TW201533472A - 混合波長選擇開關 - Google Patents

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TW201533472A
TW201533472A TW103139821A TW103139821A TW201533472A TW 201533472 A TW201533472 A TW 201533472A TW 103139821 A TW103139821 A TW 103139821A TW 103139821 A TW103139821 A TW 103139821A TW 201533472 A TW201533472 A TW 201533472A
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Taiwan
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waveguide
waveguides
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planar lightwave
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TW103139821A
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Cristian Bolle
David Neilson
Mark P Earnshaw
Roland Ryf
Flavio Pardo
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Alcatel Lucent
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Abstract

本發明揭示一種光學裝置，其包括一波長選擇開關，該波長選擇開關包含：一或多個平面光波電路及複數個光束導向總成。該等平面光波電路之各者具有定位於其上之至少一陣列式波導光柵。

Description

混合波長選擇開關
本揭示內容係關於用於光學總成之多波長選擇開關以及製造並使用其之方法。
本段介紹可幫助促進本發明之更佳理解之態樣。據此，本段之陳述應在此基礎上進行閱讀且不應被理解為承認其係先前技術或不是先前技術。
一些波長選擇開關器件相對較昂貴且較大，此歸因於將自由空間光學裝置及若干光學組件組裝於一大型密封外殼中之需求。
一實施例係一種光學裝置。總成包括一波長選擇開關，該波長選擇開關包含：一或多個平面光波電路(PLC)及複數個光束導向總成。該等PLC之各者具有定位於其上之至少一陣列式波導光柵(AWG)。該等PLC之一第一者上之一第一AWG經結構設計以自一輸入波導接收具有多個波長通道之一光學信號，且將該多個波長通道分離成各光學地耦合至一第一波導組之一波導之一端之離散波長通道。該第一波導組之個別波導之相對端各沿該第一PLC之一邊緣分開地定位且彼此隔開。至少第二及第三AWG分別光學地耦合至第二及第三波導組之一端，其中該等第二及第三組之波導之各者之相對端與該第一波導組之各個波導之相對端同位。該等光束導向總成之各者經結構設計以自該第一波導組之波導中之個別波導之相對端接收該等離散波長 通道之一者，且將該離散波長通道至少導向至該第二波導組之波導之同位相對端或該第三波導組之波導之同位相對端。
在一些此等實施例中，該等光束導向總成之各者可包含一微機電(MEM)反射鏡，該MEM反射鏡經結構設計以將該離散波長通道自該第一波導組之個別波導之相對端反射至至少該等第二及第三波導組之波導之同位相對端之一者。在一些此等實施例中，該等光束導向總成之各者可包含一準直微透鏡，該準直微透鏡定位於該等第一、第二及第三波導組之該波導之相對端與該MEM反射鏡之一平坦反射表面之間。
在一些此等實施例中，該等光束導向總成之各者可包含具有一凹形反射表面之一MEM反射鏡，該凹形反射表面經結構設計以將該離散波長通道自該第一組之個別波導之相對端反射至至少該等第二及第三波導組之波導之任一同位相對端。
在一些此等實施例中，該複數個光束導向總成可配置成一個一維陣列。
在一些此等實施例中，該一或多個PLC及該複數個光束導向總成可定位於一光學電信裝置之一基板上。
在一些此等實施例中，該第一AWG可經結構設計為一解多工器件且該等第二及第三AWG可經結構設計為一光學電信裝置之多工器件。
在一些此等實施例中，該等第一、第二及第三AWG可定位於該第一PLC上。
在一些此等實施例中，該等第一、第二或第三波導組之波導之至少一者可與另一波導組之波導之至少一者交叉。
在一些此等實施例中，該第一AWG可定位於該第一PLC上且該等第二或第三AWG之至少一者可定位於該等PLC之一第二者上，其中 該等第一及第二PLC堆疊在一起。
在一些此等實施例中，該等第一、第二及第三AWG可定位於該等第一PLC上，且該裝置可進一步包含定位於該等PLC之一第二者上之第四、第五及第六AWG，其中第四、第五及第六AWG可分別光學地耦合至第四、第五及第六波導組之一端。在一些此等實施例中，該等第四、第五及第六波導組之波導之各者之相對端可分別與該等第一、第二及第三波導組之波導之一者之相對端同位。在一些此等實施例中，該等光束導向總成之各者可經結構設計以自該第一波導組之波導之一者之相對端接收該等離散波長通道之一者，且將該離散波長通道導向至該等第二、第三、第四、第五或第六波導組之一者之波導之同位相對端之一者。
在一些此等實施例中，其上可定位該第一AWG及該第一波導組之第一PLC之一表面與具有定位於其上之其他AWG之至少一者及另一波導組之一第二PLC之一表面相對。另一AWG及另一波導反射鏡組之位置及該第一AWG及該第一波導組之位置經配置使得該另一波導組之波導之相對端可與該第一波導組之相對端同位。
