專利名稱：雙光柵光濾波系統(tǒng)的制作方法
背景技術：
發(fā)明領域本發(fā)明涉及光波控制裝置，特別是涉及濾波裝置，該裝置能根據(jù)波長選擇性地減弱輸入光束以實現(xiàn)相對陡的衰減曲線。
相關技術的描述電信網(wǎng)絡越來越依賴于電磁波或光波的控制、傳輸和檢測，以提供大容量的信息承載通道。典型的光通道可利用一提供調制光束的光源、一解調光束的光檢測器和一提供光通道的纖維光纜。
為了提高電信網(wǎng)絡的信息承載能力，有多個波長分量的光沿光纜傳輸，使得每個波長分量按分開的通道行進。由于有望使信道的數(shù)量最大化，波長分量通常有小的波長間隔。
為了進一步提高信息承載能力，光波可以沿一根光纜以相反方向同時傳輸。一支光波包括所要的第一波長分量，另一支光波包括所要的第二波長分量。第一波長分量的波長通常夾在第二波長分量之間。
由于光波在沿纖維光纜行進時會衰減，通常沿光束通道放置多級光放大器。每一級光放大器通常包括一有源介質，它是用電驅動泵激源實現(xiàn)光學泵激的介質。
隨著光波沿光纜傳輸，由于信道內的交叉干擾和在信道中引入不要的波長分量的累積噪聲，常常導致光波的退化。如果允許進入光放大器，不要的波長分量與所要的波長分量一起被放大，不要的波長分量會限制光檢測器檢測個別所要的波長分量的能力。
為了減小不要的波長分量的影響，通常在每個光放大器前面安放光濾波器件。理想狀態(tài)下，光波濾波器完全阻止不要的光波長分量而不使所要的波長分量衰減。但是，因為已有的光濾波器要阻止不要的光波分量而基本上不使所要的波長分量衰減的能力有限，也因為不要的和所要的波長分量的波長常常彼此相當接近，這類光濾波器不可能提供可接受的信噪比。
因此，從前面所述可見，意識到需要一改進光濾波器以濾去不需要的光波，特別是，濾波器應該有改進的濾波特性，它允許阻止不要的波長分量而同時使所要的波長分量通過，以使信噪比得以改進。
發(fā)明綜述通過本發(fā)明能滿足上述要求。首先，本發(fā)明是一種光濾波裝置，用于過濾有多個所要的波長分量和多個不要的波長分量的輸入光束。本發(fā)明的裝置包括放置于輸入光束傳輸途徑上的輸入部件，該輸入部件將輸入光束分成多個單色偏振子光束，這些偏振子光束沿一相應的多個空間上分開的光束通道傳輸。多個單色偏振子光束包括(a)多個相應于所要的波長分量的所要的子光束和(b)多個相應于不要的波長分量的不要的子光束。本發(fā)明的裝置還包括一個放在光束傳輸途徑上的濾波部件以接收來自濾波部件的所要的子光束。濾波部件使不要的子光束衰減而使所要的子光束通過。本發(fā)明的裝置也包括一輸出部件以接收來自濾波部件的所要的子光束。該輸出部件空間上將所要的子光束組合起來以提供包括輸入光束的所要的波長分量的經(jīng)濾波輸出光束。
其次，本發(fā)明是一種過濾包含多個所要的波長分量和多個不要的波長分量的輸入光束以得到包含所要的波長分量的過濾過的輸出光束的方法。本發(fā)明的方法包括將輸入光束分成沿空間上分開的光束通道傳輸?shù)亩鄠€單色偏振子光束。所述多個單色偏振子光束包括(a)多個相應于所要的波長分量的所要的子光束和(b)多個相應于不要的波長分量的不要的子光束。然后使不要的子光束衰減從而從所要的子光束中除去不要的子光束。再將所要的子光束組合起來以得到濾波過的輸出光束。
第三、本發(fā)明是一種光控制裝置，控制有多個波長分量的輸入光束以得到輸出光束。本發(fā)明的裝置包括放在輸入光束傳輸途徑上的輸入部件。該輸入部件將入射光束分成沿相應的多個空間上分開的光束通道傳輸?shù)牡谝唤M單色偏振子光束。本發(fā)明的裝置包括放在光束通道上的光束控制器以便以空間相關方式控制第一組單色偏振子光束的至少一支光束。該子光束控制器提供第二組單色偏振子光束。本發(fā)明的裝置也包括安放一輸出部件以接收離開子光束控制器的第二組單色偏振子光束。該輸出部件構筑來自第二組單色偏振子光束的輸出光束。
在一個實施例中，第一組單色偏振子光束包括(a)相應于輸入光束中的多個所要的波長分量的多個所要的子光束和(b)相應于輸入光束中的多個不要的波長分量的多個不要的子光束。第二組單色偏振子光束包括多個所要的子光束。子光束控制器包括使不要子光束衰減和使所要的子光束通過的濾波部件。該濾波部件包括有多個孔的不透光材料并被安放得使多個所要的子光束與多個孔對準并使多個不要的子光束與多個孔不準直。輸出部件在空間上組合離開濾波部件的所要的子光束以構筑包括輸入光束中所要的波長分量的輸出光束。
第四，本發(fā)明是一光濾波系統(tǒng)，以過濾分別有第一和第二多個所要波長分量和分別有第一和第二多個不要的波長分量的第一和第二輸入光束。本發(fā)明的系統(tǒng)包括放在第一和第二輸入光束傳輸途徑上的輸入部件。輸入部件將第一和第二輸入光束分別分成為分別沿空間上分開的第一和第二多個光束通道的第一和第二單色偏振子光束。第一和第二組單色偏振子光束包括(a)分別相應于第一和第二輸入光束的所要的波長分量的第一和第二多個所要子光束和(b)分別相應于第一和第二輸入光束的不要的波長分量的第一和第二組不要的子光束。本發(fā)明的系統(tǒng)還包括放在第一和第二光束輿通道上的濾波部件。濾波部使第一和第二多個不要子光束衰減和使第一和第二多個所要子光束通過。本發(fā)明的系統(tǒng)也包括被安置的輸出部件以接收來自濾波部件的第一和第二多個所要子光束。輸出部件在空間上組合第一多個所要子光束以得到第一多個濾波過的輸出束，該濾波過的輸出束包括第一輸入束中的所要的波長分量。輸出部件在空間上組合第二多個所要子光束以得到第二過濾過的輸出束，該輸出束包括第二輸入光束中的所要的波長分量。
從以上可見，很明顯，本發(fā)明的光色散裝置能過濾輸入光束以使濾波過的輸出光束基本上沒有輸入光束中的不要的波長分量。進而，光色散裝置能以高通過率通過所要的波長分量的光束。本發(fā)明的這些和其它一些目的以及它的優(yōu)點從以下結合附圖的描述將顯得更加清楚。


圖1是用于過濾一輸入光束的光濾波裝置的一個實施例的示意圖。
圖2和圖3是圖1的光濾波裝置的示意圖，它們說明該裝置所形成的互相垂直的多個光束通道。
圖4是圖1的光濾波裝置的偏振分束器的示意圖，它適合用來將非偏振光轉為基本上平行的有正交偏振軸的第一和第二偏振光束。
圖5是圖1的光濾波裝置的光色散器的示意圖，它適合來提供基本上穩(wěn)定的響應溫度變化的散射特性。
圖6是說明被圖5的色散器以波長相關的方式改變輸入單色光束方向的示意圖。
圖7是圖1的光濾波裝置的光色散器另一實施例的示意圖，它適合用來提供改進通過率。
圖8是圖1的光濾波裝置一個實施例的示意圖。
圖9是一改進了濾波特性的光濾波系統(tǒng)的一個實施例的示意圖，它適合用來接收二個分開的輸入光束并以圖1的光濾波裝置的方式提供二分開經(jīng)濾波的輸出光束。
圖10是圖9的光濾波系統(tǒng)的光色散子系統(tǒng)的示意圖，它適合用來分別散射基本熱穩(wěn)定的兩個輸入光束并提高了通過率。
圖11是圖9的利用較少組件的光濾波系統(tǒng)另一實施例的示意圖；和圖12是圖9的利用較少組件的光濾波系統(tǒng)再一實施例的示意圖。
