極化不同波長選擇開關(guān)的制作方法
【專利說明】
[0001] 相關(guān)申請部分的交叉引用 本申請要求2012年7月19日提交的，題為"Polarization Diverse Wavelength Selective Switch"的美國臨時專利申請?zhí)?1/673, 580的優(yōu)先權(quán)。美國臨時專利申請?zhí)?61/673, 580的全部內(nèi)容在此通過引用被并入。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及光學(xué)開關(guān)器件且特別地涉及實(shí)施極化操縱光學(xué)件的波長選擇開關(guān) (WSS)。雖然在本文中將特別地參考該應(yīng)用來描述某些實(shí)施例，但將認(rèn)識到的是本發(fā)明不限 于此類使用的領(lǐng)域，并且適用于更寬泛的上下文中。
【背景技術(shù)】
[0003] 絕不應(yīng)將遍及本說明書的【背景技術(shù)】的任何討論視為此類技術(shù)是眾所周知或形成 本領(lǐng)域中的公共一般知識的一部分的認(rèn)可。
[0004] 隨著更復(fù)雜的光學(xué)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，光學(xué)開關(guān)器件的能力正在演進(jìn)。諸如波長選擇開 關(guān)（WSS)之類的開關(guān)正在并入更多的輸入和輸出端口以管理增加的系統(tǒng)需求。此外，可以將 WSS器件配置成獨(dú)立地從單一器件內(nèi)的兩個源路由信號。在此類配置中，單一 WSS器件本質(zhì) 上作為兩個單獨(dú)器件進(jìn)行操作。在授予Frisken、題為"Dual-source optical wavelength processor"且轉(zhuǎn)讓給Finisar公司的美國專利7, 397, 980中描述了雙源或"成對的（twin)" 器件的示例。
[0005] 然而，對器件尺寸的約束一般地對可能端口的數(shù)目和位置及器件的功能施以限 制。此外，隨著端口數(shù)目增加，方向性問題隨著可能開關(guān)狀態(tài)的數(shù)目在成對端口之間產(chǎn)生非 期望連接性而變得更突出。也就是說，在兩個端口之間建立特定鏈路同時地在端口的其它 對之間建立鏈路。此類非期望鏈路隨著開關(guān)器件中的端口數(shù)目增加且還隨著網(wǎng)絡(luò)開關(guān)點(diǎn)的 數(shù)目增加而變得更加常見，尤其是在利用雙向雙源WSS器件的網(wǎng)絡(luò)中。端口之間的非期望 鏈路可以建立或增強(qiáng)沿著路徑的射束中的多路徑干擾，并且還可以在諸如激光器之類的源 發(fā)射機(jī)中引起不穩(wěn)定性。
[0006] 在雙源器件的情況下，雙源器件的獨(dú)立路由可能難以保持，因為第一光學(xué)源的開 關(guān)狀態(tài)的裝配（set up)可同時地將信號耦合到意圖用于第二源的端口。在單源和雙源器 件兩者中，常常通過輸入端口上的隔離器陣列的裝配來解決此連接性問題。然而，這增加光 學(xué)損耗、尺寸和成本。
[0007] 存在對光學(xué)開關(guān)器件中的改善的端口隔離的需要。
[0008] 在當(dāng)前的雙源WSS器件中，來自兩個源的射束通過光學(xué)系統(tǒng)在空間中分離地傳 播。射束的此分離與常規(guī)的單源器件相比要求較大尺寸的光學(xué)部件且產(chǎn)生增加的物理器件 尺寸。增加部件和器件尺寸通常導(dǎo)致增加的制造成本。
[0009] 還存在對改善的雙源WSS器件的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 在其優(yōu)選形式中，本發(fā)明的目的是提供一種改善或替換wss器件。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了 一種用于用超過一個獨(dú)立波長通道來處理光束的 光學(xué)開關(guān)器件，包括： 一個或多個輸入端口，用于在傳播的前向方向上輸入光束； 開關(guān)模塊，用于反射在前向方向上傳播的射束，并在傳播的返回方向上沿著預(yù)定路徑 選擇性地切換光束； 一個或多個輸出端口，用于接收在返回方向上傳播的預(yù)定光束；以及 端口選擇模塊，用于選擇性地指引射束，使得在返回方向上傳播的射束中的預(yù)定的一 些射束沿著與輸入端口不對準(zhǔn)的軌道傳播。
[0012] 端口選擇模塊優(yōu)選地包括用于使光束極化到預(yù)定極化狀態(tài)中的一個或多個極化 元件。端口選擇模塊優(yōu)選地還包括： 極化分離元件，用于將光束在空間上分離成兩個正交極化分量；以及 極化旋轉(zhuǎn)元件，用于選擇性地使極化分量相對于彼此旋轉(zhuǎn)。
