CN1170180C - 用于耦合两个光学器件的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

一种使光纤芯与集成电路上的检测器对准用的设备，其具有一连接它们的透光材料，能使通过光纤芯提供的光射向该检测器，甚至在没对准时也是如此。所选择的透光材料的折射率的空间分布能用电学手段加以改变。在从光纤芯到检测器的路径的周围区域内施加一电场，这样，即使在光纤芯没对准检测器时，也会由于该路径被一比其本身低的折射率包围而将该光从光纤芯导向该检测器，因而其失准所引起的损耗很低。

Description

用于耦合两个光学器件的方法和设备
技术领域
本发明一般涉及一些光学器件，更具体地说，涉及光学器件的耦合。
背景技术
纤维光学有许多用途，除了用于图像传输之外，还包括数据传输。尤其是在数据传输的情形中，所使用的大量集成电路在数量上是很大的，它的问题之一是将纤维光源(fiber optic source)与存在于集成电路中的检测器对准需要大量时间。该数据传输可能具有许多噪音，而且它在跨越一定距离和多种干扰源后品质就可能变坏。因此，重要的是如何将原样大的信号(在本情形下为光信号)施加到检测器上。为了优化检测器所接收光的量已需要了精确的调节设备。这里的对准问题并不只是将它对中在该检测器上，而且还存在一角度大小的问题。该纤维光学的中心点可能是在该检测器的中心点上，但是有一角度，这就可能使一些光施加不到该检测器上。
还有一问题是，对准优化之后，该结构必须固定在适当位置上。在涂敷粘结材料的过程中，该粘结材料将把处于对准位置的该纤维光学材料固定在检测器上，在此过程中该对准可能部分受损。包含检测器的集成电路在粘结过程中可能存在相对于纤维光学材料的移动。这样，就需要一改进技术来使作为波导用的纤维光学材料与通过该波导的传输光的检测器对准。
发明内容
针对上述问题，本发明的一个方面提供一种设备，包括耦合到第二光学器件的第一光学器件，其中，第一光学器件具有一第一耦合端和一围绕该耦合端的第一导电环；第二光学器件具有一第二耦合端和一围绕该第二耦合端的第二导电环；透光材料设置于该第一和第二耦合端之间，其中该透光材料具有一种可随施加其上的电场改变的折射率。
本发明的另一个方面提供一种将第一光学器件的第一耦合端与第二光学器件的第二耦合端耦合用的方法，包括下述步骤：在第一耦合端周围施加第一电压；在第二耦合端周围施加一与第一电压不同的第二电压；以及在第一和第二耦合端之间形成一透光材料，其中，该透光材料具有可随施加其上的电场改变的折射率。
附图说明
图1是按照本发明一优选实施例的用来将波导与器件对准的设备的简化横截面图。
图2是图1所示设备的一部分的透视图。
具体实施方式
图1所示的是一将波导12与器件14对准用的设备10。在该设备中包括有一控制电路16和一透光材料18及探头20。该波导12包括一光纤芯22，其外有一光纤包覆层24环绕，该包覆层的周围又有一电极环26环绕，该电极环是一导电环。波导12具有一面对器件14的耦合端，用来与另一光学器件(如另一波导、光检测器，或光发射器)耦连。器件14包括：一电极环28(它也是一导电环)、一检测器30、以及一金属接触线32。电极环28围绕着检测器30。检测器30是用来检测来自波导12的耦合端的光信号。金属接触线32是沿器件14的上表面铺设的，而且与电极环28保持物理和电学接触。附连在波导12上的是一金属接触线34，它与电极环26呈物理和电学接触。控制电路16利用探头36和20分别与电极环26和28作物理和电学接触。在这种情形下，检测器30在器件14的上表面具有一耦合端。在理想情形下，光纤芯22将完美地与检测器30对准。实际上，这可能是很难实现的，如果实际做到了，也是费时的。
图1所示是光纤芯22与检测器30对准得不理想的一种情形。透光材料18是一液晶聚合物。这种液晶聚合物的一个例子就是聚合物主链上的烷基氰基联苯部分(alkylcyanobiphenyl moiety)。这种聚合物主链的一个例子是聚乙烯。透光材料18的重要特征在于它具有一种能用电学方法改变的折射率的空间分布。使该波导靠近器件14。透光材料18被施加在该波导和器件14之间。该透光材料18是在其玻璃转变温度以上的温度上施加的。随后，控制电路16在电极环26与电极环28之间施加一电压差。此电压差最好应为10-100V的范围内。例如，可将50V的电压施加在电极环26上，而在电极环28上施加一0V(地)的电压。当此电压差施加在电极环26和电极环28之间时，就将透光材料18冷却到其玻璃转变温度以下的温度上。在将透光材料18冷却到其玻璃转变温度以下之后，就可去掉控制电路16，使得不再有电压差施加在电极环26与电极环28之间。
在透光材料18冷却到它的玻璃转变温度以下的这期间，在电极环26与电极环28之间施加电压差的效果是，排列在电极环26与电极环28之间的透光材料区内，沿电场方向的折射率增大，而垂直于电场方向的折射率减小。在光纤芯22和检测器30之间的直接通路周围的区域内所产生的折射率各向异性，将使光纤芯22所传送的光波射出光纤芯22而发生偏转，几乎一直传播到检测器30上。因而，在光纤芯22和检测器30之间的这条路径就是该光将采取的路径，尽管这并不是到器件14的最直路径。如果透光材料18具有均匀的折射率，则从光纤芯22出来的光将直接向下延伸到器件14的表面，该光的相当大一部分不会射到检测器30上。由于在电极环26和28上施加的电压差引起的电场所选择性形成的较小的折射率的存在，实际上使光在最直的路径受到阻碍，或至少是被偏离。光将取的路径是到检测器30，这是因为到检测器30的路径具有较高的折射率。在光纤芯22与检测器30之间的这条路径实际上是一条具有相当高折射率的通道，它由具有改变了折射率的材料所包围，形成一波导。如果该具有改变折射率的材料在通过光纤芯22的直线上是连续的话，则它在光投向它的角度上具有较低的折射率。由于波导路径引起的这条光的路径在图1中由从光纤芯22延伸到检测器30的箭头所示。在电极环26和电极环28之间产生的该电场，在图1中由连接电极环26和电极环28的虚线表示。
在其玻璃转变温度以上的液晶聚合物本身将沿所施电场方向排列，而且在这方向其折射率增大，而在与上述方向垂直的方向上其折射率减小。这里，它表明，所得到的没与光纤芯22对准的检测器30结构还导致通过光纤芯22的光能以很高百分比传送到检测器30上。因而，这是比从光纤芯22到检测器30没有波导排列其间的透光材料优越的地方。
图2所表示的是一波导12的透视图，它包括：光纤芯22、光纤包覆层24和电极环26。这是为了清楚和易于理解波导12的结构而画出的。
也可使用类似的方法，其中一个光学器件实际上是一光源而不是如检测器30那样的检测器。一集成电路(如器件14)可以产生一光信号，由于在该光纤芯与该光源之间的路径周围有一低折射率区域，而同样也可使这光信号射到光纤芯的中央。同样，该方法也可用来将两个波导耦合一起。而且，因为仅仅是在该折射率分布最初成形时需要该电极环，因而该电极环是可拆卸的。当光学器件之一是在集成电路中，而且很可能是对如波导12那样的波导时，这可能就并不实用了。
另一可能性将是使用这样的材料，它可用施加电场来改变其折射率，但这种施加的电场并不会引起该折射率的永久改变。在这种情形下，将需要在围绕光纤芯的电极环和围绕检测器或光源的电极环之间连续地施加电压差。可能使用的另一种材料是一可紫外处理的材料，它可由电场引起折射率的改变，而同时又可用紫外光来激活。
还有另一类材料是一些热固型聚合物，在将这样的折射率空间分布设定好后，这种材料就可提供较大的阻止折射率的空间分布发生变化的能力。在通过此处描述的电学手段将围绕光路的折射率设定为小于光路本身中的折射率时，进一步再加热该材料就导致化学反应，除了利用比原来设定该折射率的空间分布所使用的温度高得多的温度而外，这种反应是不可能被改变的。于是这就提供了阻止该折射率空间分布发生变化的高度阻力。

