波長選擇開關的方法和裝置制造方法

波長選擇開關的方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供實現(xiàn)波長選擇開關WSS的裝置和方法。實施例使用可切換偏振光柵SPG和液晶LC單元的組合以及聚合物偏振光柵PPG和LC單元的組合來實現(xiàn)1×N?WSS系統(tǒng)。實施例光學開關包括液晶單元和與液晶單元相鄰的SPG單元。SPG包括兩個光配向?qū)又g的液晶材料、覆蓋在各光配向?qū)由系碾姌O層、以及覆蓋在各電極層上的玻璃基板。實施例方法包括，先將入射光束圓偏振光，然后在偏振光柵處，根據(jù)入射光束的圓偏振特性和偏振光柵中形成的全息圖方向?qū)⑷肷涔庖源_定的角度衍射，所述角度對應于衍射級。
【專利說明】波長選擇開關的方法和裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及光學開關，且在特定實施例中，涉及一種用于波長選擇開關(WSS，Wavelength Selective Switch)的方法和系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]對于光傳輸網(wǎng)絡設備而言，動態(tài)光分插復用(ROADM, Reconfigurable OpticalAdd/Drop Multiplexer)的使用能夠靈活地擴大網(wǎng)絡容量并減少運營成本。WSS是當前RODAM的一項技術選擇。對于IXN WSS而言，I是指公共(COM)端口，N代表的是分支端口。WSS 的運行是，當一組波分復用(WDM, Wavelength Division Multiplexing)信號從 COM 端口進入時，該組WDM信號按照光波長分開，然后根據(jù)系統(tǒng)要求，各波長被路由至N個分支端口中的一個分支端口。相反地，光信號能夠從N個分支端口中接收以作為輸入并且從COM端口發(fā)送以作為輸出。
[0003]ROADM提供自動化機制以按需要靈活增加容量而無需采取既昂貴又中斷服務的“叉式”升級。ROADM網(wǎng)絡的好處是其按需要隨時隨地地增加動態(tài)容量的能力，以及底層網(wǎng)絡自動對增加流量進行補償?shù)谋ＷC。這樣無需手動調(diào)整或批發(fā)升級。ROADM能夠配備帶有多個波長信道的多個方向的上/下功能，因此，其適用于實現(xiàn)網(wǎng)絡環(huán)路之間的多方向互連及建立網(wǎng)狀網(wǎng)絡。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]根據(jù)一項實施例，光學開關包括液晶單元和與液晶顯示單元相鄰的可切換偏振光柵(SPG, Switchable Polarization Grating)單元。SPG包括第一玻璃基板、覆蓋在第一玻璃基板上的第一電極層、覆蓋在第一電極層上的光配向?qū)?、覆蓋在光配向?qū)由系囊壕Р牧?、以及覆蓋在液晶材料上的第二光配向?qū)?。第一光配向?qū)雍偷诙馀湎驅(qū)佑晒饷艟酆衔锝M成，通過曝光發(fā)生了物理上的改變，該曝光使用了兩束具有反向圓偏振手性的相干光束。該SPG還包括覆蓋在第二光配向?qū)拥牡诙姌O層和覆蓋在第二電極層的第二玻璃基板。
[0005]根據(jù)另一項實施例，光學開關包括液晶單元和與液晶單元相鄰的聚合物偏振光柵(PPG, Polymer Polarization Grating)單元。PPG包括玻璃基板、覆蓋在玻璃基板上由光敏聚合物組成的光配向?qū)?，所述光配向?qū)拥墓饷艟酆衔镆呀?jīng)物理地通過使用兩束具有相反圓偏振手性的相干光束曝光而修改而成，以及覆蓋在與所述玻璃基板相反的一側(cè)的所述光配向?qū)由系木酆弦壕?，所述聚合液晶層已?jīng)物理地通過使用均勻光束照明被改變。
