CN1135795A - 使用自对准纤芯扩展器的光纤互连 - Google Patents

使用自对准纤芯扩展器的光纤互连 Download PDF

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Abstract

一种用来连接光纤(5)和通道波导(1)的光纤互连结构。其中，通道波导(5)作为一个空心通道(2)的延伸，与后者共线地布置，并且两者的截面面积和形状基本相同。光纤(5)与空心通道(2)共线地放置，其上形成了一个纤芯扩展器(6)，后者从光纤(5)的端面逐渐地并光滑地过波渡到通道波导(1)。该通道波导可以是按锥形变大的，以使它在远离纤芯扩展器的那个端面处的截面面积较大，从而简化了光信号连接时的繁杂性。

Description

使用自对准纤芯扩展器的光纤互连
技术领域
本发明一般地涉及光纤和光波导领域，具体地涉及光纤和光学通道波导的互连结构。
背景技术
最普通的光波导是具有一个被一个圆形包层支持的圆形纤芯的光纤。其次普通的光波导是平面波导，其中的导光通道制作在通常是直角形的光学基底表面附近。平面波导中的导光芯层常称作光学通道波导。许多有用的光学功能，例如光调制、波分复用、切换、和耦合可以在平面波导上实现。
被导引的光大多数驻留在纤芯或通道之内。单模光纤纤芯的典型截面尺寸小于10微米(0.01mm)，即使对于多模光纤，该尺寸通常也小于200微米。通道波导的截面尺寸也有相同的范围。从而，两个或多个光纤之间的光连接和耦合(混合)在技术上提出了巨大的挑战。结果，光纤连接器和耦合器的价格相当昂贵，如果与微波电缆的相应器件相比则更是如此。因为在光纤通信中连接器和耦合器是各种器件中使用最为频繁的器件，昂贵的器件价格已经阻碍了光纤通信向更广泛应用领域的发展，这些应用例如有可视电话、计算机网络、和有线电视等。
1994年2月15日签发给本发明人和一位共同发明人的美国专利NO.5,287,424主要讨论了在多个平行布置的光纤之间进行光的分离与合并的光纤耦合器。不过本申请将讨论这样的光纤耦合器，它们用来以一、一对应的关系把光从一个光纤转移到另一个光纤中，还用来以一、一对应的关系在一个光纤和一个通信波导之间进行光的转移。
光纤连接器是纤维光学中，尤其是光纤通信中的一个关键器件。当其应用接近于终端用户时，例如计算机互连网络的用户时，成本大小成为一个关键问题。现有的光纤连接器对这样的应用背景来说是十分昂贵和复杂的。而且，这类应用还需要多光纤阵列连接器，这相当于电缆所用的多针脚连接器。阵列连接器可以使连接器的空间。每个连接的成本、和总连接时间最小化。目前，这种多光纤阵列连接器的技术最多还只能说是处于初期阶段，而且其价格是不切实际地高。
一般地说，如果能使连接面上的光束尺寸放大，那末光纤间的连接将变得较为容易。当光束被放大后，对准容差将可放宽，但角度容差却变得更严了。例如，wasserman和Gibolar在美国专利NO.5,097,524中给出了一个利用透镜来扩大光束的连接器实施例。Moslehi等人在OpticsLetters(光学快报)第14卷、第23期1327页中描述了一种基于光束扩展光路的光纤连接技术。Hussey和Payne在Electronic Letters(电子快报)第24卷、第1期14页中描述了一种光纤维扩束器。然而这些技术仍然需要在光纤和扩束元件之间进行至关重要的对准。而且，这些技术是针对单根光纤的连接，不能用于阵列连接。
