專利名稱：波長選擇開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及光學(xué)開關(guān)，尤其涉及應(yīng)用偏振旋轉(zhuǎn)器件的波長選擇開關(guān)。
背景技術(shù)：
過去二十年中，光纖已轉(zhuǎn)化為電信市場。起初，網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)包括通信鏈路各端相對低速的收發(fā)電子設(shè)備，光信號切換后轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)電子切換，再轉(zhuǎn)換為光信號。電子切換設(shè)備的帶寬限于約10GHz。另一方面，在電磁譜1550nm區(qū)內(nèi)，單模光纖的帶寬范圍達(dá)太拉赫茲。隨著對帶寬要求呈指數(shù)提高，網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)師設(shè)法在1550nm區(qū)內(nèi)開拓有效的帶寬，因而對光學(xué)透明的叉接與開關(guān)提出了要求。
已作過研究的一種方法涉及一種頻選光學(xué)開關(guān)，它應(yīng)用了偏振分束器、Wollaston棱鏡和液晶開關(guān)元件。然而，該設(shè)計(jì)有一重大缺點(diǎn)。用于復(fù)合光束的偏振分束器總是位于聚焦鏡與空間光調(diào)制器之間，其一個(gè)作用是該偏振分束器必須能接受很大的接收角，若使用雙折射晶體，會導(dǎo)致低劣的重迭光束。若使用分束立方體，會減小對比度，增大串?dāng)_。應(yīng)用Wollaston棱鏡可以解決這一問題。Wollaston棱鏡被設(shè)計(jì)成將準(zhǔn)直的混合偏振光束轉(zhuǎn)換成兩條轉(zhuǎn)準(zhǔn)直光束，并以大體上被原始混合偏振光束的光軸平分的角度分離。這種方法解決了將偏振束分離器置于聚焦鏡與LC開關(guān)元件之間所涉及的許多問題，但在應(yīng)用Wollaston棱鏡方面涉及到基于重要問題。最重要的是Wollaston棱鏡無法產(chǎn)生精確對稱偏轉(zhuǎn)的光束。由于Wollaston棱鏡的作用不對稱，光束無法重失在LC開關(guān)元件上。因此，LC開關(guān)元件上的光束位置必須在LC開關(guān)元件上以不同的入射角來平衡，以對不同的開關(guān)狀態(tài)盡量減小串據(jù)與插入損失。由于這一不對稱性，為了以可接受的信道帶寬實(shí)現(xiàn)可接受的串?dāng)_，光學(xué)系統(tǒng)必須變成長得不令人歡迎。
因此，為了減小串?dāng)_，減小插入損耗，并且提高譜分辨率，就要求波長選擇開關(guān)的光學(xué)系統(tǒng)繞偏振調(diào)制器對稱，并能在偏振調(diào)制器上提供重迭的光束。

發(fā)明內(nèi)容
揭示的一種波長選擇開關(guān)包括一光學(xué)系統(tǒng)，它對偏振調(diào)制器呈對稱，且能向偏振調(diào)制器提供重迭光束，以便減小串?dāng)_，減小插入損失，并且提高譜分辨率。
本發(fā)明的一個(gè)方面是一種有選擇地將第一與第二信號導(dǎo)向選定輸出端的光學(xué)裝置，它包括雙折射光學(xué)系統(tǒng)，其系統(tǒng)輸入端接收第一與第二信號，而雙折射光學(xué)系統(tǒng)向其系統(tǒng)輸出端發(fā)射由第一與第二儲藏振信號重迭而成的的重迭信號，其中第一與第二偏振信號分別是第一與第二信號的偏振型式；和一個(gè)耦合至系統(tǒng)輸出端的偏振調(diào)制器，從而該偏振調(diào)制器有選擇地旋轉(zhuǎn)重迭信號的偏振態(tài)。
在另一個(gè)方面，本發(fā)明提供一種將第一與第二信號選擇性導(dǎo)向選定輸出端的光學(xué)裝置，它包括第一偏振分束器，用于把第一與第二信號分別分離成第一與第二信號偏振分量。第一半波延伸器耦合至該偏振分束器，使所有第一與第二信號偏振分量以第一偏振態(tài)均勻偏振。第一光柵耦合至第一半波延遲器，用于產(chǎn)生多條第一與第二信號波長信道。第二半波延遲器耦合至第一光柵，使多條第二信號波長信道以第二偏振態(tài)均勻偏振。第一光補(bǔ)償器耦合至第一光柵，使多條第一信號波長信道的光距基本上等于多條第二信號波長信道的光距。第一偏振分束器耦合至光補(bǔ)償器與第二半波延遲器，把多條第一與第二信號波長信道組合成多條重迭波長信道。聚焦鏡耦合至偏振合束器；一偏振調(diào)制器陣列耦合至聚焦鏡，各調(diào)制器有一開關(guān)態(tài)，其中各重迭波長信道聚焦到一預(yù)定調(diào)制器上。
在再一個(gè)方面，本發(fā)明包括一種將第一與第二信號選擇性導(dǎo)向光學(xué)裝置中選定輸出端的方法，該方法包括以下步驟提供偏振調(diào)制器；把第一信號轉(zhuǎn)換成至少一個(gè)第一偏振分離，把第二信號轉(zhuǎn)換成至少一個(gè)第二偏振分量；將至少一個(gè)第一偏振分量與至少一個(gè)第二偏振分量重迭成一重迭信號，其中至少一個(gè)和至少一個(gè)第二偏振分量沿至少一個(gè)軸向共線；將重迭信號聚焦到偏振調(diào)制器上。
