專利名稱：光纖衍射光柵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及光纖光柵型結(jié)構(gòu)，并且更特別地涉及能夠在其至少一預(yù)定波長(zhǎng)處衍射通過(guò)其中的光信號(hào)傳輸?shù)牟糠值墓饫w光柵。
背景技術(shù)：
光纖光柵并入形成現(xiàn)代信息和通信技術(shù)的主干網(wǎng)的組件中并且適合于寬范圍的應(yīng)用，諸如信息處理和使用波分復(fù)用(WDM)的光纖通信系統(tǒng)。存在許多具有各種能力的不同光纖光柵類型和構(gòu)造。例如，光纖布拉格(Bragg)光柵可用于激光、濾波和感測(cè)應(yīng)用。各種布拉格光柵構(gòu)造還包括可用于色散補(bǔ)償器的線性調(diào)頻光纖光柵和用于消除信號(hào)傳輸譜中的旁瓣的切趾光纖光柵。另一種類型的光纖光柵，長(zhǎng)周期光柵，特別有利于感測(cè)和濾波應(yīng)用。通過(guò)長(zhǎng)周期光柵的光被修正而不是反射，如在光纖布拉格光柵中發(fā)生的。而且，不同于光纖布拉格光柵，長(zhǎng)周期光柵通常用于將光纖芯的模式耦合到光纖包層中。長(zhǎng)周期光柵具有帶有多個(gè)傳輸間隙的譜特性。這些間隙的沿著譜范圍的位置取決于光纖的包層外部的介質(zhì)的折射率。因此，改變外部折射率引起了傳輸間隙的偏移。通常，長(zhǎng)周期光柵的周期顯著地長(zhǎng)于通過(guò)光柵的光的波長(zhǎng)。然而，還存在多個(gè)這樣的重要應(yīng)用，對(duì)于這些應(yīng)用光纖光柵構(gòu)成且構(gòu)造為在通過(guò)其中傳輸?shù)墓庑盘?hào)的傳輸譜中產(chǎn)生至少一個(gè)譜傾角(對(duì)應(yīng)于至少一個(gè)預(yù)定波長(zhǎng))，對(duì)于這些應(yīng)用光柵僅為實(shí)際的方案，或?qū)τ谶@些應(yīng)用光纖光柵為最佳方案(或者為至少比長(zhǎng)周期光柵更優(yōu)的方案)。對(duì)于期望或需要非常小長(zhǎng)度的光纖光柵的應(yīng)用尤其如此。還存在這樣有用的應(yīng)用，對(duì)于這些應(yīng)用提供上述衍射光柵是有益的，所述衍射光柵實(shí)質(zhì)上是由單一材料制成的(與通常具有不同材料的芯和包層或者可以為芯和包層使用相同的材料而使材料中的一個(gè)摻雜有另一材料的普通光柵相對(duì))，以確保二者之間的預(yù)定最小折射率對(duì)比值。另外，存在這樣的應(yīng)用，對(duì)于這些應(yīng)用具有能夠在其芯光傳輸譜中產(chǎn)生與至少一個(gè)預(yù)定波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的至少一個(gè)譜峰值的光柵是有用的。因此，期望提供用于通過(guò)在其至少一個(gè)預(yù)定波長(zhǎng)處衍射被傳輸光信號(hào)的部分來(lái)控制通過(guò)其中的光信號(hào)傳輸?shù)墓饫w光柵，在得到的光傳輸譜中產(chǎn)生分別與被傳輸光信號(hào)的衍射部分的至少一個(gè)波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的至少一個(gè)預(yù)定譜傾角和/或至少一個(gè)預(yù)定峰值中的至少一個(gè)。還期望提供可在整體上易于由單一材料制成的上述光纖衍射光柵。


