在平面光波电路(PLC)中，例如阵列波导光栅(AWG)，偏阵依赖性是众 所周知的问题。它基于平面波导典型地显示双折射这一事实。这个问题被详细 描述在如1999年5月4日授予Ando等人的美国专利No.5901259中。该专利 的详细说明书在此引入作为参考。
根据前述Ando的专利，该问题通过提供一种由聚酰亚胺制成的光学波片来 解决。该波片的比厚为20μm或者更小。将该波片插入光学波导管电路，以便 波片与该波导管的纵向垂直或稍微倾斜。该波导管典型地插入波导管的光路中 间。
该波片通过转换TE(横向电)偏振为TM(横向磁)偏振来作用，反之亦然。
发明概要
虽然Ando等人的光学波片可能完成他们预定的功能，但是现在它们的价格 相对较高，因此需要发展一种低价位的代替品。因为有许多无定形的聚合物， 其中大量的面内双折射能够被诱导，所以找到一种满足对于光通信效果有严格 可靠性要求的聚合物不是一个无足轻重的任务。
本发明人发现一种高效波片能够从经适当加工的聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN) 获得。这种波片必须基本满足和前述Ando专利中的聚酰亚胺波片同样的要求。
该波片可以优选薄膜的形式，其厚度在2μm到大约25μm的范围内。该薄 膜可以单轴或双轴拉伸来控制它的折光指数，双折射也如此。
这种波片可以形成光学波导装置的一部分，如阵列波导光栅。
附图的简要说明
在附图中：
图1举例说明本发明中PEN波片的应用，
图2是说明缝隙宽度为1550nm时的损失函数的图表，
图3说明拉伸比对PEN薄膜双折射的影响，
图4是表示PEN波片的消光性质的图表，以及
图5说明PEN波片在阵列波导光栅中的应用。
聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)具有与如下另一种普通的聚合物，聚对苯二甲酸 乙二醇酯有点相似的化学式：
                PEN
                聚萘二甲酸乙二醇酯             
                PET
                聚对苯二甲酸乙二醇酯             
从化学上来分析，这两种聚合物都是聚酯。这些聚合物吸引人的性质是通 过挤出形成自承性薄膜。商标名称为Mylar(DuPont)的PET薄膜是众所周知 的。本研究仅仅关心PEN薄膜，因为它的性能比PET薄膜更显著地提高。
PEN薄膜由Teijin(日本)和DuPont(美国)商品化地生产，其商标名称 分别为Teonex和Kaladex。这种聚合物薄膜的基本性质如下：
-高面内双折射(达到0.3，通过PEN薄片的伸长达到或改进)
-相对较高的玻璃化转变温度，Tg，122℃
-高的耐溶剂性
-相对较高的机械强度，足以加工该聚合物薄片
-在特定条件下对光信号有高的消光
为了获得波片，将PEN材料挤压成薄膜。挤出工序后通过二维(二轴)拉 伸来获得所需厚度并提高面内机械性质。为了使面内双折射达到所要求的水 平，可应用额外的一维(单轴)拉伸(后拉伸)。
为了使光束的偏振旋转90°，需要半波延迟作用。因此，延迟器元件的厚度 和双折射必须是所用波长的一半(通常，但不是唯一地，大约是1550nm)。
为了使光通过缝隙衍射产生的损失保持在低水平，该波片的厚度应该小于 大约20微米，见图2，它表示缝隙宽度为1550nm时的损失函数。由此可见为 了产生半波延迟，该波片材料的双折射应该相对大(最小大约0.04)。
1550nm(1.55μm)半波延迟是0.775微米。在PEN薄膜中诱导双折射达到大 约0.35是可能的。因此，波片的实际最小厚度是0.775/0.35＝2.2μm。波片 的最大厚度由允许的衍射损失决定。一个20μm厚的波片产生0.25dB的损失(图 1)，而一个25μm厚的波片产生差不多0.4dB的损失。
单轴拉伸的PEN薄片显示面内双折射要归因于拉伸比。图3说明了这种关 系。可以看出适度的如50％的拉伸比已经产生了0.05的双折射。
商业提供的PEN薄片总是朝相互垂直的两个方向拉伸，以至于这种拉伸给 薄片在拉伸方向上带来机械性能的改善。从制造商(Teijin)那里获得的双轴 拉伸PEN薄片显示出的双折射归因于不平衡的拉伸比。
商业提供的Teijin PEN薄膜(薄片)需要少量的后拉伸以得到能够产生半 波延迟的双折射。该对后拉伸及其数量的需要应该在需要的基础上分别估计。
在一个特定的例子中，波片材料是由对一种16μm厚的TeijinQ15薄膜试 样的后拉伸来获得。建成一个小的拉伸装置，它包括一个固定的夹钳和一个在 轨道上的可移动的夹钳。该薄片样品宽25mm并且具有可达100mm的不同长度。 该装置放置在列管状热壁烘箱内，在大约为Tg温度的条件下在可移动的夹钳的 拉力下拉伸该薄片。
拉伸比可从2.5％到大于10％。拉伸后样品可以用正交起偏器之间的可见 光来评价。
由于拉伸，样品中心部分的颜色变化如下，从原始的二级绿色开始：
拉伸比(％)                   颜色
2.5                       二级黄色/橙色
3.75                      二级浅红色
5                         二级深红色
7.5                       三级蓝绿色
＞10                      高级粉红色
当透过中间带有波片的平行起偏器时，光信号会被消光，当波片延迟是精 确的半波时，消光作用是非常高的，因为通过第一个起偏器的偏振光经波片精 确地旋转90°，再被与第一个起偏器平行的第二起偏器阻挡。因此，用平行起 偏器之间的半波盘诱导消光是一种评估波片质量的方法。
PEN波片的效果在某些方面超过了相应的NTT(聚酰亚胺)波片的性能。例 如，如图4所示，拉伸3.75％的16μm厚的Q51薄片表现的消光作用＜-30dB， 超过了整个C谱带(1525-1565nm)。
