本发明涉及一种光子能带结构装置。具体说，本发明涉及采用光子能带结构的平面波导结构，和该结构的设计。

光子能带结构装置可供一系列不同光学系统采用，用于提供光信号处理。具体说，平面波导结构中采用的光子能带结构，在集成光路或电信系统中提供一系列功能。这种类型的光子能带结构还能用于其他的应用，如生物传感器和光储存器系统。
BTG International Limited申请的WO 98/53351，对平面波导中的光子能带结构，给出详细的说明。光子能带结构由埋在背景区中的子区晶格提供。开始时，子区是在电介质波导中蚀刻的简单的孔。该领域的发展，导致使用一种电介质材料在不同电介质材料的背景区中形成子区。这种发展，在共同待决的美国专利申请序号10/196,727中说明，该专利由Mesophotonic Limited申请。
光子能带结构的性质，即光学响应，确定它对特定功能的用途。光子能带结构取决于独立的因数数量，诸如子区阵列的几何形状、每一子区的几何形状、和使用的材料等独立因数的数量。可以设计光子能带结构，使能带隙或能带边缘出现在特定的波长上，但这些结构常常受不需要的性质之害，远离为它设计的特定波长。特别是，由于光子能带结构的有限长度，能够形成接近能带边缘的Fabry-Perot谐振。对用于载运多个波长的系统中的装置，或使用光子能带结构的变化的开关装置，这种能带边缘的Fabry-Perot谐振能够导致性能的严重丧失。
本发明的目的，是提供一种更为灵活的光子能带结构，它可以修改，以满足特殊光学应用的要求。

按照本发明的第一方面，一种光子结构，包括：由有第一折射率的材料形成的第一区；和在第一区中形成的子区阵列，每一子区的折射率不同于第一折射率；其中，子区阵列形成许多行及列，其中，每一行中每一子区相对于相邻子区的位置，和每一行上子区的性质相对于相邻行的性质，由第一类参数定义，而每一行相对于相邻行的位置，和沿每一列的子区的性质，由第二类参数定义，和其中，至少一个第一类参数和至少一个第二类参数，系统地在阵列上变化，该至少一个第一类参数的变化与该至少一个第二类参数无关。
本发明产生的光子能带结构，能够为适应特定应用而修改。第一类参数的变化与第二类参数的变化有不同的作用。按照过分简单的看法，第一类参数的变化，改变一叠行中每一行的衍射性质，而第二类参数的变化，影响该结构的反射性质。实际上，一个参数变化的作用永远不能完全地孤立，一种变化总与另一种变化相互作用，整个地改变该结构的性质。
本发明要求第一组参数的一个参数变化和第二个不同组的参数的一个参数变化。
系统地变化是指按照一些简单函数或简单函数组合的变化。例如，子区的间隔可以在阵列上线性地增加，或该间隔可以按正弦函数改变。大致上说，子区是按一些基本晶格结构排列的，这些基本晶格结构是一些经过精心处理的种类。阵列依然可以由一对与行和列对应的基底定义。
第一类参数与第二类参数的独立变化，不包括等同于第一类参数和第二类参数变化的单个参数变化。这种情形的一个例子，是子区间间隔沿倾斜于定义晶格的行和列两个方向的变化。这种类型的变化，将产生阵列上每一行内子区间间隔的第一种变化，和阵列上行间间隔的第二种变化，即第一类参数的变化和第二类参数的变化。但是，该第一种变化和第二种变化不是相互独立的，因为它们是沿另一个方向的单个变化产生的。
在阵列上是指在沿不平行于行方向的阵列范围之上。
使用中，光信号入射到不平行于行的光子结构上，即，它的传播方向有一些分量平行于列。然后，光信号依次被子区的每一行衍射，而且与光信号波长有关地被各行多次反射和透射。
参数在阵列上可以连续地或不连续地变化，即，按照连续的函数或不连续的函数变化。子区性质最好包括大小、形状、和折射率。
最好是，子区相对于相邻子区的位置，或子区性质，至少在一行上系统地变化。
最好是，光子结构是平面波导结构的一部分。该平面波导最好包括纤心层和包层层，其中的子区阵列形成在纤心层或包层层之中，或形成在两者之中。这样能使光子能带结构易于集成在已有的光学系统中。
