CN109154700B - 光耦合设备和方法 - Google Patents

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Abstract

一种光耦合设备(100)可以包括具有相对的第一表面和第二表面(104，106)的第一双折射层(102)。第一双折射层可以将在第一表面处被接收的入射光分成第一光束和第二光束(110，112)。第一光束和第二光束可以具有彼此正交的相应的偏振取向。第一双折射层可以将第一光束和第二光束沿着第一双折射层内的相应的第一路径和第二路径(114，116)传播到第二表面。第一光束和第二光束可以在第二表面处在空间上被分离。面向第一双折射层的第二表面的重定向层(118)可以包括被配置为分别重定向第一光束和第二光束以在重定向层内传播作为相应的第三光束和第四光束(124，126)的第一光栅耦合器和第二光栅耦合器(120，122)。在一些示例中，第三光束和第四光束可以具有彼此平行的相应的偏振取向。

Description

光耦合设备和方法
对相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年5月25日提交的美国临时申请No.62/341,195的权益，该临时申请通过引用整体并入本文。
技术领域
本公开内容涉及偏振敏感光学组件。
背景技术
光子集成电路可以从片外光源接收光。在一些情况中，接收的光可以具有随时间不可预测地变化的偏振态。期望以减小偏振变化的影响的方式考虑接收的光的偏振。
附图说明
在本发明的示例实施例的以下具体实施方式中，参考附图，附图形成了本发明的一部分并且仅通过说明的方式示出了其中可以实践本发明的具体实施例。应当理解，在不脱离本发明的范围的情况中，可以利用其他实施例并且可以进行结构改变。
图1示出了根据一些实施例的光耦合设备的示例。
图2示出了根据一些实施例的第一光栅耦合器和第二光栅耦合器的示例。
图3示出了根据一些实施例的第一光栅耦合器和第二光栅耦合器的另一示例。
图4示出了根据一些实施例的另一光耦合设备的示例。
图5示出了根据一些实施例的另一光耦合设备的示例。
图6示出了根据一些实施例的双向光链路的示例。
图7示出了根据一些实施例的用于光耦合设备的操作方法的示例。
对应的附图标记贯穿若干视图指示对应的部分。附图中的元素不一定按比例被绘制。附图中所示的配置仅仅是示例，并且不应当被解释为以任何方式限制本发明的范围。
具体实施方式
光耦合设备可以从片外光源接收光，将接收的光分成具有正交偏振态的分离的光束，并且将分离的光束耦合到相应的波导中。光耦合设备可以使用将分离的光束的偏振态定向为共面的几何形状。当被耦合到波导中时，分离的光束可以具有相同的偏振态，诸如TE或TM。
波导可以将光束引导到可以对光束进行操作的光子集成电路，诸如通过施加增益。因为光束具有相同的偏振态，所以光子集成电路可以均等地对光束进行操作，诸如对分离的光束施加特定水平的增益。这可以克服光子集成电路关于偏振态的响应中的任何差异，其否则可能导致一个光束比另一光束受到更多的影响。在光子集成电路在分离的光束上执行了它的功能之后，相同的光耦合设备或不同的设备可以将光束引导离开光子集成电路。
在一些示例中，光耦合设备可以包括在空间上彼此被分离的多个光栅耦合器。这样的空间分离可以允许专用光栅耦合器被用于设备中的每个光束。与针对多个光束使用单个光栅耦合器相比较，使用各自仅对单个光束进行操作的专用光栅耦合器可以实现更有效的耦合器设计。
在一个示例中，一种光耦合设备可以包括具有相对的第一表面和第二表面的第一双折射层。第一双折射层可以将在第一表面处被接收的入射光分成第一光束和第二光束。第一光束和第二光束可以具有彼此正交的相应的偏振取向。第一双折射层可以将第一光束和第二光束沿着第一双折射层内的相应的第一路径和第二路径传播到第二表面。第一光束和第二光束可以在第二表面处在空间上被分离。面向第一双折射层的第二表面的重定向层可以包括第一光栅耦合器和第二光栅耦合器，第一光栅耦合器和第二光栅耦合器被配置为分别重定向第一光束和第二光束以在重定向层内传播作为相应的第三光束和第四光束。在一些示例中，第三光束和第四光束可以具有彼此平行的相应的偏振取向。
图1示出了根据一些实施例的光耦合设备100的示例。这样的光耦合设备100可以从光源接收光，将接收的光分成具有正交偏振态的分离的光束，并且使用将定向的光束的偏振态定向为共面的几何形状来将分离的光束引向相应的波导。图1的光耦合设备100也可以被反向使用，以组合来自各个波导的光。图1的配置仅是可以执行这样的功能的光耦合设备100的一个示例。其他配置也可以被使用。
