專利名稱：：光學模組的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明總體上涉及一種用于波分多路復用光學通訊
技術領域：
和光譜
技術領域：
的光學模組。本發(fā)明的一個方面涉及一種光學模組中的光學路徑改變光學系統(tǒng)。此外，本發(fā)明的另一方面涉及一種用于保持構成關學模組的光學零件的機構。
背景技術：
：另一方面，在光譜
技術領域：
中，衍射光柵廣泛用于分析光譜設備中光線的光譜。光譜分析需要在寬頻帶內高效率使用能量。反射型衍射光柵適用于獲得寬頻帶內的高衍射效率。因為反射型衍射光柵具有較好的衍射角與光線波長的改變比，也就是說，波長角度分布特性很好(例如，參見TadaoTsuruta，"應用光學1"BaifukanCo.Ltd，1990,p.307)，所以，反射型衍射光柵廣泛用于光譜設備中。特別在環(huán)境測量等領域中，對于可以攜帶到工作現(xiàn)場并可以在現(xiàn)場進行測量的小型光譜設備的需求逐漸增加。己經提出了通過利用液體的光譜，用于在微小流體路徑中測量液體流動的光譜或測定如液體的pH值的性質的幾種小型傳感器，并已經將小型光譜設備用于環(huán)境測量領域中。同樣在用于這些目的的小型光譜設備中，反射型衍射光柵作為光譜分布元件以與根據相關
技術領域：
的大型光譜設備的同樣方式使用?？傮w上說，反射鏡等用于設計光學系統(tǒng)以實現(xiàn)光譜分布功能的尺寸減少。衍射光柵還用于波分多路復用光學通信領域中的光解復用器(demultiplexer)中。當反射型衍射光柵用于校準入射光的光學軸線和衍射光的光學軸線接近在一條直線上時，也就是說，當形成所謂的利特羅設置(Littrow)的光學系統(tǒng)時，可以獲得小型光線解復用模組(例如，參見國際專利公開，No.99/46638號說明書)。然而，反射型衍射光柵具有入射光和衍射光之間的位置關系依據衍射光柵的安裝角敏感地變化的特性。例如，如圖16所示，包含波長成分X1、X2和X3的入射光402通過透鏡430校準為平行光線束404，然后，入射在反射型衍射光柵410上。光線束通過衍射光柵410根據波長以不同的向外方向衍射。例如，波長的衍射光線束成分在衍射光線束成分的光學軸407和從衍射光線束的基板412引出的垂直線405之間的角(衍射角)為32的方向輸出。衍射光線會聚為以便入射在元件420-2上，如衍射光線檢測裝置420的光電探測器上。當入射光線的光學軸403和從衍射光線束基板412引出的垂直線405之間的角(入射角)a在此情況改變時，入射光線的光學軸403和衍射光線的光學軸407之間的角(用于在前述實施例中具有波長人2的衍射光線的角Y2)也改變。因此，需要嚴格調節(jié)衍射光柵相對入射光線的安裝角，并嚴格調節(jié)衍射光線檢測裝置的安裝位置。但其問題在于很難裝配光學模組。同樣由于此原因，在使用反射型衍射光柵的光學模組中，用于調節(jié)各個零件位置的復雜機構需要設置在模組的殼體中，或需要預先保存用于保持元件的粘接/固定空間。因此，其問題在于增加了使用光學模組設備的尺寸。對于光電子學領域，技術的發(fā)展己經提高到用于部分更換裝置之間或具有光學信號傳輸/處理裝置中的電子信號傳輸/信號處理。此技術需要光學信號和電子信號之間的中間轉換裝置以及分別用于傳輸和處理光學信號和電子信號的信號傳輸和處理裝置。因此，如果產生這些功能的光學元件和電子元件混合安裝在板子上，以便光學信號和電子信號兩者都可以在同樣的板子上傳輸、處理以及中間轉換，則可以具有許多優(yōu)點，如信號處理效率的改進以及裝置尺寸的減少。在光學元件和電子元件混合安裝的所謂光電混載板上，需要提供下述光學系統(tǒng)，其中通過該關學系統(tǒng)，在光管如光學纖維、光學波導管等中傳播，或在空間中傳播的光可以通過固定在板中的片狀光電控測元件接收，或從安裝在板上的片狀光線發(fā)射元件發(fā)射的光線能夠被發(fā)出到光管或主要在光學信號和電子信號之間轉換部分的空間光路徑上。優(yōu)選的是，從方便布局和小安裝空間的觀點出發(fā)，光學纖維、光學波導管和空間光學路徑設置為以便其光學軸平行于板。另一方面，用于在光學信號和電子信號之間進行中間轉換的光學元件被安裝在板上。因此，在具有此光學設置的光學系統(tǒng)中，優(yōu)選使用具有平行于板表面的入射和輸出表面的所謂片狀光學元件，以便平行于板的光學路徑彎曲90°，以便垂直地連接到安裝在所述板上的片狀光學元件。雖然用于改變光學路徑的角度可以為銳角、或不是90。的鈍角，但因為入射到光學元件的入射或從光學元件的輸出具有傾斜角，所以此種情況帶來降低調節(jié)的效率和難度的情況。如果光線要垂直入射到光學元件上或從光學元件上發(fā)出，因為傳播光線的光學路徑不能與板子表面平行，所以將增加裝置結構的復雜性并增加裝置的尺寸。然而，不需要精確調節(jié)光學路徑改變角到9(T。即使選擇遠偏離9(T幾度的角度作為設計的彎曲角的情況下，如果每個光學元件的安裝結構根據所述角度進行設計，則前述問題也不會變?yōu)檫@樣的實際情況。在以下說明中，"9(T光學路徑改變"意味著包括以此幾度寬度的變化的接近卯。的光學路徑改變。當使用光線的反射時，可以實現(xiàn)90'光學路徑改變?？傮w上說，可以通過使用平面鏡或棱鏡實現(xiàn)(例如，參見日本專利出版號No.2004陽85913A)。在光電混載板中，因為要使用的光線束直徑、要連接的光線管的芯直徑、片狀光電檢測元件的光電檢測表面的面積等很小，所以，光學路徑的稍微的差異將產生很大的光線損失。為此，用于安裝角、反射面的角度或平面精度都需要較高的精確度，以便實現(xiàn)9(T光學路徑改變。這就出現(xiàn)了需要復雜裝配或制造過程的問題。
