CN102165347A

CN102165347A - 偏振保持的大芯径中空波导

Info

Publication number: CN102165347A
Application number: CN2008801312520A
Authority: CN
Inventors: P.科尼洛维奇
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 2008-09-24
Filing date: 2008-09-24
Publication date: 2011-08-24
Also published as: EP2326979A1; JP2012503784A; WO2010036245A1; EP2326979A4; KR20110063484A; US20110150385A1

Abstract

公开了一种用于引导偏振光的系统和方法。一个系统包括大芯径中空波导600，其具有基本上垂直的第一维602和第二维606。第一维和第二维正交于光在所述波导中的行进方向。所述第一维的长度基本上大于所述第二维的长度，以使得具有与所述第一维近似平行的电场604的光波能够以比具有与所述第二维近似平行的电场的光波基本上更小的损耗来传播通过所述波导。

Description

偏振保持的大芯径中空波导

背景技术

随着电路板上的计算机芯片速度增加至甚至更快的速度，芯片间通信中的通信瓶颈正在变成更大的问题。一种可能的解决方案是使用光纤来将高速计算机芯片互连。然而，大多数电路板涉及许多层且常常要求其制造中的公差小于一微米。物理地设置光纤并将该光纤连接到芯片可能过于不准确并耗费时间而不能在电路板制造工艺中广泛地采用。

在电路板周围和之间路由光信号可能增加显著的附加复杂性。因此，适于出售的芯片之间的光学互连已经证明是不可靠的，尽管需要宽带数据传输。

附图说明

根据结合附图所进行的下列详细描述，本发明的特征和优点将是显然的，所述描述通过示例的方式一起图示了本发明的特征，以及其中：

图1a是依据本发明的实施例的由衬底承载的宿主层的图解；

图1b图示了依据本发明的实施例的在图1a的宿主层中形成的通道；

图1c图示了依据本发明的实施例的被施加在图1b的通道上以形成基础部分的保护层和反射涂层；

图1d图示了依据本发明的实施例的具有反射涂层和保护层的盖部分；

图1e图示了依据本发明的实施例的耦合到图1c的基础部分的盖部分；

图2是依据本发明的实施例的矩形大芯径中空波导的图解；

图3是描绘在变化尺寸的大芯径中空波导中光波的恒定传播损耗线的图表；

图4是依据本发明的实施例的、具有与矩形大芯径中空波导的较长壁平行地指向的（direct）电场的光束的图解；

图5是依据本发明的实施例的弯的矩形大芯径中空波导的图解；

图6是依据本发明的实施例的矩形大芯径中空波导的图解；

图7a图示了依据本发明的实施例的光子引导装置的框图；

图7b图示了依据本发明的实施例的用来互连两个电路板的矩形大芯径中空波导；

图7c图示了依据本发明的实施例的用来互连电路板上的电子元件的矩形大芯径中空波导；

图8a图示了依据本发明的实施例的具有反射涂层和保护层的矩形大芯径中空波导的一维阵列；

图8b图示了依据本发明的实施例的具有反射涂层和保护层的矩形大芯径中空波导的三维阵列；

图9是描绘用于传送偏振光束的方法的流程图。

现在将参考所图示的示例性实施例，且本文将使用特定语言来描述所图示的示例性实施例。然而，将应该理解籍此并非意图限制本发明的范围。

具体实施方式

用于在电路板上的计算机芯片之间形成光学互连的一种方法是使用在电路板上形成的光学波导。光学波导可能由于使用平版印刷或类似工艺在电路板上形成波导的能力而比光纤通信优越。通常用诸如聚合物和/或电介质之类的基本上光学透明的材料在电路板上形成波导。还可以在未被安装在电路板上的其它类型的衬底上形成使用平版印刷或类似工艺制造的光学波导。例如，可以在柔性衬底上形成（一个或多个）光学波导以产生具有一个或多个光学波导的带状电缆。本申请中所公开的光学波导是使用平版印刷或者类似工艺在衬底上形成的。

以这种方式形成光学波导能够提供以在现代多层电路板上使用所必需的物理公差构造的互连。然而，可以在芯片和电路板制造中用来形成板上波导的聚合物、电介质、及其它材料通常明显比光纤更有损耗。事实上，板上波导中的损耗量已经是限制光学波导互连的接受的因素之一。用来构造波导的聚合物可以具有每厘米0.1 dB的损耗。相反，光纤中的损耗约为每千米0.1 dB。因此，聚合物波导可以具有比光纤中的损耗大几个数量级的损耗。

