MXPA97008146A - Multiplicador y desmultiplicador de reflexion multiple - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a señalesópticas de acuerdo a su longitud de onda mediante un generador de diferencia de longitud de trayectoóptico que acopla una trayectoria individual que transmite una pluralidad de diferentes señales de longitud de onda a trayectorias múltiples, transmitiendo por separado las diferentes señales de longitud de onda;el generador de longitud de trayectoóptico puede formarse mediante una pila reflectora que tiene una pluralidad de superficies parcialmente reflectora para reflejar porciones sucesivas de la energía de cada una de las diferentes señales de longitud de onda a lo largo de trayectosópticos de diferente longitud.

Description

MULTIPLICADOR Y DESMULTIPLICADOR DE REFLEXIÓN MÚLTIPLE cnripo TÉCNICO La invención se refiere a multipl cadores (rnultiplexores) y desmultiplicadores (desmultiplexores) que utilizan variaciones en la longitud del trayecto óptico para enviar señales ópticas de acuerdo a su longitud de onda.

ANTECEDENTES DE Lñ INVENCIÓN Generalmente, pueden utilizarse los mismos dispositivos para operaciones de multiplicación (multiplexacion) y desmultiplicación (desrnultiplexación) . La diferencia es únicamente el resultado de direcciones opuestas del viaje de ia luz a través de los dispositivos. Los multiplicadores envian señales de diferentes longitudes de onda (conocidas también como canales), viajando en trayectorias ópticas múltiples en una trayectoria individual. Los desmultiplicadores envian diferentes señales de longitud de onda a partir de una trayectoria individual en trayectorias múltiples respectivas. Varias técnicas se utilizan dentro de estos dispositivos para distinguir las diferentes señales de longitud de onda. Una de dichas técnicas consiste en hacer variar las longitudes de trayecto óptico de trayectorias intermedias entre ias -trayectorias individual y múltiples para separar angularrnente diferentes señales de longitud de onda. Guias de onda de longitud vapable est n dispuestas en un progresión lateral para hacer variar relativamente las fases de las diferentes señales de longitud de onda transversales a su dirección de propagación. En general, las diferencias de longitud de trayecto son un entero múltiple de una señal de longitud de onda central, cuyo frente de onda no es afectado por las diferentes distancias de propagación,- sin embargo, las señales de longitud de onda restantes vanan progresivamente en inclinación corno una función de su longitud de onda. Por ejemplo, el frente de onda de La longitud de onda que difiere mas de la longi+ud de onda central es también el rnas inclinado. En la dirección de desrnultiplicación las diferentes señales de longitud de onda entran a las trayectorias intermedias de diferente longitud como frentes de onda paralelos, y salen de las trayectorias intermedias corno frentes de onda relativamente inclinados. La entrada y salida se invierten mediante operaciones de multiplicación. Se utiliza enfoque para convertir la separación angular entre los frentes de onda en una separación lineal que coincide con una disposición lateral de las trayectorias múltiples. Cada una de las diferentes señales de longitud de onda que entran a los dispositivos, exhibe un campo de modo que puede definirse mediante un patrón de radiación en un plano transversal a la dirección de propagación. Por lo regular, el patr n sigue una distribución de tipo Gaussiano. Las •trayectorias intermedias transmiten individualmente diferentes secciones de los campos de modo de cada señal; sin embargo, en conjunto, las trayectorias intermedias preservan la distribución general de energía en los campos de modo originales (es decir, el valor m ximo de las intensidades en las trayectorias intermedias sigue un patrón que se acopla a la distribución de energía en los campos de odo originales). Sin embargo, dichas di tribuciones no están bien adaptadas para acoplar e icientemente ios frentes de onda inclinados a ias trayectorias múltiples lateralmente dispuestas. Las diferentes señales de longitud de onda que tienen trentes de onda inclinados se inclinan también efectivamente a la dirección de propagación, y se enfocan en posiciones que se desvian correspondientemente a partir de la posición del foco de un frente de onda no inclinado. Como resultado, l á eficiencia de transmisión tiende a disminuir con niveles crecientes de inclinación del frente de onda. Es decir, la señal de longitud de onda central se acopla rnas eficientemente,- sin embargo, otras señales de longitud de onda exhiben perdidas mayores, especialmente aquellas señales de longitud de onda rnas remotas de la señal de longitud de onda central.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención, en una o rnas «le sus diferentes modalidades, mejora la eficiencia de acoplamiento de los multiplicadores y desmultiplicadores, controlando las distribuciones de energía independientemente de las distribuciones individuales del campo de modo de diferentes señales de longitud de onda. Las diferencias de longitud de trayecto óptico se utilizan aun para distinguir angularrnente las diferentes señales de longitud de onda, pero la distribución de la energía a través de los trayectos ópticos de diferente longitud no se acopla a las distribuciones del campo de modo de las señales. En lugar de dividir los campos de modo en diferentes secciones y transmitir diferentes secciones, las trayectorias de diferente longitud de la presente invención pueden disponerse para reunir porciones sucesivas de la energía a lo largo de los campos de modo. En otras palabras, cada una de las trayectorias de diferente longitud de la presente invención incluye energía extraída a partir de un muestreo de diferentes posiciones en el campo de modo de cada una de las diferentes señales de longitud de onda. Una modalidad del aparato novedoso de multiplicación y desrnultipiicación es preferiblemente de un tipo que acopla una trayectoria individual para transmitir una pluralidad de diferentes señales de longitud de onda con trayectorias múltiples para transmitir por separado las diferentes señales de longitud de onda utilizando un generador de diferencia de longitud de trayecto óptico que tiene una pluralidad de trayectorias intermedias de diferente longitud. Sin embargo, en contraste con los generadores convencionales de diferencia de longitud de trayecto óptico, un divisor de haz ixto dentro del presente generador de diferencia de longitud de trayecto óptico: (a) desvia una porción de la energía a partir de sitios múltiples en el campo de modo de cada una de las diferentes señales de longitud de onda a lo largo de una de las trayectorias intermedias de diferente longitud, (b) desvia una porción de la energía restante a partir de sitios múltiples en el campo de modo de cada una de las diferentes señales de longitud de onda a lo largo de otra de Las trayectorias intermedias de diferente longitud, y (c) continua desviando porciones sucesivas de la energía restante a partir de sitios múltiples en el campo de modo de cada una de las diferentes señales de longitud de onda a lo largo de otra de las trayectorias intermedias de diferente longitud hasta que substancialrnente toda la energía de cada una de las diferentes señales de longitud de onda se desvía sucesivamente a lo largo de las otras trayectorias intermedias de diferente longitud. Las trayectorias intermedias de diferente longitud están dispuestas en un patrón para separar angularmente las diferentes señales de longitud de onda. Puede utilizarse una óptica de enfoque separado para acoplar las señales de longitud de onda angularrnente separadas a ias trayectorias múltiples. La cantidad de energía en cada trayectoria intermedia es controlada por La cantidad de energía desviada en la trayectoria intermedia a partir de los sitios múltiples en el campo de modo de cada señal de longitud de onda distinta rnas que a partir de un sitio individual en el campo de odo. Este nuevo control sobre la distribución de energía entre las trayectorias intermedias puede utilizarse para proveer eficiencias de acoplamiento rnas uniformes entre las diferentes señales de longitud de onda. El generador de diferencia de longitud de -trayecto óptico que incluye el divisor de haz mixto, puede formarse como una pila reflectora que tiene una pluralidad de superficies reflectoras parcialmente traslapantes para acoplar las trayectorias individual y múltiples. Cada una de las superficies parcialmente reflectoras se orienta para reflejar una porción de la energía de cada una de las diferentes señales de longitud de onda a un ángulo de reflexión diferente de cero, y se sit a relativamente para hacer variar las longitudes de trayecto óptico entre las trayectorias individual y múltiples transversales a una dirección de propagación entre ellas. Por ejemplo, la primera de las superficies parcialmente reflectoras refleja una porción de la energía de cada una de las diferentes señales de longitud de onda a lo largo de la primera de las trayectorias intermedias de diferente longitud y transmite la