图1示出了分层结构的边缘视图，其沿着在分层结构内传播的光束上的线被切割。将理解，图1中所示的切口为了清楚而是严格的，并且分层结构中的实际层横向延伸超过图1中所示的切口。下面讨论的图4和图图5还包括具有为了清楚而被严格地示出的切口的视图。
光耦合设备100可以包括可以分离光束的正交偏振分量的第一双折射层102。如果光束以垂直入射(例如，平行于第一双折射层102的表面法线)照射第一双折射层102，或者如果光束以非法线入射(例如，相对于表面法线成角度)照射第一双折射层102，则偏振分量的分离发生。第一双折射层102可以具有相对的第一表面104和第二表面106。在一些示例中，第一双折射层102可以将纵轴(LA)限定为与第一表面104正交。
在一些示例中，第一双折射层102可以从具有相对于纵轴(LA)成在0度到90度之间(不包括0度和90度)的角度的光轴108的材料被形成。在一些示例中，光轴108可以相对于纵轴(LA)成45度角。对于双折射材料，光轴108的45度角取向是相对常见的晶体切口。也可以使用其他角度取向。
第一双折射层102可以将在第一表面104处被接收的入射光分成第一光束110和第二光束112，对应于普通光线和非常光线。第一光束110和第二光束112可以具有彼此正交的相应的偏振取向。普通光线可以具有与由光轴108和纵轴(LA)形成的平面正交的偏振态。非常光线可以具有与普通光线的偏振态和非常光线的传播方向两者正交的偏振态。非常光线的偏振态可以位于由光轴108和纵轴(LA)形成的平面内。
第一双折射层102可以将第一光束110和第二光束112沿着第一双折射层102内的相应的第一路径114和第二路径116传播到第二表面106。为了便于参考，第一路径114和第二路径116在图1中分别用带圆圈的数字1和2标记。第一路径114和第二路径116可以相对于彼此成角度。对于与第一双折射层102的第一表面104正交的入射光束，普通光线可以在与入射光束相同的路径上继续，而非常光线可以朝向或远离光轴108成角度地偏转。对于正单轴双折射材料，诸如金红石，非常光线朝向光轴108成角度地偏转。对于负单轴双折射材料，诸如方解石和铌酸锂，非常光线远离光轴108成角度地偏转。在图1和随后的图中，第一双折射层102和任何附加的双折射层由一种或多种正单轴材料形成。将理解，负单轴材料可以备选地被用于这些双折射层中的任何或所有这些双折射层。对于正单轴材料和负单轴材料，角度偏转位于由光轴108和与第一双折射层102的第一表面104正交的纵轴(LA)形成的平面中。第一光束110和第二光束112可以在第二表面106处具有空间间隔。
在一些示例中，第一双折射层102可以包括方解石，其具有相对较大的双折射。在一些示例中，第一双折射层102可以包括方解石或铌酸锂，其通常以晶片形式可获取，可以从其中分割出片以形成分层结构。在一些示例中，第一双折射层102可以包括金红石，其通常也可以在晶片中可获取，并且可以可选地被直接地沉积在光子集成电路的晶片上。
光耦合设备100还可以包括面向第一双折射层102的第二表面106的重定向层118。重定向层118可以包括第一光栅耦合器120和第二光栅耦合器122。在一些示例中，第一光栅耦合器120和第二光栅耦合器122各自可以包括其中折射率周期性变化的相应的区域。下面被进一步详细讨论的图2和图3示出了第一光栅耦合器120和第二光栅耦合器122的具体示例。
在一些示例中，第一光栅耦合器120和第二光栅耦合器122中的任一者或两者可以被设置在重定向层118的表面上，诸如在重定向层118的顶表面或底表面上。在一些示例中，第一光栅耦合器120和第二光栅耦合器122中的任一者或两者可以被设置在重定向层118的体积中，在重定向层118的顶表面和底表面之间。
在一些示例中，第一光栅耦合器120和第二光栅耦合器122可以在空间上被分离。在一些示例中，第一光栅耦合器120和第二光栅耦合器122可以具有与第一双折射层102的第二表面106处的第一光束110和第二光束112的分离匹配的间隔。
第一光栅耦合器120和第二光栅耦合器122可以分别重定向第一光束110和第二光束112以在重定向层118内传播作为沿着相应的第三路径128和第四路径130的相应的第三光束124和第四光束126。为了便于参考，第三路径128和第四路径130在图1中分别用带圆圈的数字3和4被标记。第三路径128和第四路径130可以相对于彼此成角度。在一些示例中，第三路径128和第四路径130可以分别被定向为与第一区域和第二区域的周期性变化正交。
在一些示例中，第三光束124和第四光束126可以具有共面的相应的偏振取向。在一些示例中，第三光束124和第四光束126可以具有与第一双折射层102的第二表面106平行的相应的偏振取向。
