專利名稱：用于路由光學(xué)信號的系統(tǒng)和方法
用于路由光學(xué)信號的系統(tǒng)和方法
背景技術(shù)：
隨著電路板上的計算機(jī)芯片速度增加到越來越快的速度，芯片間通信中的通信瓶頸正變成一個較大的問題。一種可能的解決方案是使用玻璃纖維使高速計算機(jī)芯片互連。 然而，大多數(shù)電路板包含許多層并且經(jīng)常要求其制造中的公差小于1微米。物理地放置玻璃光纖并且將這些纖維連接到芯片可能太不精確且耗時，從而不能在電路板制造工藝中廣泛采用。圍繞電路板以及在電路板之間路由光學(xué)信號可能添加顯著的附加復(fù)雜性。因此， 芯片之間的可銷售的光學(xué)互連被證明是虛幻的，盡管存在寬帶數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨蟆?br>

圖1為依照本發(fā)明一個實施例的用于路由光學(xué)信號的系統(tǒng)的圖示，該系統(tǒng)具有耦合到光束源的大芯空心波導(dǎo)，并且示出與波導(dǎo)整體地形成的分束器；
圖2為圖1系統(tǒng)的透視圖3為圖1系統(tǒng)的分束器的反射功率對分支(tap)高度的曲線圖； 圖4為具有分束器的圖1系統(tǒng)的圖示，其具有相對較窄的分束器； 圖5為具有分束器的圖1系統(tǒng)的圖示，其具有相對較寬的分束器； 圖6為具有分束器的圖1系統(tǒng)的圖示，其具有在波導(dǎo)之下延伸的成角度的表面； 圖7為具有分束器的圖1系統(tǒng)的圖示，其具有在波導(dǎo)之下延伸的彎曲表面； 圖8為依照本發(fā)明另一個實施例的用于路由光學(xué)信號的系統(tǒng)的側(cè)視圖，該系統(tǒng)具有耦合到光束源的多個大芯空心波導(dǎo)，并且示出與波導(dǎo)整體地形成的多個分束器； 圖9為圖8系統(tǒng)的頂視圖10為依照本發(fā)明另一個實施例的用于路由光學(xué)信號的系統(tǒng)的透視圖，該系統(tǒng)具有耦合到光束源的多個大芯空心波導(dǎo)，并且示出與波導(dǎo)整體地形成的多個分束器； 圖11為圖10系統(tǒng)的片段透視圖； 圖12為圖10系統(tǒng)的片段側(cè)視圖13為依照本發(fā)明另一個實施例的用于路由光學(xué)信號的系統(tǒng)的透視圖，該系統(tǒng)具有耦合到光束源的多個大芯空心波導(dǎo)，并且示出與波導(dǎo)整體地形成的多個分束器； 圖14為圖13系統(tǒng)的側(cè)視圖15為依照本發(fā)明另一個實施例的用于路由光學(xué)信號的系統(tǒng)的側(cè)視圖，該系統(tǒng)具有耦合到光束源的多個大芯空心波導(dǎo)；
圖16為依照本發(fā)明另一個實施例的用于路由光學(xué)信號的系統(tǒng)的側(cè)視圖，該系統(tǒng)具有耦合到光束源的多個大芯空心波導(dǎo)；
圖17為依照本發(fā)明另一個實施例的用于路由光學(xué)信號的方法的流程圖；以及圖18為依照本發(fā)明另一個實施例的用于制造光學(xué)信號路由系統(tǒng)的方法的流程圖。
具體實施方式
一種用于在電路板上的計算機(jī)芯片之間形成光學(xué)互連的方法是使用電路板上形成的光學(xué)波導(dǎo)。光學(xué)波導(dǎo)由于使用平版印刷或類似工藝在電路板上形成波導(dǎo)的能力而可以優(yōu)于玻璃光纖通信。波導(dǎo)典型地利用諸如聚合物和/或電介質(zhì)之類的基本上光學(xué)透明的材料而在電路板上形成。使用平版印刷或類似工藝制成的光學(xué)波導(dǎo)也可以在不安裝到電路板上的其他類型的襯底上形成。例如，(一個或多個)光學(xué)波導(dǎo)可以在柔性襯底上形成以形成具有一個或多個光學(xué)波導(dǎo)的帶狀線纜。 以這種方式形成光學(xué)波導(dǎo)可以提供以必要的物理公差構(gòu)造以用于現(xiàn)代多層電路板上的互連。然而，可以用在芯片和電路板制造中以形成板上波導(dǎo)的聚合物、電介質(zhì)和其他材料典型地經(jīng)歷遠(yuǎn)多于玻璃光纖的損耗。事實上，板上波導(dǎo)的損耗量已經(jīng)是限制接受光學(xué)波導(dǎo)互連的因素之一。用來構(gòu)造波導(dǎo)的聚合物可能具有每厘米0. IdB的損耗。形成對照的是，玻璃光纖中的損耗為大約每千米0. ldB。