入射角傾斜。傾斜使得光能夠隨著在頂部元件101中的每次反射而橫向移動(dòng)。
頂部元件101具有多個(gè)中繼鏡106a-106c，其中“多個(gè)”通常是指比光源數(shù)目小1的數(shù)目。每個(gè)中繼鏡可具有非平面表面，以在光傳播經(jīng)過MUX時(shí)維持光的準(zhǔn)直。頂部元件101還具有多個(gè)帶通濾光器105a-105d，其中“多個(gè)”通常是指等于光源數(shù)目的數(shù)目。每個(gè)帶通濾光器被設(shè)計(jì)為使特定波長(或波長范圍)的光通過或透射，并且將會(huì)反射所有其他波長。濾光器可包括由介質(zhì)材料構(gòu)成的多層，例如介質(zhì)膜濾光器。中繼鏡106a-106c和帶通濾光器一起使光在它們之間彈射，同時(shí)使光橫向移動(dòng)到輸出透鏡107，該輸出透鏡107將光耦合到輸出光纖103。輸出透鏡107可通過將光聚焦到光纖103的末端來將光耦合到光纖103中。頂部元件和/或底部元件可由一種材料或若干種材料形成，所述材料包括GaAs、GaP、InP、玻璃、塑料中的任何一種，或者任何其他在所關(guān)注的波長范圍內(nèi)具有較低的光損耗的材料，或者其組合。
下面討論MUX 400的操作。來自源104a的光被透鏡108a準(zhǔn)直和傾斜，并且通過帶通濾光器105a。注意可能不需要帶通濾光器105a，因?yàn)闆]有其他光沖擊在濾光器105a上。但是，濾光器105a可用來減少將不合需要的光耦合到輸出光纖103中。在任何情況下，光隨后被中繼鏡106a反射，沖擊在帶通濾光器105b上。濾光器105b將只使得具有源104b的波長或波長范圍的光通過。由于來自源104a的光的波長處于濾光器105b的通帶之外，因此光被反射到中繼鏡106b。來自源104a的光也在濾光器105c和105d的通帶之外。從而，來自源104a的光在中繼鏡106b、106c和濾光器105c和105d之間被反射。在被濾光器105d反射之后，光沖擊到輸出透鏡107上，輸出透鏡107將光耦合到輸出光纖103中。來自源104b、104c和104d的光被類似地耦合到輸出光纖103中。
圖1的MUX 400的替換布置是將準(zhǔn)直和傾斜透鏡108a-108d置于源104a-104d上，并且去除底部元件102。
在圖1中，每個(gè)光源104a-104d與MUX底部元件102的對(duì)準(zhǔn)是很關(guān)鍵的，因?yàn)樗薅藘A斜角。傾斜角的誤差會(huì)導(dǎo)致反射光相對(duì)于其期望位置有橫向位移。例如，傾斜誤差可能導(dǎo)致光相對(duì)于其期望位置左移。從而，在光經(jīng)過透鏡107之后，光會(huì)向右移得更多，并且可能不與光纖103耦合。此外，由于光在去往光纖103的路徑上多次彈射，傾斜角誤差的影響將會(huì)被放大。從而，在來自源104a的光上引入的一個(gè)小誤差將會(huì)隨著在MUX中的每次反射而放大，并且可能阻礙其與光纖103耦合。
圖2示出了與圖1的系統(tǒng)400類似的系統(tǒng)401，只不過透鏡208a-208d使光傾斜，而不使光準(zhǔn)直。與透鏡208a-208d分離并且位于源104a-104d附近的透鏡209a-209d使來自源104a-104d的光準(zhǔn)直。透鏡208a-208d可以是折射元件(例如透鏡或棱鏡)或者衍射元件(例如光柵)。透鏡209a-209d可以是折射元件(例如透鏡)或者衍射元件(例如光柵)。注意，系統(tǒng)的一個(gè)用途是促進(jìn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)的板和其他組件之間的通信。因此，系統(tǒng)401的大小應(yīng)當(dāng)相對(duì)較小，以便能夠裝進(jìn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)。因此，增大系統(tǒng)中的元件數(shù)目，即用執(zhí)行一個(gè)功能的兩個(gè)元件來替換執(zhí)行兩個(gè)功能的一個(gè)元件是反直觀的。