在還有一個(gè)方面，本發(fā)明包含一種將第一與第二信號選擇性導(dǎo)向包含雙折射光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)裝置中選定輸出端的方法，該方法包括以下步驟提供一液晶像素陣列，該像素包括某一開關(guān)態(tài)；對第一與第二信號作多路分路，分別形成多條第一與第二信號波長信道；將每條第一信號波長信道重迭在其對應(yīng)的第二信號波長信道上，形成多條重迭波長信道；將每條重迭波長信道聚焦到一預(yù)定液晶像素上。
本發(fā)明的特征與優(yōu)點(diǎn)將在以下詳細(xì)描述中提出部分將顯然為本領(lǐng)域的技術(shù)人員通過該描述而明白，并通過實(shí)踐這里描述的發(fā)明內(nèi)容，包括以下的詳細(xì)描述、權(quán)項(xiàng)和附圖而得以認(rèn)識。
應(yīng)該明白，以下詳述僅是本發(fā)明的示例，作為一種概括或框架用于理解權(quán)項(xiàng)所提出的本發(fā)明的特征與特點(diǎn)。包括的附圖用于進(jìn)一步理解本發(fā)明，結(jié)合在此構(gòu)成本說明書的一部分。附圖示出了本發(fā)明的各種實(shí)施例，與描述一起說明本發(fā)明的原理與工作。
附圖簡介

圖1是一框圖，示出本發(fā)明第一實(shí)施例中波長選擇開關(guān)(WSS)的概括；圖2是圖1中WSS的示意圖；圖3是表示本發(fā)明一平行板分束器的視圖；圖4示出本發(fā)明一絕熱化光柵；圖5示出圖1和2中WSS的偏振管理結(jié)構(gòu)；圖6是本發(fā)明第二實(shí)施形態(tài)中WSS機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的透視圖；圖7是本發(fā)明WSS信道分布曲線圖；圖8是本發(fā)明40信道WSS寬帶脈動曲線圖；圖9是本發(fā)明80信道WSS帶寬脈動曲線圖；和圖10是配用本發(fā)明第三實(shí)施例的WSS的WADM框圖。
較佳實(shí)施例的詳細(xì)描述現(xiàn)在詳細(xì)參照本發(fā)明現(xiàn)有的諸較佳實(shí)施例，其實(shí)例示于附圖中。只要可能，諸附圖將用同樣的標(biāo)號指代同樣的部件。本發(fā)明一示例性實(shí)施例的波長選擇開關(guān)(WSS)示于圖1，一般標(biāo)為10。
根據(jù)本發(fā)明，波長選擇叉接開關(guān)配有一光學(xué)系統(tǒng)，該系統(tǒng)對偏振調(diào)制器對稱，能向偏振調(diào)制器20提供重迭光束，以便減小串?dāng)_、減小插入損失并提高譜分辨率，從而實(shí)現(xiàn)高的光通量。本發(fā)明的波長選擇開關(guān)(WSS)包括一向偏振調(diào)制器發(fā)射重迭信號的雙折射光學(xué)系統(tǒng)，該重迭信號是將來自第一輸入光纖的平行偏振信號與來自第二輸入光纖的正交偏振信號重迭而形成的。
如這里實(shí)施和圖1所示，揭示了本發(fā)明第1實(shí)施例的WSS10。輸入光纖1與2接至輸入口12，輸入口12接至輸入雙折射光學(xué)系統(tǒng)30，而后者光耦合至偏振調(diào)制器，它根據(jù)網(wǎng)指令(未示出)決定的開關(guān)態(tài)切換入射光束。偏振調(diào)制器20接至把輸出光束傳至輸出口14的輸出雙折射光學(xué)系統(tǒng)50，輸出口14接至輸出光纖1與2。
輸出雙折射光學(xué)系統(tǒng)50是輸入雙折射光學(xué)系統(tǒng)30的鏡像，因而WSS10是一種可配置的雙向波長選擇開關(guān)。由輸入與輸出雙折射光學(xué)系統(tǒng)30和50組成的該雙折射光學(xué)系統(tǒng)，對偏振調(diào)制器20嚴(yán)格對稱。圖1的WSS10是一種2×2波長選擇開關(guān)。
輸入光纖1和2向WSS10提供含多條波長信道的隨機(jī)偏振光信號。在第一實(shí)施例中，WSS10接納40條波長信道，信道間隔為100GHz。在另一實(shí)施例中，WSS10接納80條波長信道，信道間隔為50GHz。任一信道均可在輸入光纖1與2之間作選擇性切換。WSS10工作時(shí)，把來自輸入光纖1的波長信道轉(zhuǎn)換成S偏振(垂直)信號，而把第二光纖波長信道轉(zhuǎn)換成p偏振(平行)信號。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)明白，p與s偏振信號相互正交，然后重新和聚焦在偏振調(diào)制器上，于是可用其偏振態(tài)識別輸入光纖載送的業(yè)務(wù)。偏振調(diào)制器20在光纖間切換信道時(shí)將該重迭信號的偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)90度，在指定信道通過開關(guān)時(shí)不旋轉(zhuǎn)偏振態(tài)。切換后，輸出雙折射光學(xué)系統(tǒng)50按其偏振態(tài)再復(fù)用波長信道，并把s偏振輸出信道(在離開偏振調(diào)制器20后偏振)映射到輸出光纖2。由于是對稱性設(shè)計(jì)，所以這一轉(zhuǎn)換可以反置。下面再詳細(xì)WSS10的操作。
