專利名稱：多端口光纖耦合裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般針對光纖裝置，更具體說，是針對從多根光纖產生平行化輸出光束的裝置。
用光纖在兩點之間引導光束有許多應用。光纖經過開發(fā)，已具有低損耗、低色散、保偏等性質，還能起放大器的作用。因此，光纖系統有廣闊的應用，例如用在光通信中。
光纖光束傳輸的諸多重要優(yōu)點之一，就是能把光束封閉起來在終端點之間引導，但這也是一種限制。在光纖系統的應用中，或在光纖系統的開發(fā)中，起重要作用的許多光部件，并沒有以基于光纖的形式實現，在光纖中光束是被波導引導的。與此相反，這些光部件是以塊形式實現的，在塊形式中，光必須在其中自由傳播。該種部件的一個例子是光隔離器。因而，在光纖系統中包括塊光隔離器，必然使光纖系統中有一段，其中光束路徑是在空間自由傳播的，而不是在光纖內被引導的。該種部件的各種例子，包括，但不限于，隔離器、環(huán)行器、偏振器、開關、和快門。因而，在光纖系統中包括塊部件，必然使光纖系統有一段光束路徑，其中光束在空間是自由傳播的，而不是在光纖內被引導的。
自由空間傳播通常要求來自每根光纖的光束必須準直，并在自由空間傳播段，必須沿所用塊部件的軸引導。一般的做法是，在輸入光纖處必須放一準直透鏡，把輸入光準直，還要在輸出光纖處放一聚焦透鏡，把自由傳播的光聚焦，送進輸出光纖。自由空間傳播段置于該兩個透鏡之間。引入自由空間傳播段，要求準直透鏡和聚焦透鏡每一個都對準各自的光纖，并且還要求聚焦透鏡準確對準準直透鏡的準直光束路徑。即使不考慮光纖的數目，相應的準直與聚焦透鏡的對準，依舊是十分艱巨的。因此，當多根光纖要求多個準直和聚焦透鏡對準時，對準過程變得更復雜和耗時。
此外，各準直和聚焦透鏡與每根光纖都必須有橫向支撐。每一光纖/透鏡組件要求的橫向支承設施，增加了總的橫截面，從而導致巨大的系統。
因此，需要一種在光纖系統中引入自由空間傳播段的改進的辦法，使該自由空間傳播段更易于對準和更緊湊。
本發(fā)明一般涉及從多根光纖產生平行光束的裝置，還涉及在光纖網絡內用兩個該種裝置產生自由空間傳播區(qū)的一種系統。
本發(fā)明的一個實施例，是一種允許在一自由空間光部件與一組光纖間雙向耦合的裝置。該裝置包括可與光纖耦合以接收光的組件。該組件包括置于第一光軸上的第一聚焦單元，從光纖接收輸出的光束，其中該第一聚焦單元有選定的第一聚焦率，以引導光束與第一光軸相交于第一交點位置。沿第一光軸與第一聚焦單元相隔第一分開距離處是第二聚焦單元，放在能從第一聚焦單元接收各光束的位置，該第二聚焦單元有第二聚焦率，選定的第一分開距離能使從第一聚焦單元接收的各光束平行化。該組件可以帶有尾光纖。
本發(fā)明的另一個實施例，是向經過多根光纖傳播的光束提供通路的一種系統。該系統包括第一和第二組光纖及兩個耦合模塊，與相應光纖組耦合。每一耦合模塊包括位于模塊光軸上的第一聚焦單元，以接收相應光纖組輸出端輸出的光束。第一聚焦單元有選定的聚焦率，以引導該光束與模塊光軸相交。該耦合模塊還有第二聚焦單元，沿模塊光軸與第一聚焦單元相隔一單元間分開距離，并放在能從第一聚焦單元接收光束的位置。第二聚焦單元有第二聚焦率，并選定單元間分開距離，能使從第一聚焦單元接收的各光束平行化。第一和第二耦合模塊要相關地取向放置，使兩個第二聚焦單元相對，從而使第一裝置的至少一束平行化光束的光束路徑，與第二裝置的至少一束平行化光束的光束路徑重合且反平行。
本發(fā)明的另一個實施例，是一種從第一組光纖的輸出產生一組平行光束的方法。該方法包括相對于第一聚焦單元安排光纖的輸出面，和用第一聚焦單元引導各光纖的輸出光束與第一光軸相交。該方法還包括用第二聚焦單元使該輸出的各光束平行化，從而使與第一光軸相交的各光束沿基本上平行的方向傳播。