[0013] 極化分離元件優(yōu)選地包括雙折射走離晶體元件。
[0014] 輸入和輸出端口優(yōu)選地被設(shè)置于在第一維度上延伸的陣列中，并且極化分量的空 間分離在垂直于第一維度的第二維度上。
[0015] 極化旋轉(zhuǎn)元件優(yōu)選地包括被配置成向極化分量施加45 °旋轉(zhuǎn)的法拉第旋轉(zhuǎn)器。極 化旋轉(zhuǎn)元件優(yōu)選地還包括被配置成使第一極化分量在前向傳播方向上旋轉(zhuǎn)且使第二極化 分量在返回傳播方向上旋轉(zhuǎn)的半波片元件。第一極化分量和第二極化分量優(yōu)選地是同一分 量。
[0016] 光學(xué)開關(guān)器件優(yōu)選地包括用于使極化分量聚焦在一起的光功率元件。光學(xué)開關(guān)器 件優(yōu)選地包括用于在第一維度上將兩個正交極化分量在空間上分離的第二極化分離元件。
[0017] 極化旋轉(zhuǎn)元件優(yōu)選地可重配置以允許將特定端口選擇性地限定為是輸入端口或 輸出端口。在一個實(shí)施例中，極化旋轉(zhuǎn)元件優(yōu)選地包括傳輸式液晶元件器件，其包括多個單 個地可驅(qū)動的電光單元（cel 1)。優(yōu)選地，該電光單元選擇性地在兩個離散相位狀態(tài)之間電 可驅(qū)動，一個相位狀態(tài)被配置成將光束耦合到預(yù)定輸出端口中，另一個相位狀態(tài)被配置成 引導(dǎo)光束離開預(yù)定輸出端口。
[0018] 光學(xué)開關(guān)器件優(yōu)選地包括三個輸入端口和一個輸出端口。
[0019] 光學(xué)開關(guān)器件優(yōu)選地包括用于將光束在空間上分散成多個波長通道以用于由開 關(guān)模塊進(jìn)行通道的獨(dú)立選擇開關(guān)的分散性元件。
[0020] 光學(xué)開關(guān)器件優(yōu)選地包括用于基于射束的空間位置和極化而在第一維度上向光 束選擇性地施加空間移位的射束移位元件。在一個實(shí)施例中，該空間移位優(yōu)選地是125 i! m。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種光學(xué)開關(guān)方法，包括： 限定用于在傳播的前向方向上輸入光束的一個或多個輸入端口； 反射在前向方向上傳播的射束，并在傳播的返回方向上沿著預(yù)定路徑選擇性地切換光 束； 限定用于接收在返回方向上傳播的預(yù)定光束一個或多個輸出端口；以及 選擇性地指引射束，使得在返回方向上傳播的射束沿著與輸入端口不對準(zhǔn)的軌道傳 播。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種光學(xué)信號操縱系統(tǒng)，包括： 多個端口，用于載送要操縱的多個光束，每個光束包括多個獨(dú)立波長通道； 極化模塊，用于使來自光束系列的第一組射束極化成第一極化狀態(tài)且用于使來自光束 系列的第二組射束極化成與第一狀態(tài)正交的第二極化狀態(tài)； 波長分散元件，用于將第一和第二組的所述多個波長通道在第一維度的方向上在空間 上分離；以及 波長操縱模塊，具有： 分離元件，用于將第一和第二組的所述多個波長通道在與第一維度正交的第二維度的 方向上在空間上分離；以及 處理器件，包括用于分別處理第一和第二組的每一個已分離波長的一系列獨(dú)立波長處 理元件，其中在第二維度上的空間分離位置處，第一組的波長通道與第二組的波長通道分 別進(jìn)行處理。
[0023] 光學(xué)信號操縱系統(tǒng)優(yōu)選地包括射束約束模塊，其用于將第一組射束與第二組射束 一起沿著傳播方向在空間上約束于在第一維度上的預(yù)定義空間偏移。第一維度上的空間偏 移優(yōu)選地是300 ii m。射束約束模塊優(yōu)選地包括被配置成反射第一組射束并傳輸?shù)诙M射束 的極化射束分離器。
[0024] 射束約束模塊優(yōu)選地包括一對空間偏移的基本上平行反射表面，該對的第一反射 表面被定位成反射第一組射束，并且該對的第二反射表面被定位成反射第二組射束。該對 反射表面優(yōu)選地是單棱鏡元件的兩個表面。
[0025] 在一個實(shí)施例中，優(yōu)選地將端口劃分成用于載送第一組射束的第一組端口和用于 載送第二組射束的第二組端口，并且其中，兩組端口被相互平行地設(shè)置。在另一實(shí)施例中， 將端口劃分成用于載送第一組射束的第一組端口和用于載送第二組射束的第二組端口，并 且其中，兩組端口相對于彼此成一定角度地設(shè)置。
