光学混洗的制作方法
光学混洗的制作方法
【专利摘要】本文描述了涉及光学混洗的技术。在一个示例中，描述了用于混洗多个光束的系统。该系统包括用于输出相应光束的多个源。该系统进一步包括用于接收相应光束的多个接收机。该系统进一步包括具有多个亚波长光栅(SWG)部的混洗组件。多个SWG部中的每一个用于限定多个光束的光学路径。多个SWG部包括至少一个反射式SWG部，其用于将来自多个源中相应的一个源的光反射并且射向多个接收机中相应的一个接收机。
【专利说明】光学混洗
【背景技术】
[0001] 许多应用依赖于发送和接收相对大量的数据。基于利用光传输数据的技术是提供 高网络带宽的传统选择。存在许多使用光传输信息的的设备。
[0002] 网络设备可包括大量的光源，大量的光源通过光纤耦合至同样大量的光接收机。 光源，例如光引擎，可通过光纤耦合至光接收机。
[0003] 通常期望在多光纤光连接器内切换或"混洗（shuffle) "在光纤内承载的光信号。 这个任务通常通过将个别光纤与一个连接器物理分开或"分接"并且将这些光纤重新路由 至一个或多个附加光学连接器的不同结构来实现。例如，在板式计算机系统中，可能期望将 信号从一个处理器的输出路由至两个或更多开关的输入以提供冗余。
【专利附图】
【附图说明】
[0004] 为了可以很好地理解本公开，现在将参考附图来描述各种示例。
[0005] 图1示意性地示出了包括光学混洗系统的示例的环境的透视图。
[0006] 图2示意性地示出了根据另一示例的光学混洗系统的等距视图。
[0007] 图3示意性地示出了包括光学混洗系统的另一示例的环境的透视图。
[0008] 图4示意性地示出了根据另一示例的光学混洗系统的等距视图。
[0009] 图5A示意性地示出了根据示例的由SWG部反射的光束的示图。
[0010] 图5B和图5C示意性地示出了根据示例的通过SWG部透射的光束的示图。
[0011] 图5D示意性地示出了根据示例的光束方向被改变的方式的示图。
[0012] 图6示意性地示出了根据示例的SWG组件的俯视平面图。
[0013] 图7示意性地示出了根据示例的在操作中的两个分开的光栅子图案。
[0014] 图8示意性地示出了根据示例的在操作中的两个分开的光栅子图案。
[0015] 图9A和图9B示意性地示出了在操作中的SWG部的侧视图。
[0016] 图10示出了例示用于制造光学混洗系统的方法的示例的流程图。
[0017] 图11示出了计算设备的示例的示意性表示，其可用于执行图10中所描绘的方法 中的一些操作。
【具体实施方式】
[0018] 在下面，给出大量细节，以提供对本文所公开的示例的理解。然而，应理解的是，没 有这些细节也可实施这些示例。此外，在下面的详细描述中，参考附图，在附图中作为例示 示出了各种示例。尽管例示了有限数量的示例，但将理解的是，存在由其衍生的多个变形和 变化。
[0019] 关于这一点，方向性术语，例如"顶"、"底"、"前"、"后"、"左"、"右"、"垂直"等用于 对所描述的示图的方向的参考。因为所公开的组件能够在多个不同方向上定位，所以方法 术语用于例示的目的并且不用于限制。在示图中，为了清楚的例示，层和区域的尺寸和某些 表面角度被放大。不同的图中，相同的附图标记用于相同和相应的部件。
[0020] 另外，应理解的是，示图中所例示的系统不是按比例绘制，而是绘制成清楚地示出 本文所例示的系统的各种部件之间的关系。
[0021] 尽管例示了有限数量的示例，但将理解的是，存在由其衍生的多个变形和变化。
[0022] 如上面所给出的，经常期望切换或"混洗"光信号。在某些系统中，混洗会产生用 于承载数据的非常密集的光信号集的复杂路由。这种复杂路由的示例可在计算机和开关柜 的内部见到。系统结构可包括插入底板或中间板内的印刷电路板（PCB)集。这种复杂路由 的其他示例可在板式服务器之间的通信中见到，该路由可通过板式反射器中的许多或全部 所连接至的开关集来管理。
[0023] 在某些光学通信系统中，通过光纤来实现对光学混洗的路由和管理。可以通过用 于将连接器中的多个光纤分成更小的光纤组的接线光缆和各个光纤来实现光学连接，从而 将信号路由至特定位置。例如，在光通信的某些系统中，接线盒和接插板用于产生期望的光 缆路由图案。例如，多光纤光连接器可插入附接至接线盒的连接器中。在该盒内，几个或各 个光纤可与输入连接器分开并且路由至该盒中的其他连接器。各个光纤可以路由回输入连 接器上的另一位置。在利用光学连接构建特定系统中，光缆的放置实质上促成开销。
[0024] 在其它光学通信系统中，通过透镜阵列来实现对光学混洗的路由和管理，该透镜 阵列能够用于将转到第二透镜和连接器组件的自由空间光信号准直并且偏转。透镜阵列可 能是昂贵的，并且功能上限于在特定环境下，它们不能实现复杂的混洗。此外，透镜会引起 大体积设计并且可引入光学损耗。
[0025] 设计并且构建混洗系统的过程会是高成本的。此外，至少在某些情况下，设计和构 建可能不适合于自动化。最后但同样重要的，混洗系统还能够是大的并且耗费有用空间。在 许多系统中，例如，在计算机或开关柜内，空间会是高昂的。
[0026] 本文的各种不例在于混洗多个光束，使得来自多个光源中相应的一个光源的光被 反射并且射向多个接收机中相应的一个接收机。本文的示例利用被配置成反射光的亚波长 光栅（SWG)部实现这种混洗。反射式SWG部在实现混洗的同时有助于灵活性，而不会在成 本和/或空间方面妥协。此外，反射式SWG部便于执行混洗，其中源和接收机在混洗系统的 同一侧，如在下面进一步例示的。
[0027] SWG指包括衍射光栅的光栅，该衍射光栅的间距足够小以抑制0级衍射之外的所 有衍射。相反，传统波长衍射光栅特征在于间距足够高以引入入射光的更高级衍射。换言 之，传统波长衍射光栅将光分开并且衍射成在不同方向行进的几个光束。SWG部如何改变入 射光和其光学路径可在制造时通过适当地选择SWG的物理参数，更具体地选择其衍射元件 的尺寸（例如脊宽、脊厚、脊段间距）来确定。
[0028] 如下面在配置亚波长光栅部分所详细描述的，SWG部可被布置成以预定方式控制 入射在其上的波前。更具体地，具有非周期亚波长图案的光栅可以配置成使任意相前碰撞 对撞束。因此，可以实现任意衍射或折射元件。通过SWG的波前控制可在本文所描述的器 件中通过包括一个或多个SWG层来实现，以执行特定波前控制功能。
[0029] SWG部可被配置成偏转入射波前，从而改变其行进方向。具体地，SWG可被配置成 反射具有特定输出波前形状的入射光。SWG可被配置成透射具有特定输出波前形状的入射 光。能够用SWG实现的其他功能包括将入射波前分成光谱成分，或对入射波前的特定光谱 成分进行滤波。此外，用于波前控制的这种SWG可以与被配置成准直、聚焦或扩散受控波前 的SWG层结合。
[0030] 在下面的描述中，术语"光"指代电磁辐射，其波长位于电磁频谱的可见光和不可 见光部分内，包括电磁频谱的红外和紫外部分。术语"波前"指光束中具有相同相位的点的 轨迹（即，线或在三维中传播的波中的表面）。术语"栈"指SWG层的有序堆。垫片可插入 栈的SWG层之间。应理解的是，当层或膜被称为或被示出为在两个层或膜之间时，它能够是 两个层或膜之间唯一的层或膜，或者还可以存在一个或多个中间层或膜。
[0031] 混洗系统：提供下面描述的光学混洗系统，以例示用于混洗多个光束的多种多样 的可能布置的一些示例，其中多个SWG部中的至少一个将多个光束中的一个反射并且射向 特定方向。然而，应理解的是，认为光学混洗系统不限于在本文的示例中例示的特定混洗结 构。认为光学混洗系统具有适于特定光学连接应用的任何混洗结构。