發(fā)明內容本發(fā)明的目的在于提供解決這些問題的方法。本發(fā)明的目的之一在于提供一種光學模組，因為其不需要提供任何復雜的校準機構，所以其易于裝配以便降低光學模組的尺寸。更具體地說，本發(fā)明涉及提供一種光學模組，其中9cr光學路徑改變光學系統(tǒng)中的機械精度可以使裝配過程簡單。為了解決上述問題，本發(fā)明的一方面提供一種光學模組，包括使用衍射光學元件用于彎曲具有特定波長的入射光線束的光學軸大約90°的光學系統(tǒng)。優(yōu)選透射型衍射光柵作為衍射光學元件。如果波長為特定的，則對于安裝和裝配來說，通過衍射彎曲光學路徑比通過反射彎曲光學路徑更容易。在優(yōu)選方式中，要使用的透射型衍射光柵中的凹槽數目N設定為通過公式表示的值N=±(cosa+sina)/(m入)其中士為當第m級數(mth-order)衍射的光線束(m為整數)在具有包含在從光線輸入裝置輸入的波長X的入射光線以入射角a入射在透射型衍射光柵上的條件下使用時，與m的符號相同的符號。當使用滿足此關系的衍射光柵時，可以形成光學系統(tǒng)，其中衍射的光線相對以凹槽的第m級數的45。入射角入射的光線彎曲大約9(T。gp，當具有波長X的光線束以入射角a入射在透射型衍射光柵上時，透射型衍射光柵輸出具有光學路徑改變90°的第m級數的衍射光線束。在優(yōu)選方式中，透射型衍射光柵的基板以相對入射光線束在a±5°范圍的角度進行安裝。當衍射光柵安裝在此角度范圍內時，可以提供具有低損失的光學模組。在光學模組中，透射型衍射光柵的基板以相對入射光線束在a+Ae范圍的角度進行安裝，且通過透射型衍射光柵衍射的光線束通過具有焦距長度f的透鏡會聚，以便入射在具有沿入射光線束的方向具有寬度W的光電檢測表面的光電檢測器上。另外，滿足下述關系tan網《W/(2f)當在使用具有寬度W的光電檢測表面的光電檢測器的條件下，衍射光柵安裝在此角度范圍內時，可以提供具有低損耗的光學模組。除了上述結構外，根據本發(fā)明的光學模組還包括光線輸入裝置，其用于使具有多路復用波長的光線束入射在使用所述波長中之一作為特定波長的透射型衍射光柵上；以及多個光電檢測器，其用于接收其中每個都具有通過透射型衍射光柵進行解復用并從透射型衍射光柵輸出的單一波長的各個光線束。通過此結構，可以形成易裝配和小尺寸的解復用模組。在優(yōu)選方式中，所述用于使光線束入射到透射型衍射光柵上的光線輸入裝置為光學纖維或波導管，其固定成以便其光學軸與所述板平行；透射型衍射光柵固定為以便當光線束入射到透射型衍射光柵上時，具有特定波長的光線束在接近垂直于板的方向輸出；以及用于接收從透射型衍射光柵輸出的每個都具有單一波長的各種光線束的光電檢測器為多個片狀光電檢測元件，其平行于光學軸設置在其中每個都具有從透射型衍射光柵輸出的單一波長的光線束達到基板的各個位置中。當使用此構成件時，可以提供易裝配和小尺寸的解復用模組。根據本發(fā)明的光學模組還包括用于發(fā)射具有不同波長的光線束的多個光線發(fā)射裝置；以及光電檢測器，其用于接收具有從透射型衍射光柵輸出的多路復用的波長的光線束，以便從多個光線發(fā)射裝置發(fā)出的光線束通過透射型衍射光柵進行多路復用，其中所述特定波長為波長中之一。通過此結構，可以形成易裝配和小尺寸的多路復用模組。根據本發(fā)明的光學模組還包括用于在預定波長范圍內使具有連續(xù)波長譜的光線束入射到透射型衍射光柵上的光線輸入裝置；以及用于接收具有通過透射型衍射光柵進行光譜分布并從透射型衍射光柵輸出的預定波長的光線束的光電檢測器，其中特定波長位于入射光線束的預定波長范圍中。當使用此構成件時，可以提供易裝配和小尺寸的光譜分布模組。在優(yōu)選方式中，根據本發(fā)明的光學模組還包括實質上用于校準入射到衍射光學元件上的光線束的準直儀。在優(yōu)選方式中，根據本發(fā)明的光學模組還包括用于會聚從衍射光學元件輸出的光線束的會聚裝置。根據本發(fā)明以上方面的結構，與使用平面鏡的情況相比，可以大大放松要求用于元件安裝角的精確度。因此，可以簡化裝配過程。當提供多個入射波長時，解復用和光學路徑改變兩者可以同時進行。因此，光譜分布元件和平面鏡可以組合為一體以便減少零件的數量。