CN101815961A - 用于路由光学信号的系统和方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于路由光学信号的系统和方法。该系统包括第一大芯径中空波导(205)，该第一大芯径中空波导(205)具有覆盖该波导内部的反射涂层(213)并且被配置为对基本上准直的多模相干光束(208)进行导向。用耦合装置(210)将具有内部反射涂层的第二大芯径中空波导(208)耦合到第一波导。该耦合装置被配置为通过光路使该相干光束的至少一部分从第一波导重定向到第二波导，该光路足够地短以使得通过该耦合装置的该相干光的光束走离小于第一大芯径中空波导的宽度的一半。

Description

用于路由光学信号的系统和方法

背景技术

随着电路板上的计算机芯片速度增大到越来越快的速度，芯片间通信的通信瓶颈正变成更大的问题。一种可能的解决方案是使用光纤来互连高速计算机芯片。然而，大部分的电路板包含许多层并且通常要求它们的制造公差(tolerance)小于一微米。物理放置光纤并且将该光纤连接到芯片可能太不精确并且太费时而不能在电路板制造工艺中被广泛采用。

在电路板附近及之间路由光学信号会显著增加额外的复杂度。尽管需要宽带数据传输，但是因此已经证实了可销售的芯片之间的光学互连是不牢靠的。

附图说明

参考附图，根据以下详细描述将清楚明白本发明的特征和优点，该附图一起通过示例的方式示出了本发明的特征；并且在附图中：

图1是耦合到单模激光器和分束器的大芯径(large core)中空波导的图示；

图2是根据本发明实施例的用准直透镜和耦合装置来耦合到具有反射内部的大芯径中空波导的多模激光器的图示；

图3a是根据本发明实施例的具有带有半反射膜的光束窗口区域的耦合装置的图示；

图3b是根据本发明实施例的具有带有金属化膜的光束窗口区域的耦合装置的图示，该金属化膜具有小于相干光的波长的点；

图3c是根据本发明实施例的具有带有金属化膜的光束窗口区域的耦合装置的图示，该金属化膜具有孔；

图3d是根据本发明实施例的具有带有光栅的光束窗口区域的耦合装置的图示；

图3e是根据本发明实施例的具有多个耦合装置的耦合条的图示；

图3f是根据本发明实施例的具有条形光束窗口的耦合条的图示；

图3g示出了根据本发明实施例的具有缝(slot)的大芯径中空波导，该缝是以预定角度切割的以便使耦合装置能够被插入该缝中；

图4a是根据本发明实施例的耦合到耦合条的在衬底上的直排(collinear)的大芯径中空波导的阵列的图示；

图4b是根据本发明实施例的耦合到子板阵列的在一平面中的直排的大芯径中空波导的阵列的图示，每个子板具有在该平面外部的大芯径中空波导阵列；以及

图5是根据本发明实施例的描述用于路由光学信号的方法的流程图。

现在将参考所示出的示例性实施例，并且在本文中将使用专用语言来描述该示例性实施例。然而将理解并不意图由此来限制本发明的范围。

具体实施方式

用于形成电路板上的计算机芯片之间的光学互连的一种方法是使用在该电路板上形成的光学波导。光学波导可能优于用于互连电子装置的光纤通信，因为能够使用光刻或类似的工艺在电路板上形成波导。通常用基本上光学透明的材料(例如聚合物和/或电介质)来在电路板上形成波导。使用光刻或类似工艺制作的光学波导还可以形成于没有安装在电路板上的其它类型衬底上。例如，(一个或多个)光学波导可以形成于柔性衬底上以便创建具有一个或多个光学波导的带状线缆。在本申请中公开的光学波导是使用光刻或类似工艺形成于衬底上的。

用这种方式形成光学波导可以提供这样的互连，所述互连被构造成具有必需的物理公差，以便在现代的多层电路板上使用。然而，可在芯片和电路板制造中被用来形成板上波导的聚合物、电介质和其它材料通常有比光纤明显更大的损耗。实际上，在板上波导中的损耗量已经是限制对光学波导互连的认可的因素之一。用来构造波导的聚合物可能具有每厘米0.1dB的损耗。相比之下，光纤中的损耗是每千米大约0.1dB。因此，聚合物波导可能具有比光纤中的损耗大若干数量级的损耗。