[0032] 图1示出了环境的透视图，其中例示了混洗多个光束102a至102d的光学混洗系 统100的示例（通过特征线图案来例示每个单独光束）。系统100包括输出相应的光束 102a-102d的源104a-104d。源104a至104d光耦合至输入波导106a-106d，以将波导承载 的光信号（未不出）输出到系统100。
[0033] 系统100还包括多个接收机108a-108d，以接收相应的光束。接收机108a-108d 与源104a-104d分开。接收机108a-108d光耦合至输出波导110a至110d，以将输入波导 106a_106d承载的光信号（未不出）输入到输出波导110-110d中。
[0034] 系统100还包括混洗组件112。混洗组件112包括SWG部112a-112d。SWG部 112a-112d配置成限定光束102a-102d的光学路径。
[0035] 根据本文所公开的至少一个示例，混洗系统包括配置成反射光的SWG部。在图1 中例示的特定示例中，SWG部112b和112d是反射式SWG部，其在系统100的操作中，将来 自源106b、106d中相应的一个的光反射并且射向接收机108b、108c中相应的一个。
[0036] 根据本文所公开的至少一个示例，混洗系统可包括至少一个透射式SWG部，以将 光向特定方向透射。在图1中例示的特定示例中，SWG部112a和112c是透射式SWG部，其 在系统100的操作中，将来自源106a、106c中相应的一个的光向接收机108a、108c中相应 的一个透射。
[0037] 尽管图1中未示出，但应理解的是，系统100还可以包括用于机械支持和定位上述 元件的元件。更具体地，系统1〇〇可包括通过多个机械连接封装所描绘的元件并且支持所 描绘的元件的盒体。
[0038] 术语"源"指混洗系统的、被配置成光耦合至输入波导（例如，输入波导106a至 106d中的任意一个）的部分，或被配置成将光输出到源中的任意其他元件，例如光引擎（例 如，垂直腔表面发射激光器）。术语"接收机"指混洗系统的、被配置成接受来自源的光的部 分。通常，接收机光耦合至输出波导（例如，输出波导ll〇a至110d中的任意一个）。源和 接收机可包括在操作中分别与用于透射光的输入元件和输出元件光学对准的开口或透明 材料。源或接收机可包括光学元件，例如，用于改变从其透过的光的波前的透镜或SWG部。 更具体地，这些光学元件可准直、聚焦或偏转从其透过的光。
[0039] 如本文所使用的，波导指被配置成承载光信号的光学元件。波导包括但不限于光 纤、介质平板波导、条形光波导或脊波导。介质平板波导可包括三层具有不同介电常数的材 料，该材料被选择为使得通过内部全反射将光限制在中间层。条形波导可包括限制在包层 之间的一条导光层。在脊波导中，导光层包括板，该板具有叠加在其上的条（或几个条）。
[0040] 如本文在下面更详细地描述的，SWG部可具有各种物料参数（例如，脊间距、脊宽 度、脊厚度等），这些参数被选择成引起入射在SWG部上的光的相移的特定变化。更具体地， 以使得特定SWG部有助于以预定方式混洗的方式选择这些物理参数。
[0041] SWG图案可设计成使光在特定SWG部（例如，SWG部112b、112d)以预定空间模式反 射。在本文的至少一些示例中，反射式SWG部由多个脊形成，脊具有脊宽度、脊厚度以及脊 段间距，它们被选择为控制光束的不同部分的相位变化，使得光束沿特定方向被反射式SWG 部反射，如接下来在下面的部分中进一步详细描述的。
[0042] SWG图案还可设计成使光以预定空间模式透过特定SWG部并且被该特定SWG部 (例如，SWG部112a，112c)射出。在本文的至少一些示例中，透射式SWG部由多个脊形成， 脊具有脊宽度、脊厚度以及脊段间距，它们被选择为控制光束的不同部分的相位变化，使得 光束朝着特定方向透过透射式SWG部。如下面在下一部分中进一步详细描述的。
[0043] 如从图1能够理解的，SWG组件的不同SWG部可配置成以不同方式修改输入光束的 光学路径，以实现混洗。在本文的至少一些示例中，混洗组件中的多个SWG部中的至少两个 相对于彼此具有不同的脊宽度、脊厚度或脊段间距，以将光束射向相对于彼此不同的方向。 尽管SWG部112a-112d在图1中示出为在组件112中分开形成，但应理解的是，两个或更多 SWG部可如本文中所描述的在SWG组件上连续地形成，每个SWG部实现不同的混洗功能（例 如，一个用于反射光，另一个用于透射光）。
[0044] 根据某些示例，光学混洗系统可形成多光纤光学混洗系统的一部分。例如，参考 图1中的示例，信道l〇6a-106d、信道110a和110c或信道110b和110d中的至少一个可分 别构成三个不同的多光纤连接器中的各个光纤。例如，混洗系统100可以实现输入多光纤 (具有信道l〇6a_106d)与两个输出多光纤之间的混洗，两个输出多光纤为：第一输出多光 纤（具有信道ll〇a和110c)和第二输出多光纤（具有信道110b和110d)。
[0045] 如能够从图2所理解的，根据本文的示例的光学混洗系统可实现多维混洗。换言 之，源和接收机不必一定共面。图2示出了根据一个示例的光学混洗系统200的等距视图。 混洗系统200包括多个源202和多个接收机204,它们相对于彼此处于间隔关系。混洗系统 200还包括位于源202与接收机204之间的混洗组件210。
[0046] 多个SWG部222描绘成在混洗组件210处形成。尽管未示出，但混洗组件210可 通过使用任意合适的机械支持相对于源202和接收机204保持在大致固定的位置。混洗组 件210可连接至致动器（未示出），致动器用于改变混洗组件210相对于源202和接收机 204的位置。下面相对于图?例示了用于改变混洗组件的位置的致动器。
[0047] 源202被描述为布置在多个源群230a_230d中，并且接收机204被描述为布置在 多个接收机群240a-240d中。根据一个示例，包含在特定的源群中的源202包括用于特定 设备（未示出）的源，包含在特定的接收机群中的接收机204包括用于另一特定设备（未 示出）的接收机。接收机群240c和240d被放置在源群230a-230d的同一侧（A侧）。
[0048] 如能够从图2理解的，混洗组件210包括基本平面的材料板242,其中SWG部222 形成为以二维阵列布置。平面板242可如下面进一步详述的利用平板印刷技术按传统制 造。应理解的是，板242大致是平面的，其平面性限于在其制造过程中所使用的特定技术的 制造容差。SWG部222中的至少一些配置成反射式SWG，以便于在位于混洗组件200同一侧 的源和接收机之间，并且更具体地，在源群230a-230d与接收机群240c和240d之间的混 洗。
[0049] 相对于图3例示在源和接收机之间进行混洗的混洗系统的另一示例。图3例示 了 SWG组件可如何紧凑地实现各种混洗功能。图3例示了包括光混洗系统300的环境。混 洗系统300用于混洗一组光束302。混洗系统300包括源304a-304h、接收机308a-308h、 310a-310d、312a以及包括混洗元件314a-314f的混洗组件314。每个混洗元件包括配置成 实现源与接收机之间的混洗的SWG部316、318、320、322、324、326。
