專利名稱：配有精密光學(xué)組件的多路復(fù)用裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明針對一種光學(xué)多路復(fù)用裝置，這種裝置在空間把準(zhǔn)直地多波長光從光纖波導(dǎo)分散為各條信道，即波段或子波段，可把每條信道導(dǎo)至各根光纖波導(dǎo)輸出線、光檢測器等，和/或?qū)δ硞€共用光纖波導(dǎo)或其它目的地多路復(fù)用各個波長子波段。在某些較佳實(shí)施例中，本發(fā)明經(jīng)改進(jìn)的多路復(fù)用裝置特別適合于光纖通信系統(tǒng)的稠密信道波分復(fù)用系統(tǒng)。
盡管光纜在數(shù)據(jù)傳輸與其它通信應(yīng)用方向正在擴(kuò)大應(yīng)用，但是新裝光纜較高的成本卻是擴(kuò)大負(fù)荷量的一個障礙。波分復(fù)用(WDM)則允許在一個共用光纖波導(dǎo)中傳送多個不同的波長。近來年，光纖傳輸媒體較佳的波段包括那些集中在1.3微米和1.55微米(下面把微米寫成“μm”)的波段。根據(jù)應(yīng)用場合，利用約10～40nm的有用帶寬，后者尤佳，原因在于其最小的吸收和摻鉺光纖放大器的商品化。波分復(fù)用可把該帶寬劃分成多條信道。通過稱為稠密信道波分復(fù)用(DWDM)的技術(shù)，把帶寬劃分為多條考慮周到的信道，例如4條、8條、16條甚至多達(dá)32條信道，是利用現(xiàn)有光纖傳輸線大大增加通信能力的低成本的方法。這樣，波分復(fù)用可應(yīng)用于提供話音與數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓饫w通信系統(tǒng)以及電視點(diǎn)播和其它現(xiàn)有的或計劃的多媒體、交互業(yè)務(wù)。然而，多路復(fù)用不同的考慮周到的載波波長要求若干種技術(shù)與裝置。即，必須先把各個光信號組合到共用光纖線路或其它光波導(dǎo)上，然后在相對端或沿光纜的另一點(diǎn)處再被分離成各個信號或信道。因此，對于光纖通信領(lǐng)域和其它應(yīng)用光學(xué)儀器的領(lǐng)域來說，從某個廣譜源有效地組合然后再分離各個波長(或子波段)的能力已越益顯得重要了。
眾所周知，光學(xué)多路復(fù)用器已應(yīng)用于光譜分析設(shè)備和在波分復(fù)用光纖通信系統(tǒng)中對光信號進(jìn)行組合或分離。為此目的已應(yīng)用了已知裝置，例如，衍射光柵、棱鏡和各類固定或可調(diào)的濾光器。光柵與棱鏡一般要求復(fù)雜而龐大的對準(zhǔn)系統(tǒng)，且已發(fā)現(xiàn)，在改變環(huán)境條件的情況下，其效率與穩(wěn)定性很差。諸如干涉涂層等固定波長濾光器可以做得穩(wěn)定得多。在這方面，可以用商業(yè)上已知的等離子體淀積技術(shù)，諸如離子輔助電子束蒸發(fā)、離子束濺射、反應(yīng)磁控管濺射制出氧化鈮與二氧化硅之類金屬氧化物材料的經(jīng)重大改進(jìn)的干涉涂層，像Scobey等人的美國專利第4,851,095號和Scobey的美國專利第5,525,741號中揭示的那樣。此類涂覆方法可制得由堆疊的電介質(zhì)光學(xué)涂層形成的干涉腔濾光器，而這些光學(xué)涂層十分稠密和穩(wěn)定，具有低的膜散射和低的吸收，且對溫度變化與環(huán)境濕度不敏感。附

圖1示出這種先進(jìn)的淀積法制作的穩(wěn)定的三腔傾斜濾光器(例如，從法線傾斜約8°)的理論光譜特性。圖1的光譜分布曲線表示通過一傾斜濾光元件傳輸而得出的信號的偏振分裂。偏振分裂能導(dǎo)致有偏振依賴性的損耗(PDL)，即P偏振和S偏振分量的差分信號損耗或信號的狀態(tài)。應(yīng)當(dāng)理解，較大的傾角將導(dǎo)致較大的偏振分裂，因而會導(dǎo)致相應(yīng)更大的PDL。然而，如圖1所示，高性能的多腔濾光器(例如，3～5腔的Fabry-Perot型干涉濾光器，其膜疊層是用接近均一密度的淀積膜形成的)可得出帶內(nèi)平坦的傳輸區(qū)。這就降低了有偏振依賴性的損耗，因兩種偏振狀態(tài)在帶內(nèi)相重迭。高性能濾光器是指可提供這樣一種平坦的帶內(nèi)傳輸區(qū)和相當(dāng)?shù)偷牟迦霌p耗(例如，小于1dB，較佳地小于1/2dB)的一種濾光器。在用于電信工業(yè)的光學(xué)多路復(fù)用裝置中，最好在光信號通路中有盡可能小的有偏振依賴性的損耗。圖1所示的濾光器特性能符合嚴(yán)格的電信系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范。
從載運(yùn)多個信道(即在多個波長或子波段上傳輸光信號)的主干線中有選擇地去除或分出某信道(即選擇性波長)的另一種方法，例如已在Hicks，Jr.美國專利第4,768,849號中提出。在該專利中示出了濾光器分接頭(tap)和各濾光器分接頭構(gòu)成的組的使用方法，每個分接頭都應(yīng)用了高性能的多腔電介質(zhì)通帶濾光器和透鏡，以從主干線里移去一連串的子波段或信道。Hicks的濾光器分接頭在多信道信號通過所需信道傳到分支線路后把多信道信號返回主干線。在Nosu等人的美國專利第4,244,045號中也示出了光學(xué)多路復(fù)用裝置，用于對多信道光信號多路復(fù)用或多路去復(fù)用。把一排獨(dú)立的濾光器并排粘合到光學(xué)基板表面上，而把第二排濾光器類似地粘合到基板的相對表面上。每個獨(dú)立的濾光器透射一不同的信道(即預(yù)選波長)而反射其它波長。來自干線的多信道光束以某一角度進(jìn)入光學(xué)基板，并以“之”字形方式在濾光器之間通過基板。每個濾光器透射其預(yù)選的波長而把其余的光束反射到下一個濾光器上。把每個濾光元件夾在玻璃板當(dāng)中，并把棱鏡元件定位于每個濾光器夾層與一相應(yīng)的準(zhǔn)直器之間，該準(zhǔn)直器位于濾光器夾層后面，用于接收透射的波長。Nosr等人說明了折射率匹配的用法。透鏡、濾光器、光學(xué)基板等都有同樣的折射率且相互面對面接觸，從而光束不通過空氣。NOSU等人提出的這種方法涉及到在濾光元件與各信道出口處的準(zhǔn)直器之間使用棱鏡作為光橋(optical bridge)。對于Nosu等人提出的這類多路復(fù)用裝置，這種精巧的設(shè)計方法增加了相當(dāng)大的成本和組裝復(fù)雜性。Nosu等人的在圖5中的非常寬(20nm半寬度)但非所需的“尖頂”通帶(這里的“尖頂”指通帶無較平坦的頂部，如圖1所示)，就是圖4所示由Nosu等人提出的單腔濾光器的特性。具有如Nosu等人提出的這種通帶特性的裝置具有較大的上述有偏振依賴性的損耗(PDL)。在這方面，需把Nosu等人的提出的圖5理解成表面實(shí)際S偏振與P偏振通帶的平均值，更準(zhǔn)確地示出這些通帶，它們相互有很小的偏差。運(yùn)用這種尖頂通帶，通過不同等地影響信號的S偏振分量及其P偏振分量，使信號波長任何微小變化(例如，由于普通系統(tǒng)的不穩(wěn)定性或可變性)將導(dǎo)致不需要的高PDL。