本發(fā)明的另一方面提供了一種使用衍射光柵的光學模組，包括具有第一空心部分的第一圓筒保持件；具有第二空心部分的第二圓筒保持件；設置在第一和第二圓筒保持件之間的衍射光柵；通過第一空心部分中的第一保持件保持以便第一空心部分形成入射光線的光學路徑的光線輸入裝置；連接到與衍射光柵相對的第二保持件的端部分以便第二保持件的空心部分形成衍射光線的光學路徑的衍射光線檢測裝置；其中衍射光柵固定為以便衍射光柵的光線入射面鄰接第一保持件的端部分上，而衍射光柵的光線輸出面鄰接第二保持件的端部分上。在優(yōu)選方式中，可以使用透射型衍射光柵。因為透射型衍射光柵的使用可以允許根據衍射光柵的安裝角減少入射光線和衍射光線之間的角關系中的改變比，其不需要嚴格調節(jié)衍射光柵的角度。此外，因為衍射光柵通過機械夾具保持，所以，可以省略衍射光柵、校準所述衍射光柵以及粘接地安裝衍射光柵的任何復雜定位過程。在優(yōu)選方式中，在鄰接衍射光柵的第一保持件的端部分的端表面和第一保持件的圓筒的軸方方向之間的角，以及鄰接衍射光柵的第二保持件的端部分的端表面和第二保持件的圓筒的軸向方向之間的角的和設定在入射光線和衍射光線之間角的范圍內。根據此結構，當透射型衍射光柵固定的同時放置在兩個保持件之間，可以獲得光譜儀光學系統(tǒng)，其中入射光線和衍射光線彼此以預定角度彎曲。在優(yōu)選方式中，光線輸入裝置包括準直儀。因為設置了準直儀，所以在使用發(fā)散光源的情況下，光線可以通過準直儀校準為模組中的平行光線束，以便入射到衍射光柵上。在優(yōu)選方式中，第二保持件保持會聚裝置在其空心部分中。因為設置了會聚裝置，所以衍射光線可以通過會聚裝置會聚在模組中，以便有效地入射到衍射光線檢測裝置上。在優(yōu)選方式中，第一保持件具有用于調節(jié)準直儀的機構。根據此結構，可以調節(jié)沿平行和垂直于光學軸的位置和角度，而不增加任何校準或粘接/安裝空間到其中組合光學模組的殼體中?？梢詫崿F(xiàn)極大減少光學模組尺寸的目的。在優(yōu)選方式中，第二保持件和衍射光線檢測裝置之間的連接部分配合到安裝件，用于保持衍射光線檢測裝置，以便連接部分可以繞光學軸旋轉。根據此結構，可以繞光學軸的旋轉方向進行位置調節(jié)，而不增加任何校準或粘接/安裝空間到其中組合光學模組的殼體中?？梢詫崿F(xiàn)極大減少光學模組尺寸的目的。在優(yōu)選方式中，光線輸入裝置具有光學纖維以及平凸型透鏡?；蚬饩€輸入裝置具有光學纖維以及分級分度桿透鏡(gradedindexrodlens)。當使用這些構成零件時，可以形成與保持件為一體的準直儀。在優(yōu)選方式中，會聚裝置為平凸型透鏡。此構成零件的使用可以提供與保持件為一體的準直儀。在優(yōu)選方式中，衍射光線檢測裝置為光電檢測器陣列。此構成零件的使用可以減少光學模組的尺寸，從而可以完成光學模組中的光譜分布作用。根據本發(fā)明的結構，可以提供一種光學模組，其中可以只通過機械配合操作而沒有原先的衍射光柵的安裝位置的非常復雜調節(jié)就可以定位和安裝衍射光柵。此外，因為組合了用于校準衍射光柵檢測裝置的機構，所以，可以極大地簡化裝配過程。此外，因為不需要單獨設置任何特殊的光學元件定位機構或光學模組外殼中的任何粘接/固定空間，所以，可以實現(xiàn)極大減少光學模組尺寸的目的。圖1是顯示根據本發(fā)明的90°光學路徑改變光學系統(tǒng)的視圖；圖2是顯示根據本發(fā)明光學系統(tǒng)的主要部分的放大視圖3是顯示根據本發(fā)明光學模組的基本光學系統(tǒng)的視圖4是顯示衍射光柵或平面鏡安裝角的允許誤差的曲線圖5是顯示用于說明根據本發(fā)明另一光學模組的基本光學系統(tǒng)的視圖6是顯示透射型衍射光柵和反射型衍射光柵之間特征差異的曲線圖7是顯示使用根據本發(fā)明實施例1的90°光學路徑改變光學系統(tǒng)的光線解復用模組的結構視圖8是顯示使用根據本發(fā)明實施例2的90°光學路徑改變光學系統(tǒng)的光線解復用模組的結構視圖9是顯示根據本發(fā)明光學模組的實施例3的實施方式的剖面視圖IO是顯示根據本發(fā)明光學模組的實施例3的剖面視圖IIA和11B是顯示根據實施例3的準直儀保持件的結構的剖面視圖12A和12B是顯示根據實施例3的會聚透鏡保持件和光電檢測器保持件的結構的剖面視圖13是顯示用于說明在根據實施例3的光學模組的衍射光柵的周邊中的光學系統(tǒng)的視圖14是顯示根據相關
技術領域：
的90°光學路徑改變光學系統(tǒng)的視圖15是顯示根據相關
技術領域：
的光學系統(tǒng)的主要部分的放大視以及圖16是顯示用于說明使用根據相關
技術領域：