在一些此等實施例中，該第一AWG可定位於該第一PLC上，該第二AWG可定位於該該等PLC之一第二者上且該第三AWG可定位於該等PLC之一第三者上，且該等第一、第二及第三AWG可堆疊在一起。
一些此等實施例可進一步包含另一PLC，其中該第一PLC及該另一PLC可堆疊在一起。該第一PLC之一表面可藉由該第一PLC或該另一PLC之一基底層而與其上定位至少一另一AWG之其他PLC之一表面分隔。
在一些此等實施例中，第一、第二及第三組之波導之相鄰者之同位相對端可彼此分隔達等於至少約0.015mm之一通道內分隔距離。
在一些此等實施例中，第一、第二及第三波導之同位相對端之各者可與經結構設計以載送離散波長通道之一不同者之第一、第二及第三波導之同位相對端之其他者分隔達至少約0.5mm。
在一些此等實施例中，第一、第二及第三組之波導之多對相鄰波導之同位相對端可彼此分隔達彼此至少約50%不同之一通道內分隔距離。
另一實施例係一種製造一光學總成之方法，該方法包括製造一波長選擇開關。製造該波長選擇開關包含在一基板上提供一或多個PLC，該等PLC之各者具有定位於其上之至少一AWG。該等PLC之一第一者上之一第一AWG經結構設計以自一輸入波導接收具有多個波長通道之一光學信號，且將該多個波長通道分離成各光學地耦合至一第一波導組之一波導之一端之離散波長通道。該第一波導組之個別波導之相對端各沿該第一PLC之一邊緣分開地定位且彼此隔開。至少第二及第三AWG分別光學地耦合至第二及第三波導組之一端，其中該等第二及第三組之波導之各者之相對端與該第一波導組之各個波導之相對端同位。製造該波長選擇開關亦包含在該基板上提供複數個光束導向總成。該等光束導向總成之各者經結構設計以自該第一波導組之個別波導之相對端接收該等離散波長通道之一者，且將該離散波長通道至少導向至該第二波導組之波導之同位相對端或該第三波導組之波導之同位相對端。
另一實施例係使用一光學總成之方法，該方法包括使用一波長選擇開關切換具有多個波長通道之一輸入光學信號。切換包含將該輸入光學信號自一輸入波導傳送至定位於該波長選擇開關之PLC之一第一者上之一第一AWG。切換包含在該第一AWG中將該多個波長通道分離成離散波長通道。切換包含將該等經分離離散波長通道傳輸至光學地耦合至該第一AWG之一第一波導組之不同個別波導，其中該第 一波導組之個別波導之相對端各沿該第一PLC之一邊緣分開地定位且彼此隔開。切換包含透過複數個光束導向總成之一者將該等經分離離散波長通道自該第一組之個別波導之相對端至少導向至一第二波導組之一波導之一端或一第三波導組之一波導之一端，其中該等第二或第三波導組之該波導之端與該第一波導組之個別波導之相對端同位。
2A‧‧‧視線
2B‧‧‧視線
3A‧‧‧視線
3B‧‧‧視線
4‧‧‧詳細部分
6‧‧‧視線
8--8‧‧‧視線
100‧‧‧光學裝置/光學電信裝置
102‧‧‧波長選擇開關
105‧‧‧第一平面光波電路(PLC)
107‧‧‧表面/平坦表面
110‧‧‧第一陣列式波導光柵(AWG)
112‧‧‧第二陣列式波導光柵(AWG)
114‧‧‧第三陣列式波導光柵(AWG)
116‧‧‧多通道光學信號/輸入光學信號/第一輸入信號
116'‧‧‧第二輸入信號
118‧‧‧輸入波導/單輸入波導
120‧‧‧波導端
122‧‧‧第一波導組/波導
124‧‧‧波導端
130‧‧‧平面光波電路(PLC)之邊緣
132‧‧‧波導端
134‧‧‧第二波導組
136‧‧‧波導端
138‧‧‧波導端
140‧‧‧第三波導組
142‧‧‧波導端
145‧‧‧光束導向總成/光束導向裝置
150‧‧‧第一自由空間傳播區域
152‧‧‧第二多模式部分
154‧‧‧單模式波導部分
156‧‧‧輸出光學波導/輸出波導
158‧‧‧輸出光學波導/輸出波導
159‧‧‧光學輸出/輸出信號
160‧‧‧微機電(MEM)反射鏡/導向總成之透鏡
162‧‧‧準直微透鏡/反射鏡
164‧‧‧反射表面/凹形反射表面
168‧‧‧基板
205‧‧‧第二平面光波電路(PLC)
207‧‧‧第二平面光波電路(PLC)之表面
210‧‧‧第四陣列式波導光柵(AWG)
212‧‧‧第五陣列式波導光柵(AWG)
214‧‧‧第六陣列式波導光柵(AWG)
220‧‧‧波導端
222‧‧‧第四波導組
224‧‧‧波導端
230‧‧‧第二平面光波電路(PLC)之邊緣
232‧‧‧波導端
234‧‧‧第五波導組
236‧‧‧波導端
238‧‧‧第六波導組
242‧‧‧波導端
250‧‧‧光學層
252‧‧‧基底層
305‧‧‧第三平面光波電路(PLC)
307‧‧‧第三平面光波電路(PLC)之表面
362‧‧‧微透鏡
405‧‧‧通道內分隔距離
410‧‧‧通道間分隔距離
415‧‧‧節距
420‧‧‧寬度/長度
425‧‧‧總長度
430‧‧‧分隔距離
440‧‧‧分隔距離
505‧‧‧分隔距離
510‧‧‧分隔距離
610‧‧‧軸
810‧‧‧核心部分
820‧‧‧包殼部分
900‧‧‧方法
905‧‧‧步驟
910‧‧‧步驟
915‧‧‧步驟
1000‧‧‧方法
1010‧‧‧步驟
1015‧‧‧步驟
1020‧‧‧步驟
1025‧‧‧步驟
1030‧‧‧步驟
λ1‧‧‧離散波長通道
λ2‧‧‧離散波長通道
λ3‧‧‧離散波長通道
λ4‧‧‧離散波長通道
λ5‧‧‧離散波長通道
λ6‧‧‧離散波長通道
λ7‧‧‧離散波長通道
λ8‧‧‧離散波長通道
λ9‧‧‧離散波長通道
λ10‧‧‧離散波長通道
