CN1379864A - 利用均匀折射率透镜的波分复用/去复用装置 - Google Patents

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Abstract

公开一种改进的波分复用装置(10)。该改进的波分复用装置(10)具有衍射光栅(18),用于把多个单色光束组合成一个复用多色光束。改进的波分复用装置中的这种改进源于使用均匀折射率准直/聚焦透镜(16),用于准直沿第一方向(24′)传播的多个单色光束(24)到衍射光栅(18),和用于会聚来自衍射光栅(18)沿第二方向(26′)传播的复用多色光束(26),其中第二方向(26′)与第一方向(24′)大致相反。

Description

利用均匀折射率透镜的波分复用/去复用装置
技术领域
本发明一般涉及波分复用/去复用技术，具体涉及利用均匀折射率透镜的波分复用/去复用装置。
背景技术
波分复用(WDM)是一种快速发展的技术，它能够极大地增加通过光纤可以传输的集合数据量。在利用WDM技术之前，大多数光纤在一个波长上单向仅仅携带单个数据信道。WDM的基本概念是从在一个光纤中分别发送和检索多个数据信道。每个数据信道是以唯一的波长传输的，并合适地选取这些波长，使各个信道之间互不干扰，且光纤的光传输损耗很低。目前，商业性WDM系统允许同时传输2至100个数据信道。
WDM是增加通过光纤转移数据量(通常称之为带宽)的费用低廉方法。增大带宽的其他有效技术包括敷设增加的光纤光缆或增大通过光纤的光传输速率。敷设增加的光纤光缆是相当昂贵的，目前的代价是每公里15,000至40,000美元。增大光传输速率受到光纤系统电子技术本身的速率和经济的限制。一种利用电子方法增大带宽的主要对策是利用时分复用(TDM)技术，它把多个低速率电子数据信道组合或复用成单个高速率信道。这种技术已经有20年的历史，它对于增大带宽是非常有效的。然而，从技术和经济的观点考虑，提高传输速率是越来越困难了。WDM技术是利用多个并行信道增大带宽，从经济和技术方面提供的潜在解决方法。此外，WDM是与TDM互补的。就是说，WDM技术同时允许多个高传输速率TDM信道通过单个光纤传输。
利用WDM技术增大带宽需要两个基本的装置，它们在概念上是对称的。第一个装置是波分复用器。这种装置接收多个光束，每个光束有离散的波长，这些光束起初在空间上是分开的，且该装置提供一种手段，把所有不同波长的光束组合成适合于进入光纤的一个多色光束。波分复用器可以是完全无源的光学装置，或可以包含控制或监测复用器性能的电子线路。波分复用器的输入通常是由光纤完成的，虽然也可以采用激光二极管或其他的光源。如上所述，复用器的输出是通常被引向光纤的一个多色光束。
第二个WDM装置是波分去复用器。这个装置的功能与波分复用器的功能相反。就是说，波分去复用器从光纤接收一个多色光束，并提供一种手段，空间分割这种不同波长的多色光束。波分去复用器的输出是多个单色光束，这些单色光束通常被引向对应的多个光纤或光电检测器。
在过去的20年中，已经提出和展示各种类型的WDM装置。例如，(1)W.J.Tomlinson，Applied Optics，Vol.16，No.8，PP.2180-2194(Aug.1977)；(2)A.C.Livanos et al.，Applied Physics Letters，Vol.30，No.10，PP.519-521(15 May 1977)；(3)H.Ishio et al.，Journalof Lightwave Technology，Vol.2，No.4，PP.448-463(Aug.1984)；(4)H.Obara et al.，Electronics Letters，Vol.28，No.13，PP.1268-1270(18 June 1992)；(5)A.E.Willner et al.，IEEE Photonics TechnologyLetters，Vol.5，No.7，PP.838-841(July 1993)；and(3)Y.T.Huanget al.，Optical Letters，Vol.17，No.22，PP.1629-1631(15 Nov.1992)，所有这些文献中公开了某种形式的WDM装置和/或方法。然而，上述文献中公开的大多数WDM装置和/或方法是采用非常基本透镜的经典光学基WDM方法，仅适用于多模光纤，而不适用于单模光纤，这是因为单模光纤的纤芯直径(即，通常为8μm)远远小于多模光纤的纤芯直径(即，通常为62.5μm)。就是说，由于其中采用非常基本的透镜，上述出版物中公开的结合经典光学基WDM方法原理的WDM装置不能在单个光纤中接收和传输光束，其中存在不可接受的插入损耗和信道串音量。这些不可接受的插入损耗和信道串音量的原因主要是由于这些非常基本透镜的不适当成像能力，这些透镜通常是由标准光学玻璃材料制作的。
建议解决上述光学成像问题的一种方案是添加标准光学玻璃材料制作的附加透镜到WDM装置中，从而导致WDM装置中有双重透镜，三重透镜，和甚至多重透镜的结构。添加这些附加的透镜到WDM装置中，其中添加的透镜有高低不同的折射率，可以有效地抵消主要由透镜球面性质引起的像差。然而，增加的成本是添加这些附加透镜的直接成本以及与此相关的间接成本，间接成本包括有多个透镜的WDM装置使复杂性增大和生产率下降。
建议解决上述光学成像问题的另一种方案是利用渐变折射率透镜(即，Gradium透镜)。利用这些渐变折射率透镜导致大大提高WDM装置内成像系统的质量。然而，制造这些渐变折射率透镜的成本大大高于制造标准均匀折射率透镜的成本，尽管这两种透镜都是使用标准光学玻璃材料制成的。
鉴于上述的情况，我们真正需要的是这样一种WDM装置，它具有或允许所有这些特性：低的成本，元件集成，环境和热稳定性，低的信道串音，低的信道信号损耗，便于接口，信道数目多，和窄的信道间隔。因此，需要提供这样一种WDM装置，它克服上述的不足和缺点，而同时具有或允许所有上述特性。
发明目的
本发明的主要目的是提供波分复用/去复用装置，该装置利用均匀折射率透镜获得增加的装置性能，以及降低装置的成本，复杂性和制造风险。
根据以下的详细描述并结合附图，上述的本发明主要目的，以及其他目的，特征和优点是显而易见的。
发明内容
按照本发明提供一种改进的波分复用装置。在一个优选实施例中，改进的波分复用装置有衍射光栅，用于把多个单色光束组合成一个复用多色光束。改进波分复用装置中的这种改进源于使用均匀折射率准直/聚焦透镜，用于准直沿第一方向传播到衍射光栅的多个单色光束，和用于会聚来自衍射光栅沿第二方向传播的复用多色光束，第二方向与第一方向大致相反。衍射光栅最好是反射式衍射光栅，该衍射光栅以相对于第一方向和第二方向的利特罗衍射角取向。
均匀折射率准直/聚焦透镜通常是平凸均匀折射率准直/聚焦透镜，或双凸均匀折射率准直/聚焦透镜，虽然其他的透镜结构也是可行的。例如，均匀折射率准直/聚焦透镜可以是球面透镜或非球面透镜。此外，均匀折射率准直/聚焦透镜有高折射率，且通常工作在电磁波频谱的红外(IR)区，因为这个区域是石英基光纤功率损耗(衰减)和色散非常低的区域。因此，均匀折射率准直/聚焦透镜通常是选自SF59，PBH71，LAH78一组高折射率玻璃材料和其他的高折射率玻璃材料制成，这些玻璃材料在电磁波频谱的红外(IR)区中有效地传输光束。
按照本发明的其他方面，改进的波分复用装置中的这种改进可以是利用均匀折射率准直透镜，用于准直沿第一方向传播到衍射光栅的多个单色光束；和利用均匀折射率聚焦透镜，用于会聚来自衍射光栅沿第二方向传播的复用多色光束。在此情况下，第二方向不同于第一方向，但不是与第一方向相反。
按照本发明的其他方面，可以提供一种集成波分复用装置。就是说，可以提供的集成波分复用装置包括：均匀折射率准直/聚焦透镜，用于准直沿第一方向传播的多个单色光束，和用于会聚沿第二方向传播的复用多色光束。在此情况下，第二方向与第一方向仍大致相反。