[0050] 如在图中能够理解的，多个SWG部的一部分可设置在光学混洗系统的第一侧，多 个SWG部的另一部分可设置在光学混洗系统的第二侧。第二侧与第一侧相对。在图3的具 体示例中，SWG部316、318以及320在系统300的侧A，而SWG部322、324、326在系统300 的B侧。如从下面的描述中能够理解的，在相对侧放置SWG部便于混洗功能的多样性。此 夕卜，在相对侧上的结合放置和反射式SWG还便于执行其中源与接收机在混洗系统的同一侧 的混洗。
[0051] 混洗系统302根据特定混洗图案将来自信道306a-306h的光信号从输入连接器 306耦合至输出连接器328、330以及332的信道中。输入连接器306的信道306a-306h用 于承载各个光信号。承载这些光信号的光束302从输入连接器的信道通过源304a-304h输 出到混洗系统300中。
[0052] 如在图中所例示的，混洗系统300将来自源304a_304d的光信号直接耦合至接收 机308a-308d。接收机308a-308d将这些光信号耦合到连接器328的信道328a-328d。
[0053] 混洗系统302还将光信号从信道306e播送到信道328e_328h。如图中所例示，在 混洗元件314d处的SWG部322配置成将入射光束分成四个不同光束。SWG部322与源304e 和接收机308e-308h光学对准，以实现混洗系统300的广播功能。接收机308e-308h将光 信号耦合到连接器328的信道328e-328中。
[0054] 混洗系统302还将来自在连接器306处的信道306f和306g的光信号分别耦合到 在连接器330处的信道330a和330b中。连接器306和330在混洗系统300的同一侧（A 侧）。这些光信号的混洗通过三个不同SWG部的合作来实现：从源304f和304g发射的光 束被在SWG元件314a处的SWG部316朝着在SWG元件314e处的SWG部324偏转；SGW部 316将来自SWG部316的光束朝着在SWG元件314b处的SWG部318反射；SWG部318将来 自SWG部324的光束准直到接收机310a、310b中。接收机310a-310b将光信号耦合到在连 接器330处的信道330a和330b中。
[0055] 混洗系统302还将来自在连接器306处的信道306h的信号播送到在连接器330处 的信道330c和330d和在连接器332处的信道332a中。连接器330和332位于混洗系统 300的相对侧。通过三个不同SWG部的合作来实现光信号的混洗：从源304h发射的光束通 过在SWG元件314a处的SWG部316朝着在SWG元件314f处的SWG部326偏转，SWG部316 将来自SWG部316的光束的一部分朝着在SWG元件314c处的SWG部320反射，并且将光束 的另一部分透射并且准直到接收机312a中；SWG部320将来自SWG部326的光束分成两个 被准直到接收机310c、310c中的两个独立光束。接收机312a将光信号耦合到信道332a中， 接收机310c-310d将光信号耦合到在接收机330处的信道330c和330d中。
[0056] 在本文的示例中，混洗组件包括（i)基本平面的第一材料板，其中多个SWG部中的 至少第一部分形成为以二维阵列布置，以及（ii)基本平面的第二材料板，其中多个SWG部 的至少第二部分也形成为以二维阵列布置。相对于图4例示这些示例。
[0057] 图4示出了根据另一示例的光学混洗系统400的等距视图。混洗系统400包括布 置在多个源群230a-230b中的源202和布置在多个接收机群240a-240f中的接收机204 (上 面相对于图2例示了这些元件）。接收机群240e-240f布置在混洗系统的与源群230a-230b 相同的一侧（A侧）。
[0058] 混洗系统400还包括基本平面的第一材料板402,其中多个SWG部422中的第一部 分形成为以二维阵列布置。在例示的示例中，SWG部422的第一部分配置为透射式SWG部， 用于将从源群230a-230b发射的光信号朝着SWG的第二部分透射，或者将光信号耦合到接 收机群240e-240f中。SWG部422的第二部分的SWG可以实现其他光学功能，例如，聚焦、偏 转或准直，以实现特定混洗方案。
[0059] 混洗系统400还包括基本平面的第二材料板410,其中多个SWG部422的第二部分 被形成为以二维阵列布置。SWG部422中的至少一些被配置为反射式SWG，以便于在位于混 洗组件400的同一侧处的源和接收机之间，更具体地，在源群230a-230d与接收机群240e 和240f之间的混洗。SWG部222的另一部分可配置为透射式SWG，或者用于实现某些其他 光学功能，例如，聚集、偏转或准直，以实现特定混洗方案。
[0060] 尽管SWG部222、422已描绘为在相应平面板210、410上在分开的位置形成，但应 理解的是，在不背离如本文所公开的光学混洗系统的范围的情况下，平面板的附加部可由 SWG部形成。因此，例如，大致整个表面区域，例如大于平面板的表面区域的约75%可包括 SWG。
[0061] 图5A示出了 SWG部522将沿SWG部522的轴504传播的光束502a反射为偏离轴 504的光束502b的方式的示例。
[0062] 图5B示出了当从左至右观看时SWG部524将来自接收机506的光束502a准直为 沿SWG部524的轴504的光束502b的方式的示例。类似地，当从右至左观看时，在图5B中 描绘的图还描绘了其中SWG部524将光束502b沿轴504聚集到接收机508中的示例。
[0063] 图5C示出了当从左至右观看时SWG部526将来自源506的光束502a准直为光束 502b并且改变其方向使得光束502b偏离SWG部112的轴504的方式的示例。类似地，在图 5C中描绘的图中，当从右至左观看时，描绘了其中SWG部526将光束502b聚焦为光束502a 并且改变其方向使得光束502a沿轴504传播并且到达接收机508上的示例。
[0064] 根据本文的至少一些示例，多个SWG部的至少一部分相对于源是可移动的，以改 变多个光束的相应光学路径。参考图包括反射式SWG部528的SWG组件510可附接至 致动器550,以在如通过箭头552所指示的一个或多个特定方向上移动SWG组件510。SWG 部528用于将入射的发散光束502a反射成在特定方向传播的准直光束502b。SWG组件510 的移动通常使反射的光束502b的方向改变，如通过箭头554所指示的。如此，如图?中所 描绘的光束502b可在通过箭头552、554表不的方向中的任意一个方向或两个方向上移动， 从而使光束132a所携带的光信号耦合到该混洗系统中的接收机104的不同接收机中。类 似地，致动器可附接至包括透射式SWG部的SWG组件，以控制透过SWG部的光束耦合到哪个 接收机中。致动器550可包括例如编码器，微机电系统（MEMS)或适合于致动SWG组件510 的任意其他元件。
[0065] 根据一些不例，从多个源发射的光束在可移动SWG部处于第一位置时可射向多个 接收机的第一子集，并且其中来自多个源的光束在可移动SWG部处于第二位置时射向多个 接收机的第二子集。