子区可以有比第一区较低的折射率，但最好是子区每一个都有比第一折射率更高的折射率。这样可以降低从波导平面的光子能带结构产生的损耗。
按照本发明的第二方面，一种光学装置，包括：光输入端；与光输入端耦合的光子结构；和与光子结构耦合的光输出端；其中，该光子结构是按照本发明第一方面的光子结构。
最好是，光输入端和光输出端与光子结构耦合，使来自光输入端的光信号，通过光子能带结构，沿垂直于子区的行的方向传播，以便到达输出端。但是，可以相对于光输入端和/或光输出端旋转光子能带结构，为装置提供更多的灵活性。通过观察光子能带图，可以发现，哪一种色散模的光信号将被接入，取决于光信号通过结构传播的具体方向，从而决定光信号将经受何种信号处理。
最好是，光输入端与光子结构的输入面耦合，和光输出端与光子结构的输出面耦合，且其中的输入面和/或输出面，对从光输入端到光输出端通过的光信号的传播方向，是倾斜的。倾斜的输入和输出面利用折射，提供更多的信号处理。这种安排，提供产生棱镜类紧凑光子结构的装置。可以设计棱镜类形状，以增强该结构的折射性质，并为经受强烈色散过程的不同波长，提供角分离。这对产生高效波分复用(WDM)简洁紧凑的超棱镜结构、色散补偿、和延时应用，是有利的。
按照本发明的第三方面，一种制作光子结构的方法，该光子结构包括由有第一折射率的材料形成的第一区，和在第一区中形成的子区阵列，每一子区的折射率不同于第一折射率，其中，子区阵列由多个参数定义，本方法包括的步骤有：(a)定义光子能带结构要实现的目标性质；(b)在计算机上模拟包括子区阵列的基本光子结构，并确定它的光子能带结构；(c)选择两个或更多定义阵列的参数；(d)系统地改变阵列上选择的参数，给出新的光子结构；(e)确定新的光子晶体结构的光子能带结构；(f)把新光子晶体结构的光子能带结构与步骤(a)定义的目标性质比较，并根据比较，向新的光子结构指配一优值；(g)重复步骤(d)到(f)多次，获得多种光子结构的优值；和(h)根据步骤(g)的优值数据，从多种光子结构中选择一种光子结构；和(i)制作选择的光子结构。
本方法为特定应用提供一种快速和简单地设计和制作光学装置的手段。本方法可用于任何需要的特性。它能为特殊的应用而设计光子能带结构，没有制作许多替代样机的花费，并能以低的费用生产预定的结构。
最好是，已经在步骤(h)选择光子结构后，本方法还包括选择至少又一个定义阵列参数的步骤；和在阵列上系统地改变该又一个参数，调整光子结构的光子能带结构。
这样做，可以进一步为特殊的应用精选光子能带结构。同样的设计过程可以应用多次，每次改变不同的参数，保证达到最佳的设计。
最好是，子区阵列形成许多行和列。
其中，每一行中每一子区相对于相邻子区的位置，和每一行上子区的性质，由第一类参数定义；每一行相对于相邻行的位置，和沿每一列的子区的性质，由第二类参数定义；和其中，步骤(c)中选择的参数，包括至少一个第一类参数和至少一个第二类参数。
最好是，基本的光子结构有方形或三角形的子区晶格。但是，可以用任何两维作为始点。例如，如在WO 01/77726(BTG InternationalLimited申请)中的说明，可以用有更高对称性的准晶体。
附图说明
现在结合附图，详细说明本发明各例子，附图有：图1画出其中形成光子能带结构的平面波导的剖面；图2画出常规的光子晶体；图3a-3d说明能在阵列上变化的参数种类；图4画出按照本发明的光子结构的第一例子；图5画出按照本发明的光子结构的第二例子；图6画出按照本发明的光子结构的第三例子；图7画出按照本发明的光子结构的第四例子；图8画出常规光子晶体结构和按照本发明的光子晶体结构的传输频谱；图9说明在按照本发明的光子结构中，使色散模在大的带宽上线性化；
图10说明如何利用本发明获得改进的容差；图11是直方图，表明可能的设计对优值的分布；图12-14画出采用本发明的光子晶体的光子装置。