上面對本發(fā)明的概括，不是企圖說明本發(fā)明每一個舉出的實施例或各種實施辦法。后面的圖及詳細說明更具體地闡明這些實施例。
結合附圖考察后面本發(fā)明各個實施例的詳細說明后， 可以對本發(fā)明有更完整的了解，附圖有

圖1A和1B按照本發(fā)明畫出多光束耦合模塊的不同實施例；圖2A按照本發(fā)明的一個實施例，畫出一對多光束耦合模塊，可以與多根光纖一起使用，產生自由空間傳播區(qū)；圖2B畫出圖2A舉出的例子的一個實用實施例；圖3A-3C畫出耦合模塊的各種不同配置，以適應不同光幾何結構的塊光部件；和圖4畫出單個耦合模塊的一種配置。
雖然本發(fā)明可改變?yōu)楦鞣N變型和另外的形式，但本發(fā)明的性能已經用舉例方式在附圖示明，并且還要詳細說明。但是應該指出，其用意不是把本發(fā)明限制于說明的特定實施例。相反，如在后面書所規(guī)定的，本發(fā)明的精神和范圍內的一切變型，等價裝置，和另外的形式，都被本發(fā)明涵蓋。
本發(fā)明能用于光纖系統，并相信特別適合于把自由空間傳播段引入光纖系統。這里給出的辦法比常規(guī)系統更易于對準和更緊湊。
本系統通常包括耦合模塊的應用，該耦合模塊從許多輸入光纖接收輸入，并產生一組自由傳播的、平行的光束。這一步稱為平行化操作。該耦合模塊易于對準，且不論輸入光纖數目，只包括兩個透鏡?？梢杂迷擇詈夏K把光纖的光耦合至自由空間裝置，例如檢測器陣列。
該耦合模塊還能以反向方式使用，接收許多平行的、自由傳播的光束，并能把這些光束聚焦，送進許多輸出光纖。這一步稱為消平行化操作。
因為各耦合模塊既能用于平行化操作，也能用于消平行化操作，所以在兩個耦合模塊之間能構造有一自由空間傳播區(qū)的自由空間耦合單元。第一耦合模塊使從一組光纖的光平行化，產生平行光束，通過自由空間傳播區(qū)傳播。第二耦合模塊把光消平行化，送進第二組光纖。類似地，對以相反方向通過該光纖系統傳送的光，第二耦合模塊使從第二組光纖接收的光平行化，在自由空間傳播段沿平行的光束路徑自由傳播。第一耦合模塊把光消平行化，送進第一組光纖。
耦合模塊100示意畫在圖1A，圖上畫出來自兩根輸入光纖102與104的光束的光路。圖上只用兩根輸入光纖不意味著對輸入光纖數目的限制。在圖中用兩根光纖，是為了下面解釋的清晰和簡明。
耦合模塊100包括兩個透鏡，第一透鏡106和第二透鏡108，置于光軸110上。分別來自光纖102和104的光路112和114，通過第一透鏡106，并被引導在標記C的位置上與光軸110相交。假如光纖102和104的輸出被調整至與光軸110平行，那么位置C離開第一透鏡106的距離等于第一透鏡的焦距f1。與軸110相交后，光束路徑112和114傳播至第二透鏡108，后者的位置離開第一透鏡106的距離是“d”。假如第二透鏡的焦距是f2，則距離d近似等于f1＋f2。通過第二透鏡108的傳輸之后，光束路徑112和114平行于光軸110傳播。
雖然圖上畫出的光束路徑112和114，在兩個透鏡106和108之間是準直的，但這并不是必要條件。在兩個透鏡106和108之間光束路徑112和114的準直性，與光束從光纖102和104輸出時的發(fā)散度、第一透鏡106與光纖102和104的距離、以及第一透鏡的焦距有關。
通過第二透鏡108的傳輸之后，光束路徑112和114會聚，分別產生束腰116和118，而焦點上的束腰是該光束最窄的寬度。束腰116和118位于平面BB內，以虛線標記。平面BB與第二透鏡108的分開距離，與進入第一透鏡106的光束的發(fā)散度、以及光纖102和104的兩個輸出面之間分開距離有關。該分開距離d設定近似等于f1＋f2，以便第二透鏡108保持平行的輸出，且不宜用作調整量。
