專(zhuān)利名稱(chēng)：具有成像系統(tǒng)的光學(xué)mems開(kāi)關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)的裝置領(lǐng)域，更準(zhǔn)確地說(shuō)，涉及使用MEMS裝置的全光學(xué)開(kāi)關(guān)。
背景技術(shù)：
作為全光學(xué)開(kāi)關(guān)的一種解決方法是采用兩個(gè)MEMS的裝置，每個(gè)MEMS裝置包括一可傾斜的微反射鏡陣列，例如能反射光的小反射鏡，此處的光指任何感興趣波長(zhǎng)的輻射，無(wú)論是否在可見(jiàn)光譜內(nèi)。通過(guò)使用第一光學(xué)MEMS裝置上與輸入光纖有關(guān)的第一反射鏡，將光引導(dǎo)到第二光學(xué)MEMS裝置上與輸出光纖有關(guān)的第二微反射鏡上，對(duì)于從輸入源(例如光纖)提供給輸出端(例如輸出光纖)的光建立光路。然后由第二微反射鏡將光引導(dǎo)到輸出光纖中。認(rèn)為與該系統(tǒng)連接的每個(gè)光纖為系統(tǒng)的一個(gè)端口，輸入光纖為輸入端口，輸出光纖為輸出端口。
通常，將要從輸入光纖引導(dǎo)到第一光學(xué)MEMS裝置的第一微反射鏡上的光首先通過(guò)與其相關(guān)的并作為輸入微透鏡陣列一部分的一微透鏡。每個(gè)微透鏡的作用在于準(zhǔn)直從其各自相關(guān)的輸入光纖輸送的光束?；蛘呷《?，可以采用一分離的微透鏡陣列，可以將各個(gè)微透鏡與光纖束的各個(gè)光纖集成為一個(gè)裝置，形成準(zhǔn)直器。在全光學(xué)開(kāi)關(guān)的輸出部分中，輸出MEMS裝置與輸出光纖束之間也包含有類(lèi)似的微透鏡陣列或集成透鏡裝置。在輸出部分中，每個(gè)微透鏡或準(zhǔn)直器的功能在于將光束耦合到各自相關(guān)的輸出光纖中。
使用MEMS裝置的全光學(xué)開(kāi)關(guān)技術(shù)中的一個(gè)問(wèn)題是，任何特定的微透鏡的中心都有可能與其相應(yīng)光纖的中心未精確地對(duì)準(zhǔn)。這導(dǎo)致光束具有方向誤差，因?yàn)楣馐鴽](méi)有正好朝著其相關(guān)的微反射鏡的中心傳播。如果微透鏡與MEMS裝置之間的距離較大，必須防止輸入光纖束阻擋從MEMS裝置的微反射鏡反射的光束，如果有的話(huà)，該光束將偏心地入射在微反射鏡上。結(jié)果，或者如果光束根本沒(méi)有入射在微反射鏡上則沒(méi)有光從微反射鏡反射，或者被反射的光束僅代表原始光束的一部分，因?yàn)闆](méi)有入射在微反射鏡上的光束部分將被截止，導(dǎo)致光束的衰減。
類(lèi)似地，在輸出部分中，從輸出微反射鏡反射的光可能沒(méi)有入射在微透鏡上，結(jié)果將不會(huì)被耦合到輸出光纖中。或者，僅部分光可能入射在微透鏡上，使得至多可以將該部分光耦合到光纖中。這導(dǎo)致光束的衰減。另外，即使光入射在輸出微透鏡上，如果光與從微透鏡的中心到光纖的光軸成一角度，而不是平行于光軸入射，那么并非到達(dá)微透鏡的所有光都將被耦合到輸出光纖中。再一次導(dǎo)致光束的衰減。
在全光學(xué)開(kāi)關(guān)的其他設(shè)置中，不采用微透鏡陣列。取而代之，每個(gè)光纖具有一與其集成在一起的透鏡而形成準(zhǔn)直器，使光作為平行光束射出。盡管可以使光纖束的光纖非常規(guī)則，然而準(zhǔn)直透鏡指向的方向可以不和該透鏡的中心和其相關(guān)的微反射鏡所形成的直線(xiàn)平行。通常由其中安裝有準(zhǔn)直器的外殼的角度設(shè)定該角度。如果透鏡的角度不和由透鏡的中心和其相關(guān)的微反射鏡所形成的直線(xiàn)平行，光束將具有方向誤差，因?yàn)樗鼪](méi)有正好朝著其相關(guān)的微反射鏡的中心傳播。如果準(zhǔn)直器與MEMS裝置之間的距離較大，必須防止輸入光纖束阻擋從MEMS裝置的微反射鏡反射的光束，如果有的話(huà)，光束將偏心地入射在微反射鏡上。結(jié)果，或者如果光束根本就沒(méi)有入射在微反射鏡上則將沒(méi)有光從微反射鏡反射，或者所反射的光束僅代表部分初始光束，因?yàn)闆](méi)有入射在微反射鏡上的光束部分將被截止，導(dǎo)致光束的衰減。
類(lèi)似地，在輸出部分中，從輸出微反射鏡反射的光可能沒(méi)有入射在準(zhǔn)直透鏡上，結(jié)果將不會(huì)被耦合到輸出光纖中?；蛘撸瑑H部分光可以入射在準(zhǔn)直透鏡上，使得至多該部分光能被耦合到光纖中。這導(dǎo)致光束的衰減。另外，即使光入射在輸出微透鏡上，如果光與從微透鏡的中心到光纖的光軸成一角度而非平行地入射，那么并非所有到達(dá)微透鏡的光都將被耦合到輸出光纖中。這再一次導(dǎo)致光束的衰減。
當(dāng)使用波導(dǎo)代替光纖束時(shí)，表現(xiàn)出相同類(lèi)型的問(wèn)題。
雖然可以很容易地實(shí)現(xiàn)對(duì)準(zhǔn)，以確保在僅存在單個(gè)輸入光纖或單個(gè)輸出光纖時(shí)光束沿所需的光路傳播。不過(guò)，當(dāng)存在輸入或輸出光纖束時(shí)—可能包括上千個(gè)或更多的光纖—使所有光束平行是一項(xiàng)非常困難的任務(wù)。
發(fā)明概述我們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，通過(guò)在微透鏡陣列和/或準(zhǔn)直器與MEMS裝置的可移動(dòng)的微反射鏡之間插入一成像系統(tǒng)，使光束射向或射出可移動(dòng)的微反射鏡，能夠克服上面的多個(gè)光束不平行和/或當(dāng)它們離開(kāi)其光源時(shí)具有不合乎需要的角度的問(wèn)題。這種設(shè)置導(dǎo)致在MEMS裝置處形成該微透鏡陣列和/或準(zhǔn)直器的象，由于光學(xué)系統(tǒng)的可逆性，或者反之亦然，因而有效地減小微透鏡陣列和/或準(zhǔn)直器與MEMS裝置間光束以前傳播在其上的距離。從而，有利的是，即使每個(gè)光束沒(méi)有沿平行于由其透鏡或準(zhǔn)直器的中心和其相關(guān)的微反射鏡所形成的直線(xiàn)的所需方向傳播，也沒(méi)有機(jī)會(huì)偏離其預(yù)計(jì)的目標(biāo)傳播。
在該系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例中，其成像系統(tǒng)再現(xiàn)了來(lái)自第一微反射鏡的光的反射角，可以使用稱(chēng)為4f系統(tǒng)的遠(yuǎn)心光路系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)使光路緊湊，可以減小該裝置的實(shí)際尺寸，例如使用適當(dāng)?shù)膫鹘y(tǒng)的反射鏡和/或采用折疊結(jié)構(gòu)，即在該結(jié)構(gòu)中僅有一個(gè)MEMS裝置臺(tái)，其對(duì)于通過(guò)使用至少一個(gè)傳統(tǒng)反射鏡的輸入和輸出完成雙重功能。設(shè)置整個(gè)系統(tǒng)以構(gòu)成(account for)所引入的任何變換。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明在附圖中