porción restante de La energía de cada una de las diferentes señales de longitud de onda a la segunda de las superficies parcialmente reflectoras. La segunda de las superficies parcialmente reflectoras refleja una porción de la energía i estante de cada una de las diferentes señales de longitud de onda a lo largo de la segunda de las trayectorias intermedias de diferente longitud, y transmite ia otra porci n restante de ia energía de cada una de Las diferentes señales de longitud de onda a la tercera y subsecuente superficie parcialmente reflectora, hasta que substancialmente toda la energía de cada una de las diferentes señales de longitud de onda se divide entre otras trayectorias int medias. Las superficies parcialmente reflectoras de la pila pueden formarse alternando capas que tienen diferentes índices de refracción, o alternando capas ransmisoras y parcialmente reflectoras, tal como películas reflectoras de un cuarto de onda. Preferiblemente, las superficies parcialmente reflectoras son paralelas y están substancialmente igualmente separadas. Las cantidades de energía distribuidas entre las trayectorias intermedias son controladas por los grados de reflex ividad exhibidos por Las superficies parcialmente reflectoras. Las diferencias de longitud de trayecto óptico entre ias superficies parcialmente reflectoras son controladas por el ángulo de reflexión diferente de cero de las superficies parcialmente reflectoras, la separación entre las superficies parcialmente reflectoras y los índices de refracción de los medios de transmisión.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La figura 1 es una disposición de una irnplernentacion óptica global del multiplicador y desmultiplicador novedoso. La figura 2 es una vista parcial de una pila reflectora utilizada en el multiplicador y desmul iplicador novedoso como un generador de diferencia de longitud de trayecto óptico. La figura 3 es una vista en planta de una irnpleinentacion óptica integrada del multiplicador y desmultiplicador novedoso. La figura 4 es una vista en sección transversal a lo largo de La línea 4-4 de la figura 3 mostrando una guia de onda de microcanales. Las figuras 5A, 5B y 5C son vistas en sección transversal a lo largo de la linea 5-5 de la figura 3 mostrando estructuras alternativas para formar un generador de diferencia de longitud de trayecto óptico. La figura 6 es una vista en sección en planta de una pila reflectora sintomzable.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN En una implernentacion óptica global 10 del multiplicador y desmultiplicador novedoso mostrado en la figura 1, una trayectoria individual 12 para transmitir diferentes señales de longitud de onda " ?i - Xn " y trayectorias múltiples 14, 16 y 18 para transmitir por separado las mismas señales, son fibras ópticas de modo individual. Durante las operaciones de desrnultiplicacion, la trayectoria individual 12 es una trayectoria de entrada, y las trayectorias m ltiples 14, 16 y L8 son trayectorias de salida. La entrada y salida se invierten durante las operaciones de multiplicación. Por sencillez, los otros componentes del multiplicador y desmultiplicador novedoso se mencionan con respecto a una dirección de viaje de la luz para operaciones de desmultiplicad on. Un ensamble 20 en forrna de haz de luz, incluyendo un Lente colimante 22 y un lente cilindrico 24, acopla la trayectoria individual 12 a una pila reflectora 26, que funciona como un generador de diferencia de longitud de trayecto óptico de etapas múltiples. Las diferentes señales de longitud de onda " - ?n " son recibidas por la pila reflectora 26 como un haz estrecho 28 que tiene una pluralidad de frentes de onda paralelos que se propagan a lo largo de una trayectoria lineal común 30, teniendo cada una cantidad dada de energía distribuida a todo lo largo de un campo de modo. La pila reflectora 26 incluye un pluralidad de superficies parcialmente reflectoras 32, 34, 3b y 38 que se traslapan a lo Largo de la trayectoria común 30. Las superficies parcialmente reflectoras 32, J4, 36 y 38 se forman preferiblemente mediante una película reflectora delgada, tal corno una película de un cuarto de onda de alto índice de refracción o de aire. Pueden utilizarse también capas de materiales que alternan entre índices de refracción altos y bajos. unque en la figura 1 solo se muestran 4 superficies parcialmente reflectoras, pueden necesitarse 20 o mas de dichas superficies parcialmente reflectoras para lograr la eficiencia de acoplamiento y la atenuación de interferencia deseadas. Cada una de las superficies parcialmente reflectoras 32, 34 y 36 funciona como un divisor de haz de dos vías, reflejando una porción de la energía de sitios múltiples en el campo de modo (por ejemplo, a lo largo de todo el campo de odo) de cada una de las diferentes señales de longitud de onda " i - ?n " y transmitiendo una porción restante de la energía de cada una de las diferentes señales de longitud de onda ")vi -?n " a una superficie sucesiva de las superficies parcialmente reflectoras 34, 36 y 38. Aunque la porción reflejada de la energía se extrae preferiblemente uniformemente a lo largo de todo el campo de modo, ias superficies parcialmente reflectoras 32, 34 y 36 pueden formarse también con áreas definidas de mayor reflectividad para extraer la energía de una pluralidad de sitios en el campo de modo. En el ultimo caso, las áreas definidas estarían preferiblemente alternas entro capas parcialmente reflectoras, de modo que todo el campo de modo se refl ]a finalmente. Las capas transmisoras 42, 44 y 46 transmiten las diferentes señales de longitud de onda "?i - ?n " entre las superficies parcialmente reflectoras 32, 34, 36 y 38. La última superficie parcialmente reflectora 38 a lo largo de la trayectoria común 30 puede hacerse también totalmente reflectora para aumentar al m ximo la eficiencia de acopiarnient o. En relación a la figura 2, la superficie parcialmente reflectora 32 refleja una porción de la energía de cada una de las diferentes señales de longitud de onda "Xi - Kn " a partir de la trayectoria común 30 a una trayectoria intermedia 52 a un ángulo de reflexión 0? , y transmite la energía restante a lo largo de la trayectoria común 30 a la superficie parcialmente reflectora 34. Una porción de la energía restante es reflejada por la superficie parcialmente reflectora 34 a partir de la trayectoria cornun 30 a una trayectoria intermedia 54 a un ángulo de reflexión 0t y el resto de la energía es transmitido por la superficie parcialmente reflectora 34 a la siguiente superficie parcialmente reflectora 36. De nuevo, la siguiente superficie parcialmente reflectora 36 refleja una porción y transmite otra porción de la energía incidente. La porción reflejada es desviada a partir de la trayectoria común 30 a una trayectoria intermedia 56. La porción transmitida es transmitida a superficies sucesivas similares parcialmente reflectoras (por ejemplo, la superficie refLectora 38) hasta que substancialrnente toda la energía de las diferentes señales de longitud de onda "?i- ?n " es desviada de La trayectoria común 30 a trayectorias intermedias adicionales (por ejemplo, la trayectoria intermedia 58). Las superficies parcialmente reflectoras 32, 34, 36 y 38 están orientadas paralelas entre si y están separadas a una distancia aproximadamente constante "L " . Ll ángulo de reflexión "?i " a partir de la pila reflectora 26 se muestra a aproximadamente 5 grados para facilitar su ilustración, pero el ángulo "?t " se selecciona preferiblemente para evitar la proximidad al ángulo de Brewster, tal corno dentro de una escala de aproximadamente 5 grados a 15 grados, de modo que la re flectividad de La superficie parcialmente reflectora 32 no depende de la polarización. EL ngulo de reflexión "?t " a partir del interior de la pil reflectora 26 difiere del ngulo de reflexión "?i " por una cantidad de refracción en La entrecara de la superficie parcialmente reflectora 32 más externa. Los dos ángulos "?i y ?t " pueden relacionarse numéricamente corno sigue: ni Sen ?i = nt Sen ?t en donde "m" es el índice de refracción de un medio transmisor-adyacente a la superficie parcialmente reflectora 32 rnas externa de la pila 26, y "nt" es el índice de refracción de la capa transmisora 42. Las reflexiones sucesivas de las superficies parcialmente reflectoras 32, 34, 36 y 38 dividen la energía de Las diferentes señales de longitud de onda "Xi-?-an" entre las trayectorias intermedias 52, 54, 56 y 58 sin considerar- La distribución de la energía en los campos de modo de las diferentes señales de longitud de onda "?i -?.