諸如Nosu等人的裝置在光路中應(yīng)用了粘合劑，例如用于把棱鏡粘合到準(zhǔn)直器與濾光器夾層。這種做法不妥，有下述幾個理由。在這類裝置中，粘合劑的長期(例如，10年)耐用性或穩(wěn)定性是不確定的。環(huán)氧樹脂或其它粘合劑的透明度在承受了熱循環(huán)等后會改變。而且，“在光路中粘合劑”還限制了裝置的功率處理能力，因為大家知道，至少在某些特定的應(yīng)用中，通過粘合劑的較大功率的激光信號會劣化粘合劑并改變其光學(xué)特性。因此，希望在光路中不用或少用粘合劑，諸如在光學(xué)元件之間的環(huán)氧樹脂(例如，在濾光元件與光學(xué)基板表面之間的環(huán)氧樹脂)。在用于電信工業(yè)的光學(xué)多路復(fù)用裝置中，最好在光信號通路中盡量少用粘合劑。
本發(fā)明的一個目的是提供改進(jìn)的光學(xué)多路復(fù)用裝置，它減少或完全克服了現(xiàn)有裝置中上述部分或全部固有的難題。對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員(即在本技術(shù)領(lǐng)域中有知識和經(jīng)驗的人)而言，通過下面揭示的本發(fā)明內(nèi)容和某些較佳實(shí)施例的詳述，將對本發(fā)明的特定目的和優(yōu)點(diǎn)明白無疑。
根據(jù)第一方面，一種光學(xué)多路復(fù)用裝置包括一帶有光學(xué)端口的光學(xué)組件，用于在該組件的第一與第二平行表面之間限定一光隙(optical gap)，而光學(xué)端口用于把多信道準(zhǔn)直光傳入和/或傳出光隙；至少一個包括選擇性透明的濾光元件的信道端口，所述濾光元件固定在一個平行表面從而在其一側(cè)的邊界處面對光隙；以及至少一個附加反射元件，諸如一種寬帶反射器或另一信道端口的選擇性透明的濾光元件，它被固定在另一平行表面從而在其第二側(cè)的邊界處面對光隙。光隙是個空間，意指它含有空氣或其它合適氣體，最好是干燥氣體，諸如基本上無H2O蒸汽的氮?dú)?。順便說一下，在這里揭示的多路復(fù)用裝置中，該裝置被置于氣密密封的外殼里，可對光隙抽真空到任何合適的低壓程度。每個信道端口的濾光元件對多信道準(zhǔn)直光的一選定子波段是透明的，對其它波長是反射的。這樣，多路復(fù)用裝置的某個信道端口就把選定的信道(或者，可選地，多條信道)傳至一條分支線路、適用于光通信系統(tǒng)的InGaAsP紅外檢測器或其它光傳感器等，而把其它信道經(jīng)光隙反射回下一個下游信道端口或其它目的地。根據(jù)較佳實(shí)施例，至少把一個這樣的信道端口的選擇性反射濾光元件固定到光學(xué)組件以在一個平行側(cè)處擴(kuò)展光隙，并把諸如寬帶反射器、第二信道端口的選擇性反射濾光元件和/或其它反射元件固定到光學(xué)組件以在相對的平行側(cè)處擴(kuò)展光隙。這樣，在光學(xué)組件內(nèi)建立了一條多點(diǎn)的“之”字形光路，通過兩平行側(cè)之間的光隙來回傳播。
可用金屬、陶瓷或任何其它合適的最好是不透明的材料形成光學(xué)組件。很容易買到金屬、陶瓷之類的各種合適的不透明材料，價格適中且機(jī)加工性或成形性優(yōu)良?？捎貌煌该鞑牧闲纬蛇@里揭示的光學(xué)組件，因為通過光學(xué)組件的光路處于該光學(xué)組件所規(guī)定的槽內(nèi)或其它空隙內(nèi)，從光學(xué)組件的第一平行側(cè)的平面延伸到另一平行側(cè)的平面。根據(jù)光學(xué)多路復(fù)用裝置的應(yīng)用，多信道準(zhǔn)直光可通過光學(xué)端口傳入待去復(fù)用的光學(xué)組件的光隙，或通過多個信道端口傳入光隙，然后作為多路復(fù)用信號向下游通過光學(xué)端口離開光學(xué)組件而傳到光纖傳輸線或其它目的地。根據(jù)某些更佳的實(shí)施例，根據(jù)這種揭示的一種多路復(fù)用裝置可同時對經(jīng)一光學(xué)端口進(jìn)入光隙并經(jīng)一個或多個信道端口離開光隙的多信道信號去復(fù)用，并對經(jīng)一個或多個信道端口進(jìn)入光隙并經(jīng)一光學(xué)端口離開光隙的一個或多個信道多路復(fù)用。
正如下面結(jié)合若干較佳實(shí)施例所描述的那樣，光學(xué)組件最好有多個信道端口，每個端口對一不同的信道或一組信道透明，這樣，每個信道端口可使通過光學(xué)端口多信道準(zhǔn)直光的子波段透過。還可提供一剩余端口，它對不通過多路復(fù)用裝置一個或多個信道端口的波長透明。在這些較佳實(shí)施例中，光隙是條穿通光學(xué)組件本體的封閉式光槽，而多路復(fù)用裝置的每個信道端口包括一塊做在并行側(cè)之一的光學(xué)組件上的干涉濾光器以擴(kuò)展這種光槽。
對于這里所揭示的裝置中的最后(下游)一個信道端口，在應(yīng)用于去復(fù)用模式時，如果已把所有其它的信道或波長從接收到的多信道光中經(jīng)光學(xué)端口移入(由其它的上游信道端口)光隙，則不一定要求濾光元件。這方面，這種最后的信道端口像一個剩余端口，用于傳送留在該處的多信道準(zhǔn)直光。類似地，在多路復(fù)用模式或?qū)嵤├?，在第?上游)信道端口(或剩余端口)處也不一定要求濾光元件，因為在此不需要選擇性地在該端口處反射掉任何其它波長。在本發(fā)明的那些多路復(fù)用裝置的實(shí)施例中，包括多路復(fù)用與去復(fù)用，在沿通過光隙的光路的每一位置處，即在必須把選定的子波段傳入或傳出光隙且必須把其它波長反射回光隙而進(jìn)一步沿光路向上游或下游傳播之處，通常使用濾光元件。
如下面進(jìn)一步討論的那樣，信道端口的干涉濾光器可以是一種高性能帶通濾波器，最好是一種對選定的子波段透明的窄的帶通(即，信道或子波段)濾光器。在較佳實(shí)施例中，對于稠密波分復(fù)用(DWDM)，一個信道端口的帶通與任何下一個相鄰信道端口的帶通由小至8nm、2nm、1nm或甚至更小的間隔隔開。另外，信道端口可以是二向色性的，即，長波通(wave pass)或短波通邊緣濾光器，最好有一極銳利的過渡點(diǎn)。在具有多信道端口的此種實(shí)施例中，應(yīng)把每個信道端口的過渡點(diǎn)設(shè)在稍(例如，2nm)長或稍短的邊界波長上。在去復(fù)用操作中(即在多信道準(zhǔn)直光通過光學(xué)端口傳入光學(xué)組件的情況下)，應(yīng)用配有二向色性濾光器的這類裝置，每個信道端口將依次僅在其超過前面信道端口的邊界波長的增量范圍內(nèi)從光學(xué)組件傳出或透出光信號，因為前面的信道端口已將更短(或更長)的波長的光全部移去了。根據(jù)上述工作原理，超出每個信道端口邊界波長的光將被反射到下一信道端口(如果有的話)或反射到剩余端口，等等。