如這里實(shí)施和圖2所示，揭示了本發(fā)明第一實(shí)施例的WSS10示意圖。輸入光纖1和2接至WSS10的輸入端12，來自光纖1和2的光信號由準(zhǔn)直器120準(zhǔn)直。準(zhǔn)直器120接至偏振分束器32，后者接至半波板34。折合鏡36光耦至偏振分束器32和半波板34，將光信號向光柵38反射。如后面的實(shí)施例指出的那樣，折合鏡36可以取消，把光信號從半波板34導(dǎo)向光柵38。光柵38將第1與第二光纖光信號分路成其組成波長信道。半波板40和光補(bǔ)償器42耦合至該光柵，前者為第二光纖波長信道提供光路，后者為第一光纖波長信道提供光路，下面將更詳細(xì)地討論這些元件的功能。半波板40和光補(bǔ)償器42光耦至偏振合束器44，后者將來自半波板40的第一光纖波長信道與來自光補(bǔ)償器42的第二光纖波長信道重迭起來。聚焦鏡46光耦至偏振合束器44，把從偏振合束器44出射的每條重迭波長信道聚集到偏振調(diào)制器20各自的偏振調(diào)制單元22上。
如上所述，輸出雙折射光學(xué)系統(tǒng)50是一輸入雙折射光學(xué)系統(tǒng)50的鏡像。偏振調(diào)制器20接至聚焦鏡66，后者耦合至偏振分束器64，而偏振分束器將重迭輸出信道分成輸出光纖1和2的波長信道。偏振分束器耦合至半波板60和光補(bǔ)償器62，光補(bǔ)償器62調(diào)節(jié)輸出光纖1波長信道的光路長度。輸出光纖2波長信道傳播通過半波板60。輸出光纖1和2波長信道由光柵58復(fù)用，后者耦合至折合鏡56將一部分輸出信號導(dǎo)向通過半波板54。半波板54耦合至偏振合束器52而形成輸出信號1和2，這些輸出信號經(jīng)準(zhǔn)直器140準(zhǔn)直，分別導(dǎo)入第一和第二輸出光纖。
偏振分束器32和64和偏振合束器44與52可以是任何合適的類型，但圖3作為示例，分束器32具有單塊由發(fā)光材料制作的板320，它具有平行側(cè)面。輸入信號1與2的光入射面上有一防反射涂層326，板320的光出射面上置有分束涂層322。涂層320讓s偏振光通過而使p偏振光作內(nèi)部反射，p偏振光由反射涂層324反射，因而p偏振光從平行于s偏振光的光束平板出射。該方法可提供弧秒容限，成本低廉，且能在一個(gè)部件中實(shí)施。分束器32和64和偏振合束器44與52的排列，使所有分離與復(fù)合功能都正交于色散軸(光柵傾斜軸)，這里就簡化了盡量減小開關(guān)態(tài)引起的插入損失及其變化所需的光距補(bǔ)償。由于光柵與聚焦鏡的光路距離差對所有結(jié)構(gòu)都一樣，這種排列提高了光學(xué)性能。此外，合束器44和分束器64置于光柵與聚焦鏡之間，這一創(chuàng)新提高了光學(xué)性能，消除了其它設(shè)計(jì)方案常見的與Wollaston棱鏡有關(guān)的不對稱性。這類分束/合束裝置的實(shí)例已揭示于臨時(shí)專利申請60/153,913，現(xiàn)結(jié)合在此作參照。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員將知道，除了薄膜濾波器以外，根據(jù)期望的容限、封裝尺寸、費(fèi)用與安裝要求，還可以使用分束長方體、雙折射板和棱鏡。盡管長方體法較為昂貴，但是這類器件可裝在光學(xué)表面上，封裝尺寸更小。
光柵38與58可以是任何合適的類型，但是圖4揭示的實(shí)例中，在圖6中示為絕熱化格里斯姆(grism)78，它包括裝在一個(gè)封裝件里的輸入光柵38與輸出光柵58。本例中，將輸入光柵38復(fù)制到基片386上，用環(huán)氧384與棱鏡382聯(lián)接。光柵間距的CTE介于棱鏡材料CTE與其片材料CTE之間，改變基片材料厚度，可控制光柵間距的CTE。棱鏡使用的玻璃應(yīng)具有低的dn/dt，如對基片386(586)使用Ohara的S-TIL6型玻璃與Corning的ULE玻璃，可構(gòu)成棱鏡382。光入射面的角度為90度，出射面角度為50.42度。此法的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，所有元件都在物理上聯(lián)接，期望便于了對準(zhǔn)，保證角度關(guān)系不隨溫度發(fā)生顯著變化。這類絕熱化器件的實(shí)例已揭示于臨時(shí)專利申請60/153,913，現(xiàn)結(jié)合在此作參照。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)知道，根據(jù)系統(tǒng)所需的絕熱性能水平，可以使用任何普通的衍射光柵系統(tǒng)或格里斯姆。
光補(bǔ)償器42與62可以是任何合適類型，但作為舉例，這里揭示一種厚度精密的拋光玻璃板。然而，任何光學(xué)設(shè)計(jì)或材料都要使第一和第二光纖信號所行進(jìn)的光路長度非常接近相等。對于任一種合束器與半波延遲器而言，光補(bǔ)償器42與62都被設(shè)計(jì)成使來自輸入光纖1與2的波長信道都能在角度與空間上準(zhǔn)確相重迭。通過選擇光補(bǔ)償器的厚度與材料滿足下列公式可實(shí)現(xiàn)這一要求；To(no-na)no-na=Hnbs-Trnr-nanrna]]>式中To是光補(bǔ)償器42(62)的厚度，no是補(bǔ)償器42(62)的光學(xué)系統(tǒng)，na是空氣系數(shù)，H是來自光纖輸入1的光在合束器內(nèi)相比輸入光纖2所運(yùn)行的距離差，nbs是合束順材料系數(shù)，Tr為延遲器厚度，而nr為延遲器材料的光學(xué)系統(tǒng)。