在一些示例中，第三光束124和第四光束126可以具有垂直于第一双折射层102的第二表面106的相应的偏振取向。对于这些示例，第一光栅耦合器120可以将第一光束110重定向在由第一双折射层102的光轴108和与第一双折射层102的第一表面104正交的纵轴(LA)形成的平面内。对于这些示例，第二光栅耦合器122可以将第二光束112重定向为与由光轴108和纵轴(LA)形成的平面正交。
在其他示例(图1中未示出)中，第三光束124和第四光束126可以具有与第一双折射层102的第二表面106平行的相应的偏振取向。对于这些示例，光栅耦合器可以将第一光束110重定向为与由光轴108和纵轴(LA)形成的平面正交。对于这些示例，光栅耦合器可以将第二光束112重定向在由光轴108和纵轴(LA)形成的平面内。
在一些示例中，光耦合设备100还可以包括被定位在第一双折射层102与重定向层118之间的可选的间隔层132。在一些示例中，间隔层132可以被形成为基底，在该基底上可以形成光子集成电路。在一些示例中，间隔层132可以从各向同性(例如，非双折射)材料被形成。在一些示例中，间隔层132可以具有与第一双折射层102的第二表面106接触的第一表面134。在一些示例中，间隔层132可以具有接触重定向层118的、与第一表面134相对的第二表面136。
在一些示例中，光耦合设备100可以被配置为将来自光纤的光耦合到一个或多个波导。这样的光纤未在图1中被示出，但是将可以被定位在图的顶部，竖直定向，并且向光耦合设备100中发射光。在一些示例中，从光纤发射的光可以具有平行于纵轴(LA)的中心轴。在其他示例中，从光纤发射的光可以具有相对于纵轴(LA)成角度的中心轴。类似地，波导未在图1中被示出，但是将可以被定位在重定向层118上或内，并且平行于重定向层118而被定向。这样的耦合可以通过在光耦合器件100中或上使用改变光的准直(collimation)的一个或多个元件而被改善。
在一些示例中，光耦合设备100可以可选地包括面向第一双折射层102的第一表面104的聚焦层138。聚焦层138可以向入射光上赋予会聚以将第三光束124和第四光束126分别聚焦到第一波导和第二波导的纵向端部上。会聚可以赋予沿着第三路径128和第四路径130有效地将能量耦合到波导模式中的模式形状。在一些示例中，聚焦层138可以包括第一表面140和第二表面144，第一表面140包括一个或多个弯曲特征142，第二表面144接触第一双折射层102的第一表面104。
在一些示例中，聚焦层138可以包括透镜。透镜可以包括光学各向同性材料，诸如二氧化硅或空气。透镜可以包括一个或多个表面。每个表面可以具有零曲率(例如，平坦的)或有限的曲率。在一些示例中，透镜可以在基底表面上或在包括波导的表面上被直接地附接到光子集成电路。在一些示例中，透镜表面可以在光子集成电路的外部，由气隙隔开。在一些示例中，双折射材料可以被直接地附接到光子集成电路。在一些示例中，透镜和双折射材料可以被彼此附接但是由气隙从光子集成电路被分离。在一些示例中，透镜可以被附接到双折射材料，该双折射材料被附接到光子集成电路。
对于其中存在聚焦层138的配置，第一光栅耦合器120和第二光栅耦合器122可以重定向光束而不改变光束的会聚。图2示出了根据一些实施例的第一光栅耦合器220和第二光栅耦合器222的示例。第一光栅耦合器220和第二光栅耦合器222各自可以包括其中折射率周期性变化的相应的区域。这些区域的尺寸可以大于第一光束110和第二光束112的相应的占地面积(footprint)。第一区域和第二区域的周期性变化可以分别被定向为与第三路径128和第四路径130正交。
在其中第一光栅耦合器220和第二光栅耦合器222重定向光但不改变光的会聚的图2的配置中，第一区域和第二区域中的周期性变化在形状上可以是线性的。
对于其中不存在聚焦层138的配置以及其中存在聚焦层138的一些配置，光栅耦合器可以附加地向重定向的光上赋予会聚。图3示出了根据一些实施例的第一光栅耦合器320和第二光栅耦合器322的另一示例。第一光栅耦合器320和第二光栅耦合器322各自可以包括其中折射率周期性变化的相应的区域。第一区域和第二区域的周期性变化可以分别被定向为与第三路径128和第四路径130正交。
与图2的光栅耦合器形成对照，图3的第一光栅耦合器320和第二光栅耦合器322可以包括第一区域和第二区域，第一区域和第二区域包括弯曲形状的周期性变化。周期性变化可以分别朝向第三路径128和第四路径130弯曲。这样的曲率可以沿着相应的第三路径128和第四路径130向第三光束124和第四光束126上赋予会聚，从而使得第三光束124和第四光束126可以分别耦合到第一波导和第二波导中。曲率可以将第三光束124和第四光束126分别聚焦到第一波导和第二波导的纵向端部上。
