CN102272655A

CN102272655A - 光束耦合和分离器

Info

Publication number: CN102272655A
Application number: CN2008801325836A
Authority: CN
Inventors: H.P.扩; M.R.T.谭; S.王; R.G.沃姆斯利; P.K.罗森伯格
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Enterprise Development LP
Priority date: 2008-10-31
Filing date: 2008-10-31
Publication date: 2011-12-07
Anticipated expiration: 2028-10-31
Also published as: US8542961B2; JP2012507741A; CN102272655B; WO2010050975A1; US20110206320A1; KR20110084273A; EP2347300A1; EP2843460A1; KR101464816B1; EP2347300A4

Abstract

本发明公开了一种束耦合和分离器。束耦合和分离器的实施例包括：第一波导，其包括斜面和弯曲部；以及第二波导，其包括形状与所述第一波导的斜面的形状互补的斜面。所述第一波导的斜面被配置为全内反射入射在所述斜面上的至少一部分光。所述第二波导耦合到所述第一波导以使得：i）所述第二波导的斜面与所述第一波导的斜面的至少一部分相邻，以及ii）实现预定的耦合比。

Description

光束耦合和分离器

背景技术

本公开一般地涉及光束耦合和分离器。

由于微电子学的开创，因此一致的趋向是朝向诸如光学互连的光电子电路的开发。这可能至少部分地是因为光电子电路相对于典型的电子电路可以提供诸如例如大得多的带宽（超过许多数量级）的优势这一事实。这样的光电子电路常常涉及光学信号的传输以及这样的光学信号与电子信号之间的互相转换。在一些情况下，执行光学信号传输涉及波导。光学波导通常由玻璃或聚合物制成。利用这些固态波导对所引导的信号的一部分进行提取典型地需要复杂的分接（tapping）结构。一些光学波导是中空金属结构。光学信号在空气中传播通过这样的结构，并且由此，为了进行正确的信号传输，需要严格的对准和准直。

附图说明

通过参考以下的详细说明及附图，本发明的各实施例的特征和优点将变得明显，在附图中，相同的附图标记对应于相同或相似但可能不同的部件。为了简要起见，对具有之前所述的功能的附图标记可能不与或者可能与该附图标记出现于其中的随后的附图相结合地进行说明。

图1是示出用于形成束耦合和分离器的实施例的方法的实施例的流程图；

图2A-2C一起示出用于形成束耦合和分离器的实施例的方法的实施例的示意性流程图；

图2A、2B和2D一起示出用于形成束耦合和分离器的另一实施例的方法的另一实施例的示意性流程图；

图2A、2B和2E一起示出用于形成束耦合和分离器的又一实施例的方法的另一实施例的示意性流程图；

图2A、2B和2F一起示出用于形成束耦合和分离器的再一实施例的方法的另一实施例的示意性流程图；

图3A和3B一起示出用于形成包括复合斜面（compound bevels）的束耦合和分离器的另一实施例的方法的实施例的示意性流程图；

图4A是具有成角度的（angled）弯曲部的图2F所示的束耦合和分离器的另一实施例的示意图；

图4B是具有弧形弯曲部的图2F所示的束耦合和分离器的又一实施例的示意图；

图5A是具有成角度的弯曲部的图2D所示的束耦合和分离器的另一实施例的示意图；

图5B是具有弧形弯曲部的图2D所示的束耦合和分离器的另一实施例的示意图；

图6是其中波导的端部被磨圆的对称的束耦合和分离器的实施例的示意性剖视图；

图7是包括与图4所示的束耦合和分离器类似的束耦合和分离器的实施例的对称模块的实施例的示意图；

图8是示出级联在一起的多个波导的实施例的示意图；

图9A是示出级联在一起的多个波导的另一实施例的示意图；

图9B是示出级联在一起的多个波导的又一实施例的示意图；

图9C是示出级联在一起的多个波导的再一实施例的示意图；

图10是包括经由包层（cladding layer）分隔开的多个束耦合和分离器的系统的示意图；以及

图11是束耦合和分离器的另一实施例。

具体实施方式

本文所公开的束耦合和分离器的实施例包括被配置为使得能够对信号路径的布局和路由进行灵活的地形布置的各种波导。有利地，束耦合和分离器的耦合比可被动态地调整（例如，在场地外）或设置为预定的固定比。在本文所公开的实施例中，耦合比与光学信号的偏振无关，并且在一些情况下，耦合/分离不会造成光学信号的显著衰减。