圖2的MUX具有彼此不相耦合的準(zhǔn)直和傾斜功能，從而系統(tǒng)401的MUX獲得了對(duì)于對(duì)準(zhǔn)誤差的更大的容忍度。由于透鏡209a-209d中的每個(gè)透鏡的功能只是使光準(zhǔn)直，因此它對(duì)相對(duì)于光源活動(dòng)區(qū)域的位置不那么敏感。此外，不論確切的入射位置如何，透鏡208a-208b都引起相同量的傾斜。因此，所得到的MUX體系結(jié)構(gòu)更能容忍失準(zhǔn)。除了MUX與光源的對(duì)準(zhǔn)容差增大之外，在組裝過程期間MUX頂部元件101與MUX底部元件102的對(duì)準(zhǔn)容差也增大了。注意，光纖103可以是波導(dǎo)、多模光纖、單模光纖以及其他光傳導(dǎo)路徑元件。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例具有MUX的另一替換布置的系統(tǒng)402。圖3與圖2的布置類似，只不過圖2的底部元件202被除去了。在該布置中，傾斜元件308a-308d位于濾光器305a-305d附近。傾斜元件308a-308d可以是衍射元件(例如光柵)或折射元件(例如透鏡或棱鏡)。
傾斜元件可形成在每個(gè)濾光器的底面上。例如，如果傾斜元件是光柵，則可通過在基片的一側(cè)蝕刻出光柵并在基片在另一側(cè)形成濾光器來形成一體的光柵和濾光器元件。濾光器通常被淀積在某個(gè)基片上，并且該基片可以被蝕刻。
傾斜元件也可以與濾光器相分離地形成，然后經(jīng)由光學(xué)粘合劑或其他粘合機(jī)制被附接到濾光器。準(zhǔn)直透鏡應(yīng)當(dāng)處于光源和傾斜元件之間，但是準(zhǔn)直透鏡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，圖1、2和3的布置示出了1×4陣列，其中包括一條光纖和四個(gè)光波長。這些布置只是用作示例的，因?yàn)榭梢源嬖诟嗟妮敵龉饫w和/或更多或更少的輸入波長。此外，額外的MUX可位于MUX 400附近，以形成M×N陣列，其中M是光纖的數(shù)目，N是每條光纖的波長數(shù)目，從而形成PWDM器件。
注意，在圖1、2和3所示的本發(fā)明的實(shí)施例中，準(zhǔn)直透鏡被示為附接到光源。但是，在其他實(shí)施例中，準(zhǔn)直透鏡可以與光源相分離，但是仍被布置為接收來自光源的光并向MUX提供準(zhǔn)直光。
注意，圖1-3的系統(tǒng)401和402示出了MUX布置，但是本發(fā)明的實(shí)施例可用于形成去復(fù)用器(DEMUX)。例如，利用圖2，光纖103可以是傳送多個(gè)信號(hào)的輸入光纖，每個(gè)信號(hào)具有不同的波長或波長范圍。光可以前進(jìn)經(jīng)過元件101和102，并且處于濾光器的通帶內(nèi)的光將會(huì)通過該濾光器并被多個(gè)傳感器104a-104d中的一個(gè)傳感器所接收。處于通帶之外的光將被反射到下一濾光器。從而，DEMUX可以起到分離每個(gè)信號(hào)并向相應(yīng)的傳感器(104a-104d之一)提供相應(yīng)信號(hào)的作用。
頂部元件和底部元件可以利用主動(dòng)組裝過程或被動(dòng)組裝過程來組裝。在主動(dòng)過程中，使光穿過一個(gè)元件。另一元件隨后被放置在那一個(gè)元件附近。當(dāng)器件(包括該一個(gè)元件和另一元件)開始適當(dāng)工作時(shí)，兩個(gè)元件就正確地對(duì)準(zhǔn)了。兩個(gè)元件被固定在一起。在被動(dòng)過程中，每個(gè)元件具有配準(zhǔn)標(biāo)記，該配準(zhǔn)標(biāo)記用于使兩個(gè)元件正確地定向。當(dāng)配準(zhǔn)標(biāo)記被正確對(duì)準(zhǔn)時(shí)，兩個(gè)元件就被固定在一起了。
頂部元件和底部元件的某些部分(例如帶通濾光器)可利用各種方法來制造，所述方法例如是光刻(lithography)、照相光刻(photolithography)、灰度級(jí)光刻(gray-scale lithography)、模塑、壓印等等。