[0006]根據(jù)又一實施例，包括偏振光柵的光學開關的操作方法是，將入射光束變?yōu)閳A偏振光，然后入射到偏振光柵上，并且，在偏振光柵處，根據(jù)入射光束的圓偏振方向和光柵內(nèi)部的全息圖方向以及與衍射級對應的次級將光衍射到一個預定角度，所述全息圖方向通過兩束相干光束曝光形成。
【專利附圖】

【附圖說明】[0007]為了更完整地理解本發(fā)明及其優(yōu)點，現(xiàn)在參考以下結(jié)合附圖進行的描述，其中:
[0008]圖1a和Ib所示為可切換偏振光柵SPG單元的制造過程。
[0009]圖2a和2b所示為具有和不具有施加電壓的SPG單元。
[0010]圖3a至3c所示為SPG單元的不同操作模式。
[0011]圖4a至4d所示為偏振聚合物光柵PPG單元的制造過程。
[0012]圖5a和5b所示為PPG單元的不同操作模式。
[0013]圖6所不為波長選擇開關WSS的實施例光學系統(tǒng)。
[0014]圖7a至7h所示為液晶LC單元和SPG單元組合的不同操作模式。
[0015]圖8所示為使用LC單元和SPG單元組合的實施例光切換引擎。
[0016]圖9所示為使用LC單元和SPG單元組合的另一實施例光切換引擎。
[0017]圖10所示為使用LC單元和SPG單元組合的又一實施例光切換引擎。
[0018]圖1la至Ild所示為LC單元和PPG單元組合的不同操作模式。
[0019]圖12所示為使用LC單元和PPG單元組合的實施例光切換引擎。
[0020]圖13所示為使用LC單元和SPG單元運行光切換引擎的實施例方法。
[0021]圖14所示為使用LC單元和PPG單元運行光切換引擎的實施例方法。
【具體實施方式】
[0022]下文將詳細論述當前優(yōu)選實施例的制作和使用。然而，應了解，本發(fā)明提供可在各種具體文中體現(xiàn)的許多適用的發(fā)明性概念。所論述的具體實施例僅僅說明用以實施和使用本發(fā)明的具體方式，而不限制本發(fā)明的范圍。
[0023]目前在WSS產(chǎn)品中使用的技術包括微機電系統(tǒng)(MEMS，Micro Electro MechanicalSystems),娃基液晶(LCOS,Liquid Crystal on Silicon)、液晶(LC,Liquid Crystal)和模形晶體，以及數(shù)字微境裝置(DMDs,Digital Micromirror Devices)。對于這些技術,光系統(tǒng)可以彼此相似，區(qū)別在于光切換引擎。
[0024]在MEMS系統(tǒng)中，波長通過光柵被衍射至不同的信道，然后各波長被入射至相應的MEMS反射鏡上。控制各MEMS反射鏡的電壓能夠控制反射鏡的旋轉(zhuǎn)角度以控制光束的反射角度。根據(jù)網(wǎng)絡需求，各波長能夠以設定的角度反射。來自多條信道的具有相同角度的反射波長光束在第二次經(jīng)過光柵后被衍射成一條光束并稱合至輸出端口。為了在切換中控制光衰減和實現(xiàn)無干擾功能，各MEMS反射鏡具有兩個旋轉(zhuǎn)方向，一個是用于端口切換的旋轉(zhuǎn)，另一個是用于光衰減和無干擾控制的旋轉(zhuǎn)?；贛EMS的WSS的優(yōu)點是光系統(tǒng)簡單并且性能良好。然而，它的幾個缺點在于，成品率低造成的MEMS芯片制造的成本高、驅(qū)動MEMS反射鏡的高壓要求造成電子器件的成本高、難以獲得大量端口、以及難以設計出靈活網(wǎng)格(Flexgrid)功能。
[0025]LCOS是另一種使用在WSS系統(tǒng)中的技術。LCOS由位于玻璃基板和硅背板之間的LC層構(gòu)成。在基于LCOS的WSS系統(tǒng)中，由光柵分開的各波長光束被入射在LCOS平面上并覆蓋M X N個像素。LC相位光柵可以通過控制這些像素上的電壓來形成，使得入射光束被衍射至設定的角度。改變LC光柵間距會導致不同的衍射角度。因此，控制對應波長光的LC相位光柵間距能夠?qū)⒐馐酚芍猎O定的輸出端口?；贚COS的WSS具有以下優(yōu)點，例如，簡單的光學系統(tǒng)，易于實現(xiàn)高端口數(shù)，以及易于實現(xiàn)Flexgrid功能。缺點包括復雜的電子驅(qū)動方案、相當復雜的控制軟件、難以實現(xiàn)低串擾、以及相對較高的溫度敏感性。