-n " - La distribución de la energía entre las trayectorias intermedias 52, 54, 56 y 58 puede controlarse ajustando las cantidades de reflect vidad exhibidas por la superficies parcialmente reflectoras 32, 34, 36 y 38. Por ejemplo, puede hacerse que las superficies parcialmente reflectoras 32, 34, 36 y 38 aumenten progresivamente en el porcentaje de reflect iv dad para compensar Las cantidades exponencialnente decrecientes de energía que llega a las superficies parcialmente reflectoras subsecuentes 34, 36 y 38. Cuando se calculan las reflectividades deseadas, deben considerarse también las reflexiones sucesivas. Por ejernplo, la figura 2 muestra una porción de la energía reflejada a partir de la capa parcialmente reflectora 34 siendo regresada a lo largo de una trayectoria provisional 60 a la capa parcialmente reflectora 34 por una reflexión parcial a partir de la superficie parcialmente reflectora 32. Una porción incluso menor es reflejada de nuevo por la capa parcialmente reflectora 34 a lo largo de la trayectoria intermedia 56 en alineación con las reflexiones de la superficie parcialmente reflectora 36. El resto de la energía regresada a lo largo de la trayectoria provisional 60 se transmite a las capas susces vas parci lmente reflectoras 36 y 38 para ser desviada a i o Largo de las trayectorias intermedias restantes (por ejemplo, l a trayectoria bO). Las t ayectorias intermedias 52, 54, 56 y 58 vanan en longitud de trayecto óptico corno una función de la separación "Lt" entre dos capas adyacentes parcialmente reflectoras, el índice de refracción "nt" de la capa transmisora intermedia, y un ngulo de reflexión "?t", a partir-de Las dos capas parcialmente reflectoras de acuerdo con ia siguiente ecuación: 60 = 2Ltnt eos ?t en donde "dp" es una diferencia entre las longitudes del trayecto óptico de las trayectorias intermedias adyacentes 52, 54, 56 y 58. La diferencia de longitud de trayecto óptico "6p" se selecciona preferiblemente como un entero múltiple "rn" de una longitud de onda central "?o " que corresponde, por ejemplo, a la longitud de onda de la señal "?i " mostrada en la figura 1. Todas las dernas longitudes de onda diferentes a un entero múltiple vanan en fase corno resultado de la diferencia de longitud de trayecto óptico "d£". El múltiple "rn" está preferiblemente dentro de la escala de 20 a 150 para incrementar los cambios de fase entre las diferentes señales de longitud de onda. La escala de longitud de onda útil del dispositivo, es decir, la escala espectral libre "FSR", está también relacionada al entero múltiple "m" corno sigue: FSR rn Las diferencias de longitud de trayecto "dD" a lo largo de las trayectorias intermedias 52, 54, 56 y 58 combinadas con una separación lateral entre estas trayectorias intermedias crean una dispersión angular entre las diferentes señales de longitud de onda corno se muestra en la figura 1. Expresada numéricamente en radianes por unidad de longitud de onda, la dispersión angular "d?i/d?" entre dos diferentes señales de longitud de onda puede aproximarse corno sigue: d?i -ntcot ?t d? ni ? La dispersión angular entre las " d?i/d?" entre las longitudes de onda puede ser constante a través de todas las trayectorias intermedias adyacentes 52, 54, 56 y 58 para obtener un cambio de primer orden en la inclinación entre las diferentes señales de longitud de onda "?i -?n " , o la dispersión angular "d?i/d?" puede hacerse variar transversamente a la dirección de propagación para producir efectos de mayor orden sobre la forrna del frente de onda. Por ejemplo, la curvatura del frente de onda puede utilizarse para enfoque. Asi, junto con la capacidad para hacer variar el numero, posición y re lectiva dad de las superficies parcialmente reflectoras 32, 34, 36 y 38, las variables que contribuyen a la diferencia de longitud del trayecto "dp" y a La dispersión angular "d?i/d?" pueden controlarse para afectar-tanto la angulapdad relativa y forrna de los frentes de onda respectivos de las diferentes señales de longitud de onda "?i -?n " , asi como también la distribución de energía del campo de modo transmitida en conjunto por las diferentes señales de Longitud de onda "?i-?n"- Ordinariamente, Las eficiencias de acoplamiento uniformes y una menor interferencia entre las señales adyacentes, son los objetivos primarios de dicha optirnizacion. Una óptica de enfoque 62 acopla las señales angularmente inclinadas "?i-?n" entre la pila reflectora 26 y las trayectorias múltiples 14, 16 y 18. Conforme se retira, el frente de onda no inclinado de la señal "? " de la figura 1, que es un múltiple uniforme "rn" de las diferencias de longitud de trayecto óptico "dp", se enfoca a lo largo del eje óptico 64 sobre la trayectoria 14. Las señales restantes "^2 y ?n " se enfocan sobre las trayectorias 16 y 18 a desviaciones crecientes a partir del eje óptico 64 de acuerdo a sus cantidades de inclinación relativas. Otras trayectorias pueden localizarse en cualquier lado del eje óptico 64 para transmitir otras señales de longitud de onda que requieren multiplicación de des ultiplicacion. Una implementacion plana 70 del multiplicador y desmultiplicador novedoso se muestra en la figura 3. Una trayectoria individual 72 y trayectorias múltiples 74 se forman como guias de onda de rnicrocanales en una gu a de luz plana 70. La figura 4, que se ha tornado a Lo largo de la linea 4-4, muestra la guia de onda individual 72 formada por una porción central 71 y una porción de revestimiento circundante 73 sobre un substrato 78. La guia de onda individual 72 transmite las diferentes señales de longitud de onda "?i-?n" corno un haz de luz estrecho 80 directamente a una pila reflectora 02 que tiene una pluralidad de superficies parcialmente reflectoras 84 orientadas paralelas entre si pero inclinadas a un ángulo de reflexión diferente de cero para el haz 80. Las superficies parcialmente reflectoras 84 funcionan corno un divisor de haz mixto similar a las superficies correspondientes de la irnplernentacion anterior 10. Las figuras 5A, 5B y 5C, que se han tomado a lo Largo de la línea 5-5, muestran tres estructuras alternativas de la pila reflectora 82, designadas como 82A, 82B y 82C. En la figura 5A, la pila reflectora 82A se forma mediante una pluralidad de películas reflectoras delgadas 86 separadas por elementos transmisores 88, que pueden estar hechos del mismo material o de materiales distintos de las guías de onda. Las películas reflectoras 86 funcionan co o las superficies parcialmente reflectoras 84. Los elementos transmisores 88 funcionan como substratos transmisores que miden aproximadamente 20µm a lOOOµ de espesor para soportar las películas reflectoras mucho rnas delgadas 86 que miden solo aproximadamente un cuarto de longitud de onda de espesor (aproximadamente 500 fi - 2000 fi). Los elementos transmisores 88 pueden formarse a partir de vanos tipos distintos de materiales que incluyen vidrios, polímeros, semiconductores y materiales electro-ópticos. Ejemplos de materiales de vidrio son S1O2 , sosa-cal-vidrio, sílice impurificado, T1O2 , Ge?2 , AI2O3 , así corno también otros vidrios de oxido o de sulfuro. Los polímeros, que pueden ser materiales tepnofraguados, t-epnoplasticos o curables con luz UV, incluyen policarbonato, polurnida y PrlMA. Los semiconductores incluyen Si, Ge, InP y GaAs. Existe también una amplia gama de materiales para las películas reflectoras 86, que incluyen algunos de los mismos materiales incluidos para los elementos transmisores 88. Ademas de ser parcialmente reflectoras, las películas reflectoras 86 son tambi n parcialmente transmisoras. De hecho, las películas reflectoras 86 son preferiblemente 95% mas transmisoras, de modo que solo un pequeño porcentaje de la energía de las diferente señales de longitud de onda "?i - ?n " es reflejado por cada película reflectora 86. Por ejemplo, las películas reflectoras 86 pueden estar hechas de varios materiales de óxido, sulfuro, mtruro y fluoruro tales corno S13N4 , oximtruro de silicon, MgF2 , P F y ZnS. Pueden utilizarse también otros polímeros transparentes, cristales líquidos y materiales electro-ópticos, incluyendo dichos materiales que pueden depositarse mediante espurreado, i y evaporación convencional o con haz de electrones, y deposición de vapor- químico o de pLasma. Pueden utilizarse también materiales de electrodos transparentes, tales corno ZnO impurificado con aluminio u oxido de estaño-indio. Algunos de estos materiales para formar las películas reflectoras 86 y los elementos transmisores 88 son rnas apropiados para aplicaciones ópticas globales tales corno para producir la pila reflectora 26 de ia rnpLernentacion antepor 10, y otros son rnas apropiados para la pila reflectora 82 de la presente irnplernentacion 70. La elección de los materiales depende también de las características óptimas de los materiales dentro de la escala de longitudes de onda (por ejemplo, 1000 nrn a 1700 nrn) considerados para transmisión a través de la pila reflectora. Asimismo, ias películas reflectoras 86 y los elementos transmisores 88 deben exhibír baja absortancia para aumentar al máximo la eficiencia. La pila r-eflectora 82b de la Figura 5b es similar, excepto que espacios de aire 90 entre los elementos transmisores 92 substituyen a las películas reflectoras delgadas. Debido a una variación de índice en las entrecaras entre los espacios de aire 90 y los elementos transmisores 92, las entrecaras funcionan como las superficies parcialmente reflectoras 84. Dado que el índice de refracción del aire es fijo, los niveles de reflexión de cada entrecara se controlan ajustando los índices de refracción de los elementos transmisores 92.