另外，典型的波导通常被制造为具有大致上与其被设计为要载送的光的波长成比例的尺寸。例如，被配置为载送具有约1000nm的波长的光波的单模波导可以具有用于较高指数芯区的1000 nm至5000 nm（1 μm至5 μm）的尺寸且被较低指数包覆区围绕。多模波导可以具有用于芯区的20～60 微米的等级的较大尺寸。单模和多模波导两者都具有用于芯的约0.2至0.3的相对高的数值孔径（NA）和0.01至0.02的包层（clad）折射率对比度。数值孔径确定来自正在发射的纤维的射束的发散。因此，较大的NA将导致与纤维间分隔有关的不良耦合。因此，连接该尺寸的波导可能是昂贵且具有挑战性的。

使用这些波导也难以实现被引导光束的分裂（splitting）和分接（tapping）。产生并连接波导的成本已经历史地减少其在最常见的应用中的使用。依照本发明的一个方面，已经认识到需要与其它波导和光学装置互连起来更加简单且能够显著地减少光学波导中的损耗量的廉价光子引导装置。

图1a至1e提供了制作光子引导装置的一个方法的图解。此光学波导由具有高反射包覆层的空芯组成。其根据衰减全内反射的原理操作。这不同于常规光学波导，常规光学波导依赖于以在波导的芯与包层之间形成的临界角的全内反射。图1a示出由衬底104承载的宿主层102。衬底可以由多种不同类型的材料组成。例如，衬底可以是诸如塑料的柔性材料或印刷电路板材料。可以将塑料或电路板材料配置为刚性或柔性的。可替换地，衬底可以由半导体材料形成。

宿主层102可以在衬底材料顶部上形成。宿主层还可以是一种柔性材料，诸如聚合物或半导体材料，以使得能够使用标准平版印刷工艺来处理该材料。如图1b中所示，可以在宿主层中形成通道106。例如，干蚀刻工艺可以被用来形成通道。可替换地，也可以使用模制或者冲压工艺。通道的形状可以是矩形、方形、圆形或者用来有效地传送光的一些其它几何形状。通道的高度105和/或宽度107能够基本上大于在光子引导装置中被引导的光的波长。例如，高度或宽度可以是光的波长的50倍至超过100倍。

为了促使减少光在光子引导装置内的散射，可以对通道的壁进行平滑化以减少或者消除粗糙。理想地，任何沿着该壁的突出特征都应该小于光的波长。能够使用热回流工艺来对通道的壁进行平滑化。此工艺需要把宿主和衬底材料加热到将使得能够把由对通道进行蚀刻或者冲压而遗留下来的不规则粗糙特征基本减少或消除的温度。所述温度（在该温度处热回流工艺是最佳的）取决于用来形成宿主102和衬底104层的材料类型。另一可能性是侧壁的氧化，其后是因而形成的氧化物的蚀刻。

为了增加通道内的反射率，可以增加包覆层108（图1c）以覆盖宿主层102中的通道106的内部。如可以意识到的，可以使用电镀、无电镀、溅射或者类似工艺来形成包覆。如果宿主材料102包括聚合物或者具有低熔点的其它材料，则可以使用诸如电镀、无电镀、溅射或者热蒸镀之类的低温工艺来施加所述包覆。

所述包覆108能够由一层或者多层的金属、电介质或者在相干光的波长下基本是反射的其它材料组成。可以基于金属的反射率来选择金属。覆盖通道的高反射包覆层是理想的。例如，包覆层可以使用银、金、铝、铂、铜或者能够形成高反射层的一些其它金属或者合金来形成。诸如钛之类的粘附层也可以用来帮助包覆金属粘附到宿主材料102。包覆层还可能经受热回流或者类似工艺以使反射层中可能在沉积过程期间发生的粗糙畸形平滑化。电解抛光也可以用来产生平滑的镜面成品。

如果光子引导装置不被保护，那么随着时间的推移包覆层108可能氧化。反射涂层的氧化可以基本上减少其反射率。为了减少或者消除包覆层的反射率的降低，可以在包覆层上形成保护层110以起到密封剂的作用。保护层能够包括在相干光的波长下基本透明的材料。例如，保护层能够由二氧化硅或者在反射涂层上能够形成基本上气密结合的一些其它材料形成。此外，选择保护层的厚度和指数以便通过把光束与更大损耗的金属层分开而进一步减少在波导中的传播损耗。