[0026] 根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供了一種用于獨(dú)立地操縱來自第一和第二源的光束的 波長操縱器件，該光束具有正交極化且包括多個單個的波長通道，該器件包括： 分離元件，用于通過極化而將來自第一和第二源的光束在空間上分離以用于入射到處 理器件上；以及 處理器件，包括用于分離地且獨(dú)立地處理來自第一和第二源的射束的獨(dú)立可控處理元 件的陣列。
[0027] 射束優(yōu)選地基本上垂直地入射到處理器件上。分離元件優(yōu)選地被配置成在第一平 面中接收射束并在相對于第一平面的第二平面中將其投射到處理器件上。第二平面優(yōu)選地 基本上垂直于第一平面。
[0028] 分離元件優(yōu)選地包括被配置成反射來自第一源的具有第一極化狀態(tài)的射束且傳 輸來自第二源的具有第二極化狀態(tài)的極化射束分離器。
[0029] 波長操縱器件優(yōu)選地包括被配置成將來自第二源的射束反射到處理器件上的反 射元件。
[0030] 分離元件優(yōu)選地包括被定位成用于使第一源的射束旋轉(zhuǎn)成與第二源的射束相同 的極化狀態(tài)的半波片。
[0031] 波長操縱器件優(yōu)選地包括用于在入射到極化射束分離器之前使來自每個源的射 束有角度地分散的雙折射光楔。
[0032] 根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供了一種光學(xué)操縱器件，包括： 極化分離兀件，用于將至少一個輸入光束在空間上分離成第一和第二正交極化分量； 極化旋轉(zhuǎn)元件，用于使第一極化分量的極化取向旋轉(zhuǎn)成與第二極化分量相同的取向； 至少一個指引元件，用于沿著基本上平行但在空間上分離的輸出軌道指引第一和第二 極化分量。
[0033] 極化分離元件優(yōu)選地是極化射束分離器。極化旋轉(zhuǎn)元件優(yōu)選地是反射半波片。反 射半波片優(yōu)選地部分地限定用于指引第一極化分量的所述至少一個指引元件。所述至少一 個指引元件優(yōu)選地包括用于指引第二極化分量的有角度反射鏡。
[0034] 光學(xué)操縱器件優(yōu)選地包括用于將所述至少一個輸入射束有角度地分離成正交極 化分量的第二極化分離元件。第二極化分離元件優(yōu)選地是雙折射光楔。第二極化分離元件 優(yōu)選地在垂直于由第一極化分離元件執(zhí)行的空間分離的維度上將正交極化分量有角度地 分離。
[0035] 極化分量的輸出軌道優(yōu)選地基本上垂直于所述至少一個輸入光束的軌道。
[0036] 光學(xué)操縱元件優(yōu)選地包括處理器件，其具有用于分離地且獨(dú)立地處理第一和第二 極化分量的獨(dú)立可控處理元件的陣列。
[0037] 根據(jù)本發(fā)明的第六方面，提供了一種用于獨(dú)立地操縱來自第一和第二源的光束的 波長操縱器件，該光束具有正交極化且包括多個單個波長通道，該器件包括： 電可控指引元件，用于同時地選擇性地將來自第一和第二源兩者的光束沿著預(yù)定義軌 道在空間上指引到處理器件上；以及 處理器件，包括用于分離地且獨(dú)立地處理來自第一和第二源的射束的獨(dú)立可控處理元 件的陣列。
[0038] 電可控指引元件優(yōu)選地包括MEMS反射鏡。在一個實(shí)施例中，電可控指引元件優(yōu)選 地被配置成響應(yīng)于器件局部溫度的數(shù)據(jù)信息而改變所述預(yù)定義軌道。在另一實(shí)施例中，電 可控指引元件優(yōu)選地對所檢測光學(xué)參考信號進(jìn)行響應(yīng)。
[0039] 根據(jù)本發(fā)明的第七方面，提供了一種光學(xué)操縱方法，包括： 在沿著垂直于一個或多個射束的傳播方向的第一軸的位置處接收一個或多個極化光 束； 基于沿著第一軸的一個或多個射束的極化和位置而沿著第一軸向所述一個或多個射 束施加空間移位；以及 基于沿著第一軸的所述一個或多個射束的位置同時地針對一個或多個像差 (aberration)而補(bǔ)償所述一個或多個射束。
【附圖說明】
[0040] 現(xiàn)在將參考附圖僅以示例的方式來描述本公開的優(yōu)選實(shí)施例，在所述附圖中： 圖1是根據(jù)第一實(shí)施例的WSS器件的示意性透視圖； 圖2是用于光學(xué)開關(guān)的端口選擇模塊的示意性分解透視圖，示出了遍及模塊的光束的 極化狀態(tài)； 圖3是在圖1的WSS中建立的對稱極化環(huán)路的示意性圖示； 圖4是圖2的選擇模塊的示意性平面圖，示出了通過在輸入端口與輸出端口之間的模 塊的光束的軌道和極化狀態(tài)； 圖5是圖2的選擇模塊的示意性平面圖，示出了通過兩個輸入端口之間的模塊的光束 的軌