每一束腰116和118形成光纖102和104輸出面的各自的像。耦合模塊100把光纖102和104在虛線標記的輸入平面AA上的輸出面的像，中繼在像平面BB上，是本發(fā)明的重要特征。在平面BB上形成的像可以是放大的像。
第一和第二透鏡可以是不同類型的透鏡，例如，可以是球面或非球面的透鏡，也可以是雙凸、平凸、或凹凸透鏡。透鏡類型的選取，依賴于特定的系統和可接受的像差級別，后者轉換為光損耗。
另一個實施例的耦合模塊150畫在圖1B。耦合模塊150接收兩根輸入光纖152和154的輸出。耦合模塊150包括沿光軸160對準的第一和第二透鏡156和158。第一透鏡156是梯度折射率(GRIN)透鏡，因為其桶狀和平坦的光學表面垂直于透鏡光軸，是一種常常與光纖結合使用的透鏡。GRIN透鏡156可以有任何合適的梯度，把光束路徑162和164偏轉，與軸160相交。如果該GRIN透鏡是四分一梯度透鏡，那么，GRIN透鏡的輸出面157位于交點C上。假如GRIN透鏡156的梯度小于0.25，例如在0.18-0.23范圍，交點C位于輸出面157之外。同樣，假如GRIN透鏡156的梯度大于0.25，則交點C位于GRIN透鏡156之內。
第二透鏡158可以是，例如平凸非球面透鏡，其平面表面159指向交點C，以降低像差效應。
耦合模塊150把輸入平面的像中繼在像平面BB上。假如光纖152和154與GRIN透鏡156對接，則輸入平面與GRIN透鏡156的輸入面155重合。因為束腰166和168可以看作光纖152和154輸出面的共軛像，故像平面BB也可以稱為共軛平面。
可以應用耦合模塊100與150，把從許多光纖接收的輸入，傳送至非光纖部件或系統。例如，耦合模塊100與150可用于把光纖陣列的光纖輸出，耦合至檢測器陣列中相應的檢測器。耦合模塊100與150還可以把自由空間輸入的多個光束，耦合進光纖陣列。例如，在密集波分復用(DWDM)信號消復用的一種辦法中，單個的被復用的光束被彎曲的衍射光柵衍射。被光柵分離的不同波長分量，可以用該耦合模塊耦合進許多光纖，每根光纖對應于一個波長分量。
圖4畫出單個耦合模塊400與自由空間部件一起使用時的另一種應用。數根光纖402與耦合模塊400耦合，產生相應的平行的自由傳播光束404。自由傳播光束404通過Faraday旋轉器406，該Faraday旋轉器把進入的光束的偏振旋轉45°。一反射鏡408，它可以是，例如在Faraday旋轉器406后表面的反射膜，把光束404往回反射通過Faraday旋轉器，再旋轉450。該反射鏡408放在共軛平面上，或包含各光束404通過模塊400第二聚焦單元后的焦點的平面上，以使各光束404被反向耦合，進入各自對應的光纖402。該種安排將在各光纖402中獲得沿反方向傳播的偏振旋轉了的光束。這一點可以補償光纖402內不想要的偏振效應。反射鏡408也可以作為與Faraday旋轉器分開的獨立單元而提供，不一定是Faraday旋轉器上的反射膜。
圖2A畫出一種自由空間裝置，該裝置用兩個相對的耦合模塊，在光纖系統內產生自由空間傳播區(qū)。兩個耦合模塊200和220沿同一光軸210排列，雖然如下面所指出，不一定非如此排列不可。
第一耦合模塊200從輸入光纖202和204接收輸入光。第一耦合模塊200有第一GRIN透鏡206和第二非球面透鏡208。如上所述，也可以用其他類型的透鏡。光束路徑212和214被第一透鏡206引導，與光軸210相交，又被第二透鏡208平行化，與光軸210平行。此外，光束路徑212和214在像平面BB上會聚成束腰216和218。換言之，第一耦合模塊200把輸入平面的像，即輸入光纖202和204出射面所在平面上的像，中繼在像平面BB上。
