使用LCoS裝置并且具有減少的串擾的波長選擇開關的制作方法
【專利說明】
【背景技術】
[0001]光學網絡使用波長選擇開關(WSS)來動態地將光波長信號從信號源發送到目的地。WSS裝置通常依靠波長操作元件諸如硅基液晶(LCoS)裝置或者微機電(MEMS)鏡陣列來執行該發送。
[0002]LCoS裝置包括液晶材料，其被夾在具有透明電極的透明玻璃層和被劃分成二維陣列的可單獨尋址的像素的硅基板之間。每個像素單獨地由電壓信號驅動以向光信號提供局部的相位變化，由此提供二維陣列的相位操作區域。一旦光信號已經被衍射元件諸如衍射光柵空間地分離，能夠對單獨的光譜成分進行操作。光譜成分的空間分離被引導至LCoS裝置的預定區域之上，其能夠通過以預定的方式驅動相應的像素來獨立地操作。
[0003]盡管使用LCoS裝置的波長選擇開關具有某些非常有吸引力的性能特點，但它們也會遭受不希望的光學串擾，其涉及在特定的波長處從輸入端口到輸出端口的不希望的能量耦合。
【發明內容】
[0004]根據本發明的一個方面，提供一種光學裝置，其中由于散射帶來的串擾被減少。該光學裝置包括具有至少一個用于接收光束的光學輸入端以及至少一個光學輸出端的光學端口陣列。該輸入端與輸出端沿著公共軸線延伸。色散元件從光學輸入端接收光束并且將所述光束空間地分離成多個波長成分。聚焦元件聚焦多個波長成分并且可編程光相位調制器接收該聚焦的多個波長成分。該調制器被配置為將波長成分引導至選擇的一個光學輸出端。該可編程光相位調制器相對于光端口陣列導向，以使引導光束所沿的軸線與輸入端和輸出端延伸所沿的公共軸線不重合。
【附圖說明】
[0005]圖1A和圖1B分別是可以和本發明的實施例一起使用的簡化光學裝置例如自由空間波長選擇開關(WSS)的一個示例的俯視圖和側視圖。
[0006]圖2是在χ-y面內延伸的圖1的LCoS裝置的主視圖。
[0007]圖3示出了周期的、步進的相移曲線的一個示例，其可以在y軸線上跨越LCoS裝置的區域而產生。
[0008]圖4和圖5是沿著圖1B的端口陣列中的線A-A所截取的主視圖。
[0009]圖6是減少串擾的簡化光學裝置例如自由空間波長選擇開關(WSS)的一個示例的側視圖。
[0010]圖7示出了示出在圖6中的光學裝置的替代實施例。
【具體實施方式】
[0011]圖1A和圖1B分別是可以和本發明的實施例一起使用的簡化光學裝置例如自由空間WSS 100的一個示例的俯視圖和側視圖。光通過用作輸入端口與輸出端口的光波導例如光纖被輸入與輸出至WSS 100。如圖1B最佳地所示，光纖準直器陣列101可以包括多個單根光纖12(^120# 120 3，該多個單根光纖分別耦接到準直器102^02# 102 3。來自一個或多個光纖120的光線通過準直器102轉換為自由空間光束。從端口陣列101出射的光線平行于z軸線。在圖1B中，盡管端口陣列101僅僅示出了三個光纖/準直器對，更一般地說可以使用任何合適數量的光纖/準直器對。
[0012]一對望遠鏡或者光束擴展器將來自端口陣列101的自由空間光束放大。第一望遠鏡或者第一光束擴展器由光學元件106和107組成，并且第二望遠鏡或者第二光束擴展器由光學元件104和105組成。