图4示出了根据一些实施例的另一光耦合设备400的示例。这样的光耦合设备400可以从光源接收光，将接收的光分成具有正交偏振态的分离的光束，并且使用将定向的光束的偏振态定向为共面的几何形状将分离的光束引向相应的波导。另外，图4的光耦合设备400当被反向使用时可以将来自第三波导的光朝向光源引导。以这种方式，图4的设备可以用作组合偏振分离器/光学循环器。图4的配置仅是组合偏振分离器/光学循环器的一个示例。其他配置也可以被使用。
光耦合设备400可以包括具有相对的第一表面和第二表面的第一双折射层102。第一双折射层102可以将在第一表面处被接收的入射光分成第一光束和第二光束。第一光束和第二光束可以具有彼此正交的相应的偏振取向。第一双折射层102可以将第一光束和第二光束沿着第一双折射层102内的相应的第一路径和第二路径传播到第二表面。第一路径和第二路径可以相对于彼此成角度。第一光束和第二光束可以在第二表面处具有空间间隔。
光耦合设备400可以包括面向第一双折射层102的第二表面的重定向层118。重定向层118可以包括第一光栅耦合器和第二光栅耦合器，第一光栅耦合器和第二光栅耦合器被配置为分别重定向第一光束和第二光束以在重定向层118内传播作为沿着相应的第三路径和第四路径的相应的第三光束和第四光束。第三路径和第四路径可以相对于彼此成角度。
第一双折射层102、重定向层118、可选的间隔层132和可选的聚焦层138在结构和功能上可以与图1中所示的对应的元件相同。与图1的光耦合设备100相比较，图4的光耦合设备400包括下面描述的附加元件。
光耦合设备400还可以包括具有相对的第一表面和第二表面的第二双折射层402。第二双折射层402的第二表面可以面向第一双折射层102的第一表面。在图4中所示的配置中，第二双折射层402的光轴408平行于第一双折射层102的光轴108而被定向。可选地，第二双折射层402的光轴408可以相对于第一双折射层102的光轴108成角度，这是沿着纵轴(LA)被观察的。在一些示例中，第一双折射层102和第二双折射层402可以从相同的双折射材料被形成。在其他示例中，第一双折射层102和第二双折射层402可以从不同的双折射材料被形成。
光耦合设备400还可以包括被定位在第一双折射层102与第二双折射层402之间的半波片404和法拉第旋转器406。法拉第旋转器406和半波片404各自可以被定位成将偏振的平面旋转45度。对于在一个方向中传播的光，旋转增加，从而使得组合的法拉第旋转器406和半波片404将偏振的平面旋转90度。对于在相反方向中传播的光，旋转抵消，从而使得组合的法拉第旋转器406和半波片404保持偏振的平面不变。为了理解法拉第旋转器406的操作，相对于传播的方向来考虑旋转方向是有帮助的。对于传播的一个方向，法拉第旋转器406使用所谓的右手螺旋规则将偏振的平面旋转45度。对于传播的相反的方向，法拉第旋转器406使用所谓的左手螺旋规则将偏振的平面旋转45度。
在一些示例中，半波片404和法拉第旋转器406可以将从第一双折射层102传播到第二双折射层402的光而不是从第二双折射层402传播到第一双折射层102的光的偏振取向旋转90度。
在其他示例中，半波片404和法拉第旋转器406可以将从第二双折射层402传播到第一双折射层102的光而不是从第一双折射层102传播到第二双折射层402的光的偏振取向旋转90度。
在图4中所示的配置中，半波片404面向第二双折射层402，并且法拉第旋转器406面向第一双折射层102。在其他配置中，半波片404和法拉第旋转器406的位置可以被交换，从而使得半波片404面向第一双折射层102，并且法拉第旋转器406面向第二双折射层402。
在图4的配置中，重定向层118中的针对每个光束的光平行于重定向层118的顶表面(例如，与纵轴(LA)正交)而被偏振。使用在单个方向中被偏振的光可以帮助减少或消除针对使用重定向层118中的光的光子集成电路的偏振相关损耗。在备选配置中，重定向层118中的针对每个光束的光可以与重定向层118的顶表面正交地(例如，平行于纵轴(LA))被偏振。在其他配置中，也可以使用其他偏振取向。
图5示出了根据一些实施例的另一光耦合设备500的示例。这样的光耦合设备500可以从光源接收光，将接收的光分成具有正交偏振态的分离的光束，并且使用将定向的光束的偏振态定向为共面的几何形状将分离的光束引向相应的波导。另外，图5的光耦合设备500当被反向使用时可以将来自第三波导和第四波导的光朝向光源引导。以这种方式，图5的设备可以用作组合偏振分离器/光学循环器。图5的配置仅是组合偏振分离器/光学循环器的一个示例。其他配置也可以被使用。