較佳實施例的詳細描述現(xiàn)在參考附圖，附圖中相同的數(shù)字代表相同的部件。圖1示意地表示一依據(jù)本發(fā)明一個方面的光濾波裝置30。裝置30接收輸入光束32，輸入光束通常包含多個波長成分，每個波長成分通常包括有正交偏振軸的第一和第二線偏振子成分。多個波長成分包含多個所要的波長分量及與所要的波長分量一起的多個不要的波長分量。正如在下面會詳細描述的那樣，裝置30使不要的波長分量減弱而使所要的波長分量以高通過率通過以提供包括多個所要波長分量不包括多個不要的波長成分的輸出光束34。
如圖1所示意的那樣，裝置30包括一輸入部件36，它將輸入光束32分成多個沿多個空間上分開的光束通道40傳輸?shù)膯紊褡庸馐?8。子光束38按波長和偏振在空間上彼此分開，從而使子光束38包括相應于輸入光束32的所要波長分量的第一和第二偏振子成分的多個所要的基本上單色的子光束42和相應于輸入光束32的不要的波長分量的第一和第二偏振子成分的多個不要的基本上單色的子光束44。每一子光束38以線偏振狀態(tài)出現(xiàn)，線偏振狀態(tài)能使輸入光束的所要的波長分量以高通過率有效地通過裝置30，下面會詳細描述。
如圖1所示，裝置還包括放在光束通道40上的濾波部件46，使子光束38進入濾波部件。如在下面會詳細描述的那樣，濾波部件46通過阻斷不要的子光束44的通道40的方式選擇性地使輸入光束中不要的波長分量衰減。進而，通過允許所要的子光束42通過濾波部件46的方式，濾波部件46選擇性地使所要的波長組通過。
如圖1所示，裝置30還包括放在離開濾波部件46的所要的子光束42的通道上的輸出部件48，使子光束42進入輸出部件48。正如下面會詳細描述的那樣，輸出部件48以高通過率重新組合所要子波束42形成輸出光束34，輸出光束34與減去了不要的波長成分的輸入光束32基本相似。
現(xiàn)在參照圖2和圖3，它們更詳細地示意描述了光濾波裝置30，輸入光束32、輸出光束34和多個中間子光束38基本上沿Z軸傳輸。進而，圖2表示子光束38沿與Z軸垂直的Y軸偏轉，以表明裝置30對光束偏振的響應。圖3表示子光束38沿同時垂直與Y軸和Z軸的X軸偏轉，以表明裝置30對光束波長的響應。
但對本專業(yè)技術人員來說，明顯的是光濾波裝置可以安排成多種配置中的一種。例如，光濾波系可以以非線性方式構成，這樣，輸入光束32、輸出光束34和中間子光束38不以同一方向傳輸。裝置30還可包括光反射元件來取代圖2和3中所示的光透射元件。進而，系統(tǒng)30也可以以X、Y、Z軸不彼此正交的方式構成。
如圖2和圖3所示，光濾波裝置30的輸入部件36包括一偏振轉換器49，它以高效率將非偏振光轉換成線偏振光。正如下面結合圖4所詳細描寫的那樣，偏振轉換器最好包括偏振光分束器50，它將輸入光束32分成有垂直偏振軸的第一和第二偏振的輸出束52和54。沿Z軸轉輸?shù)妮斎牍馐?2進入分束器50的輸入面56，被分成第一和第二偏振光束52、54，它們最好以沿Z軸基本平行的方式出射光分束器50的輸出面58，以使得光束52、54彼此偏離Y軸。第一偏振光束52有第一偏振軸而第二偏振光束有第二偏振軸，第二偏振軸與第一偏振軸垂直。在較佳實施例中，第一偏振光束52是p偏振的，因而第一偏振軸平行于偏振光分束器50的輸出面58。進而，第二偏振光束54最初是s偏振的，因而第二偏振軸垂直于偏振光分束器50的輸出面58。
如圖2所示，裝置30的輸入部分36的偏振轉換器49還包括第一個半波片60，它置于離開偏振光分束器50的第二偏振光束54的通道上。半波片60接收光束54并使光束54的偏振軸旋轉，以致使光束54離開半波片60時，它的偏振軸與第一偏振光束52的偏振軸對準。接著，在較佳實施例中，第一和第二偏振光束52、54是p偏振的，使偏振光束52、54能以大的通過效率被裝置30的色散器62色散。
如圖2、圖3所示，裝置30的輸入部件還包括色散器62，它使離開偏振分束器的光束52、54按波長色散。色散器62將光束52、54轉換成多個單色子光束38，它分別包含第一和第二多個色散的子光束64、66。色散器62置于光束52、54的通道上，離開分束器50的第一偏振光束52進入色散器62的輸入面68并沿平行于X-Y平面的平面色散從而得到第一多個散的子光束64。類似地，離開分束器50的第二偏振光束54進入色散器62的輸入面68并沿平行于X-Z平面的不同平面色散從而得到第二多個色散的子光束66，它沿Y軸偏離第一色散子光束64，如圖2所示。離開色散器62的子光束38基本上是平行的以致于子光束38的截面基本上保持均勻形狀。
正如下面結合圖5所描述的那樣，在較佳實施例中，色散器62最好包含一平面衍射光柵。在該較佳實施例中，光柵最好調整到使第一和第二偏振光束的偏振軸平行于光柵平面。這樣，光柵的與偏振相關的損耗減小，使得光柵能實現(xiàn)高的通過效率。
如圖2和圖3所示，光色散裝置30的輸入部件36還包括聚焦元件70，它將離開色散器62的多個子光束38聚焦在與x-y平面平行的焦平面72上。聚集元件70置于多個光束38的通道40上，使得子光束38沿平行于X-Z平面平行的平面以發(fā)散的方式進入輸入面74。聚集元件使子光束改變方向以使它們的傳播方向基本上與平行與Y-Z平面的平面一致。進而，聚集元件沿Y軸部分偏轉子光束38，以使有匹配波長的相應的子光束對39在聚集器70的焦平面72上彼此相交。此外，如圖2和圖3所示，聚集元件70將每個子光束38聚集，使得每個子光束在聚集器70的焦平面72上的橫截面寬減小。
接下來，光色散裝置30的輸入部件將輸入光束32轉換為空間上分開的多個子光束38，子光束38被聚集在聚焦器70的焦平面72上，從而得到了基本上是狹窄的拉長了的強度分布圖，如圖3所示的那樣，它是沿X軸伸長的。由于色散元件62在X-Z平面上以與波長相關的方式將子光束38在空間上分開，因此，強度分布圖76也被光譜上分開。
如圖2和圖3所示，光色散裝置30的濾波部件46安置得與聚焦器70的焦平面72重疊。濾波部件46包含一空間強度調節(jié)器，在該較佳實施例中，該調節(jié)器是一有輸入面82，輸出面84和多個光透過區(qū)86或孔86的不透明屏80，孔86空間上沿XL同分布。屏80基本上位于聚焦器70的焦平面72上，這樣，孔86與光譜上分開的子光束38所產(chǎn)生的強度分布圖76對齊。進而，孔86配置得使得相應于有所要波長的子光束42的強度分布圖76的一部分與孔86重疊，也使得相應于有不要的波長的子光束44的強度分布圖76的一部分撞到80的輸入面82的不透明區(qū)域。
因此，有不要波長的子光束44被屏80阻擋而有所要波長的子光束42通過屏80的輸出面84傳輸，如圖2和圖3所示。如圖3所示，子光束42離開屏80沿與Y-Z平面平行的平面?zhèn)鬏?。如圖2所示，來自第一偏振束52的子光束42，下面標以子光束42a，部分沿負Y軸方向行進。同樣，來自第二偏振束54的子光束42，下面標以子光束42b，部分沿正Y軸方向行進，從而42b與子光束42a互相發(fā)散。這樣，每一個子光束42有岔開的分布，從而，隨它們離開屏80行進時，它們的橫截面積增加。