集成波分复用装置还包括：粘贴到均匀折射率准直/聚焦透镜的第一均匀折射率引导透镜(boot lens)，用于沿第一方向传输来自均匀折射率准直/聚焦透镜的多个单色光束，和用于沿第二方向传输复用多色光束到均匀折射率准直/聚焦透镜。第一均匀折射率引导透镜有平整的接口面(interface surface)。
集成波分复用装置还包括：第一均匀折射率引导透镜的平整接口面处形成的衍射光栅，用于把多个单色光束组合成复用多色光束，和用于反射该复用多色光束回到第一均匀折射率引导透镜。衍射光栅最好是反射式衍射光栅，该衍射光栅以相对于第一方向和第二方向的利特罗衍射角取向。
按照本发明的其他方面，均匀折射率引导透镜可以合并到均匀折射率准直/聚焦透镜，因此，该均匀折射率准直/聚焦透镜有形成衍射光栅的平整接口面。
按照本发明的其他方面，均匀折射率准直/聚焦透镜可以有平整的接口面，用于从至少一个光源(例如，光纤，激光二极管)接收多个单色光束，和用于输出复用多色光束到至少一个光接收器(例如，光纤，光电检测器)。
按照本发明的其他方面，集成波分复用装置还包括：粘贴到均匀折射率准直/聚焦透镜的第二均匀折射率引导透镜，用于沿第一方向传输多个单色光束到均匀折射率准直/聚焦透镜，和用于沿第二方向传输来自均匀折射率准直/聚焦透镜的复用多色光束。第二均匀折射率引导透镜最好有平整的接口面，用于从至少一个光源接收多个单色光束，和用于输出复用多色光束到至少一个光接收器。
按照本发明的其他方面，可以提供一种波分复用装置。就是说，可以提供的波分复用装置包括：均匀折射率准直透镜，用于准直多个单色光束；和衍射光栅，用于把多个准直的单色光束组合成一个复用多色光束，和用于反射该复用多色光束。该波分复用装置还包括：均匀折射率聚焦透镜，用于会聚反射的复用多色光束。
按照本发明的其他方面，波分复用装置还可以包括：至少一个反射元件，用于反射多个准直的单色光束到衍射光栅，和/或至少一个反射元件，用于反射反射的复用多色光束到均匀折射率聚焦透镜。
此时应当注意，上述的改进波分复用装置，集成波分复用装置，和波分复用装置都是双向装置。因此，改进波分复用装置也可以是改进波分去复用装置，集成波分复用装置也可以是集成波分去复用装置，和波分复用装置也可以是波分去复用装置。
附图说明
为了便于充分地理解本发明，现在参照附图给予描述。不应当把这些附图解释成对本发明的限制，而仅仅作为典型的例子。
图1a是按照本发明有平凸均匀折射率准直/聚焦透镜和反射式衍射光栅的波分复用装置的侧视图。
图1b是图1a所示波分复用装置的顶视图。
图1c是图1a所示波分复用装置的部分透视端图。
图2a是包含多个激光二极管的耦合装置透视图，多个激光二极管用于代替图1a所示波分复用装置中的多个输入光纤。
图2b是包含多个光电检测器的耦合装置透视图，多个光电检测器用于代替图3a所示波分去复用装置中的多个输入光纤。
图3a是按照本发明有平凸均匀折射率准直/聚焦透镜和反射式衍射光栅的波分去复用装置的侧视图。
图3b是图3a所示波分复用装置的顶视图。
图4a是按照本发明有平凸均匀折射率准直/聚焦透镜和反射式衍射光栅的集成波分复用装置的侧视图。
图4b是图4a所示集成波分复用装置的顶视图。
图5a是按照本发明有延伸的平凸均匀折射率准直/聚焦透镜和反射式衍射光栅的集成波分复用装置侧视图。
图5b是图5a所示集成波分复用装置的顶视图。
图6a是按照本发明有凸平均匀折射率准直/聚焦透镜和反射式衍射光栅的波分复用装置的侧视图。
图6b是图6a所示波分复用装置的顶视图。
图7a是按照本发明有凸平均匀折射率准直/聚焦透镜和反射式衍射光栅的集成波分复用装置的侧视图。
图7b是图7a所示集成波分复用装置的顶视图。
图8a是按照本发明有延伸的凸平均匀折射率准直/聚焦透镜和反射式衍射光栅的集成波分复用装置的侧视图。
图8b是图8a所示集成波分复用装置的顶视图。
图9a是按照本发明有双凸均匀折射率准直/聚焦透镜和反射式衍射光栅的波分复用装置的侧视图。
图9b是图9a所示波分复用装置的顶视图。
图10a是按照本发明有双凸均匀折射率准直/聚焦透镜和反射式衍射光栅的集成波分复用装置的侧视图。
图10b是图10a所示集成波分复用装置的顶视图。
图11是按照本发明有双凸均匀折射率透镜和反射式衍射光栅的波分复用装置的侧视图。
具体实施方式
参照图1a和1b，它们分别表示按照本发明一个优选实施例中波分复用装置10的侧视图和顶视图。复用装置10包括：多个输入光纤12，输入光纤耦合器14，平凸均匀折射率准直/聚焦透镜16，反射式衍射光栅18，输出光纤耦合器20，和单个输出光纤22。复用装置10中所有以上标识的部件都沿着光轴X-X布置，在以下要更详细地给以描述。
此时应当注意，输入光纤12和输出光纤22以及此处描述的任何其他光纤是与按照本发明WDM装置结合使用的，它们都是单模光纤。然而，这不应当限制本发明的WDM装置仅能使用单模光纤。例如，本发明的WDM装置也可以使用多模光纤。
此时还应当注意，复用装置10以及此处描述为按照本发明WDM装置的任何其他WDM装置工作在电磁波频谱的红外(IR)区，作为一种密集波分复用(DWDM)装置(即，数据信道的工作信道间隔小于或等于1nm)。然而，这不应当限制本发明的WDM装置仅仅是DWDM装置。例如，本发明WDM装置也可以是标准的WDM装置(即，数据信道的工作信道间隔大于1nm)。
回到图1a和1b，多个输入光纤12是由输入光纤耦合器14组合成一维输入光纤阵列(即，1×4阵列)，而单个输出光纤22固定到输出光纤耦合器20。输入光纤耦合器14和输出光纤耦合器20的用途是便于光纤的操作和精确定位，例如，它们都可以由硅基V形槽部件构成。参照图1c，它表示复用装置10的部分透视端图，展示多个输入光纤12是如何由输入光纤耦合器14组合成一维输入光纤阵列，以及单个输出光纤22如何固定到输出光纤耦合器20。图1c还表示单色输入光束24是从多个输入光纤12中的每个光纤中传输，而单个复用多色输出光束26传输到单个输出光纤22。
从多个输入光纤12传输的每个单色输入光束24在唯一波长上携带单个数据信道，该唯一波长最好是，但不要求是，在电磁波频谱的红外(IR)区内。每个单色输入光束24携带的单个数据信道借助于连接到多个输入光纤12的激光二极管叠加到每个对应的唯一波长上，此处没有画出这些激光二极管，它们也不构成本发明的一部分，但本领域专业人员是熟知的。合适地预先选取单色输入光束24的唯一波长，使各个数据信道互不干扰(即，有足够大的信道间隔)，且通过输入光纤12和输出光纤22的光传输损耗都是低的，这也是本领域专业人员所熟知的。
传输到单个输出光纤22的单个复用多色输出光束26在多个单色输入光束24中每个输入光束的唯一波长上携带多个数据信道。通过平凸均匀折射率准直/聚焦透镜16和反射式衍射光栅18的组合操作，把多个单色输入光束24组合成单个复用多色输出光束26，在以下要更详细地给以描述。
此时应当注意，输入光纤耦合器14和输出光纤耦合器20的布置是偏离开复用装置10的光轴X-X，但它们是与光轴X-X对称的，可以保证单个复用多色输出光束26被引向固定在输出光纤耦合器20中的单个输出光纤22，而不是被引向固定在输入光纤耦合器14中的多个输入光纤12，或任何其他地方。确定输入光纤耦合器14和输出光纤耦合器20的这种偏离间隔是基于平凸均匀折射率准直/聚焦透镜16的聚焦本领，以及衍射光栅18的特性和每个单色输入光束24的波长。
再参照图1a和1b，多个单色输入光束24中的每个光束是从它们对应的输入光纤12传输到输入光纤耦合器14与平凸均匀折射率准直/聚焦透镜16之间的空气间隔。在这个空气间隔内，多个单色输入光束24的直径不断扩大，直至它们入射到平凸均匀折射率准直/聚焦透镜16。平凸均匀折射率准直/聚焦透镜16准直多个单色输入光束24中的每个光束，然后传输每个准直的单色输入光束24′到反射式衍射光栅18。
此时应当注意，平凸均匀折射率准直/聚焦透镜16的光轴是与复用装置10的光轴X-X重合，为的是保证单个复用多色输出光束26被引向固定在输出光纤耦合器20中的单个输出光纤22，而不是被引向固定在输入光纤耦合器14中的多个输入光纤12中的任何一个光纤，或任何其他地方，在以下要更详细地给以描述。