光耦合设备500可以包括具有相对的第一表面和第二表面的第一双折射层102。第一双折射层102可以将在第一表面处被接收的入射光分成第一光束和第二光束。第一光束和第二光束可以具有彼此正交的相应的偏振取向。第一双折射层102可以将第一光束和第二光束沿着第一双折射层102内的相应的第一路径和第二路径传播到第二表面。第一路径和第二路径可以相对于彼此成角度。第一光束和第二光束可以在第二表面处具有空间间隔。
光耦合设备500可以包括面向第一双折射层102的第二表面的重定向层118。重定向层118可以包括第一光栅耦合器和第二光栅耦合器，第一光栅耦合器和第二光栅耦合器被配置为分别重定向第一光束和第二光束以在重定向层118内传播作为沿着相应的第三路径和第四路径的相应的第三光束和第四光束。第三路径和第四路径可以相对于彼此成角度。
第一双折射层102、重定向层118、可选的间隔层132和可选的聚焦层138在结构和功能上可以与图1中所示的对应的元件相同。与图1的光耦合设备100相比较，图5的光耦合设备500包括下面描述的附加元件。
光耦合设备500还可以包括具有相对的第一表面和第二表面的第二双折射层502。第二双折射层502的第二表面可以面向第一双折射层102的第一表面104。在一些示例中，第二双折射层502可以具有相对于纵轴(LA)成角度的光轴508。在一些示例中，当沿着纵轴(LA)被观察时，第二双折射层502可以具有相对于第一双折射层102的光轴108成45度角的光轴508。
光耦合设备500还可以包括被定位在第一双折射层102与第二双折射层502之间的法拉第旋转器504。法拉第旋转器504可以将从第一双折射层102传播到第二双折射层502的光的偏振取向在第一方向中旋转45度，并且将从第二双折射层502传播到第一双折射层102的光的偏振取向也在第一方向中旋转45度。
在图5的配置中，重定向层118中的针对每个光束的光平行于重定向层118的顶表面(例如，与纵轴(LA)正交)而被偏振。使用在单个方向中被偏振的光可以帮助减少或消除针对使用重定向层118中的光的光子集成电路的偏振相关损耗。在备选配置中，重定向层118中的针对每个光束的光可以与重定向层118的顶表面正交地(例如，平行于纵轴(LA))被偏振。在其他配置中，也可以使用其他偏振取向。
图6示出了根据一些实施例的双向光链路的示例。双向光链路包括被附接到由光纤连接的两个收发器光子集成电路的两个偏振分离器/光学循环器组件。其他网络架构也可以被使用。使用如图6中所示的组件的优点是，光纤可以将在光纤中在不同方向中传播的光引导到光子集成电路上的不同输入和输出端口。这可以减少或消除光子集成电路上的发射的和接收的光路之间的串扰。
在一些示例中，一个或多个光栅耦合器可以被替换为光电探测器。这样的布置将允许光电探测器测量偏振复用的信号的正交偏振。
图7示出了根据一些实施例的用于光耦合设备(诸如来自图1、图4和图5的设备)的操作方法的示例。图7的方法仅是用于光耦合设备的操作方法的一个示例。其他合适的方法也可以被使用。
在操作702，光耦合设备可以利用具有相对的第一表面和第二表面的第一双折射层，将在第一表面处被接收的入射光分成第一光束和第二光束。第一光束和第二光束可以具有彼此正交的相应的偏振取向。
在操作704，光耦合设备可以将第一光束和第二光束沿着第一双折射层内的相应的第一路径和第二路径传播到第二表面。第一路径和第二路径可以相对于彼此成角度。第一光束和第二光束可以在第二表面处具有空间间隔。
在操作706，光耦合设备可以利用相应的第一光栅耦合器和第二光栅耦合器重定向第一光束和第二光束。重定向的第一光束和第二光束可以在面向第一双折射层的第二表面的重定向层内传播。重定向的第一光束和第二光束可以沿着相应的第三路径和第四路径传播。第三路径和第四路径可以相对于彼此成角度。
在可选的操作708，光耦合设备可以利用面向第一双折射层的第一表面的聚焦层向入射光上赋予会聚，以将第三光束和第四光束分别聚焦到第一波导和第二波导的纵向端部上。
为了进一步说明本文中公开的设备和相关方法，下面提供了示例的非限制性列表。以下非限制性示例中的每个示例可以独立存在，或者可以按照任何排列或组合与其他示例中的任何一个或多个示例被组合。
在示例1中，一种光耦合设备可以包括：第一双折射层，其具有相对的第一表面和第二表面，所述第一双折射层被配置为：将在所述第一表面处被接收的入射光分成第一光束和第二光束，所述第一光束和所述第二光束具有彼此正交的相应的偏振取向，以及将所述第一光束和所述第二光束沿着所述第一双折射层内的相应的第一路径和第二路径传播到所述第二表面，所述第一路径和所述第二路径相对于彼此成角度，所述第一光束和所述第二光束在所述第二表面处具有空间间隔；以及重定向层，其面向所述第一双折射层的所述第二表面，所述重定向层包括被配置为分别重定向所述第一光束和所述第二光束以在所述重定向层内传播作为沿着相应的第三路径和第四路径的相应的第三光束和第四光束的第一光栅耦合器和第二光栅耦合器，所述第三路径和所述第四路径相对于彼此成角度。