根據(jù)上述一些較佳實(shí)施例，光學(xué)多路復(fù)用裝置可以包括一種寬帶反射元件，即，一種對組合形成多信道準(zhǔn)直光的所有信道波長具有強(qiáng)反射的元件，或沿著光學(xué)端口間一條多點(diǎn)“之”字形光路在光學(xué)組件內(nèi)級聯(lián)光的其它裝置；以及剩余端口(如果有的話)。在某些較佳實(shí)施例中，反射元件是種位于光學(xué)組件一個并行表面處的寬帶高反射器，而位于光學(xué)組件相對平行表面上的是一信道端口陣列。即，根據(jù)此類實(shí)施例，不是沿著光學(xué)組件兩并行側(cè)交錯排列諸信道端口，而是把所有信道端口(也可以是光學(xué)端口)定位于光學(xué)組件一個平行表面處的線性陣列中，且在相對的并行表面處配有一個或多個寬帶反射元件。在上述較佳實(shí)施例中，使用光槽，信道端口的干涉濾光器和反射元件擴(kuò)展在光學(xué)組件相對兩面上的光槽，協(xié)同工作，以級聯(lián)以上述多點(diǎn)“之”字形光路通過該光槽的光信號，即以多次反彈序列在光學(xué)端口處啟動(和/或在光學(xué)端口處完成)，而多信道準(zhǔn)直光經(jīng)光學(xué)端口傳播。最好以類似于信道端口濾光元件采用的方式把這種寬帶反射元件附著于光學(xué)組件的并行側(cè)，使之面對光槽并基本上處于該平行表面的平面內(nèi)。例如，在去復(fù)用操作中，光信號經(jīng)光學(xué)端口進(jìn)入光學(xué)組件并沿著上述的多點(diǎn)光路(帶或不帶第一反射寬帶高反射元件)傳播到第一信道端口(此時起到輸出端口的作用)。第一信道通過這種第一信道端口從光隙中透出，而其它波長被反射回反射元件以再沿著光隙內(nèi)的多點(diǎn)光路級聯(lián)到一個或多個附加的下游信道端口和/或一個剩余端口。從這一揭示應(yīng)當(dāng)理解，這類在光學(xué)多路復(fù)用裝置中應(yīng)用反射元件的實(shí)施例能沿任一方向工作(即多路復(fù)用或去復(fù)用方向)，根據(jù)某些優(yōu)點(diǎn)明顯的實(shí)施例，能作為一種加減信道的雙向裝置而工作。
顯然，最好以同一方式把各個信道端口的任何的寬帶反射器與濾光元件連接至光學(xué)組件。這樣，盡管下述討論主要針對信道端口的干涉濾光器，但是通常也與其它反射元件相關(guān)。為便于高精度制作，光學(xué)組件一般由直線構(gòu)成，上述的光隙從第一平行表面延伸列第二平行表面。信道端口的干涉濾光器定位在面對光隙的光學(xué)組件表面處，在上述應(yīng)用光槽的實(shí)施例中，濾光元件擴(kuò)展了光槽。這樣，由于準(zhǔn)直光是沿著多點(diǎn)光路反彈的，所以如同在光學(xué)端口與多個信道端口之間傳輸那樣，它只通過光隙傳播。若光隙是槽，則濾光元件最好做成這樣的尺寸，從而使濾光元件的大部分跨于懸掛，且只有其邊緣與光學(xué)組件接觸而提供一個把濾光元件粘牢于光學(xué)組件的表面區(qū)域。濾光元件一般用環(huán)氧樹脂或其它粘合劑粘合至光學(xué)組件。這樣，其優(yōu)點(diǎn)在于，由于只需在濾光元件與光學(xué)組件相接觸的區(qū)域內(nèi)施加粘合劑，即在濾光元件的外緣用粘合劑，因而通過濾光器的光不必通過粘合劑層。因此，用這里揭示的裝置實(shí)現(xiàn)的多路復(fù)用/去復(fù)用，在光路中無環(huán)氧樹脂。
根據(jù)上述揭示的內(nèi)容，本領(lǐng)域的技術(shù)人員(即，本技術(shù)領(lǐng)域中有知識和經(jīng)驗的人員)顯然明白，本發(fā)明是一項重大的技術(shù)進(jìn)步。這里揭示的光學(xué)多路復(fù)用裝置提供了一條準(zhǔn)直光能沿其傳播的無障礙的通路。通過使用光隙和化在其外緣將干涉濾光器與光學(xué)組件粘合起來，減小或消除了由粘合劑造成的與光路的干擾。從下述特定較佳實(shí)施例的詳述將進(jìn)一步理解本發(fā)明的這些特征和附加特征與種種優(yōu)點(diǎn)。
下面參照附圖討論本發(fā)明特定的較佳實(shí)施例，在這些附圖中圖1是表示一種優(yōu)質(zhì)多腔、電介質(zhì)、光學(xué)干涉濾光器的理論特性的曲線；圖2是光學(xué)多路復(fù)用裝置第一較佳實(shí)施例的透視剖視圖，示出部分組裝的狀況；圖3是圖2實(shí)施例的示意平面圖，組裝有部分切去的蓋板；
圖4是圖2光學(xué)多路復(fù)用裝置三腔干涉濾光器的放大剖視示意圖；圖5是圖3光學(xué)多路復(fù)用裝置沿剖線5-5截取的剖視示意圖；圖6是圖3光學(xué)多路復(fù)用裝置的準(zhǔn)直器與間隔線(spacer wire)沿剖線6-6截取的放大剖視示意圖；圖7是部分?jǐn)嚅_的放大剖視示意圖，表示把圖3的光學(xué)多路復(fù)用裝置的干涉濾光器用包含間隔珠的粘合劑粘合到光學(xué)組件的狀況；圖8是圖2光學(xué)多路復(fù)用裝置另一較佳實(shí)施例的示意平面圖，它具有相對于寬帶反射元件直線陣列的一個連續(xù)的可變厚度濾光元件；圖9是圖8多路復(fù)用裝置另一較佳實(shí)施例的示意平面圖，它沿一個表面有一反射膜；及圖10是圖3所示實(shí)施例在剩余端口處裝有端帽的示意平面圖。
應(yīng)當(dāng)理解，附圖中的光學(xué)多路復(fù)用裝置和干涉濾光器不必按比例繪制，而按它們的各種尺寸或角度關(guān)系繪制。特別是，為便于說明與觀看，平面圖中示出的濾光元件與反射元件之厚度比較佳實(shí)施例中使用的更大。在參閱了上述揭示內(nèi)容和下面較佳實(shí)施例的詳述后，本領(lǐng)域的技術(shù)人員完全能對這類裝置選用合適的尺寸與角度關(guān)系。
上述的光學(xué)多路復(fù)用裝置具有多種多樣的應(yīng)用，尤其是應(yīng)用于光纖通信系統(tǒng)。除了實(shí)驗室儀器外，這種設(shè)計的光學(xué)多路復(fù)用裝置還可應(yīng)用于測試設(shè)備等。為說明起見，下面詳述的較佳實(shí)施例是多信道光纖通信系統(tǒng)中的稠密信道波分復(fù)用裝置，它能解決或減輕上述與光信號通過粘合劑傳播并在光學(xué)裝置中以近乎完全平行的方式安裝濾光元件與反射元件有關(guān)的問題。這里所用的術(shù)語“透明”一詞表示至少基本上對一特定波長范圍或子波段呈透明，例如，對某特定信道充分透明可有效地在光纖通信系統(tǒng)中透射或傳送該信道。這里使用“反射”一詞表示特定波長范圍或子波段至少基本上是反射。這里使用“剩余”一詞，一般指向下游最后一個信道端口傳送的準(zhǔn)直光。剩余光可包括無光、一特定子波段或多個子波段。
圖2示出配有精密光學(xué)組件的多路復(fù)用裝置，它能把各個獨(dú)立的波長信號多路復(fù)用到一條共用的光纖載波線路或另一光波導(dǎo)和/或把這些信號去復(fù)用進(jìn)入各條信道載波線路、傳感器或另一目的地。為簡便描述起見，這里更詳細(xì)地敘述去復(fù)用的作用，因為本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解相關(guān)的多路復(fù)用功能。即，本領(lǐng)域的技術(shù)人員知道可反過來使用同一裝置以多路復(fù)用各信道的光信號。圖2的光學(xué)多路復(fù)用裝置包括一光學(xué)組件2，它最好是陶瓷、金屬(例如，不銹鋼、鋁等)或其它最好是不透明的材料。載有多信道光信號的光纖4同投射準(zhǔn)直光的裝置(諸如光纖梯度折射率(“GRIN”)透鏡準(zhǔn)直器6等)進(jìn)行通信。準(zhǔn)直器6通過光槽10以小角度把高度準(zhǔn)直光8耦合到光學(xué)組件2，光槽10經(jīng)光學(xué)組件2從第一表面12延伸至第二表面14。第二表面14與第一表面12隔開且平行。光槽10為準(zhǔn)直光8提供一條經(jīng)光學(xué)組件2從第一表面12至第二表面14的無障礙的通路。光線8在表面12(即，表面12的平面)處傳入光槽10的位置在這里指的是光學(xué)端口。