反射式衍射光栅18的作用是角扩散多个准直的单色输入光束24′，角扩散量取决于多个准直的单色输入光束24′中每个光束的波长。此外，反射式衍射光栅18以相对于复用装置10光轴X-X的特殊角(即，利特罗衍射角αi)取向，为的是获得光束的利特罗衍射条件，其中光束的波长是在多个准直的单色输入光束24′的波长范围内或附近。利特罗衍射条件要求，光束入射到反射式衍射光栅的入射角和从该衍射光栅反射的反射角完全相等。所以，本领域专业人员显然知道，利用反射式衍射光栅18得到多个准直的单色输入光束24′中每个光束的近似利特罗衍射条件。
利特罗衍射角αi是由熟知的衍射光栅公式确定的，
             mλ＝2d(sinαi)
其中m是衍射级次，λ是波长，d是衍射光栅的槽间隔，而αi是入射角和反射角的共同角。本领域专业人员显然知道，利特罗衍射角αi取决于各种变量，这些变量可以根据需要进行变化以优化复用装置10的性能。例如，影响利特罗衍射角αi的变量包括：所需的衍射光栅级次，光栅闪耀角，数据信道数目，数据信道间隔，和复用装置10的波长范围。
此时应当注意，反射式衍射光栅18可以利用各种材料和各种技术制成。例如，反射式衍射光栅18可以利用聚合物的三维全息图制成，或利用聚合物材料复制机刻母光栅制成。在以上两种情况下，聚合物上涂敷薄的高反射率金属层，例如，金或铝。或者，反射式衍射光栅18可以利用化学方法刻蚀平整的材料，例如，玻璃或硅，在它上面也涂敷薄的高反射率金属层，例如，金或铝。
如上所述，反射式衍射光栅18的作用是角扩散多个准直的单色输入光束24′。因此，反射式衍射光栅18去掉多个准直单色输入光束24′的角分离，并反射单个准直的多色输出光束26′回到平凸均匀折射率准直/聚焦透镜16。单个准直的多色输出光束26′包含多个准直单色输入光束24′中每个光束的唯一波长。因此，单个准直的多色输出光束26′是单个准直的复用多色输出光束26′。平凸均匀折射率准直/聚焦透镜16会聚单个准直的复用多色输出光束26′，然后传输形成的单个复用多色输出光束26到输出光纤耦合器20，该光束入射到单个输出光纤22。于是，单个复用多色输出光束26耦合到单个输出光纤22中进行传输。
此时还应当注意，输入光纤耦合器14和输出光纤耦合器20的布置是偏离开复用装置10的光轴X-X，但它们是与光轴X-X对称的，可以保证单个复用多色输出光束26被引向固定在输出光纤耦合器20中的单个输出光纤22。然而，除了输入光纤耦合器14和输出光纤耦合器20的这个偏离间隔以外，利用平凸均匀折射率准直/聚焦透镜16得到的复用装置10内输入光束24和输出光束26的提高成像能力，还保证单个复用多色输出光束26以非常有效的方式(即，非常低的插入损耗和可忽略的信道串音)被引向单个输出光纤22。在图1a和1b的实施例中，复用装置10内输入光束24和输出光束26的这种提高成像能力是使用高折射率玻璃材料制成平凸均匀折射率准直/聚焦透镜16的直接结果，在以下要更详细地给以描述。
使用高折射率玻璃材料制成平凸均匀折射率准直/聚焦透镜16以保证复用装置10以非常有效的方式(即，非常低的插入损耗和可忽略的信道串音)工作，这是因为平凸均匀折射率准直/聚焦透镜16的高折射率与相邻于透镜16的空气间隔中非常低折射率之间存在着很大的差值。平凸均匀折射率准直/聚焦透镜16的高折射率与相邻空气间隔的非常低折射率之间的这个很大差值就允许平凸均匀折射率准直/聚焦透镜16分别高效地准直和会聚输入光束24和输出光束26，而同时又使这个透镜16引入到复用装置10的光学系统中波长畸变量减至最小。此外，平凸均匀折射率准直/聚焦透镜16的高折射率与相邻空气间隔的非常低折射率之间的这个很大差值远远大于利用标准光学玻璃制成透镜可以获得的差值，因为标准光学玻璃的折射率远远低于高折射率玻璃材料的折射率。因此，使用高折射率玻璃材料制成平凸均匀折射率准直/聚焦透镜16获得的效率高于使用标准光学玻璃制成透镜可以获得的效率。
用于制成平凸均匀折射率准直/聚焦透镜16的高折射率玻璃材料的例子包括：SF59(Schott玻璃技术公司制造，在波长为1550nm时，n＝1.896)，PBH71(Ohara公司制造，在波长为1550nm时，n＝1.870)，LAH78(Ohara公司制造，在波长为1550nm时，n＝1.860)，以及其他合适的高折射率玻璃材料，这些材料在电磁波频谱的红外(IR)区有效地传输光束，因为这个区域是石英基光纤的功率损耗(衰减)和色散非常低的区域。事实上，大多数WDM装置用在1530-1610nm的窗口中，这个窗口是掺铒光纤放大器(EDFA)工作和光纤有低损耗的范围。这个1530-1610nm区域一般称之为光纤的“第三窗口”。然而，类似地，一些WDM装置还用在光纤的所谓“第二窗口”(即，通常是在1300-1330nm的窗口内)，在此窗口内光纤有很低的色散和低的损耗。因此，大多数现有技术WDM装置利用在这些IR区有效传输的标准光学玻璃。例如，标准光学玻璃FK3(Schott玻璃技术公司制造，在波长为1550nm时，n＝1.450)，BK7(Schott玻璃技术公司制造，在波长为1550nm时，n＝1.501)，K5(Schott玻璃技术公司制造，在波长为1550nm时，n＝1.506)，以及Gradium透镜在这些IR区的光传输效率为每英寸材料厚度97-99％。这个传输效率水平通常是合适的，但是如上所述，在WDM装置中透镜使用这些材料应当考虑与此相关的成本(即，在要求多个透镜的WDM装置中使用标准光学玻璃制造透镜造成元件成本增大，和制造渐变折射率透镜的加工成本增大)。此外，所有这些标准光学玻璃的折射率(即，在1550nm时，通常n≈1.5)远远低于高折射率玻璃材料的折射率(即，在1550nm时，通常n≈1.9)。
使用高折射率玻璃材料制作平凸均匀折射率准直/聚焦透镜16的附加优点是，使用高折射率玻璃材料就可以允许准直/聚焦透镜16是平凸单重透镜，而不是双凸单重透镜，双凸双重透镜，或甚至双凸多重透镜的结构。就是说，平凸均匀折射率准直/聚焦透镜16上仅仅一个曲面的聚焦本领足以提供基本的衍射受限准直/聚焦操作。然而，应当注意，以上的说明并不排除准直/聚焦透镜16是双凸均匀折射率准直/聚焦单重透镜，双重透镜，或甚至多重透镜的结构。与此相反，若准直/聚焦透镜16是双凸均匀折射率准直/聚焦单重透镜，双重透镜，或甚至多重透镜的结构，则复用装置10内输入光束24和输出光束26的成像能力得到进一步的提高，在以下要给以更详细的讨论。
使用高折射率玻璃材料制作平凸均匀折射率准直/聚焦透镜16的另一个优点是，高折射率玻璃材料可以用于减小，或甚至消除透镜16球面性质引起的像差。这些像差的减小是因为高折射率玻璃材料有十分高的折射率，就允许平凸均匀折射率准直/聚焦透镜16可以大大地增加其半径(即，该透镜可以有很小的曲率)，从而导致很小的球面像差和其他像差。例如，若平凸均匀折射率准直/聚焦透镜16是用SF59(例如，Schott玻璃技术公司制造，在波长为1550nm时，n＝1.896)加工制作，而其余部分保持不变，则透镜16所需的半径远远大于(即，该透镜有很小的曲率或很小的坡度)透镜16是用典型光学玻璃FK3(Schott玻璃技术公司制造，在波长为1550nm时，n＝1.450)加工制作的透镜半径，这是因为SF59折射率值与空气折射率值之间的差值(即，1.896-1.0＝0.896)大于FK3折射率值与空气折射率值之间的差值(即，1.450-1.0＝0.450)。就是说，SF59折射率值与空气折射率值之间的差值几乎是FK3折射率值与空气折射率值之间差值的2倍。因此，用SF59加工制作透镜16的半径几乎是用FK3加工制作透镜16半径的2倍。此外，透镜16的球面特性引起的像差通常也是减小相同的倍数(即，约2X)。
