[发明专利]光功率分配器件

说明书

技术领域

本发明涉及光功率分配器。本发明特别应用于光触屏内所用的光功率分配器，以下的描述将参考这种应用给出。

发明背景

在整个说明书中，对现有技术的任何说明都不应当被认为是承认这些现有技术在本领域内是广为公知的，或者构成公知常识的一部分。

美国专利No.5,914,709和No.6,351,260以及美国专利申请No.2002/0088930A1和No.2004/0201579A1(其内容被以参考引用的方式引入本申请的说明书中)描述了一种光触屏传感器，在该光触屏传感器内，平面光波导被用来在整个屏幕上发射光束阵列，然后在屏幕的另一侧收集这些光束，并将它们引导到位置灵敏探测器。光触屏通常是二维的，沿屏幕的相邻侧有两个发送波导阵列(X，Y)，沿屏幕的另外两侧有两个对应的接收波导阵列。在一个实施例中，单个光源作为“发送侧”的一部分，发射光到多个波导内，这些波导既形成X发送阵列又形成Y发送阵列。在另一个实施例中，这些X发送阵列和Y发送阵列每个都接收来自于单独光源的光。美国专利申请No.2004/0201579教导了在整个屏幕上发射的光束优选地形成为一个光强度基本均匀的薄层(即薄片)。这样，可以使与X、Y接收阵列相关联的光电探测器所需的动态范围降至最小，并增强位置传感算法的灰度级插值。因而，在单光源或者双光源的实施例中，优选地是具有均等的1×N功率分配，将来自光源的功率均等地分配到N个波导的对应阵列内。可以理解，这种类型的光触屏的空间分辨率取决于横穿屏幕的光束的数目，该数目对应于在发送阵列和接收阵列内的波导的数目。然而，由于波导阵列需要安装在屏幕的外框内，因此对于每个阵列内有限数目的波导而言，这是仅有的空间，而这就代表着对基于波导的光触屏的限制。

沿二维方向约束光的光波导(例如光纤或波导管)可以是单模也可以是多模。在单模波导内，光功率以单个良好定义的模式传播，强度分布近似为高斯形。虽然这是种近似，但是这种近似在数学上是方便的，并且在模拟光波导时经常采用。以下，光在单模光波导内的强度分布将被称作高斯形。如图1所示，如果在单模波导管10接入板形区域11时沿一个维度上的约束被提高的话，那么高斯模12会在无约束的维度上发生衍射，产生保持高斯强度分布的扩展波前13。另一方面，在多模波导内，光功率以至少两个或者更多的模传播，整个强度分布比简单的高斯形更加复杂。一旦进入板形区域，光功率就衍射成非高斯形的波前。

对单模波导的情形而言，能够对光功率进行均等的1×N分配的集成光学器件是已知的。本领域已知的这种器件的一类是多模干涉分配器，即通常所说的MMI分配器(L.B.Soldano和E.C.M.Pengings，IEEE Journal of Lightwave Technology vol.13 NO.4，pp.615-627，April 1995)。如图2中这种具体的1×4情形所示，1×N MMI分配器20包括单模输入波导21，多模部分22和N个单模输出波导23。N通常为2的倍数，为了均等地分配，输入波导应当中心地设在多模区域的输入端面上，输出波导应当沿着输出端面均匀地隔开。通过恰当地选择多模部分22的宽度和长度，从输入波导21发出的光“自成像”，在输出波导的入口处形成N个映像。虽然理论上N可以是2的任意倍数，但是诸如器件长度、制造容差这类实际考虑却将MMI分配器限制为很低的端口数，像1×2，1×4，或1×8。另外，因为MMI器件产生良好成形的自映像要依赖于干涉效应，所以它们仅适用于单模输入。