通道106、包覆层108和保护层110能够形成光子引导装置的基础部分130，如图1d中所示。盖部分120能够由与包覆层124一起成层的覆盖材料122和被配置成保护盖部分上的反射涂层以免氧化的保护层126形成。包覆层和保护层能够使用与先前在基础部分中论述的相同的材料来形成。可替换地，可以基于盖部分的期望属性使用不同的材料。

覆盖材料能够由被配置成挡住反射涂层和保护层的材料形成。可以选择将允许光子引导装置是柔性的柔性材料。例如，光子引导装置可以被形成为能够被用来互连电子或者光学器件的带状电缆。

在形成了盖部分120之后，能够把盖部分层压或者结合到基础部分130，如图1e中所图示的。当盖部分被结合到基础部分时，就形成了大芯径中空波导150。该大芯径中空波导具有覆盖中空波导内部的包覆层108。该包覆层使得光能够从金属涂层的表面被反射以减少当光被通过波导引导时该光的衰减。

在通过大芯径中空波导传播光束中的一个挑战是波导（尤其是在芯片到芯片通信中）使用的空间量。典型的大芯径中空波导可以具有高度和宽度中的每一个近似为150微米的横截面积。由于芯片尺寸继续缩小，所以电路板上大芯径中空波导所使用的面积可能相当可观。另外，保持光在诸如图1e中的示例中所图示的波导之类的中空金属波导中的特定偏振可能是困难的。许多类型的光学芯片元件被设计成使用特定的光偏振。在通过波导期间发生的任何相当大的偏振变化都能够导致芯片元件处的相当可观的光学损耗。

依据此发明的一个实施例，如图2中的示例性实施例中所图示的

大芯径中空波导能够被设计成保持特定的偏振状态。在一个实施例中，光束的特定偏振状态能够通过控制中空金属波导相对于光波的偏振的第一维（a）相对于第二维（b）的纵横比来得以保持。简要回顾电磁波的传播原理可以有助于理解此原理。

如通过麦柯斯韦方程能够理解的，电磁波以电场E和磁场H通过空气传播。电场和磁场相互正交，且总的来说二者都与传播方向正交。电场的方向通常被称为“偏振”。例如，如果电场被说成是在x轴偏振，那么磁场在正交于x轴的y轴上指向。这可以由E^X和H^Y来表示。电磁波于是能够沿着z轴传播。电磁波也能够以模（modes）传播。模能够被指定为p和q，分别表示模分布图（mode profile）中沿着x和y轴的波瓣数目。这导致指定针对在x轴上具有电场的沿z轴行进的光波的E^X _pq和H^Y _pq。最低量级模是p=1且q=1，或者E^X ₁₁和H^Y ₁₁。对于在Y维上具有电场的行进的光波而言，模被指定为E^Y _pq和H^X _pq。

在大芯径中空波导中电场的传播损耗能够被导出。对于空芯（n_core=1）,损耗常数α，对于x和y维上的电场而言，分别具有形式：

Figure 2008801312520100002DEST_PATH_IMAGE001

其中λ是光的波长，n是包覆材料的复折射率，p和q是电场的模，而a和b分别是波导在x和y方向上的尺寸。第一项描述了由（a）分开的垂直壁所引入的传播损耗，而第二项描述了由（b）分开的水平壁所引入的传播损耗。应该注意的是，α的维度（dimensionality）是逆长度。以dB/长度为单位的传播损耗由dB/长度=8.686α给出。

由于在分子中n²值仅与一个维相关联，所以那个维能够具有显著更多的损耗。例如，当使用银包覆时，在λ=850nm的波长下n²的值近似为32。当使用金或者铜包覆时，在相同波长下n²的值分别近似为31和29。当a=b（方形波导）且使用E^Y模时，垂直的（即，平行于电场）壁引入的损耗是水平的（即，垂直于电场）壁的约1/30，如可以从上面公式中的第二个公式得出的那样。如果使用E^x模，则水平壁引入的损耗是垂直的约1/30。因而，对于方形波导，平行于电场的壁比垂直于电场的壁引入小得多的传播损耗。