使用高折射率玻璃材料制造平凸均匀折射率准直/聚焦透镜16，它对于减小复用装置10中像差水平的上述能力是非常大的。这个发现保证使用高折射率玻璃材料能够导致非常大的透镜设计自由度。利用高折射率可以使透镜坡度的曲率减小，或简化WDM装置中使用的透镜数目和/或透镜复杂性。
此时应当注意，平凸均匀折射率准直/聚焦透镜16，以及此处描述的用于本发明WDM装置中任何其他的均匀折射率准直/聚焦透镜，可以是球面形状或非球面形状。虽然球面透镜比非球面透镜更普遍，主要是因为球面透镜容易加工制造，但是，利用非球面均匀折射率准直/聚焦透镜代替球面均匀折射率准直/聚焦透镜可以进一步提高WDM装置的性能，就是说，非球面均匀折射率准直/聚焦透镜的边缘曲率没有球面均匀折射率准直/聚焦透镜的边缘曲率那么陡峭，从而进一步减小含非球面形状均匀折射率准直/聚焦透镜的WDM装置中球面像差的水平。
此时还应当注意，平凸均匀折射率准直/聚焦透镜16，以及此处描述的用于本发明WDM装置中任何其他的均匀折射率准直/聚焦透镜，通常是涂敷防反射材料，这是由于玻璃材料的高折射率。
此时应当注意，复用装置10中的多个输入光纤12可以用固定在耦合装置30内对应的多个激光二极管28代替，如图2a所示。耦合装置30完成与输入光纤耦合器14类似的功能，该装置把多个激光二极管28精确地组合成一维阵列。多个激光二极管28代替多个输入光纤12，用于传输多个单色输入光束24到复用装置10。激光二极管28的阵列可以单独工作，或可以与合适的聚焦透镜结合使用，提供最佳的耦合以及最小的信号损耗和信道串音量。
此时应当注意，复用装置10以及此处描述的所有复用装置可以工作在相反的配置中作为去复用装置40，如图3a和3b所示。去复用装置40在物理结构上与复用装置10完全相同，因此，它的数字标识也相同。然而，去复用装置40的功能与复用装置10的功能相反。就是说，单个复用多色输入光束42从单个光纤22传输，而多个单色输出光束44传输到多个光纤12，其中多个单色输出光束44中的每个光束传输到多个光纤12中对应的一个光纤。单个复用多色输入光束42同时携带多个数据信道，每个数据信道在唯一的波长上，该波长最好是，但不要求是，在电磁波频谱的红外(IR)区内。多个单色输出光束44中的每个光束在单个复用多色输入光束42中对应一个的唯一波长上携带单个数据信道。通过平凸均匀折射率准直/聚焦透镜16和反射式衍射光栅18的组合操作，单个复用多色输入光束42被分割成多个单色输出光束44。因此，平凸均匀折射率准直/聚焦透镜16和反射式衍射光栅18的作用是完成去复用功能。
此时应当注意，去复用装置40中的多个光纤12可以用固定在耦合装置50内对应的多个光电检测器48代替，如图2b所示。耦合装置50完成与光纤耦合器14类似的功能，该装置把多个光电检测器48精确地组合成一维输入阵列。多个光电检测器48代替多个光纤12，用于接收来自去复用装置40的多个单色输出光束44。光电检测器48的阵列可以单独工作，或可以与合适的聚焦透镜结合使用，提供最佳的耦合以及最小的信号损耗量和信道串音量。
参照图4a和4b，它们分别表示按照本发明另一个优选实施例中波分复用装置60的侧视图和顶视图。复用装置60在物理结构上与复用装置10完全相同，不同的是，在光纤耦合器14，16与平凸均匀折射率准直/聚焦透镜16之间添加第一均匀折射率引导透镜62，以及在平凸均匀折射率准直/聚焦透镜16与反射式衍射光栅18之间添加第二均匀折射率引导透镜64。第一均匀折射率引导透镜62和第二均匀折射率引导透镜64最好是利用熔融石英加工制作(Schott玻璃技术公司制造，在波长为1550nm时，n＝1.444)，虽然也可以利用若干其他的低折射率光学玻璃材料制作。
第一均匀折射率引导透镜62有平整的前表面62a，分别与光纤耦合器14，20和相关的固定光纤12，22匹配。光纤耦合器14，20和固定的光纤12，22可以紧靠平整前表面62a，或利用光胶或一些其他的透光粘合技术，粘贴到平整前表面62a，它取决于系统的移动性要求以及光束的对准和损耗考虑。
第一均匀折射率引导透镜62还有平整的后表面62b，用于与平凸均匀折射率准直/聚焦透镜16的平整前表面16a匹配。利用光胶或一些其他的透光粘合技术，第一均匀折射率引导透镜62的平整后表面62b通常连接或粘贴到平凸均匀折射率准直/聚焦透镜16的平整前表面16a。
第二均匀折射率引导透镜64有凹的前表面64a，与平凸均匀折射率准直/聚焦透镜16的凸后表面16b匹配。利用光胶或一些其他的透光粘合技术，第二均匀折射率引导透镜64的凹前表面64a通常连接或粘贴到平凸均匀折射率准直/聚焦透镜16的凸后表面16b。
第二均匀折射率引导透镜64还有平整的后表面64b，其倾角类似于反射式衍射光栅18，以利特罗衍射角αi相对于复用装置60的X-X光轴取向。如同复用装置10一样，可以使用单独的材料制成反射式衍射光栅18，且利用光胶或一些其他的透光粘合技术，这种材料可以连接或粘贴到第二均匀折射率引导透镜64的平整后表面64b。或者，反射式衍射光栅18可以直接形成在第二均匀折射率引导透镜64的平整后表面64b，从而避免反射式衍射光栅18连接或粘贴到第二均匀折射率引导透镜64的平整后表面64b。在任何一种情况下，反射式衍射光栅18和第二均匀折射率引导透镜64与平凸均匀折射率准直/聚焦透镜16和第一均匀折射率引导透镜62集成在一起，制成小型，坚固以及环境和热稳定的复用装置60。这个复用装置60的集成性质对于维持部件对准是特别有用的，它可以保持长期的稳定性能，而一些非集成的空气介质装置的对准性能随时间下降，因此其性能也随时间下降。
复用装置60的功能与复用装置10的功能完全相同，不同的是，由于分别添加了第一均匀折射率引导透镜62和第二均匀折射率引导透镜64，光束的传输效率略微减小。然而，即使光束的传输效率略微减小，复用装置60的光学性能仍然是卓越的，这是因为使用高折射率玻璃材料制成平凸均匀折射率准直/聚焦透镜16。如上所述，可以利用高折射率玻璃材料减小或甚至消除透镜16球面性质引起的像差。尽管分别添加了第一均匀折射率引导透镜62和第二均匀折射率引导透镜64，这些像差仍然是减小的。例如，若第一均匀折射率引导透镜62和第二均匀折射率引导透镜64是用第一种类型标准光学玻璃(例如，Schott玻璃技术公司制造的熔融石英，在波长为1550nm时，n＝1.444)加工制作和平凸均匀折射率准直/聚焦透镜16是用SF59(Schott玻璃技术公司制造，在波长为1550nm时，n＝1.896)加工制作，而其余部分保持不变，则透镜16所需的半径远远大于(即，该透镜有小的曲率或小的坡度)用第二种类型标准光学玻璃(例如，Schott玻璃技术公司制造的BK7，在波长为1550nm时，n＝1.501)制造的透镜半径，这是因为SF59的折射率值与熔融石英折射率值之间有较大的差值(即，1.896-1.444＝0.452)，与此对比，BK7的折射率值与熔融石英折射率值之间有较小的差值(即，1.501-1.444＝0.057)。就是说，SF59的折射率值与熔融石英折射率值之间差值是BK7的折射率值与熔融石英折射率值之间差值的7.93倍。因此，就允许SF59制造的透镜16半径是BK7制造的透镜16半径的7.93倍。此外，透镜16的球面性质引起的像差通常也减小相同的倍数(即，7.93倍)。
参照图5a和5b，它们分别表示按照本发明另一个优选实施例中波分复用装置70的侧视图和顶视图。复用装置70在物理结构上与复用装置60完全相同，不同的是，去掉了第一均匀折射率引导透镜62，而延伸了平凸均匀折射率准直/聚焦透镜16′的平整前表面16′a，使光纤耦合器14，20和固定的光纤12，22分别与平整前表面16′a对接，或利用光胶或一些其他的透光粘合技术，粘贴到平整前表面16′a，它取决于系统的机动性要求以及光束的对准和损耗考虑。类似于复用装置60，复用装置70的集成性质对于维持部件对准是特别有用的，它可以保持长期的稳定性能，而一些非集成的空气介质装置的对准性能随时间下降，因此其性能也随时间下降。复用装置70的功能与复用装置60的功能完全相同，不同的是，由于去掉了第一均匀折射率引导透镜62，光束的传输效率略微增大。