另外一个重要的光纤光路技术是光纤和通道波导之间的连接。近来，通道波导是利用光刻技术或像电子束写入或激光束写入这样的其他先进技术以图案形式形成在整块光学基底的平坦顶面上或其近表层。在大多数应用中，通道波导需要以一对一的端面对接方式和光纤相连接。为了做到这种连接，通道波导的端面必须切割成平面，并且与波导面成直角关系，然后在保持端面直到距基底表面1或2微米距离时仍有陡峭的直角的同时，对它进行加工容差不到一个光学波长量级的抛光。其后再把一个带有劈理面的光纤靠到通道波导的如上制备的端面上。光纤的纤芯和通道波导的横向对准不得超过几个微米。然后在端面区施加粘合剂。当粘合剂固化时由于体积变化或移动，原先的对准往往要被破坏，从而造成连接器损耗，即使做到了完善的对准，由于圆形的纤芯和较大的方形通道波导之间的形状失配也要造成明显的连接器损耗。更重要的是，光纤与通道的连接是一个非常昂贵的制造步骤。这就是为什么尽管光纤具有巨大的潜在优点，但还没有能进入到更宽广的用户市场的原因。
本发明的公开内容
所以，本发明的主要目的是提供一个能够解决光纤连接器的技术困难的新型光学互连实施例。
本发明的一个伴随的目的是提供一个用于阵列光纤连接器的新型光学互连实施例。
本发明的总目的是要使光纤连接的成本降低到即使对于低密度、低终端光纤通信应用来说也仍然是低的程度。
本发明的基本连接元件包括一个含有一个纤芯和一个包层的光纤、一个例如在被引作参考的美国专利NO.5,287,424中所公开的纤芯扩展器、以及一个带有其中放置了纤芯扩展器的空心端部的通道波导。与参考专利中的一样，纤芯扩展器制作在光纤的纤芯端面上，其形状为发散的喇叭结构。在本发明中，通道波导的截面面积总是大于纤芯的面积，并且光纤一通道波导连接是通过纤芯扩展来实现的。于是，光纤和通道波导之间的连接是自对准的。通道波导可执行各种功能，例如调制、波分复用、切换、耦合、和连接。在一个光纤一光纤连接的实施例中，通道波导被沿着长度方向切成锥形，以使之具有明显较大的截面面积。
附图的简单说明
图1示出一个光学通道波导和一个空心通道的原理性透视图，该空心通道是通道波导的共线的延伸。该图的右侧还示了通道波导的截面图和空心通道在D、E两个位置上的截面图。
图2除了在空心通道上加上了一个盖板之外，所示的其他结构与图1的相同。
图3除了加上了一个光纤，并且在空心端部内生成了光纤的一个芯纤扩展器之外，所示的其他结构与图1的相同。
图4示出图2实施例的通道波导的截面图。
图5示出沿着通道方向的图1的侧视截面图。
图6示出沿着通道方向的图1的截面平面图。
图7示出沿着通道方向的图3的截面侧视图。
图8示出沿着通道方向的图3的截面平面图。还示出了光纤的导光纤芯的、纤芯扩展器的各个点处的、以及通道波导的截面图。
图9除了空心通道已在其输入端被切成锥形以帮助光纤插入到空心通道之外，所示其他结构与图3的相同。
图10除了光纤完全位在空心通道的外部之外，所示其他结构与图3的相同。
图11示出沿着通道方向的图10的截面平面图。还示出了光纤的导光纤芯的、纤芯扩展器中各个点处的、以及通道波导的截面图。
图12除了有两个而不是一个光纤连接器单元从而在同一个基底上形成了一个阵列之外，所示的其他结构与图3的相同。
图13除了两个通道波导被切成锥形以结合成一个光耦合器之外，所示的其他结构与图12的相同。
图14除了通道波导被切成锥形以使端面处的截面面积变大之外，所示的其他结构与图3的相同。此外此图还示出了导光纤芯在从A到D各个点处的截面图。
图15除了通道的截面形状为圆形的之外，所示的其他结构与图13的相同。
图16示出含有图14所示被切成锥形的通道波导的一对光纤连接器的原理性透视图。
图17示出具有图15所示截面形状的一种光纤连接器类型的原理性透视图。
图18示出具有图15所示截面形状的另一种光纤连接器类型的原理性透视图。
图19除了有两个而不是一个光纤互连元件单元从而形成了一个多光纤阵列连接器之外，所示的其他结构与图16的相同。
图20示出了与图14基本相同的实施例，只是其中的光纤由沿着长度方向的两段组成。
