專利名稱：用于光學(xué)切換的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及光學(xué)技術(shù)。
背景技術(shù)：
2×2光學(xué)開關(guān)是一種在兩個輸入端口與輸出端口之間提供切換的光學(xué)元件。到達一個給定輸入端口處的光學(xué)信號依據(jù)光學(xué)開關(guān)的狀態(tài)傳輸?shù)捷敵龆丝谥弧?×2光學(xué)開關(guān)能配置在由一個外部控制信號控制的兩種可能狀態(tài)之一下。在第一狀態(tài)下，把從在第一輸入端口處的一根第一輸入光學(xué)纖維接收的光學(xué)信號傳輸?shù)揭粋€又聯(lián)接到一根第一輸出光學(xué)纖維上的第一輸出端口。另外，從在第二輸入端口處的一根第二輸入光學(xué)纖維接收的光學(xué)信號傳輸?shù)揭粋€又聯(lián)接到一根第二輸出光學(xué)纖維上的第二輸出端口。在第二狀態(tài)下，從第一輸入光學(xué)纖維提供的光學(xué)信號傳輸?shù)降诙敵龉鈱W(xué)纖維，而從第二輸入光學(xué)纖維提供的光學(xué)信號傳輸?shù)降谝惠敵龉鈱W(xué)纖維。2×2光學(xué)開關(guān)廣泛地用在通信設(shè)備中，并且要求可靠、緊湊、及具有跨過不同操作狀態(tài)的硬特性。
本發(fā)明概述在一個方面，本發(fā)明提供一種光學(xué)開關(guān)。一個第一端口接收一個光學(xué)輸入并且產(chǎn)生一個光學(xué)輸出。一個第二端口接收一個光學(xué)輸入，并且產(chǎn)生一個光學(xué)輸出。一個切換元件組包括一個偏振開關(guān)。一個第一元件組聯(lián)接在第一端口與開關(guān)元件組之間。一個第二元件組聯(lián)接在第二端口與開關(guān)元件組之間。當(dāng)使偏振開關(guān)禁止時，開關(guān)元件組把離開第一元件組具有第一選擇偏振的兩個光束，轉(zhuǎn)換成重新進入第一元件組具有第一選擇偏振的兩個光束，而把離開第二元件組具有第二選擇偏振的兩個光束，轉(zhuǎn)換成重新進入第二元件組具有第二選擇偏振的兩個光束。當(dāng)使偏振開關(guān)使能時，開關(guān)元件組把離開第一元件組具有第一選擇偏振的兩個光束，轉(zhuǎn)換成重新進入第二元件組具有第二選擇偏振的兩個光束，而把離開第二元件組具有第二選擇偏振的兩個光束，轉(zhuǎn)換成重新進入第一元件組具有第一選擇偏振的兩個光束。
在另一個方面，本發(fā)明提供一種光學(xué)開關(guān)。一個第一端口接收一個光學(xué)輸入，并且產(chǎn)生一個光學(xué)輸出。一個第二端口接收一個光學(xué)輸入，并且產(chǎn)生一個光學(xué)輸出。一個切換元件組包括一個反射器；一個偏振光分束器，聯(lián)接到反射器上；及一個偏振開關(guān)，聯(lián)接到偏振光分束器上。一個第一元件組聯(lián)接在第一端口與在開關(guān)元件組中的反射器之間。一個第二元件組聯(lián)接在第二端口與在開關(guān)元件組中的偏振光分束器之間。
在另一個方面，本發(fā)明提供一種光學(xué)開關(guān)。一個第一端口接收一個光學(xué)輸入，并且產(chǎn)生一個光學(xué)輸出。一個第二端口接收一個光學(xué)輸入，并且產(chǎn)生一個光學(xué)輸出。一個切換元件組包括一個反射器；一個偏振光分束器，聯(lián)接到反射器上；及一個偏振開關(guān)，聯(lián)接到偏振光分束器上。一個第一元件組包括一種第一雙折射材料，聯(lián)接到第一端口上；一個結(jié)構(gòu)半波片，聯(lián)接到第一雙折射材料上；一種第二雙折射材料，聯(lián)接到結(jié)構(gòu)半波片上；及一個偏振元件子組。偏振元件子組包括一個聯(lián)接到一個法拉第旋轉(zhuǎn)器上的半波片。偏振元件組聯(lián)接在第二雙折射材料與在切換元件組中的反射器之間。一個第二元件組包括一種第一雙折射材料，聯(lián)接到第二端口上；一個結(jié)構(gòu)半波片，聯(lián)接到第一雙折射材料上；一種第二雙折射材料，聯(lián)接到結(jié)構(gòu)半波片上；及一個偏振元件子組。偏振元件子組包括一個聯(lián)接到一個法拉第旋轉(zhuǎn)器上的半波片。偏振元件組聯(lián)接在第二雙折射材料與在切換元件組中的偏振光分束器之間。
在另一個方面，本發(fā)明提供一種光學(xué)開關(guān)。一個第一端口接收一個光學(xué)輸入，并且產(chǎn)生一個光學(xué)輸出。一個第二端口接收一個光學(xué)輸入，并且產(chǎn)生一個光學(xué)輸出。一個切換元件組包括一個反射器；一個偏振光分束器，聯(lián)接到反射器上；及一個偏振開關(guān)；聯(lián)接到偏振光分束器上。一個第一元件組聯(lián)接在第一端口與在開關(guān)元件組中的反射器之間，并且包括一個非對稱裝置。一個第二元件組聯(lián)接在第二端口與在開關(guān)元件組中的偏振光分束器之間，并且包括一個非對稱裝置。當(dāng)光束往返通過各元件組時，非對稱裝置的每一個允許光束沿在各元件組中的不同路徑傳播。
在另一個方面，本發(fā)明提供一種光學(xué)元件。光學(xué)元件包括一種第一雙折射材料；一個第一結(jié)構(gòu)半波片，聯(lián)接到第一雙折射材料上；一種第二雙折射材料，聯(lián)接到第一結(jié)構(gòu)半波片上；一個第二半波片，聯(lián)接到第二雙折射材料上；及一個法拉第旋轉(zhuǎn)器，聯(lián)接到第二半波片上。