在附圖中，在各個(gè)圖中相同的附圖標(biāo)記表示相應(yīng)或相似的元件圖IA示出了本發(fā)明的光纖衍射光柵的第一示例性實(shí)施方案的剖視圖的示意圖；圖IB示出了圖IA的光纖衍射光柵的第一示例性實(shí)施方案的側(cè)視圖的示意圖；圖2A示出了本發(fā)明的光纖衍射光柵的第二示例性實(shí)施方案的剖視圖的示意圖； 以及圖2B示出了圖2A的光纖衍射光柵的第二示例性實(shí)施方案的側(cè)視圖的示意圖。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及具有芯的光纖光柵，所述光纖光柵能夠通過(guò)在其芯光傳輸譜中產(chǎn)生與至少一個(gè)預(yù)定波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的至少一個(gè)譜峰值和/或至少一個(gè)譜傾角中的至少一個(gè)來(lái)控制通過(guò)其中的光信號(hào)傳輸。本發(fā)明的光纖衍射光柵包括至少一個(gè)縱向定位的結(jié)構(gòu)元件，所述結(jié)構(gòu)元件具有預(yù)定幾何輪廓且構(gòu)造為用于在其至少一個(gè)預(yù)定波長(zhǎng)處將被傳輸光信號(hào)的部分從至少一個(gè)芯模式衍射成至少一個(gè)包層模式和/或至少一個(gè)輻射模式中的至少一個(gè)。提供了用于制造本發(fā)明的光纖衍射光柵的多個(gè)新穎技術(shù)的各個(gè)實(shí)施方案，包括用于由單一材料制造本發(fā)明的光柵的新穎技術(shù)。有益的是，這些新穎的制造技術(shù)有賴于用于新穎光柵的至少一個(gè)結(jié)構(gòu)元件部分的期望幾何輪廓的構(gòu)造，每個(gè)輪廓包括在制造過(guò)程中可選擇和/或調(diào)節(jié)的多個(gè)易于配置的參數(shù)，從而產(chǎn)生各種新穎的光纖衍射光柵，各個(gè)新穎的光纖衍射光柵根據(jù)可應(yīng)用幾何輪廓的構(gòu)造而具有對(duì)應(yīng)的特定期望芯傳輸譜，所述特定期望芯傳輸譜具有與至少一個(gè)特定期望波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的至少一個(gè)譜峰值和/或至少一個(gè)譜傾角中的至少一個(gè)。本發(fā)明的其它目的和特征將從下文結(jié)合附圖的詳細(xì)描述中變得顯而易見。然而， 應(yīng)當(dāng)理解的是，附圖僅為了示例的目的而設(shè)計(jì)且并非作為本發(fā)明的范圍的限定，本發(fā)明的范圍應(yīng)當(dāng)參照所附的權(quán)利要求。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明涉及具有芯的光纖光柵，所述光纖光柵能夠通過(guò)在其芯光傳輸譜中產(chǎn)生與至少一個(gè)預(yù)定波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的至少一個(gè)譜峰值和/或至少一個(gè)譜傾角中的至少一個(gè)來(lái)控制通過(guò)其中的光信號(hào)傳輸。本發(fā)明的光纖衍射光柵通過(guò)在其中設(shè)置至少一個(gè)縱向結(jié)構(gòu)元件來(lái)實(shí)現(xiàn)上述目的，所述至少一個(gè)縱向結(jié)構(gòu)元件具有預(yù)定幾何輪廓并且構(gòu)造為用于在其至少一個(gè)預(yù)定波長(zhǎng)處將被傳輸光信號(hào)的部分從至少一個(gè)芯模式衍射成至少一個(gè)包層模式和/或至少一個(gè)輻射模式中的至少一個(gè)。在本發(fā)明的光纖衍射光柵的各個(gè)實(shí)施方案中，提供了用于制造本發(fā)明的光纖衍射光柵的多個(gè)新穎技術(shù)，包括用于由單一材料制造本發(fā)明的光柵的的新穎技術(shù)。有益的是，依據(jù)本發(fā)明提供用于新穎光纖衍射光柵的各種新穎的制造技術(shù)有賴于用于新穎光柵的至少一個(gè)結(jié)構(gòu)元件部分的期望幾何輪廓的構(gòu)造，每個(gè)輪廓包括在制造過(guò)程中可選擇和/或調(diào)節(jié)的多個(gè)易于配置的參數(shù)，從而產(chǎn)生各種新穎的光纖衍射光柵，各個(gè)新穎的光纖衍射光柵根據(jù)可應(yīng)用幾何輪廓的構(gòu)造而具有對(duì)應(yīng)的特定期望芯傳輸譜，所述特定期望芯傳輸譜具有與至少一個(gè)特定期望波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的至少一個(gè)譜峰值和/或至少一個(gè)譜傾角中的至少一個(gè)。