图21除了已除去了一段光纤之外，所示的其他结构与图20的相同。
图22除了已除去了光纤之外，所示的其他结构与图14的或图21的相同。
图23示出图20中均分纤芯和通道波导的平面内的截面图。
图24示出图21中均分纤芯和通道波导的平面内的截面图。
图25示出图22中均分通道波导的平面内的截面图。
实施本发明的最佳模式
图1示出了制作在一个基底(3)上的一个通道波导(1)和一个空心通道(2)。通道波导(1)的横截面的面积和形状基本上和空心通道(2)的相同。这一点已由示意性示出图1中位置D和E处的截面图而表明。截面的形状不一定要像图示那样地是矩形的。只要D和E两个位置处的形状和面积基本相同，它们可以具有任何其他的形状。制作通道波导(1)的优选方法是：首先制作一个其长度包括通道波导(1)和空心通道(2)的长度的空心通道，然后通过充填一部分通道而形成通道波导(1)。例如像参考专利(美国专利NO.5,287,424)中所描述的对光有反应的聚酯材料特别适宜于用来制作图1所示的空心通道(2)和通道波导(1)。制作图1所示实施例的另一个可能的方法是：首先制作一个其长度包括通道波导(1)和空心通道(2)的长度的通道波导，然后通过腐蚀掉一部分长度的通道波导以生成空心通道(2)。空心通道(2)也可以用模塑技术来制作。这是一种最便宜的方法，因此最适合于大批量生产。空心通道(2)最好能像图2所示那样在其顶部盖上一个盖板(4)，使空心通道(2)的四个侧面都被包住。盖板(4)可以是基底(3)的一个整体部份，也可以是可卸式的。
通道波导(1)是用来导光的，因此通常用折射率高于周边的，即基底(3)和顶部介质的折射率的材料做成。
图3示出在图1的空心通道(2)中放置了一根光纤(5)，并且还以参考专利所描述的方式在纤芯(7)的输出端面上形成了纤芯扩展器(6)。如参考专利的“本发明的概述”中所说明的，芯纤扩展器(6)的折射率大于周围介质的折射率，使得以适当的输入角从通道波导(1)进入纤芯扩展器(6)的光将受到全内反射，从而使光线到达并耦合到芯纤(7)中前使被芯纤扩展器导引。当光在直径逐渐减小的锥形部分中传播时，入射角将愈来愈小(注：在几何光学中，入射角的定义是光线和波导边界法线的夹角。在根据波导理论的更准确的描述中，入射角由通道波导的一个传播本征模的波矢量的横向分量和纵向分量之比的反正切值确定)。当锥形的长度太长并且锥角太大时，在锥形部分的某一个点上某些光线的入射角可以变得小到不再能发生全内反射。当出现一情况时。这些特定的光线将从波导结构中泄漏出去。通过使锥角较小和锥形长度较短。可以减少甚至消除这个效应。当锥角足够小时，将达到所谓的绝热过程，使光能够无损耗地传播。损耗可能是由从导引模转变为非导引模所造成的。所以最好能保持纤芯扩展器(6)的锥角是小的。这可以通过遵照参考专利所说明的方法来制作纤芯扩展器(6)，并且把进入纤芯(7)的紫外光限制到只有光纤的较低级的模式。还有，如参考专利中所说明的，尽量地腐蚀掉光纤包层(6)以使纤芯扩展器(6)不必要扩展得太大是有益的，这样纤芯扩展角为了完成它的连接功能就不必要太大了。在图2中，这意味着要从光纤(5)上腐蚀掉全部的或大部分的包层(8)，并且使空心通道(2)的宽度和深度不比光纤(5)大很多。
纤芯扩展器(6)最好用与通导波导(1)相同的或相似的材料做成，使得在整个制作过程完成之后在纤芯扩展器(6)和通道波导(2)之间不存在任何边界。这也将会减少由于通道波导(1)和纤芯扩展器(6)之间的界面的非完善情况而造成的反射损耗和某些其他损耗。
因为纤芯扩展器(6)在碰到空心通道(2)的壁之前一直是发散的，所以从纤芯(7)到通道波导(1)的过渡具有自对准性，并且它们的界面在形状和尺寸上都是完全匹配的。这一点在图4至图8中看得更明显，这些图示出了图1至图3所示实施例的原理性截面图。
