一种准直和转向光束的装置，其使用一对二维透镜来将准直分成单独的一维操作，同时使用二维透镜中的一个还实现转向操作来准直和转向光束。第一二维透镜表面被设置在发射波导的端面处。该第一二维透镜表面提供沿系统的一个轴（例如Ｘ轴）的准直。通过将规定的弯曲引入系统中的转向镜来提供第二二维透镜表面。转向镜的弯曲被设计成产生正交束前上（在此情形为Ｙ轴束前）的准直（或者聚焦，如果需要的话），同时还将传播信号再定向至期望的方向。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及准直和转向光束的装置，并且尤其涉及使用一对二维透镜来将准直分 成一维操作，同时使用二维透镜中的一个还实现转向操作。
技术介绍
在许多光学系统中，必须在基于基底的光学装置内从一个平面至另一平面操作传 播的光学信号。电光设备诸如波导通常以两个主要平面为特征一一个平行于基底而一个垂 直于(成直角于)该基底。通常，光束的方向需要被旋转90°以将其从一个平面再定向至 另一平面。附图说明图1-3示出现有技术的用于提供光信号从一个方向到另一方向的再定向的装置。 图1为侧视图，示出沿光学基底2的一部分形成的光波导1。离开波导1的端面3的光束 0将在其从波导1向外传播时在整个三维上扩展，形成如图2的等距视图示出的锥形波前 (conic wavefront)。将贯穿本论述所使用的笛卡尔XYZ坐标被示出在图1和2中，其中Z 轴被定义成波导1的光轴，而XY平面限定端面3。为了旋转光束0和将其再定向成另一平面中的波导(例如，“上”波导 ("above" waveguide) 1)，通常使用带角度的反射表面，在图1中示出成反射表面4。反 射表面4被布置成沿着从波导1开始的输出信号通道，在此情况下定义成系统的Z轴。反 射表面4将拦截传播束(propagatingbeam)，并且在此构造中将传播束向上定向。在光学 领域中通常被指作“转向镜”，反射表面4可以有利地由与装置的其余部分相同的硅材料形 成，并通过使用CMOS加工而制成，以产生期望角度的反射。为本论述的目的，术语“转向镜” 将在此后用于描述该组件。鉴于波导1在端面3处终止成垂直的面(见图3，端面3的放大显示)，束在XY平 面内的扩展将继续，从而导致信号功率在相对较大的表面积上传播，如通过图2示出的圆 锥波前所示出的。此外，束扩展将在信号已被转向镜4再定向之后继续。图1中的平面5 和相关的光点尺寸图像(spot size image)A示出在光束0已经离开波导1并已被转向镜 4再定向时所发生的扩展度。因此，该恒定的扩展导致减小了出现在沿表面(例如平面幻的任意点处的光学功 率。当将光学信号再定向至波导、光学接收设备或类似物时，将优选控制再定向束的光点 尺寸，以便提高将光学信号传播到另一波导、光学接收设备或类似物的耦合效率。即，期望 限制光波前沿垂直于信号传播方向的轴的扩展(即，当沿Z轴传播时，限制XY平面中的扩展)O专利技术概述现有技术中存在的需要被本专利技术解决，本专利技术涉及准直和转向光束的装置，并且尤其涉及使用一对二维透镜来将准直分成单独的一维操作，同时使用二维透镜中的一个还 实现转向操作。根据本专利技术，第一二维透镜表面被设置在发射波导的端面处。该第一二维透镜表 面提供沿系统的一个轴(例如X轴)的准直。通过将规定的弯曲引入系统中的转向镜来提 供第二二维透镜表面。转向镜的弯曲被设计成产生正交束前(beamfront)上(在此情形为 Y轴束前)的准直，同时还将传播信号再定向至期望的方向。本专利技术的优势为通过将准直问题分离成两个独立的一维准直操作(例如，首先X， 然后Y)，相对简单的装置可被用于在总系统架构中相对早地产生完全准直的信号。尽管本专利技术将在以下关于集成的基于硅的实施方式描述，但应理解到，本专利技术的 一般的准直和定向构造不限于如此。具体来说，分离的光学组件(透镜、格栅(grating)、 镜、棱镜或类似物)可用于任何类型的进入的(扩展的)光学信号，以提供本专利技术的两步准 直和转向操作。但是，将目标集成在硅平台内的能力被认为对许多装置是有利的，尤其是其中使 用阵列结构和多个进入的光学信号需要被准直和再定向的情形。事实上，使用已知的CMOS 加工技术来形成集成的、整体耦合装置的能力被认为是超过现有技术的显著优势，尤其就 成本、大小和再现性方面来说。