因此，损耗对波导参数的变化具有不同的敏感性。也就是说，当使用垂直偏振的E^Y模时，随着垂直壁之间的距离（参数a）的变化，损耗量存在相对小的变化。然而，随着水平壁之间的距离（参数b），损耗变化显著更多（以约30x的速率）。因而人们可以显著减小波导尺寸（a）并补偿随着波导尺寸（b）的稍微增加而导致的增加量的损耗。由于减小的高度或者宽度减少了波导所占用的面积，所以在原理上与偏振光一起工作能够节约芯片上相当大量的基板面（real estate）。

例如，图3图示了下述图表，该图表示出了恒定损耗相对于具有以微米测量的宽度（a）和高度（b）的波导中的尺寸的线。此示例中的恒定损耗的线是值0.0015dB/cm。在该图表上标出了示出150微米的宽度和高度的方形波导302。能够看出，具有基本上减小的宽度（~65微米）和相对小有增加的高度（~170微米）的矩形波导304可以具有基本上与方形波导相同的传播损耗。矩形波导的横截面积从方形波导的22，500平方微米减少到矩形波导的11，050平方微米。因而，矩形波导具有比方形波导的一半还小的面积，具有与在方形波导中传播的光基本相似的损耗量。

总的来说，E^X _pq模类型和E^Y _pq模类型二者的损耗遵循相同的比例定律。损耗与光的波长的平方成比例增加，且与波导尺寸的立方成反比地减少：（传播损耗）~（λ²/（波导尺寸）³）。然而，第一波导维和第二波导维（宽度和高度）对损耗的贡献是不相等的。对于给定模类型（固定的偏振），平行于电场的壁引起相对小的损耗，而垂直于电场的壁引起相对大的损耗。这两个损耗类型的比大约是n² _clad的绝对值，如先前所论述的。因而，平行于电场的壁可以被视为相对低损耗的壁，而垂直于电场的壁可以被视为相对高损耗的壁。这通常被图示在图4中，其示出了大芯径中空波导和电场E。与电场平行的波导壁和与电场垂直的壁相比具有基本上更低的损耗。因此，当使用矩形波导时，电磁波能够以与波导的较长壁平行的方向上的电场进行传播以使损耗最小化。

在矩形大芯径中空波导中传播的电磁波，诸如红外的或者可见的光束，将在相对于平行方向的电场垂直方向上具有基本上更多的损耗。这导致射束在其行进通过该波导时在平行方向上变得被高度偏振。把基本上随机偏振的射束传送通过大芯径矩形中空波导将导致射束中垂直于波导中的长壁的电磁波的相对高的损耗。已经被平行于长壁偏振的射束将在其以相对低的损耗量行进通过该波导时使其偏振被保持。这使得依赖特定类型的偏振的光学元件能够被用在通信体系结构中。

与偏振光和非对称矩形波导一起工作可以增加额外的益处。在不影响整体吸收损耗的情况下，矩形波导的一个维可以被显著减小。这能够在计算机电路板和/或计算机芯片上节约显著量的基板面。通过减小波导的宽度以及增加其高度，在电路板中使用的整体面积得以减小，从而使得能够使用较小的电路板。

由于对于平行壁和垂直壁而言传播损耗是不同的，所以在壁上使用不同类型的电介质涂层可能是有益的。例如，对于与通过波导传播的光的电场平行的波导壁，可以使用第一类型的电介质涂层。对于垂直于电场的壁，可以使用第二类型的电介质涂层。电介质涂层提供了这两种波之间的附加接口（interface）以允许电场穿透到金属包覆中，从而被按需要最大化或者最小化。电介质涂层的最佳厚度可以被选择成使在波导中传播的光波的s和p偏振的反射率最大化。

为了构建鲁棒的通信体系结构，直段中的低传播损耗通常是不够的。可能需要获得通过弯的波导段的期望传输以对芯片和板之间的光学信号进行路由。这些弯段能够被用来形成波导中的弯曲。在图5中图示了具有曲率半径R的大芯径中空波导500的示例性实施例。如在直波导中那样，弯波导可以包括基本上比第二维506大的第一维504。在波导的曲率半径R相对于传播的射束的波长λ的比比1大得多（R/λ>>1）的情况下，具有垂直于弯曲面的电场502的光束的最低量级模的传播损耗能够在解析上用一些近似法（approximation）来求解，以提供下述结果:

例如，当使用具有银包覆的大芯径中空波导以及传播具有850nm波长的光束（n_clad=0.152+i*5.678）时，损耗是，其中，半径R是以厘米测量的。因此，损耗α是每单位长度的损耗且与弯曲半径成反比。对于大多数几何形状来说，弯曲的线性长度与半径成比例。结果，每弯曲的总损耗概略地独立于大芯径中空金属波导的弯曲半径。对于涂覆银的波导中的E^Z ₁₁模而言，其中电场垂直于弯曲面，经过90度弯曲后的总损耗大约是0.06dB。在图5中的示例性图解中，弯曲面将是与弯波导的底面507（或者顶面）平行的面。因而，偏振光波的电场502垂直于弯波导的底面和顶面。

在E^r模中，电场沿着径向坐标。换句话说，它平行于弯曲面（垂直于底面507）。具有平行于弯曲面的电场的光束的最低量级模的传播损耗能够在解析上用一些近似法来求解以提供下述结果：

关于平行于弯曲面的电场的此损耗系数概略地是E^z模的损耗系数的n² _clad倍。因而，如在光束通过直波导传播的情况中那样，关于垂直于波导壁的电场的偏振（在此情况中外侧弯壁对绝大部分传播损耗负责）比关于平行于该壁的电场的偏振经受高得多的损耗。对于在850nm下的银包覆而言，

，其中，半径R以厘米来测量。90度弯曲的总吸收损耗近似是2.1dB。应该注意，这些损耗是理论下限。在实践中，还存在与侧壁散射和其它影响相关联的附加损耗。然而，整体损耗通常不小于这些理论值。

因而，对于在大芯径中空金属化波导中包括5个90度弯曲的通信体系结构而言，具有垂直于弯曲面的电场的偏振光束具有大约为0.06*5=0.3dB的损耗。对于具有平行于弯曲面的电场的偏振光束而言，损耗大约为2.1*5=10.5dB。在芯片至芯片通信中使用低功率激光器或者发光二极管来通信一般不能够承受后者的损耗量。因而，通过大芯径中空波导传送的偏振扰频射束会导致光束在平行于弯曲面的电场中具有相当大的损耗。因此，当使用带有弯曲的大芯径中空波导时，使用基本上垂直于弯曲面的偏振来限制损耗是有益的，如图5中所图示的。使用柱面坐标φ、r和z示出了柱面坐标系的轴。

通过波导中的弯曲的典型传播损耗相对于直波导中的典型传播损耗的比大约是（波导宽度）³/（波长）²/（曲率半径）。对于波导宽度近似为100微米，波长大约为1微米以及半径大约为10000微米（1cm）而言，该比大约为100。因而，弯曲损耗比直损耗大大约2个量级的幅度。因此，限制大芯径中空金属化波导通信体系结构中弯曲的数目显著降低损耗量。然而，当需要弯曲时，使用矩形波导和具有垂直于该波导的弯曲面的电场偏振的光束能够使损耗最小化。

为了利用可用矩形波导获得的较低损耗和偏振保持，可以把大芯径中空金属化波导600形成为具有大大延长的第一维602，如图6中所图示的那样。第二维606可以相对垂直于第一维。对于基本为直的波导而言，偏振光能够被用来传送具有电场E^Y 604的偏振射束，该电场E^Y 604基本上与波导的延长维602平行。对于弯波导而言，E^z偏振射束能够被引导通过弯波导，其中电场垂直于弯曲面。

波导600的第一维和第二维可以正交于光在该波导中的行进方向。沿着第一维602的波导壁的长度可以基本上大于沿着第二维606的波导壁的长度，以使得具有与第一维近似平行的电场的光波能够以比具有与第二维近似平行的电场的光波基本上更小的损耗来传播通过该波导。例如，在一个示例性实施例中，波导的第一维的延长壁可以具有近似170微米的长度。第二维的壁可以具有近似65微米的长度。在此示例中，行进通过波导的光束的传播损耗以该波导的第一维的立方反比（inverse cube）那样减小。

可以在包覆608上把与电场平行的壁上的电介质涂层610增加以选定厚度。也可以在该包覆上把与第二维606有关的壁上的电介质涂层612增加以选定厚度。包覆的厚度能够被选择成当电磁波与该包覆相互作用时使电磁波的损耗最小化。