在另一個方面，本發(fā)明提供一種光學(xué)元件組。光學(xué)元件組包括一種第一雙折射材料；一個結(jié)構(gòu)半波片，聯(lián)接到第一雙折射材料上；一種第二雙折射材料，聯(lián)接到結(jié)構(gòu)半波片上；一個法拉第旋轉(zhuǎn)器，聯(lián)接到第二雙折射材料上；及一個半波片，聯(lián)接到法拉第旋轉(zhuǎn)器上。
本發(fā)明的方面能包括如下優(yōu)點的一個或多個。本發(fā)明提供一種帶有兩個光學(xué)端口的容易制造的2×2光學(xué)開關(guān)，從而在一個端口處引入的光學(xué)信號能返回到相同光學(xué)端口或不同光學(xué)端口。根據(jù)附圖和下面的描述，其它優(yōu)點是顯而易見的。
附圖的簡要描述

圖1表明一種2×2光學(xué)開關(guān)。
圖2a表明當(dāng)使偏振開關(guān)禁止時對于在端口1處引入的光學(xué)輸入通過圖1的開關(guān)的光學(xué)路徑。
圖2b表明當(dāng)使偏振開關(guān)禁止時對于在端口2處引入的光學(xué)輸入通過圖1的開關(guān)的光學(xué)路徑。
圖3a表明當(dāng)使偏振開關(guān)使能時對于在端口1處引入的光學(xué)輸入通過圖1的開關(guān)的光學(xué)路徑。
圖3b表明當(dāng)使偏振開關(guān)使能時對于在端口2處引入的光學(xué)輸入通過圖1的開關(guān)的光學(xué)路徑。
圖4表示包括一個濾波器的一種光學(xué)開關(guān)的一種實施。
圖5a和圖5b示意表示由在圖4的光學(xué)開關(guān)的端口100和端口200處引入的光傳播過的光學(xué)路徑。
本發(fā)明的詳細(xì)描述本發(fā)明涉及光學(xué)技術(shù)的一種改進。呈現(xiàn)如下描述以使熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)和使用本發(fā)明，并且提供在專利申請和其要求的上下文中。對于本發(fā)明的各種修改對于熟悉本專業(yè)的普通技術(shù)人員是顯而易見的，并且這里的一般原理可以應(yīng)用于其它實施例。因而，不打算把本發(fā)明限于表示的實施例，但要符合與這里描述的原理和特征相一致的最寬廣范圍。
按照帶有具有特定配置的特定元件的一種2×2光學(xué)開關(guān)，描述本發(fā)明。類似地，按照具有諸如在元件之間的距離或角度之類的特定關(guān)系的2×2光學(xué)開關(guān)，描述本發(fā)明。然而，熟悉本專業(yè)的普通技術(shù)人員容易認(rèn)識到，對于具有類似性質(zhì)的其它元件、其它配置、及在元件之間的其它關(guān)系，這種方法和系統(tǒng)將有效地操作。
現(xiàn)在參照圖1，表示一種2×2光學(xué)開關(guān)1000的一種實施的立體圖。2×2光學(xué)開關(guān)1000包括兩個端口，一個端口100和一個端口200。端口100聯(lián)接到一根第一纖維(未表示)上，并且是操作的以接收和傳輸光學(xué)信號。端口200聯(lián)接到一根第二纖維(未表示)上，并且是操作的以接收和傳輸光學(xué)信號。對于由施加到光學(xué)開關(guān)上的一個控制信號確定的兩種可能性，配置2×2光學(xué)開關(guān)1000(1)當(dāng)控制信號不存在時，在一個端口(例如端口100)處接收的光學(xué)信號將傳輸回相同端口(例如端口100)；(2)當(dāng)控制信號存在時，在一個端口(例如端口100)處接收的光學(xué)信號將傳輸回另一個端口(例如端口200)。
為了說明容易，把包括在2×2光學(xué)開關(guān)1000中的元件劃分成三個元件組元件組10，一般涉及端口100；元件組20，一般涉及端口200；及元件組30，一般涉及用來在端口之間切換的元件(例如，在端口100與200之間)。
元件組10包括端口100、光楔110、雙折射材料120、相位補償材料122、結(jié)構(gòu)半波偏振片(“HWP”)130、雙折射材料140、HWP 150、及法拉第旋轉(zhuǎn)器160。端口100進一步包括一個準(zhǔn)直儀(未表示)。
元件組20與元件組10非常類似，并且包括端口200、光楔210、雙折射材料220、相位補償材料222、結(jié)構(gòu)HWP 230、雙折射材料240、HWP 250、及法拉第旋轉(zhuǎn)器260。端口200進一步包括一個準(zhǔn)直儀(未表示)。
元件組30包括反射器310、偏振光分束器(“PBS”)320、及偏振開關(guān)300。在一種實施中，偏振開關(guān)300包括一個反射鏡308、和一個夾持在透明導(dǎo)體板301與302之間的液晶盒305。
光束可以進入在元件組10或元件組20中一個給定元件的四個區(qū)域之一。四個區(qū)域標(biāo)為象限I、II、III、IV，如圖1中所示。也表示x和y方向。正z方向沿著在端口100或200處引入的光束的傳播方向。
圖2a和2b分別表明當(dāng)使偏振開關(guān)禁止時由在端口1處和端口2處引入的光學(xué)信號通過的光學(xué)路徑。圖3a和3b分別表明當(dāng)使偏振開關(guān)使能時由在端口1處和端口2處引入的光學(xué)信號通過的光學(xué)路徑。