另外，典型的波导通常被制造成具有与它们被设计来传送的光的波长大致成比例的尺寸。例如，被配置为传送1000nm光的单模波导的最大尺寸可以为1000nm到5000nm(1μm到5μm)。连接该大小的波导会是昂贵的和有挑战性的。在历史上创建和连接波导的成本减少了它们在大部分普通应用中的使用。多模波导可以具有更大的尺寸，其中核芯区大约为20-60μm。单模和多模波导都具有相对较高的数值孔径(NA)，对于0.01至0.02的核芯和包层折射率对比度(refractiveindex contrast)，所述数值孔径大约为0.2至0.3。数值孔径确定来自发射光纤的光束的发散。因此，较大的NA将导致作为光纤到光纤间距的函数的较差的耦合。使用这些波导还难以实现所导向的光学束的分离和分接(tapping)。根据本发明的一个方面，已经认识到需要一种便宜的光子导向装置，其更易于与其它波导和光学装置互连并且会显著地减少光学波导中的损耗量。

对使用聚合物或电介质材料形成的传统光学波导的显著改进是使用如图1所示的被配置为对相干光104进行导向的大芯径中空波导100。大芯径中空波导的直径(或宽度和/或高度)可以为该波导被配置成对其导向的相干光的波长的大约50到150或更多倍。大芯径中空波导的截面形状可以为方形、矩形、圆形、椭圆形或被配置为对光学信号进行导向的某种其它形状。此外，由于波导是中空的，因此光基本上以空气或真空中的光速行进。

图1示出了将单模光束104发射到波导106中的激光器102。分束器108被用来使该光束的一部分(被称为反射光束114)重定向到正交的波导112中。剩余的光(被称为透射光束110)可以在与原始光束104相同的方向上继续。该单模光束可以在波导的壁之间反弹(bounce)。在每个反射处，可能发生光束的显著损耗。

为了减少波导内的损耗，可以增加反射涂层213来覆盖波导200的内部，如图2所示。可以使用镀敷、溅射或类似工艺来形成反射涂层，如可以理解的。如果中空波导包括具有低熔点的聚合物或其它材料，则可以使用低温工艺(例如溅射、电镀或热蒸发)来施加反射涂层。

反射涂层213可以由在相干光的波长处充分(substantially)反射的金属、电介质或其它材料的一层或多层组成。可以根据金属的反射率来选择金属。覆盖通道的高度反射层是期望的。例如，可以使用银、金、铝或能够形成高度反射层的某种其它金属或合金来形成该反射层。可选地，反射层可以是电介质叠层(stack)，该电介质叠层可以由在所选波长处充分反射的电介质材料的一层或多层形成。在沉积反射层之前，未涂敷的中空的通道可以经受热回流以弄平任何表面粗糙。反射层也可以经历热回流或类似工艺来平滑在沉积工艺期间可能发生的该反射层中的表面粗糙。还可以使用电抛光来弄平反射金属表面。

如果光子导向装置不是密封的，则反射涂层213可能随时间氧化。反射涂层的氧化会显著地减小其反射率。为了减少或消除金属涂层的反射率的下降，可以在反射涂层之上形成保护层211来充当保护体。保护层可以包括在相干光的波长处基本上透明的材料。例如，保护层可以由二氧化硅或者可以在反射涂层之上形成基本气密结合物的某种其它材料形成。该保护层还将通过进一步将传播的光与有损耗的反射层分开来减少传播损耗。

具有反射表面的中空波导与固体波导的操作不同。中空波导使用衰减的全内反射的原理来工作，通过来自(一个或多个)反射层的反射来对光进行导向，而不是如通常在诸如光纤的固体波导中发生的那样通过在较高折射率核芯区与较低折射率包覆区之间的全内反射来对光进行导向。如可以明白的，在中空波导内的光可以以除全内反射所必需的角度之外的角度反射。