如圖2和圖3所示，光濾波裝置30的輸出部件48包含一有輸入面92和輸出面94的準直元件90。準直元件90安置在離開屏80的發(fā)散的子光束42的通道上，使得發(fā)散的子光束42進入準直元件90的輸入面92，其傳輸方向基本上與平行于Y-Z軸平面的平面一致。準直元件90使子光束42改變方向，使得從準直元件90的輸出面出來的子光束的傳輸方向基本上與平行于X-Z平面的平面一致。在這些平行的平面中，子光束42a彼此會聚和子光束42b彼此會聚，子光束42a和42b的會聚發(fā)生在平行于X-Y平面的斷面99上。準直元件90調整光束42，使得每一子光束42以準直分布離開準直元件90的輸出面94。
如圖2和圖3所示，光濾波裝置30的輸出部件48還包括有輸入面102和輸出面104的第一光束組合元件100，。元件100安置在斷面99的平面上，使得元件100處在交叉子光束42的通道中。子光束42進入元件100的輸入面102并以下面更詳細描述的方法組合。子光束42的組合產(chǎn)生第一和第二復合光束106，108，它們分別來自第一和第二多個子光束42a和42b。組合光束離開元件100的輸出面104，基本上沿與z軸平行的方向傳輸，使得第一復合光束106與第二復合光束108沿Y軸偏離。由于復合光束106、108來自p偏振光束52、54，在較佳實施例中，復合光束106、108都是p偏振的。
如圖2和圖3所示，在較佳實施例中，輸出部件還包括將偏振束106、108轉換成單一非偏振輸出光束34的解偏振轉換器110。解偏振轉換器110包括第二個半波片112，它位于第一復合光束106的通道上。第二半波片基本上與第一半波片60一樣，將第一復合光束106的旋轉軸旋轉90。結果，在較佳實施例中，第一組合光束離開半波片112時，是s偏振的。
如圖2和圖3所示，光濾波裝置30的輸出部件48的解偏振轉換器還包括第二光束組合元件114，它將p偏振光與s偏振光組合起來產(chǎn)生非偏振光。有輸入面116和輸出面118的元件114放在復合光束106和108的通道上，使光束106、108進入第二光束組合元件114的輸入面116。在進入元件114時，光束106、108以下面會詳細描述的方法以組合起來，從而得到離開元件114的輸出面118的輸出光束34。
現(xiàn)在參照圖4，圖4更詳細地圖解描述了光濾波器裝置30的偏振分束器50的一個實施例。
如圖4所示，分束器50有輸入面56和輸出面58，輸出面54有一輸入面端口140，輸出面58至少包含二個輸出面端口142，144。這些面是用厚度為T(該厚度形成剛性結構)的透明薄片146形成的。薄片146包括第一和第二平的表面148，150，它們基本上是平行地安置在各自平面內。
輸入光束32進入分束器50的輸入面端口140并在第一折射區(qū)152折射，得到第一折射光束160。輸入光束32的入射角為Q1(與薄片146的第一表面148法線所夾的角)。第一折射光束160的第一折射角Q2(與第二表面150的法線所夾的角)。有方程noutsinθ1＝ninsinθ2(1)這里nout是與分束器50相鄰的外部介質的折射率，nin是薄片146的折射率。
在一個實施例中，輸入面端口140包括第一相對薄的抗反射涂層162，它沿第一表面148的第一折射區(qū)152放置。第一抗反射涂層162的目的是增加輸入光束32通過第一折射區(qū)152的透射。
第一折射光束160通過簿片146傳輸而進入第二表面150的偏振區(qū)156。限定相對簿片146的第二表面150的法線的第二入射角θ3。由于簿片146的第一和第二表面148，150基本上彼此平行，第二入射角θ3基本上第于第一折射角θ2。
輸出面端口142包括偏振涂層164，它沿第二表面150的偏振區(qū)156放置。偏振涂層164傳輸以第二入射角θ3進入涂層164的具有第1偏振的線性偏振束。而且，偏振涂層164反射一有第二偏振的類似的第二線偏振光束。在一個實施例中，偏振涂層164采用傳輸p偏振光而反射s偏振光的涂層。
因此，第一折射光束160的第一偏振分量經(jīng)第一輸出面端口142離開分束器50，從而得到有第一偏振的第一偏振光束52。特別是光束52離開第一輸出端口142的第一輸出角φ1(與簿片146的第二表面150的法線的夾角)滿足方程ninsinθ3＝noutsinφ1(2)進而，根據(jù)方程(1)和(2)以及θ3與θ2基本相等，第一輸出角φ1基本上等于第一入射角θ1。
如圖4所示，第一折射束160的第二偏振分量從偏振涂層164反射，從而得到第一反射束166，第一反射束有第二偏振并確定了相對于簿片146的第二表面150的法線的第一反射角θ4。根據(jù)反射定理，第一反射角θ4等于第二入射角θ3。
如圖4所示，第一反射束166通過簿片146傳輸?shù)椒瓷渫繉?70，該反射涂層安置在簿片146第一表面148的反射區(qū)154上。第一反射束166確定了相對于簿片146的第一表面的法線的第三入射角θ5。由于簿片的第一表面148和第二表面150基本上相互平行，因此，第三入射角θ5基本上等于第一反射角θ4。
有第二偏振的第一反射束166從第一表面148的反射區(qū)154反射從而得到有第二偏振的第二反射束168并確定了相對于簿片146的第一表面148的法線第二反射角θ6，根據(jù)反射定理，第二反射角θ6等于第三入射角θ5。第二反射束168通過簿片146傳輸?shù)降诙敵雒娑丝?44，并在該端口處入射到簿片146的第二表面150的第二折射區(qū)158上。第二反射束168確定了相對于薄片146的第二表面150的第四入射角θ7。由于第一、第二表面148、150基本上相互平行，因此，第四入射角θ7，基本上等于第二反射角θ6。從而，第四入射角基本上等于第一反射角θ2。
第二反射束168在與第二輸出面端口144附近的第二表面150的第二折射區(qū)158折射，從而得到有第二偏振的第二偏振束54。該偏振束以相對于第二表面150的法線的第二輸出角φ2離開第二輸出面端口144。特別是，第二偏振束54按方程ninsinθ6＝noutsinφ2(3)折射。根據(jù)方程(1)、(3)以及θ6與θ2基本相等，第二輸出角φ2基本上等于第一入射角θ1。因此，偏振束52、54基本上相互平行。
在一個實施例中，偏振涂層164適于傳輸偏振軸平行于涂層164平面的P-偏振光。進而，涂層164適于反射偏振軸垂直于涂層164平面的s偏振光。在該實施例中，第一偏振束52是p偏振的，第二偏振束54是s偏振的。
在一個實施例中，反射涂層170沿簿片146的第一表面148的反射區(qū)154安放的，從而得到相對高的反射率。因此，第一反射束166的大部分能量被反射到第二反射束168中。進而，在一個實施例中，第二抗反射涂層172沿第二表面150的第二折射區(qū)158安放?？狗瓷渫繉?72的目的是禁止在第二反射區(qū)158的反射和增強折射。
在一個實施例中，簿片146基本上由硬質玻璃組成，諸如，折射率基本上約為1.5。特別是，簿片146的第一和第二表面148、150相互平行，平行度在0.5秒以內。結果，偏振束52、54相互平行，平行度在0.75秒以內。由于簿片146基本上是硬的，因此，偏振束52、54的高平行度不受外部振動的影響。