A.元件組10參照圖1，元件組10完成兩個功能(1)一個進入端口100的輸入光束將分裂成具有x偏振的兩個光束，并且在正z方向分別離開法拉第旋轉(zhuǎn)器160的象限I和II；(2)具有x偏振、在負(fù)z方向進入法拉第旋轉(zhuǎn)器160的象限I和II的兩個光束，在通過元件組10之后將合并，并且作為一個輸出光束離開端口100。
在端口100處引入的輸入光一般在y方向由一個準(zhǔn)直儀(未表示)反射。光束在y方向反射之后由光楔110校正以便一般在z方向傳播。校正光束進入又折射材料120的象限II。在進入雙折射材料120之前光束的偏振在圖2a中由符號112表示。
輸入到一個端口的光學(xué)信號典型地隨機偏振。光學(xué)信號能分解成兩個分量，具有每個彼此正交和與傳播方向正交的偏振狀態(tài)(SOP)。兩個分量稱作“o”和“e”射線。因而，一個輸入光學(xué)信號能分解成具有第一偏振的第一部分和具有第二偏振的第二部分。雙折射材料120是一個用來把在z方向傳播的光分解成第一和第二部分、和當(dāng)在負(fù)z方向傳播時結(jié)合具有第一和第二偏振的兩個部分的位移單元。
雙折射材料120以這樣一種方式建造和取向，從而在z方向傳播具有y偏振的光束不反射地穿過雙折射材料120，而在z方向傳播具有x偏振的光束在x方向反射。因而，雙折射材料120按照其相應(yīng)偏振分裂或結(jié)合光束，如下面將討論的那樣。假定在輸入上接收的光是隨機偏振的。從光楔110接收的具有y偏振的光束，通過雙折射材料120和相位補償材料122，并且進入結(jié)構(gòu)HWP 130的象限II。從光楔110接收的具有x偏振的光束由雙折射材料120在x方向反射，并且進入結(jié)構(gòu)HWP 130的象限I。在進入結(jié)構(gòu)HWP 130之前的光束的偏振由在圖2a中的符號123代表。
結(jié)構(gòu)HWP 130以這樣一種方式設(shè)計，穿過結(jié)構(gòu)HWP 130的象限II和IV的光束的偏振將轉(zhuǎn)動90度，并且穿過結(jié)構(gòu)HWP 130的象限I或III的光束的偏振將不變。從雙折射材料120的象限I接收的具有x偏振的光束穿過結(jié)構(gòu)HWP 130，并且直接以x偏振進入雙折射材料140的象限I。從雙折射材料120的象限II接收的具有y偏振的光束穿過結(jié)構(gòu)HWP 130，并且以x偏振進入雙折射材料140的象限II。在進入雙折射材料140之前的光束的偏振由在圖2a中的符號134代表。
雙折射材料140具有與雙折射材料120類似的構(gòu)造。雙折射材料140是一個以這樣一種方式構(gòu)造的位移裝置，從而具有x偏振的光束不反射地穿過雙折射材料140，而反射具有y偏振穿過材料140的光束。更具體地說，具有y偏振在負(fù)z方向傳播穿過材料140的光束在負(fù)y方向反射。從結(jié)構(gòu)HWP 130接收的具有x偏振的兩個光束不反射地穿過雙折射材料140，并且分別進入HWP 150的象限I和II。進入HWP 150之前的光束的偏振由在圖2a中的符號145代表。
HWP 150以這樣一種方式構(gòu)造，從而在z方向傳播的光束的偏振相對于正z軸轉(zhuǎn)動-45度，而在負(fù)z方向傳播的光束相對于正z軸轉(zhuǎn)動+45度。從雙折射材料140接收的兩個光束，在分別穿過HWP 150的象限I和II之后，從x偏振向x-y偏振變化，并且分別進入法拉第旋轉(zhuǎn)器160的象限I和II。進入法拉第旋轉(zhuǎn)器160之前的光束的偏振由在圖2a中的符號156代表。
法拉第旋轉(zhuǎn)器160以這樣一種方式構(gòu)造，從而在z方向傳播的光束的偏振相對于正z軸轉(zhuǎn)動+45度，而在負(fù)z方向傳播的光束相對于正z軸轉(zhuǎn)動+45度。HWP 150接收的兩個光束，在分別穿過法拉第旋轉(zhuǎn)器160的象限I和II之后，從x-y偏振向x偏振變化，并且分別進入反射器310的象限I和II。進入反射器310之前的光束的偏振由在圖2a中的符號167代表。
在端口100處接收的光在穿過在元件組10中的所有元件之后，分裂成兩個光束。兩個光束分別存在法拉第旋轉(zhuǎn)器160的象限I和II。
HWP 150是一個往復(fù)裝置。往返穿過HWP 150(即，在正z方向穿過HWP 150、然后由一個平面鏡反射、及再次在負(fù)z方向返回穿過HWP 150)的光束的偏振不變。法拉第旋轉(zhuǎn)器160是一個非往復(fù)裝置。往返穿過法拉第旋轉(zhuǎn)器160的光束(即，在正z方向穿過法拉第旋轉(zhuǎn)器160、然后由一個平面鏡反射、及再次在負(fù)z方向返回穿過法拉第旋轉(zhuǎn)器160的光束)的偏振改變(例如轉(zhuǎn)動總共90度)。
因為元件組10包括一個非往復(fù)裝置-法拉第旋轉(zhuǎn)器160，所以在z方向離開法拉第旋轉(zhuǎn)器160的兩個光束，當(dāng)由一個平面鏡反射回進入法拉第旋轉(zhuǎn)器160時，跟隨在負(fù)z方向上與在z方向上穿過的光學(xué)路徑不同的光學(xué)路徑。例如，在負(fù)z方向上傳播進入法拉第旋轉(zhuǎn)器160的兩個光束，在穿過在元件組10中的所有元件之后，最終合并并且作為一個輸出光束存在于端口110。更具體地說，具有x偏振的兩個光束，在負(fù)z方向上分別穿過法拉第旋轉(zhuǎn)器160的象限I和II之后，成為具有x+y偏振的兩個光束。兩個光束分別進入HWP 150的象限I和II。進入HWP 150之前的光束的偏振由在圖2a中的符號165代表。