对于圆形的中空波导，TE₀₁模具有可以根据公式1确定的每单位长度衰减：

${\mathrm{\α}}_c=\frac{R_s}{\mathrm{a\η}}\·\frac{{({\mathrm{\ω}}_c/\mathrm{\ω})}^2}{\sqrt{1-{({\mathrm{\ω}}_c/\mathrm{\ω})}^2}}---\left(1\right),$

其中α是波导半径，ω是光的频率，单位为弧度，ω_c是TE₀截止频率，δ是光在金属中的穿透深度，μ是金属的磁导率，而η是自由空间的阻抗。在中空波导中的衰减是由于金属壁的有限电导率。R_s是金属的表面电阻率并且由如下给出：

$R_s=\frac{1}{\mathrm{\σ\δ}}=\sqrt{\frac{\mathrm{\πf\μ}}{\mathrm{\σ}}}---\left(2\right),$

其中σ是电导率而f是光的频率。可以看出R_s随着f的平方根而增大。

根据上面的公式(1)，可以看出TE₀₁模的衰减随着频率增大而减小。出现衰减随着频率增大而减小是因为该模在高频率处未耦合到导向壁。在中空金属波导中还存在更高阶模。然而，这些模有非常大的损耗，因为它们更多地耦合到金属壁(即由于它们的数值孔径更高，它们遭受更多反射)。在波导弯曲和不连续处，TE01模将被衰减，因为模转换到更高阶模。可以通过以与法线成陡峭角度地仅仅掠过反射壁从而导致在它沿着波导传播时较少数目的反弹的一组射线来描述最低损耗模。为此，低损耗模与常规波导相比具有非常小的数值孔径。

理想地，单模激光器通常用来将相干光引导到中空波导中。然而，单模激光器可能相对较昂贵。已经发现，更便宜的多模激光器(例如垂直空腔表面发射激光器(VCSEL))在使用具有反射内表面的中空波导将高数据率信号传递通过相对短距离中会是有用的。例如，多模激光器可用于将高数据率信号引导通过使用大芯径中空反射波导的芯片间和电路板间连接。使用多模激光器可以显著地减少光学互连的成本，使它们能够用于互连更多样的各种电子装置。然而，多模激光器输出在直接耦合到中空金属波导时由于以大角度传播的较高模的多次反射而可能具有大得多的损耗。

为了克服从多模激光器202发射的较高模的衰减，可以将准直仪204放置在从该激光器发射的多模相干光射线206的路径内。准直仪可以是准直透镜或者一系列透镜。在一个实施例中，准直仪可以被配置为球透镜。球透镜可以具有抗反射涂层。

准直仪204被配置为准直多模光束以使多个多模，或从激光器202发射的射线206形成准直光束208，其中所述多模在大芯径中空波导200内基本上平行地行进。多模光束的准直可用于通过发射与中空金属波导几乎平行的射线从而显著减少在该波导内发生的反射数目来将多模激光器高效地耦合到该波导的低损耗模。确实发生在波导内的准直光束的反射通常将处于关于波导壁的相对较浅的角度，因此使波导内的反射数目最小化，并因此减少中空波导内光的衰减。

例如，850nm光的相干多模光束可以以大约0.07dB/cm的损耗通过具有反射涂层的150μm大芯径波导传输。离开波导的光的数值孔径被确定为小于0.05。波导的损耗可以随其尺寸缩放。较小尺寸的波导由于在波导中较多数目的内反射(反弹)而具有较高的损耗。因此，较大的波导可以用来减少损耗。

如果通过波导的光学通路不是充分直的，则在该波导内可能发生显著的损耗。在波导中发生的弯曲或转弯可能使光具有不希望数目的反弹，从而引起相当大量的衰减。为了使光学信号能够在不同方向上路由，可以使用镜子、分束器和透镜；例如参见图1。

