專利名稱：多端口可變光衰減器體系結(jié)構(gòu)及其部件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于對寬波段光波長執(zhí)行高分辨率可變光衰減的光衰減器體系結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的優(yōu)選實施例在智能光網(wǎng)絡(luò)、光學(xué)測量儀器、基于光纖陣列的系統(tǒng)、光子信號處理器、電流感測、密集光計算機以及顯示器方面具有特定的應(yīng)用，盡管不是排他的。
說明書自始至終，除了語境需要其它詞語外，詞“包括”及其變形(例如“包括”的第三人稱單數(shù)或者動名詞)應(yīng)該理解為意指包括所述的整體或者整體組，但是不排除其它整體或者整體組。
下面的
背景技術(shù)：
說明僅旨在便于理解本發(fā)明。應(yīng)該理解該說明不是認為或者承認所參考的任何材料在本申請的優(yōu)先權(quán)日是普通常識的一部分。
控制多端口光學(xué)系統(tǒng)的衰減的能力對于下一代智能光學(xué)系統(tǒng)是重要的。這種光學(xué)系統(tǒng)包括但不限于通信系統(tǒng)、有線電視系統(tǒng)、局域網(wǎng)(LANs)、電流傳感器以及顯示器。大多數(shù)現(xiàn)有多端口光衰減器限于少數(shù)端口，其中多數(shù)智能由位于光鏈路兩側(cè)的分立電子元件執(zhí)行。最近出現(xiàn)的智能光學(xué)系統(tǒng)已經(jīng)被設(shè)計為，在特定的示例中，其包括通過許多不同光鏈路所鏈接的許多節(jié)點。盡管該多個關(guān)學(xué)鏈接可以顯著地增加這些光學(xué)系統(tǒng)的容量和靈活性，但是必須找到節(jié)省成本、尺寸緊湊、可靠并且密集的多端口光衰減器體系結(jié)構(gòu)來與這些系統(tǒng)交互，這為需要更高通道數(shù)的未來應(yīng)用提供了穩(wěn)定性條件。
動態(tài)光衰減是其中光信號任意衰減的功率管理過程。精確的可變光衰減能夠使動態(tài)衰減變化，這對許多新出現(xiàn)的應(yīng)用是極其重要的。在異常的情況下，其中光信號通過光纖陣列傳播，那么有利的是能夠任意衰減那些信號以生成特定的功率分布。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供改進的多端口光鏈路的光衰減。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種多端口可變光衰減體系結(jié)構(gòu)，其包括第一光信號處理裝置，耦合到輸入裝置，以處理輸入到其中的光信號并且輸出第一處理光信號；第二光信號處理裝置，設(shè)置為接收來自第一光處理裝置的第一處理光信號并且適應(yīng)性地處理所接收的輸入到其中的第一處理光信號，以便輸出第二處理光信號；以及第三光信號處理裝置，設(shè)置為接收第二處理光信號，并且對第二處理光信號執(zhí)行預(yù)定的處理，以便輸出衰減的信號。
優(yōu)選地，第一光處理裝置包括光波導(dǎo)陣列和偏振器裝置，以通過對其進行濾波和偏振來處理輸入到其中的光信號。
優(yōu)選地，第一光處理裝置是光子晶體光纖陣列，適于維持具有帶通光濾波的單模操作。
特別地，其可以是2D偏振維持、錐形光子晶體光纖陣列，其維持光偏振、提供具有帶通光濾波的單模操作，并將輸出的光功率集中成更高的密度，并由此消除空間光的非均勻性。利用這種方式，增加了光纖的數(shù)值孔徑，因此在顯示應(yīng)用中獲得了更高的視角。
優(yōu)選地，第三光信號處理裝置是相對偏振器裝置旋轉(zhuǎn)90度的檢偏器薄膜，使得所述預(yù)定處理僅涉及其偏振垂直于所述第一處理光信號的偏振的正在通過的光。