在負(fù)z方向分別穿過HWP 150的象限I和II具有x+y偏振的兩個光束，產(chǎn)生具有y偏振的兩個光束。具有y偏振的兩個光束分別進入雙折射材料140的象限I和II。在進入雙折射材料140之前的光束的偏振由在圖2a中的符號154代表。
具有y偏振、在負(fù)z方向傳播的兩個光束，在穿過雙折射材料140之后，在負(fù)y方向反射，并且分別進入結(jié)構(gòu)HWP 130的象限III和IV。在進入結(jié)構(gòu)HWP 130之前的光束的偏振由在圖2a中的符號143代表。
一個光束，在穿過結(jié)構(gòu)HWP 130的象限III之后，以y偏振進入雙折射材料140的象限III。另一個光束，在穿過結(jié)構(gòu)HWP 130的象限IV之后，以x偏振進入雙折射材料120的象限IV。在進入雙折射材料120之前的光束的偏振由在圖2a中的符號132代表。
具有y偏振的光束，在穿過相位補償器122之后，以y偏振離開雙折射材料120的象限III。具有x偏振、進入雙折射材料120的象限IV的光束，在負(fù)x方向由雙折射材料120反射，并且與在雙折射材料120的象限III中具有y偏振的光束合并。兩個光束在雙折射材料120的象限III處合并，一起由光楔110反射(圖1)，進入端口100的一端(圖1)，及作為一個輸出光束離開端口100的另一端。
B.元件組20參照圖1，像元件組10，元件組20也完成兩個功能(1)一個進入端口200的輸入光束將分裂成具有y偏振的兩個光束，并且在z方向分別離開法拉第旋轉(zhuǎn)器260的象限I和II；(2)具有y偏振、在負(fù)z方向進入法拉第旋轉(zhuǎn)器260的象限I和II的兩個光束，在通過元件組20之后將合并，并且作為一個輸出光束離開端口200。
除法拉第旋轉(zhuǎn)器260和160之外，在元件組20中的每個元件的功能與在元件組10中的對應(yīng)元件的功能類似。更具體地說，光楔210能與光楔110類似地建造，雙折射材料220與雙折射材料120類似，相位補償板222與相位補償板122類似，結(jié)構(gòu)HWP 230與結(jié)構(gòu)HWP130類似，雙折射材料240與雙折射材料140類似，及HWP 250與結(jié)構(gòu)HWP 150類似。
因為這些相似性，由在端口200處引入的光束穿過的在元件組20中的路徑與在端口100處引入的光束穿過的在元件組10中的路徑類似。
參照圖2b，在端口200處引入的輸入光束在進入法拉第旋轉(zhuǎn)器260之前分裂成兩個光束。兩個光束在正z方向以x-y偏振分別存在于HWP 250的象限I和II，并且分別進入法拉第旋轉(zhuǎn)器260的象限I和II。
在元件組中光束的偏振在進入雙折射材料220之前由符號212代表，在進入結(jié)構(gòu)HWP 230之前由符號223代表，在進入雙折射材料240之前由符號234代表，在進入HWP 250之前由符號245代表，及在進入法拉第旋轉(zhuǎn)器260之前由符號256代表。
參照圖1，法拉第旋轉(zhuǎn)器260和160當(dāng)光穿過每一個時在光偏振變化(即轉(zhuǎn)動)的方向上不同。法拉第旋轉(zhuǎn)器260以這樣一種方式構(gòu)造，從而在正z方向傳播的光束的偏振相對于正z軸轉(zhuǎn)動+45度，而在負(fù)z方向傳播的光束相對于正z軸轉(zhuǎn)動+45度。相反，法拉第旋轉(zhuǎn)器160以這樣一種方式構(gòu)造，從而在z方向傳播的光束的偏振相對于正z軸轉(zhuǎn)動-45度，而在負(fù)z方向傳播的光束相對于正z軸轉(zhuǎn)動-45度。
參照圖2b，在正z方向分別穿過法拉第旋轉(zhuǎn)器260的象限I和II的兩個光束的偏振從x-y偏振向y偏振變化。在穿過法拉第旋轉(zhuǎn)器260之后，具有y偏振的光束分別入射在偏振光分束器320的象限I和II上。
當(dāng)在相反方向傳播時，具有y偏振的兩個光束從偏振光分束器320在負(fù)z方向進入法拉第旋轉(zhuǎn)器260的象限I和II。具有y偏振的兩個光束，在負(fù)z方向分別穿過法拉第旋轉(zhuǎn)器260的象限I和II之后，產(chǎn)生具有x+y偏振的兩個光束。具有x+y偏振的兩個光束分別進入HWP 250的象限I和II。在元件組20中在進入HWP 250之前的光束的偏振由圖2b中的符號265代表。
分別進入HWP 250的象限I和II具有x+y偏振的兩個光束，在穿過在元件組20中的所有其余元件之后，進入端口210的一端，并且作為一個輸出光束離開端口210的另一端。
參照圖2b，在元件組20中光束的偏振在進入雙折射材料240之前由符號254代表，在進入HWP 230之前由符號243代表，在進入雙折射材料220之前由符號232代表，及在進入光楔210之前由符號221代表。
C.元件組30參照圖1，元件組30包括反射器310、偏振光分束器(“PBS”)320、及偏振開關(guān)300。
反射器310以這樣一種方式建造，從而在z方向傳播的光束在負(fù)y方向反射，而在y方向傳播的光束在負(fù)z方向反射。
PBS 320以這樣一種方式建造，從而反射入射在PBS 320上具有x偏振的光束，而具有y偏振的光束將沒有反射地穿過PBS 320。更具體地說，在z方向反射在負(fù)y方向入射在PBS 320上具有x偏振的光束，并且在y方向反射具有x偏振和在負(fù)z方向入射在PBS 320上的光束。在正或負(fù)z方向入射在PBS 320上具有y偏振的光束沒有反射地穿過。