在图1的图示中可以看出，在分束器108内可能发生显著量的光束走离(walk-off)。光束走离是由于在(具有空气或真空的折射率的)中空波导与具有1.5的折射率的分束器之间的折射率改变而发生的现象。当光束进入分束器时它被折射。折射发生的角度取决于波导与分束器之间的折射率之差。光束走离是由于该折射而引起的光束行进的横向距离。该横向距离通常与光学装置(在该情况下为分束器)的厚度成比例。光束走离将导致在中空金属波导内的模的横向位移，从而由于激励较高阶模而导致损耗。因此重要的是最小化光束走离。

当使用比较小的波导时光束走离可能显得被扩大。例如，即使当在50μm波导中使用厚度约250μm(1/4毫米)的相对薄的分束器108时，行进通过分束器的透射光束的光束走离可以是大约75μm的横向偏移(shift)，即波导厚度的1.5倍。为了补偿光束走离的横向偏移，可以将波导横向偏移以便形成偏移的波导113，如图1所示。然而，在每个结处都横向偏移波导以补偿光束走离可能使得制造大为复杂化并且显著地增大成本。

图2示出了其中多模激光器202发射多模相干光束206的系统。所述多模相干光束包括角度增大的多个射线。如先前所讨论的，将这些射线发送通过准直仪204以使所述射线在大芯径中空波导200内能够基本上平行。准直仪可以是单个透镜。可选地，准直仪可以由被配置为使得多模相干光束中的射线能够基本上平行的多个透镜组成。另外，可以由准直仪来缩减光束的直径以便不充满波导。换句话说，准直的光束可具有小于波导的直径、宽度或高度的直径。缩减准直的光束以便不充满波导可减少外侧的(outer)模或射线与中空的大芯径波导的内部上的反射涂层的相互作用，并且还允许更大的未对准公差。

即使相干光束208被准直和缩减成不充满大芯径中空波导200，光束的宽度或直径也可以填充波导的相当大一部分。例如，准直的光束可以具有大于波导宽度的一半的直径。相对于单模光束而言，多模准直光束的宽度会减少在波导内多模光束的未对准公差。

使用光学耦合到第一大芯径中空波导205和第二大芯径中空波导209的耦合装置210可以将基本上准直的多模相干光束从该第一波导重定向(redirect)到该第二波导209。耦合装置可以被配置为将该光束的至少一部分从第一波导重定向到第二波导，而使剩余的能量能够留在第一波导中。根据本发明的一个方面，已经发现，可以形成这样的耦合装置210，其提供用来将多模准直光束208从第一波导205耦合到第二波导209的光路，该光路足够短以使得通过该耦合装置的多模相干光的光束走离小于第一大芯径中空波导205的宽度的一半。

如先前所讨论的，光束走离是由光在耦合装置内的折射而引起的光束在波导内的横向移动。由于准直的多模相干光填充波导的相当大一部分，使走离最小化可以使单个波导能够用于原始多模光束208和透射的多模光束212，同时将原始光束的一部分引导为被引导到第二大芯径中空波导209中的反射的多模光束214。

可以基于被导向通过耦合装置的光束的所选几何形状并且使用Snell定律来确定在从第一介质(例如空气或真空)传递到第二介质(在耦合装置中使用的材料)时光束的角度将改变多少来计算在光束经过耦合装置时发生的光束走离量。Snell定律规定：

n₁Sinθ₁＝n₂Sinθ₂

其中n₁是第一介质的折射率，n₂是第二介质的折射率，θ₁和θ₂分别是光束在第一介质和第二介质中相对于法线的角度。由如下表达式给出光束走离h：

$h=\frac{t\sin ({\mathrm{\θ}}_1-{\mathrm{\θ}}_2)}{\cos \left({\mathrm{\θ}}_2\right)}$