因此，很明顯，這偏振分束器50與已有的偏振分束器相比較，有很多優(yōu)點。特別是，由于輸出偏振束52、54的平行度主要由簿片146的第一和第二表面148和150的平行度決定以及由于已有分束器的平行度由分開安裝的器件的調整來決定，因此，分束器50能提供遠大于已有分束器所能提供的平行度的輸出光束52、54。而且，分束器50在不需要復雜的調整程序變能實現(xiàn)這樣的高平行度。再者，由于分束器50的尺寸基本上不受外來因素的影響，分束器50總是能得到基本上平行的輸出束52、54。最后，分束器是雙向的，因此能用來從一個輸入光束產(chǎn)生多個輸出光束，也能用來將多個輸入光束組合成一個輸出光束。
現(xiàn)在參照圖5，它更詳細地圖解地描述了光濾波裝置30的光色散元件62的一個實施例。元件62包括一衍射柵232，它被固定在色散安裝元件234上。在一個實施例中，該安裝元件234是棱鏡234。元件62適于接收輸入面68上的多色輸入光束52、54并得到相應的多個子光束38，子光束38從元件62的輸出面69離開，出射角φr與波長相關。光柵232適于提供有第一色散特性的光色散元件62，棱鏡234適于提供有第二色散特性的光色散元件62從而光柵232和棱鏡234組合提供有改進了熱穩(wěn)定性的組合色散特性的光色散元件62。
如圖5所示，在一實施例中，光色散元件62的光柵232包含一通常是平的基板230，230有寬的表面238；一開槽面242的開槽層240，使得開槽層242從基板230的表面238延伸。開槽面242包括許多窄的槽244，這些槽以夸張的方式表示在圖5中。這些槽244被相對小的沿基板230的平面測量的槽間隔S分開。開槽面242本質上是反射性的，使得光柵232的功能像反射器件一樣。
在一實施例中，光柵232用普通的復制技術制成，使得從母光柵得到的模具用來壓印復制柵232，復制柵232帶有多個平行槽的開槽面242。為了避免有與光柵232相關的最強的相干極大值(此時是沒有光色散的第零級)，光柵232最好是刻成第一級(m＝1)。每一個槽244的表面與基板236的平面有一夾角。但在其它實施例中，使用其它類型的光柵也是合適的。例如，非刻蝕光柵，全息光柵，透射光柵等也可使用。
在較佳實施例中，衍射光柵232適于以與普通衍射光柵同樣的方式衍射光，以致于得到有第一色散特性的光色散元件162。衍射光柵232適于改變有自由空間波長λf(即在真空中測得的波長)和有相對于衍射光柵平面的入射角為θ1的入射光束的方向，使得根據(jù)下面討論的方程(6)，每個輸出光束有衍射角θm。由于最好光柵被刻成第一級，因此，對于m＝-1衍射極衍射光能量與入射光能量之比，又稱衍射效率得以增強。
如圖5所示，光色散元件62的棱鏡234包括多個通常是平的折射面250。折射面250包括輸入面68，輸出面69和安裝面256，使得進入角α被輸入面68和安裝面256確定，出射角γ由輸出面69和安裝面256確定。棱鏡234的輸入面68作為光色散元件62的輸入端口260，使得光束52、54能進入光色散器。棱鏡234的輸出面69作為光色散元件62的輸出端口264，使得多個子光束38以與波長相關的方向從光色散器離開。棱鏡234用透明材料制成，其折射率np與在其中傳輸?shù)墓獾牟ㄩL有關。
如圖5所示，在較佳實施例中，光柵232直接安裝在棱鏡234的安裝表面256上，從而得到有衍射面258的光色散元件62。光柵位于棱鏡234的安裝表面256的附近，使得光柵232的基板236基本上與棱鏡234的固定表面256平行。光柵232的開槽面242位于固定表面256附近，使得開槽面242是衍射面258。相對簿的厚度為T的透明環(huán)氧簿層以直接無縫貼合的方式插在光柵232和棱鏡234之間，使得光柵232的開槽面與棱鏡234的固定表面256粘合在一起。環(huán)氧268最好用折射率基本上等于棱鏡234的折射率的材料，這樣避免光從固定表面256反射。
雖然光色散元件62的較佳實施例使用如圖5所示的安裝在棱鏡234上的分開形成的光柵232，但很明顯，在其它實施例中，也可提供一種變通的衍射面。例如，在一個實施例中，棱鏡234的表面256也可像圖5的光柵232的開槽面一樣的方法開槽。
現(xiàn)在參照描述光色散元件62的組合色散特性的圖6。在這簡單例子中，單色輸入光束270，其自由空間波長為λf，射向光色散元件62的輸入面68。輸入光束270然后被元件62改變方向，使得有相同自由空間波長λf的輸出束從元件62的輸出面69射出，其相對于輸出面69法線的出射角為φr。
如圖6所示，輸入光束270通過折射率為ni的入射介質274，如空氣，射向棱鏡234的輸入面68，相對于入射面68的法線的第一入射角為β1。在到達輸入面68時，輸入光束270經(jīng)折射，產(chǎn)生第一折射束276，相對于輸入面68的法線的折射角為βr，有nisinβi＝npsinβr(4)如圖6所示，折射光束276通過棱鏡234射向沿固定表面256放置的光柵232。光束276射向固定表面256，確定相對于固定表面256平面的法線的第二入射角θi。θi與βr和棱鏡的進入角α相關，根據(jù)幾何方程，有θi＝α-βr(5)如圖6所示，衍射光柵將光束276衍射成通過固定表面256再次進入棱鏡234的衍射光束278。根據(jù)眾所周知的衍射光柵方程，在這種情況下(衍射級m＝-1)，該方程表示為s(sinθi+sinθm)＝-λf/np(6)衍射光束278確定了相對于固定表面256法線的衍射角θm。
如圖6所示，衍射光束278在從棱鏡234的輸出面69出射前，通過棱鏡234行進，因此，確定相對于輸出面69法線的第三入射角φi。入射角φi與θm和棱鏡的離開角γ有關，滿足幾何方程
φi＝γ-θm(7)衍射光束278在輸出面69折射，從而得到輸出光束272，滿足方程npsinφi＝nrsinφr(8)這里，nγ是棱鏡234外面輸出表面254附近的介質的折射率。在較佳實施例中，輸出面69附近的介質是空氣。
根據(jù)方程(4)-(8)，很明顯，出射角φγ與第一入射角βi，棱鏡的折射率np，棱鏡的進入角α，光柵的槽寬度S，棱鏡的離開角γ和輸出光束的自由空間波長λf有關。這解釋了為什么圖5中的光束52、54色散成多個單色子光束，而每一個單色子光束有唯一的出射角φγ。但是，由于np和S常常隨溫度變化而改變，如果沒有現(xiàn)在將更詳細描述的光色散元件62的熱補償設計特征，出射角φr很可能會有實質性的變化。
為了減小光散射元件62的出射角φr隨溫度變化的變化，在一個實施例中，采用的光色散元件62使得熱引起np的變化的影響被熱導致S變化的影響所降低。特別根據(jù)方程(4)-(8)，光散射元件62用所選擇的材料制得，使得棱鏡234的折射率相對于溫度變化的速率(dn/dT)和光柵232的槽間隔寬隨溫度變化的速率(ds/dT)提供出射角φr隨溫度變化的速率(dφr/dT)相對較小。
例如，在一個實施例中，通過在開槽層240上施加與溫度相關的應力的方法，使得采用的光柵232有所要的ds/dT值。這種應力可以是光色散元件62熱膨脹的結果。更特別的是，開槽層240的ds/dT能通過挑選有合適的熱膨脹系數(shù)(CTE)的開槽層240的材料來選擇。Ds/dT還通過作用在開槽層240上的熱應力來確定。例如，由于開槽層直接粘合在基板236上，因此，基板236能根據(jù)基板236的CTE用來對開槽層240施加熱應力。由于開槽層240直接粘合到環(huán)氧268上，環(huán)氧268能根據(jù)環(huán)氧的CTE來對開槽層施加熱應力。此外，由于棱鏡234被粘合到環(huán)氧268上，棱鏡234能用來通過環(huán)氧268間接地對開槽層施加熱應力，加在開槽層240的熱應力依賴于環(huán)氧268的彈性橫量，環(huán)氧268的厚度和棱鏡238的CTE。