圖1表示用于根據(jù)本發(fā)明的原理執(zhí)行光學(xué)開(kāi)關(guān)操作的示例性結(jié)構(gòu)；圖2為一示例性全光學(xué)開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)，其中設(shè)置的光路使得至少一個(gè)MEMS裝置與進(jìn)入或射出其各個(gè)光纖束的光纖的光的平面平行；圖3表示圖2的全光學(xué)開(kāi)關(guān)裝置的另一種結(jié)構(gòu)，不過(guò)其中將帶孔反射鏡取向成允許輸入光纖束和輸出光纖束處于MEMS裝置之間光路的同一側(cè)；圖4表示圖2的全光學(xué)開(kāi)關(guān)裝置的另一種結(jié)構(gòu)，不過(guò)其中在各個(gè)成像系統(tǒng)的焦點(diǎn)處使用小反射鏡，而不是帶孔反射鏡；圖5表示圖4中全光學(xué)開(kāi)關(guān)裝置的另一種結(jié)構(gòu)，不過(guò)其中將小反射鏡取向成允許輸入光纖束和輸出光纖束處于MEMS裝置之間光路的同一側(cè)；圖6表示根據(jù)本發(fā)明原理的另一種更加簡(jiǎn)單的全光學(xué)開(kāi)關(guān)裝置的實(shí)施例，其中將光路設(shè)置成允許至少一個(gè)MEMS裝置與進(jìn)入或射出其各自光纖束的光纖的光的平面平行；圖7表示本發(fā)明的另一實(shí)施例，其不需要帶孔反射鏡或小反射鏡；圖8表示圖6所示全光學(xué)開(kāi)關(guān)裝置的另一個(gè)更加簡(jiǎn)單和更為緊湊的實(shí)施例；圖9表示圖8所示全光學(xué)開(kāi)關(guān)裝置的折疊式的實(shí)施例；以及圖10表示具有圖8反射鏡的輸出MEMS裝置一部分的透視圖。
詳細(xì)說(shuō)明下面僅說(shuō)明本發(fā)明的原理。因此應(yīng)該理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠設(shè)計(jì)出多種方案，雖然在此沒(méi)有明確地描述或表示出，不過(guò)體現(xiàn)了本發(fā)明的原理并包括在其精神和范圍之內(nèi)。另外，此處所敘述的所有例子和條件語(yǔ)句確切地主要僅用于示范的目的，有助于讀者理解發(fā)明者所提供的本發(fā)明的原理和概念，以促進(jìn)技術(shù)的發(fā)展，理解為不限于所述的特殊例子和狀態(tài)。而且，此處敘述本發(fā)明原理、方面和實(shí)施例的所有陳述以及其特殊的實(shí)施例，用于包括其結(jié)構(gòu)和功能的等效物。此外，該等效物包括目前已知的等效物以及將來(lái)發(fā)展的等效物，即無(wú)論結(jié)構(gòu)如何，任何實(shí)現(xiàn)相同功能的所開(kāi)發(fā)的元件。
因此，例如，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解到，此處的任何方框圖表示體現(xiàn)本發(fā)明原理的示意線(xiàn)路的草圖。類(lèi)似地，將理解到任何流程表，流程圖，狀態(tài)轉(zhuǎn)變圖，代碼等等表示各種過(guò)程，可以基本上表示在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中，并由計(jì)算機(jī)或處理器執(zhí)行，無(wú)論該計(jì)算機(jī)或處理器是否被清楚地表示出。
通過(guò)使用專(zhuān)用硬件以及能夠接合適當(dāng)?shù)能浖?zhí)行軟件的硬件，可以提供圖中所示的包括標(biāo)記為“處理器”的任何功能塊在內(nèi)的多種元件的功能。當(dāng)由一處理器形成時(shí)，可以通過(guò)單個(gè)專(zhuān)用處理器，單個(gè)共享的處理器，或者多個(gè)單獨(dú)的處理器、其中某些是共享的，來(lái)實(shí)現(xiàn)功能。而且，不應(yīng)將“處理器”或“控制器”的明確使用解釋為專(zhuān)門(mén)指能夠執(zhí)行軟件的硬件，可以不加限制的包括數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)硬件，網(wǎng)絡(luò)處理器，特定用途集成電路(ASIC)，現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)，用于存儲(chǔ)軟件的只讀存儲(chǔ)器(ROM)，隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)和非易失性存儲(chǔ)器。還可以包括傳統(tǒng)的和/或常規(guī)的其他硬件。類(lèi)似地，圖中所示的任何開(kāi)關(guān)都僅是概念上的?？梢酝ㄟ^(guò)程序邏輯的操作，通過(guò)專(zhuān)用邏輯，通過(guò)程序控制和專(zhuān)用邏輯的交互作用，或者甚至于手工地，從上下文中更加特殊地理解可由實(shí)現(xiàn)者選擇的特定技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)它們的功能。
在權(quán)利要求中，任何被表示為裝置的用于實(shí)現(xiàn)特定功能的元件都試圖包括實(shí)現(xiàn)該功能的任何方法，包括例如，a)執(zhí)行該功能的電路元件的組合，或b)任何形式的軟件，包括微程序語(yǔ)言，微代碼等，與用于執(zhí)行該軟件的適當(dāng)?shù)碾娐方Y(jié)合，實(shí)現(xiàn)該功能。由該權(quán)利要求所限定的本發(fā)明在于以權(quán)利要求所要求的方式將所述的多種裝置結(jié)合并組合在一起，以提供該功能。從而申請(qǐng)人認(rèn)為能提供那些功能的任何裝置與此處所示的那些裝置是等效的。
此處可以將表示軟件的軟件模塊或簡(jiǎn)單的模塊表示為流程圖元件或其他表示處理步驟和/或文字表述元件的任意組合?？梢酝ㄟ^(guò)明確或隱含表示出的硬件來(lái)執(zhí)行該模塊。
除非此處另有明確規(guī)定，附圖沒(méi)有按比例畫(huà)出。
此外，除非此處另有明確規(guī)定，此處所示和/或所描述的任何透鏡是一種具有該透鏡特有特性的實(shí)際的光學(xué)系統(tǒng)?？梢酝ㄟ^(guò)單個(gè)透鏡元件來(lái)實(shí)現(xiàn)這種光學(xué)系統(tǒng)，不過(guò)不限于此。類(lèi)似地，所示和/或所描述的反射鏡，實(shí)際上所示和/或所描述的是一種具有這種反射鏡特性的光學(xué)系統(tǒng)，可以由單個(gè)反射鏡元件來(lái)實(shí)現(xiàn)這種光學(xué)系統(tǒng)，不過(guò)不必限于單個(gè)反射鏡元件。這是因?yàn)?，如本領(lǐng)域中眾所周知的，多種光學(xué)系統(tǒng)可以以更高級(jí)的方式，例如具有更小的畸變，提供同樣的單透鏡元件或反射鏡的功能。而且，如本領(lǐng)域中眾所周知的，可以通過(guò)透鏡與反射鏡的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)曲面鏡的功能，反之亦然。而且，執(zhí)行特定功能的光學(xué)元件的任何設(shè)置，如成像系統(tǒng)，光柵，鍍膜元件和棱鏡，可以由實(shí)現(xiàn)相同特定功能的光學(xué)元件的其他設(shè)置所取代。因此，除非此處另有明確規(guī)定，在此處所披露的所有實(shí)施例中能夠提供特定功能的所有光學(xué)元件或系統(tǒng)，與用于本發(fā)明公開(kāi)的目的的其他光學(xué)元件和系統(tǒng)是等效的。