在結合隨附圖式閱讀時，自下文詳細描述最佳理解本揭示內容之實施例。為了便於參考該等圖式中之一些特徵，可將該等特徵描述為例如「頂部」、「底部」、「垂直」或「橫向」。此等描述不限制此等特徵相對於自然水平線或重力之定向。為了論述之清晰性起見，各種特徵可不按比例繪製且在大小方面可任意增大或減小。現參考結合隨附圖式進行之下文描述，其中：圖1呈現本揭示內容之一光學裝置之一例示性實施例之一示意平面圖；圖2A呈現圖2B中所示沿視線2A自上而下檢視之光學裝置之一例示性實施例之一詳細平面圖；圖2B呈現圖2A中所示沿視線2B自側面檢視之具有兩個平面光波電路(PLC)之光學裝置100之一例示性實施例之一部分之一詳細截面圖；圖3A呈現圖3B中所示沿視線3A自上而下檢視之具有複數個PLC之一光學裝置之一例示性實施例之一平面圖；圖3B呈現圖3A中所示沿視線3B自側面檢視之該例示性實施例之一部分之一截面圖；圖4展示如圖1中所描繪之開關之一實施例之一詳細部分4之一平面圖；圖5A展示類似於圖4中所描繪之視圖之開關之實施例之一部分之 一平面圖；圖5B展示類似於圖4中所描繪之視圖之開關之實施例之一詳細部分之一平面圖；圖6呈現如圖4中所描繪沿視線6之開關之實施例之一詳細部分之一側視圖；圖7呈現開關之實施例之一詳細部分之一側視圖，其類似於圖6中所描繪，除包含一PLC堆疊之開關之一實施例以外；圖8呈現如圖4中所描繪沿視線8--8之開關之實施例之一詳細部分之一截面圖；圖9呈現製造裝置之一方法之一流程圖，包含製造在圖1至圖8之內容脈絡中所論述之裝置之任何實施例；及圖10呈現使用一光學裝置之一方法之一流程圖，包含使用在圖1至圖8之內容脈絡中所論述之裝置之任何實施例。在圖式及正文中，類似或相同參考符號指示具有類似或相同功能及/或結構之元件。在圖式中，一些特徵之相對尺寸可經擴大以更清楚繪示其中之結構或特徵之一或多者。在本文中，藉由圖式簡單說明及實施方式而更全面描述各項實施例。然而，本發明可依各種形式具體實施且不限於闡釋性實施例之圖式簡單說明及實施方式中所描述之實施例。
本描述及圖式僅闡釋本發明之原理。因此，將明白一般相關技術者將能夠設計各種配置，該等配置儘管在本文中未明確描述或展示，但具體實施本發明之原理或包含於本發明之範疇內。此外，本文中所列之所有實例主要意圖明確在於教學目的以協助閱讀者理解本發明之原理及發明者所促成以增進此項技術之概念，且應被解釋為不限 於此等具體列舉之實例及條件。此外，本文中列舉本發明之原理、態樣及實施例以及其特定實例之所有陳述意欲涵蓋其等效物。此外，如本文中所使用，術語「或」指代一非排除項或除非另有指示。此外，本文中所描述之各項實施例不一定相互排除，此係因為一些實施例可與一或多項其他實施例組合以形成新實施例。
本揭示內容之實施例提供一種具有一混合多波長選擇開關之緊湊型低成本光學總成，該開關帶有少於特定既有開關之光學組件且在該等光學組件之間具有減小數目及大小之自由光學空間。
本揭示內容之一實施例係一種光學總成。圖1呈現本揭示內容之一光學裝置100之一例示性實施例之一示意平面圖。裝置100包括一波長選擇開關102。開關102包含一或多個平面光波電路(PLC)105。PLC之各者具有定位於其上(例如，定位於表面107上，其在一些情況中係一平坦表面107)之至少一陣列式波導光柵(AWG)110、112、114。PLC 105之一第一者上之一第一AWG 110經結構設計以自一輸入波導118接收具有多個波長通道(例如，λ1...λ10)之一光學信號116。
在一些實施例中，光學信號116可在用於光學通信之任何波長頻帶中，例如在S頻帶(約1460nm至1530nm)、C頻帶(約1530nm至1565nm)或L頻帶(約1565nm至1625nm)中。在一些實施例中，多個通道可分隔達一特性間隔△f，該特性間隔△f對應於頻率差相同(例如，約100GHz、50GHz或10GHz)之頻率分量之一規則的均勻間隔。
第一AWG 110將多個波長通道分離成各光學地耦合至一第一波導組122之一波導之一端120之離散波長通道(例如，λ1至λ10之一者)。第一波導組122之個別波導(例如，波導122之個別者)之相對端124各沿第一PLC 105之一邊緣130分開地定位且彼此隔開。
開關102進一步包含至少第二及第三AWG 112、114。第二AWG 112耦合至一第二波導組134之端132且該第二波導組134之相對端136 之各者與第一波導組122之各個波導之相對端124(例如，波導122之一者之相對端124)同位。第三AWG 114耦合至一第三波導組140之端138且該第三波導組140之相對端142之各者與第一組122之各個波導之相對端124(例如，波導122之相同者之相對端124)同位。如圖1中所示之例示性實施例中所示，第三波導組140之相對端142之各者亦可與第二波導組134之個別波導之相對端136同位。
開關102亦包含複數個光束導向總成145，其中該等光束導向總成145之各者經結構設計以自第一波導組122之波導中之個別波導之相對端124(例如，波導122之一者之相對端124)接收離散波長通道之一者。光束導向總成145經結構設計以將該離散波長通道至少導向至第二波導組134之波導之同位相對端136或第三波導組140之波導之同位相對端142。在此一結構中，如圖1中所描繪，開關102可用作一1x2開關。
如本文中所使用，術語波導之同位相對端指代來自不同波導組122、134、140之各者且光束導向總成145之一單一者可將離散波長通道導向至其之波導端124、136、142之最近分群。
如圖1中所示，在裝置100之一些實施例中，AWG 110、112、114可包含一第一自由空間傳播區域150、一第二多模式部分152及複數個單模式波導部分154。一般技術者將熟習其他類型之陣列式波導光柵結構。合適AWG之非限制性例示性實施例在2011年9月9日申請之美國申請案第13/228,636號中予以提出，該案之全文以引用方式併入本文中。
在一些實施例中，第一AWG 110可經結構設計為一解多工器件且第二及第三AWG 112、114經結構設計為裝置100之多工器件，裝置100經結構設計為一光學電信裝置(例如，一光學收發器裝置)。