偏振開關(guān)300包括反射鏡308、和夾持在透明導(dǎo)體板301與302之間的液晶盒305。一個偏置電壓能施加在兩個透明導(dǎo)體板301與302之間。在一種實施中，當(dāng)把一個零偏置電壓能施加在兩個導(dǎo)體板301與302之間時，使偏振開關(guān)300禁止。在z方向傳播的光束穿過導(dǎo)體板301、液晶盒305、及導(dǎo)體板302，并且保持相同偏振。在負(fù)z方向傳播由反射鏡308反射之后的光束，穿過導(dǎo)體板302、液晶盒305、及導(dǎo)體板301返回，并且保持相同偏振。因而，當(dāng)使偏振開關(guān)300禁止時，光束在由偏振開關(guān)300反射之后保持相同偏振。
在一種實施中，當(dāng)把一個偏置電壓Vb施加到兩個導(dǎo)體板301和302上時，使偏振開關(guān)300使能。在z方向傳播的光束穿過導(dǎo)體板301、液晶盒305、及導(dǎo)體板302。光束的偏振改變45度。在負(fù)z方向傳播由反射鏡308反射之后的光束，穿過導(dǎo)體板302、液晶盒305、及導(dǎo)體板301返回。光束在反射之后的偏振再次改變另一個45度。因而，當(dāng)使偏振開關(guān)300使能時，偏振開關(guān)300把由此反射的光束的偏振轉(zhuǎn)動總共90度。
在一種實施中，使用一個液晶盒建造偏振開關(guān)300。要不然，使用由一個磁場控制的法拉第旋轉(zhuǎn)器可以建造偏振開關(guān)300。建造偏振開關(guān)300的其它方法也是可能的。
元件組30支持四種功能。當(dāng)使偏振開關(guān)300禁止時，具有x偏振、分別離開法拉第旋轉(zhuǎn)器160的象限I和II的兩個光束將被反射，并且在負(fù)z方向以x偏振進入法拉第旋轉(zhuǎn)器160的象限I和II。當(dāng)使偏振開關(guān)300禁止時，具有y偏振、分別離開法拉第旋轉(zhuǎn)器260的象限I和II的兩個光束將被反射，并且在負(fù)z方向以y偏振進入法拉第旋轉(zhuǎn)器260的象限I和II。當(dāng)使偏振開關(guān)300使能時，具有x偏振、分別離開法拉第旋轉(zhuǎn)器160的象限I和II的兩個光束將被反射，并且在負(fù)z方向以y偏振進入法拉第旋轉(zhuǎn)器260的象限I和II。最后，當(dāng)使偏振開關(guān)300使能時，具有y偏振、分別離開法拉第旋轉(zhuǎn)器260的象限I和II的兩個光束將被反射，并且在負(fù)z方向以x偏振進入法拉第旋轉(zhuǎn)器160的象限I和II。
元件組30的第一功能表明在圖2a中。在圖2a中，使偏振開關(guān)300禁止。具有x偏振、分別離開法拉第旋轉(zhuǎn)器160的象限I和II的兩個光束由反射器310反射到PBS 320。具有x偏振入射在PBS 320上的兩個光束在z方向反射，并且進入偏振開關(guān)300。由于使偏振開關(guān)300禁止，所以具有x偏振的兩個光束以相同偏振由偏振開關(guān)300反射回到PBS 320。在負(fù)z方向傳播具有x偏振的兩個光束在y方向由PBS 320反射到反射器310。在再次由反射器310反射之后，兩個光束在負(fù)z方向以x偏振進入法拉第旋轉(zhuǎn)器160的象限I和II。
元件組30的第二功能表明在圖2b中。在圖2b中，使偏振開關(guān)300禁止。具有y偏振、分別離開法拉第旋轉(zhuǎn)器260的象限I和II的兩個光束入射在PBS 320上。具有y偏振的兩個光束穿過PBS 320，并且進入偏振開關(guān)300。由于使偏振開關(guān)300禁止，所以具有y偏振的兩個光束以相同偏振由偏振開關(guān)300反射回到PBS 320。在負(fù)z方向傳播具有y偏振的兩個光束穿過PBS 320，并且在負(fù)z方向以y偏振進入法拉第旋轉(zhuǎn)器260的象限I和II。
元件組30的第三功能表明在圖3a中。在圖3a中，使偏振開關(guān)300使能。具有x偏振、分別離開法拉第旋轉(zhuǎn)器160的象限I和II的兩個光束由反射器310反射到PBS 320。具有x偏振入射在PBS 320上的兩個光束在z方向反射，并且進入偏振開關(guān)300。由于使偏振開關(guān)300使能，所以具有x偏振的兩個光束以y偏振由偏振開關(guān)300反射回到PBS 320。在負(fù)z方向傳播具有y偏振的兩個光束穿過PBS 320，并且在負(fù)z方向以y偏振進入法拉第旋轉(zhuǎn)器260的象限I和II。
元件組30的第四功能表明在圖3b中。在圖3b中，使偏振開關(guān)300使能。具有y偏振、分別離開法拉第旋轉(zhuǎn)器260的象限I和II的兩個光束入射在PBS 320上。具有y偏振的兩個光束穿過PBS 320，并且進入偏振開關(guān)300。由于使偏振開關(guān)300禁止，所以具有y偏振的兩個光束以x偏振由偏振開關(guān)300反射回到PBS 320。在負(fù)z方向傳播具有x偏振的兩個光束在y方向由PBS 320反射到反射器310。在再次由反射器310反射之后，兩個光束在負(fù)z方向以x偏振進入法拉第旋轉(zhuǎn)器160的象限I和II。
通過結(jié)合元件組10、20、和30能構(gòu)造一個2×2光學(xué)開關(guān)。在其中使偏振開關(guān)300禁止的第一操作情況下，進入端口100的一個輸入光束I1作為一個輸出光束O1從端口100返回，而進入端口200的一個輸入光束I2作為一個輸出光束O2從端口200返回。在其中使偏振開關(guān)300使能的第二操作情況下，進入端口100的一個輸入光束I1作為一個輸出光束O1從端口200返回，而進入端口200的一個輸入光束I2作為一個輸出光束O2從端口100返回。