的反射型衍射光柵的光譜儀光學系統(tǒng)的視圖。具體實施例方式圖1是顯示根據本發(fā)明實施方式的基本結構的視圖。在本發(fā)明中，衍射光學元件用于改變光學路徑。在圖l所示的實施例中，具有形成于片狀透明基板12上的周期凹槽(柵格)14的透射型衍射光柵10用于作為衍射光學元件。在衍射光柵的情況下，作為入射光線束50和從衍射光柵基板表面引出的垂直線1之間角的入射角a，以及作為輸出光線束(衍射光線束)52和從衍射光柵基板表面引出的垂直線1之間角的輸出角(衍射角)卩具有通過以下表達式表示的關系sin(3二sina+NmX(1)其中N為衍射光柵中的凹槽數目，m為衍射的級數，而人為入射光線束的波長。為了改變光學路徑90。，需要滿足以下表達式表示的關系a+刺二90。(2)因為表達式(2)可以用sinp二-cosa替換，所以，將此關系帶入表達式(1)，以便衍射光柵中的凹槽數目N可以通過以下表達式給出N二-(cosa+sina)/(mX)(3)也就是說，如果入射角a、特定波長X和使用的衍射波長的級數m按照設計值給出，則衍射光柵中的凹槽數目可以根據表達式(3)確定。例如，當入射光線束需要以入射角a^45。入射到透射型衍射光柵的衍射表面?zhèn)壬蠒r，.負第一級數的衍射光線束可以從基板的后表面以衍射角卩=-45°時提取，從而實現(xiàn)如果使用的衍射光柵具有表達式表示的凹槽的數目的90。光學路徑改變。(4)另一方面，圖14顯示了使用平面鏡440用于彎曲入射光線束450的光學路徑90°以獲得反射的光線束454的相關
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的光學系統(tǒng)。在平面鏡的情況下，需要條件(1=^=45°用于實現(xiàn)90°光學路徑改變。為了實現(xiàn)上述光學系統(tǒng)，需要相對入射光線束的方向以角度a精確地固定衍射光柵基板或平面鏡。現(xiàn)在考慮安裝角變位A0的情況。在衍射光柵的情況下，當入射光線束50的入射角a改變到圖2所示的a+Ae時，衍射光線束52的輸出角P'改變表達式(1)給出的值，也就是說，根據以下表達式(5):sin卩'二sin(a+A9)十NmX(5)表1顯示了入射角a+Ae、輸出角(3'以及入射光線束和輸出光線束之間的角，當元件安裝角變位Ae時，其通過表達式(5)計算。附帶地說，衍射光柵10中的凹槽數目N設定為每mm900個，且將具有波長人二1570nm的校準光線束用作入射光線束。在此情況下，如果a=|(3|=45°，則負第一級數衍射光線束(m=-l)滿足表達式(4)。在此衍射光柵的情況下，可以發(fā)現(xiàn)，即使安裝角變位3°，光學路徑改變也可以保持90°。也就是說，當安裝角在角度范圍a士3'內時，(3'可以保持接近等于(3-Ae。如果彎曲角允許在卯n士2。內，則安裝角可以允許在ai5。內。另一方面，如圖15所示，在平面鏡的情況下，當安裝角相對入射光線束的光學軸從45°變位A0時，也就是說，當安裝角變化到45°+A0時，反射角也從45°變位Ae，也就是說，反射角也變化到45°+Ae。結果，入射光線束和輸出光線束之間的角度從90°變位2A6。表2顯示了在與用于比較的衍射光柵情況的同樣方式中計算的平面鏡的數值?？梢园l(fā)現(xiàn)，當Ae等于3，寸，光學路徑的數量變位到96'。在根據本發(fā)明的光學模組中，彎曲9(T的光線束入射到光電檢測器20上。光電檢測器20可以為光電檢測器，例如光電二極管或可以為光學纖維。因為以入射角a入射到衍射光柵上的光線束彎曲90°，所以，每個光電檢測器的光電檢測表面可以設置在衍射光線束入射的位置。如果Z為從衍射光柵或平面鏡到光電檢測器20的光電檢測表面的距離。例如，當Z等于3mm時，在衍射光柵的情況下，光學軸在光電檢測表面上的位置位移Ax相對安裝角的位移A0可以忽略，但在平面鏡的情況下達到315pm。從此結果可以清晰地看出，衍射光柵中的允許安裝角誤差比平面鏡中的誤差大很多。讓W為在此使用的光電檢測器20的有效光電檢測表面22的寬度。有效光電檢測表面22的寬度為沿入射光線束50的方向的寬度。當光電檢測表面與光通量相比相對小時，圖3所示，會聚裝置30如透鏡優(yōu)選設置在衍射光柵10和光電檢測器20之間。如上所述，在衍射光柵的情況下，當入射角變位A0時，輸出角變位接近-Ae。因此，入射到會聚裝置(透鏡)30上的光線的光學軸相對透鏡的主軸變位-Ae。當f為透鏡的焦距時，此光線聚焦在距離透鏡軸fxtan(A0)遠的位置。光點的位置位移必須不大于W/2，以便光電檢測器，例如光電二極管的有效光電檢測表面的中心可以位于透鏡的主軸上，同時透鏡和光電檢測器之間的損耗可以降低到不高于3dB的值。因此，當滿足以下表達式(6)時，由衍射光柵安裝角的位移Ae造成的損耗可以降低到不高于3dB的值。|tan(Ae)I^W/(2f)(6)另外，在反射光線的角位移與A9—致的情況下，此關系可以施用到平面鏡。由安裝角的位移造成的影響將在下面根據具體實施例進行說明。衍射光線通過透鏡會聚并通過具有35jimxl0(^m(W=35jim)尺寸的有效光電檢測表面的光電檢測器(光電二極管)接收。會聚透鏡的焦距f為7.96mm。在具有波長X=1570nm的光線的最佳聚焦位置中的光點直徑大約為14)im。圖4是顯示安裝角的位移和光點的位置位移之間的關系。為了將透鏡和光電二極管之間的損耗降低到不高于3dB的值，在衍射光柵的情況下，安裝角的位移需要在大約±3°的范圍內，在平面鏡的情況下，大約在±0.07°的范圍內。從此情況可以清晰地看出，衍射光柵的允許角度誤差不小于平面鏡的允許角度誤差的40倍。