此處所使用的術(shù)語(yǔ)微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)的裝置，意味著整個(gè)MEMS裝置或其任何部分。因此，如果MEMS裝置的一部分不起作用，或者如果MEMS裝置的一部分被遮斷，還是認(rèn)為這種MEMS裝置是用于本發(fā)明公開(kāi)目的的MEMS裝置。
圖1表示根據(jù)本發(fā)明原理用于執(zhí)行光學(xué)切換的示例性結(jié)構(gòu)。在圖1中表示出a)輸入光纖束101，b)輸入微透鏡陣列103，c)輸入MEMS裝置105，d)透鏡107，e)透鏡109，f)透鏡113，g)輸出MEMS裝置115，h)透鏡117，i)透鏡119，j)輸出微透鏡陣列123，和k)輸出光纖束125。
輸入光纖束101提供待切換的光信號(hào)。更具體地說(shuō)，輸入光纖束101中的每個(gè)光纖是圖1切換系統(tǒng)的一輸入端口。光纖束101中的每個(gè)光纖所提供的光透過(guò)作為微透鏡陣列103一部分的各自相應(yīng)的微透鏡。每個(gè)微透鏡的作用在于準(zhǔn)直由其各自相關(guān)的輸入光纖所提供的光束。在本發(fā)明另一實(shí)施例中，取而代之，采用分離的微透鏡陣列，透鏡可以與光纖束101中的每個(gè)光纖集成為一個(gè)裝置，形成準(zhǔn)直器，使得光作為平行光束射出。
根據(jù)本發(fā)明的原理，從微透鏡陣列103通過(guò)的光束均照射在由透鏡107和109組成的成像系統(tǒng)上，在透鏡107處入射，并在透鏡109處射出。該成像系統(tǒng)被設(shè)置成在輸入MEMS裝置105處產(chǎn)生微透鏡陣列和/或準(zhǔn)直器的象，由于光學(xué)系統(tǒng)的可逆性，反之亦然，從而有效地減小在現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)中光束在其上有效傳播的微透鏡陣列和/或準(zhǔn)直器103與輸入MEMS裝置105之間的距離。因此，有利的是，對(duì)于每個(gè)光束，即使沒(méi)有沿平行于由其微透鏡或準(zhǔn)直器的中心與相關(guān)的微反射鏡所形成的直線(xiàn)的所需的方向傳播，也不會(huì)有機(jī)會(huì)傳播到預(yù)定目標(biāo)以外。
注意，雖然表示出由兩個(gè)透鏡組成成像系統(tǒng)，不過(guò)這僅是為了示范和清楚的目的。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員很容易理解到可以采用任何成像系統(tǒng)，例如使用一或多個(gè)透鏡的系統(tǒng)。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，采用也稱(chēng)為4f系統(tǒng)的遠(yuǎn)心光路系統(tǒng)作為成像系統(tǒng)。通過(guò)使用遠(yuǎn)心光路系統(tǒng)，這種系統(tǒng)在本領(lǐng)域中是眾所周知的，當(dāng)該光束到達(dá)輸入MEMS裝置105時(shí)，再現(xiàn)了從每個(gè)微透鏡107出射的每個(gè)光束的角度。不過(guò)，有利的是，在輸入MEMS裝置105的平面處直接再現(xiàn)了該角度。結(jié)果，光束沒(méi)有沿該角度的直線(xiàn)傳播的能力，從而使光束沒(méi)有機(jī)會(huì)整體或部分地錯(cuò)過(guò)應(yīng)該對(duì)光束進(jìn)行反射的微反射鏡。
注意，由于遠(yuǎn)心光路系統(tǒng)可以反向，故輸入MEMS裝置105的各個(gè)相應(yīng)的微反射鏡與它們沒(méi)有采用成像系統(tǒng)時(shí)相比可能不處在精確相同的位置，例如，處于輸入光纖束101的直線(xiàn)上。與初始圖象相比，成像系統(tǒng)還可以改變圖象的尺寸。這將允許輸入MEMS裝置105的微反射鏡具有不同于微透鏡陣列和/或準(zhǔn)直器103的尺寸和/或間隔。如果基本上保持光纖束與MEMS裝置的微反射鏡之間的填充因數(shù)，即光斑尺寸與光斑之間距離的比值，還將允許使用不帶微透鏡陣列和/或準(zhǔn)直器的光纖束。而且，可能例如在透鏡107與109之間采用光學(xué)分束器，以產(chǎn)生通過(guò)系統(tǒng)的多信號(hào)路徑，例如實(shí)現(xiàn)立體聲調(diào)頻廣播、廣播、監(jiān)控、保護(hù)和恢復(fù)功能。有利的是，可以獲得系統(tǒng)設(shè)計(jì)極大的靈活性。
將第一輸入MEMS裝置105中的每個(gè)微反射鏡被設(shè)置成對(duì)以各個(gè)規(guī)定角度入射在其上的光束進(jìn)行反射。選擇每個(gè)特定的規(guī)定角度，使得光束將被引導(dǎo)到輸出MEMS裝置115上規(guī)定的微反射鏡上，相應(yīng)于引導(dǎo)至光被作為輸出射在其上的輸出光纖束125的特定光纖上。只要光偏離平行的角度與反射鏡可以?xún)A斜的最大角度相比很小，通過(guò)“指向”(training)全光學(xué)系統(tǒng)，可以補(bǔ)償已經(jīng)進(jìn)入成像系統(tǒng)的光沿不平行于由其透鏡或準(zhǔn)直器的中心與其相關(guān)的第一輸入MEMS裝置上微反射鏡所形成的直線(xiàn)方向傳播所產(chǎn)生的任何誤差?！爸赶颉笔谴_定需要將多大電壓施加給每個(gè)微反射鏡的電極，以便獲得提供微反射鏡與相對(duì)MEMS裝置的微反射鏡彼此之間最好連接所必需的傾斜的過(guò)程，以及需要將多大電壓施加給每個(gè)相對(duì)的微反射鏡的每個(gè)電極的過(guò)程。
在從其特定的微反射鏡反射之后，每個(gè)光束將通過(guò)其通往輸出MEMS裝置115路徑上的任選透鏡113。任選透鏡113起到場(chǎng)鏡的作用，將光入射在每個(gè)微反射鏡上的角度變換成光將被引導(dǎo)的位置。這允許所有輸入微反射鏡是均勻的，因?yàn)榫哂型瑯觾A斜的所有微反射鏡將把光引導(dǎo)到同一位置。而且，場(chǎng)鏡對(duì)通過(guò)它的每個(gè)光束再聚焦，因而減小了損耗。
從透鏡113透過(guò)的每個(gè)光束均入射在輸出MEMS裝置115的各個(gè)微反射鏡上。將輸出MEMS裝置115的每個(gè)微反射鏡設(shè)置成對(duì)以各規(guī)定角度入射在其上的光束進(jìn)行反射。選擇每個(gè)特有的規(guī)定角度，使得每個(gè)光束將射向作為光束的輸出光纖的輸出光纖束125的各個(gè)光纖上。