偏振調(diào)制器20可以是任何適合的類型，但作為示例，這里示出一種線性液晶器件，它由標(biāo)以22、24、26與28的像素陣列組成。在-40波長信道系統(tǒng)中，陣列20包括40只開關(guān)單元22。如圖所示，各開關(guān)單元22是一扭絞向列液晶器件，液晶分子以扭絞螺旋結(jié)構(gòu)對準(zhǔn)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)明白，旋轉(zhuǎn)量取決于液晶螺旋結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與溫度。根據(jù)設(shè)計(jì)，當(dāng)對器件不加電壓或施加相當(dāng)?shù)偷碾妷簳r(shí)，通過絕熱跟蹤，該扭絞螺旋結(jié)構(gòu)使入射光信號的偏振態(tài)轉(zhuǎn)90度，如可以施加相當(dāng)?shù)偷碾妷簛硌a(bǔ)償溫度。對液晶像素施加可變電壓，可逐漸變轉(zhuǎn)動量。此時(shí)，WSS10將起到可變光學(xué)衰減器的作用。如本領(lǐng)域眾所眾所周知，當(dāng)施加足夠大的電壓時(shí)(約10伏或更大)，由液晶分子形成的螺旋結(jié)構(gòu)被干擾，入射光信號的偏振態(tài)就基本上不變地通過。這樣，在截止電壓開關(guān)態(tài)或相對的低壓態(tài)中，入射光信號的偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)1/2波，p偏振信號變?yōu)閟偏振信號，反之亦然。在無電壓態(tài)中，偏振態(tài)不旋轉(zhuǎn)。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員將明白，可以使用其它偏振調(diào)制裝置，如對施加電壓具有可變雙折射率的雙折射相依晶體，這類晶體應(yīng)用了液晶器件常用的同樣效應(yīng)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員還將明白，還可將鐵電液晶旋轉(zhuǎn)器、磁光法拉第旋轉(zhuǎn)器、聲光旋轉(zhuǎn)器和電光旋轉(zhuǎn)器用作偏振調(diào)制器20。
圖5從偏振管理的角度示出WSS10的工作原理。偏振分束器32將來自第一與第二光纖的輸入信號分離器成其平行與正交的信號分量，因而四條小光束(beamlet)(1s、1p、2s、2p)從分束器32出射。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將明白，對輸入光纖1和2編號的慣例可任選，因而可以倒置。如圖所示，來自第一與第二光纖信號的p偏振分量(1p、2p)通過半波板34?？梢詰?yīng)用與此相反的慣例，使正交分量通過半波板34。無論哪種方式，在通過半波板34后，所有四條小光束(1s、1s、2s、2s)都具有同一偏振態(tài)。光柵38通過量依賴于入射光束的偏振態(tài)，因而通過均一偏振可盡量增大光柵38通過量并消除偏振相位損失(POL)。光柵38對這四條小光束攜帶的波長作分路，形成波長發(fā)散。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將明白，小光束攜帶的各波長是一條獨(dú)立的通信信道，載有其自己的信息有效負(fù)載。對每條為光纖1限定的波長信道，在光纖2中有一對應(yīng)的波長信道，光纖1與2中對應(yīng)的波長信道被基本上同組的波長占據(jù)。但應(yīng)明白，由對應(yīng)波長信道攜帶的信息有效負(fù)載是不同的。通過切換光纖1與2之間的對應(yīng)波長信道，也可在光纖1與2之間切換其各自的信息有效負(fù)載。
兩條由第二光纖信號導(dǎo)出的小光束通過產(chǎn)生偏振發(fā)散度的半波板40，這樣，不通過半波板40的第一光纖波長信道保持s偏振(1s、1s)，而第二光纖波長信道為p偏振(2p、2p)。
本發(fā)明一顯著特征在于無光補(bǔ)償器42，第一光纖波長信道可運(yùn)行較短的物理距離。第一光纖波長信道通過光補(bǔ)償器42，使第一與第二光纖波長信道的光距相等。光距定義為光信號運(yùn)行距離除以傳播媒體的折射率，它與“光路長度”不同，后者定義為光信號運(yùn)行距離乘上傳播媒體的折射率。被校正成具有同一光路長度的信號運(yùn)行同樣的時(shí)間，而被校正成具有同一“光距”的信號運(yùn)行同樣的光路。
光補(bǔ)償器42還減小了光柵38造成的色散。與在空氣中的色散相比，光柵產(chǎn)生的波長信道色散在光補(bǔ)償器42為內(nèi)更小。因此，通過光補(bǔ)償器42傳播的兩組s偏振波長信道從光柵38運(yùn)行到合束器44的物理距離，比不通過光補(bǔ)償器42傳播的兩組p偏振波長信道運(yùn)行的物理距離更長。然而，兩組s偏振與兩組p偏振波長信道經(jīng)歷的總色散大體上相同。合束器44產(chǎn)生兩組相同的入射聚焦鏡46的重迭波長信道(1s、2p)。將每條s偏振波長信道與其對應(yīng)的p偏振波長信道重迭，每條重迭的波長信道就包含了來自第一與第二光纖波長信道(1s)與(2p)的信息有效負(fù)載。透鏡46把每條重迭波長信道聚焦到其各自的液晶開關(guān)單元22上，由此將兩組相同的信息組合成一條入射在開關(guān)單元22上的重迭波長信道。