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>表2<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>其次，將說明入射光線4接近包含多個波長成分的平行光線束的情況。在此情況下，入射光線4通過衍射光柵衍射，通過會聚裝置40會聚，并通過衍射光線檢測裝置20-l、20-2、20-3檢測。例如，如圖5所示，包含波長成分入l、和的入射光線4入射到透射型衍射光柵10上。通過衍射光柵10衍射的光線束8根據波長在不同的方向發(fā)出。例如，波長的衍射光線束成分以此方向輸出，以便衍射光線束成分的光學軸7和從衍射光柵10的基板12引出的垂直線5之間的角(衍射角)為|32。衍射光線束成分通過為會聚裝置的會聚透鏡40會聚，并入射到作為衍射光線檢測裝置的光電檢測器陣列20中相應的光電檢測器20—2上。在本發(fā)明中，用于使接近平行的光線束入射到光學模組上的光線輸入裝置可以為激光束源或光學纖維準直儀，或可以為散光源和準直儀透鏡的組合。會聚裝置可以為會聚平面鏡或衍射光學元件，而不是會聚透鏡。如果為光譜分布元件的衍射光學元件其本身具有會聚作用，則不需要提供任何專用的會聚裝置。衍射光線檢測裝置可以為光電檢測器如光電二極管或可以為光學纖維。雖然為簡化起見，圖5顯示了三個波長的情況，但入射光線可以包括大量的波長成分(不小于兩個波長成分)或可以為具有連續(xù)波長分布的光線。衍射光線檢測裝置的元件可以根據通道的需要數量進行設置。作為實施例，現(xiàn)在要考慮具有波長Xl二1550nm、人2=1570nm和=1590nm的光線以45°的入射角入射到每mm具有卯0個凹槽的透射型衍射光柵。在此實施方式的情況下，表達式(2)幾乎由波長X2滿足。表3和圖6是顯示在衍射光柵和作為入射光線的接近平行光線束之間的角(此后稱為"衍射光柵安裝角")在前述條件下變位預定角(在此實施方式中a=45°)的情況下的入射光線和衍射光線之間的角的視圖。從表3可以清晰地看出，即使衍射光柵安裝角變位±5°，在透射型衍射光柵的情況下，入射光線和衍射光線之間的角的改變量不大于0.3°。也就是說，作為入射光線源和會聚透鏡的準直儀和用于接收衍射光線的光電檢測器之間的位置關系保持恒定，而與衍射光柵安裝角無關。另一方面，在具有波長Xl=1550nm、X2=1570nm和X3=1590nm的光線，與前述實施例方式相同，以45'的入射角入射到每mm具有900個凹槽的衍射光柵情況下，考慮使用圖16所示的反射型衍射光柵的光譜儀光學系統(tǒng)。表4和圖6是顯示在衍射光柵安裝角從預定角變位的情況下(在此實施方式中01=45°)，入射光線和衍射光線之間的角的視圖。從表4可以清晰地看出，當衍射光柵安裝角變位±5°時，在反射型衍射光柵情況下的入射光線和衍射光線之間的角的改變量達到大約2(T。也就是說，除非作為入射光線源和會聚透鏡的準直儀和用于接收衍射光線的光電檢測器之間的位置關系根據衍射光柵安裝角進行調節(jié)，否則光譜分布光線不能引導到相應的光電檢測器。從表3和4以及圖5可以清晰地看出，就入射光線和衍射光線之間角的改變量而言，透射型衍射光柵的穩(wěn)定性不低于反射型衍射光柵穩(wěn)定性的60倍。例如，當具有7.96mm焦距的會聚透鏡用于產生通過具有35pm的有效光電檢測寬度的光電檢測器接收的光點時，此情況與透射型衍射光柵中的允許角度誤差不小于反射型衍射光柵的允許角度誤差的25倍的情況相同。在前述情況的基礎上，根據本發(fā)明一個方面的光學模組的特征在于光學模組具有用于保持各個組成零件的從動機構。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table>部分用Si02和Ta20s作為兩層設置。每個凹槽的寬度大約為1.45pm。每個導管(flue)的寬度與凹槽的間距之間的比(負荷比)設定為0.5。每個都具有35pmxlO(Him尺寸的有效光電檢測表面的光電檢測器122以200pm的間隔設置的陣列用作光電檢測器陣列120。通過光學纖維160傳播的具有1510nm、1530nm、1550nm和1570nm的多路復用的波長的光線51從光學纖維的端表面160b輸出，并入射到準直儀透鏡132上。從光學纖維的端表面160b到準直儀透鏡的第一表面132a的距離設定為大約6.21mm。從準直儀透鏡的第二表面132b輸出的光線作為接近平行光線束53設置。平行光線束53以大約45°的入射角入射到衍射光柵的表面上。通過衍射光柵110衍射的輸出光線束54根據波長從衍射光柵的基板表面110b以不同的角度發(fā)出。由電介質多層膜制作的反射還原膜(未示出)設置在基板表面110b上。入射到會聚透鏡130上的輸出光線束54通過會聚透鏡130會聚，然后根據波長分別入射到光電檢測器陣列120的光電檢測器122上。在此情況下，光電檢測器陣列安裝于其上的基板124的表面，也就是說，光電檢測器122的光電檢測表面122a平行于光學纖維160的光學軸固定。