现参考图1，示出了用于形成本文所公开的束耦合和分离器的实施例的方法的实施例。通常，该方法包括：在第一波导中形成斜面和弯曲部，如在附图标记100处所示；布置第二波导，以使得第二波导的互补形状的斜面与第一波导斜面的至少一部分相邻，如在附图标记102处所示；以及调整第一波导和第二波导之间的耦合比，如在附图标记104处所示。应当理解的是，在下文中将进一步参考图2A-2G、3A和3B以及4-10来讨论该方法。图11示出束耦合和分离器的另一实施例，并且将参考图11来讨论用于形成这样的实施例的方法。

图2A和2B一般性地示出具有弯曲部和斜面14的第一波导12的形成。该弯曲部通常与斜面14相对，并且斜面14相对于波导12的输入端口I截面和输出端口O截面来说是对称的。斜面14被配置为对入射在其上的光进行全内反射，以使得来自输入端口I的光被重定向为朝向输出端口O（除了在该器件以其他方式被配置为使光透射通过斜面14（如下文在各种实施例中所讨论的）的区域处以外）。当第一波导12是线性的时，应当理解的是，可以通过与为入射在斜面14上并且被反射离开斜面14的光提供路径的另一波导耦合来形成弯曲部（例如参见图9B）。

如图2A中所示，可以通过将两个光纤F₁、F₂粘接在一起来形成第一波导12。通常，光纤F₁、F₂由具有期望的折射率的相同材料而制成，并且经由折射率匹配的粘合剂（例如，胶水）而被粘接在一起。在非限制性示例中，形成波导12的光纤F₁、F₂是玻璃、聚合材料（一种或多种）（例如，聚碳酸酯、聚酰胺、丙烯酸树脂等）、硅或其它类似材料。光纤F₁、F₂每个的直径的范围为从约20微米至约1000微米。在一个实施例中，光纤F₁、F₂可以被粘接为使得波导12呈现出期望的弯曲部。在另一实施例中，单个光纤可以被物理地弯曲至期望的曲率半径。应当理解的是，该弯曲部可以处于任意期望的角度θ_b（如图2A中所示）或处于任意期望的曲率半径，其中任意期望的角度θ_b和任意期望的曲率半径均至少部分地取决于光束的期望路径。图2A中的弯曲部被示出为处于90°，并且曲率半径为0。在其它实施例中，曲率半径大于0，并且弯度是渐进的且连续的（参见例如图4B和5B，与图2A中所示的陡峭角度θ_b成对比）。

一旦光纤F₁、F₂以期望的方式被粘接，则在第一波导12中形成斜面14。在非限制性示例中，斜面14被裁切和抛光。在另一非限制性示例中，可以使用具有期望形状（例如，图2B所示的形状）的模具来形成波导12的弯曲部和斜面14。在其它技术中，使用光刻法来形成波导12。斜面14的表面可以是平的或弯曲的。如之前提到的，入射在斜面14的至少一部分上的光经历全内反射；这样，斜面14的至少一个部分被配置为处于比90°—临界角（其通过arcsin*（n₂/n₁）被定义，其中n₂是密度较低的介质（例如，空气反射涂层）的折射率，并且n₁是密度较大的介质（例如，波导12）的折射率）小的角度θ_b1（相对于轴A₁）。对于典型的波导12材料（参见上文）来说，角度θ_b1为45°或更小。如图2B中所示，斜面14处于45°的角度。

如图2C-2F中所示，第一波导12与第二波导16以某种方式耦合。在参考图2C-2F所述的所有实施例中，第二波导16包括形状与第一波导斜面14的形状互补的斜面18，并且第二波导斜面18被布置为与第一波导斜面14的至少一部分相邻。如图2C-2F中所示，短语“配置为与…相邻”包括一个斜面14与另一斜面18直接接触或者以其间布置有材料（例如，反射器、空气等）的方式接触。

应当理解的是，本文所公开的第二波导16（包括斜面18）的所有实施例可以经由用于形成本文所公开的第一波导12（包括斜面14）的所有实施例的上文所述的相同方法而形成。如下文中进一步所述的，第二波导16的任意实施例可以由与第一波导12相同或不同的材料而制成，并且因此，可以具有与第一波导12相同或不同的折射率。通常，第二波导16由一个或多个光纤形成，这至少部分地取决于波导16的构造。此外，在一些情况下，第二波导16是不同于第一波导12的形状，并且在其它情况下，第二波导16对于第一波导12来说是对称的。