在從其特定的微反射鏡反射之后，在到達(dá)其各自的輸出光纖之前，每個(gè)光束透過(guò)透鏡117和透鏡119，透鏡117和透鏡119一起構(gòu)成成像系統(tǒng)。設(shè)置該成像系統(tǒng)，使得在輸出微透鏡陣列123和/或準(zhǔn)直器123處形成輸出MEMS裝置115的象，由于光學(xué)系統(tǒng)的可逆性，反之亦然，從而有效地減小現(xiàn)有技術(shù)裝置中光束在其上有效傳播的輸出MEMS裝置115與微透鏡陣列和/或準(zhǔn)直器123之間的距離。因此，有利的是，對(duì)于每個(gè)光束，即使沒(méi)有沿平行于由其微透鏡或準(zhǔn)直器的中心與其相關(guān)的微反射鏡所形成的直線(xiàn)的所需方向傳播，也沒(méi)有偏離其預(yù)計(jì)目標(biāo)傳播的機(jī)會(huì)。
如前面結(jié)合輸入成像系統(tǒng)的透鏡所說(shuō)明的，雖然表示出由兩個(gè)透鏡構(gòu)成成像系統(tǒng)，不過(guò)這僅是為了示范和清楚的目的。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將很容易理解到可以采用任何成像系統(tǒng)，例如使用一或多個(gè)透鏡的系統(tǒng)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，采用遠(yuǎn)心光路系統(tǒng)作為成像系統(tǒng)。
注意，與原始圖象相比成像系統(tǒng)可以改變圖象的尺寸。這將允許輸出MEMS裝置115的微反射鏡具有不同于微透鏡陣列和/或準(zhǔn)直器123的尺寸和/或間距。如果基本上保持光纖束與MEMS裝置的微反射鏡之間的填充因數(shù)，即光斑尺寸與光斑之間距離的比值，還將允許使用不帶有微透鏡陣列和/或準(zhǔn)直器的光纖束。此外，可能例如在透鏡117與119之間采用光學(xué)分束器，產(chǎn)生通過(guò)系統(tǒng)的多信號(hào)路徑，例如實(shí)現(xiàn)立體聲調(diào)頻廣播、廣播、監(jiān)控、保護(hù)和恢復(fù)功能。有利的是，可以獲得系統(tǒng)設(shè)計(jì)中極大的靈活性。
從透鏡119透過(guò)的光束通過(guò)微透鏡陣列123的各個(gè)微透鏡。每個(gè)微透鏡的功能在于準(zhǔn)直對(duì)其各自相關(guān)的輸入光纖提供的光束。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，取而代之，采用分離的微透鏡陣列，可以將透鏡集成在光纖束125的每個(gè)輸出光纖上，因而形成準(zhǔn)直器。然后，來(lái)自微透鏡陣列123中每個(gè)微透鏡的光進(jìn)入與該微透鏡相關(guān)的各個(gè)輸出光纖束中。
注意，在本發(fā)明的某些實(shí)施例中僅需要采用一個(gè)成像系統(tǒng)。在這類(lèi)實(shí)施例中，可以?xún)H對(duì)于輸入或僅對(duì)于輸出采用成像系統(tǒng)。
圖1所示的系統(tǒng)提供了對(duì)現(xiàn)有技術(shù)裝置極大的改進(jìn)。不過(guò)，性能仍然多少有點(diǎn)受到限制，因?yàn)樵趫D1中輸入MEMS裝置105相對(duì)從輸入光纖束101的光纖輸出的光束所在的平面成一角度，類(lèi)似地，輸出MEMS裝置115相對(duì)進(jìn)入輸出光纖束125的光纖的光所在的平面成一角度。結(jié)果，由各自成像系統(tǒng)形成的光纖束的象并不與其各自的MEMS裝置精確地共面，這將導(dǎo)致圖象稍微有些模糊。從而，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，圖2表示一種示例性的全光學(xué)切換裝置，其中將光路設(shè)置成允許至少一個(gè)MEMS裝置平行于進(jìn)入或射出其各自光纖束的光纖的光的平面。
除了圖1的元件以外，圖2表示出帶孔反射鏡221和223。如同圖1，輸入光纖束101提供待切換的光信號(hào)。更具體地說(shuō)，輸入光纖束101的每個(gè)光纖為圖1的切換系統(tǒng)的輸入端口。由光纖束101中的每個(gè)光纖提供的光透過(guò)作為微透鏡陣列103一部分的各自相應(yīng)的微透鏡。每個(gè)微透鏡的功能在于準(zhǔn)直從其各自相關(guān)的輸入光纖所提供的光。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，取而代之，采用分離的微透鏡陣列，透鏡可以與光纖束101中的每個(gè)光纖集成為一個(gè)裝置，形成準(zhǔn)直器，從而光作為平行光束射出。
根據(jù)本發(fā)明的原理，從微透鏡陣列103通過(guò)的每個(gè)光束均照射在由透鏡107和109組成的成像系統(tǒng)上，進(jìn)入透鏡107并在透鏡109處射出。設(shè)置該成像系統(tǒng)，以便在輸入MEMS裝置105處形成微透鏡陣列和/或準(zhǔn)直器的象；由于光學(xué)系統(tǒng)的可逆性，反之亦然，從而有效地減小現(xiàn)有技術(shù)裝置中光束在其上有效傳播的微透鏡陣列和/或準(zhǔn)直器103與輸入MEMS裝置105之間的距離。因而，有利的是，對(duì)于每個(gè)光束，即使沒(méi)有沿平行于由其微透鏡或準(zhǔn)直器的中心和相關(guān)的微反射鏡所形成的直線(xiàn)的所需方向傳播，也沒(méi)有機(jī)會(huì)偏離其預(yù)計(jì)目標(biāo)傳播。
注意，雖然表示出由兩個(gè)透鏡組成成像系統(tǒng)，不過(guò)僅是為了示范和清楚的目的。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員很容易理解，可以采用任何成像系統(tǒng)，例如使用一或多個(gè)透鏡的系統(tǒng)。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，采用遠(yuǎn)心光路系統(tǒng)，也稱(chēng)為4f系統(tǒng)，作為成像系統(tǒng)。通過(guò)使用遠(yuǎn)心光路系統(tǒng)，這種系統(tǒng)在本領(lǐng)域中是眾所周知的，從每個(gè)微透鏡107發(fā)射的每個(gè)光束的角度，當(dāng)該光束到達(dá)輸入MEMS裝置105時(shí)，該角度被再現(xiàn)。不過(guò)，有利的是，在輸入MEMS裝置105的平面處直接再現(xiàn)了該角度。結(jié)果，光束沒(méi)有沿該角度的直線(xiàn)傳播的能力，從而光束沒(méi)有機(jī)會(huì)錯(cuò)過(guò)應(yīng)該用于反射光束的反射鏡。
注意，由于遠(yuǎn)心光路系統(tǒng)可以反向，故輸入MEMS裝置105的各個(gè)相應(yīng)的微反射鏡與它們沒(méi)有采用成像系統(tǒng)時(shí)相比可能不處在精確相同的位置，例如，處于輸入光纖束101的直線(xiàn)上。與初始圖象相比，該成像系統(tǒng)還可以改變圖象的尺寸。這將允許輸入MEMS裝置105的微反射鏡具有不同于微透鏡陣列和/或準(zhǔn)直器103的尺寸和/或間隔。如果基本上保持光纖束與MEMS裝置的微反射鏡之間的填充因數(shù)，即光斑尺寸與光斑之間距離的比值，還將使用不帶微透鏡陣列和/或準(zhǔn)直器的光纖束。而且，可能例如在透鏡107與109之間采用光學(xué)分束器，以產(chǎn)生通過(guò)系統(tǒng)的多信號(hào)路徑，例如實(shí)現(xiàn)立體聲調(diào)頻廣播、廣播、監(jiān)控、保護(hù)和恢復(fù)功能。有利的是，可以獲得系統(tǒng)設(shè)計(jì)極大的靈活性。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，將帶孔反射鏡221插入在透鏡107與109之間，使得帶孔反射鏡221的孔處于透鏡107的焦點(diǎn)處。通過(guò)使帶孔反射鏡221的孔處于透鏡107的焦點(diǎn)處，進(jìn)入成像系統(tǒng)的所有光都通過(guò)焦點(diǎn)，從而不受反射鏡221干擾地通過(guò)該孔。從成像系統(tǒng)射出的光前進(jìn)到輸入MEMS裝置105，且此輸入MEMS裝置105被設(shè)置成平行于從輸入光纖束101射出的光的平面。