[0013]在圖1A和圖1B中，在兩個軸線上影響光線的光學元件在兩個視圖中用實線表示為雙凸光學裝置。另一方面，僅僅在一個軸線上影響光線的光學元件用實線表示為在被影響的軸線上的平凸透鏡。僅僅在一個軸線上影響光線的光學元件同樣以虛線表示在它們不影響的軸線上。例如，在圖1A和圖1B中，光學元件102、108、109以及110在兩個圖中用實線描繪。另一方面，在圖1A中，光學元件106和107用實線描繪(因為它們具有沿著y軸線聚焦的能力)并且在圖1B中用虛線描繪(因為它們使光束沿著X軸線未受影響)。在圖1B中，光學元件104和105用實線描繪(因為它們具有沿著X軸線聚焦的能力)并且在圖1A中用虛線描繪(因為它們使光束沿著y軸線未受影響)。
[0014]每個望遠鏡可以建立為具有對于X和y方向的不同的放大倍數。例如，由在X方向上放大光線的光學元件104和105形成的望遠鏡的放大率，可以小于由在y方向上放大光線的光學元件106和107形成的望遠鏡的放大率。
[0015]該一對望遠鏡放大了來自端口陣列101的光束并且將它們光學地耦合至波長色散元件108 (例如，衍射光柵或者棱鏡)，其將自由空間光束分離至它們的成分波長或者信道中。波長色散元件108用于根據其波長在x-y平面上沿著不同方向分散光線。來自色散元件的光線被引導至光束聚焦光學器件109。
[0016]光束聚焦光學器件109將來自波長色散元件108的波長成分耦合至可編程光相位調制器，其可以是例如基于液晶的相位調制器，例如硅基液晶(LCoS)裝置110。波長成分沿著X軸線分散，其被稱為波長色散方向或者波長色散軸線。因此，給定波長的每個波長成分集中在沿著y方向延伸的像素陣列上。作為示例而不是作為限制，具有被表示為λρλ2和λ 3的中心波長的三個這樣的波長成分在圖1A中示出為沿著波長色散軸線(X軸線)被聚焦在LCoS裝置110上。
[0017]如圖1B最佳地所示，在從LCoS裝置110反射之后，每個波長成分能夠通過光束聚焦光學器件109、波長色散元件108和光學元件106和107被返回耦合到端口陣列101中選擇的光纖。
[0018]圖2是在x-y平面內延伸的LCoS裝置110的主視圖。
[0019]三個波長成分λ 1、λ 2和λ 3沿著波長色散軸線(X軸線)被空間地分離。如下所述，在y軸線上的像素19的適當操作允許選擇性的將每個波長成分單獨引導至選擇的輸出光纖。
[0020]可編程光相位調制器例如LCoS裝置，在可編程地確定的像素陣列中的給定像素位置處產生相移。這種調制器能夠以多個方式使用，形成虛擬透鏡、棱鏡或者傾斜鏡等。由于LCoS裝置的限制的厚度和活動，能夠在任何給定位置處實現的總相移被限制。通過類似于用于通過將透鏡的表面屈光度壓縮至平表面來形成菲涅耳透鏡的分割技術的應用，這些限制在LCoS裝置內能夠被防止。具體地，期望的總相移在所考慮的波長處通常是模數2 π。然后最終的相位總是小于2 π。不幸地是，這個分割技術在不會產生未分割圖案的方向上引入了光的散射。這一散射光是串擾在LCoS WSS中容易更高的主要原因。
[0021]轉向圖3，存在示出了周期的、步進的相移曲線39的一個示例，該相移曲線可以在y軸線上跨越LCoS裝置21的區域而產生。該周期的、步進的相移曲線39產生了累積的相位曲線37。該累積的引導曲線37通過用預定的電壓驅動每個像素19以提供期望的相位變化而產生。正如在電壓和相位之間存在直接的關系，并且相位和引導角度之間存在直接的關系，能夠生成建立所需的電壓驅動信號與期望的引導角度之間關系的查找表等。相位的周期特性被利用以減少所需的驅動電壓。因此，周期的、步進電壓信號將產生周期的、步進的相移曲線39，其隨后