在一些情况下，第一波导12和/或第二波导16可以分别由有孔的或微结构化的光纤构成。这样的有孔光纤具有用作包层的沿着光纤的长度方向延伸的气孔的大致规则的布置。芯通常由气孔的大致规则的布置的中心处的固态区域形成，或者由气孔的大致规则的布置的中心处的附加气孔形成。这样的光纤的有效折射率由孔的密度决定。这样，可以布置孔以改变波导12和/或16的有效折射率。有孔光纤的芯通常会具有与包层相比密度更低的孔，并且因此该芯的有效折射率通常高于包层的有效折射率。

在每一实施例中，反射光r与透射光t的比率（即，耦合或分光比R=r/t）可以根据用于耦合波导12、16的耦合技术而改变。应当理解的是，对该比率的调整可以动态地执行（例如，在场地中），或者可以以使得束耦合和分离器被制造为具有固定的耦合比的方式来实现。在附图中，“i”表示输入到波导12中的光束。

在本文所公开的实施例中，波导12、16的折射率相同或大致相同。波导12、16的折射率应当在sin（90-θ_b1）<n₂/n₁的范围内。在这样的情况下，波导12、16每个均可以选自玻璃、聚合材料（一种或多种）（例如，聚碳酸酯、聚酰胺、丙烯酸树脂等）、硅或其它类似材料。为了在波导12、16的材料相同时实现期望的耦合比，可以利用许多不同的技术。参考图2C-2F以及图3A和3B来说明这样的技术。

在图2C中，通过在斜面14、18之间建立至少部分反射的涂层20来调整束耦合和分离器10’的耦合比。反射率的百分比和建立至少部分反射的涂层20的图案至少部分取决于斜面14、18之间的界面处的期望的分束特性。在一些情况下，涂层20为部分反射的（即，小于100%反射），并且建立在斜面14、18之间的整个界面上。在其它情况下，涂层20为100%反射的，并且（例如，以点状、条状或其它类似的图案）建立在斜面14、18之间的界面的一部分上。在另一些情况下，涂层20的某些部分是100%反射的，而涂层20的其它部分为低于100%反射的。接触涂层20的反射部分的光束将被重定向（例如，被重定向到第一波导12的上部中），而接触涂层20的较不反射或非反射部分或者斜面14、18之间的不包括涂层20的那些区域的光束将继续穿过，到达波导16。

作为非限制性示例，如果期望使光束的75%透射通过而到达第二波导16并且使光束的25%被反射到第一波导12的上部中，则可以在斜面14、18粘接在一起之前在斜面14、18其中之一的25%的区域上建立100%反射涂层20。

至少部分反射的涂层20的适当材料的非限制性示例包括作为所选波长的光的反射器的银、铝或其它材料。至少部分反射的涂层20可以在斜面14、18粘接在一起之前建立在这两个斜面其中之一的表面上或者同时建立在这两个斜面的表面上。用于建立涂层20的适当技术的非限制性示例是热或电子束蒸发、溅射或CVD/PVD生长。

进一步应当理解的是，还可以改变至少部分反射的涂层20的厚度来调整耦合比。通过涂层20的厚度来确定反射的百分比。例如，0.01μm厚的铝涂层将是部分反射的，而1μm厚的铝涂层将是100%反射的。这样，可以通过涂层20的厚度来控制期望的耦合比。在一些情况下，也可以使用具有不同折射率的多层材料来实现部分反射。这样的多层涂层的反射将是与偏振相关的，并且因此可能较不期望。

现参考图2D，在束耦合和分离器10’’的该实施例中，耦合比可通过使第二波导斜面18相对于第一波导斜面14偏移来调整。如所示，入射在与波导16不相邻的斜面14上的光束经历全内反射并且在波导12内被重新路由。在该实施例中，由于波导12、16具有相同的折射率，因而入射在斜面14、18直接接触的界面上的那些光束透射通过而到达波导16。随着偏移的增大，反射光与透射光的比率将增大。

图2E示出如何可以调整束耦合和分离器10’’’的耦合比的又一实施例。在该实施例中，在斜面12、16之间形成间隙G。当间隙G的厚度小于1个波长时，光束将被透射。在一些情况下，间隙G在斜面12、16之间的整个界面上是恒定的。在其它情况下，间隙G沿着斜面12、16的长度方向可以具有改变的厚度，以使得期望百分比的光束被反射和透射。应当理解的是，当间隙G大于约1个波长时，第一波导斜面14与空气相邻。在这样的示例中，在斜面14处发生全内反射，并且因此在波导12、16之间不存在耦合。

图2C-2E的实施例示出了大致线性的第二波导16。图2F示出了第二波导16’的另一示例。如所示，第二波导16’的该实施例包括弯曲部，并且对于第一波导12来说是对称的。应当理解的是，该附图中的波导12、16’的形状、弯曲和/或角度是例示性的而并非是限制性的。此外，由于波导12、16、16’的材料是相对柔软的，因此波导12、16、16’可以被配置为具有其它形状（例如，包括弧形，参见图10）。