在示例2中，根据示例1所述的光耦合设备可以可选地被配置为使得所述第一光栅耦合器和所述第二光栅耦合器在空间上被分离。
在示例3中，根据示例1至2中任一项所述的光耦合设备可以可选地被配置为使得所述第一光栅耦合器将所述第一光束重定向在由所述第一双折射层的光轴和与所述第一双折射层的所述第一表面正交的纵轴形成的平面内；所述第二光栅耦合器将所述第二光束重定向为与由所述光轴和所述纵轴形成的所述平面正交；并且所述第三光束和所述第四光束具有平行于所述第一双折射层的所述第二表面的相应的偏振取向。
在示例4中，根据示例1至3中任一项所述的光耦合设备可以可选地被配置为使得所述第一光栅耦合器和所述第二光栅耦合器各自包括其中折射率周期性变化的相应的区域，所述第一区域和所述第二区域的周期性变化分别被定向为与所述第三路径和所述第四路径正交。
在示例5中，根据示例1至4中任一项所述的光耦合设备可以可选地还包括聚焦层，其面向所述第一双折射层的所述第一表面，所述聚焦层被配置为向所述入射光上赋予会聚以将所述第三光束和所述第四光束分别聚焦到第一波导和第二波导的纵向端部上。
在示例6中，根据示例1至5中任一项所述的光耦合设备可以可选地被配置为使得所述聚焦层包括第一表面和第二表面，所述聚焦层的所述第一表面包括一个或多个弯曲特征，所述聚焦层的所述第二表面接触所述第一双折射层的所述第一表面。
在示例7中，根据示例1至6中任一项所述的光耦合设备可以可选地被配置为使得所述第一光栅耦合器和所述第二光栅耦合器包括相应的区域，所述相应的区域包括形状弯曲的周期性变化，曲率被配置为分别将所述第三光束和所述第四光束聚焦到第一波导和第二波导的纵向端部上。
在示例8中，根据示例1至7中任一项所述的光耦合设备可以可选地被配置为使得所述第一双折射层将纵轴定义为与所述第一表面正交；并且所述第一双折射层从具有相对于所述纵轴成在0度到90度之间并且不包括0度和90度的角度的光轴的材料被形成。
在示例9中，根据示例1至8中任一项所述的光耦合设备可以可选地被配置为使得所述光轴相对于所述纵轴成45度角。
在示例10中，根据示例1至9中任一项所述的光耦合设备可以可选地还包括被定位在所述第一双折射层与所述重定向层之间的间隔层。
在示例11中，根据示例1至10中任一项所述的光耦合设备可以可选地被配置为所述间隔层具有与所述第一双折射层的所述第二表面接触的第一表面；并且所述间隔层具有与所述重定向层接触的与所述第一表面相对的第二表面。
在示例12中，根据示例1至11中任一项所述的光耦合器件可以可选地还包括第二双折射层，其具有相对的第一表面和第二表面，所述第二双折射层的所述第二表面面向所述第一双折射层的所述第一表面；以及半波片和法拉第旋转器，其被定位在所述第一双折射层与所述第二双折射层之间。
在示例13中，根据示例1至12中任一项所述的光耦合设备可以可选地被配置为使得所述半波片和所述法拉第旋转器被配置为将从所述第一双折射层传播到所述第二双折射层的光而不是从所述第二双折射层传播到所述第一双折射层的光的偏振取向旋转90度。
在示例14中，根据示例1至13中任一项所述的光耦合设备可以可选地被配置为使得所述半波片和所述法拉第旋转器被配置为将从所述第二双折射层传播到所述第一双折射层的光而不是从所述第一双折射层传播到所述第二双折射层的光的偏振取向旋转90度。
在示例15中，根据示例1至14中任一项所述的光耦合器件可以可选地还包括第二双折射层，其具有相对的第一表面和第二表面，所述第二双折射层的所述第二表面面向所述第一双折射层的所述第一表面；以及法拉第旋转器，其被定位在所述第一双折射层与所述第二双折射层之间。
在示例16中，根据示例1至15中任一项所述的光耦合设备可以可选地被配置为使得所述法拉第旋转器被配置为：将从所述第一双折射层传播到所述第二双折射层的光的偏振取向在第一方向中旋转45度，以及将从所述第二双折射层传播到所述第一双折射层的光的偏振取向在与所述第一方向相反的第二方向中旋转45度。
在示例17中，一种方法可以包括：利用具有相对的第一表面和第二表面的第一双折射层，将在所述第一表面处被接收的入射光分成第一光束和第二光束，所述第一光束和所述第二光束具有彼此正交的相应的偏振取向；将所述第一光束和所述第二光束沿着所述第一双折射层内的相应的第一路径和第二路径传播到所述第二表面，所述第一路径和所述第二路径相对于彼此成角度，所述第一光束和所述第二光束在所述第二表面处具有空间间隔；以及利用相应的第一光栅耦合器和第二光栅耦合器重定向所述第一光束和所述第二光束，重定向的所述第一光束和所述第二光束在面向所述第一双折射层的所述第二表面的重定向层内传播，重定向的所述第一光束和所述第二光束沿着相应的第三路径和第四路径传播，所述第三路径和所述第四路径相对于彼此成角度。