La variación del índice se utiliza también en la pila reflectora 82C de la Figura 5C para producir- Las superficies parcialmente reflectoras 04. La pila B2C se obtiene alternando capas 94 y 96 de diferentes índices de refracción (es decir, índices de refracción altos y bajos). Las entrecaras entre las capas 94 y 96 proveen reflectividad parcial corno una función de las diferencias entre los mdices de refracción. De nuevo, algunos de los rnisrnos materiales, incluyendo aquellos incluidos para Los elementos transmisores 88 o la película reflector-a 86, pueden utilizarse para las capas alternas 94 y 96 de índices de refracción bajos y altos. Ejemplos de materiales de bajo índice de refracción incluyen varios vidrios tales corno S1O2 , S1O2 impurificado con B2O3, S1O2 impurificado flurnmado y aß lFß, asi corno también polímeros tales corno PMrlA y silicones. Vidrios de alto índice de refracción incluyen S13N4 , T1O2 , Ge?2 , ZnS, PbF2 y Si. Los polímeros con índices adecuadamente altos incluyen materiales de policarbonato, polumida y fotorresistentes. Similar a la irnplementacion 10, el campo de modo que emerge de la pila reflectora 82 se determina en gran parte mediante las reflectividades relativas y posiciones de ias superficies parcialmente reflectoras 84. La dispersión angular-de las diferentes señales de longitud de onda "?i ~?n " se determina ademas mediante los diferentes índices de refracción de las capas transmisoras (por ejemplo, 88) y los ngulos de reflexión a partir de las superficies parcialmente reflectoras 84. Una lente convergente 98 (Figura 3) convierte la separación angular entre las diferentes señales de longitud de onda "?i-?n" en una separación espacial que cor-responde a las posiciones de las guias de onda múltiples 7k . En otras palabras, cada una de las diferentes señales de longitud de onda "?i- n" 'se enfoca en una guia de onda distinta de las guias de onda múltiples 74. Un abanicado gradual de Las guias de onda múltiples i74 se utiliza para conexión a fibras pticas más grandes, las cuales no se muestran. Ademas de las irnplernentaciones planas integradas y globales 10 y 70, el multiplicador y desmultiplicador novedoso puede ensamblarse a partir de ópticas híbridas. Por ejemplo, las trayectorias individual y múltiples pueden i pl ementarse sobre una guia de luz plana, y el generador de diferencia de longitud de trayecto óptico o ia óptica de enfoque pueden hacerse por separado y acoplarse a la guia de luz plana. Una forma de hacer por separado una pila reflectora con uniformidad incrementada entre las capas es (a) tratar una superficie de una placa de material transmisor para formar una superficie parcialmente reflectora, (b) dividir la placa en secciones, y (c) ensamblar las secciones en una pila traslapante. Sin importar si la implementación es óptica, híbrida, integrada o global, la fabricación para tolerancias precisas necesarias para enviar señales de longitud de onda ? ? estrechamente espaciadas (por ejemplo, difiriendo en L nrn o menos), puede ser difícil. Corno resultado, puede ser necesaria cierta "sintonizaci n" subsecuente. La sintonización puede lograrse utilizando uno o rnas materiales del generador de diferencia de longitud de trayecto óptico que varíe en índice, tamaño, o reflectividad en respuesta a condiciones locales tales corno temperatura, presión, o campos magnéticos o eléctricos. Por ejemplo, La Higura b muestra un ejemplo de una p la reflectora sintoruzable 100 que tiene capas de película reflectoras 102 separadas por capas de substrato transmisoras 104. Las capas de película reflectoras 102 están hechas de un material conductor transparente tal corno ITO, y las capas de substrato transmisoras 104 están hechas de un cristal individual o Silicon puro o impurificado. Un voltaje generado por un dispositivo de sintonización 106 y aplicado a través de las capas reflectoras 102 del material conductor, cambia el índice de refracción de las capas transmisoras 104 para hacer variar las longitudes de trayecto óptico entre las capas reflectoras 102. La separación física "Lt" entre las capas reflectoras 102 puede modificarse substituyendo un cristal piezoelect rico (tal como fluoruro de polivimlideno) para el cristal de silicón de la capa transmisora 104. Puede utilizarse un voltaje igualmente aplicado para expander o contraer el cristal piezoelectpco en la dirección de la separación física "Lt".