[0066] 例如，参考相对于图1至图4例示的示例，元件112、210、314、402、410中任意一个 可以是可移动的（例如，通过如图中描绘的致动器），以改变通过相应组件实现的混洗功 能。当一个或多个SWG部和源的相对位置时，不同组的SWG部将定位在光束的光学路径上。 此外，不同组的SWG部可具有不同的物理特征，因此使得光束的光学路径被改变，从而光束 射向不同的具体方向。因此，可移动SWG部便于不同接收机通过致动可接收来自不同光源 的光束。然而，替代地，这可以通过用另一 SWG组件代替SWG组件来实现，另一 SWG组件的 SWG部具有与被代替的SWG组件的SWG部不同的物理特征。
[0067] 配置亚波长光栅：图6示出了根据示例的配置有包括光栅图案的SWG部的SWG组 件600的俯视平面图。在此示例中，SWG组件600包括多个一维光栅子图案。放大地描绘 了三个光栅子图案601-603。每个光栅子图案包括多个规则布置的衍射结构。在描绘的示 例中，衍射结构例示为SWG层材料的间隔开的线状部（下文中称为"线条")。这些线条在y 方向上延伸并且在X方向上间隔开。还描绘了光栅子图案602的放大端视图604。如通过 端视图604所例示的，SWG层600可以是具有线条（例如，通过形成在层中的沟槽分开的线 条606-609)的单个层。
[0068] 应理解的是，SWG部中的衍射结构不限于相对于图6例示的一维光栅。SWG部可 配置有二维非周期SWG，使得能够操作SWG层，以实现特定波前控制功能或其他光学功能， 例如，聚焦、扩散、反射或准直入射光，或其结合。在示例中，非周期SWG由柱（post)而不是 线条组成，柱被沟槽分开。能够通过改变柱尺寸在X方向和y方向上改变占空因素和周期。 在其他示例中，非周期SWG层由通过固体部分分开的孔构成。能够通过改变孔尺寸在X方 向和y方向上改变占空比和周期。可根据各种形状例如圆形或长方形来布置这种柱或孔。 其他几何配置的示例在本文提及的参考文献中例示，并且通过引用结合。
[0069] SWG层的子图案的特征在于衍射结构的一个或多个周期性维度特征。在图6的示 例中，周期性维度对应于（a)线条的间距和（b)x方向上的线条宽度。更具体地，子图案601 包括以周期 Pl周期分开的宽度为Wl的线条；子图案602包括以周期p2周期分开的宽度为 w2的线条；以及子图案603包括以周期p3周期分开的宽度为w3的线条。光栅子图案在其特 征尺寸（例如，周期 Pl、P2、或P3)小于针对其设计以进行操作的特定入射光的波长时形成 亚波长光栅。例如，SWG的特征尺寸（例如，周期PpP 2、或p3)能够在从约10nm至约300nm 或从约20nm至约1 μ m的范围内。通常，根据针对其设计特定波前控制器件以进行操作的 光的波长来选择SWG的特征尺寸。
[0070] 来自子区域的第0级衍射光获取了通过线条厚度t和占空比η确定的相位Φ，其 定义为：
[0071]
【权利要求】
1. 一种用于混洗多个光束的系统，包括： 多个源，用于输出相应光束； 多个接收机，用于接收从所述多个源发射的相应光束； 混洗组件，包括多个亚波长光栅（SWG)部，所述多个SWG部中的每一个用于限定所述多 个光束的光学路径；以及 其中所述多个SWG部包括至少一个反射式SWG部，所述至少一个反射式SWG部用于将 来自所述多个源中相应的一个源的光反射并且射向所述多个接收机中相应的一个接收机。
2. 根据权利要求1所述的光学混洗系统，其中所述至少一个反射式SWG部由多个脊形 成，所述脊具有脊宽度、脊厚度以及脊段间距，所述脊宽度、脊厚度以及脊段间距被选择为 控制光束的不同部分的相位变化，使得所述光束沿特定方向被所述反射式SWG部反射。
3. 根据权利要求2所述的光学混洗系统，其中所述多个SWG部包括至少一个透射式 SWG部，所述至少一个透射式SWG部由多个脊形成，所述脊具有脊宽度、脊厚度以及脊段间 距，所述脊宽度、脊厚度以及脊段间距被选择为控制通过所述透射式SWG部透射的光束的 不同部分的相位变化，使得所述光束沿特定方向被所述SWG部透射。
4. 根据权利要求1所述的光学混洗系统，其中所述多个SWG部中的至少两个具有相对 于彼此不同的脊宽度、脊厚度以及脊段间距，以将光束射向相对于彼此不同的方向。
5. 根据权利要求1所述的光学混洗系统，其中所述多个SWG部中的一部分被布置在所 述光学混洗系统的第一侧，并且所述多个SWG部中的另一部分被布置在所述光学混洗系统 的第二侧，所述第二侧与所述第一侧相对。
6. 根据权利要求1所述的光学混洗系统，其中所述混洗组件包括基本平面的第一材料 板，其中所述多个SWG部的至少第一部分被形成为以二维阵列排列。
7. 根据权利要求6所述的光学混洗系统，其中所述混洗组件包括基本平面的第二材料 板，其中所述多个SWG部中的至少第二部分被形成为以二维阵列排列。
8. 根据权利要求1所述的光学混洗系统，其中所述多个SWG部中的至少一部分相对于 所述源可移动，以改变所述多个光束的相应光学路径。
9. 根据权利要求8所述的光学混洗系统，其中当可移动的SWG部处于第一位置时，从所 述多个源发射的光束射向所述多个接收机的第一子集，并且其中当可移动的SWG部处于第 二位置时，来自所述多个源的光束射向所述多个接收机的第二子集。
10. 根据权利要求1所述的光学混洗系统，其中所述光学混洗系统形成多光纤光学混 洗系统的一部分。
11. 一种制造用于将来自多个源的多个光束混洗至多个接收机的光学混洗系统的方 法，所述方法包括： 对用于限定所述多个光束的光学路径的多个亚波长光栅（SWG)部进行定位，其中 所述多个SWG部中的至少一个用于将所述多个光束中的一个反射并且射向特定方向； 以及 所述多个SWG部中的至少一个用于使所述多个光束中的一个向特定方向透射。
12. 根据权利要求11所述的方法，进一步包括： 计算所述多个SWG部中的每一个上的目标相位变换，其中所述目标相位变化中的每一 个对应于将通过所述多个SWG部透射或反射的相应光束的期望波前形状； 确定与所述多个SWG部中的每一个的目标相位变换对应的脊宽度、脊段间距以及脊厚 度；以及 制造具有所确定的脊宽度、脊段间距以及脊厚度的所述多个SWG部。
13. -种用于混洗多个光束的光学混洗系统，包括： 第一侧和与所述第一侧相对的第二侧； 源，用于输出光束； 接收机，用于接收所述光束，所述源和所述接收机位于所述第一侧； 位于所述第二侧的反射式SWG部；以及 位于所述第一侧的透射式SWG部， 所述反射式SWG部和所述透射式SWG部限定所述光束的光学路径的至少一部分，使得 在操作中所述接收机接收来自所述源的光束。
14. 根据权利要求13所述的光学混洗系统，其中所述反射式SWG部由多个脊形成，所述 脊包括脊宽度、脊厚度以及脊段间距，所述脊宽度、脊厚度以及脊段间距被选择为控制光束 的不同部分的相位变化，使得所述光束沿特定方向被所述反射式SWG部反射。
15. 根据权利要求13所述的光学混洗系统，其中所述透射式SWG部由多个脊形成，所 述脊具有脊宽度、脊厚度以及脊段间距，所述脊宽度、脊厚度以及脊段间距被选择为控制通 过所述透射式SWG部透射的光束的不同部分的相位变化，使得所述光束沿特定方向被所述 SWG部偏转。
【文档编号】H04J14/00GK104272618SQ201280072890
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2012年6月28日 优先权日:2012年6月28日
【发明者】保罗·凯斯勒·罗森伯格, 戴维·A·法塔勒, 马科斯·菲奥伦蒂诺, 雷蒙德·G·博索雷 申请人:惠普发展公司，有限责任合伙企业