基于硅的装置的优选实施方式包括绝缘体上硅(SOI)构造， 同时进入的信号沿形成在SOI构造的薄表面硅层中的波导而传播。本专利技术的这些和其他的优势和装置将在以下论述的过程期间并通过参照附图变 得明显。附图简述现在参照附图，其中在多个附图中相同的数字代表相同的组件图1为现有技术的光学转向镜装置的侧视图；图2为图1的装置的一部分的等距视图，示出了从光波导的端面出现的锥形束前 ；图3为如图1所示的光波导的端面的放大视图；图4为本专利技术的示例性实施方式的侧视图；图5为本专利技术的装置的波导端面的放大、等距视图，尤其示出第一二维透镜表面 相对于波导终端的定位；图6为图4的装置的一部分的等距视图，示出从第一二维透镜表面出现的截形的 锥形束前；图7为图4的实施方式的顶视图；图8为现有技术的阵列装置(array arrangement)的顶视图；图9为根据本专利技术形成的阵列装置的顶视图；图10为图9的阵列装置的等距视图；图11为本专利技术可选实施方式的侧视图，在Y轴准直之后实现X轴准直；图12为图10的装置的一部分的等距视图，示出从Y轴透镜表面出现的截形的锥 形束前；以及图13为本专利技术的另一实施方式的侧视图，在此情况下包括抛物线弯曲的第二透 镜表面，实现再定向光束的聚焦。详述根据本专利技术，再定向光学信号的耦合效率的提高通过将一对分开的二维透镜表面 并入装置以实现沿两轴准直，同时还提供信号的期望再定向来实现。本专利技术的耦合系统包 括设置在光波导的端面处以提供沿第一轴的准直的第一二维透镜表面。第二二维透镜表面 通过将弯曲引入相关的转向镜(或其他再定向设备)以提供沿第二、正交轴的期望的准直 (或聚焦)和信号沿另一方向的再定向来提供。图4-7示出本专利技术的例证性实施方式。具体地说，图4为使用本专利技术的耦合装置 的例证性的基于基底的光学系统的侧视图。光学系统包括沿光学基底12形成且终止在基 底12的端面14处的光波导10。正如以上所描述的现有技术的装置，光学信号被限定成沿 系统的Z轴传播，其中端面14限定光学系统的XY平面。根据本专利技术，第一准直操作由沿端面14形成在波导10的终端处的二维透镜表面 20来实施。二维透镜表面20在此实施例中被配置成准直传播光束的X轴波前。为本专利技术 的目的，该准直信号被指定为Cx。图5为端面14的一部分的放大等距视图，最佳示出例证 性二维透镜表面20的位置和形状。在基于硅的光学系统的优选实施方式中，诸如反应离子 刻蚀或等离子蚀刻的技术可用于制造沿端面14的透镜表面20的柱形轮廓。尽管二维透镜表面20在此实施例中被示出为柱形的结构，但是应理解到，在合适 时，可以使用各种其他的二维几何形状。具体来说，光栅元件或菲涅耳结构可用作二维透镜 表面20。另外，优选的基于硅的光学系统实施方式可使用CMOS处理技术，以制造光栅、菲涅 耳结构或任意其他合适的二维透镜表面。一般来讲，将提供沿一个轴的准直的任何构造可 用作根据本专利技术的二维透镜表面。图6为光学基底12和透镜表面20的等距视图，示出准直信号Cx的截形的圆锥形 几何形状。即，透镜表面20提供沿X轴的准直，并限制束在此特定方向上的扩展。如所示， 离开二维透镜表面20的束将继续沿Z轴传播，并将继续在Y轴方向上扩展。图7为图4的 实施方式的顶视图，尤其示出第一透镜表面20和如根据本专利技术形成的准直束Cx之间的关系。如以上所述，本专利技术的耦合系统包括第二二维透镜表面。参照图4，该第二二维透 镜表面呈现转向镜M的弯曲表本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种光学系统，用于准直和再定向扩展的光学信号，所述系统包括： 第一二维透镜表面，其设置成拦截扩展的光学信号并实施所述扩展的光学信号沿第一轴的准直，使得形成第一准直光学信号；以及 第二二维透镜表面，其设置成拦截所述第一准直光学信号，并实施所述第一准直光学信号的束成形，使得形成束形的光学信号，并将所述束形的光学信号再定向至预定义的定向。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：布伦特·鲍，
申请(专利权)人：光导束公司，
类型：发明
国别省市：US
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