公知的是，在普通光纖中，可以多種不同的方式且以其它的公知方式來(lái)實(shí)現(xiàn)用于確保通過(guò)其中傳輸?shù)墓庑盘?hào)基本上在芯模式下行進(jìn)所需的光纖芯和包層之間的折射率對(duì)比，例如，通過(guò)使芯摻雜適當(dāng)?shù)牟牧希瑸樾竞桶鼘又械拿總€(gè)使用具有顯著不同折射率的材料。近年來(lái)，用于制造能夠通過(guò)其芯引導(dǎo)光的光纖的不同方案已經(jīng)成功地開發(fā)出微結(jié)構(gòu)(“MS”)光纖，所述微結(jié)構(gòu)光纖為使得能夠通過(guò)它們的芯引導(dǎo)光的不同方式的光纖并且CN 102317825 A
說(shuō)明書
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能夠由單一材料制造(無(wú)需為芯進(jìn)行摻雜)。不同于普通的芯，MS光纖本質(zhì)上提供了“虛擬”芯，所述“虛擬”芯由圍繞光纖的中心縱軸線布置大的一組特別構(gòu)造和定位的預(yù)定縱向元件來(lái)限定。例如，這些縱向元件可以為包層中圍繞光纖的中心軸線定位以限定“芯”的周期排列的縱向溝槽(即，“孔”)，使得現(xiàn)在通過(guò)其中傳輸?shù)墓庠谶@樣的芯中被引導(dǎo)。這種到 MS光纖芯/在MS光纖芯內(nèi)的有益的光限制是有效的并且由下述兩個(gè)主要原因中的至少一個(gè)確定(1)包層的有效折射率低于MS “芯”的區(qū)域的折射率，和/或(2)周期排列的溝槽的結(jié)構(gòu)在MS光纖結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生了布拉格反射，所述布拉格反射使得MS “芯”通過(guò)例如最中心的溝槽來(lái)引導(dǎo)光。 依據(jù)本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施方案，可以通過(guò)在新穎的方式處理普通MS光纖結(jié)構(gòu)(如下文結(jié)合圖IA和圖IB描述的)和/或通過(guò)至少部分地基于而不偏離MS光纖原理來(lái)制備特殊構(gòu)造的新穎結(jié)構(gòu)來(lái)容易地制造和構(gòu)造新穎的光纖衍射光柵?，F(xiàn)在參照?qǐng)DIA和圖1B，本發(fā)明的光纖衍射光柵的第一實(shí)施方案顯示為衍射光柵 10，衍射光柵10基于具有虛擬芯14的MS光纖結(jié)構(gòu)預(yù)制件12a，并且衍射光柵10具有定位且構(gòu)造為產(chǎn)生用于限定芯14的足夠程度的光限制的至少一個(gè)MS元件16a(例如，如圖IA 所示，至少一個(gè)MS元件16a可以在光纖結(jié)構(gòu)中包括多組同心定位的縱向溝槽。該MS光纖 12A的構(gòu)造在芯14中產(chǎn)生了芯模式，然而通過(guò)芯14傳輸?shù)墓庑盘?hào)的能量的至少某部分實(shí)際上傳播到包層18中，實(shí)質(zhì)上形成了光傳輸譜“尖頭信號(hào)”(沿溝槽的方向)。依據(jù)本發(fā)明，衍射光柵10是通過(guò)扭曲MS結(jié)構(gòu)預(yù)制件12a以制成其中具有至少一個(gè)結(jié)構(gòu)元件16b的變型結(jié)構(gòu)12而制成的，所述結(jié)構(gòu)元件16b具有預(yù)定幾何輪廓，所述幾何輪廓包括至少為扭曲螺旋節(jié)距HP (例如，以一定節(jié)距角)和扭曲螺旋直徑HD (并且結(jié)合本發(fā)明的實(shí)施方案還包括“扭曲輪廓”)而特別選擇的值。