[0026]在WSS中使用的另一技術是LC加上晶體光楔。2009年3月3日發(fā)表的美國專利號為7499608，名稱為“基于液晶和雙折射光楔的光學開關的裝置和方法(Apparatus AndMethod for Optical Switching with Liquid Crystals And Birefringent Wedges)，，的文件中描述了使用晶體和晶體光楔的WSS設計。根據(jù)所需輸出端口的數(shù)量，此種WSS的切換引擎由幾級包括LC單元和楔形平板組合而組成。在每級中，LC單元用于切換光偏振，楔形板根據(jù)入射光的偏振方向?qū)⒐庀騼蓚€方向折射，從而產(chǎn)生I X 2光學開關。因此,N級組合形成1X2N光學開關。使用的LC單元被分割成由所需光信道設定的M像素?？刂芁C像素上的電壓能夠?qū)⑾嚓P波長光路由至設定的輸出端口。這種WSS的優(yōu)點有簡單的驅(qū)動電路、高抗振性以及高可靠性。缺點包括材料成本高導致高成本、復雜的設備裝配過程導致相對低的成品率、以及難以獲得大量的端口。
[0027]WSS系統(tǒng)中還使用了 DMD技術。在該系統(tǒng)中，各波長光被入射到多個DMD MEMS反射鏡上?？刂七@些反射鏡的旋轉(zhuǎn)角度能夠?qū)⒐馐龑У皆O定的角度。由于這些反射鏡僅具有兩個偏差位置，因此一個基于DMD芯片的WSS只能夠?qū)崿F(xiàn)1X2開關。為了增加WSS的切換端口，需要更多的DMD芯片，這導致了光系統(tǒng)設計的高成本和高難度。
[0028]如上所述，使用現(xiàn)有技術的WSS系統(tǒng)的缺點包括:具有復雜軟件的復雜驅(qū)動電路、材料成本高、低抗振性、以及難以擴展至大量端口。本發(fā)明的實施例提供了實施WSS的系統(tǒng)和方法。不同的實施例使用可切換偏振光柵SPG和LC單元的組合以及偏振聚合物光柵PPG和LC單元的組合來實現(xiàn)I XN WSS系統(tǒng)，從而克服上述系統(tǒng)的至少部分缺點。
[0029]圖1a和Ib所示為SPG單元的制造過程100。在傳統(tǒng)的LC單元制造中，LC配向?qū)邮峭ㄟ^擦刷或曝光兩個基板上的兩個聚合物層而形成。LC夾于兩個聚合物層中間。在形成LC定向?qū)臃矫?，SPG單元的制造過程100與傳統(tǒng)的LC單元制造是不同的。在SPG單元制造過程100中的第一步驟(圖1a)中，兩個光敏聚合物層102分別覆蓋在兩個玻璃基板106上，然后兩個玻璃基板被放在一起，留一道空隙用于LC填充。電極(導體)層104也被添加在每個光敏聚合物層102和各個玻璃基板106之間。下一步(圖1b),具有反向圓偏振手性(分別具有右旋和左旋圓偏振)的兩束相干紫外線(UV, interference ultra-violet)光束192 (以合適的入射角度)用于曝光(例如，通過玻璃基板106)兩個聚合物層102以形成聚合物層102中的全息圖。該相干光束曝光可以應用于SPG單元各側(cè)，以使光敏聚合物層102形成配向?qū)?。當LC108填充到所述空隙并且夾在兩個基板中間時，LC108的分子排列與光敏聚合物層102上形成的全息圖一致，光敏聚合物層102現(xiàn)在被用作LC配向?qū)印?br> [0030]圖2a和2b所示為具有和不具有施加電壓的SPG單元200。SPG單元200可以通過使用制造過程100制造。當電極層204 (圖2a)沒有施加電壓時，SPG單元200中的LC208形成光柵，促使任一玻璃基板206上的入射光按某方向衍射,該方向由以形成配向?qū)?02的兩束曝光光束的角度(制造過程100中)確定。當將非零電壓施加在電極層204 (圖2b)時，LC208的分子和施加電壓造成的電場一致，因此LC光柵效應(由定向?qū)?02造成)被抵消，從而任一玻璃基板206上的入射光都不再被衍射。取消LC光柵效應可能需要足夠高的電壓，例如，高于閾值電壓(Vth)。