在WO 98/53351中，说明本发明涉及的光子晶体结构类型。图1画出这种结构的剖面。该结构包括衬底1、缓冲层2、纤心层3、和包层层4。事实上，图1画出这些结构类型的三种不同实施例。它们都是形成在波导中的两维光子晶体结构。光子晶体由在波导中蚀刻的子区5的阵列形成。如图1所示，这些子区可以只在包层中形成(剖面A)，能够在纤心中形成(剖面B)，或者能够在缓冲层中(剖面C)或这三者的任何组合中形成。这样产生的周期电介质结构，是光信号在波导中传播时将遇到的。在共同待决的美国专利申请序号10/421949中，对此有充分说明，该专利由Mesophotonic Limited申请。
WO 98/53351说明，产生光子能带结构的周期电介质结构，与半导体装置的电子能带结构相似。周期电介质结构的光子能带结构，能够通过求解三维波动方程式确定。
通常，两维周期结构包含规则的子区阵列。最简单的规则的两维阵列，是方形和三角形晶格。这些规则晶格能够给出强的能带隙。方形晶格以平面视图画在图2，图上有形成晶格的矩形子区10。
光子晶体的性质取决于定义该光子晶体的独立参数数量。这些独立参数是阵列的几何形状、形成阵列的子区的几何形状、使用的材料(特别是它们的折射率)、每一子区的尺寸、和整个阵列的大小。任何实际阵列结构的有限大小，特别表明与“理想”光子能带结构的偏离。Fabry-Perot谐振能够出现在能带边缘，假设这些结构许多最有用的应用要使用能带边缘，而这些谐振则是不希望有的。
为了有助于理解本发明，考虑光子晶体的子区阵列，是由许多行的子区构成。对垂直于行传播的光信号，如图3a的箭头20所示，子区的各行可以想象成堆叠在一起的各个光栅。定义阵列的参数可以是涉及每一衍射光栅性质，即确定沿每一行的子区性质的第一类参数，也可以是涉及一叠行的性质，即沿垂直每一行的方向的子区性质的第二类参数。第一类参数的例子，是每一行中子区之间的间隔和每一子区的宽度。第二类参数的例子，是行之间的间隔和每一行中子区的厚度。
本发明要求阵列上的第一类参数和第二类参数两种参数系统地变化。图3画出只有单个参数在阵列上系统地变化的例子。因此，图3所示布局在本发明范围之外。图3A画出子区阵列21的例子，其中第一类参数，即行的周期性(以P表示)在阵列上变化。行之间的间隔(以S表示)保持恒定。阵列是以方形晶格为基础。图3B画出另一种第一类参数，即板的宽度(W)在阵列上的变化。图3C和3D画出第二类参数，即行之间的间隔(S)和子区厚度(T)变化的例子，这两个第二类参数在阵列上系统地变化。在各种情形中，光的传播方向以箭头20表示。为更好地说明这两类参数，顺着图3B中的线A-A观察，可以看到沿该方向存在规则结构，即第二类参数没有变化。但是，顺着线B-B和C-C观察，可以看到相邻行之间的结构存在差别。相邻行之间结构的差别，表明第一类参数的变化。
图4示意画出按照本发明的光子晶体结构的例子。图4的子区阵列30是以方形晶格为基础，并包括第一类参数的变化和第二类参数的变化两种变化。变化不一定是晶格上连续的、光滑的渐变。如从图4可见，变化可以是阶梯式的，如对子区厚度每次重复四行相同的行。这是不连续变化的例子。
更详细地观察图4，可以看到，阵列上有四个变化的参数。通过阵列传播的光，如箭头31所示，沿垂直于行的方向。子区30是矩形的，且它们沿列的方向的尺寸有厚度T，而它们沿行的方向的尺寸有宽度W。子区厚度在阵列上按阶跃函数变化。子区厚度沿光的传播方向每隔四行增加(在图4中以“T重复”表示)。类似地，子区宽度每隔三行增加。行的间隔或周期(行间间隔)和子区在行内的间隔(行内间隔)，也在阵列上按阶跃函数变化。行间间隔在阵列上每隔六行增加。行内间隔在阵列上每隔两行增加。
图4画出12行晶格，每行有12个子区。子区的厚度和宽度，在50nm(第一子区)到200nm(最后子区)的范围。行间间隔在260nm到390nm的范围。行内间隔在260nm到390nm的范围。
第一类参数的变化与第二类参数的变化有不同的作用。如果第一类参数变化与第二类参数变化的光学作用可以分离，那么第一类参数变化将改变一叠行中每一行的衍射性质，而第二类参数变化将改变该结构的反射性质。这是把复杂情况过分简单化的结果，但在用于特定目的的结构设计中，却是有用的指导方针。