Pueden utilizarse también voltajes a través de las capas reflectoras electro-ópticas para controlar las características reflectoras de las capas. Además, el dispositivo de sintonización 106 puede modificarse para controlar la temperatura, presión o los campos magnéticos o eléctricos en la vecindad de las otras capas transmisoras y reflectoras que reaccionan igualmente a dichas influencias.

Claims (72)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1.- Un aparato para enviar señales ópticas de acuerdo a su longitud de onda, que compr'ende: una trayectoria individual que transmite una pluralidad de diferentes señales de longitud de onda, cada una teniendo una cantidad dada de energía distribuida a lo largo de un campo de odo; trayectorias múltiples que transmiten por separado las diferentes señales de longitud de onda; un generador de diferencia de longitud de trayecto óptico que tiene una pluralidad de trayectorias intermedias de diferente longitud para acoplar dichas trayectorias individual y múltiples; y dicho generador de longitud de trayecto óptico que incluye un divisor de haz mixto que: (a) desvia una porción de la energía a partir de sitios múltiples en el campo de modo de cada una de las diferentes señales de longitud de onda a lo largo de una de las trayectorias intermedias de diferente longitud, (b) desvia una porción de la energía restante a partir de sitios múltiples en el campo de modo de cada una de las diferentes señales de longitud de onda a lo largo de otra de las trayectorias intermedias de diferente longitud, y (c) continua desviando porciones sucesivas de la energía restante a partir de sitios múltiples en el campo de modo de cada una de las diferentes señales de longitud de onda a lo largo de otra de las trayectorias intermedias de diferente longitud hasta que substancialrnente toda la energía de cada una de las diferentes señales de longitud de onda se desvia sucesivamente a lo largo de las otras trayectorias intermedias de diferente longitud.