可選地，第一光信號處理裝置不具有集成在其中的偏振器裝置，并且代替的是在第一和第二光信號處理裝置之間設(shè)置分立的偏振器裝置，以在所述第二光信號處理裝置接收所述第一處理光信號之前，對第一光信號生成裝置所生成的單個信號進行偏振。
優(yōu)選地，第二光處理裝置包括磁光薄膜。
優(yōu)選地，該磁光薄膜是Bi-YIG薄膜。
優(yōu)選地，該磁光薄膜由與其整體成型的集成切換電路來驅(qū)動，以適應(yīng)性地處理所接收的輸入到其中的第一處理光信號。
優(yōu)選地，在薄膜中心蝕刻該集成切換電路，或者可以可選地將該集成切換電路沉積在薄膜表面上以生成二維磁場分布。
優(yōu)選地，集成切換電路包括微小線圈陣列，其沿輸入光信號的傳播方向生成任意的磁場，從而旋轉(zhuǎn)光信號的偏振。
優(yōu)選地，該體系結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在第二和第三光信號處理裝置之間的永磁體，其將附加的永磁場施加在微小線圈元件所生成的磁場上。該永磁場與輸入光的傳播方向平行。
優(yōu)選地，集成該第一、第二和第三光信號處理裝置以便提供集成結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種處理輸入光信號以產(chǎn)生衰減輸出信號的方法，包括對輸入光信號偏振并濾波以產(chǎn)生第一處理光信號；任意旋轉(zhuǎn)第一處理光信號的偏振以產(chǎn)生第二處理光信號；以及根據(jù)旋轉(zhuǎn)的度數(shù)，使可變的第二處理光信號的部分通過，以提供衰減的輸出信號。
優(yōu)選地，該方法包括控制通過微小線圈饋入的電流以在所述第一處理光信號上產(chǎn)生磁場分布，所述磁場分布執(zhí)行所述的任意旋轉(zhuǎn)；所述旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)第一處理光信號的單個分量的偏振量，從而提供所述的第二處理光信號，并且對第二處理光信號檢偏，從而獲得可變的光衰減。
利用這種方式，可以提供節(jié)省成本、硬件壓縮、基本和通用的可變光衰減器陣列，其可以用于密集的多端口光學(xué)系統(tǒng)。


現(xiàn)在將僅通過實例、參照附圖來介紹實施本發(fā)明的最優(yōu)模式，其中圖1示出了本發(fā)明的多端口可變光衰減器體系結(jié)構(gòu)的優(yōu)選實施例的布置；圖2示出了用于在磁光薄膜的表面上沉積微小線圈(micro coil)的方法的結(jié)果；圖3示出了用于在磁光薄膜的中心內(nèi)蝕刻3D線圈結(jié)構(gòu)的方法的結(jié)果；和圖4示出了用于將導(dǎo)電材料沉積在圖3所示的所蝕刻3D線圈內(nèi)以獲得微小線圈的方法的結(jié)果。
具體實施例方式
實現(xiàn)本發(fā)明的最優(yōu)方式指向用于光子系統(tǒng)的密集多端口可變光衰減器體系結(jié)構(gòu)。該衰減器體系結(jié)構(gòu)一般利用光波導(dǎo)陣列、偏振器、集成偏振旋轉(zhuǎn)器陣列以及檢偏器，其可以動態(tài)地配置為對寬波段的光波長執(zhí)行高分辨率的可變光衰減。
如附圖中的圖1所示，多端口可變光衰減器體系結(jié)構(gòu)100包括錐形偏振維持光子晶體光纖陣列(TPMPCFA)105形式的第一光信號處理裝置，其包括多個光子晶體纖維108；磁光薄膜110形式的第二光信號處理裝置，其具有與其整體形成的微小線圈陣列115；以及檢偏器120形式的第三光信號處理裝置。
發(fā)射到多端口可變光衰減器端口的輸入光信號首先由TPMPCFA105偏振并且光譜濾波以產(chǎn)生第一處理光信號。然后，偏振的第一處理光信號通過磁光薄膜110，其中通過控制饋入微小線圈陣列115的元件的電流量來獨立旋轉(zhuǎn)他們的偏振以產(chǎn)生第二處理光信號。這些電流生成平行于光信號的傳播方向的可變磁場。當偏振旋轉(zhuǎn)的光信號的偏振方向不與檢偏器120的偏振方向?qū)蕰r，檢偏器120阻止正在傳播的光信號的一部分，由此衰減了該光信號。