其中t是分束器的厚度。

图3a中示出了示例性的耦合装置300。可以将耦合装置形成为足够地薄以便限制光束走离小于波导宽度的一半。耦合装置可以包括衬底302。所述衬底可以被配置为形成光束窗口区域304。光束窗口区域可以大于中空金属波导的截面的最大尺寸。在光束窗口区域内可以使用各种不同的装置以便允许一部分相干光束被透射而一部分光束被反射。例如，半透明膜306或多个膜(例如电介质膜或叠层)可以由衬底承载并且位于光束窗口区域304之上。该膜可以被配置为透射和反射相干光束的期望部分。该膜可以在窗口区域之上粘附性地耦合到衬底。可选地，该膜可以耦合到或者嵌入衬底的较大部分内并且然后可以刻蚀掉该衬底以留下该膜并形成光束可以通过的窗口区域。

耦合装置300可以通过以预定角度切割到波导中的缝352而插入大芯径中空波导200(图2)中，如图3g示出的示例性实施例所示。例如，耦合装置可以以45度的角度插入并且用粘合剂固定到波导和/或衬底。如可以理解的，还可以使用其它类型的结合。

回到图3a，可以将膜306或光束将经过的该膜的一部分形成为足够地薄以使得通过该膜的光束的任何横向偏移将小于波导宽度的一半。然而，该膜或其它重定向装置通常将被配置为提供甚至更小的横向偏移。例如，可以在衬底302上形成包括电介质叠层的膜。然后可以刻蚀掉衬底以形成包括光束可以通过其透射的膜的窗口区域304。电介质膜可以具有预定的厚度。在一个示例实施例中，膜厚度可以小于0.5μm，不过可以使用厚度为5μm或更多的膜。对于光路长度为5μm的膜，光束走离为大约1.5μm。在宽度或直径为50μm的波导中，多模相干光在经过耦合装置时的1.5μm的横向移动将提供极少的由于模损耗或波导内反射数目的增大而引起的相干光束的总功率的减小，或甚至没有减小。

膜306可以是包括高折射率材料和低折射率材料的多个涂层的电介质叠层。例如，高折射率材料和低折射率材料的3到7个交替层可以用来形成叠层。多层涂层可以具有大约04到1.5μm的厚度，这取决于设计参数。典型的高折射率材料由硒化锌或二氧化钛组成，具有约2.2的折射率。典型的低折射率材料是氟化镁，具有约1.38的折射率。

还可以使用附加类型的耦合装置。例如，图3b示出了具有金属化膜的耦合装置300，其包括衬底302、透明膜308和覆盖透明膜的多个亚波长直径的点。该点可以是圆形、方形、矩形、椭圆形，或者具有不规则的形状，只要每个点的主要尺寸具有小于光波长的长度。所述点的填充因数(即点覆盖了多少膜区域)可以部分地确定多少光被反射和多少光被透射。反射的光的量还取决于点的反射率。例如，该点可以由高度反射的金属(例如铝、银、金等等)制成。

在一个实施例中，可以将波长约为800nm的相干光束引导通过金属化膜308。该膜可以耦合到用来支撑该膜的衬底302。该衬底和膜可以以期望的角度放置在大芯径中空波导内以便反射行进通过该波导的准直相干多模光束的一部分。该膜可以包括直径小于500nm的金属点。可以根据该点的反射率以及要被透射和反射的光束的量来配置透明膜上的点的填充因数。可以根据透明膜在所选波长处的透明度并且还可以根据其折射率来选择透明膜。可以使用具有相对较低折射率的膜来减少角度的改变，由此减少发生的光束走离的量。该膜可以被配置为具有允许小于波导宽度的一半的由光束走离引起的横向偏移的厚度。更确切地说，该膜通常被配置为具有允许小于波导宽度的十分之一的光束走离的厚度。

金属化膜313也可以用来在该膜的中心附近形成孔311以便形成具有孔的耦合装置300，如图3c中所示出的。该孔可以是基本上透明的而金属化膜区域可以部分地或基本上不透明。金属化膜中的孔可以用来使较低模通过该孔而将较高阶模完全地或部分地从金属化膜反射。该孔的尺寸和形状确定了多少光被耦合出去以及被透射。