現(xiàn)在看圖3，該圖更清楚地示出了準(zhǔn)直光8通過光學(xué)組件2的通路。對圖2和3較佳實(shí)施例中光學(xué)多路復(fù)用裝置示意性的技術(shù)指標(biāo)包括表A中列出的指標(biāo)。下表中，信道間距理解成中心至中心間距。即，信道間距是從一個信道的波長范圍中心到下一鄰接信道的波長范圍中心測得的。
表A信道數(shù)目4信道波長1533～1557信道間距8.0nm±0.2nm最小隔離度 35dB插入損耗(總)＜6dB/信道光纖類型單模，1米引線(pigtail)工作溫度范圍0～+70℃根據(jù)一個較佳實(shí)施例，光學(xué)組件高0.225英寸(垂直于圖3紙平面)，寬0.425英寸，長0.850英寸。最好準(zhǔn)直光的發(fā)散不大于約0.15度，準(zhǔn)直光進(jìn)入光學(xué)組件2的傾角“C”約5～10度，最佳約6～8度，例如，7度。如上所述，更大的傾角將導(dǎo)致有害的高PDL。傾角更小則要求光學(xué)組件2兩平行表面12和14之間的距離更大才能在“之”字形光路相鄰兩點(diǎn)之間獲得合適的間距。這樣，由光纖4(最好是單模光纖)傳播的多色、多波長或多信道光經(jīng)準(zhǔn)直器6準(zhǔn)直并引導(dǎo)通過光學(xué)組件2第1表面12處的光學(xué)端口16，由此通過光學(xué)組件2內(nèi)的光槽10而傳播到第二表面14。
在光學(xué)端口16處進(jìn)入光學(xué)組件2的光經(jīng)光槽10傳到第二表面14處的信道端口18。裝在信道端口18處的濾光器20對于準(zhǔn)直光8所包含的某一子波段呈透明。具體說，光22經(jīng)光學(xué)組件2的信道端口18傳到后置濾光器23，并再從那里傳到同第一信號信道載波相關(guān)聯(lián)的準(zhǔn)直器24。特別是，由信道端口18傳送的光信號作為去復(fù)用信號發(fā)送給光纖，最好是單模光纖26。后置濾光器23以非相干方式耦合至濾光器20。在用粘合劑接合或其它組裝技術(shù)建立罩殼52下部56的表面25時，最好采用自由空間對準(zhǔn)，下面再詳述。光學(xué)組件2開有排氣孔43，用于在熱固化時排氣，之后最好用例如可折卸的螺釘封閉。組裝期間，利用經(jīng)濾光元件20和后置濾光器23傳播的合適波長的測試信號實(shí)現(xiàn)自由空間對準(zhǔn)。為獲得合適的帶通中心波長而調(diào)整后置濾光器的有效光學(xué)厚度。其做法是，例如在用粘合劑接合至表面25之前，先相對于濾光元件20調(diào)整并固定其位置。這種后置濾光器有利于得到更佳的信號隔離度。因此，可在每個信道端口處使用一個后置濾光器。順便提一下，為降低成本和復(fù)雜性，不必在信號注入光槽的信道端口處使用這種后置濾光器。類似地，在除了該信道端口所需波長以外的全部波長已在前面的(即，上游)信道端口處從多信道光中移去的終端信道端口(例如，這里揭示的用于去復(fù)用模式的裝置中最下游信道端口，通常也不用后置濾光器。通常用單個高性能濾光元件實(shí)現(xiàn)的信號隔離度，較合適的是由前面的信道端口基本上完全移去帶外波長來完成。給出這一揭示的好處，本領(lǐng)域的技術(shù)人員有能力應(yīng)用后置濾光器(諸如圖2和3實(shí)施例中第一信道端口處的后置濾光器23)以適合在此揭示的多路復(fù)用裝置中的信道端口等。
信道端口18處的濾光器20對于不是濾光器“帶內(nèi)”的波長呈反射。該反射光28從光學(xué)組件2第二表面處的濾光器20反射回第一表面12處的第二信道端口30。信道端口30處的干涉濾光器32對一不同于信道端口18處的濾光器20的波長或子波段呈透明。對于稠密信道波分復(fù)用應(yīng)用而言，沿第一表面12和第二表面14線性隔開的每個多信道端口之間的波長分隔，設(shè)置成適合從約1527nm到1567nm約40nm的EDFA光譜帶寬以內(nèi)。這樣，例如對于應(yīng)用整個EDFA帶寬的四信道系統(tǒng)來說，典型的信道間距為8nm。因此，在信道端口30處，把對應(yīng)于第二信道的光信號經(jīng)濾光器32傳送到準(zhǔn)直器34，并由此傳送到光纖承載器36。如同在第一信道端口18處一樣，信道端口30處的濾光器32與反射非帶內(nèi)的光。于是，在光學(xué)端口16處首次進(jìn)入光學(xué)組件2的準(zhǔn)直光8的剩余部分38就從端口30反射回第二表面14處的第三信道端口40。以類似的方式繼續(xù)這一過程，光在信道端口40處部分通過，且部分被反射或反彈回第一表面12處的第四信道端口42，在那兒又部分通過，部分被反射到第二表面14處的剩余端口44。在每個端口40和42處，光被一相關(guān)的濾光器部分反射，并部分傳送到相關(guān)的準(zhǔn)直器，而每個準(zhǔn)直器與某條相應(yīng)的信號載波線或信號檢波器或其它目的地通信。剩余端口44最好是某個區(qū)域，在該區(qū)域剩余光(由信道端口42處的干涉濾光器反射)離開光槽10后被傳送到準(zhǔn)直器46并傳至光纖承載器48。顯然，剩余端口44不必位于第二表面14處，而可以位于第一表面12處，例如，代替信道端口42。
所以，被反射的波長沿著在光學(xué)組件2中通過光槽10的多點(diǎn)光路按“之”字形方式級聯(lián)，通過在第一與第二表面12和14處連續(xù)的反彈移去每個信道的光信號，直到任何剩余光到達(dá)剩余端口44。在較佳實(shí)施例中，相當(dāng)重要的是光在進(jìn)入、通過和離開光學(xué)組件時，只通過空氣和單個干涉濾光器，而光路中沒有環(huán)氧樹脂或其它粘合劑。在較佳實(shí)施例中，由于所有的濾光元件都處于準(zhǔn)直光學(xué)器件的Rayleigh范圍內(nèi)，所以每條信道的損耗基本上相同。
盡管在每個信道端口處的干涉濾光器最好對不是該信道端口帶內(nèi)的所有波長都呈反射性，但是在特定的應(yīng)用中，需要只對在上游信道端口處(即，在先前沿多點(diǎn)光路碰到的信道端口處)未被提取的光信號波長呈反射性。而且，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將從這一描述中明白，圖2的光學(xué)多路復(fù)用裝置同樣適用于組合光信號，諸如來自各端口18、30、40、42和44的光信號。這樣，剩余端口44和第一與第二表面12與14內(nèi)的多個信道端口應(yīng)是輸入端口，而光學(xué)端口16應(yīng)是輸出端口。于是，應(yīng)在光槽10中向下游從光學(xué)組件2的底部(圖3所示)向頂部進(jìn)行級聯(lián)。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員(即，本技術(shù)領(lǐng)域中有知識和經(jīng)驗的人員)將會明白，這里揭示的光學(xué)多路復(fù)用裝置是一重大的技術(shù)進(jìn)步。光槽10提供了一條無障礙的光路，而無障礙光路提供了更佳的性能，包括較小的偏振效應(yīng)。當(dāng)增大光進(jìn)入光學(xué)組件2的角度時，這樣做具有更重大意義。從上述揭示可以理解，可對光隙作出其它合適的實(shí)施例。即，不是構(gòu)成光槽10，例如，可沿從光學(xué)組件的一面到另一面的若干個“反彈”或“之”字形光路的一些段的方向鉆出一連串通孔(否則在光學(xué)組件中形成通孔)。在某些這類實(shí)施例中，可把濾光元件經(jīng)過孔粘合到光學(xué)組件?；蛘?，可以簡單地在兩平行側(cè)之間的光學(xué)組件的一個表面的上方形成光隙，此時，信道端口的濾光元件和所使用的任何其它反射元件都能各自從粘合到光學(xué)組件特定平行側(cè)相對端延伸到自由端。在有些實(shí)施例中，濾光元件像兩個有光隙兩端互相面對的圍欄那樣延伸。給出這一揭示的優(yōu)點(diǎn)，本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯然明白光學(xué)組件和光隙的其它合適的結(jié)構(gòu)。