在一個實施例中，光柵232的槽間隔寬S隨溫度變化維持在一相對恒定的值。這是通過選擇有相對小的CTE的基板236的材料來實現(xiàn)的。在一個實施例中，環(huán)氧268是有合適厚度的高彈性材料，因此，光柵232基本上與棱鏡234的熱膨脹隔開。棱鏡234的材料可以選擇有相對小的CTE材料。
在一個實施例中，形成光色散元件62，使得光柵232的ds/dT基本上為零以及棱鏡的dn/dT基本上為非零。為了達到熱補償，形成的光色散元件62有合適的α、γ和np值，使得基本上為非零的dn/dT對φγ的影響按方程(4)-(8)基本上不存在。例如，如果棱鏡的折射率np增大，則按方程(4)，折射角βr減小，而按方程(5)，入射角θi減小。相應地，按方程(6)，使衍射角θm增大，按方程(7)，入射角φi減小。選擇φI的減小使得np與sinφi的乘積相對不變，從而使得根據(jù)方程(8)，φr基本上保持不變。
因此，本專業(yè)的技術人員會意識到，在設計光色散元件62時有很大的自由使得dφγ/dT減小。在一個實施例中，光色散元件的材料和形狀選擇得使非零的ds/dT的影響與非零的dn/dT的影響相抵消。在另一個實施例中，光色散元件采用基本為零的ds/dT和基本非零的dn/dT使得在改變np時，φr相對不變。
因而，光色散元件62能以比已有技術的光色散元件更合乎需要的方式色散光。通過棱鏡的熱相關的折射率的影響與光柵232的熱相關的槽間隔寬的影響抵消，光色散元件62的出射角φr對溫度的變化不敏感。進而，在一個實施例中采用光色散元件62使得光柵232的槽間隔寬S對溫度的改變相對不敏感和使得溫度改變大大影響光柵232的折射率np。然而，在這個實施例中，棱鏡234的構成和形狀選擇得使得子光束38的出射角φγ基本上與光色散元件62的溫度無關。
現(xiàn)在參照圖7描述光濾波裝置30的光色散元件62的另一個實施例。在該實施例中，采用的光色散元件通過減小進入和離開光色散元件62的衍射光柵332的入射和衍射光束的夾角提供整體上改進的效率。
如圖7所示，元件62與圖5的元件62相似。特別是元件62包含有輸入面68，輸出面69和固定面356的棱鏡334。元件62還包含類似于圖5光柵一樣的衍射光柵332，以提供一衍射面336。特別是衍射柵332安裝在棱鏡334的固定面336上使得射在棱鏡334輸入面68上的光束52、54全被衍射柵332所衍射，從而得到離開輸出面69的子光束38。再者，采用的元件62有早先在圖5中的元件62所描述的熱補償特性，從而提供隨溫度變化基本上均勻的色散特性。但是，已如下面會更詳細描述的那樣，圖6的元件62將輸入和輸出光束通道限制在棱鏡334中，使得光柵332的衍射效率得以改進。
如圖7所示，采用棱鏡334，使得光束52，54進入棱鏡334的輸入面68，在棱鏡中沿輸入光束通道346到固定面356傳輸。特別是，每一個輸入光束通道346包括延伸到位于棱鏡334內的反射位置310的第一長度310。每一輸入光束通道346還包括從反射位置311延伸到衍射面336的第二長度312，使得光束52、54限定相對于衍射面336法線的入射角為θi。
在一個實施例中，在反射位置311，光束52、54發(fā)生反射，其結果是引起全內反射(TIR)。特別是，每一輸入光束346的第一長度310延伸棱鏡334的第一外表面318，限定了相對于第一表面318法線的入射角ki。采用棱鏡334，使得入射角ki大于被sin-1(np/nout)所限定的在第一表面318上的臨界角，這里，nout為第一表面318附近棱鏡334外部介質的折射率，np是棱鏡334的折射率。
如圖7所示，每一輸入光束通道346的第一長度310從輸入面68向輸出面69延伸。在到達輸出面69時，光束52、54在那里全反射，從而沿輸入光束通道346的第二長度312改變方向，該第二長度312從輸出面69向固定面356延伸。
采用棱鏡334使得來自衍射面336的子光束在棱鏡334中沿輸出光束通道348從衍射面336向輸出面69傳輸。每個輸出光束通道348包括第一長度314，該第一長度由衍射角θm所限定的方向從固定面356向輸出面69延伸，相對衍射面336的衍射角θm按方程(6)確定。每一輸出光束通道348的第一長度314進一步限定了相對于輸出面69的入射角φi。被輸出面69上的每個輸出光束通道348限定的入射角φi小于臨界角，使得不發(fā)生全反射。在一個實施例中，沿棱鏡332的輸出面69涂上抗反射涂層，從而增加子光束38通過輸出面69的透射而沒有光束52、54的無益的全反射。
采用元件26，使得每一輸入光束通道346的第二長度312和每個輸出光束通道348的第一長度314限定一相對小的角度Ω。在一個實施例中，Ω小于5度。由于角Ω小于已有技術裝置所提供的角度，衍射柵332能改善衍射效率。進而，由于光束52、54和子光束38分別通過空間上隔開的輸入和輸出面68、69進、出元件，光束52、54和子光束38很少受緊靠的組件的影響。
例如，在一個實施例中，半波片60安放在元件62的輸入面68附近，從而，也放在光束54的通道上，如圖7所示。但由于子光束38離開輸出面69并沿基本上與輸入面68分開的區(qū)域傳輸，子光束38不進入半波片60。因此，子光束38至少有一個不受半波片60影響。
在一個實施例中，采用元件62，使得在棱鏡334的輸出面69上，光束52、54的至少一個光束和有橢園截面形狀的子光38彼此部分重疊。由于輸入光束52、54有一延伸的寬度，它沿有寬度W1的第一入射區(qū)320射到輸出面69。同樣，因為輸出子光束38有一延伸的寬度，它沿寬度為W2的第二入射區(qū)322射到輸出面69。由于輸入光束52、54和輸出子光束38之間的夾角Ω相當小，第二入射區(qū)322與第一入射區(qū)320部分重疊，如圖4所示。
因此，會意識到，圖7的光色散元件62有提高通過效率的優(yōu)點。該優(yōu)點通過在衍射面336上限定相當小角度Ω的輸入的輸出光束通道346、348實現(xiàn)的。而衍射面336提高了光柵332的衍射效率。例如，如果Ω角從15度減小到5度，衍射柵332的衍射率率能提高10％。進而，該優(yōu)點的實現(xiàn)也不需要輸入光束52、54和輸出子光束在棱鏡334外面彼此很靠近地通過。因此，元件62能與半波片60一起使用，使得半波片影響光束54而不影響子光束38。