[0031]上述SPG單元具有三個衍射級O和±1，與通常光柵不一樣。圖3a至3c所示為SPG單元的不同操作模式300。每個操作模式對應于一個衍射級，每個衍射級衍射至不同的角度。當SPG單元上施加足夠高的電壓時(圖3a)，無論入射光偏振如何，光都被衍射至O級。當沒有施加電壓或施加低電壓(圖3b和3c)時,衍射光方向取決于入射光偏振。右旋圓偏振的入射光束被衍射至+1級(圖3a)，而左旋圓偏振的入射光束被衍射至-1級(圖3c)。被SPG單元衍射后，光的偏振手性被改變(在右旋和左旋圓偏振中切換)，如圖3b和3c所示。
[0032]圖4a至4d所示為PPG單元的制造過程400。PPG單元的制造過程400的第一步驟(圖4a)是在玻璃基板406上覆蓋光配向?qū)?02。第二步驟(圖4b)是使用具有相反的圓偏振手性的兩束相干UV束492曝光聚合物層402。第三步驟(圖4c)是在光配向?qū)?02上覆蓋可聚合LC層403。第四步驟(圖4d)是使用均勻UV光束494照射可聚合LC層403以聚合該層的LC成分(分子)。因此，聚合物光柵在玻璃基板406上形成。
[0033]所得到的PPG單元是一個固定的光柵，因為其衍射特征不能通過施加電壓改變(同上述SPG單元的情況一樣)。圖5a和5b所示為PPG單元的不同操作模式500。各操作模式對應于各衍射級，各衍射級衍射至不同的角度。入射光束被衍射至兩個方向中的一個方向。具體來說，右旋圓偏振的入射光束被衍射至+1級(圖5a)，而左旋圓偏振的入射光束被衍射至-1級(圖5b)。衍射后，任一情況下的光束偏振手性被改變或切換到相反的手性。
[0034]圖6所不實施例為WSS的光系統(tǒng)600。WSS光系統(tǒng)600包括光纖陣列601、微透鏡陣列602、光束偏移器陣列603、半波片陣列604、柱透鏡605、柱面反射鏡606、光柵607和光切換引擎608。WSS光系統(tǒng)600的部件可排列成如圖6所不,或以其它合適的能實現(xiàn)相同或類似功能的方式排列。在其它實施例中，還可以使用與上述部件類似或不同的附加部件。上述的一些部件還可以被相同的或能實現(xiàn)相同功能的其它部件的組合替代。
[0035]光纖陣列601用于作為輸入端口和輸出端口。當來自光纖陣列601的輸入或入射光束經(jīng)過微透鏡陣列602、光束偏移器陣列6033和半波片陣列604時，光束被分成兩束具有完全相同線偏振態(tài)的平行光束。在經(jīng)過柱透鏡605和柱面反射鏡606以后，所述兩束光成為準直光束。然后由光柵607衍射這些光束，最終形成分離的波長。各波長都被聚焦在光切換引擎608上。光切換引擎608將各波長路由至設定的端口。相應的光束再次經(jīng)過光系統(tǒng)600 (沿相反的部件順序)并耦合至設定的輸出光纖。
[0036]WSS光系統(tǒng)600的光切換引擎608能夠通過合適的WSS系統(tǒng)實施。如下所述，合適的WSS系統(tǒng)包括SPG和LC單元或PPG和LC單元的組合。與其它已使用的WSS技術(例如，MEMS, LCOS, LC和楔形平板、以及DMD)相比，使用SPG或PPG的WSS系統(tǒng)的優(yōu)點有:簡單光系統(tǒng)、簡單電子驅(qū)動電路、聞可罪性、聞性能、易于實現(xiàn)聞端口量、以及低廣品成本。
[0037]圖7a至7h所示為LC單元和SPG單元的組合的不同操作模式700。LC單元710位于SPG單元720之前(相對于入射光)。LC單元710用于控制或切換光偏振，SPG單元720用于將光束衍射至設定的角度。