在另一实施例中，可以在衬底302的窗口区域304内构造凹槽以便形成具有光栅的耦合装置300，如图3d所示。不同于先前描述的如图3a-3c的示例图示中所示的耦合装置，光栅耦合装置不依赖于均匀膜来反射相干光束。作为替代，光栅耦合装置可以被放置在波导路径内并且被配置为以与光栅表面的法线成90度的角度反射光。光栅可以由多个反射附加物(appendage)322组成，该反射附加物322可以被构造在窗口区域内。反射附加物可以连接到衬底302以提供机械强度。可以通过刻蚀附加物之间的区域而由衬底形成反射附加物。然后剩余的衬底附加物可以用高度反射材料涂敷，所述高度反射材料例如金属、电介质或电介质叠层。可选地，附加物可以完全由不同于衬底的材料(例如反射金属或膜)来构造。

因为准直的相干多模光束的经过孔的那部分在附加物之间的自由空间中行进，所以在使用孔时不发生光束走离。因此，孔的厚度不会由于如在透射光束经过另一种材料时所发生的光束走离而受到限制。附加物可以具有足够的厚度以反射期望量的光并且提供优选水平的机械强度。例如，附加物可以为20μm厚。可以根据光束尺寸和所期望的光束的反射量来选择附加物的数量和宽度。

图3a-3f中示出的耦合装置代表本发明的示例实施例。代表附加实施例以及先前讨论实施例的组合的附加耦合装置被认为在本发明的范围之内，其中所述附加实施例允许相干光束的一部分被在分开的方向上反射而光束的一部分被透射且光束走离的量小于大芯径中空波导宽度的一半。

在图3a-3f中示出的示例耦合装置中的每一个可以以相对于经过大芯径中空波导的相干光束的期望角度而定位在该波导内以便允许期望量的光束被离开耦合到(couple off to)第二波导。第二波导可以以允许反射光束在基本上与波导壁平行的方向上被导向通过第二波导的角度而光学耦合到第一波导。基本上在波导中心附近引导反射光束可以通过使来自多模光中的准直射线的反射数目最小化而提供最佳的功率。

在另一实施例中，可以形成耦合装置的阵列。例如，图3e示出了多个光束窗口区域304，其被形成在单个衬底302中以形成耦合条350。光束窗口区域可以具有如图3a所示的部分反射膜、如图3b和3c中所示出的部分金属化膜、如图3d所示的光栅、或者允许行进通过大芯径中空波导的相干光束的一部分被部分反射和部分透射而同时限制光束走离小于该波导宽度的一半的某种其它结构。可选地，包括单个大光束窗口区域352的条形光束窗口区域可以形成于衬底302上，如图3f中所示出的。使用单个大窗口可以减少在耦合条被插入耦合装置阵列时的公差。

在一个实施例中，包含耦合装置阵列或条形光束窗口区域的耦合条350可以被插入基本上直排的大芯径中空波导430的阵列410中，如图4a中所示出的。直排波导的阵列可以形成于衬底425(例如电路板)上。可以在每一波导中制作容纳区域以允许耦合条被插入。例如，在每个波导中以45度角切割的缝可以允许耦合条被插入阵列中的大芯径中空波导中。在耦合条中的窗口区域304(或图3f的条形光束窗口区域352)可以与波导阵列对齐(lined up with)以便允许经过每个波导的相干光被从相应耦合装置中的窗口区域部分反射，从而提供被导向通过与衬底425上的波导成约90度的第二波导440的反射相干光束。这允许形成可以与中空波导的第一阵列410正交定位的大芯径中空波导的第二阵列435。第二阵列与第一阵列所成角度可以约为耦合条相对于光束的角度的两倍。

光学耦合到第一波导430的第二波导440可以位于衬底425的平面之外以实现可以耦合到位于衬底425上的阵列410中的每个第一波导的多个波导。这允许单个光学信号被重定向多次。例如，可以在每个结422处将进入第一波导430的光学信号的一小部分(例如10％)重定向。在一个实施例中，可以增大在每个结处的耦合以使得在每个位置处输入到波导中的原始能量的约10％被重定向或分接。在一个实施例中，光学底板445可以被配置为光学耦合到多个子板420，如图4b中所示出的。位于光学底板上的第一波导阵列410可以耦合到位于每一子板上的第二波导阵列435。