图4示出了图2的通道波导(1)和基底(3)在垂直于光传播方向的平面上的放大截面图。通道波导(1)上方的介质可以是空气或者某种折射率低于通道波导(1)的其他光学材料。
图5示出了图2的通道波导(1)、基底(3)和盖板(4)在沿着通道方向并垂直于基底表面的平面内的截面图。如果在用紫外光曝光形成纤芯扩展器(6)之前准备把纤芯扩展器(6)的材料铺溢在基底的顶面上，那末就可以不需要盖板(4)。在这情形中，纤芯扩展器最高处的形状将以好像在空心通道(2)上放置了盖板(4)一样的方式来成形。
图6示出了图2的通道波导(1)和基底(3)在沿着通道方向并平行于基底表面的平面内的截面图。
图7所示的和图5相同，只是加上了含有纤芯(7)和包层(8)的光纤(5)和纤芯扩展器(6)。纤芯扩展器(6)是根据参考专利的说明制作的。制作好纤芯扩展器之后可以拿走盖板(4)。
图8示出垂直于图7截面方向的截面图。换言之，图8和图6相同，只是加上了光线(5)及其纤芯扩展器(6)。图8中还示出了从位置A到位置E的导光结构的一系列截面图，这些位置从光纤芯(7)开始，到纤芯扩展器(6)内的三个位置，然后最后一个位置在通道波导(1)内。由于参考专利中所描述的发散纤芯扩展器的性质，纤芯扩展器(6)充填了空心通道(2)的内部空间。如图中原理性地所示，纤芯扩展器(6)的形状和面积都与通道波导(1)的相匹配。再次指出，通道的形状不一定要像图示那样是矩形的，它也可以是任何其他的形状，例如卵形、圆形、方形或者它们的任意组合形状。这种自对准和自形状匹配性质使得光纤连接要简单许多和便宜许多。
图9示出的和图8的相同，只是在空心通道(2)的输入端加上了锥形过渡，使光纤(5)容易插入。这种输入过渡可以加到本发明公开中所说明的所有实施例上。
图10示出了与图3有微小变化的结构，该变化是光纤(5)全部位在空心通道(2)的外部。这使得空心通道(2)的宽度和深度只要稍大于纤芯(7)的直径，但仍小于包层(8)的直径。这样，纤芯扩展器(6)在它能充满空心通道(2)之前不必要太多的发散。这有利于减少当纤芯扩展器(6)的锥角太大或锥形太长时可能发生的模式转换损耗。图11示出了光束沿着图10实施例结构的传播情况。本申请中所说明的所有实施例都可以用图10所示的方式来放置光纤(5)，以代替图3或图9所示的放置方式，而不改变本申请的基本精神。
在许多应用中将涉及到在一个基底上有多于一个的通道波导和多于一个的光纤需要互连的情况。图3所示的实施例可以应用于图12所示的这种多通道情况，在图12中，分别带有各自的纤芯扩展器(13)和(14)的两条光纤(9)和(10)要与两个通道波导(13)和(14)相连接。在另一端示出了连接在两条光纤(17)和(18)上的两个纤芯扩展器(15)和(16)的镜像。需要注意，纤芯扩展器(11)、(12)、(15)和(16)中的每一个都限制在各自相应的通道内，并且和相应的空心通道的内壁相合。这和参考专利中所描述的耦合器实施例不同，其中每当有多于一个光纤时就把各光纤互相相邻地放在一起，并通过纤芯扩展器使它们自身合在一起。通道波导(13)和(14)可以是互相光学隔离的，或者通过速逝场耦合而互相耦合。如果波导材料具有电光特性，这种耦合可以用电信号控制。这时，一个输入光纤，例如光纤(9)，中的光可以在输出光纤(17)和(18)之间切换。
图13示出与图12相同的情况，其中两条光纤(19)和(20)及其相应的纤芯扩展器(21)和(22)分别连接到通道波导(23)和(24)上，只是这里的两个通道波导(23)和(24)在中部(25)合在了一起，形成一个光耦合区。这里又一次与参考专利中所示的耦合器实施例的情况不同，在本申请中，两个纤芯扩展器仍然是相互分开的，而耦合是通过两个初切成斜面的相合的通道波导来实现的；而在参考专利中，耦合是直接通过两个合在一起的纤芯扩展器来实现的。
