[发明专利]集成双向轴向梯度折射率/衍射光栅波分多路复用器

说明书

与有关申请的相互参照

本申请涉及两个另外的专利申请，第一个申请名为“集成双向双轴向梯度折射率/衍射光栅波分多路复用器”[D-97031]，第二个申请名为“集成双向梯度折射率波分多路复用器”[D-97032]，这两项申请与本申请在同一天提出，并且转让给同一个受让人，差别在于有无衍射光栅和梯度折射率元件的数目。

技术领域

本发明一般涉及轴向梯度折射率透镜，本发明尤其涉及在波分多路复用应用中使用的轴向梯度折射率透镜。

背景技术

波分多路复用(WDM)是一项迅速发展的技术，它能够使经光纤发送的数据总量有极为显著的增加。传统上，大多数光纤已经用来在一个波长上单向地传送仅仅一个数据通道。WDM的基本概念是从一根光纤上分别引导和检索多个数据通道。每个数据通道以统一的波长发送，并且适当选择波长，从而使各个通道不相互干扰，并且使光纤的光传输损耗低。现今，有市售的WDM系统，它们允许2至32的通道同时传输。

WDM是增加经光纤传递的数据量(通常称为带宽)的一种节约成本的方法。增加带宽的另外的一些与之竞争的技术包括埋设额外的光缆或提高在光纤上的传输速度。埋设额外的光缆的成本在每公里15，00美元至40，000美元。提高光传输速率越来越受到围绕光纤系统的电子设备的速度和经济性的限制。用电子技术来增加带宽的主要策略之一曾经是使用时分多路复用(TDM)，它把多个较低速率的电子数据通道组合或多路复用在一起，成为单个极高速率的通道。在过去的20年中用这种技术增加带宽曾经非常有效；然而，从技术和经济两方面来看，如今提高传输速度越来越困难。WDM通过使用许多条平行的通道提供了经济上和技术上解决增加带宽的潜力。WDM是TDM的补充，即，WDM能够允许许多同时的高传输速率的TDM通道通过单根光纤。

使用WDM来增加带宽需要两个在概念上对称的基本装置。第一个装置是波分多路复用器。此装置采用多个光束(每个光束具有分立的波长，而它们在空间上起先是隔开的)，并且提供一个装置，用于把所有的不同波长的光束组合成适合于引导入一根光纤的单个多色光束。多路复用器可以是完全无源的光学装置或者可以包括控制或监视多路复用器性能的电子设备。多路复用器的输入端一般是用多根光纤做成的；然而，可以使用激光二极管或其他光源。多路复用器的输出端一般是一根光纤。

类似地，用于WDM的第二个装置是波分去多路复用器。此装置的功能与多路复用器的功能相反；它接收从一根光纤输入的多色光束，并且提供一个装置，用于在空间上把波长分开。去多路复用器的输出端一般连接至多根光纤或多个光电探测器。

在过去20年期间，已经建议和示范了各种类型的WDM；例如，参见下述文献：(1)W.J.Tomlinson，《应用光学》，第16卷，第8期，2180-2194页(1997年8月)；(2)A.C.Livanos等人，《应用物理通信》，第30卷，第10期，519-521页(1997年5月15日)；(3)H.Ishio等人，《光波技术杂志》，第2卷，第4期，448-463页，(1984年8月)；(4)H.Obara等人，《电子学通信》，第28卷，第13期，1268-1270页(1992年6月18日)；(5)A.E.Willner等人，《IEEE光子学技术通信》，第5卷，第7期，838-841页(1993年7月)；以及(6)Y.T.Huang等人，《光学通信》，第17卷，第22期，1629-1631页(1992年11月15日)。

然而，尽管有上面所有的方法、设计和技术，但仍然存在对具备成本低、元件可集成、环境和热稳定性好、通道串话低、通道信号损失小、连接容易、通道数目大以及通道间隔窄等全部特性的WDM装置的实际需要。

发明揭示

按照本发明，波分多路复用器或去多路复用器把一个轴向梯度折射率元件和一个衍射光栅相组合，以提供一种集成双向波分多路复用器或去多路复用器装置。为简单起见，将彻底地讨论多路复用器的功能；然而，由于多路复用器和去多路复用器功能的对称性，本发明的讨论也可以直接应用于去多路复用器。本发明的多路复用器包括：

(a)用于接收多个来自一些光纤或其他光源(诸如激光器或激光二极管)的输入光束(它们包含至少一个波长)的装置，该装置包括一个平的前表面，输入光入射在该表面上，并且该装置适合于连接输入光纤或者与其他装置集成；