因此，聚合物波導(dǎo)可能具有比玻璃光纖中的損耗大若干數(shù)量級的損耗。此外，典型的波導(dǎo)通常被制造成具有大致與它們被設(shè)計成載送的光的波長成比例的尺寸。例如，被配置成載送IOOOnm光的單模波導(dǎo)可以具有用于較高指數(shù)芯區(qū)域的且被較低指數(shù)包層區(qū)域包圍的lOOOnm-gOOOnm (lMffl-9Mffl)的尺寸。多模波導(dǎo)可以具有用于芯區(qū)域的大約20-60um的較大尺寸。單模和多模波導(dǎo)二者對于0. 01-0. 02的芯和包層折射率差異具有大約0. 15-0. 25的相對較高的數(shù)值孔徑(NA)。數(shù)值孔徑確定來自發(fā)射纖維的光束的發(fā)散度。較大的NA將導(dǎo)致耦合效率的較快的惡化，因為纖維至纖維的間距增大。因此，連接這種類型的波導(dǎo)可能昂貴且具有挑戰(zhàn)性。引導(dǎo)的光束的分離和分支(tap)也難以使用這些波導(dǎo)完成，因為分離器必須精確地以45度插入波導(dǎo)中。此外，向外耦合的功率量要求控制沉積在分束器上的光學(xué)涂層。分束器也需要是薄的，以防止光束的橫向移動，這將增加每個分支的額外損耗。因此，產(chǎn)生和連接具有分束器和分支的波導(dǎo)的成本在歷史上減少了它們在大多數(shù)普通應(yīng)用中的使用。依照本發(fā)明的一個方面，已經(jīng)認(rèn)識到，需要一種具有分束設(shè)備的廉價的波導(dǎo)，其與光學(xué)分支和其他光學(xué)設(shè)備連接更加簡單并且其可以顯著降低傳統(tǒng)波導(dǎo)的制造成本和效率損失。依照本發(fā)明的一個實施例，圖1-2示出了以10大體表示的一種用于路由光學(xué)信號的系統(tǒng)，其包括以30大體表示的大芯空心波導(dǎo)。準(zhǔn)直透鏡106可以用來將光束耦合到空心芯波導(dǎo)中。將理解的是，準(zhǔn)直的光在空心芯波導(dǎo)中具有較低的損耗，因為光線與波導(dǎo)的軸平行地行進(jìn)。玻璃光纖中的損耗取決于光與反射金屬壁進(jìn)行了多少次相互作用。理想情況下， 空心芯波導(dǎo)將具有盡可能低的反彈次數(shù)。大芯空心波導(dǎo)可以包括以50大體表示的至少一個基于面積的分束器，其與大芯空心波導(dǎo)整體地形成。術(shù)語大芯空心波導(dǎo)的使用意在表示這樣的波導(dǎo)，其具有遠(yuǎn)大于在該波導(dǎo)中被定向的光的波長的直徑(或?qū)挾群?或高度)。例如，所述直徑(或?qū)挾群?或高度)可以是波導(dǎo)被配置成引導(dǎo)的光束的波長的大約50-150倍或者更多倍。大芯空心波導(dǎo)可以具有被配置成引導(dǎo)光學(xué)信號(諸如光束)的正方形、矩形、圓弧形、橢圓形或者某種其他形狀的截面形狀。此外，由于波導(dǎo)是空心的，光束基本上以光在空氣或真空中的速度行進(jìn)。大芯空心波導(dǎo)是相對于使用聚合物或電介質(zhì)材料形成的傳統(tǒng)光學(xué)波導(dǎo)的重大改進(jìn)。
返回到圖1-2，光源102被示為將光束104發(fā)射到波導(dǎo)30中。分束器50用來將光束的一部分(稱為反射束114)重定向到配對連接器112或波導(dǎo)中。稱為透射束110的剩余光可以在與原始束104相同的方向上繼續(xù)。光束可以在波導(dǎo)的壁之間反彈。在每次反射時，可能發(fā)生光束的重大損耗。為了減少波導(dǎo)內(nèi)的損耗，可以添加反射涂層40以覆蓋波導(dǎo)30的內(nèi)表面32。反射涂層可以使用噴鍍、濺射或者如可以理解的類似工藝來形成。如果空心波導(dǎo)包含具有低熔點的聚合物或其他材料，那么可以使用諸如濺射、電鍍或熱蒸發(fā)之類的低溫工藝來施加反射涂層。準(zhǔn)直透鏡106可以用來將光束耦合到空心金屬波導(dǎo)30中。透鏡106用來將耦合到波導(dǎo)中的光線限制為幾乎平行于波導(dǎo)的側(cè)壁，從而最小化光遇到的反射或反彈的次數(shù)。即使壁的反射率可能是高的(即大于98%)，將反射次數(shù)降低至最小值仍然是重要的，因為20 次反彈會將光線的強度降低至其初始強度的67%。反射涂層40可以包含在光的波長處基本上反射的一層或多層金屬、電介質(zhì)或其他材料。金屬可以基于其反射率來選擇。覆蓋通道的高度反射層是所希望的。例如，反射涂層可以使用銀、金、鋁或者某種其他可以形成高度反射層的金屬或合金來形成?？