[0038]如圖7a、7c、7e和7h所示，當對LC單元710施加相對高的電壓(例如，高于閾值)時，通過LC單元后，入射光束的偏振方向無改變。如圖7b、7d、7f和7g所示，當LC單元710沒有施加電壓或施加相對低的電壓(例如，低于閾值)時，入射光束偏振在右旋和左旋偏振之間切換。如圖7a、7b、7e和7f所示，當對SPG單元720施加相對高的電壓(例如，高于閾值)時，無論入射光的偏振如何，光束都被衍射至O級。如圖7c、7d、7g和h所示，當對SPG單元720上沒有施加電壓或具有相對低的電壓(例如，低于閾值)時，光束被衍射至+1級還是-1級取決于LC單元710控制的入射光的偏振方向。不管輸入光是右旋還是左旋圓偏振，LC單元710和SPG單元720的組合都能將光束路由至三個方向，最終產(chǎn)生I X 3光學開關。N組LC和SPG單元組合能夠?qū)崿F(xiàn)I X 3N光學開關。
[0039]圖8所示為使用LC單元和SPG單元組合的光切換引擎800的實施例的橫截面。光切換引擎800能夠用作WSS光系統(tǒng)600中的光切換引擎608。光切換引擎800包括可調(diào)光衰減器(VOA, Variable Optical Attenuator) 805、四分之一波片(QWP, Quarter WavePlate) 840、I X9光學開關830、以及棱鏡或反射鏡890。V0A805包括LC單元810和偏振片815，I X9光學開關830包括連續(xù)兩對LC810和SPG820單元。這些組件可以如圖8所示排列或以其它合適的順序排列。LC單元810和SPG單元820在N=9的光束的垂直方向上具有M像素(垂直于圖8的表面)。在圖8中，N是指對應于端口的光束數(shù)量，M是指對應于波長信道的像素數(shù)量。光引擎800中的LC單元中使用的LC單元可以是電控雙折射(ECB，Electrically Controlled Birefringence)、扭曲向列(TN, Twisted Nematic)、以及垂直對齊(VA, Vertically Aligned)單兀。
[0040]簡而言之，這里用單波長來描述切換引擎的工作原理，如圖8中引擎800的橫切面所示。然而，相同的工作原理應用于所有M像素。
[0041]輸入光首先經(jīng)過用于控制光功率衰減的V0A805?？刂芁C單元810的電壓能夠控制V0A805的輸出光功率。QWP840用于將光的線性偏振改變?yōu)閳A偏振。所述光束然后經(jīng)過兩組LC810和SPG820單元(1X9光學開關830)。因此，所述輸出光束可能與光軸形成9種角度。光束然后由棱鏡或反射鏡890反射，并且在經(jīng)過開關830之后與光軸平行。能夠合適地設計光切換引擎800使兩束相鄰光束路徑(9種可能的切換角度)之間具有相同的距離。同樣，標準光纖陣列可以用作光輸出端口(例如，具有9個輸出端口)。
[0042]圖9所示的另一實施例為使用LC單元和SPG單元組合的光切換引擎900的橫截面。光切換引擎900能夠用作WSS光系統(tǒng)600中的光切換引擎608。光切換引擎900包括V0A905、I X 7光學開關930、以及棱鏡或反射鏡890。V0A905包括耦合至偏光鏡915的LC單元910、I X 7光學開關包括一對跟隨在第二 SPG單元920之后的LC910和SPG920單元。這些組件可以如圖9所示排列或以其它合適的順序排列。LC單元910和SPG單元920在N=7的光束的垂直方向上具有M像素(垂直于圖9的表面)。光切換引擎900和光切換引擎800的區(qū)別之一是，光切換引擎900使用一個LC單元910和兩個SPG單元920來實現(xiàn)I X 7光學開關。在1X7光學開關中，LC910單元用于控制光偏振，并且兩個SPG920單元用于將光束衍射至設定角度。此外，光切換引擎900不包括QWP。相反，V0A905中的LC910單元被設計為可切換四分之一波片(在λ /4和3 λ /4之間切換)以將入射光的線性偏振改變?yōu)閳A偏振。為了增加光學輸出端口，可以將更多的SPG920單元添加到光切換引擎900中，如，在反射鏡或棱鏡990的前面。例如，使用N個SPG920單元，可以實施一個I X (2Ν+1_1)光切換引擎。