Claims (12)

1.一种设备，包括耦合到第二光学器件的第一光学器件，其特征在于：
第一光学器件具有一第一耦合端和一围绕该耦合端的第一导电环；
第二光学器件具有一第二耦合端和一围绕该第二耦合端的第二导电环；
透光材料设置于该第一和第二耦合端之间，其中该透光材料具有一种可随施加其上的电场改变的折射率。
2.如权利要求1的设备，其中该第一光学器件和该第二光学器件都是波导。
3.如权利要求1的设备，其中：
从该第一光学器件传输到该第二光学器件的光是沿第一方向；
从该第一光学器件传递到该第二光学器件的光沿第一方向循第一路径通过该透光材料；而且
该透光材料响应施加于第一导电环上的第一电压和施加于第二导电环上的第二电压而在该第一路径周围并沿该第一方向具有减小的折射率。
4.一种将第一光学器件的第一耦合端与第二光学器件的第二耦合端耦合用的方法，其特征在于下述步骤：
在第一耦合端周围施加第一电压；
在第二耦合端周围施加一与第一电压不同的第二电压；以及
在第一和第二耦合端之间形成一透光材料，其中，该透光材料具有可随施加其上的电场改变的折射率。
5.如权利要求4的方法，其中该第一光学器件是一光纤，而第二光学器件是一光学检测器。
6.如权利要求4的方法，其中该第一光学器件和第二光学器件都是波导。
7.如权利要求4的方法，其中该第一光学器件是一光纤，而第二光学器件是一光源。
8.如权利要求4的方法，其中
从该第一光学器件传输到该第二光学器件的光是沿第一方向；
从该第一光学器件传递到该第二光学器件的光沿第一方向循第一路径通过透光材料；而且
该透光材料响应于第一电压和第二电压而在该第一路径周围并沿该第一方向具有减小的折射率。
9.如权利要求8的方法，其特征还在于：可除去该第一和第二电压。
10.如权利要求9的方法，其中在该第一和第二电压除去之后仍可保留该折射率的减小。
11.如权利要求10方法，其特征还在于：
在施加该第一和第二电压之前，将该透光材料加热到大于其玻璃转变温度的一温度上；以及
在加热该透光材料之后，在除去该第一和第二电压之前，将该透光材料冷却到低于其玻璃转变温度的一温度上；
12.如权利要求10方法，其特征还在于：
在除去该第一和第二电压之前，施加一紫外光在该透光材料上；以及
在施加该紫外光之后，在除去该第一和第二电压之前，停止施加紫外光，以便在该透光材料中触发一化学反应。
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