图5画出按照本发明的光子结构的另一个例子。图5所示阵列是以三角形晶格为基础。如同图4所示阵列，阵列上有四个变化参数，两个第一类和两个第二类。子区40是矩形的，它们的厚度每隔四行增加，而它们的宽度每隔三行增加，这里一行包括之字形的12个子区，即，两条子区偏移线按规则三角形晶格重复。行间间隔每隔六行增加，而行内间隔每隔两行增加。晶格的单位晶胞，可以想象成包含两个子区。光的分量沿箭头41方向传播。
图6画出图5所示阵列的一种变化。图6所示阵列与图5所示阵列有相同的变化参数，但每一子区50是分裂的，且分裂的两半沿列的方向彼此相对位移。这能给出唯一的模态性质，这里阵列对称性的破坏，提供增加的偏振灵敏度。因此，这种类型的结构有利于紧凑的偏振分束器的设计。同样，光的分量沿箭头51方向传播。
事实上，通过一个或多个第一类参数和一个或多个第二类参数两类参数的独立变化，结构的光学响应能够为适应特定应用而修改。
下面是可以改变的可能参数表：子区折射率背景区折射率子区形状，如矩形或椭圆形(包括方形和圆)晶格的类型，如方形或三角形三角形晶格渐变阵列中有规律的间隔(在三角形晶格中，每一晶格点包括两个子区，该两个子区在渐变的阵列中，要么相互间是恒定配准，要么是按晶格点相同方式在阵列上渐变)行的数量列的数量第一子区厚度最后子区厚度子区的行内间隔子区的行间间隔行内间隔的渐变行间间隔的渐变第一子区宽度最后子区宽度以相同行间周期重复的行的数量以相同行内周期重复的行的数量以相同宽度子区重复的行的数量以相同厚度子区重复的行的数量输入面或输出面的角度阵列的旋转角度每一单元内的相移在子区内第二介质的引入这些参数的每一个都与结构的特定光学性质关联。如上所述，概括说来，第一类参数变化影响阵列的衍射性质，而第二类参数变化影响阵列的反射性质。
对晶格图案引入旋转角，能够改进光信号耦合进特定色散模的精度。旋转角是指晶格相对于输入或输出波导的取向。此外，结构的开始和结束角，可以用于产生棱镜类紧凑光子结构的装置。这一点在图7中画出。图7画出圆形子区60的晶格。晶格以包括20行和20列的三角形晶格为基础。子区直径(即厚度和宽度两者)在阵列上从50nm到150nm变化。行间和行内间隔两者以相同方式在阵列上渐变。输入面和输出面的角度是30°。棱镜类形状增强结构的折射性质，并为经受强烈色散过程的不同波长，提供角分离。这对产生高效波分复用(WDM)紧凑的超棱镜结构、色散补偿、和延时应用，是有利的。
子区宽度从行到行的渐变，有助于在反射能带边缘的长波长端，消除Fabry-Perot谐振。这对滤波应用，如线性调频光栅的应用，非常有用。对此的解释，最好把每一行看作衍射光栅，从而把阵列看作一叠光栅。每一行有相同的行内间隔，但有不同的装填比值。阵列通过每一行以略为不同的效率使光衍射而工作。这表明，与每一行都有相同装填比值的一叠光栅比较，旁瓣和衍射峰在经过阵列时被弄平并能消除。
应当指出，一维线性调频光栅不能在长波长区降低Fabry-Perot谐振，因而本发明提供一种改进的替代常规光栅的结构。这是非常有帮助的，特别当需要用分出滤波器时，例如需要传输特性平坦并有极小色散的情形。图8A和8B画出常规光子晶体和按照本发明的光子晶体之间传输特性的差别。可以发现，按照本发明的结构的传输特性，如图8B所示，与常规光子晶体结构比较，在紧贴能带隙之上和之下更光滑得多。
另外，如果行内间隔在阵列上变化，那么能够设计非常紧凑和高效的滤波器。每一层衍射一组光的频率，因而能够设计这样的阵列，使只有需要的波长被反射或透射。这种类型的阵列，能够提供非常有效和紧凑的装置，用于有极小串扰的滤波的应用，诸如电信工业中的WDM。