在高壓狀態(tài)，相對于開關(guān)單元22輸入端的同一重迭波長信道的偏振態(tài)，開關(guān)單元22輸出端的重迭波長信道的偏振態(tài)不變。在截止電壓狀態(tài)，運(yùn)用上述偏振旋轉(zhuǎn)技術(shù)，開關(guān)單元22將(1s，2p)轉(zhuǎn)換成(1p，2s)，開關(guān)單元22輸出端的重迭長信道的偏振態(tài)相對于開關(guān)單元22輸入端的同一重迭長信道的偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)90度。
如前所述，輸出雙折射光學(xué)系統(tǒng)50與輸入雙折射光學(xué)系統(tǒng)30完全對稱。在高壓狀態(tài)，信道(1s，1p)包含在第一光纖輸出中，信道(2s，2p)包含在第二光纖輸出中，這就是波長信道通過態(tài)。在低壓狀態(tài)，信道(2s、2p)插入第一光纖輸出，信道(1s，1p)插入第二光纖輸出。在該開關(guān)態(tài)中，第一光纖中波長信道攜帶的信息被切換到第二光纖輸出，而第二光纖中對應(yīng)波長信道攜帶的信息初切換到第一光纖。
下面討論本發(fā)明的一些特征與優(yōu)點(diǎn)。在本發(fā)明中，半波板40位于光柵38與偏振合束器44之間，讓偏振合束器44置于透鏡46與光柵38之間，輸出雙折射光學(xué)系統(tǒng)50中的偏振分束器64同樣位于透鏡66與光柵58之間，這種對稱的光學(xué)設(shè)計(jì)是保持這一結(jié)構(gòu)高性能的關(guān)鍵之一。偏振分束器/合束器都應(yīng)用于接近準(zhǔn)直的空間，有助于盡量增大消光比并減小串?dāng)_。本發(fā)明無須在透鏡46與偏振調(diào)制器20之間使用Wollaston棱鏡或另一雙折射元件。對于輸入雙折射光學(xué)系統(tǒng)30，位于透鏡46與偏振調(diào)制器20之間的任何雙折射元件，相對于源于光纖2的光，在源于光纖1的光的光學(xué)特性中都會造成不對稱性。輸出雙折射光學(xué)系統(tǒng)50也是如此。如上所述，本發(fā)明可應(yīng)用其它偏振器，當(dāng)結(jié)合應(yīng)用光補(bǔ)償器42、62時(shí)，如可以使用分束長方體與薄膜濾波器。這兩種器件都能復(fù)合這兩種偏振分量，使它們準(zhǔn)確地重迭，且完全具有同樣的錐角。最后，如圖3所示，光束沿聚焦鏡的水平軸線入射(即一維同軸)。因此，可將更多的發(fā)射光導(dǎo)入透鏡孔徑的中心部分。與只有極少的光通過透鏡孔徑中心的現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)相比，這樣能使給定透鏡結(jié)構(gòu)產(chǎn)生更上乘的光學(xué)性能。
如這里實(shí)施和圖6所示，根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例揭示了埋置式玻璃機(jī)械設(shè)計(jì)的WSS10的透視圖。本例中，所有元件都在物理上聯(lián)接。準(zhǔn)直組件120物理接至分束組件32，分束組件32物理接至半波延遲器34，半波延遲器34物理接至光柵組件38，而后者物理接至半波延遲器40和光補(bǔ)償組件42。這些元件又物理接至已連到透鏡46的合束器44。每個(gè)組件都用各種螺釘、墊圈等緊固于設(shè)備底板100就位。由于輸出雙折射光學(xué)系統(tǒng)50是輸入雙折射光學(xué)系統(tǒng)30的鏡像，故配置相同。
圖6的埋置式設(shè)計(jì)有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。首先，大多數(shù)元件在熱學(xué)與物理上聯(lián)接，緩和了若干環(huán)鏡問題。由于諸元件在物理上聯(lián)接，具有熱學(xué)聯(lián)系，能有效地把熱量導(dǎo)離敏感元件，形成更絕熱的設(shè)計(jì)。同樣地，通過聯(lián)接這些元件，它們不大會承受振動造成的機(jī)械應(yīng)力。最后，圖4的埋置式機(jī)械設(shè)計(jì)可降低組裝成本。
如這里實(shí)施和圖7～9所示，揭示了WSS10得到的性能數(shù)據(jù)。圖7中，示出了增、卸徑跡重迭的信道分布，信道內(nèi)串?dāng)_在-35～40dB，卸信道插入損失比通信道約大2dB。圖8中，示出了40信道開關(guān)的寬帶脈動，數(shù)據(jù)用可調(diào)激光器和光譜分析儀測得。40條50GHz信道示出了每秒鐘收到的像素。而且，通在-35dB與-40dB之間。圖9中，示出的性能數(shù)據(jù)表明80信道開關(guān)的寬帶脈動，80條50GHz信道示出每秒鐘收到的像素，數(shù)據(jù)用使用ASE源的光譜分析儀測得。圖9中，由于信道帶溢出且OSA分辨率不是，通過未達(dá)到-35dB。