图2F的束耦合和分离器10的构造可以用来以各种方式对光进行耦合和分离。光束（标记为i和i₁）可以经由波导12、16’的输入端口I的其中一个或者经由这两个输入端口I而被输入。当利用两个输入端口I时，可以将不同的信息/信号/调制编码在进入波导12、16’的输入端口I的各个光束（一条或多条）中。这些信号通过图2F中的分离器/组合器/耦合器10被组合，并且通过波导12、16’的输出端口O被路由至不同的目的地。进入输入端口I的光可以被时分复用或者可以是不同的波长以允许组合信号在输出端口O处的分离。应当理解的是，图2F所示的实施例的输入端口I和输出端口O可以被颠倒，从而使光束通过束耦合和分离器10的路径颠倒。进一步应当理解的是，结合图2C-2E说明的用于调整耦合比的技术中的任一个或多个可以在图2F所示的实施例中实现。

现参考图3A和3B，示出了波导12’、16’’的其它实施例。图2A-2F所示的实施例示出了单个斜面14、18，而图3A-3B所示的实施例示出了复合斜面14’、18’。通常，复合斜面14’、18’的粘接（图3B所示）导致形成间隙G，其中，间隙G较大（例如大于1个波长）且是恒定的，以使得入射在与间隙G相邻的子斜面24、24’上的光被全内反射至波导12’中。然而，入射在接触表面上的光100%地透射穿过波导12’、1’’6’’。接触面积和间隙G面积的比率（以及因此耦合比）受到波导12’、16’’的不对称性的控制。第一波导12’’的复合斜面14’包括子斜面24、24’。类似地，第二波导16’’的复合斜面18’包括子斜面28、28’。每个波导12’、16’’的子斜面24、24’和28、28’经由与各波导12’、16’’的轴A₁、A₂垂直的接触表面而被分隔开。第一波导子斜面24的尺寸与第二波导子斜面28’的尺寸一致，并且第一波导子斜面24’的尺寸与第二波导子斜面28的尺寸一致。当斜面12’、16’’的接触表面直接接触时，这些尺寸选出子斜面24和28以及24’和28’之间的间隙G。在该非限制性示例中，在复合斜面14’、18’没有偏移的情况下，形成间隙G。

应当理解的是，可以在同一束耦合和分离器中将本文所公开的任意耦合比调整技术结合在一起。

现参考图4A和5A，示出了图2F和2D的束耦合和分离器的又一示例。图4A和5A的示例示出了波导12、16、16’可以被配置为具有不同于90°的弯曲角度θ_b，并且斜面14、18可以被配置为处于不同于45°的角度θ_b1。人们相信的是，较小的斜面14、18角度θ_b1使得束耦合和分离器10、10’、10’’、10’’’能够在波导12、16、16’和周围材料（例如，包层）之间的折射率的差较小的情况下使用。较大的曲率半径也使得能够获得不同的物理构造。如图4B和5B中所示，波导12、16、16’的弯曲可以是连续的和弧形的，而并非（如图4A和5A所示）是急转的。

图6是束耦合和分离器10的又一实施例的示例。在该实施例中，通过回流技术、热处理技术或其它适当技术使形成波导12、16’的光纤的端部被磨圆。磨圆的端部形成自对准的透镜以将光束耦合进和/或出束耦合和分离器10。应当理解的是，磨圆的端部可以被包括在本文所公开的任意实施例中。

图7示出包括图4所示的束耦合和分离器10的实施例的对称模块30的非限制性示例。在该模块30中，波导12、16’的长度增大，并且连接器22可操作地连接到波导12、16’的端部。应当理解的是，连接器22通常用来将波导12、16’连接到其它波导12、12’、16、16’、16’’以形成网络。连接器22是允许精确地布置光纤12、16’的端部的物理组件。这样的连接器22对于其中多个波导（具有多个输入端口/输出端口）被对准（参见图10）的实施例来说可能是特别期望的。连接器22也可以包括实现与匹配光纤带的耦合的物理导件。一些连接器22包括在相邻波导之间使光束聚焦的透镜。

在图7所示的实施例中，可以根据需要将光束的输入和输出反转。图7还示出包围束耦合和分离器10的机械外壳25。作为非限制性示例，这种外壳25可以是其内具有空气的箱子。