此时应当注意，图1a和1b所示复用装置10中的平凸均匀折射率准直/聚焦透镜16可以用凸平均匀折射率准直/聚焦透镜17代替，形成图6a和6b所示按照本发明另一个实施例中的波分复用装置80。图6a和6b的复用装置80实现上述使用高折射率玻璃材料制成图1a和1b所示复用装置10中平凸均匀折射率准直/聚焦透镜16的优点。就是说，当使用高折射率玻璃材料制成制成图6a和6b所示复用装置80中凸平均匀折射率准直/聚焦透镜17时，也可以实现使用高折射率玻璃材料制成图1a和1b所示复用装置10中平凸均匀折射率准直/聚焦透镜16的上述优点。复用装置80的功能与复用装置10的功能完全相同。
此时应当注意，类似于图4a和4b所示的复用装置60，可以添加均匀折射率引导透镜到图6a和6b所示的复用装置80中，形成图7a和7b所示按照本发明另一个实施例的波分复用装置90。图7a和7b所示的波分复用装置90实现利用图4a和4b所示复用装置60中均匀折射率引导透镜的上述优点。就是说，当利用图7a和7b所示波分复用装置90中第一均匀折射率引导透镜63和第二均匀折射率引导透镜65时，也可以实现利用图4a和4b所示复用装置60中第一均匀折射率引导透镜62和第二均匀折射率引导透镜64的上述优点。类似于复用装置60，复用装置90的集成性质对于维持部件对准是特别有用的，它可以保持长期的稳定性能，而一些非集成的空气介质装置的对准性能随时间下降，因此其性能也随时间下降。复用装置90的功能与复用装置60的功能完全相同。
此时应当注意，可以从图7a和7b所示的复用装置90中去掉第二均匀折射率引导透镜65，和可以延伸凸平均匀折射率准直/聚焦透镜17′的后表面17′b到反射式衍射光栅18，形成图8a和8b所示按照本发明另一个实施例的波分复用装置100。凸平均匀折射率准直/聚焦透镜17′后表面17′b的倾角类似于反射式衍射光栅18，以利特罗衍射角αi相对于复用装置100的X-X光轴取向。如同以上描述的实施例一样，可以利用单独的材料制成反射式衍射光栅18，和利用光胶或一些其他的透光粘合技术，这种材料可以连接或粘贴到凸平均匀折射率准直/聚焦透镜17′的平整后表面17′b。或者，反射式衍射光栅18可以直接形成在凸平均匀折射率准直/聚焦透镜17′的平整后表面17′b，从而避免反射式衍射光栅18连接或粘贴到凸平均匀折射率准直/聚焦透镜17′的平整后表面17′b。在任何一种情况下，反射式衍射光栅18和凸平均匀折射率准直/聚焦透镜17′与第一均匀折射率引导透镜63集成在一起，制成小型，坚固以及环境和热稳定的复用装置100。类似于复用装置70，复用装置100的集成性质对于维持部件对准是特别有用的，它可以保持长期的稳定性能，而一些非集成的空气介质装置的对准性能随时间下降，因此其性能也随时间下降。复用装置100的功能与复用装置70的功能完全相同。
此时应当注意，可以从复用装置60中去掉第一均匀折射率引导透镜62或第二均匀折射率引导透镜64，可以从复用装置70中去掉第二均匀折射率引导透镜64，可以从复用装置90中去掉第一均匀折射率引导透镜63或第二均匀折射率引导透镜65，和可以从复用装置100中去掉第一均匀折射率引导透镜63，在仍然保持使用高折射率玻璃材料制成平凸均匀折射率准直/聚焦透镜16或凸平均匀折射率准直/聚焦透镜17的上述优点的同时，可以建立其他的实施例(未展示)。
参照图9a和9b，它们分别表示按照本发明另一个优选实施例中波分复用装置110的侧视图和顶视图。复用装置110在物理结构上与复用装置10完全相同，不同的是，平凸均匀折射率准直/聚焦透镜16已经用双凸均匀折射率准直/聚焦透镜82代替，为的是进一步提高复用装置110内输入光束24和输出光束26的成像能力。就是说，双凸均匀折射率准直/聚焦透镜82的附加曲面提供附加的成像能力，从而增大复用装置110的光纤耦合效率(FCE)。与插入损耗的量度对比，WDM装置的FCE仅表示WDM装置光学系统中每个数据信道的效率，而不考虑衍射光栅的效率。比较而言，对于图1和9所示WDM装置的结构，利用双凸均匀折射率准直/聚焦透镜82代替平凸均匀折射率准直/聚焦透镜16通常导致FCE增加约1％。因此，必须考虑FCE的微小增加与制造有附加曲面透镜相关的附加成本之间的折衷。当然，通常利用二重，三重或多重透镜的结构可以进一步增大FCE。
参照图10a和10b，它们分别表示按照本发明另一个优选实施例中波分复用装置120的侧视图和顶视图。复用装置120的物理结构与复用装置60的物理结构完全相同，不同的是，平凸均匀折射率准直/聚焦透镜16已经用双凸均匀折射率准直/聚焦透镜82代替，且第一均匀折射率引导透镜62已经用第一均匀折射率引导透镜63代替。如同复用装置110一样，用双凸均匀折射率准直/聚焦透镜82代替复用装置90中的平凸均匀折射率准直/聚焦透镜16，可以进一步提高复用装置120中输入光束24和输出光束26的成像能力。已经用第一均匀折射率引导透镜63代替第一均匀折射率引导透镜62，这是因为第一均匀折射率引导透镜63有凹的后表面63b，可以与双凸均匀折射率准直/聚焦透镜82的凸前表面82a匹配。
此时应当注意，类似于复用装置60，可以从复用装置120中去掉第一均匀折射率引导透镜63或第二均匀折射率引导透镜64，在仍然保持使用高折射率玻璃材料制成双凸均匀折射率准直/聚焦透镜82的上述优点的同时，可以建立其他的实施例(未展示)。
参照图11，它表示按照本发明另一个实施例中波分复用装置130的侧视图。复用装置130与上述实施例不同的是，利用分开的双凸均匀折射率准直透镜102，分开的双凸均匀折射率聚焦透镜106，和反射式衍射光栅104，该衍射光栅的反射角配置不同于上述实施例中的反射角配置。双凸均匀折射率准直透镜102准直多个单色输入光束24，然后传输多个准直的单色输入光束24′到反射式衍射光栅104。反射式衍射光栅104从多个准直的单色输入光束24′中去掉角分离，并反射单个准直的复用多色输出光束26′到双凸均匀折射率聚焦透镜106。双凸均匀折射率聚焦透镜106会聚单个准直的复用多色输出光束26′，然后传输形成的单个复用多色输出光束26到输出光纤耦合器20，该光束入射到单个输出光纤22。于是，单个复用多色输出光束26耦合到单个输出光纤22中进行传输。
按照上述的实践，可以用平凸均匀折射率准直/聚焦透镜，或均匀折射率准直/聚焦二重透镜，三重透镜或甚至多重透镜代替复用装置130中的双凸均匀折射率准直透镜102和/或双凸均匀折射率聚焦透镜106。此外，按照上述实践可以添加均匀折射率引导透镜到复用装置130中。如同上述实施例的情况一样，与利用这些替代/附加部件相关的优点和缺点也适用于复用装置130。当然，最大的优点源于透镜使用高折射率玻璃材料。就是说，与各个实施例无关，WDM装置中的透镜使用高折射率玻璃材料导致增加的装置性能，以及减小装置成本，复杂性，和制造风险。简单地说，透镜使用高折射率玻璃材料，就可以允许构造一组简单，低成本，而强有力的WDM装置，它特别适合于DWDM(即，高信道数目)中的应用。
本发明不局限于上述具体实施例的范围。确实，除了以上描述的以外，本领域专业人员根据以上的描述和附图可以提出本发明的各种变更。因此，这种变更都应当属于所附权利要求书的范围。

Claims (38)

1.一种具有衍射光栅的改进的波分复用装置，用于把多个单色光束组合成一个复用多色光束，这种改进包括：
均匀折射率准直/聚焦透镜，用于准直沿第一方向传播到衍射光栅的多个单色光束，和用于会聚来自衍射光栅沿第二方向传播的复用多色光束，第二方向与第一方向大致相反。
2.按照权利要求1的改进波分复用装置，其中均匀折射率准直/聚焦透镜有高折射率。
3.按照权利要求1的改进波分复用装置，其中均匀折射率准直/聚焦透镜工作在电磁波频谱的红外区。
4.按照权利要求1的改进波分复用装置，其中均匀折射率准直/聚焦透镜是平凸均匀折射率准直/聚焦透镜。