能修改圖1的2×2光學(xué)開關(guān)，以在給定光學(xué)路徑中添加和減小選擇濾長?，F(xiàn)在參照圖4，偏振開關(guān)300包括放置在導(dǎo)體板301前面的濾波器306。濾波器306能以這樣一種方式建造，從而反射具有波長λ的光束，并且透過具有波長λ′的光束。在圖4中的偏振開關(guān)300僅切換具有波長λ′的光束的偏振。當(dāng)使偏振開關(guān)300禁止時，具有任何波長的光束在由偏振開關(guān)300反射之后保持相同偏振。當(dāng)使偏振開關(guān)300使能時，在由偏振開關(guān)300反射之后，具有波長λ的光束保持相同偏振，而具有波長λ′的光束將轉(zhuǎn)動90度。
圖5a和5b示意表示由在端口100和端口200處引入的光穿過的光學(xué)路徑。如圖5a中所示，當(dāng)使偏振開關(guān)300禁止時，在端口100的輸入I1處接收的具有波長λ和λ′的光都傳輸?shù)蕉丝?00的輸出O1，并且在端口200的輸入I2處接收的具有波長λ和λ′的光都傳輸?shù)蕉丝?00的輸出O2。如圖5b中所示，當(dāng)使偏振開關(guān)300使能時，在端口100的輸入I1處接收的具有波長λ的光傳輸?shù)蕉丝?00的輸出O1，而在端口100處接收的具有波長λ′的光傳輸?shù)蕉丝?00的輸出O2。類似地，在端口200的輸入I2處接收的具有波長λ的光傳輸?shù)蕉丝?00的輸出O2，而在端口200的輸入I2處接收的具有波長λ′的光傳輸?shù)蕉丝?00的輸出O1。
當(dāng)使圖4的偏振開關(guān)300使能時，在端口100的輸入I1處接收的具有波長λ的光傳輸?shù)蕉丝?00的輸出O1。丟失在端口100的輸入I1處接收的具有波長λ′的光，并且添加在端口200的輸入I2處接收的具有波長λ′的光和傳輸?shù)蕉丝?00的輸出O1。
濾波器306能是一個可調(diào)諧濾波器，如壓電受控Fabry-Perot濾波器，并且在光學(xué)開關(guān)中添加和丟失的波長能由一個外部變量控制。濾波器306也能建造成傳輸多個波長或一個波長帶，并且在光學(xué)開關(guān)中也能添加和丟失多個波長。
為了提供一種可以具有低制造成本的2×2光學(xué)開關(guān)，已經(jīng)公開了一種方法和系統(tǒng)。盡管按照表示的實施例已經(jīng)描述了本發(fā)明，但熟悉本專業(yè)的普通技術(shù)人員將容易認(rèn)識到，可能有對于實施例的變更，并且這些變更在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。例如，能互換HWP 150和法拉第旋轉(zhuǎn)器160的位置。能互換HWP 250和法拉第旋轉(zhuǎn)器260的位置。光楔110能插入在雙折射材料120與結(jié)構(gòu)HWP 130之間。光楔210能插入在雙折射材料220與結(jié)構(gòu)HWP 230之間。光楔110和210能用半光楔代替。能把反射鏡308實施成具有一定的波長選擇性，因而根據(jù)其相應(yīng)光學(xué)波長能夠?qū)崿F(xiàn)2×2光學(xué)開關(guān)-到-開關(guān)光學(xué)信號。因而，由熟悉本專業(yè)的普通技術(shù)人員可以進行多種修改，而不脫離附屬權(quán)利要求書的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種2×2光學(xué)開關(guān)，包括一個第一端口，適于接收一個光學(xué)輸入和產(chǎn)生一個光學(xué)輸出；一個第二端口，適于接收一個光學(xué)輸入和產(chǎn)生一個光學(xué)輸出；一個切換元件組，包括一個偏振開關(guān)；一個第一元件組，聯(lián)接在第一端口與開關(guān)元件組之間；一個第二元件組，聯(lián)接在第二端口與開關(guān)元件組之間；其中，當(dāng)使偏振開關(guān)禁止時，開關(guān)元件組適于把離開第一元件組具有第一選擇偏振的一個或多個光束，轉(zhuǎn)換成重新進入第一元件組具有第一選擇偏振的一個或多個光束，而把離開第二元件組具有第二選擇偏振的一個或多個光束，轉(zhuǎn)換成重新進入第二元件組具有第二選擇偏振的一個或多個光束，而當(dāng)使偏振開關(guān)使能時，開關(guān)元件組適于把離開第一元件組具有第一選擇偏振的一個或多個光束，轉(zhuǎn)換成重新進入第二元件組具有第二選擇偏振的一個或多個光束，而把離開第二元件組具有第二選擇偏振的一個或多個光束，轉(zhuǎn)換成重新進入第一元件組具有第一選擇偏振的一個或多個光束。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的2×2光學(xué)開關(guān)，其中第一元件組適于從第一端口接收光學(xué)輸入，和產(chǎn)生具有第一選擇偏振進入開關(guān)元件組的兩個光束，并且從開關(guān)元件組接收具有第一選擇偏振的兩個光束，和產(chǎn)生一個到第一端口的光學(xué)輸出；并且第二元件組適于從第二端口接收光學(xué)輸入，和產(chǎn)生具有第二選擇偏振進入開關(guān)元件組的兩個光束，并且從開關(guān)元件組接收具有第二選擇偏振的兩個光束，和產(chǎn)生一個到第二端口的光學(xué)輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的2×2光學(xué)開關(guān)，其中偏振開關(guān)包括一個反射鏡。