商鎿Q地，反射涂層可以是可以由在選定的波長處基本上反射的一層或多層電介質(zhì)材料形成的電介質(zhì)疊層。在沉積反射涂層之前，可以使波導(dǎo)的未涂敷的空心通道平滑以移除任何表面粗糙度。反射涂層也可以經(jīng)歷平滑過程以移除可能在沉積工藝期間出現(xiàn)的反射層中的表面粗糙度。例如，可以施加熱以進(jìn)行平滑或者可以使用電拋光以便使反射表面平滑。此外，可以在反射涂層上形成諸如二氧化硅之類的基本上透明的保護(hù)層以充當(dāng)保護(hù)層。如果通過波導(dǎo)的光學(xué)通路不是充分筆直的，那么波導(dǎo)內(nèi)可能發(fā)生顯著的損耗。波導(dǎo)中出現(xiàn)的彎曲或轉(zhuǎn)向可能使得光具有不希望次數(shù)的反射或反彈，從而造成重大的衰減或損耗量。為了使得光學(xué)信號能夠在不同的方向上被路由，可以在空心波導(dǎo)30內(nèi)整體地形成所述至少一個基于面積的分束器50以重定向光束104。依照圖1-2中所示的實施例，系統(tǒng) 10可以包括單個分束器50，但是將理解的是，可以根據(jù)需要使用更多的分束器。分束器50可以具有成角度的反射表面52，該反射表面可以關(guān)于光束在波導(dǎo)中的行進(jìn)方向而被確定尺寸和取向以重定向預(yù)定量的光束。成角度的反射表面52可以至少部分地從內(nèi)表面32延伸到波導(dǎo)30的通道中。成角度的反射表面52可以具有相對于內(nèi)表面的可調(diào)節(jié)或可選擇的高度H，該高度可以確定成角度的反射表面的面積。更特別地，分束器 50的高度H可以在形成波導(dǎo)時選擇，并且高度H的選擇可以基于希望由分束器重定向的光量。如果希望重定向更多的光束，那么可以增大高度H，這導(dǎo)致與光束相交的成角度的反射表面的面積的總體增大。如果需要更少的光束，那么可以減小高度，這導(dǎo)致與光束相交的成角度的反射表面的面積的總體減小。通過這種方式，分束器重定向的光量基于在形成波導(dǎo)時調(diào)節(jié)或選擇的分束器的成角度的反射表面的面積。圖3示出了比較反射的光束114的功率百分比作為成角度的反射表面52的高度 H的函數(shù)的曲線圖，其中單個反射涂層42施加到成角度的反射表面。該曲線圖示出這里描述的分束器的實施例在具有單個反射涂層的情況下可以具有范圍從光束104的功率的近似0%至89%的反射率。該曲線圖也示出，隨著成角度的反射表面的高度增加，反射的光束的功率也增加。再次轉(zhuǎn)向圖 1-2，除了能夠調(diào)節(jié)或選擇分束器50的希望的高度H之外，也可以基于反射束114的希望的位置來調(diào)節(jié)或選擇分束器相對于光源102的縱向距離L。將理解的是，為了保持反射的光束基本上位于連接器112的中心，可以在縱向或X方向上以及在高度或Z方向上移動成角度的反射表面。在Z方向上移動表面僅僅可能導(dǎo)致反射束在連接器處的移位。因此，當(dāng)分束器的高度H升高或降低時，縱向位置L可以選擇成更遠(yuǎn)離或更靠近光源以便將反射束置于希望的位置。通過這種方式，可以將反射束與諸如光學(xué)分支之類的配對連接器112對準(zhǔn)?？招牟▽?dǎo)30和分束器50可以在單個制造工藝中作為單個單體(monolithic)部件整體地形成在一起。通過這種方式，無需在單獨的制造步驟中將分束器置于波導(dǎo)中。將理解的是，在制造波導(dǎo)之后將單獨的分束器或光學(xué)分支置于波導(dǎo)中需要仔細(xì)、 耗時的精度以便以足夠的準(zhǔn)確性重定向反射的光束。因此，有利的是，與波導(dǎo)30整體地形成分束器50允許實現(xiàn)較高的精度，這提高了分束器或光學(xué)分支的效率。此外，諸如注射成型、壓花、蝕刻、粉末爆破(power blasting)、切割、擠壓、軋制熱形成等等之類的高效且相對廉價的制造工藝可以用來制造波導(dǎo)和集成的分束器。這樣的制造工藝在制造多個波導(dǎo)時也提供高的可重復(fù)性。因此，與波導(dǎo)整體地形成分束器也有利于波導(dǎo)的批量生產(chǎn)。也可以使用本領(lǐng)域中已知的其他制造方法。與波導(dǎo)整體地形成分束器50也允許分束器50具有各種各樣的幾何配置。例如， 分束器50的成角度的反射表面52的角度可以以相對于光束104在空心波導(dǎo)30中的行進(jìn)方向的近似30度與60度之間的預(yù)定角度形成。