本發(fā)明的實(shí)施例可用于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、電信系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)、路由器、交換機(jī)、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)傳輸線路中，例如來自高帶寬檢測器(例如在收集數(shù)據(jù)的平面上)的數(shù)據(jù)的傳輸。
權(quán)利要求
1.一種被配置用于接收多個(gè)波長帶的準(zhǔn)直光的光復(fù)用器(MUX)401、402，該MUX包括多個(gè)傾斜元件208、308，其中每個(gè)傾斜元件能夠接收所述多個(gè)波長帶中的一個(gè)波長帶的準(zhǔn)直光，并且其中每個(gè)傾斜元件能夠使入射光傾斜特定的角度；多個(gè)帶通濾光器105、305，其中每個(gè)濾光器將使特定范圍的波長的光通過并反射其他波長的光，其中所述特定范圍對(duì)于所述帶通濾光器中的每一個(gè)是不同的，并且每個(gè)帶通濾光器被定位成使被相應(yīng)的傾斜元件傾斜的光通過；以及反射入射光的多個(gè)中繼鏡106；其中每個(gè)中繼鏡被定位成接收來自特定帶通濾光器的光并且將該光反射到另一帶通濾光器。
2.如權(quán)利要求1所述的MUX，還包括輸出透鏡107，其接收來自所述多個(gè)帶通濾光器中的一個(gè)帶通濾光器105的光，并且能夠?qū)⒃摴怦詈系焦饫w103中。
3.如權(quán)利要求1所述的MUX，其中所述MUX 401包括第一組件101和第二組件202，所述第一組件包括所述多個(gè)中繼鏡106和所述多個(gè)帶通濾光器105，所述第二組件202包括所述多個(gè)傾斜元件208。
4.如權(quán)利要求1所述的MUX，其中所述MUX 402包括單個(gè)組件301，該組件301具有所述多個(gè)中繼鏡106、所述多個(gè)帶通濾光器305和所述多個(gè)傾斜元件308。
5.如權(quán)利要求1所述的MUX，其中每個(gè)傾斜元件308形成在相應(yīng)的帶通濾光器305的表面上。
6.如權(quán)利要求1所述的MUX，其中每個(gè)傾斜元件308被附接到相應(yīng)的帶通濾光器305。
7.如權(quán)利要求1所述的MUX，其中所述MUX 401、402是MUX陣列的一個(gè)元件，并且所述MUX陣列包括多個(gè)所述MUX。
8.如權(quán)利要求1所述的MUX，其中所述MUX 401、402是計(jì)算機(jī)的組件，并且所述MUX輔助所述計(jì)算機(jī)的至少兩個(gè)其他組件之間的通信。
9.如權(quán)利要求1所述的MUX，其中所述MUX 401、402是從由以下系統(tǒng)組成的群組中選擇出來的系統(tǒng)的組件計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、電信系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)、路由器、交換機(jī)、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)傳輸鏈路。
10.如權(quán)利要求1所述的MUX，其中所述MUX 401、402由從以下材料組成的群組中選擇出來的至少一種材料構(gòu)成GaAs、GaP、InP、玻璃、塑料以及它們的組合。
全文摘要
本發(fā)明的實(shí)施例涉及將準(zhǔn)直功能209和傾斜功能208、308分離到兩個(gè)分離的光學(xué)元件中。分離增大了對(duì)失準(zhǔn)的容忍度，并且簡化了MUX401、402的制造。
文檔編號(hào)H04J14/00GK101040202SQ200580034503
公開日2007年9月19日 申請(qǐng)日期2005年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月8日
發(fā)明者喬治·帕諾突波盧斯 申請(qǐng)人:安捷倫科技有限公司