如圖1中進一步所示，裝置100之實施例可進一步包含分別光學 地耦合至第二及第三AWG 112、114之至少輸出光學波導156、158。 輸出光學波導156、158經結構設計以接收離散波長通道(例如，λ1至λ10之分離通道)，該等離散波長通道自第一波導組之個別波導導向至第二或第三波導組134、140之波導之一者且在傳遞通過第二AWG 112或第三AWG 114之一者之後重新組合成包含多個波長通道之一光學輸出159(例如，λ1至λ10之組合通道)。
儘管將第一AWG 110描繪為耦合至一單輸入波導118，但熟習相關技術人員將瞭解，在一些實施例中各載送多通道光學信號116之多輸入波導可如何連接至AWG 110。熟習相關技術人員將明白，在一些實施例中AWG 110、112、114之任一者可如何經結構設計以接收輸入光學信號116及所描繪之輸出波導156、158可如何經結構設計為一輸入波導。熟習相關技術人員將明白，在一些實施例中複數個輸出波導(例如，複數個波導156、158之各者)可如何分別光學地耦合至第二或第三AWG 112、114。
如圖1中所示，在裝置100之一些實施例中，為了促進光束導向，總成145可包含一微機電(MEM)反射鏡160，該MEM反射鏡160經結構設計以將該離散波長通道(例如，λ1)自第一波導組之個別波導之一者之相對端124反射至至少第二及第三波導組134、140之波導之同位相對端136、142之一者。
如圖1中進一步所示，在一些實施例中，為了促進光束導向，總成145之各者可包含一準直微透鏡162。透鏡162定位於第一、第二及第三波導組122、134、140之個別波導之一者之相對端124、136、142與MEM反射鏡160之一反射表面164(例如，一平坦反射表面)之間。
在裝置100之一些實施例中，為了促進光束導向，各光束導向總成145包含具有一凹形反射表面164之一MEM反射鏡160，該凹形反射表面164經結構設計以將通道(例如，λ1)自第一組122之個別波導之一 者之相對端124反射至至少第二及第三波導組134、140之波導之同位相對端136、142之任一者。
一般相關技術者將熟習各種類型之用於促進光束導向之MEM器件設計。例如，在一些實施例中，MEM反射鏡可耦合至一MEM器件，該MEM器件經結構設計以繞兩個不同旋轉軸旋轉反射表面164，例如以對光束進行橫向(例如，在一PLC之平面內)或垂直(例如，在一PLC之平面上方及/或下方)導向。
如圖1中所示，為了促進一緊湊型光學裝置100及光束導向總成145，複數個光束導向總成145可配置成一個一維陣列。在一些實施例中，例如，MEM反射鏡160可配置成一個一維陣列，且選用之準直透鏡162可配置成一個一維陣列。
如圖1中進一步所示，一或多個PLC 105及複數個光束導向總成145可定位於裝置100之一基板168上。例如，該基板可經結構設計為一光學電信裝置100之一子總成基板。
如圖1中所示，在一些實施中，為了簡化製造且為了促進提供一垂直的緊湊型裝置100，第一、第二及第三AWG 110、112、114可皆定位於一相同第一PLC 105上。例如，第一、第二及第三AWG 110、112、114可實質上配置為該PLC 105上之一線性一維陣列。在一些實施例中，第一、第二或第三波導組之波導之至少一者與另一波導組之波導之至少一者交叉。例如，第一波導組122之波導之至少一者可與第二或第三波導組134、140之波導之至少一者交叉。允許第一、第二或第三波導組之波導之至少一些彼此交叉可促進PLC 105上之AWG 110、112、114之一更橫向的緊湊型配置且藉此促進一緊湊型裝置100。然而，此等交叉可導致輸出信號159與輸入信號116相比之光學功率損耗。然而，在裝置100之替代實施例中，AWG可配置於一PLC上使得耦合之波導組彼此不交叉，且藉此最小化此等光學功率損耗。
為了促進一橫向的緊湊型裝置100，開關102之一些實施例可包含堆疊在一起之兩個或更多個PLC，其中至少一AWG在各PLC上。作為一非限制性實例，圖2A呈現圖2B中所示沿2A自上而下檢視之具有兩個PLC 105、205之本揭示內容之光學裝置100之一例示性實施例之一詳細平面圖。圖2B呈現圖2A中所示沿2B自側面檢視之具有兩個PLC 105、205之光學裝置100之一例示性實施例之一部分之一詳細截面圖。為了清楚起見，在圖2B中，僅描繪位於PLC之側外之光束導向總成145之一單一反射鏡160。一般技術者將瞭解可存在定位成如圖2A中所描繪般之複數個此等反射鏡160。
對於所描繪之實施例，第一PLC 105可具有定位於其上之第一、第二及第三AWG 110、112、114且其等端120、132、140可光學地耦合至第一、第二及第三波導組122、134、140之波導，此類似於在圖1之內容脈絡中所論述。圖2B描繪沿第一PLC 105之邊緣130之第一、第二及第三波導組122、134、140之波導之相對端124、136、142。
類似地，第二PLC 205可包含定位於其上之第四、第五及第六AWG 210、212、214且其等端220、232、240可光學地耦合至第四、第五及第六波導組222、234、238之波導，此類似於在圖1之內容脈絡中所論述。圖2B描繪沿第二PLC 205之邊緣230之第四、第五及第六波導組222、234、240之波導之相對端224、236、242。第四、第五及第六波導組之波導之各者之相對端224、236、242與第一、第二、第三波導組122、134、140之波導之一者之相對端同位。
光束導向總成145之各者經結構設計以自第一波導組122之波導之一者之相對端124接收離散波長通道之一者，且將該離散波長通道導向至第二、第三、第四、第五或第六波導組134、140、222、234、240之一者之波導之同位相對端136、142、224、236、242。在此一結構中，開關102可用作一1x5開關。
在具有帶有一PLC堆疊之一開關102之裝置100之一些實施例中，該等PLC之至少兩者可配置成一面對面結構。此一結構可促進波導之端(例如，端124、136、142、224、236、242)同位並彼此相距一短距離，例如以減小光束導向總成145之物理運動範圍。