在本文所公开的任意实施例中，包层材料（未示出）可以覆盖在束耦合和分离器10的光纤（即，波导12、16’）的外表面上。通常，在形成斜面14、18以便于分束的区域处去除包层材料。这种包层材料的折射率通常低于波导12、16’的折射率。适当的包层材料的非限制性示例包括碳氟树脂（诸如来自杜邦的TEFLON?）、硅或绝缘材料等。可以经由化学气相沉积（CVD）、掺杂剂的离子注入、浸渍法或其它类似的处理来沉积该包层材料。当温度达到玻璃转化温度时，也可以对包层材料进行自旋、硫化或硬化。

现参考图8，多个波导12、16、34耦合在一起以形成具有多个分接头29（反射光束行进通过所述分接头）的总线26（透射光束行进通过该总线）。第一和第二波导12、16经由上文所公开的方法的其中一个而耦合在一起。在该实施例中，第二波导16配置有与具有形状互补的斜面36的附加（例如，第三）波导34耦合的第二斜面32。附加波导34还配置有与又一（例如，第四）波导34’的形状互补的斜面36’耦合的第二斜面38。在该特定的非限制性示例中，第五波导34’’包括形状与第四波导34’的第二斜面38’的形状互补的斜面36’’。尽管图8中示出了五个波导12、16、34、34’、34’’，但应当理解的是，可以将任意数量的波导耦合在一起以实现期望的光路。

也如图8中所示，附加波导34、34’、34’’的每个均相对于直接相邻的波导偏移。如上所述，这样的偏移改变了相邻波导的耦合比。应当理解的是，上文所公开的其它任意方法可以用来改变相应的耦合比。

在一个实施例中，波导12、16、34、34’、34’’由相同的材料制成，并且因此具有相同的折射率。在该实施例中，经由上文所述的技术所形成的至少部分反射的涂层20（该图中未示出）可以建立在没有偏移或经由间隙G分隔开的斜面之间。然而，应当理解的是，波导12、16、34、34’、34’’可以使它们各自的耦合比经由本文所述的任意其它技术（或者经由这些技术的组合）而改变。

图9A示出了级联在一起的多个波导12、16的又一实施例。在该实施例中，附加波导40建立在第一和第二波导12、16的至少一部分上。附加波导40构成用于第一波导12的弯曲部，使得其内被全内反射的光被传输至波导40。当波导12、16、40具有相同的折射率时，附加波导40可以经由折射率匹配的粘合材料（例如，胶水）而与波导12、16粘接在一起。

在该实施例中，斜面14、18具有建立在其上的利用上文所述的技术所形成的至少部分反射的涂层，以便按照期望的耦合比对光束进行分离。然而，应当理解的是，耦合比可以经由本文所公开的其它方法（例如，偏移、间隙G的形成、复合斜面14’、18’、这些方法的组合等）来实现。

将被反射离开至少部分反射的涂层20的光束引向被配置为全内反射入射在其上的任意光束的表面S。被内反射的光束的方向被改变90°，从而使得这些光束行进到附加波导40之外。

如图9A中所示，附加波导40的另一表面S₂可以被粘接到又一波导42，以进一步以期望的方式引导光束。通常，表面S₂和波导42的形状互补的表面被配置为使得光从其中透射通过。波导42具有形状与其所粘接的波导44的斜面48的形状互补的斜面46。在该非限制性示例中，斜面46、48具有建立在它们之间的至少部分反射的涂层20，以便根据预定的耦合比对光束进行分离。另一附加波导40’建立在波导46、48的至少一部分上。由于通常波导46、48、40’具有相同的折射率，因此该附加波导40’可以经由折射率匹配的粘合材料（例如，胶水）而粘接到波导46、48。

将从斜面46、48之间的至少部分反射的涂层20反射离开的光束引向被配置为全内反射入射在其上的任意光束的表面S’。被内反射的光束的方向被改变90°，以使得这些光束行进到附加波导40’之外。

如图9A中所示，通过将波导40’的表面S₂’粘接到波导42’的形状互补的表面，可以将波导42’、44’和40’’的类似堆叠可操作地耦合到其它波导12、16、40、42、44、40’。可以如之前针对波导16、40、44、40’所述的那样来配置和定位剩余的波导44’、40’’。可以将这样的堆叠重复适于实现期望的光路的次数。

如以虚线示出的，包层50还可以建立在附加波导40、40’、40’’以及建立这些附加波导所基于的波导12、16、42、44、42’、44’之间。反射光束能够行进通过这样的包层50。在一些情况下，包层50建立在波导16、40、44、40’以及波导44’、40’’之间。