【专利摘要】本文描述了涉及光学混洗的技术。在一个示例中，描述了用于混洗多个光束的系统。该系统包括用于输出相应光束的多个源。该系统进一步包括用于接收相应光束的多个接收机。该系统进一步包括具有多个亚波长光栅(SWG)部的混洗组件。多个SWG部中的每一个用于限定多个光束的光学路径。多个SWG部包括至少一个反射式SWG部，其用于将来自多个源中相应的一个源的光反射并且射向多个接收机中相应的一个接收机。
【专利说明】光学混洗
【背景技术】
[0001] 许多应用依赖于发送和接收相对大量的数据。基于利用光传输数据的技术是提供 高网络带宽的传统选择。存在许多使用光传输信息的的设备。
[0002] 网络设备可包括大量的光源，大量的光源通过光纤耦合至同样大量的光接收机。 光源，例如光引擎，可通过光纤耦合至光接收机。
[0003] 通常期望在多光纤光连接器内切换或"混洗（shuffle) "在光纤内承载的光信号。 这个任务通常通过将个别光纤与一个连接器物理分开或"分接"并且将这些光纤重新路由 至一个或多个附加光学连接器的不同结构来实现。例如，在板式计算机系统中，可能期望将 信号从一个处理器的输出路由至两个或更多开关的输入以提供冗余。
【专利附图】
【附图说明】
[0004] 为了可以很好地理解本公开，现在将参考附图来描述各种示例。
[0005] 图1示意性地示出了包括光学混洗系统的示例的环境的透视图。
[0006] 图2示意性地示出了根据另一示例的光学混洗系统的等距视图。
[0007] 图3示意性地示出了包括光学混洗系统的另一示例的环境的透视图。
[0008] 图4示意性地示出了根据另一示例的光学混洗系统的等距视图。
[0009] 图5A示意性地示出了根据示例的由SWG部反射的光束的示图。
[0010] 图5B和图5C示意性地示出了根据示例的通过SWG部透射的光束的示图。
[0011] 图5D示意性地示出了根据示例的光束方向被改变的方式的示图。
[0012] 图6示意性地示出了根据示例的SWG组件的俯视平面图。
[0013] 图7示意性地示出了根据示例的在操作中的两个分开的光栅子图案。
[0014] 图8示意性地示出了根据示例的在操作中的两个分开的光栅子图案。
[0015] 图9A和图9B示意性地示出了在操作中的SWG部的侧视图。
[0016] 图10示出了例示用于制造光学混洗系统的方法的示例的流程图。
[0017] 图11示出了计算设备的示例的示意性表示，其可用于执行图10中所描绘的方法 中的一些操作。
【具体实施方式】
[0018] 在下面，给出大量细节，以提供对本文所公开的示例的理解。然而，应理解的是，没 有这些细节也可实施这些示例。此外，在下面的详细描述中，参考附图，在附图中作为例示 示出了各种示例。尽管例示了有限数量的示例，但将理解的是，存在由其衍生的多个变形和 变化。
[0019] 关于这一点，方向性术语，例如"顶"、"底"、"前"、"后"、"左"、"右"、"垂直"等用于 对所描述的示图的方向的参考。因为所公开的组件能够在多个不同方向上定位，所以方法 术语用于例示的目的并且不用于限制。在示图中，为了清楚的例示，层和区域的尺寸和某些 表面角度被放大。不同的图中，相同的附图标记用于相同和相应的部件。
[0020] 另外，应理解的是，示图中所例示的系统不是按比例绘制，而是绘制成清楚地示出 本文所例示的系统的各种部件之间的关系。
[0021] 尽管例示了有限数量的示例，但将理解的是，存在由其衍生的多个变形和变化。
[0022] 如上面所给出的，经常期望切换或"混洗"光信号。在某些系统中，混洗会产生用 于承载数据的非常密集的光信号集的复杂路由。这种复杂路由的示例可在计算机和开关柜 的内部见到。系统结构可包括插入底板或中间板内的印刷电路板（PCB)集。这种复杂路由 的其他示例可在板式服务器之间的通信中见到，该路由可通过板式反射器中的许多或全部 所连接至的开关集来管理。
[0023] 在某些光学通信系统中，通过光纤来实现对光学混洗的路由和管理。可以通过用 于将连接器中的多个光纤分成更小的光纤组的接线光缆和各个光纤来实现光学连接，从而 将信号路由至特定位置。例如，在光通信的某些系统中，接线盒和接插板用于产生期望的光 缆路由图案。例如，多光纤光连接器可插入附接至接线盒的连接器中。在该盒内，几个或各 个光纤可与输入连接器分开并且路由至该盒中的其他连接器。各个光纤可以路由回输入连 接器上的另一位置。在利用光学连接构建特定系统中，光缆的放置实质上促成开销。
[0024] 在其它光学通信系统中，通过透镜阵列来实现对光学混洗的路由和管理，该透镜 阵列能够用于将转到第二透镜和连接器组件的自由空间光信号准直并且偏转。透镜阵列可 能是昂贵的，并且功能上限于在特定环境下，它们不能实现复杂的混洗。此外，透镜会引起 大体积设计并且可引入光学损耗。
[0025] 设计并且构建混洗系统的过程会是高成本的。此外，至少在某些情况下，设计和构 建可能不适合于自动化。最后但同样重要的，混洗系统还能够是大的并且耗费有用空间。在 许多系统中，例如，在计算机或开关柜内，空间会是高昂的。
[0026] 本文的各种不例在于混洗多个光束，使得来自多个光源中相应的一个光源的光被 反射并且射向多个接收机中相应的一个接收机。本文的示例利用被配置成反射光的亚波长 光栅（SWG)部实现这种混洗。反射式SWG部在实现混洗的同时有助于灵活性，而不会在成 本和/或空间方面妥协。此外，反射式SWG部便于执行混洗，其中源和接收机在混洗系统的 同一侧，如在下面进一步例示的。
[0027] SWG指包括衍射光栅的光栅，该衍射光栅的间距足够小以抑制0级衍射之外的所 有衍射。相反，传统波长衍射光栅特征在于间距足够高以引入入射光的更高级衍射。换言 之，传统波长衍射光栅将光分开并且衍射成在不同方向行进的几个光束。SWG部如何改变入 射光和其光学路径可在制造时通过适当地选择SWG的物理参数，更具体地选择其衍射元件 的尺寸（例如脊宽、脊厚、脊段间距）来确定。
[0028] 如下面在配置亚波长光栅部分所详细描述的，SWG部可被布置成以预定方式控制 入射在其上的波前。更具体地，具有非周期亚波长图案的光栅可以配置成使任意相前碰撞 对撞束。因此，可以实现任意衍射或折射元件。通过SWG的波前控制可在本文所描述的器 件中通过包括一个或多个SWG层来实现，以执行特定波前控制功能。
[0029] SWG部可被配置成偏转入射波前，从而改变其行进方向。具体地，SWG可被配置成 反射具有特定输出波前形状的入射光。SWG可被配置成透射具有特定输出波前形状的入射 光。能够用SWG实现的其他功能包括将入射波前分成光谱成分，或对入射波前的特定光谱 成分进行滤波。此外，用于波前控制的这种SWG可以与被配置成准直、聚焦或扩散受控波前 的SWG层结合。
[0030] 在下面的描述中，术语"光"指代电磁辐射，其波长位于电磁频谱的可见光和不可 见光部分内，包括电磁频谱的红外和紫外部分。术语"波前"指光束中具有相同相位的点的 轨迹（即，线或在三维中传播的波中的表面）。术语"栈"指SWG层的有序堆。垫片可插入 栈的SWG层之间。应理解的是，当层或膜被称为或被示出为在两个层或膜之间时，它能够是 两个层或膜之间唯一的层或膜，或者还可以存在一个或多个中间层或膜。
[0031] 混洗系统：提供下面描述的光学混洗系统，以例示用于混洗多个光束的多种多样 的可能布置的一些示例，其中多个SWG部中的至少一个将多个光束中的一个反射并且射向 特定方向。然而，应理解的是，认为光学混洗系统不限于在本文的示例中例示的特定混洗结 构。认为光学混洗系统具有适于特定光学连接应用的任何混洗结构。