第二耦合模塊220與光纖222和224耦合。第二耦合模塊220有第一GRIN透鏡226和第二非球面透鏡228。如上所述，也可以用其他類型的透鏡。光束路徑232和234被第一透鏡226引導，與光軸210相交，又被第二透鏡228平行化，與光軸210平行。此外，光束路徑232和234在像平面BB上會聚成束腰236和238。換言之，耦合模塊220把它的輸入平面的像，即輸入光纖222和224出射面所在平面上的像，中繼在BB的像平面上。
當兩根第一光纖202和222的束腰216和236并置在平面BB上時，由互逆性，光纖202出射面的像被聚焦在對應的光纖222的出射面上，而光纖222出射面的像被聚焦在光纖202的出射面上。類似地，光纖204出射面的像被聚焦在光纖224的出射面上，反之亦然。
利用該系統，光從每根光纖被耦合出來，通過兩個耦合模塊200和220之間的自由空間區(qū)240傳播，復又被導入自由空間區(qū)另一側的相應光纖。塊光部件242可以放在兩個耦合模塊200和220之間，對通過自由空間區(qū)240傳播的光束進行操作。如前所述，塊光部件是不以光纖形式實現的部件，并且可以是光開關或光開關陣列、空間光調制器、隔離器、環(huán)行器、濾波器、或某些其他塊光部件。耦合模塊200和220的分開距離可以調整，以補償經塊光部件242傳播的光路長度，使各耦合模塊200與220的共軛平面仍保持重合。
在一個特定的實施例中，耦合模塊200與220做成完全一樣。換言之，第一透鏡206與226有相同的焦距f1(在GRIN透鏡的情形，是有相同的梯度)，第二透鏡208與228有相同的焦距f2，并且每個耦合模塊內，第一和第二透鏡之間的單元間分開距離d，也是相同的。當第一和第二耦合模塊相同時，所提供的優(yōu)點是，聚焦進入第二組光纖的光束的大小，與第一組光纖發(fā)射的光束大小相同，反之亦然。該種對稱安排提供的另一個優(yōu)點是，可以簡化制作和組裝過程。
假如各耦合模塊200和220所成的像，在同一像平面BB上不重合時，從一組光纖到另一組光纖的光耦合效率可能降低。還有，顯而易見，為了使光功率從第一組光纖有效地傳遞至第二組光纖，或反過來，那么，每組光纖的幾何排列應與另一組光纖一致。例如，假如耦合模塊200與220完全相同，并從一光纖組到另一光纖組產生對稱的成像，那么，一根光纖，如光纖202相對于光軸的橫向位移和方位角位置，應與它對應的光纖，如光纖222相同，這是很重要的。但是，并不要求耦合模塊200與220完全相同。
不一定要求各光纖按一維圖形與耦合模塊耦合。各光纖也可以按兩維圖形耦合。以陣列為例，不同光纖間分開距離可以是規(guī)則的，也可以是不規(guī)則的。一般說，在系統兩側對應的光纖，相對于光軸放置，以便相互發(fā)射和接收光。因此，假如與耦合模塊相關的一組光纖被排列成例如4×4陣列，那么，與另一耦合模塊相關的一組對應的光纖也排列成4×4陣列。在每陣列中光纖的間隔可以不同，依賴于各耦合模塊200和220的光學性質。顯而易見，雖然一組光纖中的光纖可以方便地環(huán)繞光軸以對稱方式排列，但對稱的排列不是必要條件，可以把光纖以不對稱地環(huán)繞光軸排列。此外，不要求系統兩測的光纖一一對應。因此，可能出現一耦合模塊僅僅有一光束與另一耦合模塊耦合，盡管每一耦合模塊都有多個光束路徑。
自由空間裝置另一個實施例示于圖2B。該光耦合模塊與示于圖2A的相同，但在裝置每側耦合了四根光纖，而不是兩根。此外，為了簡化，只畫出光纖組之間的光路軌跡，而不是畫出光束的寬度。每根光纖可以看作一個能向該裝置輸入和輸出的端口。從圖可見，在裝置左側的端口202A有一光路與裝置右側的端口222A耦合。同樣，裝置左側的端口202B、202C、和202D有光路與裝置右側對應的端口222B、222C、222D耦合。圖上畫出的裝置還包括固定的部件，把光部件固定在各自適當的相對位置上。雖然畫出的固定部件是圓柱形的，但這不是對本發(fā)明的限制，該固定部件可以是非圓形截面的，例如是矩形的。