如之前所提到的，尽管图9A（以及下文所讨论的图9B）示出了至少部分反射的涂层20，但应当理解的是，相邻波导12、16、42、44、42’、44’之间的耦合比可以经由本文所公开的其它方法（例如，偏移、间隙G的形成、复合斜面14’、18’、这些方法的组合等）来实现。

图9B示出了图9A中所示的级联在一起的多个波导的类似实施例，不同的是波导40和40’在它们各自的第二表面S₂、S₂’处包括形状与相邻波导44、44’的斜面48、48’的形状互补的斜面。在该实施例中，波导42、42’未被包括。

图9C示出了级联在一起的多个波导12、16、56、56’、58、60的又一实施例。在该实施例中，波导12、16以诸如上文中参考图2D所述的方式的偏移方式被耦合。第三波导56位于波导12上（从而形成用于来自波导12的被全内反射的光的弯曲部）。波导56自身包括弯曲部和使入射在其上的光束全内反射的表面S（即，斜面）。该波导56可以经由上文针对波导12所述的方法来形成。

如所示，波导56可以包括与又一波导58相耦合的第二表面S₂。尽管未示出，但应当理解的是，如果需要第二表面S₂也可以是斜面。附加波导（例如波导60、56’）可以以适当的方式被耦合，以实现用于光束的期望路径。

在该实施例中，波导12、16、58、60被示出为相互偏移以实现期望的耦合比，然而，应当理解的是，相邻波导12、16、58、60之间的耦合比可以经由本文所公开的其它方法（例如，至少部分反射的涂层20、间隙G的形成、复合斜面14’、18’、这些方法的组合等）来实现。

现参考图10，示出了包括多个束耦合和分离器10’的系统100的非限制性示例。束耦合器/分离器10’形成多个平行的光通道。该系统100的每个通道包括在互补斜面14、18之间具有至少部分反射的涂层20的第一和第二波导12、16以及被布置为使从斜面14、18行进来的光束重定向的附加波导40。尽管在该实施例中示出了反射涂层20以实现期望的耦合比，但应当理解的是，可以进行本文所公开的任意其它调整以获得期望的耦合比。

系统100的每个通道经由包层50与相邻的部件10或通道分隔开。包层50有助于降低或消除部件10’之间的光学串扰。包层50通常由折射率比波导12、16的折射率低的材料制成。如之前所提到的，适当的包层材料的非限制性示例包括碳氟树脂（诸如来自杜邦的TEFLON?）、硅或绝缘材料等。可以经由化学气相沉积（CVD）、掺杂剂的离子注入、浸渍法或其它类似的处理来沉积该包层50。当温度达到玻璃转化温度时，还可以对包层材料进行自旋、硫化和硬化。

应当理解的是，系统100中的每个耦合器/分离器10’均具有将光束引导到各自的波导12的光源52。这样的光源的非限制性示例是垂直腔面发射激光器（VCSEL）。也可以利用单独的透镜54（以虚线示出）来将来自一个光源52的光束引导到相应的波导12。图10所示的箭头示出了如何引导光通过每个束耦合器/分离器10’。如所示，利用部件10’将系统100的光以平行的方式耦合。

在图10中还示出了如何可以将波导（在该示例中为附加波导40的其中一个）配置为具有弧形形状的非限制性示例。人们相信，由于可以用相对柔软的材料（例如，聚合物）来形成波导，因此可以容易地实现这些替代形状。这样的波导的功能类似于用于传输电信号的带状线缆。

尽管附图中未示出，但一个或多个检测器可以被布置为检测射出束耦合和分离器的光束的一部分或全部。

现参考图11，示出了束耦合器/分离器1000的另一实施例。束耦合器/分离器1000的该实施例包括具有单个输入端口I和两个输出端口O₁、O₂的T形波导52。上文中针对其它波导12、16等所述的材料可以用来制成T形波导52。作为一个非限制性示例，第一光纤可以粘接到第二光纤以形成T形波导52。作为另一非限制性示例，单个光纤可以形成T形波导52。

楔形部（wedge）54形成在T形波导52中的某位置处，以使得该楔形部54将经由单个输入端口I进入T形波导52的光束以预定方式在两个输出端口O₁、O₂之间进行分光。沿着轴A₅₄移动楔形部54将改变反射到第一输出O₁的光束与反射到第二输出O₂的光束的比率。作为示例，如果图11所示的楔形部54沿着轴A₅₄向着输出O₁移动（但仍与输入端口I相对），则更多的光将被引向输出O₂。