如果行间间隔渐变，能够达到对允许的色散模的更有效控制，特别是围绕光子色散能带的边缘。因为该间隔是变化的，每一行由于相位匹配条件满足特定波长的能带，将提供Bragg反射。当所有弱能带隙逐渐交织，能带边缘将比规则的两维光子晶体晶格的变化剧烈。如图9所示，能够对大的波长范围，把沿能带边缘的色散，设计成线性的。另一种能够调整色散能带边缘线性的方式，也在图9画出，该方式是改变结构上子区的厚度。图9A画出子区80的规则晶格，与之在一起画出的还有能带图。图9B画出按照本发明的子区晶格，与之在一起画出的还有能带图，晶格中子区大小(宽度W和厚度T)和行间间隔P在晶格上渐变。可以发现，图9b的色散能带，比图9a的能带在大得多的波长范围上是线性的。这种类型的色散调整，能够用于为光通信，特别是对在数个信道上具有平坦响应，并在每一信道中无失真的WDM系统，提供有价值的色散补偿。此外，这种类型的结构，可以在单个结构上，为大带宽的信号(如，为电信窗中完整的C或L波段)提供色散补偿。
再有，色散调整可以用来为使用超棱镜效应的应用，提供有益的帮助，在超棱镜效应应用中，使用光信号在能带边缘上群速度的降低，操纵不同波长的光进入不同的角度。使色散能带的不同区变得平坦的能力，或调整色散能带不同区的能力，在信号一旦已经按此方式操纵，并更能控制色散过程时，这种能力可以给出较少的失真。该能力直接导致设计耐受制作公差的光子结构的能力，使制作后修整装置及低生产量问题得到消除。
色散调整还能促进光信号耦合进光子能带结构上特定的模，在该光子能带结构上，角度、光束宽度、或对准容差小的变化，是可接受的。这种情况在图10画出。从图10a可见，在一定的波长能带上，对图示色散模存在线性色散区。图10b画出在一定角度范围上也是这种情况。这表明，为了耦合进该色散模，光信号的角度只需精确到一定范围之内。图10c画出真实空间中与图9b所示能带图对应的角度。
把点缺陷、线缺陷、和缺陷波导引入本发明的光子结构，能够以普遍方式提供窄线宽缺陷态、谐振腔、和波导。但是，按照本发明的阵列结构的复杂性，表明即使这样一种缺陷的位置，也将影响这些缺陷的特征作用。
同样可以形成异质结构，在该异质结构中，数种几何图形的混合并排地排列，其中至少一种是按照本发明的。这样能使结构的不同段，实施不同的处理功能。不同的几何图形包括，不同的晶格、不同的晶格取向或旋转角。此外，不同的几何图形可以叠置，以提供类似Moire条纹结构。Moire条纹结构给出把缺陷引入结构来产生窄线宽缺陷态的便捷方式。
有大量可以改变的参数影响阵列的光子响应这一事实，导致非常复杂的设计考虑。因此，按照本发明的光子晶体的设计，直接赋予设计本身使用计算机优化程序，以便实现结构需要的目标形式的快速进展。
以特定几何图形电介质阵列为基础的光子能带结构，能够在计算机上模拟。通过对电介质结构在三维中求解Maxwell方程式，获得两维阵列的光子能带结构。这一方法在WO 98/53351中有充分的说明，这里收录该专利公开的内容，供参考。求解电磁波方程式的数学方法，可以在计算机上编程。可以设计该编程，使定义阵列几何图形及性质的参数可以改变，以提供新的阵列从而新的光子能带结构。
例如，希望令600nm到700nm之间的反射率最大，并令该反射能带两侧的Fabry-Perot谐振最小。这一要求可以想象为该结构的目标函数。用计算机模拟的每一光子能带结构，给出与该目标函数有关的优值。为了模拟不同的设计，选择一基本的几何图形作为起始点，然后选择定义该几何图形的许多参数，系统地改变这些参数，同时保持其他参数不变。
然后，通过改变选择的参数，令计算机进行大量模拟，建立新的设计，同时记录每一设计的优值。该过程产生大量可能设计的样本，每一样本给定一优值。据此能够对目标函数选择有最佳优值的设计。
图11对这种类型的模拟，画出目标函数的直方图。正好施行13,000次以上的模拟。如上所述，目标函数是令600nm到700nm之间的反射率最大，并令该反射频带两侧的Fabry-Perot谐振最小。Y轴表示模拟数，X轴表示优值。优值越低，设计越好。从图可见，只有少部分模拟产生“优良”设计，不过它也确实说明，可以用许多不同几何图形达到相同目标。这是大多数目标函数的典型表现。
在以特定参数为轴的曲线图上，建立“优良”设计的图表是可能的。在该图表上，可以看到有高密度优良设计的区域，并选择这些区域中的设计，以提供对该特定参数的高容差。