2.- El aparato de la reivindicación 1, en el que dichas trayectorias intermedias de diferente longitud están dispuestas en un patrón para separar angularrnente las diferentes señales de longitud de onda.

3.- El. aparato de la reivindicación 2, comprendiendo además una óptica de enfoque que acopla las señales de longitud de onda angularmente separadas entre dichas trayectorias intermedias de diferente longitud y dichas trayectorias múltiples.

4.- El aparato de la reivindicación 3, comprendiendo además una óptica de enfoque que acopla las diferentes señales de longitud de onda entre dichas trayectorias intermedias de diferente longitud y dicha trayectoria individual.

5.- El aparato de la reivindicación 3, en el que dicho divisor de haz rnixto controla la distribución de energía entr-e las trayectorias intermedias de diferente longitud independientemente de los campos de modo de las diferentes señales de longitud de onda.

6.- El aparato de la reivindicación 5, en el que dicho divisor de haz mixto distribuye la energía de cada una de las diferentes señales de longitud de onda aproximadamente igualmente entre las trayectorias intermedias de diferente longitud.

7.- El aparato de la reivindicación 1 , en el que dicho divisor de haz mixto del generador de longitud de trayecto óptico incluye una pluralidad de superficies parcialmente reflectoras.

8.- El aparato de la reivindicación 7, en el que una primera de dichas superficies parcialmente reflectoras refleja una porción de la energía de cada una de las diferentes señales de longitud de onda a lo largo de una primera de las trayectorias intermedias de diferente longitud y transmite la porción restante de la energía de cada una de las diferentes señales de longitud de onda a una segunda de dichas superficies parcialmente reflectoras.

9.- El aparato de la reivindicación 8 , en el que dicha segunda superficie parcialmente reflectora refleja una porción de la energía restante de cada una de las diferentes señales de longitud de onda a lo largo de una segunda de las trayectorias intermedias de diferente longitud y transmite la otra porción restante de la energia de cada una de las diferentes señales de longitud de onda a una tercera de dichas superficies parcialmente reflectoras.

10.- El aparato de la reivindicación 9, en el que dicho divisor de haz rnixto incluye por lo menos 20 de dichas superficies parcialmente reflectoras.

11.- El aparato de la reivindicación 9, en el que dichas superficies parcialmente reflectoras están dispuestas en paralelo.

12.- El aparato de la reivindicación 11, en el que dichas superficies parcialmente reflectoras est n separadas mediante una distancia que es igual a un múltiple de las longitudes de onda de las diferentes señales de longitud de onda.

13.- El aparato de la reivindicación 11, en el que dichas superficies parcialmente reflectoras están separadas a avés de una distancia de por lo menos 20 uin.

14. - EL aparato de la reivindicación 9, en el que dicha tercera superficie parcialmente reflector-a refleja una porción de la energía restante adicional de cada una de las diferentes señales de longitud de onda a lo largo de una tercera de las trayectorias intermedias de diferente longitud.

15.- El aparato de la reivindicación 14, en el que dichas primera, segunda y tercera superficies parcialmente reflectoras están situadas relativamente, de modo que una porción de la energía reflejada por dicha segunda superficie parcialmente reflectora es reflejada por dicha primera superficie parcialmente reflectora de vuelta a dicha segunda superficie parcialmente reflectora, en donde una porción disminuida adicional es reflejada de nuevo por dicha segunda superficie parcialmente reflectora a lo largo de dicha tercera trayectoria intermedia.

16.- El aparato de la reivindicación 15, en el que las Longitudes de trayecto óptico a lo largo de dicha tercera rayectoria intermedia formada por dichas reflexiones a partir de dicha tercera superficie parcialmente reflectora y dichas reflexiones sucesivas a partir de dicha segunda superficie parcialmente reflector-a, son substancialrnente iguales.

17.- Un dispositivo multiplicador o desmul i licador optico que comprende: una trayectoria individual para transmitir una pluralidad de diferentes señales de longitud de onda, cada una teniendo una cantidad dada de energía; trayectorias múltiples para transmitir por separado las diferentes señales de longitud de onda; una pila reflectora que tiene una pluralidad de superficies traslapantes parcialmente reflectoras para acoplar dichas trayectorias individual y múltiples; y cada una de dichas superficies parcialmente reflectoras estando orientada para reflejar- una porción de la energía de cada una de las diferentes señales de longitud de onda a un ángulo de reflexión diferente de cero y estando situada relativamente para transmitir una porción restante de la energía de cada una de las diferentes señales de longitud de onda a otra de dichas superficies parcialmente reflectoras para hacer variar las longitudes de trayecto óptico entre dichas trayectorias individual y múltiples transversales a una dirección de propagación entre dichas trayectorias individual y múltiples.

18.- El dispositivo de la reivindicación 17, en el que dicha pila reflectora se forrna mediante capas alternas que tienen diferentes índices de refracción.

19.- El dispositivo de la reivindicación 18, en el que una de dichas capas alternas es aire.

20.- El dispositivo de la reivindicación 18, en el que ambas de dichas capas exhiben baja absortanci .

21.- El dispositivo de la reivindicación 17, en el que dicha pila reflectora se forma mediante capas transmisoras alternas y capas parcialmente reflectoras.

22.-- El dispositivo de la reivindicación 21, comprendiendo ademas un sintonizador para hacer variar un índice de refracción de una de dichas capas transmisoras y parcialmente reflectoras.

23.- El dispositivo de la reivindicación 22, en el que una de dichas capas se forma a partir de un material electro-optico.

24.- El dispositivo de la reivindicación 23, en el que la otra de dichas capas se forma a partir de un material conductor.