图7a图示了包括矩形大芯径金属化中空波导600的光子引导装置的框图。该光子引导装置可以耦合到光源710。该光源能够是发光二极管、激光器或者用于发射光束704的其他类型的发光器件。单模激光器可能基本上比多模激光器更贵。因而，使用多模激光器作为光源可以基本上减少整个系统的成本。然而，使用多模激光器的一个缺点是激光中的相当大部分可能以相对于发射该光的方向成相当大的角度从该激光器发射出去。激光的较高模对应于从激光器发射光的更大角度。以大角度发射的光将在大芯径中空波导600内更经常地反射。反射数目越大，光将在波导内被衰减得就越多。因而，较高模在波导内可能被基本上衰减。

与实心波导相比，具有反射表面的中空波导以不同的方式工作。中空波导通过来自（一个或多个）反射层的反射而不是通过如通常在诸如光学纤维之类的实心波导中发生的全内反射来对光进行引导。中空波导内的光可以以比对于全内反射而言必要的角度小的角度被反射，如能够意识到的那样。

为了克服从光源710发射的较高模的衰减，可以把准直器720放在来自光源的光束704的路径内。在一个实施例中，光源可以是多模激光器。也可以使用可用来发射多模光的其它类型的光发射器。准直器可以是准直透镜，诸如具有抗反射涂层的球透镜。准直器被配置成在从光源发射的多模射束进入大芯径中空波导600之前把其准直成平行射束。该准直器提供了：基本上任何确实发生的反射将通常是以相对于波导壁的相对浅角（shallow angle）进行的，因而使波导内的反射数目最小化，以及因此减少了光在中空波导内的衰减。结果，在中空波导中传播的低损耗模具有极其小的数值孔径。此属性允许分光器以小的额外损耗插入到这些波导中。

偏振器725能够被用来使光束704偏振。例如，偏振器和准直器720能够被用来形成偏振的多模光束728，该光束具有与矩形波导的长维平行的偏振E^Y。具有850nm的波长的射束能够以约0.001dB/cm的损耗被传送通过具有反射涂层的矩形大芯径波导。使用准直透镜把多模相干光引导通过大芯径波导还可以基本上减少整个光子引导装置的成本。多模激光器比它们的单模副本显著便宜。

因此，包括具有内反射表面、耦合到准直器的矩形大芯径中空金属化波导的光子引导装置可以用作用于互连一个或多个印刷电路板上的元件的相对便宜、低损耗的装置，所述准直器被配置成对被引导到该波导中的多模相干光进行准直。该引导装置的低损耗使得该器件能够更加普遍地被用在商品产品中，诸如在光学上互连电子电路。

电子电路可以包括电气电路，其中从该电路发送的电气信号被转换成光学信号，且反之亦然。还能够使用光学电路，其能够在不需要转换的情况下直接使用光学信号进行通信。该光学电路可以包括被设计成提供期望类型的偏振的光学元件。矩形大芯径中空金属化波导能够被用来在射束在电路板上从一个元件被引导到另一元件时保持期望的偏振。电子和光学电路可以被包含在单个电路板上。可替换地，电子和光学电路可以定位于两个或者多个单独的电路板上，而波导可以用来互连这些板。通过使用倾斜的半反射表面从这些波导对光学信号进行分接和引导也是相对容易的。对于常规波导来说由于常规波导的较大的数值孔径的原因这是相当难以达到的。

例如，图7b示出了具有内反射表面的矩形大芯径中空波导600。该中空波导被用于光学地耦合两个电路板740。该中空波导的较大相对尺寸能够减少互连板之间的波导的成本，如前述所论述的。波导内的反射表面能够减少损耗，使得相干光的低功率信号能够通过该波导被传送到毗邻的电路板。位于多个电路板中的一个或者两个上的不贵的多模激光器或者其它类型的发光器件能够被用来发射光。准直透镜可以被包括在多个电路板中的一个或者两个上且光学地耦合到波导。准直透镜能够减少由多个反射引起的光的较高模的损耗。使用矩形波导能够进一步减少损耗且使得来自第一电路板的偏振射束能够被保持并传送到第二电路板。在制造过程中，矩形中空波导600互连可以被配置成耦合在板之间。可替换地，该中空波导可以被形成为在它们被制造之后能够连接到板的连接器和/或电缆。