端口202A至202D上的光纖，與GRIN透鏡206的輸入面205對接。這些光纖用固定在第一固定環(huán)254內的夾頭252固定。端口202A至202D上的光纖穿過夾頭252的小孔256，并用例如環(huán)氧樹脂或其他適當粘合劑，與夾頭一起固定在合適的位置上。夾頭252與GRIN透鏡206也可以用環(huán)氧樹脂或其他適當粘合劑，固定在第一固定環(huán)254內適當的位置上。端口202A至202D上的光纖末端與GRIN透鏡206的輸入面，可以拋光成小角度，例如8°，還可以鍍抗反膜，以降低返回的反射。
耦合模塊200由固定在模塊環(huán)258之內的第一固定環(huán)254及第二透鏡208構成。第一固定環(huán)254和第二透鏡208也可以用環(huán)氧樹脂粘在適當位置上，或用任何其他合適的方法固定，如另一種粘合劑或焊劑。裝配時，第二透鏡208固定在模塊環(huán)258內，然后把第一固定環(huán)放進模塊環(huán)258內。調整GRIN透鏡206與第二透鏡208之間分開距離，直至在第二透鏡外各光束路徑平行為止。確保各光束路徑平行的一種方法，是在第二透鏡后面置一反射鏡，在調整GRIN透鏡206與第二透鏡208單元間分開距離的同時，測量該反射鏡向后反射進每一光纖的光量。在相同的單元間分開距離下，當各光纖中向后反射光的電平被最佳化時，自由空間的光束即被認為平行。當把反射鏡放在耦合模塊的共軛平面上時，向后反射光的電平可以進一步最佳化。然后，用環(huán)氧樹脂、粘合劑、焊劑、或某種其他適當方法，把第一固定環(huán)254固定在被認為產生平行光束的位置上。
然后，把被塊光部件242分開的兩個全同的模塊200與220，放進外套筒260中。調整模塊200與220間的相對取向，以及模塊間的分開距離，使模塊200與220間達到最大的光耦合。如上所述，當第一模塊200的像平面與第二模塊220的像平面重合時，即達到最佳的模塊間分開距離。然后，把模塊200與220固定在外套筒260中最佳的相對取向和模塊間分開距離的位置上。模塊200與220的固定，可以用環(huán)氧樹脂、粘合劑、焊劑、或任何其他適當的方法。
塊光部件242可以如說明那樣放進外套筒260內，也可以在某一模塊插入外套筒260之前，固定在該模塊上。
諸如上述的組件那樣的部件，通常在提供給用戶時都帶有光纖尾纖，以便例如用熔接法、用連接器、或某些其他合適方式，與光纖系統的光纖耦合。因此，光纖202A至202D和222A至222D，可以是能迅速安裝至整個組件270上的光纖的尾纖。但是，這不是對該裝置的一種限制，光纖系統的光纖可以直接耦合至自由空間耦合裝置270的第一聚焦單元。
該種組件可以非常緊湊。在本發(fā)明的某些實施例中，GRIN透鏡206和226的長度可以是幾毫米，而第二透鏡的焦距在約2-10 mm范圍。因此，該裝置在GRIN透鏡之間的總長度，可以在約8-40mm的范圍，雖然也能組成更大的或更小的裝置。
顯然，在制作自由空間耦合裝置時，可以采用其他方法裝配耦合模塊和固定模塊，本發(fā)明不受這里舉出的那些方法的限制。例如，耦合模塊可以分開地用可調節(jié)的支承，固定在一工作臺的頂部，以提供必要的自由度，供校準各耦合模塊平行光束路徑之用。
圖3A至3C畫出自由空間耦合裝置的不同的實施例。在圖3A和3B的實施例中，每個耦合模塊的光軸，不與其他耦合模塊的光軸重合。在圖3A畫出的實施例中，一耦合模塊的光軸相對于另一模塊光軸平移。各耦合模塊300與320僅以示意的形式畫出。第一耦合模塊有兩根輸入光纖302和304，產生兩個平行于第一模塊300光軸310的輸出光束312和314。同樣，第二耦合模塊320有兩根輸入光纖322和324和兩個平行于第二模塊320光軸330的光束路徑332和334。