25. - El dispositivo de la reivindicación 21, comprendiendo ademas un sintonizador para hacer variar una separación entre las capas parcialmente reflectoras.

26.- El dispositivo de la reivindicación 25, en el que una de dichas capas se hace a partir de un material piezoeléctpco.

27.- El dispositivo de la reivindicación 26, en el que la otra de dichas capas se hace a partir de un material conductor.

28.- El dispositivo de la reivindicación 21, en el que dicha capa parcialmente reflectora es una película reflectora.

29.- El dispositivo de la reivindicación 17, en el que dicha pila reflectora comprende ademas una capa totalmente reflectora que refleja la porción restante de la energía de cada una de Las diferentes señales de longitud de onda n un ang Lo de reflexión diferente de cero.

30.- El dispositivo de la reivindicación 17 , en el que dichas superficies parcialmente reflectoras se extienden paralelas entre si.

31.- El dispositivo de la reivindicación 30, en el que dichas superficies parcialmente reflectoras están separadas substancialrnente equidistantes.

32.- El dispositivo de la reivindicación 31, en el que dichas superficies parcialmente reflectoras est n separadas por capas transmisoras.

33.- Ei dispositivo de la reivindicación 32, en el que dichas capas transmisoras están hechas de substancialrnente el mismo material óptico.

34.- El dispositivo de la reivindicación 17, en el que un par adyacente de dichas superficies parcialmente reflectoras se separa mediante una distancia "Lt", y una capa transmisora entre dichas superficies adyacentes parcialmente reflectoras tiene un índice de refracción "nt".

35.- El dispositivo de la reivindicación 34, en el que una diferencia de longitud de trayecto óptico "&()" entre dichas superficies adyacentes parcialmente reflectoras puede calcularse corno sigue: dp = 2Lt nt cos?t en donde "?t" es un ángulo de reflexión a partir de dicha superficie adyacente parcialmente reflectora dentro de la pila reflectora.

36.- El dispositivo de la reivindicación 35, en el que dicha distancia "Lt" es igual a por lo menos 20 urn.

37.- El dispositivo de la reivindicación 35, en el que dicho ángulo "?t" está entre aproximadamente 5 grados y 15 grados.

38.- El dispositivo de la reivindicación 17, en el que cada una de dichas superficies parcialmente reflectoras refleja una porción de la energía de cada una de las diferentes señales de longitud de onda a lo largo de una pluralidad de trayectorias intermedias de diferente longitud entre dichas trayectorias individual y múltiples.

39.- El dispositivo de la reivindicación 38, en el que la reflectividad parcial de cada una de las superficies parcialmente reflectoras se controla para dividir la energía de cada una de las diferentes señales de longitud de onda aproximadamente igualmente entre dichas trayectorias intermedias de diferente longitud.

40.- El dispositivo de la reivindicación 17, en el que cada una de dichas superficies parcialmente reflectoras refleja sucesivamente una porción de La energía de cada una de las diferentes señales de longitud de onda a lo largo de una pluralidad de trayectorias intermedias de diferente Longitud y transmite una porción restante de la energía de cada una de las diferentes señales de longitud de onda a una sucesiva de las superficies reflectoras en un patrón de repetición hasta que substancialrnente toda la energía de cada una de las diferentes señales de Longitud de onda se refleja lo largo de dichas trayectorias intermedias de diferente longitud.

41.- El dispositivo de la reivindicación 40, en el que dicha piLa reflectora está dispuesta para recibir las diferentes señales de longitud de onda corno una pluralidad de frentes de onda paralelos y para transformar la pluralidad de frentes de onda paralelos en una pluralidad de frentes de onda relativamente inclinados.

42.- El dispositivo de la reivindicación 41, comprendiendo ademas una óptica de enfoque que transforma las señales de longitud de onda relativamente inclinadas en señales de longitud de onda lmealrnente distinguidas alineadas con dichas trayectorias múltiples.

43.- El dispositivo de la reivindicación 41, en ei que dichas superficies parcialmente reflectoras se inclinan a ángulos de reflexión diferentes de cero a lo largo de una dirección de propagación entre dicha trayectoria individual y dicha pila reflectora.

44.- El dispositivo de la reivindicación 43, en el que dicha trayectoria individual se forrna corno una guia de onda en una guia de luz plana.

45.- El dispositivo de la reivindicaci n 44, en el que dicha pila reflectora se forma también en dicha guia de luz plana co o una serie de superficies parcialmente reflectoras orientadas a dichos ngulos de reflexión diferentes de cero.

46.- Un método para dispersar angularrnente difer-ent.es señales de longitud de onda, que comprende: transmitir las diferentes señales de longitud de onda a lo lar-go de una trayectoria común a un generador de diferencia de longitud de trayecto óptico de etapas múltiples; recibir Las diferentes señales de longitud de onda en una primera etapa del generador-de diferencia de longitud de trayecto óptico de etapas múltiples como una pluralidad de frentes de onda paralelos que tienen cantidades dadas de energía; desviar una porción de la energía a lo largo de cada uno de los frentes de onda paralelos a partir de la trayectoria común a una primera trayectoria intermedia; transmitir una porción restante de la energía de cada uno de los frentes de onda paralelos a lo largo de la trayectoria común a una segunda etapa del generador de diferencia de longitud de trayecto óptico de etapas múltiples; desviar una porción de la energía restante a lo largo de cada uno de los frentes de onda paralelos a partir de la trayectoria común a una segunda trayectoria intermedia; repetir dichos pasos de transmitir y desviar porciones sucesivas de la energía restante a lo largo de cada uno de los frentes de onda paralelos a partir de la trayectoria cornun, hasta que substancialrnente toda la energía de cada uno de los frentes de onda paralelos se haya desviado a lo largo de trayectorias intermedias adicionales; y disponer las trayectorias intermedias en una secuencia de longitudes progresivamente variables para transformar la pluralidad de frentes de onda paralelos en una pluralidad de frentes de onda relativamente inclinados.

47.- El rnetodo de la reivindicación 46, incluyendo el paso adicional de acopiar los frentes de onda relativamente inclinados a trayectorias múltiples respectivas.

48.- El rnetodo de la reivindicación 47, en el que dicho paso de acoplamiento incluye enfocar los frentes de onda relativamente inclinados sobre las trayectorias múltiples respectivas.