成角度的反射表面相對于光束的行進(jìn)方向的角度以相對于光束在空心波導(dǎo)中的行進(jìn)方向的近似60度與120度之間的角度重定向光束的預(yù)定反射量。因此，具有45度的成角度的反射表面的分束器50可以以90度的角度重定向光束，如圖1中所示。類似地，具有30度角度的成角度的反射表面可以以60度的角度重定向光，并且具有60度角度的成角度的反射表面可以以120度的角度重定向光。通過這種方式，可以以各種各樣的角度將分束器反射的光束114定向到耦合到分束器的連接器。其他的幾何變型可以包括對于如圖4中所示的分束器50，具有這樣的成角度的反射表面52a的波導(dǎo)30，該反射表面具有比圖1中所示成角度的表面52相對較短的縱向長度；對于如圖5中所示具有與光束104的行進(jìn)方向平行的上表面54的分束器50，具有比圖 4中所示成角度的反射表面相對較長的縱向長度的成角度的反射表面52b的波導(dǎo)30 ；對于如圖6中所示的分束器50，具有這樣的成角度的表面的波導(dǎo)30，該表面延伸到波導(dǎo)下表面之下；以及對于如圖7中所示的分束器50，具有這樣的彎曲表面的波導(dǎo)30，該彎曲表面延伸到波導(dǎo)下表面之下。這些變型中的每一個可以用于功能或制造目的。例如，圖4中所示的與光束的行進(jìn)方向平行的上表面可以降低銳利邊緣或拐角造成的光束的衍射和散射。類似地，圖5和圖6中所示的延伸到波導(dǎo)下表面之下的表面可以具有圓弧形拐角或者不在光束的直接路徑中的拐角，以便最小化將由于不希望的散射而造成光束損耗的不希望的反射。波導(dǎo)30也可以包括空心波導(dǎo)內(nèi)的基本上透明的孔徑36?？讖?6可以允許由成角度的反射表面52a-c重定向的基本上所有反射的光束114透射通過該孔徑。如圖8-9中所示，示出了依照本發(fā)明另一個實施例的以200大體表示的一種用于路由光學(xué)信號的系統(tǒng)。該系統(tǒng)200可以具有以230大體表示的大芯空心金屬波導(dǎo)，其在許多方面類似于上面描述的且 在圖1-6中示出的光學(xué)系統(tǒng)10。因此，波導(dǎo)230可以接收來自光源102的光104并且朝分束器定向該光。此外，可以將準(zhǔn)直器置于來自光源的光束的路徑中以克服從光源發(fā)射的較高模式的衰減。該準(zhǔn)直器可以是準(zhǔn)直透鏡106，諸如具有抗反射涂層的球透鏡。該準(zhǔn)直器被配置成在光束進(jìn)入大芯空心波導(dǎo)230之前將光束準(zhǔn)直成平行的或近軸的光束。通過這種方式，光束在波導(dǎo)內(nèi)傳播時僅僅掠射反射層，從而僅遭受少量的反彈。準(zhǔn)直器提供基本上確實出現(xiàn)的任何反射將典型地處于相對于波導(dǎo)壁的相對較淺的角度，從而最小化了波導(dǎo)內(nèi)的反射次數(shù)并且因而降低了空心波導(dǎo)內(nèi)的光的衰減。結(jié)果，在空心波導(dǎo)內(nèi)傳播的低損耗模式具有極小的數(shù)值孔徑。該特性允許將分光器插入這些波導(dǎo)中而具有很少的額外損耗。在圖8-9所示的實施例中，波導(dǎo)230可以包括多個分束器250a、250b和250c，并且每個分束器可以重定向預(yù)定量的傳輸?shù)墓馐?10。在一個實施例中，每個重定向的預(yù)定量可以具有基本上相等的功率?？商鎿Q地，每個重定向的光114量可以根據(jù)系統(tǒng)需要而具有希望的功率。波導(dǎo)230可以具有覆蓋波導(dǎo)的內(nèi)表面232的反射涂層40。該反射涂層可以使用噴鍍、濺射或如可以理解的類似工藝來形成。如果空心波導(dǎo)230包含具有低熔點的聚合物或其他材料，那么可以使用諸如濺射、電鍍或熱蒸發(fā)之類的低溫工藝來施加反射涂層。反射涂層40可以如上面所討論的那樣包含在光的波長處基本上反射的一層或多層金屬、電介質(zhì)或其他材料。在一個實施例中，可以將相同的反射涂層施加到波導(dǎo)的內(nèi)部以及分束器的表面?？商鎿Q地，可以使用不同類型的反射涂層。所述多個分束器250a、250b和250c可以通過上面描述的制造工藝之一與波導(dǎo)230 整體地形成。每個分束器可以沿著空心波導(dǎo)230的縱向長度L順序地定位。每個分束器也可以分別具有成角度的反射表面252a、252b和252c，其分別從內(nèi)表面232延伸依次更大的預(yù)定長度H1、H2和H3。