圖4示出了圖2較佳實(shí)施例中干涉濾光器的膜疊層結(jié)構(gòu)。每個信道端口的濾光元件最好有一種高性能的、全電介質(zhì)的、窄帶通干涉濾光器，它在光學(xué)基板上用例如濺射或其它合適的淀積技術(shù)制成，諸如采用上述Scobey等人專利中提出的技術(shù)。載有淀積濾光器的光學(xué)基板，其表面最好面向光隙，光隙在光學(xué)組件兩平行表面的平面之間延伸。濾光器較佳地是一種多腔，更佳地是三腔到五腔的膜疊層涂層，在Fabry-Perot干涉濾光器后面模制，在此可簡稱為空腔濾光器或干涉濾光器。根據(jù)已知的技術(shù)，用一更厚的空腔層把兩個本身形成有關(guān)光波長反射器的電介質(zhì)薄膜疊層分開。然后反復(fù)一次或多次這種結(jié)構(gòu)，以制成一種具有圖1所示增強(qiáng)的阻塞作用和改進(jìn)的帶內(nèi)傳輸平坦度的濾光器。其凈效果是制得的窄帶濾光器，可透過帶內(nèi)光而反射帶外光。如上所述，還可使用二向色性濾光器。在用上述淀積技術(shù)制成的較佳的三腔實(shí)施例中，形成的高性能濾光元件，具有優(yōu)良熱穩(wěn)定性的稠密、穩(wěn)定的金屬氧化物膜疊層。這類多腔濾光器提供的性能特性在商業(yè)上能為這里揭示的光學(xué)多路復(fù)用裝置光纖通信應(yīng)用的稠密信道波分復(fù)用所接受。具體說，例如，可實(shí)現(xiàn)信道間的低串?dāng)_和在給定帶寬內(nèi)有較多數(shù)目的信道。腔數(shù)過多會對帶內(nèi)波長的傳輸性甚至帶來負(fù)面影響，并使光學(xué)多路復(fù)用裝置的生產(chǎn)成本增大到超出商業(yè)上可接受的程度。最好對形成濾光器的膜疊層每一交替層(例如，五氧化鈮和二氧化硅)的厚度及膜疊層總厚度作精密控制，在濾光器面積上最好在0.01％或0.2nm以內(nèi)。此外，淀積的膜疊層應(yīng)有很低的膜吸收和散射，且體積密度接近1。以減少水引起的濾光器偏移。這類超窄多腔帶通濾光器具有優(yōu)良的性能特性，包括溫度與環(huán)境穩(wěn)定性；窄帶寬；對所需光信號的高透射率和對其它波長的高反射率(即，高度選擇性能透射率)(應(yīng)用三腔或更多腔的設(shè)計尤其如此)；以及較低的成本和較簡單的結(jié)構(gòu)。如圖4所示，較佳的濾光器是三腔濾光器，其中的“第一腔”85緊接地與光學(xué)基板相鄰。第二腔86直接疊在第一腔85上，而第三腔87直接疊在第二腔86上。如上所述，承載膜疊層的光學(xué)基板53的表面最好面對光槽，從而由濾光器反射的光無需通過基板傳播。有關(guān)合適的多腔濾光器的進(jìn)一步敘述見H.A.Macleod著的《薄膜濾光器》(1986年第二版)(由MacMillan出版公司出版)，其所有揭示的內(nèi)容通過引用包括于此。
在應(yīng)用多個濾光元件的較佳實(shí)施例中，使用了一組匹配的濾光元件，即，光學(xué)組件2上使用的每個濾光器對某個子波段呈透明，而該子波段從其特定的或所需的波長子波段變化某個相等的量。這種均一誤差然后通過傾斜承載濾光元件的光學(xué)組件而得以校正，即，使其相對于光學(xué)端口處進(jìn)入的光束傾斜。這樣，當(dāng)光在光槽中來回反彈時，通過傾斜光學(xué)組件2(即，在低面內(nèi)順時針或逆時針轉(zhuǎn)動圖3中的光學(xué)組件2)稍微偏移入射角與反射角，可調(diào)整準(zhǔn)直光8進(jìn)入光學(xué)組件2的角度。一般，這種調(diào)整小于1°，最好小于0.5°。這種傾斜通過改變形成濾光器的膜疊層的有效厚度或光學(xué)厚度，補(bǔ)償了信道端口處所需子波段的匹配變化。這樣，用這種方式把諸濾光器組成匹配濾光器組，對光學(xué)組件2調(diào)整一次就能同時校正所有濾波器的變化。
現(xiàn)在看圖5，圖2～4示出的實(shí)施例有一封閉的罩殼52。具體說，見到的罩殼52包括上部54和下部56。當(dāng)上下部54與56接合時，其上下凹進(jìn)部分58和60組成光學(xué)組件2在其中定位的腔室62。把光學(xué)組件2緊固到罩殼52，以防止光學(xué)組件藉螺釘64之類任何已知的緊固裝置(見圖3)移動。上下部分54和56用螺栓66等已知緊固裝置相互牢固緊固起來(圖3)。罩殼52最好完全氣密密封，至少無空氣隙，因空氣隙會讓污物進(jìn)入腔室62而影響光學(xué)多路復(fù)用裝置的操作。如上所述，在裝置中使用的粘合劑(包括選用于把罩殼上下部分封閉在一起的粘合劑)熱固化后，可以封閉排氣孔43。從圖2還可看出，信道68形成于下部56，大小能容納光纖承載器并與之密封接合。顯然，雖然只在下部56中示出信道，但是信道可形成在上部54或上下部54和56中。信道62可含空氣或其它透光氣體，也可以真空密封。
從圖5和6可更清楚地看出，準(zhǔn)直器6像每個其它準(zhǔn)直器一樣，用一對線墊70與下部56的表面隔開。線墊70沿著下部56的表面與準(zhǔn)直器6之間的準(zhǔn)直器6表面同軸安置。粘合材料72(如環(huán)氧樹脂)沿下部56的表面涂覆，線墊70沿下部56在環(huán)氧樹脂72內(nèi)定位，并把準(zhǔn)直器6裝在線墊70上，這樣確保了準(zhǔn)直器6相對于下部56對準(zhǔn)、抬高和平行。環(huán)氧樹脂72最好用美國馬薩諸塞州Billerica的Epoxy Technology，Inc.的生產(chǎn)的Epotek 353TM，或者采用技術(shù)人員公知的市售的其它合適的粘合劑。
重要的是，這里揭示的多路復(fù)用裝置濾光元件要正確對準(zhǔn)，以便透過所需子波段的光并準(zhǔn)確地反射其它波長。為此，如圖3所示，光學(xué)組件2的第一與第二表面12和14要制作得盡量靠近且平行。所以，最好用整塊的如304不銹鋼加工出光學(xué)組件，表面12和14相互以不大于約0.02度最好以不大于0.005度的角度發(fā)散。為進(jìn)一步確保多點(diǎn)光路的正確對準(zhǔn)，必須以一種準(zhǔn)確而精密的方法把干涉濾光器固定到光學(xué)組件2。如上所述，承載膜疊層的光學(xué)基板的表面是相對于光學(xué)組件定位的，其附加優(yōu)點(diǎn)是可避免膜疊層因光學(xué)基板厚度不勻而發(fā)生傾斜。參見圖7，濾光元件20包括一塊平板或單平面的光學(xué)基板，它跨于光槽10兩端放置并固定至光學(xué)組件2的第二表面14，從而大部分跨于光槽10兩端懸置。濾光元件20的外緣相對于表面14定位。濾光元件20的表面78承載著構(gòu)成干涉濾光器的膜疊層120。濾光元件20用粘合劑74粘合至光學(xué)組件2。例如，粘合劑可以是上述的Epotek353TM或適于把濾光器20粘到光學(xué)組件2的任何其它材料。在粘合劑74內(nèi)設(shè)置或含有墊珠76(為看清楚，已將其大大放大)。