如這里實(shí)施和圖10所示，根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例，揭示了配用WSS10的WADM100。WSS10完全適合作為波長增卸復(fù)用器(WADM)的關(guān)鍵元件。如圖所示，WSS10接至已連到波長復(fù)用器110的輸入光纖1和2，還接至輸出光纖1和2，輸出光纖2接至波長分路器120。復(fù)用器110接至N個(gè)本地口，后者是與WSS10匹配的波長信道。本地口是本地業(yè)務(wù)源，準(zhǔn)備增添到由輸入光纖1與輸出光纖1代表的光纖干線。分路器120是本地業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)器。
應(yīng)用上述圖1～5的技術(shù)，把準(zhǔn)備卸入本地業(yè)務(wù)的波長信道用WSS從輸入光纖1切換到輸出光纖2，卸下的波長信道由輸入復(fù)用器110的本地波長信道置換，這樣，每個(gè)本地業(yè)務(wù)有效負(fù)載以對應(yīng)于被卸波長信道之一的波長調(diào)制，并插入被卸信道形成的空波長隙而防止波長爭用。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)明白，可對本發(fā)明作各種修正與變更而不背離本發(fā)明的精神和范圍。因此，本發(fā)明包括對本發(fā)明所作的修正與變更，只要它們落在所附權(quán)項(xiàng)及其同等文件的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種有選擇地把第一與第二信號導(dǎo)向選定輸出端的光學(xué)裝置，其特征在于所述光學(xué)裝置包括雙折射光學(xué)系統(tǒng)，它具有接收第一與第二信號的系統(tǒng)輸出端和所述雙折射光學(xué)系統(tǒng)向其發(fā)射重迭信號的系統(tǒng)輸出端，所述重迭信號通過將第一與第二偏振信號相重迭而形成，其中所述第一與第二偏振信號分別是第一與第二信號的偏振型式(version)；以及耦合至所述系統(tǒng)輸出端的偏振調(diào)制器，從而所述偏振調(diào)制器有選擇地旋轉(zhuǎn)所述重迭信號的偏振態(tài)。
2.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)裝置，其特征在于，所述第一偏振信號被映射成第一線性偏振態(tài)，第二偏振信號被映射成與所述第一線性偏振態(tài)正交的第二線性偏振態(tài)。
3.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)裝置，其特征在于，所述第一偏振信號被映射成第一圓偏振態(tài)，第二偏振信號被映射成與所述第一圓偏振態(tài)正交的第二圓偏振態(tài)。
4.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)裝置，其特征在于，所述偏振調(diào)制器選自雙折射晶體開關(guān)、扭絞向列液晶開關(guān)、鐵電液晶開關(guān)、膽甾液晶開關(guān)、磁光法拉第旋轉(zhuǎn)器、聲光旋轉(zhuǎn)器或電光旋轉(zhuǎn)器。
5.如權(quán)利要求4所述的光學(xué)裝置，其特征在于，所述液晶開關(guān)選自扭絞向列液晶開關(guān)、鐵電液晶開關(guān)或膽甾液晶開關(guān)。
6.如權(quán)利要求4所述的光學(xué)裝置，其特征在于，所述第一偏振信號從系統(tǒng)輸入端到液晶開關(guān)的光距，基本上等于第二偏振信號從系統(tǒng)輸入端到液晶開關(guān)的光距。
7.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)裝置，其特征在于，所述第一與第二偏振信號相重迭，因而沿至少一條光路的一根軸線共線。
8.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)裝置，其特征在于，所述雙折射光學(xué)系統(tǒng)對偏振調(diào)制器對稱。
9.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)裝置，其特征在于，所述雙折射光學(xué)系統(tǒng)還包括耦合至偏振調(diào)制器光入射側(cè)的輸入雙折射光學(xué)系統(tǒng)；以及耦合至偏振調(diào)制器光發(fā)射側(cè)的輸出雙折射光學(xué)系統(tǒng)。
10.如權(quán)利要求9所述的光學(xué)裝置，其特征在于，所述輸入雙折射光學(xué)系統(tǒng)還包括接至系統(tǒng)輸入端的偏振分束器，所述分束器把第一信號分成第一信號偏振分量，把第二信號分成第二信號偏振分量；和置于各所述第一與第二信號偏振分離偏振分量路徑內(nèi)的第一半波延遲器，用于形成第一與第二信號均勻偏振分量。
11.如權(quán)利要求10所述的光學(xué)裝置，其特征在于，所述第一與第二信號均勻偏振分量均為s偏振。
12.如權(quán)利要求10所述的光學(xué)裝置，其特征在于，所述第一與第二信號均勻偏振分量均為p偏振。