將第一輸入MEMS裝置105的每個(gè)微反射鏡設(shè)置成對(duì)以各個(gè)規(guī)定角度入射在其上的光束進(jìn)行反射。選擇特定的規(guī)定角度，使得光束將被引導(dǎo)到輸出MEMS裝置115上規(guī)定的微反射鏡上，相當(dāng)于將光作為輸出射在輸出光纖束125的特定光纖上。只要光偏離平行的角度與反射鏡能夠傾斜的最大角度相比較小，通過(guò)指向全光學(xué)系統(tǒng)，可以補(bǔ)償由已經(jīng)進(jìn)入成像系統(tǒng)的光沿不平行于由其透鏡或準(zhǔn)直器的中心與其相關(guān)的微反射鏡所形成的直線(xiàn)的方向傳播所產(chǎn)生的任何誤差。
注意，至少輸入MEMS裝置105和輸出MEMS裝置115的中心處的反射鏡不能被用于切換。同樣，取決于帶孔反射鏡中孔的幾何形狀和尺寸，有可能?chē)@中心微反射鏡的其他微反射鏡也是不可用的。
在從其特定的微反射鏡反射之后，每個(gè)光束通過(guò)由透鏡109、帶孔反射鏡221和透鏡113組成的成像系統(tǒng)。該成像系統(tǒng)在帶孔反射鏡223處產(chǎn)生輸入MEMS裝置105的圖象?？梢詫⒃撦斎隡EMS裝置的象看作一虛輸入MEMS裝置。來(lái)自輸入MEMS裝置105的圖象的光從帶孔反射鏡223反射，并透過(guò)透鏡117朝輸出MEMS裝置115傳播。透鏡117起場(chǎng)鏡的作用。該場(chǎng)鏡將光入射在每個(gè)微反射鏡上的角度轉(zhuǎn)換成光將被引導(dǎo)的位置。這允許所有輸入微反射鏡是均勻的，因?yàn)榫哂邢嗤瑑A斜的所有微反射鏡將把它們的光引導(dǎo)到同一位置。而且，場(chǎng)鏡對(duì)通過(guò)它的每個(gè)光束再聚焦，從而減小了損耗。
透過(guò)場(chǎng)鏡的每個(gè)光束均入射在輸出MEMS裝置115的各個(gè)微反射鏡上。將輸出MEMS裝置115的每個(gè)微反射鏡設(shè)置成對(duì)以各個(gè)規(guī)定角度入射在其上的光束進(jìn)行反射。選擇每個(gè)特有的規(guī)定角度，使得每個(gè)光束將朝向作為光束輸出光纖的輸出光纖束125的各個(gè)光纖引導(dǎo)。
在從其特定的微反射鏡反射之后，在到達(dá)其各自輸出光纖之前，每個(gè)光束將通過(guò)透鏡117，然后通過(guò)透鏡119，且此透鏡117和119構(gòu)成成像系統(tǒng)。設(shè)置該成像系統(tǒng)，以便在輸出微透鏡陣列123和/或準(zhǔn)直器123處形成輸出MEMS裝置115和/或準(zhǔn)直器的象，由于光學(xué)系統(tǒng)的可逆性，反之亦然，從而有效地減小現(xiàn)有技術(shù)裝置中光束在其上有效傳播的輸出MEMS裝置115和微透鏡陣列和/或準(zhǔn)直器123之間的距離。因此，有利的是，對(duì)于每個(gè)光束，即使沒(méi)有沿平行于由其微透鏡或準(zhǔn)直器的中心與其相關(guān)的微反射鏡所形成的直線(xiàn)的所需方向傳播，也沒(méi)有機(jī)會(huì)偏離其預(yù)定目標(biāo)傳播。
如前面結(jié)合輸入成像系統(tǒng)的透鏡所進(jìn)行的說(shuō)明，雖然表示出由兩個(gè)透鏡組成該成像系統(tǒng)，不過(guò)這僅是為了示范和清楚的目的。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將很容易理解到，可以采用任何成像系統(tǒng)，例如，使用一或多個(gè)透鏡的成像系統(tǒng)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，采用遠(yuǎn)心光路系統(tǒng)作為成像系統(tǒng)。
注意，與原始圖象相比，該成像系統(tǒng)還可以改變象的尺寸。這將允許輸出MEMS裝置115的微反射鏡具有不同于微透鏡陣列和/或準(zhǔn)直器123的尺寸和/或間隔。如果基本上保持光纖束與MEMS裝置的微反射鏡之間的填充因數(shù)，即光斑尺寸與光斑之間距離的比值，還將允許使用不帶微透鏡陣列和/或準(zhǔn)直器的光纖束。而且，可能在透鏡117與119之間采用光學(xué)分束器，以產(chǎn)生通過(guò)該系統(tǒng)的多信號(hào)路徑，例如實(shí)現(xiàn)立體聲調(diào)頻廣播、廣播、監(jiān)控、保護(hù)和恢復(fù)功能。有利的是，可以獲得系統(tǒng)設(shè)計(jì)中極大的靈活性。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，將帶孔反射鏡223插入在透鏡117與119之間，從而使帶孔反射鏡223的孔處于透鏡117的焦點(diǎn)處。通過(guò)使帶孔反射鏡223的孔處于成像系統(tǒng)的焦點(diǎn)處，進(jìn)入成像系統(tǒng)的所有光都通過(guò)焦點(diǎn)，從而不受帶孔反射鏡223干擾地通過(guò)孔。有利的是，輸出MEMS裝置115被設(shè)置成平行于光進(jìn)入輸出光纖束125的平面，因而消除了圖1實(shí)施例的聚焦問(wèn)題。
通過(guò)透鏡119的每個(gè)光束將通過(guò)微透鏡陣列123的各個(gè)微透鏡。每個(gè)微透鏡的功能在于準(zhǔn)直對(duì)其各自相關(guān)輸入光纖提供的光束。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，取而代之，采用分離的微透鏡陣列，透鏡可以集成在光纖束125的每個(gè)輸出光纖上，從而形成準(zhǔn)直器。然后，來(lái)自微透鏡陣列123中每個(gè)微透鏡的光進(jìn)入與該微透鏡相關(guān)的各個(gè)輸出光纖束中。
注意，在本發(fā)明的某些實(shí)施例中僅需要采用一個(gè)成像系統(tǒng)。在這些實(shí)施例中，僅對(duì)于輸入或輸出采用成像系統(tǒng)。還注意雖然在圖2中帶孔反射鏡的角度看似45°，不過(guò)并不要求該特殊角度。
任何帶孔反射鏡都可能不具有實(shí)際的物理孔，而是可以在所需孔的位置采用一個(gè)區(qū)域，該區(qū)域?qū)τ扇鈱W(xué)開(kāi)關(guān)所切換的光波長(zhǎng)是透明的。透明區(qū)域所需的尺寸恰好正比于從透鏡陣列103發(fā)出的光的角度誤差。
圖3表示對(duì)于圖2的全光學(xué)切換裝置的另一種設(shè)置，不過(guò)其中將帶孔反射鏡221和223取向成允許輸入光纖束101和輸出光纖束125位于MEMS裝置之間光路的同一側(cè)。光學(xué)上，光路與功能度(functionality)是相同的。