依次更大的預(yù)定長度H1、H2和H3可以允許每個反射表面重定向依次更大預(yù)定量的剩余光束，使得每個預(yù)定量具有基本上相等的功率。通過這種方式，所述多個分束器相等地將傳輸?shù)墓馐?10分離成具有基本上相等的功率水平的多個反射的光束 114。將理解的是，盡管這里描述的實施例使用了依次更大的預(yù)定長度H1、H2和H3以改變反射的光的份額量(fractional amount)，但是諸如寬度之類的其他幾何特征也可以用來實現(xiàn)相同的目的。此外，高度和寬度的組合可以用來在保持每個反射的光束中的基本上相等的功率水平的同時改變反射的光的預(yù)定份額量。將理解的是，當(dāng)每個分束器250a、250b和250c重定向預(yù)定量的光時，傳輸?shù)墓馐?110的總功率將減少相應(yīng)的量。為了沿著波導(dǎo)230均勻地分布功率，當(dāng)光沿著波導(dǎo)傳播時， 反射的功率量必須增大。這可以通過改變沿著傳輸?shù)墓馐膫鞑シ较虻拿總€相繼分束器的高度來實現(xiàn)。因此，為了每個重定向的光束114基本上功率相等，每個相繼的分束器必須重定向成比例地更大量的傳輸?shù)墓馐?。在一個示例性實施例中，對于如圖8-9中所示的三個相繼的分束器250a、250b和 250c，第一分束器250a可以具有足以重定向1/3的傳輸?shù)墓馐母叨菻l或者近似50um的高度。第二分束器250b可以具有足以重定向近似1/2的剩余的傳輸?shù)墓馐母叨菻2或者近似66um的高度。同樣，第三分束器250c可以具有足以重定向近似100%的剩余的傳輸?shù)墓馐母叨然蛘呓?50um的高度。通過這種方式，每個重定向的光束114可以具有近似相等的功率。類似地，任意數(shù)量的分束器可以與波導(dǎo)一起形成，只要每個分束器具有足夠的高度以反射具有基本上相等的功率的所傳輸?shù)墓馐囊徊糠帧?此外，所述多個分束器250a、250b和250c中的每一個可以沿著波導(dǎo)彼此分別以足夠的距離L1、L2和L3縱向隔開，以允許傳輸?shù)墓馐?10在下一個相繼的分束器之前擴(kuò)展并且基本上重新填充空心波導(dǎo)。此外，傳輸?shù)墓馐膫鞑シ较蛏系谋砻娲植诙然虿y度可以用來增大分束器之間的散射以允許光束在每個分束器之間的距離內(nèi)擴(kuò)展并且重新填充波導(dǎo)。光束發(fā)散量由入射束被準(zhǔn)直的程度如何以及它招致的反彈次數(shù)來確定。例如，1度的輸入束發(fā)散度將導(dǎo)致每4. 3mm反射一次。因此，在4. 3cm的距離之后，光將反射10次，從而允許光重新填充波導(dǎo)。因此，有利的是，可以選擇和調(diào)節(jié)每個分束器的高度、形狀和縱向定位以在制造時優(yōu)化可制造性并且降低具有多個波導(dǎo)的系統(tǒng)中的波導(dǎo)之間的串?dāng)_。如圖10-12所示，示出了依照本發(fā)明另一個實施例的以300大體表示的一種用于路由光學(xué)信號的系統(tǒng)。該系統(tǒng)300可以具有以330大體表示的多個大芯空心金屬波導(dǎo)，其在許多方面類似于上面描述的且在圖1-9中示出的光學(xué)系統(tǒng)10和200的波導(dǎo)30和130，包括在內(nèi)表面332上具有反射涂層40。此外，每個波導(dǎo)330可以包括以350大體表示的多個分束器。每個分束器可以重定向相繼更大的預(yù)定份額量的光束，其中每個反射的光束具有基本上相等的光學(xué)功率。所述多個波導(dǎo)330也可以以層狀或疊層狀結(jié)構(gòu)來布置。在該布置中，每個層可以擁有具有成角度的反射表面的分束器350，所述反射表面具有不同的高度。每個分束器也可以位于離發(fā)射光源(未示出)不同的距離處。通過這種方式，每個反射束可以朝接收波導(dǎo)或連接器的中心定向，如圖12中最佳地看到的。將理解的是，在X方向縱向地以及在高度方面在Z方向上移動每個分束器有助于保持反射束相對于接收波導(dǎo)居中。如圖13-14所示，示出了依照本發(fā)明另一個實施例的以500大體表示的一種用于路由光學(xué)信號的系統(tǒng)。該系統(tǒng)500可以具有以530大體表示的至少一個大芯空心金屬波導(dǎo)，其在許多方面類似于上面描述的且在圖1-12中示出的光學(xué)系統(tǒng)10、200和300。