從會聚透鏡的第二表面130b到光電檢測器122的光電檢測表面122a的距離設定為大約6.17mm。在此情況下，因為衍射光柵中的凹槽數等于前述衍射光柵中的凹槽數，所以，具有1570nm波長的入射光線和輸出光線之間的角變?yōu)榇蠹s90°。也就是說，當使用前述結構時，可以同時實現(xiàn)解復用和卯。光學路徑改變。因為不需要使用任何平面鏡，所以，可以減少零件的數量并方便裝配/校準光學系統(tǒng)。準直儀透鏡、衍射光柵和會聚透鏡可以安裝在10xl0mm的面積內，以便可以極大地減少解復用模組的尺寸。雖然此實施例顯示了入射光線的波長離散的情況，但本發(fā)明也可以施用到波長具有連續(xù)波長光譜的情況。在此情況下，衍射光線的輸出角連續(xù)改變，但當光電檢測器放置在預定的位置時，可以檢測具有預定波長的光線束。實施例2雖然上述已經說明了光線解復用模組形成的情況，但上述同樣的光學系統(tǒng)也可以用于形成圖8所示的光線解復用模組。對于光學系統(tǒng)的構成件，圖7的光電檢測器陣列可以用光線發(fā)射元件陣列替換。在光線發(fā)射元件陣列270中，每個都具有50pm直徑的有效光線發(fā)射表面的四個表面光線發(fā)射半導體激光元件272以20(Him的間隔設置。激光元件分別發(fā)射1510nm、1530nm、1550nm和1570nm波長的光線束。從激光元件272輸出的光線束55通過準直透鏡232分別校準為接近平行的光線束56。平行光線束56以大約45°的入射角入射到衍射光柵的表面上。具有通過衍射光柵210衍射的多個波長的光線束被多路復用并作為波分多路復用光線束被輸出。入射到會聚透鏡230上的輸出光線57通過會聚透鏡230會聚，然后與光學纖維260的端表面連接。當使用前述結構時，可以同時實現(xiàn)多路復用和90°光學路徑改變。因為不需要使用任何平面鏡，所以，可以減少零件的數量并方便裝配/校準光學系統(tǒng)。準直儀透鏡、衍射光柵和會聚透鏡可以安裝在10xlOmm的面積內，以便可以極大地減少多路復用模組的尺寸。可以組合使用圖7所示的結構和圖8所示的結構。也就是說，通過光學纖維傳播的波分多路復用光線通過光線解復用模組被解復用。當電處理如調制根據波長施加到解復用的光線束時，光線束通過光線多路復用模組被多路復用，以便最終的光線束可以再次作為波分多路復用光線束與光學纖維耦合。在此情況下，當光電檢測器、光線發(fā)射元件和電子電路集成在板上時，也就是說，當形成所謂的光電混載板時，可以整體上減少光學模組的尺寸。實施例3圖9和10顯示了根據本發(fā)明的實施例3。圖9是顯示沿根據本發(fā)明光學模組的中心軸剖開的剖視圖。光線輸入裝置為具有光學纖維350以及準直儀透鏡330的準直儀。從光學纖維350的端表面輸出的光線校準為平行光線束。平行光線束入射到透射型衍射光柵10上。準直儀通過第一保持件(準直儀保持件)335保持。準直儀保持件335為圓筒形，以便準直儀透鏡330和用于保持光學纖維35020的套圈360，被插進并保持在準直儀保持件335的圓筒的空心部分中?？招牟糠譃閳A形截面，并形成從準直儀輸出的平行光線通量的光學路徑。通過衍射光柵衍射的光線通過會聚透鏡40會聚在作為衍射光線檢測裝置的光電檢測器陣列20的光電檢測表面上。會聚透鏡40通過第二保持件(會聚透鏡保持件)345保持。同樣，會聚透鏡保持件345為圓形，以便會聚透鏡40被插入并保持在會聚透鏡保持件345的圓筒的空心部分中?？招牟糠譃閳A形截面，并形成從衍射光柵輸出的衍射光線的光學路徑。透射型衍射光柵IO保持為以便被放置在準直儀保持件335和會聚透鏡保持件345的端面之間。此外，用于保持光電檢測器陣列20的第三保持件(光電檢測器保持件)325連接到會聚透鏡保持件。下面將具體說明光電檢測器保持件325和會聚透鏡保持件之間的連接部分。雖然前述實施例顯示了保持在套圈360中的光學纖維350和作為準直儀透鏡330的平凸透鏡330通過準直儀保持件335固定的情況，但分級分度桿透鏡等也可以作為準直儀透鏡使用。另外，如圖10所示的預先制作的光學纖維準直儀可以固定進準直儀保持件335中。光學纖維準直儀形成為以便用于固定光學纖維350的套圈360和分級分度桿透鏡332安裝進管件334中。在光學纖維準直儀的裝配中，光學纖維的光線輸出端表面和透鏡之間的距離以及光學纖維和/或透鏡的光學軸的仰角需要根據用于獲得良好平行光線束的條件進行調節(jié)。在根據本發(fā)明的光學模組中，調節(jié)機構設置在準直儀保持件中。具體地說，使用螺旋的調節(jié)機構作為圖IIA或IIB所示的實施例設置。在圖IIA所示的實施例中，使用了測量裝置，其中螺紋孔以對稱位置設置在準直儀保持件335的側表面上，以便套圈360的光學軸根據調節(jié)螺紋338的推進量進行調節(jié)并固定。在圖11B所示的實施例中，光學纖維準直儀以同樣的方式整體調節(jié)。如上所述，透射型衍射光柵10保持為以便放在準直儀保持件335和會聚透鏡保持件345的端表面之間。因此，準直儀保持件335的光線21輸出開口側端表面317處理為如此傾斜以便相對光學軸等于衍射光柵安裝角e。