永磁體125以形成在第二光信號處理裝置表面上的薄膜的形式設(shè)置，從而施加垂直于磁光薄膜110的恒定磁場。永磁體125的作用是將磁光薄膜110內(nèi)部的磁疇轉(zhuǎn)變?yōu)閱蝹€疇，因此降低了額外的光損耗。
沒有偏振旋轉(zhuǎn)提供給微小線圈陣列115時，TPMPCFA 105和檢偏器120的偏振方向通常相互垂直。
圖2示出了沉積在磁光薄膜110上的導(dǎo)電的平面微小線圈205。該微小線圈205的材料可以是任何導(dǎo)電材料，例如銅或鋁。
還可以將微小線圈陣列制成具有低阻抗和大量的匝數(shù)。
當磁光薄膜太薄以至于無法進行蝕刻時，一般采用形成該微小線圈的方式。
圖3示出了用于在磁光薄膜的中心實現(xiàn)微小線圈的工藝。
如圖3所示，首先，在磁光薄膜110的中心內(nèi)蝕刻深度等于磁光薄膜110的深度的圓柱形槽305。
第二，將導(dǎo)電材料沉積在圓柱形槽305中以實現(xiàn)如圖4所示的微小線圈405。
應(yīng)該注意可以通過激光蝕刻實現(xiàn)該槽。具有微微秒和飛秒脈沖寬度和高峰值功率的超短脈沖激光可以限制受熱區(qū)并且通過切除使材料移除工藝占優(yōu)勢，因此在磁光薄膜上獲得優(yōu)良的蝕刻精度。
因此，如果該磁光薄膜足夠厚，則上述蝕刻技術(shù)是形成該微小線圈的優(yōu)選方式。
通過對執(zhí)行本發(fā)明的最優(yōu)模式的上述說明，顯而易見的是，通過使用夾在偏振器和檢偏器之間的可變偏振旋轉(zhuǎn)器，可以獲得可變的衰減。此外，通過使用用于輸入端口的光纖陣列和集成的可變偏振旋轉(zhuǎn)器陣列，可以實現(xiàn)節(jié)省成本、靜態(tài)、多端口的可變光衰減器。
所提出器件的主要優(yōu)點是(1)其能夠?qū)崿F(xiàn)自適應(yīng)多端口光衰減，這對許多正出現(xiàn)的光子系統(tǒng)是至關(guān)重要的，(2)其兼容將來的多端口并行光子信號處理，(3)其是靜態(tài)器件(不是機械移動部件)，因此與機械可調(diào)節(jié)衰減器相比，其具有較長的使用壽命，以及(4)其節(jié)省成本，這是因為所有端口共享集成的可變偏振旋轉(zhuǎn)器陣列。
應(yīng)該理解的是，本發(fā)明的范圍不是由此處具體所述的本發(fā)明的最優(yōu)模式來限定。因此，在不脫離本發(fā)明的范圍和精神的情況下，本發(fā)明的其它模式可以體現(xiàn)為包括對此處關(guān)于最優(yōu)模式所述的具體實施例的修改和修正。
權(quán)利要求
1.一種多端口可變光衰減體系結(jié)構(gòu)，包括第一光信號處理裝置，耦合到輸入裝置，以處理輸入到其中的光信號并且輸出第一處理光信號；第二光信號處理裝置，設(shè)置為接收來自所述第一光處理裝置的所述第一處理光信號，并且適應(yīng)性地處理所接收的輸入到其中的所述第一處理光信號，以便輸出第二處理光信號；以及第三光信號處理裝置，設(shè)置為接收所述第二處理光信號，并且對所述第二處理光信號執(zhí)行預(yù)定處理，以便輸出衰減的信號。
2.如權(quán)利要求1所述的體系結(jié)構(gòu)，其中所述第一光處理裝置包括光波導(dǎo)陣列和偏振器裝置，從而通過對其進行濾波和偏振來處理輸入到其中的光信號。
3.如權(quán)利要求1所述的體系結(jié)構(gòu)，其中所述第一光處理裝置是光子晶體光纖陣列，其適于維持具有帶通光濾波的單模操作。