塊光部件342置于兩耦合模塊300和320之間的自由空間340之內。塊光部件342使通過其中的光束平移，但不改變傳播方向。因此，例如，沿光束路徑312輸入塊光部件342的光束，沿路徑334輸出，反之亦然。同樣，沿路徑314輸入的光束，沿路徑334輸出，反之亦然。所以，使通過的光束偏移的塊光學單元342，適合使用該自由空間裝置，在該裝置上，模塊光軸310和330間的偏移，等于塊光部件對通過的光束在空間上沿橫方向的平移。
在圖3B的實施例中，耦合模塊300和320與圖3A的相同。但是，在本實施例中，塊光學單元392使通過的光束偏轉一角度θ，例如使光束反射離開反射鏡391。為了適應該種情況，光軸310和330以相對角度θ放置。因此，來自第一耦合模塊300的光束路徑312被塊光學單元392重新引導后，它的路徑與來自第二耦合模塊320的光束路徑332重合但反平行。
在圖3C的實施例中，塊光學單元380包括部分反射的表面382，該部分反射表面可以使所有通過的光束都部分地反射，也可以只有某些通過的光束被全部反射。圖示反射鏡382是部分地反射所有通過的光束。第一耦合模塊300有輸入光纖302和304，并產生相應的平行化光束312和314。光束312的一部分透過反射鏡382，成為光束332，并耦合進第二耦合模塊320。光束312的反射部分被反射鏡382引導，作為光束372進入第三耦合模塊360。同樣，光束314的一部分透過反射鏡382，成為光束334，并耦合進第二耦合模塊320。光束314的反射部分被反射鏡382引導，作為光束374進入第三耦合模塊360。然后，光束332、334、372、和374在耦合模塊320和360內，被耦合進相應的光纖322、324、362、和364。顯然，光可以沿反方向從第二和第三耦合模塊320和360，耦合進第一耦合模塊300。在本實施例中，所有三個耦合模塊300、320、和360的共軛平面最好重合，以便保持高效地從一模塊耦合至另一模塊。
顯然，可以采用別的配置，例如通過把第四耦合模塊添加到圖3C實施例的T型配置中，建立X型配置的耦合器。
此外，添加的耦合模塊可以是若干個部分反射鏡級聯而成，使單個模塊來的光被耦合進若干個其他模塊之內。該結構示于圖3D，除了第一塊光學單元380a后面的第二塊光學單元380，以及第四耦合模塊360a從第二塊光學單元380的部分反射表面382接收光之外，圖上畫出的系統與圖3C所示類似。第二耦合模塊320接收通過塊光學單元380和380a兩者傳送的光。為了增加從第一耦合模塊300到其他耦合模塊320、360、和360a的光耦合效率，第一耦合模塊300與其他各耦合模塊320、360、360a之間的光路長度，要近似等于第一耦合模塊300與相應模塊320、360、360a的像距之和。例如，假如所有耦合模塊300、320、360、和360a的像距都相同，即d1，那么對高的光耦合效率，從第一耦合模塊300到其他各耦合模塊320、360、360a的光路長度應取近似d1的兩倍。因此，為了保持到達第一耦合模塊300相同的光路長度，第三耦合模塊360在圖中放在相對于第四耦合模塊360a靠下的位置。
如上面所指出，本發(fā)明能用于光纖系統，并相信本發(fā)明在產生適于接收塊光部件的自由空間傳播區(qū)方面特別有用，塊光部件要求光的自由傳播而不是被引導波的傳播。可以用單個耦合模塊實現許多光纖與自由空間部件之間的耦合，不論沿前向或反向或兩種方向。背靠背排列的兩個耦合模塊，能把一組光纖耦合至自由空間光部件，然后又耦合進第二組光纖。雖然在第一與第二組光纖之間可能是一一對應的，但這不是必要條件，也可以是只在第一組光纖的一根光纖與第二組光纖的一根光纖之間的耦合。