具有内反射表面的中空波导600还可以用来互连单个电路板740上的电子元件745，如图7c中所示。该波导的矩形维（rectangular dimensions）能够减小在电路板上用于该波导的面积并能够以最小损耗传送偏振射束，如先前所论述的那样。光学或者电子元件可以用来把偏振光束从一个波导重新引导到另一波导。可替换地，可以使用波导的弯部分，诸如90度弯部分748。在一个实施例中，弯部分可以具有基本上大于光的波长的曲线半径（curve radius）。通过弯波导传送的光束能够被偏振为具有在垂直于弯平面的方向上的电场以使损耗最小化。

矩形金属化大芯径中空波导还能够以阵列形式形成以使得多个信号能够被引导。例如，图8a图示了矩形中空波导830的一维阵列800。每个波导可以包括包覆层802，如先前所论述的。该包覆层能够被涂覆以保护层804以减少氧化。可替换地，保护层可以是电介质层，该电介质层用来减少光束在包覆层中的吸收。该波导阵列能够在衬底或者宿主材料808上构造。在一个实施例中，矩形波导的较长维810能够被定向成远离该衬底或者宿主材料以使在宿主材料上被波导使用的基板面最小化。可以把光学信号的偏振模选择成使损耗最小化且保持通过该波导的偏振模。如先前所论述的，具有与较长轴810平行的电场的偏振模可以被用来使损耗最小化且保持通过波导的该光学信号的偏振。

图8b图示了耦合到电路板的中空波导830的阵列800。该电路板可以用作衬底808（图8a），阵列中的每个中空波导可以附着到该衬底808。在一个实施例中，电路板可以被配置成光学底板825。使用准直器可以把多模相干光引导到多个波导中的每一个中，如先前所论述的。诸如分光器之类的耦合器件822可以被配置成在选定位置把被引导的多模相干光束的至少一部分引导到该波导之外。例如，如在图8b中所示，耦合器件可以被用来把中空波导中的相干光的至少一部分重新引导到电路板平面外的光学地耦合的大芯径中空波导824。该光学地耦合的波导可以与底板正交，不过基本上可以使用任何角度。

把多模相干光重新引导到电路板平面外能够使得诸如子板820之类的多个电路卡能够被光学地耦合到底板825。在相干光信号上编码的高速据速率信息能够被从该底板重新引导或者分配到多个子板。

具有反射内涂层的矩形大芯径中空波导使得高数据速率信息能够传输到多个不同板。该中空波导的低损耗使得单个光学信号能够被路由到多个其它波导中，如图8b中所示出。通过每个波导被引导的多模相干光束能够以数十吉比特每秒或者更高的速率携带数据。光束基本上以光速传播，这是因为模的指数几乎是统一的，这导致基本上最小的传播延迟。由中空波导实现的光学互连提供了用于芯片和电路板之间的基本上越来越多的吞吐量的不贵的装置。使用矩形波导使得偏振信号能够被保持且在电路板上波导所使用的基板面得以减少，同时在光学信号传播中保持基本上低的损耗。

在另一实施例中，公开了用于传送偏振光束的方法，如在图9的流程图中所描绘的。该方法包括使光束偏振910以具有在选定方向上指向的电场从而形成偏振光束的操作。附加的操作提供了把该偏振光束耦合920到大芯径中空金属化波导中。该波导具有基本上垂直于光束在波导中的行进方向的第一维和第二维。第一维的长度基本上大于第二维的长度。偏振光束被耦合到大芯径中空金属化波导中（其中电场的所述选定方向基本上平行于第一维）以使得该偏振光束能够以比在电场与第二维近似平行的情况下基本上更小的损耗传播通过该波导。

虽然前面示例说明了在一个或者多个特定应用中的本发明的原理，但是对本领域普通技术人员而言将显然的是，在不训练创造性才能的情况下以及在不偏离本发明的原理和概念的情况下，可以在实现方式的形式、使用和细节方面进行众多的修改。因此，除了如由下面所阐述的权利要求之外，并不意图对本发明进行限制。

Claims

1. 一种偏振保持的光子引导系统，包括：

大芯径中空波导（600），其具有第一维（602）和第二维（606），所述第一维（602）和第二维（606）基本上垂直且正交于光在所述波导中的行进方向，其中，所述第一维的长度基本上大于所述第二维的长度，以使得具有与所述第一维近似平行的电场（604）的光波能够以比具有与所述第二维近似平行的电场的光波基本上更小的损耗来传播通过所述波导。

2. 如权利要求1所述的系统，其中，所述大芯径中空波导（500）以曲率半径弯曲，且所述光波被偏振成具有垂直于所述曲率的平面的电场（502），以减少所述光波通过所述波导的传播损耗。