合適的墊珠最好呈球形，直徑為20微米或更小，更好是5微米或更小。這類墊珠有市售，例如包括5微米的二氧化硅珠或微球(microsphere)，可向BangsLaboratories(美國印第安那州Fiskins)購買。當(dāng)把濾光器20壓在光學(xué)組件2上后，粘合劑74受壓和/或位移，直到濾光器20和光學(xué)組件2接觸到珠76的相對側(cè)。當(dāng)單層珠76接觸到在上、下光槽10的濾光器20和光學(xué)組件2時，濾光器20的表面78就平行于光學(xué)組件2的第二表面14。珠76最好由二氧化硅或任何其它合適的材料做成。珠76最好是微球其大體均勻的直徑在約3微米與20微米之間，更好是5微米。這樣，通過在粘合界面使用這種單層的微粒76，且因濾光器承載表面面對光學(xué)組件，故濾光器保持與光學(xué)組件2的精密表面12和14平行。在某些例示中的實(shí)施例中，環(huán)氧粘合劑中使用了約5微米直徑的二氧化硅微球，其重量占1％或更小。在把分離的濾光元件或其它反射元件粘合到光學(xué)組件一側(cè)以建立信道端口和/或多點(diǎn)“之”字形光路的一側(cè)通過光學(xué)組件的場合，最好把它們相互略微隔開。在被粘合的元件呈矩形或方形且按在線性陣列中相互鄰接的方式被粘合光學(xué)組件的實(shí)施例中，這樣做尤其好。這類并排的元件最好相互之間至少約有0.1mm的間隙或空間，該空間通常應(yīng)足夠大，以基本上防止粘合劑毛細(xì)管作用而滲入相鄰的反射元件之間的空間。
用這種方式把濾光器裝到光學(xué)組件2，光路就沒有任何將影響光信號的粘合劑(即，照一般的說法，光路中無環(huán)氧樹脂)。由于濾光器被定位以擴(kuò)展光槽10且只沿著濾光器外緣施加粘合劑74，故光信號并不通過粘合劑。顯然，最好以同樣方式把寬帶反射器粘合到光學(xué)組件2，從而具備同樣優(yōu)點(diǎn)。因此，這里揭示的多路復(fù)用裝置的較佳實(shí)施例實(shí)現(xiàn)無環(huán)氧樹脂的光路及濾光元件與其它反射元件間的精密平行度，這些元件被粘合到光學(xué)組件的平行的相對側(cè)，以限定通過光隙的多點(diǎn)“之”字形光路。這對于稠密波分復(fù)用獲取窄的信道間距顯得十分重要，尤其是因為平行度誤差隨著通過光隙的每次光反彈而累積起來。例如，限定通過光隙的光路反射與選擇性反射元件，其平行度的角誤差僅為0.02度，但經(jīng)四次反彈后，會產(chǎn)生0.12nm的通帶波長誤差。通常，在這里揭示的類型的高性能DWDM裝置中，濾光元件的通帶約是相鄰信道間中心至中心間距的60～70％。因此，尤其對于例如信道間距為2nm的多路復(fù)用裝置，十分重要的使反射元件的平行度保持在0.02度角誤差以內(nèi)。在這里揭示的較佳實(shí)施例中，使用這樣精密平行度的高性能濾光器，實(shí)現(xiàn)了以前未達(dá)到的通帶傳輸準(zhǔn)確度。例如，上述Nosu等人提出的裝置的性能特性較差，把濾光元件粘合到透明玻璃組件，僅能做到相對側(cè)相互“平行”十分之一度或十分之幾度。這種缺乏精密平行度的情況在現(xiàn)有技術(shù)裝置中是允許的，因為這些裝置不使用高性能的濾光器，而且信道的帶寬例如達(dá)40nm。相反地，如上所述，這里揭示的較佳實(shí)施例得到的平行度在小于百分之二度內(nèi)，更佳是在小于約千分之五度內(nèi)。這里揭示的光學(xué)組件例如用304不銹鋼精密制成，限定光槽(或其它光隙結(jié)構(gòu))的平行相對表面的平行度在小于0.02度更佳地小于0.005度以內(nèi)。如上所述，信道端口濾光元件單平面光學(xué)基板的濾光器承載側(cè)以及粘合到光學(xué)組件的任何其他反射元件的涂覆表面最好面對光槽，以限定多點(diǎn)“之”字形光路。因此，光學(xué)基板的濾光器與寬帶反射器任何微小的不平行度不會對多路復(fù)用裝置的精密平行度產(chǎn)生不利影響。然而，光學(xué)基板(例如圖7中濾光元件20的光學(xué)基板)的涂覆表面與相對側(cè)表面最好相互平行在約0.1度角楔以內(nèi)。對濾光元件與任何其它反射元件應(yīng)用上述的粘合安裝技術(shù)，用單層微球作為反射元件的涂覆表面與光學(xué)組件的精密平行表面間的墊珠，再連同上述的高性能濾光器，可形成這里揭示的性能優(yōu)異的各種較佳實(shí)施例，包括超窄的信道間距(例如，中心至中心間距2nm、1nm甚至更小)。
圖8示出另一較佳實(shí)施例。在表面14上設(shè)置單個可變厚度的多腔干涉濾光元件80，以在信道端口18和40處提供濾光功能。在濾光元件80的單塊光學(xué)基板上延伸的膜疊層，在信道端口18和40位置處具有不同的光學(xué)厚度。濾光器80的光學(xué)厚度最好從上到下連續(xù)可變(見圖8)。最好，膜疊層厚度基本上呈線性變化。除非另有規(guī)定或從內(nèi)容可清楚看出，應(yīng)當(dāng)理解，說到連續(xù)可變?yōu)V光元件80的厚度是指其光學(xué)厚度。因此，沿其長度的不同位置上，它對不同的子波段呈透明。具體說，圖8實(shí)施例中，濾光元件80在信道端口18處與在端口40處對不同的子波段呈透明。濾光器80在信道端口18處對于準(zhǔn)直光8中包含的一個子波段呈透明。像示于圖3的實(shí)施例那樣，光22的這個第一子波段經(jīng)信道端口18傳到準(zhǔn)直器24和單模光纖26。信道端口18處的連續(xù)濾光器80對在該位置處該濾光器非“帶內(nèi)”的波長作反射。由在第一信道端口18處的連續(xù)濾光器80把光28再經(jīng)光槽反射回去而射在表面12的平面內(nèi)的寬帶高反射器81上，在那里，它經(jīng)光槽進(jìn)一步沿光路38被反射到表面14平面內(nèi)的信道端口40。在信道端口40處，連續(xù)的、可變厚度的多腔干涉濾光器80對不同于信道端口18處的波長或子波段呈透明。濾光器80把在那里未透射的剩余光再經(jīng)光槽10反射回第一表面12處的反射器83，它接著把所有光波長反射回表面14處的剩余端口44。在Scobey的第5,583,683號美國專利中，更全面地敘述了適用于圖8的實(shí)施例的可變厚度濾光器，其整個揭示內(nèi)容通過引用包括于此。
圖9示出另一較佳實(shí)施例，除了第一表面12承載單個整體的寬帶高反射元件82而不是圖8實(shí)施例的分開的反射器81、83外，其它與圖8的一樣，反射器82在第一表面12處把來自第一信道端口18的反射光28作為剩余光38反射回信道端口40處的光學(xué)組件2的第二表面14，未被信道端口40透射的波長于是被反射回第一表面12處的反射器82，在那里反射回第二表面14處的剩余端口44。因此，剩余光沿著多端口光路交替地從干涉濾光器與反射器82反彈而級聯(lián)。