當設置在準直儀保持件335的端表面的衍射光柵保持部分315與設置在會聚透鏡保持件的端表面的衍射光柵保持部分組合在一起時，形成空腔318以便衍射光柵基板配合進空腔318彼此部分鄰接的端表面之間。在特別優(yōu)選方式中，用于配合衍射光柵的空腔318的深度為衍射光柵基板312的厚度的51-53%，以便防止衍射光柵破裂和變位。一空腔還設置在會聚透鏡保持件345的端表面中。在如上所述透射型衍射光柵的情況下，因為安裝角的允許誤差很大，所以，不需要特別提供用于調節(jié)安裝角的任何機構。如圖12A和2B所示，一結構設置在相對衍射光柵保持部分348的會聚透鏡保持件345的側面上，以便結構可以配合到光電檢測器保持件325并繞光學軸旋轉。配合到光電檢測器保持件325的會聚透鏡保持件345的端部分347具體形成為象圓筒形。形成類似圓形截面的通孔326設置在配合到會聚透鏡保持件345的端部分347的光電檢測器保持件325的部分中。通孔326的內徑形成為稍微大于會聚透鏡保持件345的圓筒端部分347的外徑，以便通孔326和圓筒端部分347可以彼此可旋轉地配合。光電檢測器保持件325需要具有用于保持光電檢測器陣列20的機構以及配合到會聚透鏡保持件345的端部分的結構。例如，如圖12B所示，光電檢測器陣列20的模組配合和保持進設置在光龜檢測器保持件325中的U型部分327中。另外，圖12B是顯示沿用圖12A的箭頭XIIB-XIIB剖開的剖面圖。光電檢測器陣列20可以在沿U型部分327的光電檢測器的設置方向滑動。多個螺紋孔設置在光電檢測器保持件325的U型部分327中。當光電檢測器陣列定位在光電檢測器的設置方向和垂直于光電檢測表面的方向后，光電檢測器陣列20通過安裝螺栓328進行安裝。因為光電檢測器保持件325可以相對用于保持衍射光柵的會聚透鏡保持件345旋轉，通過衍射光柵的不同波長的衍射方向(散射方向)可以調節(jié)以與光電檢測器的設置方向一致。調節(jié)后，光電檢測器保持件325通過設置在光電檢測器保持件中的固定螺栓323進行安裝。雖然前述實施例已經顯示了使用用于彎曲大約卯。的入射光線的衍射光柵的光學系統(tǒng)，但彎曲角不局限于9(T。當彎曲角為90。時，準直儀保持件的衍射光柵保持部分和會聚透鏡保持件的衍射光柵保持部分中的每個都以相對軸為45'的角度進行處理。當衍射光柵需要以另一角度固定時，準直儀透鏡保持件的端表面和軸方方向之間的角以及會聚透鏡保持件的端表面和軸方方向之間的角的和設定為在入射光線和衍射光線之間的角的范圍內。下面將說明本發(fā)明實施方式的小型光譜分布模組的具體結構。此實施方式顯示了具有如圖9所示基本結構的光譜分布模組。光譜分布模組包括光學纖維芯片、準直儀透鏡、透射型衍射光柵、會聚透鏡以及光電檢測器陣列。固定進具有4mm外徑的筒形套圈360的石英單模式光學纖維350用作光學纖維芯片。由BK7制作并具有4mm直徑以及相對1550nm波長的7.96mm焦距的平凸透鏡用作準直儀透鏡330。準直儀保持件335由30mm長、8mm外徑和4mm內徑的鋁圓筒體制作。鋁圓筒體處理為以便在圓筒體側面上的端表面相對圓筒體的軸傾斜45°。一空腔形成于端表面中，以便衍射光柵IO可以配合進空腔中。M1.4的螺紋孔設置在圓筒側表面的四個方向的每個方向的兩個位置，也就是說，螺紋孔總體設置在八個位置，以便提供用于通過螺紋擰緊固定光學纖維的位置并通過每個螺紋的推進量調節(jié)光學纖維仰角的機構。保持件經過黑礬(blackalumite)處理以便防止雜散光線。用于準直儀透鏡的同樣平凸透鏡也用于會聚透鏡40。會聚透鏡保持件345形成類似具有6mm長、8mm外徑和4mm內徑的圓筒體。會聚透鏡保持件345由與以準直儀保持件同樣的方式經過黑礬處理的鋁制作。會聚透鏡保持件345的端表面被處理，以便相對圓筒體的軸傾斜45°。會聚透鏡保持件345的另一端部分的外圓周處理為以便在3mm長度上獲得6mm的外徑，以便會聚透鏡保持件345可以配合到光電檢測器保持件325上。具有4x6mm的有效面積和每mm900個凹槽的深凹槽薄片衍射光柵用作衍射光柵110。衍射光柵形成于石英基板上。衍射部分形成為Si02和丁3205的兩層結構。每個凹槽的深度大約為1.45pm。每個凹槽的寬度與凹槽的間距(pitch)之間的比(負荷比)設定為0.5。衍射光柵基板的厚度設定為2mm。衍射光柵固定為以便其衍射表面作為光線入射表面設置在準直儀保持件335的側面上，同時，其基板后表面作為光線輸出表面設置在會聚透鏡保持件345的側面上。為了固定，使用下述方法將衍射光柵10配合進形成于準直儀保持件335的衍射光柵保持部分中的空腔中，然后將準直儀保持件335螺紋安裝到會聚透鏡保持件345，同時通過會聚透鏡保持件345夾住衍射光柵10。以50|im的間隔設置且每個都具有35pmxl0(Him有效光電檢測表面的22個光電檢測器的設置用作光電檢測器陣列20。也就是說，光電檢測器陣列20具有22個通道的設置。光電檢測器保持件325由經過黑礬處理的鋁制作。光電檢測器保持件325由具有10平方毫米的上表面以及大約5mm長的腿的U型形成。