在纤维光学领域，图12和13所示的通道波导(13)、(14)、(23)和(24)的各种实施结构和功能是众知的。所以本发明在通道波导的功能方面，例如图13的被切成锥形的通道波导的耦合功能方面，不提出任何新的权利要求。具有创新性的是光纤一通道波导互连的各个实施例。当前的实际情况是，通道波导可以利用光刻技术和有关的薄膜技术以大批量生产的方式较便宜地制作。成本高的部分是通道波导和光纤的互连。于是，本申请所公开的互连方法和实施将会大幅度地降低光纤光学器件的成本。
另一种重要的光纤互连器的类型是可卸式光纤连接器。从光纤光学技术发展的早期阶段起，人们就已经认识到要被光纤纤芯所导引的光束的小尺寸将使连接器的设计很困难并且成本很高，而扩大光束尺寸可以使连接变得比较容易。球状透镜和梯度折射率棒状透镜已常常用来扩展光束。为了使连接操作容易，光束必须要明显地扩展。所希望的光束直径约从小于0.1mm到大于1mm。
在利用光束扩展器把一个光纤连接到另一个光纤上时，重要的是要确保当光束直径变大时光束的发散角必需变小。这是因为，当光束尺寸被减小到原来的尺寸以准备与另一个光纤相耦合时，光的发散角就会变大。所以，除非在光束的放大过程中其角度变得足够小，否则该光束在缩小过程中其发散角将变得大到不再能产生全反射。为了使放大的连接器中有小的锥角，图14示出了一个连接器的实施例，它基本上与图8所示的连接器相同，只是其通道波导(29)被做成锥形并终止于用于光连接的那一端(30)。大部分的锥度和放大都由通道波导(29)来实现，这种波导可以精确地设计和制作。纤芯扩展器(28)只是适配性地连接在纤芯(27)和通道波导(29)之间。图14的下部示出了导光介质在A、B、C、D等不同位置处的截面。在这个特定的情形中通道波导从位置C到位置D这一段的放大是二维的放大。放大也可以做成只是一维的。通过除去大部分的包层(26)和使通道在A、B位置处的宽度十分接近于被腐蚀的包层的直径，从位置A到位置B这一段的放大可以十分小。
图15除了通道波导(34)具有圆形截面之外，其余部分与图14的相同。
图16示出一个连接器及其连接部分的原理性透视图，这个连接器可以具有图14所示的截面形状。
图17原理性示出一个连接器的实施例，它可以具有图15所示的截面形状。
图18原理性地示出了图15所示连接器的另一种可能的实施例。
图19示出一个图16所示连接器的阵列，其中两根光纤(38)和(39)分别通过两个分开的纤芯扩展器(40)和(41)与两个分开的切成锥形的通道波导(42)和(43)相连接，并终止于同一个端面(44)处。这个阵列连接器是做在同一个基底(45)上的。这两个导光单元之间的距离可以精确地设计，以做到同类阵列连接器之间的通用性连接。虽然图19的阵列中只示出了两个单元，但在同一个基底(45)上也可以制作多得多的，例如16个、32个或64个单元。
图20示出一个基本上与图14相同的实施例，只是如图所示，光纤(47)短到足以被包含在空心通道之内，而且还加上了第二条光纤(46)。在根据参考专利的说明形成了纤芯扩展器(48)之后，可以除去第二光纤(46)，得到图21所示的实施例。也可以以可互换的方式导入一个新的光纤来替换第二光纤(46)。甚至第一光纤(47)也可以除去，得到图22所示的实施例。为了使第一光纤(47)做成是可除去的，可以在根据参考专利的说明制作纤芯扩展器(48)之前在光纤(47)的端面上施加一个薄的镀层。该薄镀层的材料必须是不会和纤芯扩展器(48)的材料粘在一起的。可能使用的这种非粘着性材料有硅胶和泰夫轮(Teflon)。这种材料也可以是一种能够被某种化学剂溶化的材料，这种化学剂不会和组成纤芯扩展器(48)、通道波导(49)和基底(50)的材料起反应。这种材料可以是像腊那样的低熔化温度材料。除去光纤的这个特征也可以适用于本申请所说明的其他实施例，例如图3所示的实施例。