此外， 系統(tǒng)500可以包括以550大體表示的至少一個分束器。在該實施例中，分束器550可以位于波導(dǎo)530的上表面534上并且向下延伸至波導(dǎo)中以便反射傳輸?shù)墓馐?10的上部114b。在一個方面中，分束器可以與波導(dǎo)的覆蓋板570 整體地形成。覆蓋板570可以由透明材料或者具有產(chǎn)生低傳輸損耗的光學(xué)特性的材料形成。在一個方面中，覆蓋板可以具有隔開波導(dǎo)之間的距離的多個分束器550a和550b。在另一個方面中，覆蓋板可以具有由虛線550c表示的單個分束器，該分束器跨覆蓋板延伸并且與多個波導(dǎo)一起操作。覆蓋板570可以具有沿著波導(dǎo)530的反射表面40。分束器可以具有成角度的反射表面552和豎直部分554。成角度的反射表面可以具有反射涂層540。在其中成角度的反射表面550分段成550a、550b等的情況下，也可以改變分段的寬度以控制反射的光量。豎直部分可以由在光束110的波長處基本上光學(xué)透明的材料形成，以便允許光透射通過豎直部分并且由成角度的反射表面反射出波導(dǎo)530。
此外，覆蓋板570可以在光束所經(jīng)過的界面表面590和592上具有抗反射涂層。這些抗反射涂層可以減少波導(dǎo)與分束器之間以及分束器與連接器之間的界面處的反射損耗。如圖15中所示，示出了依照本發(fā)明另一個實施例的以600大體表示的一種用于路由光學(xué)信號的系統(tǒng)。該系統(tǒng)600可以具有以630大體表示的至少一個大芯空心金屬波導(dǎo)， 其在許多方面類似于上面描述的且在圖1-14中示出的光學(xué)系統(tǒng)10、200、300和500。此外， 系統(tǒng)600可以包括以650大體表示的至少一個分束器。分束器650可以位于覆蓋板670中。該分離器可以具有成角度的反射表面652和豎直部分654。成角度的反射表面可以具有反射涂層640。豎直部分可以由在光束110的波長處基本上光學(xué)透明的材料形成，以允許光束的希望量透射通過豎直部分并且由成角度的反射表面反射出波導(dǎo)。豎直部分654可以具有適合波導(dǎo)630的通道634的相對較長的縱向長度的透明材料。有利的是，豎直部分的較長長度可以幫助將覆蓋板670固定到波導(dǎo)，并且更精確地對準(zhǔn)分束器650的成角度的反射表面652。如圖16中所示，示出了依照本發(fā)明另一個實施例的以700大體表示的一種用于路由光學(xué)信號的系統(tǒng)。該系統(tǒng)700可以具有以730大體表示的至少一個大芯空心金屬波導(dǎo)， 其在許多方面類似于上面描述的且在圖1-15中示出的光學(xué)系統(tǒng)10、200、300、500和600。 此外，系統(tǒng)700可以包括以750大體表示的至少一個分束器。分束器750可以光學(xué)耦合到配對連接器712。該分束器可以通過孔徑736插入到波導(dǎo)730中并且由此延伸到波導(dǎo)的通道734中。分束器可以通過耦合到分束器且置于波導(dǎo)之外的微透鏡772而將預(yù)定量114的所傳輸?shù)墓馐?10重定向到光纖770。分束器、微透鏡和光纖可以一起形成連接器712并且可以通過諸如不銹鋼、機(jī)械傳遞(MT)導(dǎo)針778之類的機(jī)械緊固件而耦合到波導(dǎo)且與波導(dǎo)對準(zhǔn)。將理解的是，也可以使用其他的附接和對準(zhǔn)機(jī)構(gòu)并且這樣的機(jī)構(gòu)可以主動地或被動地將分束器與波導(dǎo)對準(zhǔn)。例如，在許多情況下，可以通過光學(xué)連接器712將到來的光104傳送到波導(dǎo)730中。在這種情況下，定位光學(xué)連接器的波導(dǎo)對準(zhǔn)結(jié)構(gòu)714可以與波導(dǎo)730和成角度的分束器750共同形成。通過這種方式，這里描述的光學(xué)路由系統(tǒng)的其他元件也可以與波導(dǎo)整體地形成以簡化精確地放置光學(xué)路由元件所需的精確定位過程。圖17中所示的是一種用于路由光學(xué)信號的方法800。該方法包括810處所示的將基本上相干的光束定向到大芯空心波導(dǎo)中。波導(dǎo)可以具有覆蓋大芯空心波導(dǎo)的內(nèi)表面的反射涂層。在820處所示，可以利用設(shè)置在空心波導(dǎo)中的至少一個分束器重定向預(yù)定量的光束。