因此，不能認為本發(fā)明只局限于上面說明的特定例子，如后面的權利要求書所明確指出，應理解為覆蓋本發(fā)明的所有方面。本領域熟練人員顯然明白，存在適用于本發(fā)明的各種變化、等價處理方法、和許多結構，在閱讀本說明書的基礎上，均可用之導出本發(fā)明。權利要求書的本意是要涵蓋這類變化和裝置。
權利要求
1.一種從第一組光纖的輸出產生一組平行光束的方法，包括用第一聚焦單元，引導各光纖輸出的各光束與第一光軸相交；和用第二聚焦單元，使各輸出光束平行化，使與第一光軸相交后的各光束，基本上沿平行的方向傳播。
2.按照權利要求1的方法，還包括用第一和第二聚焦單元，把光纖輸出面的像中繼在第二聚焦單元外的一段距離上，該距離近似等于第二聚焦單元的焦距。
3.按照權利要求1的方法，還包括把各光纖輸出面，安排在離第一聚焦單元輸入面近似相同的距離上。
4.按照權利要求1的方法，其中的第一聚焦單元是第一梯度折射率(GRIN)透鏡，并且還包括把光纖的輸出面，基本上安排在第一GRIN透鏡的輸入表面上。
5.按照權利要求4的方法，還包括引導輸出光束與第一光軸相交于第一GRIN透鏡輸出面外的一點。
6.按照權利要求1的方法，其中用第二聚焦單元使各輸出光束平行化包括使輸出光束相對于第一光軸平行化。
7.按照權利要求1的方法，還包括用第三聚焦單元，引導平行化的各光束與第二光軸相交；和用第四聚焦單元，把光束聚焦進第二組光纖的相應光纖。
8.按照權利要求7的方法，其中的第二光軸與第一光軸重合。
9.按照權利要求7的方法，其中的第四聚焦單元是第二GRIN透鏡，并且還包括用第三聚焦單元，引導平行化的各光束與第二光軸相交于第二GRIN透鏡外的一點。
10.一種把多根光纖的輸出光束平行化的裝置，包括一種可與多根光纖耦合的組件，以接收光纖的光，包括第一聚焦單元，置于第一光軸上，用于接收多根光纖的輸出光，該第一聚焦單元有選定的第一聚焦率，以引導光束與第一光軸相交于第一交點位置；和第二聚焦單元，沿第一光軸與第一聚焦單元相隔第一分開距離，并放在能接收第一聚焦單元的光束的位置，該第二聚焦單元有第二聚焦率，要選定該第一分開距離，使之能把從第一聚焦單元接收的各光束平行化。
11.按照權利要求10的裝置，還包括與組件耦合的多根尾光纖，能與多根光纖耦合，以接收其上的光。
12.按照權利要求11的裝置，其中尾光纖各輸出端對稱地排列成環(huán)繞第一光軸的陣列。
13.按照權利要求11的裝置，其中各尾光纖輸出端離開第一聚焦單元的第一面近似相同的距離。
14.按照權利要求11的裝置，其中的尾光纖與第一聚焦單元接觸。
15.按照權利要求11的裝置，其中的尾光纖按一維圖形與該組件耦合。
16.按照權利要求11的裝置，其中的尾光纖按兩維圖形與該組件耦合。
17.按照權利要求10的裝置，其中的第一聚焦率、第二聚焦率、和第一分開距離的選取，是要把輸入像中繼在離第二聚焦單元一段距離上，該距離近似等于第二聚焦單元的焦距。
18.按照權利要求10的裝置，其中的第一聚焦單元是GRIN透鏡，而輸入光纖的輸出端耦合至GRIN透鏡的第一表面。
19.按照權利要求18的裝置，其中一個或多個光束與第一光軸的交點，位于該GRIN透鏡之外。
20.按照權利要求10的裝置，其中第二聚焦單元的取向要能使各光束平行于第一光軸平行化。
21.一種光纖自由空間耦合單元，用于與多根光纖耦合，該單元包括兩個耦合模塊，可與多根光纖耦合，以接收光纖的光，每個耦合模塊包括第一聚焦單元，置于模塊光軸上，有選定的第一聚焦率，以便引導光束與該模塊光軸相交，和第二聚焦單元，沿該模塊光軸與第一聚焦單元相隔一單元間分開距離，并放在能接收第一聚焦單元的光束的位置，該第二聚焦單元有第二聚焦率，要選定該單元間分開距離，使之能把從第一聚焦單元接收各光束平行化；其中第一和第二耦合模塊要取向放置，使兩個第二聚焦單元相對，從而使第一耦合模塊的至少一束平行化光束的光束路徑，與第二耦合模塊的至少一束平行化光束的光束路徑重合且反平行。