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的2×2光學(xué)開關(guān)，其中偏振開關(guān)包括一個夾持在兩塊透明導(dǎo)電板之間的液晶盒。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的2×2光學(xué)開關(guān)，其中偏振開關(guān)包括一個由一個磁場調(diào)制的法拉第旋轉(zhuǎn)器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的2×2光學(xué)開關(guān)，其中第一元件組包括一種第一雙折射材料；一個結(jié)構(gòu)半波片，聯(lián)接到第一雙折射材料上；一種第二雙折射材料，聯(lián)接到結(jié)構(gòu)半波片上；一個半波片，聯(lián)接到第二雙折射材料上；及一個法拉第旋轉(zhuǎn)器，聯(lián)接到半波片上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的2×2光學(xué)開關(guān)，其中第一元件組包括一種第一雙折射材料；一個結(jié)構(gòu)半波片，聯(lián)接到第一雙折射材料上；一種第二雙折射材料，聯(lián)接到結(jié)構(gòu)半波片上；一個法拉第旋轉(zhuǎn)器，聯(lián)接到第二雙折射材料上；及一個半波片，聯(lián)接到法拉第旋轉(zhuǎn)器上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的2×2光學(xué)開關(guān)，其中開關(guān)元件組包括一個反射器，聯(lián)接到第一開關(guān)元件組上；和一個偏振光分束器，聯(lián)接到第二開關(guān)元件組、反射器和偏振開關(guān)上。
9.一種光學(xué)開關(guān)，包括一個第一端口，適于接收一個光學(xué)輸入和產(chǎn)生一個光學(xué)輸出；一個第二端口，適于接收一個光學(xué)輸入和產(chǎn)生一個光學(xué)輸出；一個切換元件組，包括一個反射器，一個偏振光分束器，聯(lián)接到反射器上，和一個偏振開關(guān)，聯(lián)接到偏振光分束器上；一個第一元件組，聯(lián)接在第一端口與開關(guān)元件組中的反射器之間；及一個第二元件組，聯(lián)接在第二端口與開關(guān)元件組中的偏振光分束器之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光學(xué)開關(guān)，其中第一元件組適于從第一端口接收光學(xué)輸入，和產(chǎn)生具有第一選擇偏振進入在開關(guān)元件組中的反射器的一個或多個光束，并且從在開關(guān)元件組中的反射器接收具有第一選擇偏振的一個或多個光束，和產(chǎn)生一個到第一端口的光學(xué)輸出；而第二元件組適于從第二端口接收光學(xué)輸入，和產(chǎn)生具有第二選擇偏振進入在開關(guān)元件組中的偏振光分束器的一個或多個光束，并且從在開關(guān)元件組中的偏振光分束器接收具有第二選擇偏振的一個或多個光束，和產(chǎn)生一個到第二端口的光學(xué)輸出。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光學(xué)開關(guān)，其中偏振開關(guān)包括一個反射鏡。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光學(xué)開關(guān)，其中偏振開關(guān)包括一個夾持在兩塊透明導(dǎo)電板之間的液晶盒。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光學(xué)開關(guān)，其中偏振開關(guān)包括一個由一個磁場調(diào)制的法拉第旋轉(zhuǎn)器。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光學(xué)開關(guān)，其中偏振開關(guān)包括一個光學(xué)濾波器。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的光學(xué)開關(guān)，其中光學(xué)濾波器是一個可調(diào)諧光學(xué)濾波器。
16.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光學(xué)開關(guān)，其中第一元件組包括一種第一雙折射材料；一個結(jié)構(gòu)半波片，聯(lián)接到第一雙折射材料上；一種第二雙折射材料，聯(lián)接到結(jié)構(gòu)半波片上；一個半波片，聯(lián)接到第二雙折射材料上；及一個法拉第旋轉(zhuǎn)器，聯(lián)接到半波片上。
17.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光學(xué)開關(guān)，其中第一元件組包括一種第一雙折射材料；一個結(jié)構(gòu)半波片，聯(lián)接到第一雙折射材料上；一種第二雙折射材料，聯(lián)接到結(jié)構(gòu)半波片上；一個法拉第旋轉(zhuǎn)器，聯(lián)接到第二雙折射材料上；及一個半波片，聯(lián)接到法拉第旋轉(zhuǎn)器上。