图23、24和25分别是对应于图20、21和22的实施例的截面图。
很明显，通过上述说明的启示，本发明有各种应用和变化的可能。因此必须理解到，在所附权利要求的范围内本发明可以用不同于前面专门说明的方法来实现。
权利要求书
按照条约第19条的修改
1、一种周来把一个光纤连接到一个光学通道波导上的光纤互连结构，它包括：
一个制作在一个光学基底(3)中的空心通道(2)；
一个制作在同一光学基底(3)中的通道波导(1)，它作为空心通道(2)的延伸与后者共线地布置，两者的横截面形状和面积基本相同；
一个含有纤芯和包层的光纤，它与空心通道(2)共线地布置，并且其端面面对着空心通道(2)；以及
一个光纤的纤芯扩展器(6)，它位在空心通道(2)的内部并用对光有反应的材料做成，其物理性质可以通过照相曝光而改变和成形，并且按照光的发散式辐射形状制作在纤芯的端面上，其中该光在距离上扩展得足够的远，以致其在最远端处的最大直径明显地大于纤芯的直径，从而让该纤芯扩展器(6)能够与空心通道的壁发生物理接触，并通过利用上述的光辐射形状所形成的纤芯扩展器实现与纤芯的自对准，此外该纤芯扩展器的折射率大于周围介质的折射率，从而使它具有了限制光的功能；
由此，离开光纤纤芯的光被通过纤芯扩展器以较小的损耗耦合到通道波导之中，并且纤芯扩展器的形状和尺寸从光纤纤芯的形状和尺寸逐渐地变到处于物理连接状态的通道波导的形状和尺寸。
2、根据权利要求1的发明，其中的空心通道是利用光刻技术由对光有反应的材料制作的。
3、根据权利要求1的发明，其中的空心通道是利用模塑技术制作的。
4、根据权利要求1的发明，其中的通道波导和纤芯扩展器是用同样的材料做成的。
5、根据权利要求1的发明，其中的纤芯被一个包层所包围，该包层的厚度被局部地减小，以使纤芯和空心通道的壁的距离达到最小。
6、一种用来把一个光纤和一个光学通道波导相连接的光纤互连结构，它包括：
一个制作在一个光学基底上的空心通道；
一个制作在同一光学基底上的通道波导，它作为空心通道的延伸与后者共线地布置，两者的横截面形状和面积基本相同；
一个含有纤芯和包层的光纤，它与空心通道共线地放置，并且其端面面对着空心通道；以及
一个光纤的纤芯扩展器，它位在空心通道的内部，使光纤的纤芯和通道波导相互连；
由此，光可以通过纤芯扩展器在光纤的纤芯和通道波导之间传送；并且
其中空心通道的截面面积随着远离通道波导而逐渐变大，使得光纤容易插入到空心通道中。
7.根据权利要求1的发明，其中的光纤完全位在空心通道的外部，并且空心通道的宽度和深度小于包层的直径而略大于光纤纤芯的直径。
8.根据权利要求1的发明，其中的通道波导被切成锥形，使得其横截面随着远离纤芯扩展器而变大。
9.根据权利要求8的发明，其中通道波导的横截面沿一锥方向变大。
10.根据权利要求8的发明，其中通道波导的横截面沿二维方向变大。
11.根据权利要求8的发明，其中变大的横截面具有方形形状。
12.根据权利要求8的发明，其中变大的横截面具有圆形形状。
13.根据权利要求1的发明，其中光纤以可卸除的方式放置在空心通道之内。
14、一种用来把一个光纤和一个光学通道波导相连接的光纤互连结构，它包括：
一个制作在一个光学基底中的空心通道；
一个制作在同一光学基底中的通道波导，它作为空心通道的延伸与后者共线地放置，两者的横截面形状和面积基本相同；
一个含有纤芯和包层的光纤，它与空心通道共线地放置，并且其端面面对着空心通道；以及