例如，如圖2B中所示，第一PLC 105上之第一波導組之個別波導之相對端124與定位於一第二PLC 205上且經結構設計以載送相同離散波長通道之至少另一波導組(例如，一或多個組220、234、240)之個別波導之相對端(例如，一或多個端222、236、242)相對。
在具有帶有一PLC堆疊之一開關102之裝置100之一些實施例中，第二PLC上之AWG及波導組之至少一者之配置可反射第一PLC上之AWG及波導組之至少一者之位置。此一結構可促進波導之端(例如，端124、136、142、224、236、242)同位並彼此相距一短距離，且促進一更橫向的緊湊型PLC設計。
例如，考量諸如圖2A及圖2B中所示之一實施例。其上定位第一AWG 110及第一波導組122之第一PLC 105之一表面107(例如，具有定位於一基底層252上之一光學層250)與一第二PLC 205之一表面207(例如，亦具有定位於一基底層252上之一光學層250)相對。第二PLC 205具有定位於其上之至少另一AWG(例如，AWG 210、212、214之至少一者且在一些實施例中所有三個AWG)及至少另一波導組(例如，組222、234、240之至少一者且在一些實施例中所有三個組)。另一AWG(例如，AWG 210、212、214之一者)、另一波導組(組222、234、240之一者)之位置可反射第一AWG 110及第一波導組122之位置使得該另一波導組之波導之相對端(例如，端224、236、242)與該第一波導組之相對端(例如，端124)同位。
在一些實施例中，第二PLC 205上之AWG(例如，AWG 210、212、214之一者)及波導組(例如，組222、234、240)之各者反射第一 PLC 105上之AWG(例如，AWG 110、112、114之一者)及波導組(例如，組122、134、140)之一者。
圖3A及圖3B繪示具有包含一PLC堆疊式配置之一開關(例如，一1x2開關)之裝置100之另一實例。圖3A呈現圖3B中所示自上而下檢視3A之具有複數個PLC(例如，三個PLC)之本揭示內容之一光學裝置100之一例示性實施例之一平面圖。圖3B呈現圖3A中所示自側面檢視3B之例示性實施例之一部分之一截面圖。此外，為了清楚起見，在圖3B中，描繪位於PLC 105、205、305之側外之光束導向總成145之一單一反射鏡160。
對於圖3A及圖3B中所描繪之實施例，第一AWG 110定位於第一PLC 105上且第二或第三AWG 112、114之至少一者(例如，AWG 112)定位於PLC之一第二者(例如，PLC 205)上，且第一及第二PLC 105、205堆疊在一起。此外，可存在與其他PLC 105、205堆疊在一起之額外PLC(例如，一第三PLC 305且在一些實施例中可係額外PLC)，且各PLC具有定位於其上之至少一AWG。
例如，在一些實施例中，第一AWG 110定位於第一PLC 105上，第二AWG 112定位於第二PLC 205之一表面207上，且第三AWG 114定位於第三PLC 305之一表面307上。第一、第二及第三PLC 105、205及305堆疊在一起。例如，如圖3B中所示，第二PLC 205可堆疊至第一PLC 105上且第一PLC 105可堆疊至第三PLC 305上。如此，僅描繪圖3B中所示自上而下檢視之第二AWG 112及第二波導組134。
如圖3B中進一步所示，在類似於圖2B中所描繪之實施例之一些實施例中，PLC之兩者(例如，PLC 105及PLC 205)可堆疊成一面對面配置。然而，在圖3B中所描繪之實施例中，PLC之至少兩者(例如，PLC 105及PLC 205)可堆疊在一起成一面對面配置。例如，其上定位第一AWG 110之第一PLC 105之表面107與其上定位至少另一AWG(例 如，AWG 114)之另一PLC(例如，PLC 305)之一表面307分隔，此分隔係藉由該第一PLC或該另一PLC之一基底層252(在此情況中，係第一PLC 105之基底層252)而實現。在一些實施例中，藉由此一基底層252使AWG(例如，AWG 110、112、114之一或多者)與相關聯光學耦合之波導組(例如，組122、134、140之一或多者)分隔可有利地減小AWG或波導組之間的光學功率損耗及/或串擾。
如圖3B中進一步所示，在一些實施例中，為了促進光束導向，光學導向總成145可各包含一第二透鏡(例如，微透鏡362)，該第二透鏡定位於該總成145之反射鏡160與定位於PLC(例如，第三PLC 305)上之波導組(例如，組140)之端(例如，端142)之間，該PLC藉由一PLC基底層(例如，第一PLC 105之基底層252)而與其他波導組之至少一者(例如，組122)分隔。
基於圖2A至圖3B中所呈現之實例，熟習相關技術人員將明白開關102可如何包含堆疊在一起成各種面對面或面對端配置之額外PLC。
圖4展示如圖1中所描繪之開關102之實施例之一詳細部分4之一平面圖，其展示沿PLC 105之邊緣130分開地定位之第一、第二及第三波導組122、134、140之波導之同位相對端124、136、142。如所示，不同波導組122、134、140之各者之一波導經結構設計以載送光學信號116之不同離散通道(例如，分別係λ6、λ7、λ8)(圖1)。為了減小具有同位相對端124、136、142之波導之間的光學功率損耗及串擾，第一、第二及第三組之波導之相鄰者之同位相對端(例如，端122及136或端136及140)彼此分隔達等於至少約0.015mm之一通道內分隔距離405。在一些實施例中，為了促進一橫向的緊湊型PLC設計，第一、第二及第三組之波導之相鄰者之同位相對端彼此分隔達等於約0.15mm或更小之一最大距離405。