圖10是一個較佳實(shí)施例?？蛇x地設(shè)置剩余端口44的端帽84，以防止光在該端口處透出光學(xué)組件。另外，可將端帽84設(shè)置在任一信道端口處，而且最好是可拆卸的，從而通過在其位置處加接濾光器、反射器或其它元件而提供進(jìn)一步的擴(kuò)展。
在上述諸實(shí)施例中顯見，根據(jù)應(yīng)用情況和設(shè)計參數(shù)，信道端口數(shù)量可以多于或少于四個。特別是一種例如從多信道光纖干線有選擇地移去單條信道的濾光器分接頭實(shí)施例，它可以包括一個信號信道端口，該端口包括濾光元件(可選用后置濾光器)，把該元件固定到跨越光槽的光學(xué)組件。其余的多信道光將經(jīng)光槽反射(一次或多次)回干線。而且如上所述，多路復(fù)用裝置可以雙向工作。在例如圖10實(shí)施例的雙向模式中，可通過信道端口40注入一條信道而通過信道端口42注入另一信道。信道可通過信道端口18和30移去。在這種模式中，如果無光在端口44處進(jìn)入，則可去除濾光元件42并無不良結(jié)果。即，若經(jīng)由光學(xué)端口16饋入光槽10的多信道光8只有要在信道端口18和30處移去的兩條信道(每個端口一條)，則在較佳的高性能實(shí)施例中，基本上沒有信號要沿著“之”字形光路向下游傳播到超過信道端口30而到達(dá)信道端口42。因此，無需在端口42處反射光。在信道端口42處注入的信號傳送到信道端口40，在那里該信號在與信道端口40處注入的信號一起反射回到信道端口30。來自端口40與42的多路復(fù)用光離開信道端口42沿著光路通過光槽10向上游傳送，最送傳到光學(xué)端口16，并根據(jù)上述原理由此傳到干線4。因為配有選擇性透光濾光元件的每個信道端口反射其它波長，所以可以沿光槽以任何所需的序列設(shè)置進(jìn)、出信道。這樣，不一定把信道注入光槽的所有信道端口位于光槽的一端，而將信道傳出光槽的所有信道端口位于另一端(例如參照圖10剛討論的那個實(shí)施例)。另外，可以相互設(shè)置進(jìn)、出信道端口以提供足夠的設(shè)計靈活性和性能好處。根據(jù)這一揭示內(nèi)容和各種較佳實(shí)施例的討論，本領(lǐng)域的技術(shù)人員能根據(jù)本發(fā)明設(shè)計其它單向與雙向多路復(fù)用裝置。
在這里揭示的多路復(fù)用裝置的特定實(shí)施例中，光學(xué)組件的熱膨脹系數(shù)同粘合到光學(xué)組件的濾光元件與其它反射元件(有的話)中使用的光學(xué)基板的熱膨脹系數(shù)相匹配。采用的光學(xué)組件隨溫度變化的脹縮率同濾光元件光學(xué)基板的脹縮率相等或接近相等，大大提高了多路復(fù)用裝置的耐用性。即，通過匹配光學(xué)組件與濾光元件的熱膨脹系數(shù)，可避免二者之間粘合界面的伸張應(yīng)力與壓縮應(yīng)力。在特定的較佳實(shí)施例中，光學(xué)組件與光學(xué)基板的熱膨脹系數(shù)之差小于約10×10-6/℃，更佳是小于5×10-6/℃。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，光學(xué)組件的熱膨脹系數(shù)必須選擇得能獲得其它必要或期望的材料特性，諸如，可焊性，等等。在這方面，多路復(fù)用裝置的光學(xué)組件與罩殼最好具有匹配的熱膨脹系數(shù)。當(dāng)然，對于罩殼與光學(xué)組件選用同一種材料是很容易實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)的，在一個十分好的實(shí)施例中，光學(xué)基板是從Schott Glas Werke(德國Mainz)購買的光學(xué)玻璃WG320，熱膨脹系數(shù)約為9.1×10-6/℃。這種較佳的光學(xué)玻璃通常與由304不銹鋼做成的光學(xué)組件一起使用，它們的熱膨脹系數(shù)之差約為8×10-6/℃。對于3mm×5mm和2mm厚的濾光元件而言，在100℃溫度范圍內(nèi)，這一差值在光學(xué)組件的粘合界面造成的最大線性膨脹差值只有約4微米。根據(jù)這里揭示的多路復(fù)用裝置的較佳實(shí)施例，該差值完全在濾光元件、粘合劑和光學(xué)組件的彈性范圍內(nèi)，允許這一小小的線性膨脹差值，甚至在延長的服務(wù)壽命內(nèi)亦不出現(xiàn)明顯的粘合劑劣化。即，如上所述，光學(xué)組件與光學(xué)基板的熱膨脹系數(shù)的接近匹配基本上減小或消除了濾光元件與光學(xué)組件間粘合界面的由熱造成的應(yīng)力，提高了多路復(fù)用裝置的長期耐用性。根據(jù)這里揭示的特定多路復(fù)用裝置的實(shí)施例，光學(xué)基板的熱膨脹系數(shù)全部或部分抵消了膜疊層固有的波長熱漂移，而膜疊層用于構(gòu)成濾光元件的Fabry-Perot干涉濾光器。光學(xué)基板響應(yīng)于溫度變化而使膜疊層發(fā)生伸展(或收縮)，完全或部分抵消了膜疊層因這種溫度變化而導(dǎo)致的折射率變化和體積畸變。
顯然，根據(jù)上述討論，在不背離本發(fā)明實(shí)際范圍和精神的情況下，可對這里詳述的光學(xué)多路復(fù)用裝置作出各種更改和增添，而所有這類更改和增添都包含在下述的權(quán)利要求書內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于多信道準(zhǔn)直光的光學(xué)多路復(fù)用裝置，其特征在于以組合方式包括具有第一與第二表面的光學(xué)組件，所述第一表面處于第一平面內(nèi)而所述第二表面處于第二平面內(nèi)，所述第二平面與第一平面間隔且平行，在所述第一與第二平面間限定一光隙；與所述光隙作光通信的透光光學(xué)端口裝置；包括選擇性透光的第一濾光元件的信道端口，所述第一濾光元件連接至所述光學(xué)組件的所述第一平面；及連接至所述光學(xué)組件的所述第二平面的反射元件，所述光學(xué)端口、第一濾光元件和反射元件協(xié)同限定所述通過所述光隙的多點(diǎn)“之”字形光路的至少一部分。
2.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)多路復(fù)用裝置具有至少一個第二信道端口，它包括連接至所述光學(xué)組件的選擇性透光的第二濾光元件，其特征在于，第一信道端口把一準(zhǔn)直光信道注入所述光隙，而所述第二信道端口從所述光隙傳出一準(zhǔn)直光信道。
3.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)多路復(fù)用裝置，其特征在于在第一平面內(nèi)進(jìn)一步包括，固定至所述光學(xué)組件的所述第一表面的連續(xù)可變?yōu)V光元件，在沿所述多點(diǎn)“之”字形光路的不同點(diǎn)處對不同的子波段選擇性透光，所述第一信道端口的所述第一濾光元件是所述連續(xù)可變?yōu)V光元件的第一區(qū)域。
4.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)多路復(fù)用裝置，其特征在于所述反射元件是一種寬帶反射器。