[0043]圖10所示另一實施例為使用LC單元和SPG單元組合的光交換引擎1000的的橫截面。光交換引擎1000能夠用作WSS光系統(tǒng)600中的光交換引擎608。光交換引擎1000包括V0A1005、QWP1040、1X8光學開關1030、以及棱鏡或反射鏡1090。V0A1005包括LC單元1010和偏振片1015，1X8光學開關1030包括三個SPG單元1020。這些組件可以如圖10所示排列或以其它合適的順序排列。SPG單元1020還可以在N=S的光束的垂直方向上具有M像素(垂直于圖10的表面)。不同于上述的光切換引擎800和900，光切換引擎1000僅使用SPG單元1020 (沒有使用LC單元)來控制光衍射角度。當光束經(jīng)過V0A1005和QWP1040之后，輸入光束的線性偏振被改為圓偏振。各SPG單元1020能夠?qū)⒐馐苌渲羶蓚€可能的角度。因此，N個SPG單元能夠形成一個I X 2N光切換引擎。
[0044]圖1la至Ild所示為LC單元和PPG單元的組合的不同操作模式1100。LC單元1110位于SPG單元1150之前(相對于入射光)。LC單元1110用于控制或切換光偏振，PPG單兀1150用于根據(jù)入射光束的偏振,將光束衍射至兩個可能方向中一個方向。因此，N組LC和PPG單元能夠組成一個I X 2N光學開關。
[0045]如圖1la和Ild所示，當在LC單元1110上施加高電壓(例如，高于閾值)時，入射光束偏振通過LC單元無改變。如圖1 Ib和I Ic所示，當對LC單元1110沒有施加電壓或施加低電壓(例如，低于閾值)時，入射光束的偏振在右旋和左旋偏振之間切換。如圖1la和Ilc所示，當PPG單元1150上的入射光具有右旋圓偏振時，光束被衍射至+1級。如圖1lb和Ild所示，當PPG單元1150上的入射光具有左旋圓偏振時，光束被衍射至-1級。
[0046]圖12所示實施例為使用LC單元和PPG單元組合的光交換引擎1200的的橫截面。光交換引擎1200能夠用作WSS光系統(tǒng)600中的光交換引擎608。光交換引擎1200包括V0A1205、1X4光學開關1230、以及棱鏡或反射鏡1290。V0A1205包括LC單元1210和偏振片1215，1父4光學開關1230包括連續(xù)兩對^:1210和？?61250單元。這些組件可以如圖12所示排列或以其它合適的順序排列。LC單元1210和PPG單元1250在N=4的光束的垂直方向上具有M像素(垂直于圖12的表面)。類似的光學開關，可設計為通過堆積所需數(shù)量的LC和PPG對，而具有 任意數(shù)量的輸出端口。
[0047]圖13所示實施例為使用LC單元和SPG單元的光切換引擎的運行方法1300。例如，方法1300通過任意光切換引擎800、900和1000實施。在步驟1310中，入射光束被起振為左旋或右旋圓偏振。例如，使用QWP840或1040或者電可切換(通過施加電壓)LC將線性偏振入射光束轉(zhuǎn)換為圓偏振光。在步驟1320中，使用至少一個SPG單元衍射圓偏振光束。衍射光束的偏振手性也被切換。例如，通過使用在1X9光學開關830中的第一電可切換LC810 (或1X7光學開關930中的LC910)將圓偏振光在左旋和右旋方向之間切換，并且隨后通過下一個電可切換SPG820 (或920)將光束以相應的角度衍射。在另一示例中，1X8光學開關1030中的第一電可切換SPG1020將圓偏振光束之間以相應的角度衍射。
[0048]圖14所示實施例為使用LC單元和PPG單元的光切換引擎的運行方法1400。例如，方法1400是使用光切換引擎1200實現(xiàn)的。在步驟1410中，入射光束被起振為左旋或右旋圓偏振。例如，使用電可切換LC將線性偏振入射光束轉(zhuǎn)換為圓偏振光。在步驟1420中，使用至少一對LC單元和PPG單元衍射圓偏振光束。衍射光束的偏振手性也被切換。例如，通過使用在1X4光學開關1230中的第一電可切換LC1210將圓偏振光在左旋和右旋方向之間切換，并且隨后通過下一個電可切換SPG1250將光束以相應的角度衍射。