大約6.1mm直徑的通孔形成于上表面，以便配合到會聚透鏡保持件345。M1.7mm的螺紋孔設置在上表面的側壁中。當光電檢測器保持件325配合到會聚透鏡保持件345后，會聚透鏡保持件345通過螺紋連接固定。光電檢測器陣列20配合進光電檢測器保持件325的U型部分并通過粘接劑進行安裝。雖然各個保持件都通過螺紋連接彼此安裝，但在優(yōu)選方式中，保持件最終通過熱硬化性的粘接劑等安裝。雖然實施方式已經顯示了準直儀保持件和會聚透鏡保持件為圓筒形的情況，但外部形狀的截面不局限于圓形。在優(yōu)選方式中，此形狀根據用于將此模組安裝進殼體的條件進行選擇。雖然通常在優(yōu)選方式中，每個空心部分的截面為圓形，因為空心部分作為光通量的光學路徑設置，但空心部分的截面形狀不是總是局限于此。各個保持件和元件的尺寸、角度、材料等只是作為實施例進行顯示，而不是局限于實施例。根據前述結構，各個光學元件如下設置。從光學纖維350的端表面到準直儀透鏡330的第一表面的距離設定24為大約6.21mm。如圖13所示，準直儀透鏡330的光學軸333和會聚透鏡的第一表面40a的頂點之間的距離Y設定為4.0mm。離開穿過衍射光柵10的基板的中心線10c并平行于準直儀透鏡330的光學軸333的線的準直儀透鏡330的光學軸333的位移Dl設定為l.lmm。在穿過衍射光柵基板的中心線10c并平行于衍射光柵的表面10a的軸處，會聚透鏡40的光學軸343距離通過旋轉準直儀透鏡330的光學軸33390°獲得的軸的位移D2設定為0.8mm。各個元件設置為以便從會聚透鏡340的第二表面到每個光電檢測器的前表面的距離設定為大約6.17mm。具有從1470nm到1590nm范圍內的連續(xù)光譜的光線入射到如此制作的光譜分布模組的光學纖維350上。當光線通過準直儀透鏡330校準為接近平行光線束時，接近平行的光線束以45°的入射角入射到衍射光柵表面上。因此，通過衍射光柵10衍射的光線束根據波長以不同的角度從衍射光柵的基板表面輸出。輸出的光線束(衍射光線)入射到會聚透鏡340上并通過會聚透鏡340進行會聚，以便根據波長入射到光電檢測器陣列20的各個光電檢測器上。在此結構中，可以獲得具有大約5nm波長分辨能力的光譜分布特性。包括殼體和光電檢測器陣列的模組可以安裝在20x40xl0mm的空間中，以便可以大大減少光譜分布模組的尺寸。權利要求1.一種光學模組，包括使用衍射光學元件用于彎曲具有特定波長的入射光線束的光學軸大約90°的光學系統(tǒng)，還包括具有第一空心部分的第一圓筒保持件；具有第二空心部分的第二圓筒保持件；其中所述衍射光學元件是衍射光柵，設置在第一和第二圓筒保持件之間；通過第一空心部分中的第一保持件保持以便第一空心部分形成入射光線的光學路徑的光線輸入裝置；連接到與衍射光柵相對的第二保持件的端部分以便第二保持件的空心部分形成衍射光線的光學路徑的衍射光線檢測裝置；其中衍射光柵固定為以便衍射光柵的光線入射面鄰接第一保持件的端部分上，而衍射光柵的光線輸出面鄰接第二保持件的端部分上；所述透射型衍射光柵中的凹槽數目N通過下述公式表示N＝±(cosα+sinα)/(mλ)其中±為當第m級數衍射的光線束m為整數在具有包含在從光線輸入裝置輸入的波長λ的入射光線以入射角α入射到透射型衍射光柵上的條件下使用時，與m的符號相同的符號。2.根據權利要求1所述的光學模組，其特征在于-在鄰接衍射光柵上的第一保持件的端部分的端表面和第一保持件的圓筒的軸向方向之間的角，以及鄰接衍射光柵上的第二保持件的端部分的端表面和第二保持件的圓筒的軸向方向之間的角的和設定在入射光線和衍射光線之間的角的范圍內。3.根據權利要求1所述的光學模組，其特征在于所述光線輸入裝置包括準直儀。4.根據權利要求1所述的光學模組，其特征在于所述第二保持件保持會聚裝置在第二空心部分中。5.根據權利要求3所述的光學模組，其特征在于所述第一保持件具有用于調節(jié)準直儀的機構。6.根據權利要求1所述的光學模組，其特征在于所述第二保持件和所述衍射光線檢測裝置之間的連接部分配合到用于保持衍射光線檢測裝置的保持件，以便所述連接部分可以繞所述光學軸旋轉。7.根據權利要求1所述的光學模組，其特征在于所述光線輸入裝置具有光學纖維以及平凸型透鏡。8.根據權利要求1所述的光學模組，其特征在于所述光線輸入裝置具有光學纖維以及分級分度桿透鏡。9.根據權利要求4所述的光學模組，其特征在于所述會聚裝置為平凸型透鏡。10.根據權利要求l所述的光學模組，其特征在于所述衍射光線檢測裝置為光電檢測器陣列。全文摘要根據本發(fā)明的光學模組可以實現(xiàn)使用用于彎曲具有特定波長的入射光線的光學路徑大約90°的光學系統(tǒng)。透射型衍射光柵的基板以相對入射光線的設計入射角α在±5°范圍的角度安裝。光學系統(tǒng)可以施用到光線多路復用/解復用模組。文檔編號G02B5/18GK101566711SQ20091014091公開日2009年10月28日申請日期2006年1月9日優(yōu)先權日2005年1月7日發(fā)明者仲間健一,引地奈緒子,有馬靖智申請人:日本板硝子株式會社