5.如權(quán)利要求4所述的光學(xué)多路復(fù)用裝置，其特征在于，所述寬帶反射器是一種在所述第二平面內(nèi)延伸到所述多點(diǎn)“之”字形光路多個點(diǎn)的整體的反射元件。
6.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)多路復(fù)用裝置，其特征在于，所述反射元件是所述第二信道端口的所述第二濾光元件，它對不同于所述第一濾光元件子波段選擇性透光。
7.如權(quán)利要求6所述的光學(xué)多路復(fù)用裝置，其特征在于還包括第三信道端口，該端口包括固至所述光學(xué)組件的選擇性透光第三濾光元件，它在第一平面內(nèi)鄰近所述第一濾光元件；及第四信道端口，該端口包括固定至所述光學(xué)組件的選擇性透光第四濾光元件，它在第二平面內(nèi)鄰近所述第二濾光元件。
8.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)多路復(fù)用裝置，其特征在于還包括與所述光隙作光通信的非選擇性透光的剩余端口裝置。
9.如權(quán)利要求8所述的光學(xué)多路復(fù)用裝置，其特征在于還包括一阻止光透過所述剩余端口的不透光端帽。
10.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)多路復(fù)用裝置，其特征在于，所述第一信道端口還包括進(jìn)一步隔離通過所述第一濾光元件的帶內(nèi)傳輸?shù)暮笾脼V光器，把所述后置濾光器非相干光耦合至所述第一濾光元件。
11.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)多路復(fù)用裝置，其特征在于，所述光學(xué)端口與傳送多信道光的光波導(dǎo)干線進(jìn)行光通信，且至少一個信道端口對于某一選定的多信道光的波長子波段與光波導(dǎo)線進(jìn)行光通信。
12.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)多路復(fù)用裝置，其特征在于所述該信道端口與一紅外光檢測器進(jìn)行光通信。
13.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)多路復(fù)用裝置，其特征在于所述濾光元件包括做在光學(xué)基板上的一種Fabry-perot干涉濾光器膜疊層，所述光學(xué)組件的熱膨脹系數(shù)基本上等于所述光學(xué)基板的熱膨脹系數(shù)。
14.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)多路復(fù)用裝置，其特征在于，所述光隙是一條通過不透光的直線形光學(xué)組件的光槽。
15.一種用于多信道準(zhǔn)直光的光學(xué)多路復(fù)用裝置，其特征在于，以組合方式包括具有第一與第二表面的光學(xué)組件，所述第一表面處于第一平面內(nèi)面所述第二表面處于第二平面內(nèi)，所述第二平面與第一平面間隔且平行，在所述第一與第二平面之間限定一光隙；與所述光隙作為通信的透光光學(xué)端口裝置；若干第一側(cè)信道端口，每個所述端口包括一位于所述第一平面內(nèi)的粘合到所述光學(xué)組件的所述第一表面的選擇性透光濾光元件；及若干第二側(cè)信道端口，每個所述端口包括一位于所述第二平面內(nèi)的粘合到所述光學(xué)組件的所述第二表面的選擇性透光濾光元件，所述第一側(cè)與第二側(cè)信道端口共同在它們之間限定一條通過所述光隙的多點(diǎn)“之”字形光路。
16.一種用于多信道準(zhǔn)直光的光學(xué)多路復(fù)用裝置，其特征在于，以組合方式包括具有第一與第二表面的光學(xué)組件，所述第一表面位于第一平面內(nèi)而所述第二表面位于第二平面內(nèi)，所述第二平面與第一平面間隔且平行，在所述第一與第二平面間限定一光隙；與所述光隙作為通信的透光光學(xué)端口裝置；由粘合到所述光學(xué)組件的所述第一表面的連續(xù)可變?yōu)V光元件的線性間隔位置限定的多個信道端口，所述連續(xù)可變?yōu)V光元件在每個間隔位置處對于不同的子波段選擇性透光；及粘合到所述光學(xué)組件的所述第二平面內(nèi)整體的寬帶反射元件，所述連續(xù)可變?yōu)V光元件與所述整體帶反射元件共同在它們之間限定一條通過光隙的多點(diǎn)“之”字形光路。
17.如權(quán)利要求16所述的光學(xué)多路復(fù)用裝置，其特征在于至少一個所述信道端口進(jìn)一步包括一后置濾光器，后者非相干光耦合至所述連續(xù)可變?yōu)V光元件的有關(guān)位置。
18.如權(quán)利要求16所述的光學(xué)多路復(fù)用裝置，其特征在于每個所述信道端口進(jìn)一步包括一后置濾光器，后者非相干光耦合至所述濾光元件，且多個所述信道端口不含所述后置濾光器。
19.如權(quán)利要求16所述的光學(xué)多路復(fù)用裝置，其特征在于每個所述濾光元件包括一做在光學(xué)基板的Farby-Perot干涉濾光器膜疊層，所述光學(xué)組件的熱膨脹系數(shù)基本上等于所述光學(xué)基板的熱膨脹系數(shù)。
20.一種光纖通信系統(tǒng)，其特征在于組合有傳送多信道光的光纖干線；具有第一與第二表面的光學(xué)組件，所述第一表面位于第一平面而所述第二表面位于第二平面內(nèi)，所述第二平面與第一平面間隔且平行，在所述第一與第二平面間限定一光隙；透光光學(xué)端口裝置，用于在所述光隙與所述光纖干線間作雙向光通信；若干第一側(cè)信道端口，各個所述端口包括一第一平面內(nèi)的粘合至所述光學(xué)組件的所述第一表面的選擇性透光濾光元件；若干第二側(cè)信道端口，每個所述端口包括一第二平面內(nèi)的粘合至所述光學(xué)組件的所述第二表面的選擇性透光濾光元件；所述第一側(cè)與第二側(cè)信道端口共同在它們之間限定通過所述光隙的多點(diǎn)“之”字形光路的至少一部分，其中，每個所述多信道端口向所述光隙注入一準(zhǔn)直光信道，且每個所述多信道端口從所述光隙傳送出一準(zhǔn)直光信道。
全文摘要
一種光學(xué)多路復(fù)用裝置,它從光纖源把準(zhǔn)直光去復(fù)用成各獨(dú)立的子波段即信道,和/或把分離的信道多路復(fù)用至共用的光纖波導(dǎo)或其它目的地。光學(xué)組件限定兩平行表面間的光隙,信道端口和另一反射元件在光隙內(nèi)提供一條無障礙無環(huán)氧樹脂的多點(diǎn)光路、在各信道端口,干涉濾光器接至光學(xué)組件以擴(kuò)展光隙。各濾光器透射由光學(xué)端口傳送的某子波段的多信道準(zhǔn)直光,并反射掉其它波長。被反射的光信號按“多次反彈”序列級聯(lián)通過多路復(fù)用裝置,連續(xù)地加入和/或移出信道。
文檔編號G02B6/34GK1207502SQ9810521
公開日1999年2月10日 申請日期1998年2月16日 優(yōu)先權(quán)日1997年2月14日
發(fā)明者邁克爾·A·斯科貝, 德里克·E·斯波克, 邁克爾·E·格拉西斯, 羅伯特·W·拉弗倫尼爾 申請人:康寧股份有限公司