圖4表示對(duì)于圖2的全光學(xué)切換裝置的另一種設(shè)置，不過(guò)其中不使用帶孔反射鏡221和223，而是在多個(gè)成像系統(tǒng)的焦點(diǎn)處使用小反射鏡421和423?？梢詫⑿》瓷溏R421和423安裝在玻璃板425和427上，分別在光路外部對(duì)它們進(jìn)行支撐。而且，不是允許至少一個(gè)MEMS裝置實(shí)際上物理平行于進(jìn)入或射出其各自光纖束的光纖的光的平面，在圖4的實(shí)施例中，使至少一個(gè)MEMS裝置做到光學(xué)平行，即虛平行于進(jìn)入或射出其各自光纖束的光纖的光的平面。
如同圖2，輸入光纖束101提供待切換的光信號(hào)。更具體地說(shuō)，輸入光纖束101中的每個(gè)光纖是圖4切換系統(tǒng)的一輸入端口。由光纖束101中的每個(gè)光纖提供的光透過(guò)作為微透鏡陣列103一部分的其各自相應(yīng)的微透鏡。每個(gè)微透鏡的功能在于準(zhǔn)直從其各自相關(guān)的輸入光纖所提供的光束。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，取而代之，采用一分離的微透鏡陣列，透鏡可以與光纖束101中的每個(gè)光纖集成為一個(gè)裝置，形成準(zhǔn)直器，以使光作為平行光束射出。
根據(jù)本發(fā)明的原理，從微透鏡陣列103通過(guò)的每個(gè)光束均照射在由透鏡107和109組成的成像系統(tǒng)上，在透鏡107處入射，并在透鏡109處射出。該成像系統(tǒng)被設(shè)置成在輸入MEMS裝置105處產(chǎn)生微透鏡陣列和/或準(zhǔn)直器的象；由于光學(xué)系統(tǒng)的可逆性，反之亦然，從而有效地減小在現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)中光束在其上有效傳播的微透鏡陣列和/或準(zhǔn)直器103與輸入MEMS裝置105之間的距離。因此，有利的是，對(duì)于每個(gè)光束，即使沒(méi)有沿平行于由其微透鏡或準(zhǔn)直器的中心與相關(guān)的微反射鏡所形成的直線(xiàn)的所需方向傳播，也不會(huì)有機(jī)會(huì)傳播到預(yù)定目標(biāo)以外。
注意，雖然表示出由兩個(gè)透鏡組成成像系統(tǒng)，不過(guò)這僅是為了示范和清楚的目的。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員很容易理解到可以采用任何成像系統(tǒng)，例如使用一或多個(gè)透鏡的系統(tǒng)。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，采用也稱(chēng)為4f系統(tǒng)的遠(yuǎn)心光路系統(tǒng)作為成像系統(tǒng)。通過(guò)使用在本領(lǐng)域中是眾所周知的遠(yuǎn)心光路系統(tǒng)，當(dāng)該光束到達(dá)輸入MEMS裝置105時(shí)，再現(xiàn)了從每個(gè)微透鏡107出射的每個(gè)光束的角度。不過(guò)有利的是，在輸入MEMS裝置105的平面處直接再現(xiàn)了該角度。結(jié)果，光束沒(méi)有沿該角度的直線(xiàn)傳播的能力，從而使光束沒(méi)有機(jī)會(huì)錯(cuò)過(guò)應(yīng)該對(duì)光束進(jìn)行反射的微反射鏡。
注意，由于遠(yuǎn)心光路系統(tǒng)可以反向，故輸入MEMS裝置105的各個(gè)相應(yīng)的微反射鏡與它們沒(méi)有采用成像系統(tǒng)時(shí)相比可能不處在精確相同的位置，例如，處于輸入光纖束101的直線(xiàn)上。注意，與初始的象相比，該成像系統(tǒng)還可以改變象的尺寸。這將允許輸入MEMS裝置105的微反射鏡具有不同于微透鏡陣列和/或準(zhǔn)直器103的尺寸和/或間隔。如果基本上保持光纖束與MEMS裝置的微反射鏡之間的填充因數(shù)，即光斑大小與光斑之間距離的比值，還將允許使用不帶微透鏡陣列和/或準(zhǔn)直器的光纖束。而且，可能例如在透鏡107與109之間采用光學(xué)分束器，以產(chǎn)生通過(guò)系統(tǒng)的多信號(hào)路徑，例如實(shí)現(xiàn)立體聲調(diào)頻廣播、廣播、監(jiān)控、保護(hù)和恢復(fù)功能。有利的是，可以獲得系統(tǒng)設(shè)計(jì)極大的靈活性。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，將小反射鏡421插入透鏡107與109之間，使得小反射鏡421處于成像系統(tǒng)的焦點(diǎn)處。通過(guò)使小反射鏡421處于成像系統(tǒng)的焦點(diǎn)處，進(jìn)入成像系統(tǒng)的所有光都通過(guò)焦點(diǎn)，從而被小反射鏡421反射，因此將其方向改變?yōu)槌蛲哥R109。從成像系統(tǒng)射出的光前進(jìn)到輸入MEMS裝置105，且該輸入MEMS裝置105被設(shè)置成光學(xué)平行于由透鏡107和109組成的成像系統(tǒng)所產(chǎn)生的輸入光纖束101的象。
第一輸入MEMS裝置105中的每個(gè)微反射鏡被設(shè)置成對(duì)以各個(gè)規(guī)定角度入射在其上的光束進(jìn)行反射。選擇每個(gè)特定的規(guī)定角度，使得光束將被引導(dǎo)到輸出MEMS裝置115上規(guī)定的微反射鏡上，相應(yīng)于引導(dǎo)至光被作為輸出射在其上的輸出光纖束125的特定光纖上。只要光偏離平行的角度與反射鏡能夠傾斜的最大角度相比較小，通過(guò)指向全光學(xué)系統(tǒng)，可以補(bǔ)償由已經(jīng)進(jìn)入成像系統(tǒng)的光沿不平行于由其透鏡或準(zhǔn)直器的中心與其相關(guān)的微反射鏡所形成的直線(xiàn)的方向傳播所產(chǎn)生的任何誤差。
注意，至少輸入MEMS裝置105和輸出MEMS裝置115中心處的反射鏡不能用于切換。同樣，取決于帶孔反射鏡中孔的幾何形狀和尺寸，有可能?chē)@其中心微反射鏡的其他微反射鏡也是不可用的。
在從其特定的微反射鏡反射之后，每個(gè)光束將通過(guò)由透鏡109和透鏡113組成的成像系統(tǒng)。該成像系統(tǒng)在與小反射鏡423相交并與輸入MEMS裝置105平行的平面處產(chǎn)生輸入MEMS裝置105的象?？梢詫⒃撦斎隡EMS裝置的象看作虛輸入MEMS裝置。來(lái)自輸入MEMS裝置105的圖象的光繼續(xù)透過(guò)透鏡117朝輸出MEMS裝置115傳播。在這種設(shè)置中，透鏡117起場(chǎng)鏡的作用。該場(chǎng)鏡將光入射在每個(gè)微反射鏡上的角度轉(zhuǎn)換成光將被射向的位置。這允許所有輸入微反射鏡是均勻的，因?yàn)榫哂邢嗤瑑A斜的所有微反射鏡將把它們的光射到同一位置。而且場(chǎng)鏡對(duì)通過(guò)它的每個(gè)光束再聚焦，從而減小損耗。
從場(chǎng)鏡中通過(guò)的每個(gè)光束均照射在輸出MEMS裝置115的各個(gè)微反射鏡上。將輸出MEMS裝置115的每個(gè)微反射鏡被設(shè)置成對(duì)以各規(guī)定角度入射在其上的光束進(jìn)行反射。選擇每個(gè)特定的規(guī)定角度，使得每個(gè)光束將被朝向作為光束輸出光纖的輸出光纖束125的各個(gè)光纖引導(dǎo)，且輸出光纖束125沿輸出MEMS裝置115與輸入MEMS裝置105之間的路徑。