3. 如权利要求1所述的系统，还包括覆盖所述中空波导的内部的反射涂层（608），其中所述反射涂层用作包覆层并提供高反射率以使得光能够从所述反射涂层的表面反射，以减少在反射时发生的损耗。

4. 如权利要求3所述的系统，还包括被施加到与所述第一维平行的内波导壁的、具有第一厚度的第一电介质涂层（610），和被施加到与所述第二维平行的内波导壁的、具有第二厚度的第二电介质涂层（612）。

5. 如权利要求4所述的系统，其中，所述第一厚度和所述第二厚度被选择成使在所述大芯径中空波导（600）中传播的所述光波的s和p偏振的反射率最大化。

6. 如权利要求1所述的系统，还包括准直器（720），其被配置成对被引导到所述中空波导（600）中的多模光束（704）进行准直，以使得所述多模光束能够在所述多模光在所述中空波导内部的反射的数目减少的情况下被引导通过所述中空波导，以便减小所述多模光束通过所述波导的损耗。

7. 一种用于传送偏振光束的方法，包括：

使光束（704）偏振（725）以具有在选定方向上指向的电场（604），以形成偏振光束（728）；

把所述偏振光束耦合到大芯径中空波导（600）中，所述大芯径中空波导（600）具有第一维（602）和第二维（606），所述第一维（602）和第二维（606）基本上垂直于所述光束在所述波导中的行进方向，其中所述第一维（602）的长度基本上大于所述第二维（606）的长度，其中所述偏振光束（728）被耦合到所述大芯径中空金属化波导（600）中，其中所述电场（604）的所述选定方向基本上与所述第一维（602）平行，以使得所述偏振光束能够以比所述电场与所述第二维（606）近似平行以提供偏振光束的情况下基本上更小的损耗传播通过所述波导并从所述波导输出。

8. 如权利要求7所述的方法，还包括：把基本反射的涂层（608）施加到所述中空波导（600）的内部，其中，所述反射涂层用作包覆层且提供高反射率以使得光能够从所述反射涂层的表面反射，以减少在反射时发生的损耗。

9. 如权利要求8所述的方法，还包括：把具有第一厚度的电介质涂层（610）施加到与所述第一维（602）基本上平行的内波导壁，以及把具有第二厚度的电介质涂层（612）施加到与所述第二维（606）基本上平行的内波导壁。

10. 如权利要求9所述的方法，还包括：把所述第一厚度和所述第二厚度选择成使在所述波导中传播的所述光波的s和p偏振的反射率最大化。

11. 如权利要求7所述的方法，还包括：准直（720）所述偏振光束以对被引导到所述中空波导（600）中的多模光束进行准直，以便使得所述多模光束（728）能够在所述多模光在所述中空波导内部的反射的数目减少的情况下被引导通过所述中空波导（600），从而减小所述多模光束通过所述波导的损耗。

12. 一种用于偏振光的光子引导系统，包括：

具有基本上大于在波导中传播的光的波长的曲率半径的弯的大芯径中空金属波导（500），所述波导具有第一维（504）和第二维（506），所述第一维（504）和第二维（506）在正交于光在所述波导中的行进方向的平面中是基本上垂直的，其中，所述第一维（504）的长度基本上大于所述第二维（506）的长度，以使得具有与所述波导的曲率的平面近似垂直的电场的光波能够以比具有与所述曲率的平面近似平行的电场的光波基本上更小的损耗传播通过所述波导。

13. 如权利要求12所述的系统，还包括：覆盖所述中空波导的内部的反射涂层（608），其中，所述反射涂层用作包覆层且提供高反射率，以使得光能够从所述反射涂层的表面反射，以减少在反射时发生的损耗。

14. 如权利要求13所述的系统，还包括：被施加到与所述第一维（602）平行的内波导壁的、具有第一厚度的第一电介质涂层（610），和被施加到与所述第二维（606）平行的内波导壁的、具有第二厚度的第二电介质涂层（612）。

15. 如权利要求12所述的系统，还包括：准直器（720），其被配置成对被引导到所述弯的大芯径中空波导（500）中的多模光束（704）进行准直，以使得所述多模相干光束能够在所述多模相干光在所述弯的大芯径中空波导（500）内部的反射的数目减少的情况下被引导通过所述弯的大芯径中空波导（500），以减小所述多模相干光束通过所述波导的损耗。