分束器可以具有成角度的反射表面，該反射表面具有離內(nèi)表面的可調(diào)節(jié)或可選擇的預(yù)定高度。成角度的反射表面可以被取向為基于反射表面的選定高度而重定向預(yù)定量的光束。在830處所示，預(yù)定量的光束可以以由成角度的反射表面的角度所確定的角度定向出空心波導(dǎo)。所述方法進(jìn)一步包括利用沿著空心波導(dǎo)順序地設(shè)置的多個分束器將傳輸?shù)墓馐蛛x成多個分離光束。每個分離光束可以具有基本上相等的功率。此外，每個分束器可以具有成角度的反射表面，其中每個成角度的反射表面的選定高度相對于前一個分束器從內(nèi)表面延伸依次更大的距離。每個反射表面可以重定向依次更大預(yù)定量的剩余光束以使得每個分離束能夠具有基本上相等的功率水平。
圖18中所示的是一種制造光學(xué)信號路由系統(tǒng)的方法900。該方法包括910處所示的形成具有反射涂層且被配置成引導(dǎo)光束的大芯空心波導(dǎo)，所述反射涂層覆蓋該空心波導(dǎo)的內(nèi)部。在920處所示，分束器可以在諸如注射成型之類的單個制造步驟中整體地且單體地形成在空心波導(dǎo)中。分束器可以具有成角度的表面，該表面具有離內(nèi)表面的選定高度。 該成角度的反射表面可以被取向為基于反射表面的選定高度而將預(yù)定量的光束重定向出波導(dǎo)。在930處所示，可以在成角度的表面上形成反射器從而以成角度的表面的角度確定的角度將預(yù)定量的光束反射出空心波導(dǎo)。所述方法也可以包括形成沿著空心波導(dǎo)順序地設(shè)置的多個分束器。每個分束器可以含有具有選定高度的成角度的反射表面，其相對于前一個分束器從內(nèi)表面延伸依次更大的距離。每個反射表面可以重定向依次更大預(yù)定份額量的剩余光束以使得每個分離束能夠具有基本上相等的功率水平。盡管前面的實例說明了一個或多個特定應(yīng)用中的本發(fā)明原理，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將清楚的是，可以在不運用創(chuàng)造能力的情況下且在不脫離本發(fā)明原理和構(gòu)思的情況下做出實現(xiàn)方式的形式、用法和細(xì)節(jié)方面的許多修改。因此，除了由所附闡述的權(quán)利要求限制外，不預(yù)期本發(fā)明受到限制。
權(quán)利要求
1.一種用于路由光學(xué)信號的系統(tǒng)(10)，包括大芯空心波導(dǎo)(30)，具有覆蓋空心波導(dǎo)的內(nèi)表面(32)的反射涂層(40)且被配置成引導(dǎo)光束(104)；以及至少一個基于面積的分束器(50)，與空心波導(dǎo)整體地形成并且具有成角度的反射表面 (52)，該反射表面具有相對于內(nèi)表面的可選擇的高度(H)且被取向為基于成角度的反射表面的高度而重定向預(yù)定量(114)的光束。
2.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中成角度的反射表面(52)從空心波導(dǎo)的下內(nèi)表面(32)向上延伸并且反射光束的下部分(114)。
3.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中成角度的反射(552)表面從空心波導(dǎo)的上內(nèi)表面(534) 向下延伸并且反射光束的上部分(114b)。
4.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述至少一個分束器(250)進(jìn)一步包括順序地沿著空心波導(dǎo)整體地形成的多個分束器(250a，250b，250c)，每個分束器具有從內(nèi)表面(232)延伸依次更大的預(yù)定高度(Hl，H2，H3)的成角度的反射表面(252a，252b，252c)，并且每個反射表面重定向依次更大預(yù)定量的剩余光束，其中每個預(yù)定量具有基本上相等的功率。
5.如權(quán)利要求4的系統(tǒng)，其中所述多個分束器(250a，250b,250c)中的每一個彼此隔開足夠的距離(L1，L2，L3)以允許光束在下一個分束器之前(30)衍射且基本上重新填充空心波導(dǎo)。