不過(guò)，在從其特定微反射鏡反射之后，在到達(dá)其各自的輸出光纖之前，每個(gè)光束將通過(guò)由透鏡117、小反射鏡423和透鏡119組成的成像系統(tǒng)。設(shè)置該成像系統(tǒng)，使得在輸出微透鏡陣列123和/或準(zhǔn)直器123處形成輸出MEMS裝置115的象；由于光學(xué)系統(tǒng)的可逆性，反之亦然，與輸出MEMS裝置115和輸入MEMS裝置105之間的光路成直角設(shè)置。由位于透鏡117焦點(diǎn)處的小反射鏡423實(shí)現(xiàn)這種方向改變。從而成像系統(tǒng)改變了光路的方向，并且還有效地減小了現(xiàn)有技術(shù)裝置中光束在其上有效傳播的輸出MEMS裝置115與微透鏡陣列和/或準(zhǔn)直器123之間的距離。因此，有利的是，對(duì)于每個(gè)光束，即使沒(méi)有沿平行于由其微透鏡或準(zhǔn)直器的中心與其相關(guān)的微反射鏡所形成的直線(xiàn)的所需方向傳播，也沒(méi)有機(jī)會(huì)偏離預(yù)定目標(biāo)傳播。
如前面結(jié)合輸入成像系統(tǒng)的透鏡所進(jìn)行的說(shuō)明，雖然表示出由兩個(gè)透鏡組成該成像系統(tǒng)，不過(guò)這僅是為了示范和清楚的目的。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將很容易理解到可以采用任何成像系統(tǒng)，例如，使用一或多個(gè)透鏡的成像系統(tǒng)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，采用遠(yuǎn)心光路系統(tǒng)作為成像系統(tǒng)。
注意，與原始的象相比，該成像系統(tǒng)還可以改變象的尺寸。這將允許輸出MEMS裝置115的微反射鏡具有不同于微透鏡陣列和/或準(zhǔn)直器123的尺寸和/或間隔。如果基本上保持光纖束與MEMS裝置的微反射鏡之間的填充因數(shù)，即光斑大小與光斑之間距離的比值，還將允許使用不帶微透鏡陣列和/或準(zhǔn)直器的光纖束。而且，有可能在透鏡117與119之間采用光學(xué)分束器，以產(chǎn)生通過(guò)系統(tǒng)的多信號(hào)路徑，例如實(shí)現(xiàn)立體聲調(diào)頻廣播、廣播、監(jiān)控、保護(hù)和恢復(fù)功能。有利的是，可以獲得系統(tǒng)設(shè)計(jì)中極大的靈活性。
通過(guò)透鏡119的每個(gè)光束將通過(guò)微透鏡陣列123的各個(gè)微透鏡。每個(gè)微透鏡的功能在于準(zhǔn)直為其各自相關(guān)的輸入光纖提供的光束。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，取而代之，采用分離的微透鏡陣列，透鏡可以集成在光纖束125的每個(gè)輸出光纖上，從而形成準(zhǔn)直器。然后，來(lái)自微透鏡陣列123中每個(gè)微透鏡的光進(jìn)入與該微透鏡相關(guān)的各個(gè)輸出光纖束中。
圖5表示圖4的全光切換裝置的另一種結(jié)構(gòu)，不過(guò)其中將小反射鏡421和423取向成允許輸入光纖束101和輸出光纖束125處于MEMS裝置之間光路的同一側(cè)。在光學(xué)上，光路和功能相同。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員使用此處所披露的本發(fā)明用于帶孔反射鏡的本發(fā)明的實(shí)施例或者使用小反射鏡的本發(fā)明的實(shí)施例，或者帶孔反射鏡和小反射鏡的任意組合的原理，可以很容易地開(kāi)發(fā)出具有不同角度的其他設(shè)置。
圖6表示根據(jù)本發(fā)明原理的全光學(xué)切換裝置的另一種更加簡(jiǎn)單的實(shí)施例，其中將光路設(shè)置成允許至少一個(gè)MEMS裝置平行于進(jìn)入或射出各個(gè)光纖束中光纖的光的平面。在圖6中表示出a)輸入光纖束，b)輸入微透鏡陣列103，c)帶孔的輸入MEMS裝置605，d)透鏡107，e)透鏡613，f)帶孔的輸出MEMS裝置615，g)透鏡119，h)輸出微透鏡陣列123，和i)輸出光纖束125。
輸入光纖束101提供待被切換的光信號(hào)。更準(zhǔn)確地說(shuō)，輸入光纖束101中的每個(gè)光纖為圖6中切換系統(tǒng)的一輸入端口。光纖束101中每個(gè)光纖所提供的光通過(guò)作為微透鏡陣列103一部分的各個(gè)相應(yīng)的微透鏡。每個(gè)微透鏡的功能在于準(zhǔn)直由其各自相關(guān)的輸入光纖所提供的光束。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，取而代之，采用一分離的微透鏡陣列，透鏡可以與光纖束101中每個(gè)光纖集成為一個(gè)裝置，形成準(zhǔn)直器，使得光作為平行光束射出。
根據(jù)本發(fā)明的原理，從微透鏡陣列103通過(guò)的每個(gè)光束均入射在由透鏡107和613組成的成像系統(tǒng)上，在透鏡107處入射，在透鏡613處射出。設(shè)置該成像系統(tǒng)，以便在帶孔的輸入MEMS裝置605處形成微透鏡陣列和/或準(zhǔn)直器的象；由于光學(xué)系統(tǒng)的可逆性，反之亦然，從而有效地減小了現(xiàn)有技術(shù)裝置中光束在其上有效傳播的微透鏡陣列和/或準(zhǔn)直器103與輸入MEMS裝置105之間的距離。因此，有利的是，對(duì)于每個(gè)光束，即使沒(méi)有沿平行于由其微透鏡或準(zhǔn)直器的中心與其相關(guān)的微反射鏡所形成的直線(xiàn)的所需方向傳播，也沒(méi)有機(jī)會(huì)偏離預(yù)定目標(biāo)傳播。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，在透鏡107與透鏡613之間插入一帶孔的輸出MEMS裝置615，使得帶孔輸出MEMS裝置615的孔處于透鏡107的焦點(diǎn)處。通過(guò)使帶孔的輸出MEMS裝置615的孔處于透鏡107的焦點(diǎn)處，進(jìn)入成像系統(tǒng)的所有的光均通過(guò)焦點(diǎn)，從而不受帶孔輸出MEMS裝置615干擾地通過(guò)該孔。從成像系統(tǒng)射出的光前進(jìn)到帶孔的輸入MEMS裝置605，且此輸入MEMS裝置605被設(shè)置成平行于射出輸入光纖束101的光的平面。