[0049]雖然已參考說明性實施例描述了本發(fā)明，但此描述并不意圖限制本發(fā)明。所屬領域的一般技術人員在參考該描述后，會顯而易見地認識到說明性實施例的各種修改和組合，以及本發(fā)明的其他實施例。因此，希望所附權(quán)利要求書涵蓋任何此類修改或?qū)嵤├?br> 【權(quán)利要求】
1.一種光學開關，其特征在于，包括: 液晶單元；以及 與所述液晶單元相鄰的可切換偏振光柵SPG單元，所述SPG包括: 第一玻璃基板； 覆蓋在所述第一玻璃基板上的第一電極層； 覆蓋在所述第一電極層上的光配向?qū)樱? 覆蓋在所述光配向?qū)由系囊壕Р牧希? 覆蓋在所述液晶材料上的第二光配向?qū)樱龅谝还馀湎驅(qū)雍退龅诙馀湎驅(qū)拥墓饷艟酆衔镆呀?jīng)物理地使用兩束具有反向圓偏振手性的相干光束曝光而修改； 覆蓋在所述第二光配向?qū)由系牡诙姌O層； 覆蓋在所述第二電極層上的第二玻璃基板。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學開關，其特征在于，進一步包括: 可調(diào)光衰減器VOA，包括第二液晶單元和偏振片； 位于所述VOA和所述液晶單元之間的四分之一波片；與所述液晶單元相反側(cè)的所述SPG單元相鄰的棱鏡或反射鏡； 一對或多對附加液晶單元 和附加的相應的SPG單元，所述附加的相應的SPG單元位于所述SPG單元和所述棱鏡或反射鏡之間， 其中所述光學開關是IX 3N光學開關，用于光學連接一個普通端口與3N個獨立端口，其中N是指所述光學開關中液晶單元和相應SPG單元的對數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學開關，其特征在于，進一步包括: 可調(diào)光衰減器V0A，包括第二液晶單元和偏振片； 與所述液晶單元相反側(cè)的所述SPG單元相鄰的棱鏡或反射鏡； 一個或多個位于所述SPG單元和所述棱鏡或反射鏡之間的附加SPG單元， 其中所述光學開關是IX (2N+1_1)光學開關，其用于光學連接一個普通端口與2N+1-1各獨立端口，其中N是指所述光學開關中SPG單元的數(shù)量。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光學開關，其特征在于，所述液晶單元被配置為可切換四分之一波片，以將入射光偏振從線性偏振切換為右旋或左旋圓偏振。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學開關，其特征在于，進一步包括: 可調(diào)光衰減器V0A，包括所述液晶單元和偏振片； 位于所述VOA和所述SPG單元之間的四分之一波片； 與所述VOA相反側(cè)的所述SPG單元相鄰的棱鏡或反射鏡， 一個或多個位于所述SPG單元和所述棱鏡或反射鏡之間的附加SPG單元， 其中所述光學開關是I X 2N光學開關，其用于光學連接一個普通端口與2N個獨立端口，其中N是指所述光學開關中SPG單元的數(shù)量。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學開關，其特征在于，所述液晶單元和所述SPG單元包括多個像素，所述多個像素對應于波長信道并且通過對應于光學開關端口的所述光學開關對齊垂直于多個平行光束路徑的方向，其中所述光學開關被設計用于使來自所述光學開關的平行輸出光束之間具有相同的距離。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學開關，其特征在于，還包括:光纖陣列，用于向或從所述液晶單元和所述SPG單元發(fā)送和接收一個或多個入射光束。 微透鏡陣列，位于與所述光纖陣列相鄰的光路徑上； 光移位器，位于與所述微透鏡陣列相鄰的光路徑上； 半波片陣列，位于與所述光移位器相鄰的光路徑上； 柱透鏡，位于所述半波片陣列和帶有所述SPG單元的所述液晶單元的光路徑上；柱面反射鏡，面對光學路徑上的位于所述柱透鏡之后的所述液晶單元和所述SPG單元，用于將經(jīng)過所述柱透鏡的光反射回所述柱透鏡；以及 光柵，面對光路徑上的位于所述柱透鏡之后的所述柱面反射鏡，用于將經(jīng)過所述柱透鏡入射的光衍射回所述柱透鏡。