由于MS結(jié)構(gòu)預(yù)制件12a扭曲，上述“尖頭信號(hào)”開始橫穿形成的至少一個(gè)結(jié)構(gòu)元件16b，并且使得構(gòu)造為對(duì)于至少一個(gè)特定期望波長(zhǎng)衍射來(lái)自通過(guò)芯14的至少一個(gè)預(yù)定波長(zhǎng)的芯模式的光信號(hào)的恰當(dāng)選擇的幾何輪廓(即，HP和HD的預(yù)定值)、布拉格反射遠(yuǎn)離芯 14(因此，實(shí)質(zhì)上至少提取出來(lái)自芯14的光信號(hào)的部分，并且在芯傳輸譜中產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的傾角)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，在某些波長(zhǎng)處得到的芯傳輸可以表現(xiàn)得類似于長(zhǎng)周期光柵(盡管在本發(fā)明的光柵10的情況下，傳輸譜中的譜傾角對(duì)任何外部介質(zhì)不敏感)。有益的是，至少一個(gè)結(jié)構(gòu)元件16b的幾何輪廓的各個(gè)參數(shù)(HP、HD等)可以被選擇和/或構(gòu)造為對(duì)于一個(gè)或多個(gè)預(yù)定的期望波長(zhǎng)在芯傳輸譜中產(chǎn)生至少一個(gè)譜傾角、和/或至少一個(gè)譜峰值。至少一個(gè)結(jié)構(gòu)元件16b的幾何輪廓也可以被選擇和/或構(gòu)造為產(chǎn)生至少一個(gè)輻射模式(即，布拉格反射使得光信號(hào)的衍射部分完全脫離光纖)。因此，有益的是，新穎的衍射光柵10可以在至少一個(gè)包層模式和/或至少一個(gè)輻射模式中的至少一個(gè)模式中實(shí)現(xiàn)期望的衍射。盡管預(yù)制件1 使用了單一材料，對(duì)于預(yù)制件1 而言使多個(gè)溝槽作為MS元件對(duì)于某些應(yīng)用(諸如，對(duì)于可以足以使得到的光柵10擴(kuò)展且然后收縮的方式被加熱的傳感器元件，在本發(fā)明的其它實(shí)施方案中，至少一個(gè)MS元件(例如，溝槽)可以填充有不同的材料 (例如，真空、空氣、預(yù)定氣態(tài)物質(zhì)或預(yù)定介電材料等)或者可以其它方式包括與包層18具有不同折射率的區(qū)域)是有益的。該方法的優(yōu)點(diǎn)是，允許在較大的程度上控制芯14和包層18之間的折射率對(duì)比。如果使用該實(shí)施方案，那么上文所述的光限制原理(1)和(2) 二者可聯(lián)合應(yīng)用，使得各原理的影響取決于MS元件16a在預(yù)制件12a內(nèi)的定位。在本發(fā)明的另一實(shí)施方案中，MS元件16a可以包括多個(gè)凹槽(未示出)?，F(xiàn)在參照?qǐng)D2A和圖2B，本發(fā)明的光纖衍射光柵的第二實(shí)施方案顯示為衍射光柵 40，所述衍射光柵40基于特別構(gòu)造的MS光纖結(jié)構(gòu)50，衍射光柵40具有虛擬芯52，并且衍射光柵40具有多個(gè)結(jié)構(gòu)元件56，所述多個(gè)結(jié)構(gòu)元件56定位且構(gòu)造為產(chǎn)生用于限定芯52的足夠程度的光限制并且也在其多個(gè)結(jié)構(gòu)元件之間產(chǎn)生至少一個(gè)預(yù)定橫向周波扭曲58，所述至少一個(gè)預(yù)定扭曲沿橫向在光傳輸譜中有益地產(chǎn)生至少一個(gè)預(yù)定窄缺陷狀態(tài)，這對(duì)于與至少一個(gè)缺陷狀態(tài)對(duì)應(yīng)的至少一個(gè)波長(zhǎng)在芯傳輸譜中產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的至少一個(gè)譜傾角?？