13.如權(quán)利要求10所述的光學(xué)裝置，其特征在于，所述輸入雙折射光學(xué)系統(tǒng)還包括置于第一或第二信號均勻偏振分量路徑中的第二半波延遲器，使第一信號均勻偏振分量相對于第二信號均勻偏振分量為正交偏振；和耦合至所述第二半波延遲器的偏振合束器，將第一與第二信號均勻偏振分量合成兩個(gè)重迭信號。
14.如權(quán)利要求13所述的光學(xué)裝置，其特征在于，所述還包括一透鏡，用于將兩個(gè)重迭信號聚集到偏振調(diào)制器上。
15.如權(quán)利要求13所述的光學(xué)裝置，其特征在于，所述偏振分束器和偏振合束器選自平行板分束器、雙折射晶體、分束棱鏡、分束長方體或一個(gè)或多個(gè)薄膜濾波器。
16.如權(quán)利要求9所述的光學(xué)裝置，其特征在于，所述輸入與輸出雙折射光學(xué)系統(tǒng)均對液晶開關(guān)對稱。
17.如權(quán)利要求16所述的光學(xué)裝置，其特征在于，所述光學(xué)裝置具有雙向性。
18.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)裝置，其特征在于，所述偏振調(diào)制器包括一液晶像素陣列，各液晶像素對應(yīng)于多條波長信道中的一條波長信道。
19.如權(quán)利要求18所述的光學(xué)裝置，其特征在于，所述雙折射光學(xué)系統(tǒng)還包括耦合至系統(tǒng)輸入端的波長分路器，用于分路第一與第二信號，從而分別形成多條第一與第二信號波長信道；和耦合至所述波長分路器的偏振合束器，用于把各第一信號波長信道與其對應(yīng)的第二信號波長信道重迭成一條重迭波長信道。
20.如權(quán)利要求19所述的光學(xué)裝置，其特征在于，所述還包括一耦合至偏振合束器的聚焦鏡，其中所述聚焦鏡把重迭波長信道聚焦到液晶像素上。
21.如權(quán)利要求20所述的光學(xué)裝置，其特征在于，所述液晶像素有選擇地旋轉(zhuǎn)重迭波長信道的偏振態(tài)，由此將第一與第二信號波長信道導(dǎo)入選定的輸出信號。
22.如權(quán)利要求21所述的所述的光學(xué)裝置，其特征在于，所述液晶像素旋轉(zhuǎn)到重迭波長信道的偏振態(tài)，將第一信號波長信道導(dǎo)入第二輸出信號，而將第二信號波長導(dǎo)入第一輸出信號。
23.如權(quán)利要求21所述的光學(xué)裝置，其特征在于，所述液晶像素不旋轉(zhuǎn)重迭波長信道的偏振態(tài)，使第一信號波長信道導(dǎo)入第一輸入信號，而第二信號波長信道導(dǎo)入第二輸出信號。
24.如權(quán)利要求20所述的光學(xué)裝置，其特征在于，所述第一波長信道具有第一偏振態(tài)，第二信號波長信道具有與所述第一偏振態(tài)正交的第二偏振態(tài)。
25.如權(quán)利要求20所述的光學(xué)裝置，其特征在于，所述第一與第二信號波長信道沿至少一條重迭波長信道軸線共線。
26.如權(quán)利要求20所述的光學(xué)裝置，其特征在于，所述雙折射光學(xué)系統(tǒng)還包括耦合至液晶開關(guān)單元陣列的偏振分束器，用于接收來自各液晶開關(guān)單元的重迭輸出波長信道，并將它分成第一與第二輸出波長信道；耦合到所述偏振分束器的波長復(fù)用器，用于把所述第一與第二信號輸出波長信道分別復(fù)用成第一與第二信號輸出；和位于液晶像素與偏振分束器之間的第二聚焦鏡，用于接收各液晶像素輸出的各重迭波長信道，并把各重迭波長信道輸出導(dǎo)向所述偏振分束器上預(yù)定的位置。
27.如權(quán)利要求26所述的光學(xué)裝置，其特征在于，所述偏振分束器和偏振合束器選自平行板分束器、雙折射晶體、分束棱鏡、分束長方體或一個(gè)或多個(gè)薄膜濾波器。
28.如權(quán)利要求26所述的光學(xué)裝置，其特征在于，所述波長分路器和波長復(fù)用器均含光柵。
29.如權(quán)利要求28所述的光學(xué)裝置，其特征在于，所述將光柵置于分路器，從而任一第一信號波長信道與對應(yīng)的第二信號波長信道之間基本上無入射或衍射路長差。
30.如權(quán)利要求28所述的光學(xué)裝置，其特征在于，所述將光柵置于復(fù)用器，從而在任一第一信號輸出波長信道與對應(yīng)的第二信號輸出波長信道之間基本上無入射或衍射路長差。
31.如權(quán)利要求18所述的光學(xué)裝置，其特征在于，所述多條波長信道之間的信道間隔基本上等于50GHz。
32.如權(quán)利要求18所述的的光學(xué)裝置，其特征在于，其中在多條波長信道中有至少40條波長信道。
33.如權(quán)利要求37所述的光學(xué)裝置，其特征在于，所述在多條波長信道中有至少80條波長信道。
34.有選擇地把第一和第二信號導(dǎo)向選定輸出端的光學(xué)裝置，所述光學(xué)裝置包括第一偏振分束器，用于把第一和第二信號分別分成第一與第二信號偏振分量；耦合至所述偏振分束器的第一半波延遲器，所述第一半波延遲器使所有所述第一與第二信號偏振分量以第一偏振態(tài)均勻地偏振；耦合至所述第一半波延遲器的第一光柵，用于產(chǎn)生多條第一與第二信號波長信道；耦合至所述第一光柵的第二半波延遲器，用于使所述多條第二信號波長信道以第二偏振態(tài)均勻的偏振；耦合至所述第一光柵的第一光補(bǔ)償器，用于使所述多條第一與第二信號波長信道的光距基本上相等；耦合至所述光補(bǔ)償器與所述第二半波延遲器的第一偏振合束器，用于將所述多條第一與第二信號波長信道組合成多條重迭波長信道；耦合至所述偏振合束器的聚焦鏡；和耦合至所述聚焦鏡的偏振調(diào)制器陣列，每個(gè)所述調(diào)制器都有一開關(guān)態(tài)，其中將各重迭波長信道聚焦到一預(yù)定調(diào)制器上。