現(xiàn)在參照圖8，它更詳細地圖解描述3圖1的光濾波裝置30的較佳實施例。裝置30對稱構成使得輸入部件36和輸出部件48基本上是同樣的。裝置30包含輸入部件36的第一分束器50和形成輸出部件48的一部分的基本相似的第二分束器51。如前面所討論的，輸入部件36的偏振轉換器的分束器50在輸入面56的輸入面端口140接收輸入光束32并將輸入光束32分成p偏振和s偏振光束52和54，光束52、54基本上平行地分別離開分束器50的輸出面端口142、144進而，在該實施例中，輸出部件48的解偏振轉換器110的束組合元件114包括分束器51。分束器51以相反方式放置，使得存在半波片112的s偏振光束106進入分束器51的第二輸出面端口144，而離開第一束組合元件100的p偏振光束進入分束器51的第一輸出面端口142。由于分束器51是雙向的，光束106、108基本上是平行的且分別是s偏振和p偏振的，因而分束器51能有效組合光束106、108，從而以基本準直的方式得到離開分束器51輸入面端口140的輸出光束34。
在圖8實施例中，裝置30還包括輸入部件36的光色散元件62和形成輸出部件48一部分的基本一樣的第二光色散元件61。如上所述，輸入部件36的光色散元件62在元件62的輸入面68上接收p偏振光束52、54。而元件61色散偏振光束52、54，從而得到空間上分開的子光束38并離開元件62的輸出面69。
在該實施例中，輸出部件上48的第一光束組合元件100包含第二光色散元件61。元件61相對元件62對稱安置并排列得使第一光束組合元件100的輸入面102是第二光色散元件61的輸出面69。同樣，第一光束組合元件100的輸出面104是元件61的輸入面68。以相反方式工作，元件61重新組合所要的進入輸出面69的子光束42并重新組合子光束42形成組合光束106、108并離開元件61的輸入面68。
在圖8的實施例中，聚焦元件70包含有焦距的遠心會聚透鏡71以及準直元件90包含與透鏡71一樣的會聚透鏡91。透鏡71和91放得分別離光色散元件62、61基本上等于透鏡焦距的位置上。透鏡71和91也放在分別離濾波部件46的屏80基本上等于透鏡71、91的焦距的位置上。
結果，進入透鏡71的所要的子光束42和離開透鏡91的所要的子光束42分別限定了發(fā)散和會聚光束通道，使得發(fā)散束通道96的幾何形狀基本上與會聚束通道98的幾何形狀匹配，正如圖3所表示的。由于子光束42沿會聚束通道98(它在幾何形狀上與會發(fā)散通道96相似)離開準直元件70，子光束42在色散元件61中有效組合，從而得到復合光束106、108，以基本平行方向離開元件62b。
因此，會意識到光濾波裝置30給出了改進的濾波特性。特別是，由于裝置30將輸入光束分成多個所要的，在空間上與多個不要的子光束分開的子光束，裝置30能通過本質上阻擋子光束分開的子光束來衰減輸入光束中不要的波長成分。而且，由于所要的子光束是線偏振狀態(tài)的，故它們被色散元件62和61高效地衍射。所以，裝置30以高的通過率能通過輸入光束的所要的波長成分和得到改進的光譜分辨能力，使得即使波長分量的波長差別很小，所要的波長分量也能與不要的波長分量區(qū)分開來。
也將意識到光濾波裝置30提供了隨溫度變化基本穩(wěn)定的濾波特性。特別是因為色散元件62有隨溫度穩(wěn)定的色散特性，因而離開色散元件62的子光束38很少可能受溫度變化的影響。通過使用分束器50，裝置30的熱穩(wěn)定性進一步得到增強，它的性能基本上不受變化的溫度的影響。
現(xiàn)在參照圖9，它圖示地說明了一個根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的光濾波系統(tǒng)120。系統(tǒng)120包含第一和第二光濾波裝置30j和30k，它們基本上類似于圖8的光濾波裝置30。裝置30j和30k最好以疊起的結構安排，因而它們彼此相鄰。采用裝置30j和30k分別接收第一和第二輸入光束32j和32k，每個光束均有所要的和不要的波長分量。裝置30j和30k以像圖2和圖3的光濾波裝置同樣的方式過濾光束32j和32k，最后得到各自的包含各個所要波長分量的第一和第二輸出光束34j和34k。
如圖9所示，系統(tǒng)120包括用普通透明簿片124制成的第一和第二偏振分束器50j和50k的第一偏振分束器子系統(tǒng)122，使得元件50j和50k彼此永久對準。另外元件50j和50k在結構上和功能上與圖4的元件50是一樣的。
進入子系統(tǒng)122的第一輸入面端口140j的第一光束32j被子系統(tǒng)122分束，使得p偏振的輸出光束52j離開子系統(tǒng)122的第一輸入面端口142j，s偏振的第二輸出光束54j離開子系統(tǒng)122的第二輸出面端口144j。第一和第二光束52j和54j以基本上與第一輸入光束32j準直的基本平行的方向傳輸。同時進入子系統(tǒng)122的第二輸入面端口142k的第二輸入光束32k由子系統(tǒng)122分束，故具有p偏振的第三輸出光束52k離開子系統(tǒng)122的第三輸出面端口142k，s偏振的第四輸出光束54k離開系統(tǒng)的第四輸出面端口144k。第三和第四輸出束52k、54k以基本上與第二輸入光束32k準直的基本平行的方向傳輸。
如圖9所示，系統(tǒng)120包括半波片60j和60k。半波片60j和60k放置得分別接收來自子系統(tǒng)122的s偏振束54j、54k并為它們提供p偏振。
如圖9所示，該系統(tǒng)還包括接收來自偏振分束器子系統(tǒng)122的52j和52k和來自半波片60j、60k的p偏振束54j、54k的光色散子系統(tǒng)126。正如下面結合圖要更詳細描述的那樣，子系統(tǒng)126包括共同使用單棱鏡434的第一和第二光色散元件62j、62k，其中，62j、62k基本上類似于圖8的光色散元件62。第一色散元件62j接收源自第一輸入光束32j的光束52j、54j并提供相應的多個空間上分開的p偏振單色子光束38j。另外，第二色散元件62k接收源自第二輸入光束32k的光束52k、54k并提供相應的多個空間上分開的p偏振單色子光束38k。
圖10更詳細地描述了圖9的光濾波系統(tǒng)120的光色散子系統(tǒng)126的一個實施例。子系統(tǒng)126包括與圖7的光色散元件62基本相似的第一和第二光色散元件62j、62k。在一個實施例中，子系統(tǒng)126包括一個棱鏡434和一個衍射光柵432，它們適于提供分開的輸入面端口68J、68K，分開的輸出面端口69j、69k和分開的衍射面端口442、443。光束52j、54j被輸入面端口68j接收并被衍射面端口442衍射，從而提供離開輸出面端口69j的子光束38j。另外，光束52k、54k被輸入面端口68K接收并被衍射面端口443衍射，從而提供離開輸出面輸口69k的子光束38k。
該光色散系統(tǒng)126具有許多優(yōu)點是可以理解的。特別是子系統(tǒng)126使色散元件62j、62k具有改進的熱穩(wěn)定性和改善的衍射效率。由于色用元件62j、62k共同使用同一棱鏡，它們能以更可靠的方式彼此對準。再則，由于子系統(tǒng)126的所有元件剛性地貼在一起，子系統(tǒng)126在使用期間不太可能失準。此外，由于子系統(tǒng)126包括單一的光柵432，子系統(tǒng)126的色散元件62j、62k的對準進一步簡化，因此，使子系統(tǒng)126的制造成本降低。