另一个实施例提供了用于路由光学信号的方法500，如图5中的流程图所示出的。该方法包括将基本上准直的多模相干光束引导510到第一大芯径中空波导中的操作，第一大芯径中空波导具有覆盖该中空波导的内部的反射涂层。所述大芯径波导可以具有为光波长的约50倍或更多倍的直径(或宽度和/或高度)。例如，相干光可以具有850nm的波长。波导可以具有约50μm的宽度。波导不限于光波长的50倍。它可以具有250μm或更大的直径或宽度。

方法500还包括用耦合装置将光束耦合520到第二大芯径中空波导中的操作，第二大芯径中空波导具有覆盖该中空波导的内部的反射涂层。耦合装置以足以将该多模相干光的至少一部分从第一波导引导到第二波导的角度而光学耦合到第一和第二波导。耦合装置可以被配置为使得通过该耦合装置的光路足够地短以使得通过该耦合装置的该多模相干光的光束走离小于第一大芯径中空波导的宽度的一半，如块530中所描述的。

还公开了一种用于制作光学信号路由系统的方法。该方法包括形成第一大芯径中空波导的操作，该第一大芯径中空波导具有覆盖该中空波导的内部的反射涂层并且被配置为对基本上准直的多模相干光束进行导向。附加的操作包括形成第二大芯径中空波导，该第二大芯径中空波导具有覆盖该中空波导的内部的反射涂层。

可以在第一和第二大芯径中空波导的期望的结处插入耦合装置。可以以相对于多模相干光束的路径的所选角度插入该耦合装置，以便将该光束的至少一部分重定向到第二波导。第一和第二波导可以与耦合装置光学耦合以便使准直的多模相干光束的至少一部分能够被从第一大芯径中空波导耦合到第二大芯径中空波导。第一和第二波导相对于彼此以导向角度定位，其中该导向角度被选择为使相干光束在第二波导中的反射(即较高模的激励)最小化。因为该光束是相当准直的，所以该角度对应于从耦合装置到第二波导的镜面反射的光束。

大芯径中空波导可用于互连位于一个或多个电路板上的电子装置。电子装置可以具有电输出和输入，它们被转换为光学输出以通过光学波导传输。可选地，电子装置可以是在不需要转换的情况下发送与接收光学信号的光学装置。在波导内部上具有反射涂层的大芯径中空波导相对于固体波导而言可以显著减少被导向通过波导的光学信号的损耗。在中空波导内部上的反射涂层可以使由光学信号在波导内的反射所引起的损耗最小化。

单模激光器通常结合中空波导使用以便使反射最小化。然而，已经发现，多模激光器可以与准直仪结合以提供具有准直射线的多模相干光源。使用多模激光器可以显著地降低生产成本。

准直的多模相干光束可以填充大芯径中空波导的相当大一部分。可以在波导的中心附近引导光束以便使波导与多模激光束之间的接触最小化并且减少反射数目。可以使用耦合装置将光束的一部分重定向到相邻波导中。为了使光束走离最小化，可以使用耦合装置，其中通过该耦合装置的光路足够地短以使得通过该耦合装置的多模相干光的光束走离小于第一大芯径中空波导的宽度的一半。

这种耦合装置可以允许将多模信号重定向到相邻波导而不要求波导偏移来补偿光束行进穿过耦合装置时的光束走离。重定向多模光束的至少一部分而不要求波导偏移的能力使得能够以显著降低的成本制造和生产光学互连。

虽然上述示例在一个或多个特定应用中说明了本发明的原理，但是本领域普通技术人员将显而易见的是，可以在不运用创造力才能的情况下进行许多在实现的形式、用途和细节上的修改，并且不脱离本发明的原理和概念。因此，并不意图限制本发明，除了如下面陈述的权利要求书所限制的之外。