楔形部54的角度被配置为使得发生全内反射。可以经由例如模制或光刻技术来在波导52内形成楔形部54。

本文所公开的束耦合和分离器10、10’、10’’、1000可以被配置为引导任意期望的波长。这样，本文所使用的术语“光”和“光束”可以被广泛地定义为包括范围从约400nm到约1500nm的波长。在一些情况下，光是指具有可视范围（400nm-700nm）附近的波长的电磁辐射。在其它情况下，光是指850nm的波长。在另一些情况下，光是指通常用于电信的或1500nm的波长。

条款1：一种束耦合和分离器，包括：

第一波导，其包括斜面和弯曲部，所述斜面被配置为全内反射入射在所述斜面上的至少一部分光；以及

第二波导，其包括形状与所述第一波导的斜面的形状互补的斜面，所述第二波导耦合到所述第一波导以使得：i）所述第二波导的斜面与所述第一波导的斜面的至少一部分相邻，以及ii）实现预定的耦合比。

条款2：根据条款1所述的束耦合和分离器，其中所述第一波导和所述第二波导具有相同的折射率，并且其中所述束耦合和分离器还包括至少部分反射的涂层，其中所述至少部分反射的涂层i）被建立在所述斜面之间的界面处，以及ii）以实现所述预定的耦合比的方式被建立。

条款3：根据前述任一项条款所述的束耦合和分离器，其中所述第二波导的斜面以实现所述预定的耦合比的方式相对于所述第一波导的斜面偏移。

条款4：根据前述任一项条款所述的束耦合和分离器，还包括位于所述斜面之间的间隙，其中所述间隙的厚度被配置为实现所述预定的耦合比，并且其中所述间隙的厚度小于被引入到所述束耦合和分离器内的入射光的波长。

条款5：根据条款4所述的束耦合和分离器，其中光的所述波长的范围为从约400nm到约1500nm。

条款6：根据条款1所述的束耦合和分离器，其中所述第一波导的斜面为包括第一子斜面和第二子斜面的复合斜面，其中所述第二波导的斜面为包括i）形状与所述第一波导的复合斜面的第二子斜面的形状互补的第一子斜面以及ii）形状与所述第一波导的复合斜面的第一子斜面的形状互补的第二子斜面的复合斜面，其中所述第一波导的复合斜面的第一子斜面与所述第二波导的复合斜面的第一子斜面以及所述第一波导的复合斜面的第二子斜面与所述第二波导的复合斜面的第二子斜面分别被耦合，以形成i）第一子斜面之间以及ii）第二子斜面之间的各自的间隙。

条款7：根据前述任一项条款所述的束耦合和分离器，其中所述第二波导包括第二斜面，并且其中所述束耦合和分离器还包括第三波导，所述第三波导包括形状与所述第二波导的第二斜面的形状互补的斜面，所述第三波导耦合到所述第二波导以使得：i）所述第三波导的斜面与所述第二波导的第二斜面的至少一部分相邻，以及ii）实现其它预定的耦合比。

条款8：根据前述条款1至7中任一项所述的束耦合和分离器，还包括第三波导，第三波导建立在所述波导和所述第二波导的至少一部分上，所述第三波导形成所述第一波导的弯曲部，并且包括成角度的表面，所述成角度的表面被配置为全内反射来自所述第一波导的斜面并入射在所述成角度的表面上的光束。

条款9：根据前述任一项条款所述的束耦合和分离器，其中所述弯曲部被布置为处于预定的角度或曲率半径。

条款10：一种用于形成根据前述条款中的任一项所述的束耦合和分离器的方法，所述方法包括：

在第一波导中形成斜面和弯曲部；

布置第二波导以使得第二波导的形状互补的斜面与所述第一波导的斜面的至少一部分相邻；以及

调整所述第一波导和所述第二波导之间的耦合比。

条款11：根据条款10所述的方法，其中通过以下处理中的至少一个来实现对所述耦合比的调整：

i）将所述斜面的角度配置为预定的角度；

ii）在所述斜面之间的界面处建立至少部分反射的涂层；

iii）使所述第二波导的斜面以预定方式相对于所述第一波导的斜面偏移；

iv）在所述第一波导的斜面和所述第二波导的斜面之间形成具有预定厚度的间隙；

v）针对所述第一波导的斜面和所述第二波导的斜面中的每个利用复合斜面；或

vi）i-v的组合。

条款12：一种用于对光束进行耦合和分离的系统，包括：

根据条款1-9中任一项所述的束耦合和分离器；以及

光源，其被布置为将光束引导到所述束耦合和分离器的所述第一波导中。

条款13：根据条款12所述的系统，还包括：

根据条款1-9中任一项所述的第二束耦合和分离器；以及

第二光源，其被布置为将光束引导到所述第二束耦合和分离器的所述第一波导中；以及

包层，其布置在所述束耦合和分离器以及所述第二束耦合和分离器之间。

条款14：根据条款12或13中任一项所述的系统，还包括透镜，所述透镜布置在所述光源和所述束耦合和分离器的所述第一波导之间，所述透镜配置为将来自所述光源的光束引导到所述束耦合和分离器的所述第一波导中。