18.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光學(xué)開關(guān)，其中第二元件組包括一種第一雙折射材料；一個結(jié)構(gòu)半波片，聯(lián)接到第一雙折射材料上；一種第二雙折射材料，聯(lián)接到結(jié)構(gòu)半波片上；一個半波片，聯(lián)接到第二雙折射材料上；及一個法拉第旋轉(zhuǎn)器，聯(lián)接到半波片上。
19.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光學(xué)開關(guān)，其中第二元件組包括一種第一雙折射材料；一個結(jié)構(gòu)半波片，聯(lián)接到第一雙折射材料上；一種第二雙折射材料，聯(lián)接到結(jié)構(gòu)半波片上；一個法拉第旋轉(zhuǎn)器，聯(lián)接到第二雙折射材料上；及一個半波片，聯(lián)接到法拉第旋轉(zhuǎn)器上。
20.一種光學(xué)開關(guān)，包括一個第一端口，適于接收一個光學(xué)輸入和產(chǎn)生一個光學(xué)輸出；一個第二端口，適于接收一個光學(xué)輸入和產(chǎn)生一個光學(xué)輸出；一個切換元件組，包括一個反射器，一個偏振光分束器，聯(lián)接到反射器上，和一個偏振開關(guān)，聯(lián)接到偏振光分束器上；一個第一元件組，包括一種第一雙折射材料，聯(lián)接到第一端口上，一個結(jié)構(gòu)半波片，聯(lián)接到第一雙折射材料上，一種第二雙折射材料，聯(lián)接到結(jié)構(gòu)半波片上，和一個偏振元件子組，包括一個聯(lián)接的半波片和一個法拉第旋轉(zhuǎn)器，偏振元件組聯(lián)接在第二雙折射材料與切換元件組中的反射器之間；及一個第二元件組，包括一種第一雙折射材料，聯(lián)接到第二端口上，一個結(jié)構(gòu)半波片，聯(lián)接到第一雙折射材料上，一種第二雙折射材料，聯(lián)接到結(jié)構(gòu)半波片上，和一個偏振元件子組，包括一個聯(lián)接的半波片和一個法拉第旋轉(zhuǎn)器，偏振元件組聯(lián)接在第二雙折射材料與切換元件組中的偏振光分束器之間。
21.一種光學(xué)開關(guān)，包括一個第一端口，適于接收一個光學(xué)輸入和產(chǎn)生一個光學(xué)輸出；一個第二端口，適于接收一個光學(xué)輸入和產(chǎn)生一個光學(xué)輸出；一個切換元件組，包括一個反射器，一個偏振光分束器，聯(lián)接到反射器上，和一個偏振開關(guān)，聯(lián)接到偏振光分束器上；一個第一元件組，聯(lián)接在第一端口與開關(guān)元件組中的反射器之間并且包括一個非對稱裝置；及一個第二元件組，聯(lián)接在第二端口與開關(guān)元件組中的偏振光分束器之間并且包括一個非對稱裝置，其中當(dāng)光束穿過各元件組往返時，非對稱裝置的每一個允許光束沿各元件組中的不同路徑穿過。
22.一種光學(xué)元件，包括一種第一雙折射材料；一個結(jié)構(gòu)半波片，聯(lián)接到第一雙折射材料上；一種第二雙折射材料，聯(lián)接到結(jié)構(gòu)半波片上；一個半波片，聯(lián)接到第二雙折射材料上；及一個法拉第旋轉(zhuǎn)器，聯(lián)接到半波片上。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的光學(xué)元件，其中結(jié)構(gòu)半波片經(jīng)一個光楔聯(lián)接到第一雙折射材料板上。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的光學(xué)元件，其中結(jié)構(gòu)半波片包括彼此對角放置的半波片的兩個區(qū)域和彼此對角放置的透明板的兩個區(qū)域。
25.一種光學(xué)元件組，包括一種第一雙折射材料；一個結(jié)構(gòu)半波片，聯(lián)接到第一雙折射材料上；一種第二雙折射材料，聯(lián)接到結(jié)構(gòu)半波片上；一個法拉第旋轉(zhuǎn)器，聯(lián)接到第二雙折射材料上；及一個半波片，聯(lián)接到法拉第旋轉(zhuǎn)器上。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的光學(xué)元件，其中結(jié)構(gòu)半波片經(jīng)一個光楔聯(lián)接到第一雙折射材料上。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的光學(xué)元件，其中結(jié)構(gòu)半波片包括彼此對角放置的半波片的兩個區(qū)域和彼此對角放置的透明板的兩個區(qū)域。
全文摘要
一種光學(xué)開關(guān)，包括一個第一端口、一個第二端口、一個第一元件組、一個第二元件組、及一個切換元件組。切換元件組包括一個反射器；一個偏振光分束器，聯(lián)接到反射器上；和一個偏振開關(guān)，聯(lián)接到偏振光分束器上。第一元件組聯(lián)接在第一端口與開關(guān)元件組中的反射器之間。第二元件組聯(lián)接在第二端口與開關(guān)元件組中的偏振光分束器之間。
文檔編號G02F1/09GK1438518SQ0310382
公開日2003年8月27日 申請日期2003年2月12日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月12日
發(fā)明者李偉中 申請人:奧普林克通信公司