[0032] 图1示出了环境的透视图，其中例示了混洗多个光束102a至102d的光学混洗系 统100的示例（通过特征线图案来例示每个单独光束）。系统100包括输出相应的光束 102a-102d的源104a-104d。源104a至104d光耦合至输入波导106a-106d，以将波导承载 的光信号（未不出）输出到系统100。
[0033] 系统100还包括多个接收机108a-108d，以接收相应的光束。接收机108a-108d 与源104a-104d分开。接收机108a-108d光耦合至输出波导110a至110d，以将输入波导 106a_106d承载的光信号（未不出）输入到输出波导110-110d中。
[0034] 系统100还包括混洗组件112。混洗组件112包括SWG部112a-112d。SWG部 112a-112d配置成限定光束102a-102d的光学路径。
[0035] 根据本文所公开的至少一个示例，混洗系统包括配置成反射光的SWG部。在图1 中例示的特定示例中，SWG部112b和112d是反射式SWG部，其在系统100的操作中，将来 自源106b、106d中相应的一个的光反射并且射向接收机108b、108c中相应的一个。
[0036] 根据本文所公开的至少一个示例，混洗系统可包括至少一个透射式SWG部，以将 光向特定方向透射。在图1中例示的特定示例中，SWG部112a和112c是透射式SWG部，其 在系统100的操作中，将来自源106a、106c中相应的一个的光向接收机108a、108c中相应 的一个透射。
[0037] 尽管图1中未示出，但应理解的是，系统100还可以包括用于机械支持和定位上述 元件的元件。更具体地，系统1〇〇可包括通过多个机械连接封装所描绘的元件并且支持所 描绘的元件的盒体。
[0038] 术语"源"指混洗系统的、被配置成光耦合至输入波导（例如，输入波导106a至 106d中的任意一个）的部分，或被配置成将光输出到源中的任意其他元件，例如光引擎（例 如，垂直腔表面发射激光器）。术语"接收机"指混洗系统的、被配置成接受来自源的光的部 分。通常，接收机光耦合至输出波导（例如，输出波导ll〇a至110d中的任意一个）。源和 接收机可包括在操作中分别与用于透射光的输入元件和输出元件光学对准的开口或透明 材料。源或接收机可包括光学元件，例如，用于改变从其透过的光的波前的透镜或SWG部。 更具体地，这些光学元件可准直、聚焦或偏转从其透过的光。
[0039] 如本文所使用的，波导指被配置成承载光信号的光学元件。波导包括但不限于光 纤、介质平板波导、条形光波导或脊波导。介质平板波导可包括三层具有不同介电常数的材 料，该材料被选择为使得通过内部全反射将光限制在中间层。条形波导可包括限制在包层 之间的一条导光层。在脊波导中，导光层包括板，该板具有叠加在其上的条（或几个条）。
[0040] 如本文在下面更详细地描述的，SWG部可具有各种物料参数（例如，脊间距、脊宽 度、脊厚度等），这些参数被选择成引起入射在SWG部上的光的相移的特定变化。更具体地， 以使得特定SWG部有助于以预定方式混洗的方式选择这些物理参数。
[0041] SWG图案可设计成使光在特定SWG部（例如，SWG部112b、112d)以预定空间模式反 射。在本文的至少一些示例中，反射式SWG部由多个脊形成，脊具有脊宽度、脊厚度以及脊 段间距，它们被选择为控制光束的不同部分的相位变化，使得光束沿特定方向被反射式SWG 部反射，如接下来在下面的部分中进一步详细描述的。
[0042] SWG图案还可设计成使光以预定空间模式透过特定SWG部并且被该特定SWG部 (例如，SWG部112a，112c)射出。在本文的至少一些示例中，透射式SWG部由多个脊形成， 脊具有脊宽度、脊厚度以及脊段间距，它们被选择为控制光束的不同部分的相位变化，使得 光束朝着特定方向透过透射式SWG部。如下面在下一部分中进一步详细描述的。
[0043] 如从图1能够理解的，SWG组件的不同SWG部可配置成以不同方式修改输入光束的 光学路径，以实现混洗。在本文的至少一些示例中，混洗组件中的多个SWG部中的至少两个 相对于彼此具有不同的脊宽度、脊厚度或脊段间距，以将光束射向相对于彼此不同的方向。 尽管SWG部112a-112d在图1中示出为在组件112中分开形成，但应理解的是，两个或更多 SWG部可如本文中所描述的在SWG组件上连续地形成，每个SWG部实现不同的混洗功能（例 如，一个用于反射光，另一个用于透射光）。
[0044] 根据某些示例，光学混洗系统可形成多光纤光学混洗系统的一部分。例如，参考 图1中的示例，信道l〇6a-106d、信道110a和110c或信道110b和110d中的至少一个可分 别构成三个不同的多光纤连接器中的各个光纤。例如，混洗系统100可以实现输入多光纤 (具有信道l〇6a_106d)与两个输出多光纤之间的混洗，两个输出多光纤为：第一输出多光 纤（具有信道ll〇a和110c)和第二输出多光纤（具有信道110b和110d)。
[0045] 如能够从图2所理解的，根据本文的示例的光学混洗系统可实现多维混洗。换言 之，源和接收机不必一定共面。图2示出了根据一个示例的光学混洗系统200的等距视图。 混洗系统200包括多个源202和多个接收机204,它们相对于彼此处于间隔关系。混洗系统 200还包括位于源202与接收机204之间的混洗组件210。
[0046] 多个SWG部222描绘成在混洗组件210处形成。尽管未示出，但混洗组件210可 通过使用任意合适的机械支持相对于源202和接收机204保持在大致固定的位置。混洗组 件210可连接至致动器（未示出），致动器用于改变混洗组件210相对于源202和接收机 204的位置。下面相对于图?例示了用于改变混洗组件的位置的致动器。
[0047] 源202被描述为布置在多个源群230a_230d中，并且接收机204被描述为布置在 多个接收机群240a-240d中。根据一个示例，包含在特定的源群中的源202包括用于特定 设备（未示出）的源，包含在特定的接收机群中的接收机204包括用于另一特定设备（未 示出）的接收机。接收机群240c和240d被放置在源群230a-230d的同一侧（A侧）。
[0048] 如能够从图2理解的，混洗组件210包括基本平面的材料板242,其中SWG部222 形成为以二维阵列布置。平面板242可如下面进一步详述的利用平板印刷技术按传统制 造。应理解的是，板242大致是平面的，其平面性限于在其制造过程中所使用的特定技术的 制造容差。SWG部222中的至少一些配置成反射式SWG，以便于在位于混洗组件200同一侧 的源和接收机之间，并且更具体地，在源群230a-230d与接收机群240c和240d之间的混 洗。
[0049] 相对于图3例示在源和接收机之间进行混洗的混洗系统的另一示例。图3例示 了 SWG组件可如何紧凑地实现各种混洗功能。图3例示了包括光混洗系统300的环境。混 洗系统300用于混洗一组光束302。混洗系统300包括源304a-304h、接收机308a-308h、 310a-310d、312a以及包括混洗元件314a-314f的混洗组件314。每个混洗元件包括配置成 实现源与接收机之间的混洗的SWG部316、318、320、322、324、326。