5.按照权利要求1的改进波分复用装置，其中均匀折射率准直/聚焦透镜是双凸均匀折射率准直/聚焦透镜。
6.按照权利要求1的改进波分复用装置，其中均匀折射率准直/聚焦透镜是球面均匀折射率准直/聚焦透镜。
7.按照权利要求1的改进波分复用装置，其中均匀折射率准直/聚焦透镜是非球面均匀折射率准直/聚焦透镜。
8.按照权利要求1的改进波分复用装置，其中均匀折射率准直/聚焦透镜是选自SF59，PBH71，LAH78一组高折射率玻璃材料和其他的高折射率玻璃材料制成，这些玻璃材料在电磁波频谱的红外(IR)区中有效地传输光束。
9.按照权利要求1的改进波分复用装置，其中衍射光栅是反射式衍射光栅，该衍射光栅以相对于第一方向和第二方向的利特罗衍射角取向。
10.一种具有衍射光栅的改进的波分复用装置，用于把多个单色光束组合成一个复用多色光束，这种改进包括：
均匀折射率准直透镜，用于准直沿第一方向传播到衍射光栅的多个单色光束；和
均匀折射率聚焦透镜，用于会聚来自衍射光栅沿第二方向传播的复用多色光束，第二方向不同于第一方向。
11.一种具有衍射光栅的改进的波分去复用装置，用于把一个复用多色光束分割成多个单色光束，这种改进包括：
均匀折射率准直/聚焦透镜，用于准直沿第一方向传播到衍射光栅的复用多色光束，和用于会聚来自衍射光栅沿第二方向传播的多个单色光束，第二方向与第一方向大致相反。
12.按照权利要求11的改进波分去复用装置，其中均匀折射率准直/聚焦透镜有高折射率。
13.按照权利要求11的改进波分去复用装置，其中均匀折射率准直/聚焦透镜工作在电磁波频谱的红外区。
14.按照权利要求11的改进波分去复用装置，其中均匀折射率准直/聚焦透镜是平凸均匀折射率准直/聚焦透镜。
15.按照权利要求11的改进波分去复用装置，其中均匀折射率准直/聚焦透镜是双凸均匀折射率准直/聚焦透镜。
16.按照权利要求11的改进波分去复用装置，其中均匀折射率准直/聚焦透镜是球面均匀折射率准直/聚焦透镜。
17.按照权利要求11的改进波分去复用装置，其中均匀折射率准直/聚焦透镜是非球面均匀折射率准直/聚焦透镜。
18.按照权利要求11的改进波分去复用装置，其中均匀折射率准直/聚焦透镜是选自SF59，PBH71，LAH78一组高折射率玻璃材料和其他的高折射率玻璃材料制成，这些玻璃材料在电磁波频谱的红外(IR)区中有效地传输光束。
19.按照权利要求11的改进波分去复用装置，其中衍射光栅是反射式衍射光栅，该衍射光栅以相对于第一方向和第二方向的利特罗衍射角取向。
20.一种具有衍射光栅的改进的波分去复用装置，用于把一个复用多色光束分割成多个单色光束，这种改进包括：
均匀折射率准直透镜，用于准直沿第一方向传播到衍射光栅的复用多色光束；和
均匀折射率聚焦透镜，用于会聚来自衍射光栅沿第二方向传播的多个单色光束，第二方向不同于第一方向。
21.一种集成波分复用装置，包括：
均匀折射率准直/聚焦透镜，用于准直沿第一方向传播的多个单色光束，和用于会聚沿第二方向传播的复用多色光束，第二方向与第一方向大致相反；
粘贴到均匀折射率准直/聚焦透镜的均匀折射率引导透镜，用于沿第一方向传输来自均匀折射率准直/聚焦透镜的多个单色光束，和用于沿第二方向传输复用多色光束到均匀折射率准直/聚焦透镜，均匀折射率引导透镜有平整的接口面；和
均匀折射率引导透镜平整接口面处形成的衍射光栅，用于把多个单色光束组合成复用多色光束，并反射该复用多色光束回到均匀折射率引导透镜。
22.按照权利要求21的装置，其中均匀折射率引导透镜合并到均匀折射率准直/聚焦透镜，因此，该均匀折射率准直/聚焦透镜有形成了衍射光栅的平整接口面。
23.按照权利要求21的装置，其中均匀折射率引导透镜是第一均匀折射率引导透镜，该装置还包括：
粘贴到均匀折射率准直/聚焦透镜的第二均匀折射率引导透镜，用于沿第一方向传输多个单色光束到均匀折射率准直/聚焦透镜，和用于沿第二方向传输来自均匀折射率准直/聚焦透镜的复用多色光束。
24.按照权利要求23的装置，其中第二均匀折射率引导透镜有平整的接口面，用于从至少一个光源接收多个单色光束，和用于输出复用多色光束到至少一个光接收器。
25.按照权利要求21的装置，其中均匀折射率准直/聚焦透镜有平整的接口面，用于从至少一个光源接收多个单色光束，和用于输出复用多色光束到至少一个光接收器。
26.按照权利要求21的装置，其中衍射光栅是反射式衍射光栅，该衍射光栅以相对于第一方向和第二方向的利特罗衍射角取向。
27.一种集成波分去复用装置，包括：
均匀折射率准直/聚焦透镜，用于准直沿第一方向传播的复用多色光束，并且用于会聚沿第二方向传播的多个单色光束，第二方向与第一方向大致相反；
粘贴到均匀折射率准直/聚焦透镜的均匀折射率引导透镜，用于沿第一方向传输来自均匀折射率准直/聚焦透镜的复用多色光束，并且用于沿第二方向传输多个单色光束到均匀折射率准直/聚焦透镜，该均匀折射率引导透镜有平整的接口面；和
在均匀折射率引导透镜的平整接口面处形成的衍射光栅，用于把复用多色光束分割成多个单色光束，并反射该多个单色光束回到均匀折射率引导透镜。
28.按照权利要求27的装置，其中均匀折射率引导透镜合并到均匀折射率准直/聚焦透镜，因此，该均匀折射率准直/聚焦透镜有形成了衍射光栅的平整接口面。
29.按照权利要求27的装置，其中均匀折射率引导透镜是第一均匀折射率引导透镜，该装置还包括：
粘贴到均匀折射率准直/聚焦透镜的第二均匀折射率引导透镜，用于沿第一方向传输复用多色光束到均匀折射率准直/聚焦透镜，并且用于沿第二方向传输来自均匀折射率准直/聚焦透镜的多个单色光束。
30.按照权利要求29的装置，其中第二均匀折射率引导透镜有平整的接口面，用于从光源接收复用多色光束，并且用于输出多个单色光束到至少一个光接收器。
31.按照权利要求27的装置，其中均匀折射率准直/聚焦透镜有平整的接口面，用于从光源接收复用多色光束，并且用于输出多个单色光束到至少一个光接收器。
32.按照权利要求27的装置，其中衍射光栅是反射式衍射光栅，该衍射光栅以相对于第一方向和第二方向的利特罗衍射角取向。
33.一种波分复用装置，包括：
均匀折射率准直透镜，用于准直多个单色光束；
衍射光栅，用于把多个准直的单色光束组合成一个复用多色光束，和用于反射该复用多色光束；和
均匀折射率聚焦透镜，用于会聚反射的复用多色光束。
34.按照权利要求33的装置，还包括：
至少一个反射元件，用于反射多个准直的单色光束到衍射光栅。
35.按照权利要求33的装置，还包括：
至少一个反射元件，用于反射反射的复用多色光束到均匀折射率聚焦透镜。
36.一种波分去复用装置，包括：
均匀折射率准直透镜，用于准直复用多色光束；
衍射光栅，用于把准直的复用多色光束分割成多个单色光束，和用于反射该多个单色光束；和
均匀折射率聚焦透镜，用于会聚多个反射的单色光束。
37.按照权利要求36的装置，还包括：
至少一个反射元件，用于反射准直的复用多色光束到衍射光栅。
38.按照权利要求36的装置，还包括：
至少一个反射元件，用于反射多个反射的单色光束到均匀折射率聚焦透镜。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6404945B1 (en) * 1997-12-13 2002-06-11 Lightchip, Inc. Wavelength division multiplexing/demultiplexing devices using homogeneous refractive index lenses
US6304692B1 (en) 1999-09-03 2001-10-16 Zolo Technologies, Inc. Echelle grating dense wavelength division multiplexer/demultiplexer with two dimensional single channel array
JP2006235115A (ja) * 2005-02-23 2006-09-07 Sony Corp 光信号入力装置およびそれを用いた電子機器