參照圖9，系統(tǒng)120的光色散裝置30j和30k均包括一對透鏡71j、91j和71k、91k，它們與圖8的一對透鏡71、91是一樣的。透鏡71j接收子光束38j，子光束38j有來自光色散元件62j的所要的子光束42j。另外，透鏡71k接收來自元件62k含有所要的子光束42k的子光束38k。透鏡71j、71k分別單獨將子光束38j、38k聚集在一共同的焦平面上。進而，透鏡91j和91k分別單獨準直離開濾波子系統(tǒng)127的所要的子光束42j、42k。如圖9所示，系統(tǒng)120還包括為了讓第一和第二多個所要的子光束42j、42k選擇通過和阻止第一和第二多個不要的子光束44j、44k通過濾波子系統(tǒng)127。該子系統(tǒng)包含一有第一和第二多個孔86j、86k的不透明屏125，每一個孔類似于圖3的屏80的多個孔86。屏125放置在透鏡71j和71k的焦平面上，使得孔125與多個第一所要子光束42j相重合，孔125與多個第二所要子光束42k相重合。這樣，不要的子光束44j、44k被屏125所阻擋，所要的子光束42j、42k允許離開屏125，從而射向透鏡91j和91k。
如圖9所示，系統(tǒng)120還包括第二光色散子系統(tǒng)128，它接收離開透鏡91j和91k的子光束42j、42k。子系統(tǒng)128與子系統(tǒng)126一樣，包括光色散元件61j和61k。子系統(tǒng)128以與上面圖8中描述的相反的方式安排，使得子系統(tǒng)128的光色散元件61j和61k分別接收子光束42j和42k并以有效的方式組合它們形成p偏振組合光束對106j、108j和106k、108k。進而光束106j和106k分別射向半波片112j和112k，從而得到s偏振的光束106j、106k。
如圖9所示，系統(tǒng)120還包括第二偏振分束器子系統(tǒng)129，它接收離開第二光色散子系統(tǒng)128的p偏振光束108j、108k和分別離開半波片112j、112k的s偏振光束106j、106k。子系統(tǒng)129與子系統(tǒng)122是一樣的，包括第二偏振分束器51j和51k。該子系統(tǒng)以與上面圖8中描述的相反方式安排使得子系統(tǒng)129的偏振分束器分別接收組合光束對106j、108j和106k、108k并以有效的方式組合形成輸出束34j和34k。
參照圖11和12，它們圖示描述了光濾波系統(tǒng)120的另一些實施例。在這些實施例中，光濾波系統(tǒng)120包括第一偏振分束器122、半波片60j、60k和第一光色散子系統(tǒng)126，它們將輸入光束32j、32k分別分成子光束38j、38k。圖11和圖12的系統(tǒng)120還包括濾波子系統(tǒng)127，第二光色散子系統(tǒng)128、半波片112j、112k和第二束分路子系統(tǒng)129，它們分別選擇子光束42j、42k并將子光束42j、42k組合成輸出光束34j、34k。但是，代替所用的分開的透鏡對，圖11、12的系統(tǒng)120只使用單個透鏡71聚焦子光束38j和38k和單個準直透鏡91來準直子光束42j和42k，因此，能使系統(tǒng)120減小空間。
在圖11的實施例中，輸入光束32j、32k彼此位于離開相當大的距離。為了補償這一位移，系統(tǒng)120包含一子光束合并元件130，它接收來自光色散子系統(tǒng)126的子光束38j和38k并輸出子光束38j和38k，使得它們沿基本上相鄰的光束通道傳輸，進而，為了得到有相當大空間間隔的輸出光束34j和34k，系統(tǒng)120還包括光束展開元件131，它接收空間上緊鄰的第一和第二多個所要的子光束42j和42k并輸出彼此間有相當大位移的子光束42j和42k。
如圖11所示，子光束合并元件130包括半波片132和偏振分束器133。安放半波片132以接收離開光色散系統(tǒng)126的p偏振子光束38j。半波片132輸出s偏振的子光束38j，使得s偏振子光束38j被光分束器133接收。光分束器133安放得使接收來自半波片132的s偏振子光束38j和來自子系統(tǒng)126的p偏振子光束38k。光分束器133與圖4的分束器50是一樣的且以反相的方式取向以使在輸出面端口接收s偏振子光束38j和p偏振子光束38k，并沿基本平行的方向從輸入面端口輸出。
如圖11所示，子光束展開元件131放在透鏡91和光色散子系統(tǒng)128之間以接收所要的s偏振子光束42j和沿基本上相鄰的光束通道傳輸?shù)膒偏振子光束42k。元件131與元件130是一樣的，它包括光分束器134和半波片135。光分束器在輸入面接收子光束42j和42k并輸出來自位移的輸出面端口的子光束42j和42k，從而使s偏振子光束42j與p偏振子光束42k發(fā)生位移。s偏振子光束然后通過半波片134，從而得到p偏振的子光束42j。
如圖11所示，在一實施例中，系統(tǒng)120還包括第一和第二光補償器136和137。補償器136放在子系統(tǒng)126和透鏡71之間，從而接收子光束38j，而補償137放在透鏡91和子系統(tǒng)128之間以接收子光束42j。補償器136、137對子光束38J的通道和子光束38K的通道之間的幾何差進行補償。
在圖12的實施例中，輸入光束32j和32k沿基本上相鄰的光束通道行進，結果是子光束38j基本上與子光束38k相鄰，因此允許用一個透鏡71聚集子光束38j和38k。進而，離開濾器127的子光束42j和42k彼此相鄰，因此使得透鏡91能準直子光束42j和42k。
在圖11和圖12的實施例中，與輸入光束32j相關的在屏125的強度分布76j被適當指引的輸入光束32j、32k從輸入光束32k的強度分布76k移開。例如，如果光束32j、32k如圖11和12所示所那樣沿Z軸基本準直，則強度分布76k能被沿Y-Z平面使光束32j相對于32k沿Y軸稍稍傾斜的分布76k抵消。在這種情況下，由于76j和76k是沿X軸拉長，它們被強加在屏的不同端口上。交替地，如果32j沿X-Z平面傾斜，側強度分布76j會相對于分布76k沿X軸移動。
意識到圖9、11和12的光濾波系統(tǒng)120會有很多優(yōu)點。特別是光濾波系統(tǒng)120的每一個都包括基本上與圖8的改進的光濾波裝置30一樣的第一和第二光濾波裝置30j和30k。因此，系統(tǒng)特別適于要求能以精細分辨能力、有效透過所要的波長成分而阻擋不要的波長分量的分別濾波二個輸入光束的交錯濾波應用的場合。進而，由于裝置30j和30k的很多部件是共用的，因而系統(tǒng)120能緊湊地安排以節(jié)省空間。再則，由于子光束38j聚焦在孔86j而子光束38k聚焦在孔86k上，86j和86k是分開的，從而降低了交擾的可能性。
盡管已往說明描述了本發(fā)明的較佳實施例和指出了當應用這實施例時，本發(fā)明的十分重要和新穎的特征，但仍應理解，所描述的器件的細節(jié)形式上的刪節(jié)，替換和變化可以被本專業(yè)普通技術人員在不違背本發(fā)明的精神的情況下做到。因此，本發(fā)明的范圍不應限于上述描述，而應被附加的權利要求確定。
權利要求