如圖4中進一步所示，在一些實施例中，為了減小波導之間的光學功率損耗及串擾，經結構設計以載送離散波長通道之一者(例如，λ7)之第一、第二及第三波導之同位相對端之各者與經結構設計以載送離散波長通道之一不同者(例如，λ8)之第一、第二及第三波導之同位相對端之其他者分隔達至少約0.2mm之一通道間分隔距離410。在一些實施例中，為了促進一橫向的緊湊型PLC設計，最大距離410等於約2mm或更小。
如圖4中進一步所示，在一些實施例中，為了減小相同波導組(例如，組134)之波導之間的光學功率損耗及串擾，對於例如自連接至AWG 112之端132至相對端136(圖1)之波導之實質上整個長度，該相同組(例如，組134)之波導之相鄰者之間的節距415維持至少約0.5mm。
如圖4中所示，在一些實施例中，可規則地分佈相鄰波導之端之間的通道內分隔距離405。例如，相鄰波導之各者之端(例如，端124與端136之間的距離405及端136與端142之間的距離405)可在10%內相同，且在一些實施例中在5%內相同，且在一些實施例中在1%內相同。
在其他實施例中，可有利的是規則地分佈相鄰波導之間的通道內分隔距離405。例如，圖5a及圖5b展示類似於圖4中所描繪之開關102之實施例之一部分之平面圖。圖5a及圖5b展示經結構設計以載送其中分別規則地及不規則地分佈同位相對端124、136、142之一相同離散波長通道(例如，λ1至λ10之任何一者，在本實例中為λ6)之波導。
如圖5A中所示，在其中規則地分佈通道內分隔距離405之一實施例中，當存在例如來自一波導組134之一輸入光學信號116時，光束導向裝置145可經致動以將該信號116自波導端136導向至波導組122之波 導端124。然而，當存在例如來自一波導組140之一第二輸入信號116'時，光束導向裝置145亦可非期望地將該信號116'導向至載送第一輸入信號116之波導組134之端136。
然而，如圖5B中所示，在其中規則地分佈分隔距離505之一實施例中，第二輸入信號116'未導向至載送第一輸入信號116之波導組134之端136。作為一非限制性實例，在一些實施例中，相鄰波導之不同對之端之間的通道內分隔距離可至少約50%不同，且在一些實施例中至少約100%不同。例如，在一些實施例中，當一對相鄰端124、136之間的一分隔距離505等於約0.015mm，則另一對相鄰端136、142之間的一分隔距離510可等於約0.022mm，且在一些實施例中可等於約0.030mm。
返回參考圖4，如進一步所示，在一些實施例中，為了促進光學信號116之統一準直，透鏡160之各者可具有一寬度420，該寬度420平行於PLC邊緣130且大於跨沿PLC邊緣130分開地定位之不同組122、136、140之波導之同位相對端124、136、142之一總長度425。例如，在一些實施例中，透鏡160之長度420比跨同位相對端之總長度425大至少約10%，且在一些實施例中大至少約50%。例如，在一些實施例中，透鏡之寬度420係至少約0.5mm。
一般相關技術者將瞭解總成145之一透鏡160與PLC邊緣130之間的分隔距離430可如何取決於該透鏡160之材料組分、該透鏡之曲率及厚度以及一般技術者所熟知之其他因素。在一些實施例中，分隔距離430係在0.5mm至1mm之一範圍中。
一般相關技術者將瞭解總成145之一反射鏡162與PLC邊緣130之間的分隔距離440可如何取決於該反射鏡162之曲率或平坦度、第一PLC 105及其他PLC兩者上之同位端124、136、142之數目、通道內分隔距離405、通道內分隔距離410以及一般技術者所熟知之其他因素。 在一些實施例中，分隔距離440係在0.5mm至2mm之一範圍中。
圖6呈現沿如圖4中所描繪之視線6之開關102之實施例之一詳細部分之一側視圖。圖6展示第一、第二及第三波導組122、134、140之波導之同位相對端124、136、142(圖4)。如進一步所示(圖4及圖6)，不同組122、134、140之波導可定位於PLC 105之一光學層250(例如，一般相關技術者所熟習之光學級氧化矽、矽或其他材料)中。該光學層可定位於一基底層252(例如，一矽處置層)上。如進一步所示，在一些此等實施例中，導向總成之透鏡160及反射鏡162可呈球形且經定向使得同位端124、136、142、透鏡160及反射鏡162之中心位置沿一共同軸610(例如，在圖6中所顯示之側視圖中及外延伸)。使同位端124、136、142、透鏡160及反射鏡162沿共同軸610中心對準可促進在反射鏡162之一減小運動範圍內將光束有效導向至同位端124、136、142之各者。
圖7呈現開關102之實施例之一詳細部分之一側視圖，該實施例類似於圖6中所描繪，除包含諸如圖2A至圖2B中所描繪之一PLC堆疊之開關102之一實施例以外。如所示，其上具有一第一、第二及第三組122、134、140以及其等端124、136、142之波導之一第一PLC 105之光學層250可與其上具有一第四、第五及第六組222、234、240(圖2A至圖2B)以及其等端224、236、242之波導之一第二PLC 205之光學層250相對。再者，為了促進有效光束導向，在一些此等實施例中，同位端124、136、142、224、236、242、透鏡160及反射鏡162之中心位置沿一共同軸610。
圖8呈現沿如圖4中所描繪之視線8--8之開關102之實施例之一詳細部分之一截面圖。圖8描繪沿PLC 105之邊緣且面向光束導向總成145之一實施例之透鏡160及反射鏡162之第一波導組122之一波導及波導端124。如所示，為了促進將光學信號116引導至端124，在一些實 施例中，組122之波導可包含一核心部分810及一包殼部分820。核心部分及包殼部分810、820可使用一般相關技術者所熟習之材料及程序由PLC 105之光學層250製成。例如，在一些實施例中，包殼820之下部分可由氧化矽(二氧化矽)構成，核心部分810可由摻鍺氧化矽構成，而包殼之上部分可由硼磷矽玻璃(BPSG)或摻磷氧化矽玻璃(PSG)構成。可藉由一般相關技術者所熟習之習知光微影圖案化及蝕刻程序形成此等部分810、820。