一个光纤的纤芯扩展器，它位在空心通道的内部，使光纤的纤芯与通道波导相互连；
由此，光可以通过纤芯扩展器在光纤的纤芯和通道波导之间传送；并且
其中光纤被放置在空心通道的内部，而且它短得足以被含在空心通道之内，以使第二个光纤得以在空心通道内部以端面对端面的方式与原来的光纤以可释开的方式连接。
15、一种用来把一个光纤的阵列和一个光学通道波导的阵列以一对一的方式相连接的阵列光纤互连结构，它包括：
一个制作在一个光学基底中的空心通道阵列；
一个制作在同一光学基底中的通道波导阵列；每个通道波导都以一对一的方式与一个空心通道相接合，并且每个通道波导都作为相应空心通道的延伸与后者共线地放置，每个通道波导的横截面形状和面积都和相应空心通道的横截面形状和面积基本相同。
一个含有纤芯和包层的光纤的阵列，每一个光纤都以一对一的方式被指定与一个空心通道相配，每个光纤都与其相应的空心通道共线地放置，并且其端面面对着相应的空心通道；以及
一个光纤的纤芯扩展器阵列，每个纤芯扩展器都以一对一的方式被指定与一个光纤相配，每个纤芯扩展器都位在相应空心通道的内部，并由对光有反应的材料做成，其物理性质可以通过照相曝光而改变和成形，并且按照光的发散式辐射形状制作在纤芯的端面上，其中该光在距离上扩展得足够的远，以致其在最远端处的最大直径明显地大于纤芯的直径，从而让该纤芯扩展器能够与空心通道的壁发生物理接触，并通过利用上述的光辐射形状所形成的纤芯扩展器实现与纤芯的自对准，此外，该纤芯扩展器的折射率大于周围介质的折射率，从而使它具有了限制光的功能；
由此，离开任一个光纤的纤芯的光被通过相应的纤芯扩展器以较小的损耗耦合到相应的通道波导之中，并且纤芯扩展器的形状和尺寸从光纤纤芯的形状和尺寸逐渐地变到处于物理连接状态的通道波导的形状和尺寸。
16.根据权利要求15的发明，其中空心通道是利用光刻技术由对光有反应的材料制作的。
17.根据权利要求15的发明，其中空心通道是利用模塑技术制作的。
18.根据权利要求15的发明，其中各个通道波导与其相邻通道波导之间有速逝场耦合。
19.根据权利要求15的发明，其中各个通道波导在宽度方向上被切成锥形以与其相邻的通道波导合在一起，实现光学耦合。
20.根据权利要求15的发明，其中各个通道波导被切成锥形以使其横截面随着远离纤芯扩展器而变大，但仍与其相邻的通道波导分开。
21.根据权利要求20的发明，其中各切成锥形的通道波导的端面终止于一个共同的端面，该共同端面基本上垂直于通道波导的方向，从而形成一个与另一个光学器件的可卸开的端面对端面光连接界面。
22、根据权利要求1的发明，其中纤芯扩展器的发散角明显地小于从纤芯射出的光学辐射的最大可能的发散角，使得光传经纤芯扩展器时的损耗达到最小。
根据条款19的说明
修改权利要求1是为了更具体详细地说明光纤的纤芯扩展器的物理结构以及它是如何影响光从光纤纤芯经过纤芯扩展器传播到通道波导的方式的，如说明书中所述。
修改权利要求5是为了指明局部地减小包围光纤纤芯的包层的厚度的目的是使纤芯和空心通道之间的距离最小化。
权利要求6和14原来是从属于权利要求1的，现在改写成独立的形式，它们包含了上述本修改之前的前面的权利要求1的限制。
修改权利要求15是为了校正打字上的小错误，并更具体详细地说明光纤的纤芯扩展器阵列的物理结构，以及类似于修改的权利要求1中关于纤芯扩展器的说明，说明它们是如何影响光从光纤纤芯经过纤芯扩展器传播到通道波导的方式的。
在本申请中加上了从属于权利要求1的权利要求22，这是为了给出对纤芯扩展器的发散角的限制，以使光传经纤芯扩展器时的损耗最小化。
所有上述修改都已在相应的美国专利申请中作出了，后者是本PCT申请所根据的优先权申请，并且后者中已引用了与国际检索报告中相同的参考资料。