梢远喾N不同的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)扭曲58。例如，如果各同心組的多個(gè)不同結(jié)構(gòu)元件56 之間的距離基本相同(例如，D1)，那么可以通過(guò)構(gòu)造兩組預(yù)定多元件56(基于與期望缺陷狀態(tài)對(duì)應(yīng)的所需譜位置來(lái)選擇)之間的距離容易地產(chǎn)生至少一個(gè)預(yù)定橫向周波扭曲58，可以構(gòu)造為D2，與其它均勻的Dl不同。實(shí)現(xiàn)至少一個(gè)扭曲58的其它創(chuàng)造性方式，例如通過(guò)改變多個(gè)元件56中的一個(gè)或多個(gè)特定同心組的大小，或者通過(guò)使用由與芯M不同的材料 (即，與芯M具有不同的折射率)構(gòu)成的多個(gè)元件56中的一個(gè)或多個(gè)特定同心組。衍射光柵40的益處在于，衍射光柵40不需要結(jié)構(gòu)50扭曲或者以其它方式在物理上被操縱(除了產(chǎn)生至少一個(gè)扭曲58所需的預(yù)構(gòu)造之外)。因此，已經(jīng)示出、描述并且指出了本發(fā)明在應(yīng)用于其優(yōu)選實(shí)施方案時(shí)的基本的新穎特征，應(yīng)當(dāng)理解的是，在不偏離本發(fā)明的主旨的情況下本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)所示例的裝置和方法的形式和細(xì)節(jié)以及它們的操作進(jìn)行各種省略、替代和變型。例如，明確地表示以基本相同的方式執(zhí)行基本相同的功能以獲得相同結(jié)構(gòu)的那些元件和/或方法步驟的所有組合在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。因此，目的是僅如所附的權(quán)利要求的范圍所表示的進(jìn)行限定。
權(quán)利要求
1.一種用于控制通過(guò)其中的至少一個(gè)預(yù)定波長(zhǎng)的光信號(hào)傳輸?shù)墓饫w衍射光柵，所述光纖衍射光柵包括改進(jìn)的光纖，其具有至少一個(gè)芯模式以及至少一個(gè)包層模式和至少一個(gè)輻射模式中的至少一個(gè)，所述改進(jìn)的光纖進(jìn)一步包括至少一個(gè)結(jié)構(gòu)元件，其具有預(yù)定幾何輪廓，其中所述預(yù)定幾何輪廓構(gòu)造為在從所述至少一個(gè)預(yù)定波長(zhǎng)選出的至少一個(gè)衍射波長(zhǎng)處衍射所述至少一個(gè)芯模式的光信號(hào)。
2.如權(quán)利要求1所述的光纖衍射光柵，其中，所述預(yù)定幾何輪廓包括預(yù)定螺旋節(jié)距、預(yù)定螺旋直徑和單一預(yù)定旋向性。
3.如權(quán)利要求2所述的光纖衍射光柵，其中，所述預(yù)定節(jié)距和所述預(yù)定直徑進(jìn)一步構(gòu)造為將光耦合到所述至少一個(gè)輻射模式的至少一個(gè)中。
4.如權(quán)利要求2所述的光纖衍射光柵，其中，所述預(yù)定節(jié)距和所述預(yù)定直徑進(jìn)一步構(gòu)造為耦合到所述至少一個(gè)包層模式的至少一個(gè)中。
5.如權(quán)利要求2所述的光纖衍射光柵，其中，光信號(hào)傳輸包括表示在所述至少一個(gè)芯模式下傳輸?shù)墓庑盘?hào)的芯傳輸譜，并且其中，所述預(yù)定節(jié)距和所述預(yù)定直徑進(jìn)一步構(gòu)造為在所述芯傳輸譜中產(chǎn)生譜傾角或譜峰值中的至少一個(gè)。
6.如權(quán)利要求2所述的光纖衍射光柵，其中，所述改進(jìn)的光纖包括微結(jié)構(gòu)光纖，所述微結(jié)構(gòu)光纖依據(jù)預(yù)定扭曲輪廓扭曲以在其中產(chǎn)生所述預(yù)定螺旋節(jié)距和所述預(yù)定螺旋直徑的所述至少一個(gè)結(jié)構(gòu)元件。