另一實施例係一種製造一光學裝置之方法。圖9呈現製造該裝置之一方法900之一流程圖，包含製造在圖1至圖8之內容脈絡中所論述之裝置100之任何實施例。
繼續自始至終參考圖1至圖8，方法900包含製造一波長選擇開關102之一步驟905。製造開關102(步驟905)包含在一基板168上提供一或多個PLC(例如，一或多個PLC 105、205、305)之一步驟910，該等PLC之各者具有定位於其上之至少一AWG(例如，AWG 110、112、114之至少一者)。
作為在步驟910中提供PLC之部分，PCL之一第一者(例如，PLC 105)上之一第一AWG(例如，AWG 110)經結構設計以自經結構設計以載送具有多個波長通道(例如，λ1至λ10)之一光學信號116之一輸入波導(例如，波導118)接收具有多個波長通道之一光學信號116。第一AWG亦經結構設計以將該多個波長通道分離成離散波長通道(例如，λ1至λ10之一者)。例如來自第一AWG 110之經分離波長通道各光學地耦合至一第一波導組122之一波導之一端130。第一波導組122之個別波導之相對端124各沿第一PLC 105之一邊緣130分開地定位且彼此隔開(例如，達通道間分隔距離410)。至少第二及第三AWG(例如，AWG 112、114)分別光學地耦合至第二及第三波導組(例如，組134、140)之一端(例如，端132、138)。第二及第三組134、140之波導之各者之相 對端(例如，端136、142)與第一波導組122之各個波導之相對端124同位。
製造開關102(步驟905)包含在基板168上提供複數個光束導向總成145之一步驟915。作為在步驟915中提供總成145之部分，光束導向總成145之各者經結構設計以自第一波導組122之個別波導之相對端124接收離散波長通道之一者。光束導向總成145之各者亦經結構設計以將該離散波長通道至少導向至第二波導組134之波導之同位相對端136或第三波導組140之波導之同位相對端142。
一般相關技術者將熟習用於形成AWG、波導組及光束導向總成且作為步驟910及915之部分之微影圖案化及蝕刻程序。一般相關技術者將熟習如下程序：其用於例如借助於微操控器而在基板上放置一或多個PLC且在基板上定位PLC，使得例如借助於對準標記而使波導組之個別波導之端對準光束導向總成，並且作為步驟910之部分。在一些實施例中，提供PLC(步驟910)包含在至少另一PLC(例如，PLC 105或305)上堆疊PLC之至少一者(例如，PLC 105或PLC 205)之一步驟920。在一些實施例中，作為步驟920之部分，可將PLC之至少兩者堆疊成一面對面配置。在一些實施例中，作為步驟920之部分，可將PLC之至少兩者堆疊成一面對面配置。一般相關技術者將熟習例如借助於微操控器堆疊PLC之程序。
另一實施例係一種使用一光學裝置之方法。圖10呈現使用一光學裝置之一方法1000之一流程圖，包含使用在圖1至圖8之內容脈絡中所論述之裝置100之任何實施例。
繼續自始至終參考圖1至圖8，方法100包含使用一波長選擇開關102切換具有多個波長通道(例如，λ1至λ10)之一輸入光學信號(例如，信號116)之一步驟1010。
切換(步驟1010)包含將輸入光學信號116自一輸入波導(例如，波 導119)傳送至定位於開關102之PLC(例如，PLC 105)之一第一者上之一第一AWG(例如，AWG 110)之一步驟1015。
切換(步驟1010)包含在第一AWG 110中將多個波長通道分離成離散波長通道(例如，λ1至λ10之個別者)之一步驟1020。
切換(步驟1010)包含將經分離離散波長通道傳輸至光學地耦合至第一AWG 110之一第一波導組122之不同個別波導之一步驟1025，其中該第一波導組122之個別波導之相對端124各沿第一PLC 105之一邊緣130分開地定位且彼此隔開(例如，達一通道間分隔距離410)。
切換(步驟1010)包含例如經由一光束導向總成145將經分離離散波長通道(例如，λ1至λ10之一者)自第一組122之個別波導之相對端124導向至複數個光束導向總成145之一者之一步驟1030。將經分離離散波長通道至少導向至一第二波導組(例如，組134)之一波導之一端(例如，端136)或一第三波導組140之一波導之一端(例如，端142)。第二或第三波導組134、140之該波導之端132、142與第一波導組122之個別波導之相對端124同位。
在一些實施例中，步驟1030中之導向可包含自第一波導組122之波導之端124導向至其他波導組134、140之波導之一端136、142以及在相同PLC 105上作為第一波導組122之其他AWG 112、114及第一AWG 110。在其他實施例中，步驟1030中之導向可包含自第一波導組122之波導之端124導向至其他波導組134、140之波導之一端136、142以及在不同PLC 205、305上作為第一波導組122之其他AWG 112、114及第一AWG 110。
儘管已詳細描述本揭示內容，但一般相關技術者應瞭解在不悖離本發明之範疇之情況下其等可作出各種修改、替換及替代。
100‧‧‧光學裝置/光學電信裝置
102‧‧‧波長選擇開關
105‧‧‧第一平面光波電路(PLC)
107‧‧‧表面/平坦表面
110‧‧‧第一陣列式波導光柵(AWG)
112‧‧‧第二陣列式波導光柵(AWG)
114‧‧‧第三陣列式波導光柵(AWG)
116‧‧‧多通道光學信號/輸入光學信號/第一輸入信號
118‧‧‧輸入波導/單輸入波導
120‧‧‧波導端
122‧‧‧第一波導組/波導
124‧‧‧波導端
130‧‧‧平面光波電路(PLC)之邊緣
132‧‧‧波導端
134‧‧‧第二波導組
136‧‧‧波導端
138‧‧‧波導端
140‧‧‧第三波導組