22.按照權利要求21的單元，其中第一耦合模塊的模塊光軸與第二耦合模塊的模塊光軸重合。
23.按照權利要求21的單元，還包括第一和第二多根尾光纖，分別與第一和第二模塊連接，并能與多根光纖耦合。
24.按照權利要求21的單元，其中第一耦合模塊的模塊光軸與第二耦合模塊的模塊光軸平行，并有橫向相對位移。
25.按照權利要求21的單元，其中每一模塊有各自的共軛平面，與第二聚焦單元離開由第一聚焦率、第二聚焦率、和單元間分開距離決定的一個像距。
26.按照權利要求25的單元，其中第一和第二耦合模塊的像距，近似等于第一和第二耦合模塊的第二聚焦單元的相應焦距。
27.按照權利要求25的單元，其中第一和第二耦合模塊的兩個第二聚焦單元分開的距離，等于第一和第二耦合模塊的像距之和。
28.按照權利要求21的單元，其中第一耦合模塊的第一聚焦率、第二聚焦率、和單元間分開距離，分別近似等于第二耦合模塊的第一聚焦率、第二聚焦率、和單元間分開距離。
29.按照權利要求21的單元，其中在第一和第二耦合模塊相應的第二聚焦單元之間的模塊間分開距離，近似等于第一和第二耦合模塊相應的兩個第二聚焦單元的焦距之和。
30.按照權利要求21的單元，還包括光束偏折單元，置于第一和第二耦合模塊的兩個第二聚焦單元之間，把平行于第一光軸傳播的光偏折成與第二光軸平行。
31.按照權利要求21的單元，還包括光環(huán)行器單元，置于第一和第二耦合模塊之間。
32.按照權利要求21的單元，還包括濾光器，在第一和第二耦合模塊之間。
33.按照權利要求21的單元，還包括光開關，在第一和第二耦合模塊之間。
34.一種從一組光纖的輸出產生一組平行光束的單元，該單元包括引導光纖輸出的光束與第一光軸相交的裝置；和使輸出各光束平行化的裝置，以便各光束與第一光軸相交之后，沿平行的方向傳播。
35.一種控制經多根光纖傳播的光束的單元，包括多根第一光纖；多根第二光纖；和兩個耦合模塊，與第一和第二光纖相應的多根光纖耦合，每一耦合模塊包括第一聚焦單元，置于一模塊光軸之上，有選定的第一焦距，以引導相應的一組光纖的光束與模塊光軸相交，和第二聚焦單元，沿該模塊光軸與第一聚焦單元相隔一單元間分開距離，并放在能接收第一聚焦單元的光束的位置，該第二聚焦單元有第二聚焦率，要選定該單元間分開距離，使之能把從第一聚焦單元接收的各光束平行化；其中第一耦合模塊的第一焦距、第二焦距、和單元間分開距離，分別與第二耦合模塊的第一焦距、第二焦距、和單元間分開距離相同，第一和第二耦合模塊要取向放置，使兩個第二聚焦單元相對，該兩個第二聚焦單元的分開距離近似等于第一模塊的第二聚焦單元焦距的兩倍，并且，第一和第二耦合模塊的相對位置，要使第一耦合模塊平行化的各光束的光束路徑，與第二耦合模塊相應的平行化的各光束的光束路徑重合。
全文摘要
一種耦合裝置,有第一聚焦單元,置于第一光軸之上。該第一聚焦單元可與多根光纖耦合以接收其上的輸出光,還有選定的第一聚焦率,以引導各光束與該第一光軸相交于第一交點。第二聚焦單元沿第一光軸與第一聚焦單元相隔第一分開距離,并放在能接收第一聚焦單元的光束的位置。第二聚焦單元有第二聚焦率,而第一分開距離的選取,要能使從第一聚焦單元接收的各光束平行化。一種用兩個該種耦合裝置為經多根光纖傳播的光束提供通路的系統。該兩個裝置要相關地取向放置,使兩個第二聚焦單元相對,從而使第一裝置的至少一束平行化光束的光束路徑,與第二裝置的至少一束平行化光束的光束路徑重合且反平行。
文檔編號G02B6/28GK1335940SQ9981272
公開日2002年2月13日 申請日期1999年10月19日 優(yōu)先權日1998年10月27日
發(fā)明者B·巴里·張, 陸良駒 申請人:Adc電信公司