7.如權(quán)利要求1所述的光纖衍射光柵，其中，光信號(hào)傳輸包括表示在所述至少一個(gè)芯模式下傳輸?shù)墓庑盘?hào)的芯傳輸譜，并且其中，所述改進(jìn)的光纖包括微結(jié)構(gòu)光纖，所述微結(jié)構(gòu)光纖中具有至少一個(gè)預(yù)定橫向周波扭曲，所述至少一個(gè)預(yù)定橫向周波扭曲構(gòu)造為產(chǎn)生至少一個(gè)預(yù)定缺陷狀態(tài)，分別在所述芯傳輸譜中產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的至少一個(gè)譜傾角。
8.如權(quán)利要求1所述的光纖衍射光柵，其中，所述至少一個(gè)結(jié)構(gòu)元件包括限定在所述改進(jìn)的光纖內(nèi)的多個(gè)縱向溝槽，并且所述多個(gè)縱向溝槽依據(jù)第一預(yù)定圖案定尺寸和定位。
9.如權(quán)利要求8所述的光纖衍射光柵，其中，所述多個(gè)縱向溝槽的至少部分填充有下述中的一個(gè)真空、空氣、預(yù)定氣態(tài)物質(zhì)或預(yù)定介電材料。
10.如權(quán)利要求1所述的光纖衍射光柵，其中，所述至少一個(gè)結(jié)構(gòu)元件包括限定在所述改進(jìn)的光纖內(nèi)的多個(gè)縱向溝槽，并且所述多個(gè)縱向溝槽依據(jù)第一預(yù)定圖案定尺寸和定位。
11.如權(quán)利要求10所述的光纖衍射光柵，其中，所述多個(gè)縱向溝槽中的至少部分填充有下述中的一個(gè)空氣或預(yù)定介電材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有芯的光纖光柵，所述光纖光柵能夠能夠通過(guò)在其芯光傳輸譜中產(chǎn)生與至少一個(gè)預(yù)定波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的至少一個(gè)譜峰值和/或至少一個(gè)譜傾角中的至少一個(gè)來(lái)控制通過(guò)其中的光信號(hào)傳輸。本發(fā)明的光纖衍射光柵包括至少一個(gè)縱向定位的結(jié)構(gòu)元件，所述結(jié)構(gòu)元件具有預(yù)定幾何輪廓且構(gòu)造為用于在其至少一個(gè)預(yù)定波長(zhǎng)處將被傳輸光信號(hào)的部分從至少一個(gè)芯模式衍射成至少一個(gè)包層模式和/或至少一個(gè)輻射模式中的至少一個(gè)。提供了用于制造本發(fā)明的光纖衍射光柵的多個(gè)新穎技術(shù)的各個(gè)實(shí)施方案，包括用于由單一材料制造本發(fā)明的光柵的新穎技術(shù)。有益的是，這些新穎的制造技術(shù)有賴于用于新穎光柵的至少一個(gè)結(jié)構(gòu)元件部分的期望幾何輪廓的構(gòu)造，每個(gè)輪廓包括在制造過(guò)程中可選擇和/或調(diào)節(jié)的多個(gè)易于配置的參數(shù)，從而產(chǎn)生各種新穎的光纖衍射光柵，各個(gè)新穎的光纖衍射光柵根據(jù)可應(yīng)用幾何輪廓的構(gòu)造而具有對(duì)應(yīng)的特定期望芯傳輸譜，所述特定期望芯傳輸譜具有與至少一個(gè)特定期望波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的至少一個(gè)譜峰值和/或至少一個(gè)譜傾角中的至少一個(gè)。
文檔編號(hào)G02B6/036GK102317825SQ200980156862
公開日2012年1月11日 申請(qǐng)日期2009年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月18日
發(fā)明者V·I·科普, V·丘利考夫 申請(qǐng)人:手性光子公司