JP4662960B2 (ja) * 2007-03-29 2011-03-30 富士通株式会社 波長選択スイッチ
US20160327747A1 (en) * 2013-11-08 2016-11-10 Empire Technology Development Llc Printed ball lens and methods for their fabrication

Family Cites Families (84)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4198117A (en) 1976-12-28 1980-04-15 Nippon Electric Co., Ltd. Optical wavelength-division multiplexing and demultiplexing device
US4111524A (en) 1977-04-14 1978-09-05 Bell Telephone Laboratories, Incorporated Wavelength division multiplexer
US4153330A (en) 1977-12-01 1979-05-08 Bell Telephone Laboratories, Incorporated Single-mode wavelength division optical multiplexer
DE2916184A1 (de) 1979-04-21 1980-10-30 Philips Patentverwaltung Optischer leistungsteiler
US4274706A (en) 1979-08-30 1981-06-23 Hughes Aircraft Company Wavelength multiplexer/demultiplexer for optical circuits
US4299488A (en) 1979-11-23 1981-11-10 Bell Telephone Laboratories, Incorporated Time-division multiplexed spectrometer
US4279464A (en) 1979-12-18 1981-07-21 Northern Telecom Limited Integrated optical wavelength demultiplexer
US4836634A (en) 1980-04-08 1989-06-06 Instruments Sa Wavelength multiplexer/demultiplexer using optical fibers
FR2519148B1 (fr) 1981-12-24 1985-09-13 Instruments Sa Selecteur de longueurs d'ondes
DE3019956A1 (de) * 1980-05-24 1981-12-03 Ibm Deutschland Gmbh, 7000 Stuttgart Modulares, faseroptisches kommunikationssystem
US4343532A (en) 1980-06-16 1982-08-10 General Dynamics, Pomona Division Dual directional wavelength demultiplexer
US4387955A (en) 1981-02-03 1983-06-14 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Holographic reflective grating multiplexer/demultiplexer
CA1154987A (en) 1981-11-27 1983-10-11 Narinder S. Kapany Fiber optics commmunications modules
NL8104121A (nl) 1981-09-07 1983-04-05 Philips Nv Afstembare optische demultiplexinrichting.
NL8104123A (nl) 1981-09-07 1983-04-05 Philips Nv Optische multiplex- en demultiplexinrichting.
DE3213839A1 (de) 1982-04-15 1983-10-27 Philips Patentverwaltung Gmbh, 2000 Hamburg Optische wellenlaengen-multiplex- bzw. -demultiplexanordnung
DE3216516A1 (de) 1982-05-03 1983-11-03 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Optischer wellenlaengendemultiplexer nach dem beugungsgitterprinzip
US4652080A (en) 1982-06-22 1987-03-24 Plessey Overseas Limited Optical transmission systems
FR2537808A1 (fr) 1982-12-08 1984-06-15 Instruments Sa Composant optique a fonction partagee pour teletransmissions optiques
DE3309349A1 (de) 1983-03-16 1984-09-20 Fa. Carl Zeiss, 7920 Heidenheim Wellenlaengen-multiplexer oder -demultiplexer
FR2543768A1 (fr) 1983-03-31 1984-10-05 Instruments Sa Multiplexeur-demultiplexeur de longueurs d'onde, et procede de realisation d'un tel ensemble
US4522462A (en) 1983-05-27 1985-06-11 The Mitre Corporation Fiber optic bidirectional wavelength division multiplexer/demultiplexer with total and/or partial redundancy
US4726645A (en) 1983-08-12 1988-02-23 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Optical coupler
US4643519A (en) 1983-10-03 1987-02-17 International Telephone And Telegraph Corporation Wavelength division optical multiplexer/demultiplexer
FR2553243B1 (fr) 1983-10-11 1990-03-30 Lignes Telegraph Telephon Multiplexeur-demultiplexeur optique de longueurs d'onde pour liaison bidirectionnelle
NL8304311A (nl) 1983-12-15 1985-07-01 Philips Nv Reflectieraster.