在示例18中，根据示例17所述的方法可以可选地还包括利用面向所述第一双折射层的所述第一表面的聚焦层向所述入射光上赋予会聚，以将所述第三光束和所述第四光束分别聚焦到第一波导和第二波导的纵向端部上。
在示例19中，一种光耦合设备可以包括：第一双折射层，其具有相对的第一表面和第二表面，所述第一双折射层被配置为：将在所述第一表面处被接收的入射光分成第一光束和第二光束，所述第一光束和所述第二光束具有彼此正交的相应的偏振取向，以及将所述第一光束和所述第二光束沿着所述第一双折射层内的相应的第一路径和第二路径传播到所述第二表面，所述第一路径和所述第二路径相对于彼此成角度，所述第一光束和所述第二光束在所述第二表面处具有空间间隔；重定向层，其面向所述第一双折射层的第二表面，所述重定向层包括空间上被分离的第一光栅耦合器和第二光栅耦合器，所述第一光栅耦合器和所述第二光栅耦合器被配置为分别重定向所述第一光束和所述第二光束以在所述重定向层内传播作为沿着相应的第三路径和第四路径的相应的第三光束和第四光束的空间上被分离，所述第三路径和所述第四路径相对于彼此成角度，所述第三光束和所述第四光束具有平行于所述第一双折射层的所述第二表面的相应的偏振取向；以及聚焦层，其面向所述第一双折射层的所述第一表面，所述聚焦层被配置为向所述入射光上赋予会聚以将所述第三光束和所述第四光束分别聚焦到第一波导和第二波导的纵向端部上，所述聚焦层包括第一表面和第二表面，所述聚焦层的所述第一表面包括一个或多个弯曲特征，所述聚焦层的所述第二表面接触所述第一双折射层的第一表面。
在示例20中，根据示例19所述的光耦合设备可以可选地被配置为使得所述第一双折射层将纵轴定义为与所述第一表面正交；并且所述第一双折射层从具有相对于所述纵轴成45度角的光轴的材料被形成。

Claims (20)

1.一种光耦合设备，包括：
第一双折射层，其具有相对的第一表面和第二表面，所述第一双折射层被配置为：
将在所述第一表面处被接收的入射光分成第一光束和第二光束，所述第一光束和所述第二光束具有彼此正交的相应的偏振取向，以及
将所述第一光束沿着所述第一双折射层内的第一路径传播到所述第二表面；
将所述第二光束沿着所述第一双折射层内的第二路径传播到所述第二表面，所述第一路径和所述第二路径相对于彼此成角度，所述第一光束和所述第二光束在所述第二表面处具有空间间隔；以及
重定向层，其面向所述第一双折射层的所述第二表面，所述重定向层包括第一光栅耦合器和第二光栅耦合器，所述第一光栅耦合器被配置为将所述第一光束重定向九十度以在所述重定向层内作为沿着第三路径的第三光束传播，所述第二光栅耦合器被配置为将所述第二光束重定向九十度以在所述重定向层内作为沿着第四路径的第四光束传播，所述第三路径和所述第四路径平行于所述第一双折射层的所述第二表面并且相对于彼此成角度。
2.根据权利要求1所述的光耦合设备，其中所述第一光栅耦合器和所述第二光栅耦合器在空间上被分离。
3.根据权利要求1所述的光耦合设备，其中：
所述第一光栅耦合器将所述第一光束重定向在由所述第一双折射层的光轴和与所述第一双折射层的所述第一表面正交的纵轴形成的平面内；
所述第二光栅耦合器将所述第二光束重定向为与由所述光轴和所述纵轴形成的所述平面正交；并且
所述第三光束和所述第四光束具有平行于所述第一双折射层的所述第二表面的相应的偏振取向。
4.根据权利要求1所述的光耦合设备，其中所述第一光栅耦合器和所述第二光栅耦合器各自包括其中折射率周期性变化的相应的区域，第一区域和第二区域的周期性变化分别被定向为与所述第三路径和所述第四路径正交。
5.根据权利要求4所述的光耦合设备，还包括聚焦层，其面向所述第一双折射层的所述第一表面，所述聚焦层被配置为向所述入射光上赋予会聚以将所述第三光束聚焦到第一波导的纵向端部上并且将所述第四光束聚焦到第二波导的纵向端部上。
6.根据权利要求5所述的光耦合设备，其中所述聚焦层包括第一表面和第二表面，所述聚焦层的所述第一表面包括一个或多个弯曲特征，所述聚焦层的所述第二表面接触所述第一双折射层的所述第一表面。
7.根据权利要求4所述的光耦合设备，其中所述第一光栅耦合器和所述第二光栅耦合器包括相应的区域，所述相应的区域包括形状弯曲的周期性变化，曲率被配置为将所述第三光束聚焦到第一波导的纵向端部上并且将所述第四光束聚焦到第二波导的纵向端部上。
8.根据权利要求1所述的光耦合设备，其中：
所述第一双折射层将纵轴定义为与所述第一表面正交；并且
所述第一双折射层从具有相对于所述纵轴成在0度到90度之间并且不包括0度和90度的角度的光轴的材料被形成。
9.根据权利要求8所述的光耦合设备，其中所述光轴相对于所述纵轴成45度角。