条款15：一种束耦合和分离器，包括：

T形波导，其具有单个输入端口和两个输出端口；以及

楔形部，其形成在所述T形波导中的某位置处，且被配置为将经由所述单个输入端口进入所述T形波导的光束以预定的方式在所述两个输出端口之间进行分光。

条款16：根据条款15所述的束耦合和分离器，其中所述楔形部的角度被配置为使得发生全内反射。

尽管已经详细说明了多个实施例，但对本领域技术人员来说显而易见的是，可以对所公开的实施例进行修改。因此，上述说明应当被认为是示例性的，而并非是限制性的。

Claims

1.一种束耦合和分离器，包括：

2.根据权利要求1所述的束耦合和分离器，其中所述第一波导和所述第二波导具有相同的折射率，并且其中所述束耦合和分离器还包括至少部分反射的涂层，所述至少部分反射的涂层i）被建立在所述斜面之间的界面处，以及ii）以实现所述预定的耦合比的方式被建立。

3.根据权利要求1所述的束耦合和分离器，其中所述第二波导的斜面以实现所述预定的耦合比的方式相对于所述第一波导的斜面偏移。

4.根据权利要求1所述的束耦合和分离器，还包括位于所述斜面之间的间隙，其中所述间隙的厚度被配置为实现所述预定的耦合比，并且其中所述间隙的厚度小于被引入到所述束耦合和分离器内的入射光的波长。

5.根据权利要求4所述的束耦合和分离器，其中光的所述波长的范围为从约400nm到约1500nm。

6.根据权利要求1所述的束耦合和分离器，其中所述第一波导的斜面为包括第一子斜面和第二子斜面的复合斜面，其中所述第二波导的斜面为包括i）形状与所述第一波导的复合斜面的第二子斜面的形状互补的第一子斜面以及ii）形状与所述第一波导的复合斜面的第一子斜面的形状互补的第二子斜面的复合斜面，其中所述第一波导的复合斜面的第一子斜面与所述第二波导的复合斜面的第一子斜面以及所述第一波导的复合斜面的第二子斜面和所述第二波导的复合斜面的第二子斜面分别被耦合，以形成i）第一子斜面之间以及ii）第二子斜面之间的各自的间隙。

7.根据权利要求1所述的束耦合和分离器，其中所述第二波导包括第二斜面，并且其中所述束耦合和分离器还包括第三波导，所述第三波导包括形状与所述第二波导的第二斜面的形状互补的斜面，所述第三波导耦合到所述第二波导以使得：i）所述第三波导的斜面与所述第二波导的第二斜面的至少一部分相邻，以及ii）实现其它预定的耦合比。

8.根据权利要求1所述的束耦合和分离器，还包括第三波导，所述第三波导建立在所述波导和所述第二波导的至少一部分上，所述第三波导形成所述第一波导的弯曲部，并且包括成角度的表面，所述成角度的表面被配置为全内反射来自所述第一波导的斜面并入射在所述成角度的表面上的光束。

9.根据权利要求1所述的束耦合和分离器，其中所述弯曲部被布置为处于预定的角度或曲率半径。

10.一种用于形成根据权利要求1所述的束耦合和分离器的方法，所述方法包括：

在第一波导中形成斜面和弯曲部；

调整所述第一波导和所述第二波导之间的耦合比。

11.根据权利要求10所述的方法，其中通过以下处理中的至少一个来实现对所述耦合比的调整：

i）将斜面的角度配置为预定的角度；

ii）在所述斜面之间的界面处建立至少部分反射的涂层；

iii）使所述第二波导的斜面以预定的方式相对于所述第一波导的斜面偏移；

v）对于所述第一波导的斜面和所述第二波导的斜面中的每一个使用复合斜面；或

vi）i-v的组合。

12.一种用于对光束进行耦合和分离的系统，包括：

根据权利要求1所述的束耦合和分离器；以及

13.根据权利要求12所述的系统，还包括：

根据权利要求1所述的第二束耦合和分离器；以及

14.一种束耦合和分离器，包括：

T形波导，其具有单个输入端口和两个输出端口；以及

楔形部，其形成在所述T形波导中的某位置处且被配置为将经由所述单个输入端口进入所述T形波导的光束以预定的方式在所述两个输出端口之间进行分光。