142‧‧‧波導端
145‧‧‧光束導向總成/光束導向裝置
150‧‧‧第一自由空間傳播區域
152‧‧‧第二多模式部分
154‧‧‧單模式波導部分
156‧‧‧輸出光學波導/輸出波導
158‧‧‧輸出光學波導/輸出波導
159‧‧‧光學輸出/輸出信號
160‧‧‧微機電(MEM)反射鏡/導向總成之透鏡
162‧‧‧準直微透鏡/反射鏡
164‧‧‧反射表面/凹形反射表面
168‧‧‧基板
λ1‧‧‧離散波長通道
λ2‧‧‧離散波長通道
λ3‧‧‧離散波長通道
λ4‧‧‧離散波長通道
λ5‧‧‧離散波長通道
λ6‧‧‧離散波長通道
λ7‧‧‧離散波長通道
λ8‧‧‧離散波長通道
λ9‧‧‧離散波長通道
λ10‧‧‧離散波長通道

Claims (10)

  1. 一種光學裝置，其包括：一波長選擇開關，該波長選擇開關包含：一或多個平面光波電路，該等平面光波電路之各者具有定位於其上之至少一陣列式波導光柵，其中：該等平面光波電路之一第一者上之一第一陣列式波導光柵經結構設計以自一輸入波導接收具有多個波長通道之一光學信號，且將該多個波長通道分離成各光學地耦合至一第一波導組之一波導之一端之離散波長通道，其中該第一波導組之個別波導之相對端各沿該第一平面光波電路之一邊緣分開地定位且彼此隔開，且至少第二及第三陣列式波導光柵分別光學地耦合至第二及第三波導組之一端，其中該等第二及第三組之該等波導之各者之相對端與該第一波導組之各個波導之該相對端同位；及複數個光束導向總成，其中該等光束導向總成之各者經結構設計以自該第一波導組之該等波導中之該等個別波導之該相對端接收該等離散波長通道之一者，且將該一離散波長通道至少導向至該第二波導組之該波導之該同位相對端或該第三波導組之該波導之該同位相對端。
  2. 如請求項1之裝置，其中該等光束導向總成之各者包含一微機電反射鏡，該微機電反射鏡經結構設計以將該離散波長通道自該第一波導組之該等個別波導之該相對端反射至至少該等第二及第三波導組之該波導之該等同位相對端之一者。
  3. 如請求項2之裝置，其中該等光束導向總成之各者包含一準直微 透鏡，該微透鏡定位於該等第一、第二及第三波導組之該等個別波導之該等相對端與該微機電反射鏡之一平坦反射表面之間。
  4. 如請求項1之裝置，其中該等光束導向總成之各者包含具有一凹形反射表面之一微機電反射鏡，該凹形反射表面經結構設計以將該離散波長通道自該第一組之該等個別波導之該相對端反射至至少該等第二及第三波導組之該等波導之任一同位相對端。
  5. 如請求項1之裝置，其中該等第一、第二及第三陣列式波導光柵定位於該第一平面光波電路上。
  6. 如請求項1之裝置，其中該第一陣列式波導光柵定位於該第一平面光波電路上且該等第二或第三陣列式波導光柵之至少一者定位於該等平面光波電路之一第二者上，其中該等第一及第二平面光波電路堆疊在一起。
  7. 如請求項1之裝置，其中該等第一、第二及第三陣列式波導光柵定位於該等第一平面光波電路上，且進一步包含定位於該等平面光波電路之一第二者上之第四、第五及第六陣列式波導光柵，其中第四、第五及第六陣列式波導光柵分別光學地耦合至第四、第五及第六波導組之一端，其中：該等第四、第五及第六波導組之該等波導之各者之相對端分別與該等第一、第二及第三波導組之該波導之一者之該相對端同位，且該等光束導向總成之各者經結構設計以自該第一波導組之該等波導之一者之該相對端接收該等離散波長通道之一者，且將該離散波長通道導向至該等第二、第三、第四、第五或第六波導組之一者之該等波導之該等同位相對端之一者。
  8. 如請求項1之裝置，其中其上定位該第一陣列式波導光柵及該第 一波導組之該第一平面光波電路之一表面與具有定位於其上之其他陣列式波導光柵之至少一者及另一波導組之一第二平面光波電路之一表面相對，其中該另一陣列式波導光柵及該另一波導反射鏡組之位置及該第一陣列式波導光柵及該第一波導組之位置經配置使得該另一波導組之該等波導之該等相對端與該第一波導組之該等相對端同位。
  9. 一種製造一光學裝置之方法，其包括：製造一波長選擇開關，其包含：在一基板上提供一或多個平面光波電路，該等平面光波電路之各者具有定位於其上之至少一陣列式波導光柵，其中：該等平面光波電路之一第一者上之一第一陣列式波導光柵經結構設計以自一輸入波導接收具有多個波長通道之一光學信號，且將該多個波長通道分離成各光學地耦合至一第一波導組之一波導之一端之離散波長通道，其中該第一波導組之個別波導之相對端各沿該第一平面光波電路之一邊緣分開地定位且彼此隔開，且至少第二及第三陣列式波導光柵分別光學地耦合至第二及第三波導組之一端，其中該等第二及第三組之該等波導之各者之相對端與該第一波導組之該各個波導之該相對端同位；及在該基板上提供複數個光束導向總成，其中該等光束導向總成之各者經結構設計以自該第一波導組之該等個別波導之該相對端接收該等離散波長通道之一者，且將該一離散波長通道至少導向至該第二波導組之該波導之該同位相對端或該第三波導組之該波導之該同位相對端。
  10. 一種使用一光學裝置之方法，其包括： 使用一波長選擇開關切換具有多個波長通道之一輸入光學信號，該切換包含：將該輸入光學信號自一輸入波導傳送至定位於該波長選擇開關之該等平面光波電路之一第一者上之一第一陣列式波導光柵；在該第一陣列式波導光柵中將該多個波長通道分離成離散波長通道；將該等經分離離散波長通道傳輸至光學地耦合至該第一AWG之一第一波導組之不同個別波導，其中該第一波導組之該等個別波導之相對端各沿該第一平面光波電路之一邊緣分開地定位且彼此隔開；及透過複數個光束導向總成之一者將該等經分離離散波長通道自該第一組之該等個別波導之該相對端至少導向至一第二波導組之一波導之一端或一第三波導組之一波導之一端，其中該等第二或第三波導組之該波導之該端與該第一波導組之該等個別波導之該相對端同位。
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