DE3503203A1 (de) 1985-01-31 1986-08-07 Standard Elektrik Lorenz Ag, 7000 Stuttgart Optischer multiplexer/demultiplexer
US4773063A (en) 1984-11-13 1988-09-20 University Of Delaware Optical wavelength division multiplexing/demultiplexing system
FR2579044B1 (fr) 1985-03-13 1988-02-26 Commissariat Energie Atomique Dispositif de multiplexage de plusieurs signaux lumineux en optique integree
DE3509132A1 (de) 1985-03-14 1986-09-18 Fa. Carl Zeiss, 7920 Heidenheim Wellenlaengenmultiplexer oder -demultiplexer
FR2579333B1 (fr) 1985-03-20 1987-07-03 Instruments Sa Multiplexeur-demultiplexeur de longueurs d'ondes corrige des aberrations geometriques et chromatiques
EP0226868B1 (de) 1985-12-10 1992-11-25 Siemens Aktiengesellschaft Integriert-optischer Multiplex-Demultiplex-Modul für die optische Nachrichtenübertragung
US4749247A (en) 1986-04-03 1988-06-07 The Mitre Corporation Self-monitoring fiber optic link
FR2609180B1 (fr) 1986-12-31 1989-11-03 Commissariat Energie Atomique Multiplexeur-demultiplexeur utilisant un reseau concave elliptique et realise en optique integree
US4834485A (en) 1988-01-04 1989-05-30 Pencom International Corporation Integrated fiber optics transmitter/receiver device
US5026131A (en) 1988-02-22 1991-06-25 Physical Optics Corporation High channel density, broad bandwidth wavelength division multiplexer with highly non-uniform Bragg-Littrow holographic grating
US4926412A (en) 1988-02-22 1990-05-15 Physical Optics Corporation High channel density wavelength division multiplexer with defined diffracting means positioning
US4857726A (en) 1988-02-29 1989-08-15 Allied-Signal Inc. Method to decode relative spectral data
JPH01306886A (ja) 1988-06-03 1989-12-11 Canon Inc 体積位相型回折格子
US4930855A (en) 1988-06-06 1990-06-05 Trw Inc. Wavelength multiplexing of lasers
US5114513A (en) 1988-10-27 1992-05-19 Omron Tateisi Electronics Co. Optical device and manufacturing method thereof
JPH02143203A (ja) 1988-11-25 1990-06-01 Ricoh Co Ltd 光合分波素子
US4934784A (en) 1989-03-20 1990-06-19 Kaptron, Inc. Hybrid active devices coupled to fiber via spherical reflectors
US4923271A (en) 1989-03-28 1990-05-08 American Telephone And Telegraph Company Optical multiplexer/demultiplexer using focusing Bragg reflectors
US5210374A (en) 1990-05-21 1993-05-11 Channell William H Terminal housing for buried communication lines
US5245404A (en) 1990-10-18 1993-09-14 Physical Optics Corportion Raman sensor
GB2251957B (en) 1990-11-29 1993-12-15 Toshiba Kk Optical coupler
AU661339B2 (en) 1991-09-03 1995-07-20 Scientific-Atlanta, Inc. Fiber optic status monitor and control system
US5228103A (en) 1992-08-17 1993-07-13 University Of Maryland Monolithically integrated wavelength division multiplexing laser array
US5440416A (en) 1993-02-24 1995-08-08 At&T Corp. Optical network comprising a compact wavelength-dividing component
US5457573A (en) 1993-03-10 1995-10-10 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Diffraction element and an optical multiplexing/demultiplexing device incorporating the same
US5355237A (en) 1993-03-17 1994-10-11 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Wavelength-division multiplexed optical integrated circuit with vertical diffraction grating
US5917625A (en) * 1993-09-09 1999-06-29 Kabushiki Kaisha Toshiba High resolution optical multiplexing and demultiplexing device in optical communication system
US5555334A (en) 1993-10-07 1996-09-10 Hitachi, Ltd. Optical transmission and receiving module and optical communication system using the same
US5526155A (en) 1993-11-12 1996-06-11 At&T Corp. High-density optical wavelength division multiplexing
US5450510A (en) 1994-06-09 1995-09-12 Apa Optics, Inc. Wavelength division multiplexed optical modulator and multiplexing method using same
US5500910A (en) 1994-06-30 1996-03-19 The Whitaker Corporation Passively aligned holographic WDM
US5606434A (en) 1994-06-30 1997-02-25 University Of North Carolina Achromatic optical system including diffractive optical element
US5657406A (en) 1994-09-23 1997-08-12 United Technologies Corporation Efficient optical wavelength multiplexer/de-multiplexer
US5703722A (en) 1995-02-27 1997-12-30 Blankenbecler; Richard Segmented axial gradinet array lens
US5541774A (en) 1995-02-27 1996-07-30 Blankenbecler; Richard Segmented axial gradient lens
US5583683A (en) 1995-06-15 1996-12-10 Optical Corporation Of America Optical multiplexing device
FR2738432B1 (fr) 1995-09-01 1997-09-26 Hamel Andre Composant optique adapte a la surveillance d'une liaison multilongueur d'onde et multiplexeur a insertion-extraction utilisant ce composant, application aux reseaux optiques
US5745612A (en) 1995-12-18 1998-04-28 International Business Machines Corporation Wavelength sorter and its application to planarized dynamic wavelength routing
US5768450A (en) 1996-01-11 1998-06-16 Corning Incorporated Wavelength multiplexer/demultiplexer with varied propagation constant
US5777763A (en) 1996-01-16 1998-07-07 Bell Communications Research, Inc. In-line optical wavelength reference and control module
US5742416A (en) 1996-03-28 1998-04-21 Ciena Corp. Bidirectional WDM optical communication systems with bidirectional optical amplifiers
US5745270A (en) 1996-03-28 1998-04-28 Lucent Technologies Inc. Method and apparatus for monitoring and correcting individual wavelength channel parameters in a multi-channel wavelength division multiplexer system
US5748350A (en) 1996-06-19 1998-05-05 E-Tek Dynamics, Inc. Dense wavelength division multiplexer and demultiplexer devices
US5745271A (en) 1996-07-31 1998-04-28 Lucent Technologies, Inc. Attenuation device for wavelength multiplexed optical fiber communications
US5880834A (en) 1996-10-16 1999-03-09 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Convex diffraction grating imaging spectrometer
US6084695A (en) 1997-02-14 2000-07-04 Photonetics Optical fiber wavelength multiplexer and demutiplexer
US6134359A (en) * 1997-11-24 2000-10-17 Jds Uniphase Inc. Optical multiplexing/demultiplexing device having a wavelength dispersive element
US6289155B1 (en) * 1997-12-13 2001-09-11 Lightchip, Inc. Wavelength division multiplexing/demultiplexing devices using dual high index of refraction crystalline lenses
US6243513B1 (en) * 1997-12-13 2001-06-05 Lightchip, Inc. Wavelength division multiplexing/demultiplexing devices using diffractive optic lenses
US6298182B1 (en) * 1997-12-13 2001-10-02 Light Chip, Inc. Wavelength division multiplexing/demultiplexing devices using polymer lenses
US6263135B1 (en) * 1997-12-13 2001-07-17 Lightchip, Inc. Wavelength division multiplexing/demultiplexing devices using high index of refraction crystalline lenses
US5999672A (en) * 1997-12-13 1999-12-07 Light Chip, Inc. Integrated bi-directional dual axial gradient refractive index/diffraction grating wavelength division multiplexer
US6011885A (en) * 1997-12-13 2000-01-04 Lightchip, Inc. Integrated bi-directional gradient refractive index wavelength division multiplexer
US6404945B1 (en) * 1997-12-13 2002-06-11 Lightchip, Inc. Wavelength division multiplexing/demultiplexing devices using homogeneous refractive index lenses
US6011884A (en) 1997-12-13 2000-01-04 Lightchip, Inc. Integrated bi-directional axial gradient refractive index/diffraction grating wavelength division multiplexer
US6236780B1 (en) * 1997-12-13 2001-05-22 Light Chip, Inc. Wavelength division multiplexing/demultiplexing devices using dual diffractive optic lenses
US6181853B1 (en) * 1997-12-13 2001-01-30 Lightchip, Inc. Wavelength division multiplexing/demultiplexing device using dual polymer lenses
US6108471A (en) * 1998-11-17 2000-08-22 Bayspec, Inc. Compact double-pass wavelength multiplexer-demultiplexer having an increased number of channels

Also Published As

Publication number Publication date
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