Claims (21)

1.一种用来把一个光纤和一个光学通道波导相连接的光纤互连结构，它包括：
一个制作在一个光学基底(3)中的空心通道(2)；
一个制作在同一光学基底(3)中的通道波导(1)，它作为空心通道(2)的延伸与后者共线地放置，两者的横截面形状和面积基本相同。
一个含有纤芯和包层的光纤(5)，它与空心通道(2)共线地放置，并且其端面面对着空心通道(2)；以及
一个光纤的纤芯扩展器(6)，它位在空心通道(2)的内部，使光纤的纤芯与通道波导相互连；
由此，光可以通过纤芯扩展器在光纤纤芯和通道波导之间传送。
2.根据权利要求1的发明，其中的空心通道是利用光刻技术由对光有反应的材料制作的。
3.根据权利要求1的发明，其中的空心通道是利用模塑技术制作的。
4.根据权利要求1的发明，其中的通道波导和纤芯扩展器是用同样的材料做成的。
5.根据权利要求1的发明，其中的包层的直径被减小到基本上接近于纤芯直径。
6.根据权利要求1的发明，其中空心通道的截面面积随着远离通道波导而逐渐变大，值得光纤容易插入到空心通道内。
7.根据权利要求1的发明，其中的光纤完全位在空心通道的外部，并且空心通道的宽度和深度小于包层的直径而略大于光纤纤芯的直径。
8.根据权利要求1的发明，其中的通道波导被切成锥形，使得其横截面随着远离纤芯扩展器而变大。
9.根据权利要求8的发明，其中通道波导的横截面沿一锥方向变大。
10.根据权利要求8的发明，其中通道波导的横截面沿二维方向变大。
11.根据权利要求8的发明，其中变大的横截面具有方形形状。
12.根据权利要求8的发明，其中变大的横截面具有圆形形状。
13.根据权利要求1的发明，其中光纤以可卸除的方式放置在空心通道之内。
14.根据权利要求1的发明，其中光纤放置在空心通道内，并且它短得足以被含在空心通道之内，以使第二个光纤得以在空心通道内部以端面对端面的方式与原来的光纤以可释开的方式连接。
15.一种用来把一个光纤的阵列和一个光学通道波导的阵列以一对一的方式相连接的阵列光纤互连结构，它包括：
一个制作在一个光学基底中的空心通道阵列；
一个制作在同一光学基底中的通道波导阵列，每个通道波导都以一对一的方式与一个空心通道相接合，并且每个通道波导都作为相应空心通道的延伸与后者共线地放置，每个通道波导的横截面形状和面积都和相应空心通道的横截面形状和面积基本相同；
一个含有纤心和包层的光纤的阵列，每一个光纤都以一对一的方式被指定与一个空心通道相配，每个光纤都与其相应的空心通道共线地放置，并且其端面面对着相应的空心通道；以及
一个光纤芯扩展器阵列，每一个纤芯扩展器都以一对一的方式被指定与一个光纤相配，并且每个纤芯扩展器都位在相应的使相应光纤的纤芯与相应通道波导相互连的空心通道之内；
由此，光可以在任何一个光纤的纤芯和相应通道波导之间通过相应纤芯扩展器传送。
16.根据权利要求15的发明，其中空心通道是利用光刻技术由对光有反应的材料制作的。
17.根据权利要求15的发明，其中空心通道是利用模塑技术制作的。
18.根据权利要求15的发明，其中各个通道波导与其相邻通道波导之间有速逝场耦合。
19.根据权利要求15的发明，其中各个通道波导在宽度方向上被切成锥形以与其相邻的通道波导合在一起，实现光学耦合。
20.根据权利要求15的发明，其中各个通道波导被切成锥形以使其横截面随着远离纤芯扩展器而变大，但仍与其相邻的通道波导分开。
21.根据权利要求20的发明，其中各切成锥形的通道波导的端面终止于一个共同的端面，该共同端面基本上垂直于通道波导的方向，从而形成一个与另一个光学器件的可卸开的端面对端面光连接界面。
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