[0050] 如在图中能够理解的，多个SWG部的一部分可设置在光学混洗系统的第一侧，多 个SWG部的另一部分可设置在光学混洗系统的第二侧。第二侧与第一侧相对。在图3的具 体示例中，SWG部316、318以及320在系统300的侧A，而SWG部322、324、326在系统300 的B侧。如从下面的描述中能够理解的，在相对侧放置SWG部便于混洗功能的多样性。此 夕卜，在相对侧上的结合放置和反射式SWG还便于执行其中源与接收机在混洗系统的同一侧 的混洗。
[0051] 混洗系统302根据特定混洗图案将来自信道306a-306h的光信号从输入连接器 306耦合至输出连接器328、330以及332的信道中。输入连接器306的信道306a-306h用 于承载各个光信号。承载这些光信号的光束302从输入连接器的信道通过源304a-304h输 出到混洗系统300中。
[0052] 如在图中所例示的，混洗系统300将来自源304a_304d的光信号直接耦合至接收 机308a-308d。接收机308a-308d将这些光信号耦合到连接器328的信道328a-328d。
[0053] 混洗系统302还将光信号从信道306e播送到信道328e_328h。如图中所例示，在 混洗元件314d处的SWG部322配置成将入射光束分成四个不同光束。SWG部322与源304e 和接收机308e-308h光学对准，以实现混洗系统300的广播功能。接收机308e-308h将光 信号耦合到连接器328的信道328e-328中。
[0054] 混洗系统302还将来自在连接器306处的信道306f和306g的光信号分别耦合到 在连接器330处的信道330a和330b中。连接器306和330在混洗系统300的同一侧（A 侧）。这些光信号的混洗通过三个不同SWG部的合作来实现：从源304f和304g发射的光 束被在SWG元件314a处的SWG部316朝着在SWG元件314e处的SWG部324偏转；SGW部 316将来自SWG部316的光束朝着在SWG元件314b处的SWG部318反射；SWG部318将来 自SWG部324的光束准直到接收机310a、310b中。接收机310a-310b将光信号耦合到在连 接器330处的信道330a和330b中。
[0055] 混洗系统302还将来自在连接器306处的信道306h的信号播送到在连接器330处 的信道330c和330d和在连接器332处的信道332a中。连接器330和332位于混洗系统 300的相对侧。通过三个不同SWG部的合作来实现光信号的混洗：从源304h发射的光束通 过在SWG元件314a处的SWG部316朝着在SWG元件314f处的SWG部326偏转，SWG部316 将来自SWG部316的光束的一部分朝着在SWG元件314c处的SWG部320反射，并且将光束 的另一部分透射并且准直到接收机312a中；SWG部320将来自SWG部326的光束分成两个 被准直到接收机310c、310c中的两个独立光束。接收机312a将光信号耦合到信道332a中， 接收机310c-310d将光信号耦合到在接收机330处的信道330c和330d中。
[0056] 在本文的示例中，混洗组件包括（i)基本平面的第一材料板，其中多个SWG部中的 至少第一部分形成为以二维阵列布置，以及（ii)基本平面的第二材料板，其中多个SWG部 的至少第二部分也形成为以二维阵列布置。相对于图4例示这些示例。
[0057] 图4示出了根据另一示例的光学混洗系统400的等距视图。混洗系统400包括布 置在多个源群230a-230b中的源202和布置在多个接收机群240a-240f中的接收机204 (上 面相对于图2例示了这些元件）。接收机群240e-240f布置在混洗系统的与源群230a-230b 相同的一侧（A侧）。
[0058] 混洗系统400还包括基本平面的第一材料板402,其中多个SWG部422中的第一部 分形成为以二维阵列布置。在例示的示例中，SWG部422的第一部分配置为透射式SWG部， 用于将从源群230a-230b发射的光信号朝着SWG的第二部分透射，或者将光信号耦合到接 收机群240e-240f中。SWG部422的第二部分的SWG可以实现其他光学功能，例如，聚焦、偏 转或准直，以实现特定混洗方案。
[0059] 混洗系统400还包括基本平面的第二材料板410,其中多个SWG部422的第二部分 被形成为以二维阵列布置。SWG部422中的至少一些被配置为反射式SWG，以便于在位于混 洗组件400的同一侧处的源和接收机之间，更具体地，在源群230a-230d与接收机群240e 和240f之间的混洗。SWG部222的另一部分可配置为透射式SWG，或者用于实现某些其他 光学功能，例如，聚集、偏转或准直，以实现特定混洗方案。
[0060] 尽管SWG部222、422已描绘为在相应平面板210、410上在分开的位置形成，但应 理解的是，在不背离如本文所公开的光学混洗系统的范围的情况下，平面板的附加部可由 SWG部形成。因此，例如，大致整个表面区域，例如大于平面板的表面区域的约75%可包括 SWG。
[0061] 图5A示出了 SWG部522将沿SWG部522的轴504传播的光束502a反射为偏离轴 504的光束502b的方式的示例。
[0062] 图5B示出了当从左至右观看时SWG部524将来自接收机506的光束502a准直为 沿SWG部524的轴504的光束502b的方式的示例。类似地，当从右至左观看时，在图5B中 描绘的图还描绘了其中SWG部524将光束502b沿轴504聚集到接收机508中的示例。
[0063] 图5C示出了当从左至右观看时SWG部526将来自源506的光束502a准直为光束 502b并且改变其方向使得光束502b偏离SWG部112的轴504的方式的示例。类似地，在图 5C中描绘的图中，当从右至左观看时，描绘了其中SWG部526将光束502b聚焦为光束502a 并且改变其方向使得光束502a沿轴504传播并且到达接收机508上的示例。
[0064] 根据本文的至少一些示例，多个SWG部的至少一部分相对于源是可移动的，以改 变多个光束的相应光学路径。参考图包括反射式SWG部528的SWG组件510可附接至 致动器550,以在如通过箭头552所指示的一个或多个特定方向上移动SWG组件510。SWG 部528用于将入射的发散光束502a反射成在特定方向传播的准直光束502b。SWG组件510 的移动通常使反射的光束502b的方向改变，如通过箭头554所指示的。如此，如图?中所 描绘的光束502b可在通过箭头552、554表不的方向中的任意一个方向或两个方向上移动， 从而使光束132a所携带的光信号耦合到该混洗系统中的接收机104的不同接收机中。类 似地，致动器可附接至包括透射式SWG部的SWG组件，以控制透过SWG部的光束耦合到哪个 接收机中。致动器550可包括例如编码器，微机电系统（MEMS)或适合于致动SWG组件510 的任意其他元件。
[0065] 根据一些不例，从多个源发射的光束在可移动SWG部处于第一位置时可射向多个 接收机的第一子集，并且其中来自多个源的光束在可移动SWG部处于第二位置时射向多个 接收机的第二子集。