10.根据权利要求1所述的光耦合设备，还包括被定位在所述第一双折射层与所述重定向层之间的间隔层。
11.根据权利要求10所述的光耦合设备，其中：
所述间隔层具有与所述第一双折射层的所述第二表面接触的第一表面；并且
所述间隔层具有与所述重定向层接触的、与所述第一表面相对的第二表面。
12.根据权利要求1所述的光耦合设备，还包括：
第二双折射层，其具有相对的第一表面和第二表面，所述第二双折射层的所述第二表面面向所述第一双折射层的所述第一表面；以及
半波片和法拉第旋转器，其被定位在所述第一双折射层与所述第二双折射层之间。
13.根据权利要求12所述的光耦合设备，其中所述半波片和所述法拉第旋转器被配置为将从所述第一双折射层传播到所述第二双折射层的光而不是从所述第二双折射层传播到所述第一双折射层的光的偏振取向旋转90度。
14.根据权利要求12所述的光耦合设备，其中所述半波片和所述法拉第旋转器被配置为将从所述第二双折射层传播到所述第一双折射层的光而不是从所述第一双折射层传播到所述第二双折射层的光的偏振取向旋转90度。
15.根据权利要求1所述的光耦合设备，还包括：
第二双折射层，其具有相对的第一表面和第二表面，所述第二双折射层的所述第二表面面向所述第一双折射层的所述第一表面；以及
法拉第旋转器，其被定位在所述第一双折射层与所述第二双折射层之间。
16.根据权利要求15所述的光耦合设备，其中所述法拉第旋转器被配置为：
将从所述第一双折射层传播到所述第二双折射层的光的偏振取向在第一方向中旋转45度，以及
将从所述第二双折射层传播到所述第一双折射层的光的偏振取向在与所述第一方向相反的第二方向中旋转45度。
17.一种在光耦合设备中传播光束的方法，包括：
利用具有相对的第一表面和第二表面的第一双折射层，将在所述第一表面处被接收的入射光分成第一光束和第二光束，所述第一光束和所述第二光束具有彼此正交的相应的偏振取向；
将所述第一光束沿着所述第一双折射层内的第一路径传播到所述第二表面；
将所述第二光束沿着所述第一双折射层内的第二路径传播到所述第二表面，所述第一路径和所述第二路径相对于彼此成角度，所述第一光束和所述第二光束在所述第二表面处具有空间间隔；
利用重定向层的第一光栅耦合器将所述第一光束重定向九十度以在面向所述第一双折射层的所述第二表面的所述重定向层内传播，重定向的所述第一光束沿着第三路径传播；以及
利用所述重定向层的第二光栅耦合器将所述第二光束重定向九十度以在所述重定向层内传播，重定向的所述第二光束沿着第四路径传播，所述第三路径和所述第四路径平行于所述第一双折射层的所述第二表面并且相对于彼此成角度。
18.根据权利要求17所述的方法，还包括利用面向所述第一双折射层的所述第一表面的聚焦层向所述入射光上赋予会聚，以将经重定向的所述第一光束聚焦到第一波导的纵向端部上并且将经重定向的所述第二光束聚焦到第二波导的纵向端部上。
19.一种光耦合设备，包括：
第一双折射层，其具有相对的第一表面和第二表面，所述第一双折射层被配置为：
将在所述第一表面处被接收的入射光分成第一光束和第二光束，所述第一光束和所述第二光束具有彼此正交的相应的偏振取向，以及
将所述第一光束沿着所述第一双折射层内的第一路径传播到所述第二表面；
将所述第二光束沿着所述第一双折射层内的第二路径传播到所述第二表面，所述第一路径和所述第二路径相对于彼此成角度，所述第一光束和所述第二光束在所述第二表面处具有空间间隔；
重定向层，其面向所述第一双折射层的所述第二表面，所述重定向层包括第一光栅耦合器，所述第一光栅耦合器被配置为将所述第一光束重定向九十度以在所述重定向层内传播作为沿着第三路径的第三光束，所述重定向层包括第二光栅耦合器，所述第二光栅耦合器与所述第一光栅耦合器空间上被分离并且被配置为将所述第二光束重定向九十度以在所述重定向层内传播作为沿着第四路径的第四光束，所述第三路径和所述第四路径平行于所述第一双折射层的所述第二表面并且相对于彼此成角度，所述第三光束和所述第四光束具有平行于所述第一双折射层的所述第二表面的相应的偏振取向；以及
聚焦层，其面向所述第一双折射层的所述第一表面，所述聚焦层被配置为向所述入射光上赋予会聚以将所述第三光束聚焦到第一波导的纵向端部上并且将所述第四光束聚焦到第二波导的纵向端部上，所述聚焦层包括第一表面和第二表面，所述聚焦层的所述第一表面包括一个或多个弯曲特征，所述聚焦层的所述第二表面接触所述第一双折射层的第一表面。
20.根据权利要求19所述的光耦合设备，其中：
所述第一双折射层将纵轴定义为与所述第一表面正交；并且
所述第一双折射层从具有相对于所述纵轴成45度角的光轴的材料被形成。
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