6.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中成角度的反射表面(52)以相對于光束在空心波導(dǎo)(3)中的行進(jìn)方向近似30度與60度之間的角度設(shè)置并且以相對于光束在空心波導(dǎo)中的行進(jìn)方向近似60度與120度之間的角度將預(yù)定量的光束(114)重定向出空心波導(dǎo)。
7.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括空心波導(dǎo)(30)內(nèi)的基本上透明的孔徑(36)，該孔徑被配置成使得基本上所有的由成角度的反射表面反射的光束(114)都能夠透射通過該孔徑。
8.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中覆蓋空心波導(dǎo)(30)的內(nèi)表面(32)的反射涂層(40)選自這樣的組，該組包括反射金屬、電介質(zhì)膜和電介質(zhì)膜疊層及其組合。
9.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中大芯空心波導(dǎo)(30)具有大于光束波長50倍的截面尺寸。
10.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括與所述至少一個基于面積的分束器(750)整體地形成的對準(zhǔn)結(jié)構(gòu)(714)。
11.一種用于在權(quán)利要求1的系統(tǒng)中路由光學(xué)信號的方法(800)，包括將光束定向(810)到大芯空心波導(dǎo)中；以及利用設(shè)置在空心波導(dǎo)中的所述至少一個分束器的成角度的反射表面來分離(820)預(yù)定量的光束；以及以由成角度的反射表面的角度確定的角度將預(yù)定量的光束定向(830)出空心波導(dǎo)。
12.如權(quán)利要求11的方法，進(jìn)一步包括利用沿著空心波導(dǎo)順序地設(shè)置的多個分束器將光束分離成具有基本上相等功率的多個分離光束，每個分束器含有具有選定高度的成角度的反射表面，其相對于前一個分束器從內(nèi)表面延伸依次更大的距離，并且每個反射表面重定向依次更大預(yù)定量的剩余光束以使得每個分離光束能夠具有基本上相等的功率水平。
13.一種用于制造權(quán)利要求1的系統(tǒng)中的光學(xué)信號路由系統(tǒng)的方法(900)，包括形成(910)具有覆蓋空心波導(dǎo)的內(nèi)部的反射涂層的大芯空心波導(dǎo)以引導(dǎo)基本上光束；在空心波導(dǎo)內(nèi)形成(920)具有高度可調(diào)節(jié)的成角度的表面的分束器以基于反射表面的選定高度來重定向預(yù)定量的光束；以及在成角度的表面上形成(930)反射器從而以由成角度的表面的角度確定的角度將預(yù)定量的光束反射出空心波導(dǎo)。
14.如權(quán)利要求13的方法，進(jìn)一步包括形成沿著空心波導(dǎo)順序地設(shè)置的多個分束器，每個分束器含有具有選定高度的成角度的反射表面，該反射表面相對于前一個分束器從內(nèi)表面延伸依次更大的距離，并且每個反射表面重定向依次更大預(yù)定量的剩余光束以便使得每個分離光束能夠具有基本上相等的功率水平。
15.如權(quán)利要求13的方法，其中空心波導(dǎo)(30)和所述至少一個分束器(50)通過選自這樣的組的工藝被形成在一起，該組包括注射成型、壓花、蝕刻、粉末爆破及其組合。
全文摘要
公開了用于路由光學(xué)信號的系統(tǒng)(10)和方法(800，900)。該系統(tǒng)包括大芯空心波導(dǎo)(30)，具有覆蓋空心波導(dǎo)的內(nèi)表面(32)的反射涂層(40)，被配置成引導(dǎo)光束(104)。至少一個基于面積的分束器(50)與空心波導(dǎo)整體地形成并且具有成角度的反射表面(52)，該反射表面具有相對于內(nèi)表面的可選擇的高度(H)。該成角度的反射表面被取向為基于成角度的反射表面的高度而重定向預(yù)定量的光束(114)。
文檔編號G02B6/125GK102349010SQ200980157956
公開日2012年2月8日 申請日期2009年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月9日
發(fā)明者彼得森 E., 戈斯丁 G., P. 擴(kuò) H., R. T. 譚 M., K. 羅森伯格 P. 申請人:惠普開發(fā)有限公司