[0066] 例如，参考相对于图1至图4例示的示例，元件112、210、314、402、410中任意一个 可以是可移动的（例如，通过如图中描绘的致动器），以改变通过相应组件实现的混洗功 能。当一个或多个SWG部和源的相对位置时，不同组的SWG部将定位在光束的光学路径上。 此外，不同组的SWG部可具有不同的物理特征，因此使得光束的光学路径被改变，从而光束 射向不同的具体方向。因此，可移动SWG部便于不同接收机通过致动可接收来自不同光源 的光束。然而，替代地，这可以通过用另一 SWG组件代替SWG组件来实现，另一 SWG组件的 SWG部具有与被代替的SWG组件的SWG部不同的物理特征。
[0067] 配置亚波长光栅：图6示出了根据示例的配置有包括光栅图案的SWG部的SWG组 件600的俯视平面图。在此示例中，SWG组件600包括多个一维光栅子图案。放大地描绘 了三个光栅子图案601-603。每个光栅子图案包括多个规则布置的衍射结构。在描绘的示 例中，衍射结构例示为SWG层材料的间隔开的线状部（下文中称为"线条")。这些线条在y 方向上延伸并且在X方向上间隔开。还描绘了光栅子图案602的放大端视图604。如通过 端视图604所例示的，SWG层600可以是具有线条（例如，通过形成在层中的沟槽分开的线 条606-609)的单个层。
[0068] 应理解的是，SWG部中的衍射结构不限于相对于图6例示的一维光栅。SWG部可 配置有二维非周期SWG，使得能够操作SWG层，以实现特定波前控制功能或其他光学功能， 例如，聚焦、扩散、反射或准直入射光，或其结合。在示例中，非周期SWG由柱（post)而不是 线条组成，柱被沟槽分开。能够通过改变柱尺寸在X方向和y方向上改变占空因素和周期。 在其他示例中，非周期SWG层由通过固体部分分开的孔构成。能够通过改变孔尺寸在X方 向和y方向上改变占空比和周期。可根据各种形状例如圆形或长方形来布置这种柱或孔。 其他几何配置的示例在本文提及的参考文献中例示，并且通过引用结合。
[0069] SWG层的子图案的特征在于衍射结构的一个或多个周期性维度特征。在图6的示 例中，周期性维度对应于（a)线条的间距和（b)x方向上的线条宽度。更具体地，子图案601 包括以周期 Pl周期分开的宽度为Wl的线条；子图案602包括以周期p2周期分开的宽度为 w2的线条；以及子图案603包括以周期p3周期分开的宽度为w3的线条。光栅子图案在其特 征尺寸（例如，周期 Pl、P2、或P3)小于针对其设计以进行操作的特定入射光的波长时形成 亚波长光栅。例如，SWG的特征尺寸（例如，周期PpP 2、或p3)能够在从约10nm至约300nm 或从约20nm至约1 μ m的范围内。通常，根据针对其设计特定波前控制器件以进行操作的 光的波长来选择SWG的特征尺寸。
[0070] 来自子区域的第0级衍射光获取了通过线条厚度t和占空比η确定的相位Φ，其 定义为：
[0071]
【权利要求】
1. 一种用于混洗多个光束的系统，包括： 多个源，用于输出相应光束； 多个接收机，用于接收从所述多个源发射的相应光束； 混洗组件，包括多个亚波长光栅（SWG)部，所述多个SWG部中的每一个用于限定所述多 个光束的光学路径；以及 其中所述多个SWG部包括至少一个反射式SWG部，所述至少一个反射式SWG部用于将 来自所述多个源中相应的一个源的光反射并且射向所述多个接收机中相应的一个接收机。
2. 根据权利要求1所述的光学混洗系统，其中所述至少一个反射式SWG部由多个脊形 成，所述脊具有脊宽度、脊厚度以及脊段间距，所述脊宽度、脊厚度以及脊段间距被选择为 控制光束的不同部分的相位变化，使得所述光束沿特定方向被所述反射式SWG部反射。
3. 根据权利要求2所述的光学混洗系统，其中所述多个SWG部包括至少一个透射式 SWG部，所述至少一个透射式SWG部由多个脊形成，所述脊具有脊宽度、脊厚度以及脊段间 距，所述脊宽度、脊厚度以及脊段间距被选择为控制通过所述透射式SWG部透射的光束的 不同部分的相位变化，使得所述光束沿特定方向被所述SWG部透射。
4. 根据权利要求1所述的光学混洗系统，其中所述多个SWG部中的至少两个具有相对 于彼此不同的脊宽度、脊厚度以及脊段间距，以将光束射向相对于彼此不同的方向。
5. 根据权利要求1所述的光学混洗系统，其中所述多个SWG部中的一部分被布置在所 述光学混洗系统的第一侧，并且所述多个SWG部中的另一部分被布置在所述光学混洗系统 的第二侧，所述第二侧与所述第一侧相对。
6. 根据权利要求1所述的光学混洗系统，其中所述混洗组件包括基本平面的第一材料 板，其中所述多个SWG部的至少第一部分被形成为以二维阵列排列。
7. 根据权利要求6所述的光学混洗系统，其中所述混洗组件包括基本平面的第二材料 板，其中所述多个SWG部中的至少第二部分被形成为以二维阵列排列。
8. 根据权利要求1所述的光学混洗系统，其中所述多个SWG部中的至少一部分相对于 所述源可移动，以改变所述多个光束的相应光学路径。
9. 根据权利要求8所述的光学混洗系统，其中当可移动的SWG部处于第一位置时，从所 述多个源发射的光束射向所述多个接收机的第一子集，并且其中当可移动的SWG部处于第 二位置时，来自所述多个源的光束射向所述多个接收机的第二子集。
10. 根据权利要求1所述的光学混洗系统，其中所述光学混洗系统形成多光纤光学混 洗系统的一部分。
11. 一种制造用于将来自多个源的多个光束混洗至多个接收机的光学混洗系统的方 法，所述方法包括： 对用于限定所述多个光束的光学路径的多个亚波长光栅（SWG)部进行定位，其中 所述多个SWG部中的至少一个用于将所述多个光束中的一个反射并且射向特定方向； 以及 所述多个SWG部中的至少一个用于使所述多个光束中的一个向特定方向透射。
12. 根据权利要求11所述的方法，进一步包括： 计算所述多个SWG部中的每一个上的目标相位变换，其中所述目标相位变化中的每一 个对应于将通过所述多个SWG部透射或反射的相应光束的期望波前形状； 确定与所述多个SWG部中的每一个的目标相位变换对应的脊宽度、脊段间距以及脊厚 度；以及 制造具有所确定的脊宽度、脊段间距以及脊厚度的所述多个SWG部。
13. -种用于混洗多个光束的光学混洗系统，包括： 第一侧和与所述第一侧相对的第二侧； 源，用于输出光束； 接收机，用于接收所述光束，所述源和所述接收机位于所述第一侧； 位于所述第二侧的反射式SWG部；以及 位于所述第一侧的透射式SWG部， 所述反射式SWG部和所述透射式SWG部限定所述光束的光学路径的至少一部分，使得 在操作中所述接收机接收来自所述源的光束。
14. 根据权利要求13所述的光学混洗系统，其中所述反射式SWG部由多个脊形成，所述 脊包括脊宽度、脊厚度以及脊段间距，所述脊宽度、脊厚度以及脊段间距被选择为控制光束 的不同部分的相位变化，使得所述光束沿特定方向被所述反射式SWG部反射。
15. 根据权利要求13所述的光学混洗系统，其中所述透射式SWG部由多个脊形成，所 述脊具有脊宽度、脊厚度以及脊段间距，所述脊宽度、脊厚度以及脊段间距被选择为控制通 过所述透射式SWG部透射的光束的不同部分的相位变化，使得所述光束沿特定方向被所述 SWG部偏转。
【文档编号】H04J14/00GK104272618SQ201280072890
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2012年6月28日 优先权日:2012年6月28日
【发明者】保罗·凯斯勒·罗森伯格, 戴维·A·法塔勒, 马科斯·菲奥伦蒂诺, 雷蒙德·G·博索雷 申请人:惠普发展公司，有限责任合伙企业
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