1.一種對具有多個所要波長分量和多個不要波長分量的輸入光束進行濾波的光濾波裝置，其特征在于，光濾波裝置包括在輸入光束通道上安放的一輸入部件，所述輸入部件將輸入束分成多個單色偏振子光束，這些子光束沿相應的空間上分開的多個光束通道傳輸，所述多個偏振單色子光束包括(a)多個相應于所要波長分量的所要子光束和(b)多個相應于不要波長分量的不要子光束。在光束通道上安放的一濾波部件，所述濾波部件使不要的子光束衰減，使所要的子光束通過；和安放的一輸出部件，接收來自濾波部件的所要子光束，所述輸出部件在空間上組合所要的子光束，從而得到包含輸入光束的所要波長分量的經(jīng)濾波輸出光束。
2.按權利要求1所述的裝置，其特征在于，輸入部件包括安放偏振轉換器以接收輸入光束，所述偏振轉換器將輸入光束轉換成線偏振光。
3.按權利要求2所述的裝置，其特征在于，偏振轉換器將輸入光束轉換成至少一個p偏振光束。
4.按權利要求3所述的裝置，其特征在于，至少一個p偏振光束包括在基本上平行的方向上傳輸?shù)牡谝缓偷诙窆馐?br> 5.按權利要求4所述的裝置，其特征在于，偏振轉換器包括一偏振分束器和一偏振旋轉器片，所述偏振分束器提供第一p偏振光束和s偏振束，安放所述偏振旋轉器片使得接收s偏振束，所述偏振旋轉器片旋轉s偏振束的偏振軸以得到第二p偏振束。
6.按權利要求4所述的裝置，其特征在于，輸入部件還包括將第一和第二p偏振光束色散成多個偏振單色子光束的光色散元件，所述光色散元件包含一衍射光柵。
7.按權利要求6所述的裝置，其特征在于，輸入部件還包括接收來自光色散元件的多個偏振單色光束的聚焦元件，所述聚焦元件將多個偏振單色光束聚焦在一焦平面上。
8.按權利要求7所述的裝置，其特征在于，所述聚集元件的所述聚焦提供一在空間上延伸的、在光譜上分開的強度分布。
9.按權利要求8所述的裝置，其特征在于，聚焦元件將匹配成對的有相配波長的子光束朝向對方，使得匹配成對的子光束在聚焦元件的焦平面上彼此相交。
10.一種對有多個所要波長分量和多個不要波長分量的輸入光束進行濾波以得到只包含所要的波長分量的輸出光束的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟將輸入光束分成多個沿空間上分開的光束通道傳輸?shù)钠駟紊庸馐鲎庸馐?a)多個相應于所要波長分量的所要子光束，(b)多個相應于不要的波長分量的不要子光束；將所要子光束與不要子光束分開；和組合所要的子光束從而得到經(jīng)濾波的輸出光束。
11.按權利要求10所述的方法，其特征在于，分開輸入光束的步驟包含將輸入光束轉換成至少一個線偏振光束。
12.按權利要求11所述的方法，其特征在于，將輸入光束轉換成至少一個線偏振光束的步驟包含將輸入光束轉換成第一和第二p偏振光束。
13.按權利要求12所述的方法，其特征在于，分開輸入光束的步驟還包括使輸入光束衍射。
14.按權利要求13所述的方法，其特征在于，使輸入光束衍射的步驟包括使至少一個線偏振光束通過具有衍射光柵的光色散元件，使得至少一個線偏振束被衍射光柵衍射。
15.一種控制有多個波長分量的輸入光束以得到一輸出光束的光控制裝置，其特征在于，所述裝置包括放在入射光束通道上的一輸入部件，所述輸入部件將入射光束分成沿相應多個空間上分開的子光束通道傳輸?shù)牡谝唤M多個偏振單色子光束；放在子光束通道上的子光束控制器，以空間有關的方式控制第一組多個偏振單色子光束中的至少一個，所述子光束控制器提供第二組多個偏振單色子光束；和安置一輸出部件，接收離開子光束控制器的第二組多個偏振單色子光束，所述輸出部件構建來自第二組多個偏振單色子光束的輸出光束。
16.按權利要求15所述的裝置，其特征在于，第一組多個偏振單色子光束包括(a)多個相應于輸入光束的多個所要波長分量的所要子光束和(b)多個相應于輸入光束的多個不要波長分量的不要子光束；其中的第二組多個偏振單色子光束包括多個所要的子光束；和其中的子光束控制器包括一濾波部件，所述濾波部件衰減不要的子光束而通過所要的子光束。
17.按權利要求16所述的裝置，其特征在于，濾波部件包括有多個孔的不透明材料，安放所述濾波部件使得多個所要子光束與多個孔對準，多個不要的子光束不與多個孔對準，其中輸出部件空間上組合離開濾波部件的所要子光束從而構成包含輸入光束中所要波長分量的輸出光束。
18.一種過濾分別有第一組和第二組多個所要波長分量和第一組和第二組多個不要波長分量的第一和第二輸入光束的光濾波系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括放在第一和第二輸入光束通道上的輸入部件，所述輸入部件將第一和第二輸入光束分成分別沿空間上分開的第一組和第二組多個光束通道傳輸?shù)牡谝唤M和第二組多個偏振單色子光束，所述第一組多個和第二組多個偏振單色子光束包括(a)相應于第一和第二輸入光束的所要波長分量的第一組和第二組多個所要子光束和(b)相應于第一和第二輸入光束的不要的波長分量的第一組和第二組多個不要的子光束，放在第一和第二光束通道上的濾波部件，所述濾波部件衰減第一組和第二組多個不要的子光束而使第一組和第二組多個所要的子光束通過。安放一輸出部件，接收來自濾波部件的第一組和第二組多個所要的子光束，所述輸出部件在空間上組合第一組多個所要的子光束從而得到包含第一輸入光束中所要波長分量的經(jīng)濾波的第一輸出光束，所述輸出部件在空間上組合第二組多個所要的子光束從而得到包含第二輸入光束中所要波長分量的經(jīng)濾波的第二輸出光束。
19.按權利要求18所述的系統(tǒng)，其特征在于，輸入部件包括將第一和第二輸入光束分成第一和第二p偏振光束和第一和第二s偏振光束的偏振分光器。
20.按權利要求18所述的系統(tǒng)，其特征在于，輸入部件包括產(chǎn)生第一組和第二組多個偏振單色子光束的光色散元件，所述光色散元件包括包含有第一和第二衍射面的衍射光柵的透明基板，所述第一和第二衍射面分別提供第一和第二組偏振單色子光束。
21.按權利要求18所述的系統(tǒng)，其特征在于，輸入部件包括放在第一組單色偏振子光束通道上的光補償器，輸入部件還包括衍射元件，所述光補償器調節(jié)第一組單色偏振子光束的光束通道從而減小在衍射元件上第一組單色偏振子光束和第二組單色偏振子光束的幾何學的(光程)差。
22.按權利要求18所述的系統(tǒng)，其特征在于，輸出部件包括設置在第一多個所要子光束通道上的一光補償器，輸出部件還包括一衍射元件，所述光補償器調節(jié)第一組多個所要子光束的光從而減小在衍射元件上第一組多個所要子光束和第二自多個所要子光束的幾何學的光程差。
全文摘要
一種光濾波裝置,包括輸入部件、濾波部件和輸出部件。輸入部件將輸入光束分成一組單色偏振子光束,這些偏振子光束借助于一偏振轉換器和一衍射光柵沿一相應的多個空間上分開的光束通道傳輸。單色偏振子光束包含,相應于輸入光束的所要的波長多個所要的子光束。濾波部件使所要的平色偏振子光束通過而阻止不要的平色偏振光束通過。輸出部件將所要的單色偏振子光束組合起來形成輸出光束。因為單色偏振子光束是線性偏振的,因此,輸入和輸出部件能實現(xiàn)高通過率。
文檔編號G02B27/28GK1390309SQ00815628
公開日2003年1月8日 申請日期2000年8月26日 優(yōu)先權日1999年9月14日
發(fā)明者J·阿明, J·P·康迪斯, E·R·拉那利, B·A·斯科特 申請人:康寧股份有限公司