在本发明的一个特殊应用中，如图1所示，本发明的PEN波片3，其尺寸 大概是2mm×5mm，厚度是16μm，被安装在一个20μm宽的缺口4处，该缺口排 列在单一的二氧化硅波导管1，2光路中间，其中该波导管截面宽度为10× 10μm，由硅基材5制成。将波片以与波导管的光轴为约85°的角度来安装以 避免背反射。这个角度可以在约80°-88°的范围内来进行选择。
除此以外，如附图5所示，可以将波片安装到阵列波导光栅(AWG)中，在那 里波片3被安置在穿过由硅基材5制成的波导管6的凹槽4中。
用20个不同切片的聚酰亚胺HWP来相对PEN HWP进行比较试验。所用的 切片具有超高PDL和PDλ，并且PEN和聚酰亚胺HWP两者都显示了两者分别 的明显减少。这些结果证实了PEN HWP是在不损失光学性能的情况下聚酰亚胺 HWP的低成本替代物这个结论。
结果列于表中。                HWP之前            HWP之后   DIFF(B-A)   DIFF(B-A) 设备     Ave PDL   all chs Nortel   100(pm)BW   Ave PDLambda   all chs Nortel   3dBGeneral(pm) AvePDL all chs   Act Center   100(pm)BW   Ave PDLambda     all chs 3dBGeneral(pm)   PDL Diff PDLambda Diff IN22辫状的 E84     0.39     19.06     0.18     1.08     0.21      17.98 E111     0.24     18.07     0.25     16.64    -0.01      1.43 E 349_8     0.50     22.31     0.34     3.49     0.16      18.82 E 349_12     0.41     16.16     0.48     33.22    -0.07     -17.06 E 349_16     0.26     5.72     0.21     8.67     0.04     -2.94 平均值     0.36     16.26     0.30     12.62     0.07      3.64
N22筛网状 E 40 UV   无数据   无数据     0.51     17.58 E 68 UV     0.40   13.06     0.17     4.15     0.23     8.91 E 81 UV   无数据   无数据     0.31     12.64 E 101 UV   无数据   无数据     0.61     38.97 E 103 UV     0.21   97.35     0.89     22.05     -0.68     75.30 E 176 UV   无数据   无数据     0.74     17.85 E 39   无数据   无数据     0.48     30.84 E 82   无数据   无数据     0.51     19.10 E 97   无数据   无数据     0.56     31.23 E 100   无数据   无数据     0.34     1.66 E 104   无数据   无数据     0.38     21.14 E 113   无数据   无数据     0.37     11.35 E 177   无数据   无数据     0.45     6.26 平均值     0.49     18.06
设备 Ave PDL all chs   Act Center   100(pm)BW  Ave PDLambda    all chs 3dBGeneral(pm) Ave PDL all chs   Act Center   100(pm)BW  Ave PDL all chs      all chs   3dBGeneral(pm) Ave PDL all chs   Act Center   100(pm)BW    Ave PDLambda     all chs   3dBGeneral(pm) IN22筛网状 E 417     0.22     3.45     0.80     2.32     -0.58      1.13 E 420     0.31     3.28     0.19     6.86      0.12     -3.58 E 422     0.46     11.56     0.27     6.76      0.19      4.80 E 424     0.40     2.46     0.54     5.37     -0.14     -2.91 E 426     0.37     4.81     0.26     3.78      0.10      1.03 E 430     0.32     3.32     0.46     5.16     -0.15     -1.84 平均值     0.35     4.81     0.42     5.04     -0.08     -0.23
可以看出本发明波片对于减轻依赖于平面光波电路例如AWG的偏振的问题 是非常有效的。
PEN波片相对于PI波片的优势在于它们由PEN薄膜大尺寸挤出工序产生的 大面积的均匀性。如上Audo的美国专利所述的PI薄膜是用旋涂法制备的，并 且在晶片上没有硅，获得非常小尺寸的波片。可理解的是提供晶片尺寸的PEN 波片，长度约为20mm，由此在光学晶片的宽度方向上覆盖大量的波导通道。这 样，应用穿过整个晶片的槽能够使大量的元件装备有波片。从材料和劳动的观 点来看，这个过程是有成本效益的方法。
总之，PEN波片是PLC的偏振依赖性问题在技术上和商业上可用的解决方 法。