49.- El método de la reivindicación 46, en el que dichas etapas del generador de diferencia de longitud de trayecto óptico de etapas múltiples incluyen superficies parcialmente reflectoras.

50.- El método de la reivindicación 49, en el que dichos pasos de desviación incluyen porciones parcialmente reflectoras de la energía a lo largo de los frentes de onda paralelos a partir de la trayectoria común hacia las trayectorias intermedias respectivas.

51.- El método de la reivindicación 50, en el que dichos pasos de transmisión de las porciones restantes de la energía incluyen transmitir La energía restante a través de las superficies parcialmente reflectoras.

52.- El m todo de La rei indicación 51, en el que dichos pasos de transmisión de las porciones restantes de la energía incluyen también transmitir la energía restante a t raves de elementos de refracción que separan las superficies parcialmente reflectoras.

53.- Ei rnetodo de la reivi dicación 51, incluyendo el paso adicionar de orientar las superficies parcialmente reflectoras paralelas entre si a un ngulo de reflexión diferente de cero a lo largo de la trayectoria cornun.

54.- El rnetodo de la reivindicación 53, incluyendo el paso adicional de separar las superficies parcialmente reflectoras a través de una distancia substancialmente constante.

55.- El rnetodo de la reivindicación 51, incluyendo el paso adicional de ajustar relativamente la reflectividad de las superficies parcialmente reflectoras para controlar una distribución de energía entre las trayectorias intermedias.

56.- El método de la reivindicación 52, incluyendo el paso adicional de disponer las superficies parcialmente reflectoras y los elementos de refracción en una pila, de modo que las superficies parcialmente reflectoras se traslapan a lo Lar-go de la trayectoria cornun.

57.- El rnetodo de la reivindicación 52, incluyendo el paso adicional de ajustar los índices de refracción de los elementos de refracción para controlar ademas las Longitudes de trayecto óptico de las trayectorias intermedias.

58.- El método de la reivindicación 57 , en el que dicho paso de ajuste incluye usar un control externo para ajustar los índices de refracción de los elementos de refracción.

59.- El rnetodo de la reivindicación 58, en el que dicho control externo es uno de temperatura, presión, campo eléctrico y campo magnético.

60.- El rnetodo de la i eivmdicacion 46, incluyendo el paso adicional de sintonizar el generador de diferencia de longitud de trayecto óptico de etapas múltiples para ajustarías longitudes relativas de trayecto óptico de las trayectorias intermedias.

61.- Un método par-a acoplar una trayectoria individual que transmite una pluralidad de diferentes señales de longitud de onda con trayectorias múltiples para ransmitir por separado las diferentes señales de Longitud de onda independientemente de las distribuciones de energía del campo de modo de las diferentes señales de longitud de onda, comprendiendo los pasos de: dividir una porción de La energía a partir de sitios múltiples en los campos de modo en cada una de las diferentes señales de longitud de onda entre una trayectoria común y una primera de una pluralidad de trayectorias intermedias; desviar una porción restante de la energía de cada una de las diferentes señales de longitud de onda a partir de la trayectoria común a una segunda de las trayectorias intermedias; desviar- sucesivamente otras porciones restantes de la energía de cada una de las diferentes señales de longitud de onda a partir de la trayectoria cornun hacia otras trayectorias intermedias, hasta que substancial mente toda la energía de cada una de las diferentes señales de longitud de onda se haya desviado a lo largo de las trayectorias intermediáis; y dispersar las diferentes señales de longitud de onda transmitidas por* las trayectorias intermedias para acoplarpor separado las diferentes señales de longitud de onda entre las trayectorias intermedias y las trayectorias múltiples.

62.- El rnetodo de la reivindicación 61, en el que dicho paso de desviación incluye desviar la porción restante de la energía a partir de sitios múltiples en los campos de modo de cada una de las diferentes señales de longitud de onda.

63.- El método de La reivindicación 62, en el que dicho paso de desviar sucesivamente incluye desviar sucesivamente las otras porciones restantes de la energía a partir de sitios múltiples en los campos de modo de cada una de las diferentes señales de longitud de onda.

64.- El rnetodo de la reivindicación 61, en el que dicho paso de separación incluye separar una porción de la energía a lo largo de los campos de modo de cada una de las diferentes señales de longitud de onda.

65.- El rnetodo de la reivindicación 64, en el que dicho paso de desviación incluye desviar la porción restante de la energía a Lo Largo de Los campos de odo de cada una de las diferentes señales de longitud de onda.

66.- El rnetodo de La reivindicación 65, en ei que dicho paso de desviación sucesiva incluye desviar sucesivamente las otras porciones restantes de la energía a lo largo de Los campos de modo de cada una de las diferentes señales de longitud de onda.

67.- El método de la reivindicación 61, en el que dicho paso de separación incluye usar una primera superficie parcialmente reflectora para reflejar- la porción de la energía de cada una de las diferentes señales de longitud de onda a lo largo de la primera trayectoria intermedia, y transmitir la porci n restante de la energía de cada una de las diferentes señales de longitud de onda a lo largo de la trayectoria común.

68.- El método de la reivindicación 61, en el que dicho paso de separación incluye usar una primera superficie parcialmente reflectora para reflejar la porción de la energía de cada una de las diferentes señales de longitud de onda a lo largo de la primera trayectoria intermedia, y transmitir la porción restante de la energía de cada una de las diferentes señales de longitud de onda a Lo Largo de la trayectoria común.

69.- El método de la reivindicación 68, incluyendo el paso adicional de ajustar relativamente las reflectividades de la primera y segunda superficies parcialmente reflectoras para controlar una distribución colectiva del modo de campo de las diferentes señales de longitud de onda transmitidas por las t rayectopas i nterrnedi s.

70.- Ei rnetodo de la reivindicación 69, en el que dicha distribución colectiva del modo de campo se controla para mejorar las eficiencias de acoplamiento entre las trayectorias individual y múltiples.

71.- El rnetodo de La reivindicación 61, en el que dicho paso de dispersión incluye formar las trayectorias intermedias con diferentes longitudes de trayecto óptico.

72. - El método de La reivindicación 71, en el que dicho paso de dispersión incluye también disponer Las trayectorias intermedias de diferente longitud en una secuencia de Longitudes progresivamente variables para ínclinar relativarnente los frentes de onda de las diferentes señales de longitud de onda.