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學開關，其特征在于，所述SPG單元用于，當沒有施加電壓或?qū)Φ谝浑姌O層和第二電極層之間施加第一電壓時，對具有確定方向的圓偏振入射光束進行衍射并且將所述衍射后的入射光束的圓偏振手性進行翻轉(zhuǎn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的光學開關，其特征在于，所述SPG單元用于，當?shù)谝浑姌O層和第二電極層之間施加第二電壓時，經(jīng)過所述SPG單元的入射光不進行衍射并且偏振無改變。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的關開關，其特征在于，所述液晶單元用于，當沒有施加電壓或施加第一電壓時，翻轉(zhuǎn)圓偏振手性之后將入射光束傳遞至所述SPG單元，或者，當對所述液晶單元施加第二電壓時，在不改變圓偏振手性時傳遞所述入射光束。
11.一種光學開關，其`特征在于，包括: 液晶單元；以及 與所述液晶單元相鄰的聚合物偏振光柵PPG單元，所述PPG包括: 玻璃基板； 覆蓋在所述玻璃基板上的光配向?qū)?，所述光配向?qū)拥墓饷艟酆衔镆呀?jīng)物理地通過使用兩束具有反向圓偏振手性的相干光束曝光修改而成； 聚合液晶層，覆蓋在與所述玻璃基板相反的一側(cè)的所述光配向?qū)由?，所述聚合液晶層已?jīng)物理地通過使用均勻光束照明被改變。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的光學開關，進一步包括: 可調(diào)光衰減器VOA，包括第二液晶單元和偏振片； 與所述液晶單元相反側(cè)的所述PPG單元相鄰的棱鏡或反射鏡。 一對或多對附加液晶單元和附加的相應的PPG單元，所述附加的相應的PPG單元位于所述PPG單元和所述棱鏡或反射鏡之間， 其中所述光學開關是IX 2N光學開關，用于光學連接一個普通端口與2N個獨立端口，其中N是指所述光學開關中液晶單元和相應PPG單元的對數(shù)。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的光學開關，其中所述液晶單元和所述PPG單元都包括多個像素，所述多個像素對應于波長信道并且通過對應于光切換端口的所述光學開關對齊垂直于多個平行光束路徑的方向，其中所述光學開關被設計用于使來自所述光學開關的平行輸出光束之間具有相同的距離。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的光學開關，進一步包括: 光纖陣列，用于向或從所述液晶單元和所述PPG單元發(fā)送和接收一個或多個入射光束； 微透鏡陣列，位于與所述光纖陣列相鄰的光路徑上； 光移位器，位于與所述微透鏡陣列相鄰的光路徑上； 半波片陣列，位于與所述光移位器相鄰的光路徑上； 柱透鏡，位于所述半波片陣列和帶有所述PPG單元的所述液晶單元的光路徑上； 柱面反射鏡，面對光路徑上的位于所述柱透鏡之后的所述液晶單元和所述PPG單元，用于將光束反射回所述柱透鏡；以及 光柵，面對光路徑上位于所述柱透鏡之后的所述柱面反射鏡，用于將經(jīng)過所述柱透鏡入射的光衍射回所述柱透鏡。
15.根據(jù)權(quán)利要求11的關開關，其特征在于，所述液晶單元用于，當沒有施加電壓或施加第一電壓時，翻轉(zhuǎn)圓偏振手性之后將入射光束傳遞至所述PPG單元，或者，當對所述液晶單元施加第二電壓時，在不 改變圓偏振手性時傳遞所述入射光束。
【文檔編號】G02F1/13GK103703405SQ201380002381
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年1月30日 優(yōu)先權(quán)日:2012年1月30日
【發(fā)明者】毛崇昌, 李岷淳, 陳波, 方洋 申請人:華為技術有限公司