Claims (12)

1.一种用于路由光学信号的系统，包括：

第一大芯径中空波导，其具有覆盖该第一中空波导的内部的反射涂层并且被配置为对基本上准直的多模相干光束进行导向；

第二大芯径中空波导，其具有覆盖该第二中空波导的内部的反射涂层；以及

耦合装置，其光学耦合到该第一和第二波导，并且被配置为将该多模相干光束的至少一部分从该第一波导重定向到该第二波导，其中通过该耦合装置的光路足够地短以使得通过该耦合装置的该多模相干光的光束走离小于该第一大芯径中空波导的宽度的一半。

2.根据权利要求1所述的系统，其中通过该耦合装置的光路足够地短以使得通过该耦合装置的该多模相干光的光束走离小于第一大芯径中空波导的宽度的十分之一。

3.根据权利要求1所述的系统，其中该耦合装置包括具有光束窗口区域的衬底。

4.根据权利要求3所述的系统，还包括基本上覆盖该光束窗口区域的半透明膜，其中该半透明膜具有提供通过该半透明膜的如下光路的厚度，该光路足够地短以使得经过该半透明膜的该多模相干光的光束走离小于第一大芯径中空波导的宽度的一半。

5.根据权利要求3所述的系统，还包括被配置为基本上覆盖该光束窗口区域的金属化膜，其中该金属化膜包括对于该相干光束基本上透明的膜，还包括覆盖该基本上透明的膜的一部分的多个金属点，其中该点具有小于该相干光束的波长的主要尺寸并且其中该基本上透明的膜具有提供通过该基本上透明的膜的如下光路的厚度，该光路足够地短以使得经过该基本上透明的膜的该多模相干光的光束走离小于第一大芯径中空波导的宽度的一半。

6.根据权利要求5所述的系统，还包括在该金属化膜内的基本上透明的孔，其被配置为使相干光的至少一部分透射通过该孔区域并且在该孔区域之外反射该相干光。

7.根据权利要求3所述的系统，还包括被配置为基本上覆盖该光束窗口区域的光栅耦合装置，其中该光栅耦合装置包括被配置为反射光的多个反射附加物，每个反射附加物由被配置为透射光的开口区域分隔。

8.根据权利要求1所述的系统，其中该耦合装置还包括具有条形光束窗口区域的耦合条。

9.根据权利要求8所述的系统，其中该耦合条被配置为光学耦合到位于一平面内的基本上直排的大芯径中空波导的第一阵列。

10.根据权利要求9所述的系统，还包括基本上直排的大芯径中空波导的第二阵列，其位于第一阵列的平面之外并且光学耦合到该耦合条，其中第一阵列中的每个波导通过该耦合条中的该条形光束窗口区域而光学耦合到第二阵列中的波导。

11.一种用于路由光学信号的方法，包括：

将基本上准直的多模相干光束引导到第一大芯径中空波导中，该第一大芯径中空波导具有覆盖该第一大芯径中空波导的内部的反射涂层；以及

用耦合装置将该光束耦合到第二大芯径中空波导中，该第二大芯径中空波导具有覆盖该第二中空波导的内部的反射涂层；

其中该耦合装置光学耦合到该第一和第二波导，并且被配置为将该多模相干光束的至少一部分从该第一波导重定向到该第二波导，其中通过该耦合装置的光路足够地短以使得通过该耦合装置的该多模相干光的光束走离小于该第一大芯径中空波导的宽度的一半。

12.根据权利要求11所述的方法，还包括用该耦合装置将该相干光束耦合到第二大芯径中空波导中，其中该耦合装置包括具有光束窗口区域的衬底，其中该光束窗口区域包括光束重定向装置，该光束重定向装置选自由如下项组成的组中：半透明膜、电介质膜、电介质叠层、具有包括主要尺寸小于该相干光的波长的金属点的金属覆盖物的金属化膜、金属化膜孔以及光栅耦合装置。

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