在运行优化处理之后，可以选择一“优良”设计，并以该优良设计作为起始点，不过选择不同参数或改变参数，再运行优化处理，对该优良设计进行调整。
一旦已经找到(和已经调整)满意的设计，能够用常规技术，例如光刻术，制作该设计的光子晶体结构。WO 98/53351也说明如何制作这种光子晶体。该光子晶体也可按下面专利申请说明的任一方式，作为平面波导结构的一部分形成，这些专利申请是共同待决申请：美国申请No.10/196727、美国申请No.10/287825、和美国申请No.10/421949，全由Mesophotonic Limited提交。
在许多不同应用中，可以采用本发明的实施例作为光子单元。光子单元，包括本发明的那些光子单元，可以在电信系统中、生物传感器装置中、和光储存介质中实施。
图12画出采用光子单元3002的光子装置3000的一般布局。图示光子装置3000适合用于电信系统。光信号通常沿波导结构3050，例如光纤传播。光子装置3000包括：至少一个Light On Light Off(LOLO，通光断光)装置3004、3024；至少一个波导单元3006、3026；模变换器3008；光子单元3002；又一个模变换器3012；至少又一个波导单元3016、3020；和至少又一个LOLO装置3018、3022。
在把电信波导结构3050模变换为更小断面的平面波导模，使它能以极小损耗沿光子装置3002传播的处理中，LOLO装置3004把波导结构3050耦合到光子装置3000的其他部件。在许多情形中，必须同时处理数个信道和提供多根光纤。
在把光从外部波导结构3050耦合到光子装置3002之后，接着一般是通过至少一个波导单元3006提供模的横向限制。诸如棱形或脊形波导的波导单元3006，常常在高折射率反差平面材料系统中实施。其他的波导单元3006包括波导分束器和可曲波导管。借助这些波导单元3006(缺陷态波导、棱形、脊形、分束器、和/或可曲波导管)，使来自LOLO装置3004的光，从该装置的一个区传送到另一个区。
要求模变换器3008把光从波导有效地耦合进光子单元3002。有效的耦合要求关注光子单元3002中合适的传播模和角度，以便使单元3002的界面反射最小。接着是模的变换、光子单元3002对光的处理、和光的通过光子单元3002的传播。
有许多方式可以改变光子单元3002的操作，这些方式包括光控制信号和/或电控制信号。用于改变光子单元3002操作的装置，在图中以(任选的)控制器单元3010表示。合适的控制器单元3010的例子，包括光控制信号源、电控制信号源、和光泵，取决于光子单元的功能。
模被又一个模变换器3012再次变换回沿波导传播的模。可供选择的是，可以插入另外的光子单元3014，提供额外的功能并增加光子装置的综合能力。另外的光子单元3014可以包括更多的波导装置和/或分束器。
最后，至少又一个波导单元3016(棱形、脊形、分束器、和/或可曲波导管)用于把光引向又一个LOLO装置3018。在这种安排中，耦合回去的光，进入输出波导结构3060。能够把多个波导单元3016、3020、和LOLO装置3018、3022，用于诸如分用器等应用。
应当再指出，更多的波导单元3016、3020和更多的LOLO装置3018、3022，可以与LOLO装置3004、3024和波导单元3006、3026完全相同。
图31画出采用光子单元3012的另一种光子装置3100的一般布局。图示光子装置3100适合用于生物传感器装置。
光子装置3100包括：至少一个Light On Light Off(LOLO，通光断光)装置3104、3124；至少一个波导单元3106、3126；模变换器3108；光子单元3102；又一个模变换器3112；至少又一个波导单元3116、3120；和至少一个检测器3136、3134、3132。
来自光源3130，例如激光器或光发射装置(LED)的光，通过相应的LOLO装置3104，注入该波导单元或每一个波导单元3106。注入的光可以简单地把光通过端面耦合，耦合进波导3106。同样，波导单元3106可以包括可曲波导管、分束器、棱形、和/或脊形结构的波导。该波导单元或每一个波导单元3106，用于把进入的光引进光子装置3100不同的区，在那里对不同样本进行照射。