4.如權(quán)利要求3所述的體系結(jié)構(gòu)，其中所述陣列包括2D偏振維持、錐形光子晶體光纖陣列，其維持光偏振、提供具有帶通光濾波的單模操作，并且將輸出的光功率集中成更高的密度，并由此消除空間光的非均勻性，其中增加了光纖的數(shù)值孔徑。
5.如權(quán)利要求1所述的體系結(jié)構(gòu)，其中所述第三光信號處理裝置是相對所述偏振器裝置旋轉(zhuǎn)90度的檢偏器薄膜，使得所述預(yù)定處理僅涉及其偏振垂直于所述第一處理光信號的偏振的、正在通過的光。
6.可選地，所述第一光信號處理裝置不具有與其集成在一起的偏振器裝置，并且代替的是在所述第一和第二光信號處理裝置之間設(shè)置分立的偏振器裝置，從而在所述第二光信號處理裝置接收所述第一處理光信號之前，對所述第一光信號生成裝置所生成的單個信號進行偏振。
7.如權(quán)利要求1所述的體系結(jié)構(gòu)，其中所述第二光處理裝置包括磁光薄膜。
8.如權(quán)利要求7所述的體系結(jié)構(gòu)，其中所述磁光薄膜是Bi-YIG薄膜。
9.如權(quán)利要求7所述的體系結(jié)構(gòu)，其中所述磁光薄膜由與其整體成型的集成切換電路來驅(qū)動，以適應(yīng)性地處理所接收的輸入到其中的所述第一處理光信號。
10.如權(quán)利要求9所述的體系結(jié)構(gòu)，其中在所述薄膜中心蝕刻該集成切換電路，或者可以可選地將該集成切換電路沉積在所述薄膜表面上，從而生成二維磁場分布。
11.如權(quán)利要求9所述的體系結(jié)構(gòu)，其中所述集成切換電路包括微小線圈陣列，其沿所述輸入光信號的傳播方向生成任意的磁場，從而旋轉(zhuǎn)所述光信號的偏振。
12.如權(quán)利要求1所述的體系結(jié)構(gòu)，還包括布置在所述第二和第三光信號處理裝置之間的永磁體，其將附加的永磁場施加在所述微小線圈元件所生成的磁場上；其中所述永磁場與所輸入光的傳播方向平行。
13.如權(quán)利要求1所述的體系結(jié)構(gòu)，其中集成所述第一、第二和第三光信號處理裝置以提供集成結(jié)構(gòu)。
14.一種處理輸入光信號以產(chǎn)生衰減的輸出信號的方法，其包括對輸入光信號偏振并濾波以產(chǎn)生第一處理光信號；任意旋轉(zhuǎn)所述第一處理光信號的偏振以產(chǎn)生第二處理光信號；以及根據(jù)旋轉(zhuǎn)的度數(shù)，使可變的所述第二處理光信號的部分通過，以提供衰減的輸出信號。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，還包括控制通過微小線圈饋入的電流以在所述第一處理光信號上產(chǎn)生磁場分布，所述磁場分布執(zhí)行所述任意旋轉(zhuǎn)；所述旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)所述第一處理光信號的單個分量的偏振量，從而提供所述第二處理光信號，并且對所述第二處理光信號進行檢偏，以便獲得可變的光衰減。
全文摘要
提供了一種多端口可變光衰減體系結(jié)構(gòu)(100)，其包括第一光信號處理裝置(105)，處理輸入到其中的光信號并且輸出第一處理光信號；第二光信號處理裝置(110)，設(shè)置為接收來自第一光處理裝置(105)的第一處理光信號并且適應(yīng)性地處理所接收的輸入到其中的第一處理光信號，以便輸出第二處理光信號；以及第三光信號處理裝置(120)，設(shè)置為接收第二處理光信號，并且對第二處理光信號進行預(yù)定處理，以便輸出衰減的信號。
文檔編號G02B6/26GK101023382SQ200580026878
公開日2007年8月22日 申請日期2005年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月9日
發(fā)明者卡邁勒·阿拉梅赫, 阿達姆·烏塞蘭, 薩瑟蘭·埃爾伍德 申請人:帕諾拉馬實驗室有限公司