35.如權(quán)利要求39所述的光學(xué)裝置，其特征在于，所述偏振調(diào)制器陣列包括一液晶像素陣列。
36.如權(quán)利要求40所述的光學(xué)裝置，其特征在于，所述液晶像素有選擇地旋轉(zhuǎn)重迭波長信道的偏振態(tài)，將第一與第二信號波長信道導(dǎo)入選定的輸出信號。
37.如權(quán)利要求40所述的光學(xué)裝置，其特征在于，所述還包括耦合至液晶像素陣列的第二透鏡，用于基本上準(zhǔn)直從液晶像素陣列導(dǎo)出的每條重迭輸出波長信道；耦合至所述第二透鏡的第二偏振分束器，用于將重迭輸出波長信道分成由其相應(yīng)液晶像素的開關(guān)態(tài)決定的第一與第二輸出波長信道；耦合至所述第二偏振分束器的第三半波延遲器，用于將所述多條第二輸出波長信道轉(zhuǎn)換成第一偏振態(tài)；耦合至所述第二偏振分束器的第二光補(bǔ)償器，用于使所述多條第一與第二輸出波長信道的光路長度基本上相等；耦合至所述第三半波延遲器和所述第二光補(bǔ)償器的第二光柵，用于把所述多條第一輸出波長信道復(fù)用為至少一個(gè)第一輸出信號分量，并把所述多條第二輸出波長信道復(fù)用為至少一個(gè)第二信號分量，其中所述第一與第二輸出信號分量具有同一偏振態(tài)；耦合至所述第二光柵的第四半波延遲器，所述第四半波延遲器使所述至少一個(gè)第一輸出信號分量具有第一平行偏振分量與第一正交偏振分量，還使所述至少一個(gè)第二信號輸出分量具有第二平行偏振分量與第二正交偏振分量；和耦合至所述第二光柵和所述第四半波延遲器的第二偏振合束器，用于把所述第一平行分量與所述第一正交分量組合成第一輸出信號，并將所述第二平行分量與所述第二正交分量組合成第二輸出信號。
38.一種把第一和第二信號有選擇地導(dǎo)向光學(xué)裝置中選定輸出端的方法，所述方法包括提供一偏振調(diào)制器；把第一信號轉(zhuǎn)換成至少一個(gè)第一偏振分量，把第二信號轉(zhuǎn)換成至少一個(gè)第二偏振分量；將所述至少一個(gè)第一偏振分量與所述至少一個(gè)第二偏振分量重迭成一重迭信號，其中所述至少一個(gè)第一偏振分量與所述至少一個(gè)第二偏振分量沿至少一條軸向共線；和把所述重迭信號聚焦到所述偏振調(diào)制器上。
39.如權(quán)利要求43所述的方法，其特征在于還包括根據(jù)開關(guān)態(tài)有選擇地旋轉(zhuǎn)重新信號的偏振態(tài)，以形成重迭輸出信號；和根據(jù)所述重迭輸出信號的偏振態(tài)，將所述重迭輸出信號分成第一與第二輸出信號。
40.一種有選擇地將第一與第二信號導(dǎo)向包含雙折射光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)裝置中選定輸出端的方法，所述方法包括提供一液晶像素陣列，其中每個(gè)所述液晶像素包括一開關(guān)態(tài)；對第一與第二信號分路，分別形成多條第一與第二信號波長信道；將每條第一信號波長信道重迭在其對應(yīng)的第二信號波長信道上，形成多條重迭波長信道；和將每條重迭波長信道聚集到預(yù)定液晶像素上。
41.如權(quán)利要求45所述的方法，其特征在于還包括按所述開關(guān)態(tài)有選擇地旋轉(zhuǎn)所述重迭波長信道的所述偏振態(tài)的步驟。
42.如權(quán)利要求45所述的方法，其特征在于，所述分路步驟還包括把第一信號轉(zhuǎn)換成第一平行分量與第一垂直分量，把第二信號轉(zhuǎn)換成第二平行分量與第二垂直分量；把所述第一平行分量與所述第一垂直分量轉(zhuǎn)換成兩個(gè)第一垂直分量，而把所述第二平行分量與所述第二垂直分量轉(zhuǎn)換成兩個(gè)第二垂直分量；和對所述兩個(gè)第一垂直分量與所述兩個(gè)第二垂直分量分路，分別形成兩組第一信號垂直波長信道分量和兩組第二信號垂直波長信道分量。
43.如權(quán)利要求45所述的方法，其特征在于重迭步驟還包括將兩組第二信號垂直波長信道分量轉(zhuǎn)換成兩組第二信號平行波長信道分量；和兩組組第一信號垂直波長信道分量與所述兩組第二信號平行波長信道分量組合成第一組與第二組重迭波長信道。
44.如權(quán)利要求45所述的方法，其特征在于，所述聚焦步驟包括將來自第一組重迭波長信道的每條重迭波長信道和來自第二組重迭波長信道的相應(yīng)重迭波長信道聚集到預(yù)定液晶開關(guān)單元上。
全文摘要
揭示了一種可配置的雙向波長選擇開關(guān)(10),該開關(guān)的光學(xué)系統(tǒng)(30、50)對偏振調(diào)制器(20)呈對稱。
文檔編號G02F1/31GK1370282SQ00809570
公開日2002年9月18日 申請日期2000年6月20日 優(yōu)先權(quán)日1999年6月29日
發(fā)明者E·R·拉那利, B·A·斯科特 申請人:康寧股份有限公司