要求模变换器3108把光从波导有效地耦合进光子单元3102。
最好是，该光子单元或每一个光子单元3102本身提供样本凹座，用于接纳至少一个样本并在光子单元3102内部进行照射。或者安排光子单元3102，把光注入至少一个外部生物样本3140。
生物和/或生化样本的照射，能够产生特征发光性质，例如荧光或磷光。在该优选的布局中，由光子单元3102的另一部分收集该样本或每一样本发射的光；而在外部样本的布局中，由另一个光子单元3142收集该样本或每一样本发射的光。
光子单元3102的操作，又当存在其他光子单元3142时光子单元3102的操作，有许多方式可以改变，包括光控制信号和/或电控制信号的应用。用于改变光子单元3102、3142操作的装置，在图中以(任选的)控制器单元3110表示。合适的控制器单元3110的例子，包括光控制信号源、电控制信号源、和光泵。
光被收集之后，该模被又一个模变换器3112变换为沿波导传播的模。然后用另外的集成光子单元3114，进行滤波和可能的波长分离。
然后，经过处理的光信号被迂回路由，用至少又一个波导单元3116(棱形、脊形、分束器、和/或可曲波导管)把光引向至少一个集成检测器3134。经过处理的光也可以向外部路由，再一个LOLO装置3118、3122提供与外部检测器3132、3136的接口。许多应用要求使用多个检测器，以便跨接不同波长范围，例如Raman Spectroscopy(Raman光谱仪)，或为了区分不同样本。
图32画出采用光子单元3202的另一种光子装置3200的一般布局。图示光子装置3200适合用于光学拾取单元。例如光盘读出头。
光子装置3200包括：至少一个Light On Light Off(LOLO，通光断光)装置3204、3224；至少一个波导单元3206、3226；模变换器3208；光子单元3202；又一个模变换器3212；至少又一个波导单元3216、3220；和至少一个集成检测器3234、3238。
来自光源3230，例如调制激光器或LED源的光，被LOLO装置3204注入光子装置3200。虽然没有画出，但也可以把光从外部波导结构，例如光纤，耦合进光子装置3200。
从LOLO单元3204来的光，被耦合进波导单元3206。波导单元3206可以包括可曲波导管、分束器、棱形、和/或脊形结构的波导。该波导单元或每一个波导单元3206，用于把进入的光引进光子装置3200不同的区。
要求模变换器3208把光从波导单元3206有效地耦合进光子单元3202。光子单元3202对光进行处理，例如，光子单元3202可以对进入的光进行滤波、色散补偿、聚焦、对准、或调制。
光子单元3202的操作，又当存在其他光子单元3214、3244时光子单元3202的操作，有许多方式可以改变，包括光控制信号和/或电控制信号的应用。用于改变光子单元3202、3214、3244操作的装置，在图中以(任选的)控制器单元3210表示。合适的控制器单元3210的例子，包括光控制信号源、电控制信号源、和光泵。
光子单元3202输出的已处理的光，被又一个模变换器3212变换为沿波导传播的模。然后用另外的集成光子单元3214，进行滤波和可能的波长分离。
光的传播进入LOLO单元3246，在这里光被聚焦在光储存介质3240上。用另一个LOLO单元3248再次收集光，在这里，用至少又一个集成光子单元3244对光进行再处理。该又一个集成光子单元3244包括光子“标准部件”单元，如色散补偿器、聚焦单元、滤波器、和放大器。
然后，经过处理的光从该又一个集成光子单元3244被耦合到至少一个波导部件3216(棱形、脊形、分束器、和/或可曲波导管)，从而投影在检测器3232、3234、3236、3238上，这些检测器可以在波导平面内，也可以在波导之外(因此需要LOLO单元3218、3222)。