注意，雖然表示出由兩個(gè)透鏡組成成像系統(tǒng)，不過(guò)這僅是為了示范和清楚的目的。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將很容易理解到可以采用任何成像系統(tǒng)，例如使用一或多個(gè)透鏡的系統(tǒng)。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，采用也稱(chēng)為4f系統(tǒng)的遠(yuǎn)心光路系統(tǒng)作為成像系統(tǒng)。通過(guò)使用遠(yuǎn)心光路系統(tǒng)，這種系統(tǒng)在本領(lǐng)域中是眾所周知的，當(dāng)光到達(dá)帶孔的輸入MEMS裝置605時(shí)，再現(xiàn)了從每個(gè)微透鏡107出射的每個(gè)光束的角度。不過(guò)，有利的是，直接在帶孔輸入MEMS裝置605的平面處再現(xiàn)該角度。結(jié)果，此光束不具有沿該角度的直線(xiàn)傳播的能力，從而沒(méi)有機(jī)會(huì)錯(cuò)過(guò)應(yīng)該對(duì)它們進(jìn)行反射的微反射鏡。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，在透鏡613與119之間插入一輸入MEMS裝置605，使得輸入MEMS裝置605的孔處于透鏡613的焦點(diǎn)處。
注意，由于遠(yuǎn)心光路系統(tǒng)可以反向，所以帶孔輸入MEMS裝置605的各相應(yīng)的微反射鏡與不采用成像系統(tǒng)時(shí)相比可能不處在精確相同的位置，例如在輸入光纖束101的直線(xiàn)上。與初始圖象相比，該成像系統(tǒng)還可能改變象的大小。這將允許帶孔輸入MEMS裝置605的微反射鏡具有不同于微透鏡陣列和/或準(zhǔn)直器103的尺寸和/或間隔。如果基本上保持光纖束與MEMS裝置的微反射鏡之間的填充因數(shù)，即光斑尺寸與光斑之間距離的比值，還將允許使用不帶微透鏡陣列和/或準(zhǔn)直器的光纖束。而且，可能在透鏡107與613之間采用光學(xué)分束器，以產(chǎn)生通過(guò)該系統(tǒng)的多信號(hào)路徑，例如實(shí)現(xiàn)立體聲調(diào)頻廣播、廣播、監(jiān)控、保護(hù)和恢復(fù)功能。有利的是，獲得系統(tǒng)設(shè)計(jì)中極大的靈活性。
設(shè)置輸入MEMS裝置605的每個(gè)微反射鏡，以對(duì)以各規(guī)定角度入射在其上的光束進(jìn)行反射。選擇該特定的規(guī)定角度，使得光束將被引導(dǎo)到帶孔輸出MEMS裝置615上規(guī)定的微反射鏡上，相當(dāng)于光被引導(dǎo)作為輸出的輸出光纖125的特定光纖。只要光偏離平行的角度與反射鏡可以?xún)A斜的最大角度相比較小，可以通過(guò)指向全光學(xué)系統(tǒng)，補(bǔ)償進(jìn)入成像系統(tǒng)的光沿不平行于由其透鏡或準(zhǔn)直器的中心與其相關(guān)的微反射鏡所形成的直線(xiàn)的方向傳播所引起的任何誤差。
在從其特定微反射鏡反射之后，各個(gè)光束透過(guò)透鏡613，透鏡613起場(chǎng)鏡的作用。該場(chǎng)鏡將光入射在每個(gè)微反射鏡上的角度轉(zhuǎn)換成光將被引導(dǎo)的位置。這允許所有的輸入微反射鏡成為均質(zhì)的，以使具有相同傾斜的所有微反射鏡將把它們的光引導(dǎo)到同一位置。而且，場(chǎng)鏡對(duì)通過(guò)它的每個(gè)光束再聚焦，從而減小了損耗。
從場(chǎng)鏡透過(guò)的每個(gè)光束均入射在帶孔的輸出MEMS裝置615的各微反射鏡上。設(shè)置帶孔輸出MEMS裝置615的每個(gè)微反射鏡，以便對(duì)以各規(guī)定角度入射在其上的光束進(jìn)行反射。選擇各個(gè)特定的規(guī)定角度，使得將朝向作為光束的輸出光纖的輸出光纖束125的各個(gè)光纖引導(dǎo)每個(gè)光束。
在從帶孔輸出裝置615的其特定的微反射鏡反射之后，在到達(dá)其各自的輸出光纖之前，每個(gè)光束通過(guò)透鏡613，然后通過(guò)透鏡119，透鏡613和119一起組成一成像系統(tǒng)。設(shè)置該成像系統(tǒng)，以便在輸出微透鏡陣列123和/或準(zhǔn)直器123處形成帶孔輸出MEMS裝置615和/或準(zhǔn)直器的象；由于光學(xué)系統(tǒng)的可逆性，反之亦然，從而有效地減小了現(xiàn)有技術(shù)裝置中光束在其上有效傳播的帶孔輸出MEMS裝置615與微透鏡陣列和/或準(zhǔn)直器123之間的距離。因此有利的是，對(duì)于每個(gè)光束，即使沒(méi)有沿平行于由其微透鏡或準(zhǔn)直器的中心與其相關(guān)的微反射鏡所形成的直線(xiàn)的所需方向傳播，也沒(méi)有機(jī)會(huì)偏離其預(yù)定目標(biāo)傳播。
如前面結(jié)合輸入成像系統(tǒng)的透鏡所指出的，雖然表示出由兩個(gè)透鏡組成該成像系統(tǒng)，不過(guò)這僅是為了示范和清楚的目的。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將很容易理解到可以采用任何成像系統(tǒng)，例如，使用一或多個(gè)透鏡的成像系統(tǒng)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，采用遠(yuǎn)心光路系統(tǒng)作為成像系統(tǒng)。
注意，與原始的象相比，該成像系統(tǒng)還可以改變象的尺寸。這將允許帶孔輸出MEMS裝置615的微反射鏡具有不同于微透鏡陣列和/或準(zhǔn)直器123的尺寸和/或間隔。如果基本上保持光纖束與MEMS裝置的微反射鏡之間的填充因數(shù)，即光斑大小與光斑之間距離的比值，還將允許使用不帶微透鏡陣列和/或準(zhǔn)直器的光纖束。而且，可能在透鏡613與119之間采用光學(xué)分束器，以產(chǎn)生通過(guò)系統(tǒng)的多信號(hào)路徑，例如實(shí)現(xiàn)立體聲調(diào)頻廣播、廣播、監(jiān)控、保護(hù)和恢復(fù)功能。有利的是，可以獲得系統(tǒng)設(shè)計(jì)中極大的靈活性。
通過(guò)透鏡119的每個(gè)光束將通過(guò)微透鏡陣列123的各個(gè)微透鏡。每個(gè)微透鏡的功能在于準(zhǔn)直為其各自相關(guān)的輸入光纖提供的光束。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，取而代之，采用分離的微透鏡陣列，透鏡可以集成在光纖束125的每個(gè)輸出光纖上，從而形成準(zhǔn)直器。然后，來(lái)自微透鏡陣列123中每個(gè)微透鏡的光進(jìn)入與該微透鏡相關(guān)的各個(gè)輸出光纖束中。
注意，在帶孔的輸入MEMS裝置605或帶孔的輸出MEMS裝置615的中心可能沒(méi)有微反射鏡，而且，同樣，取決于帶孔MEMS裝置中孔的幾何形狀和尺寸，可能?chē)@微反射鏡陣列中心的其它微反射鏡也可能是不可用的。該孔不必是實(shí)際的物理孔，只需是對(duì)該全光學(xué)開(kāi)關(guān)所切換的光波長(zhǎng)透明的區(qū)域。還注意雖然圖中表示該孔處于MEMS裝置的“中心”，不過(guò)它不必處于中心。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將能夠?qū)⒖自O(shè)置在不同位置處，得出另外的可操作的實(shí)施例。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將很容易得出透鏡裝置或元件角度的任何改變，以補(bǔ)償不同的孔位置。而且，通過(guò)將光向上或向下引導(dǎo)，以避免入射在MEMS裝置上，有可能完全省去孔。在圖7中表示出這種實(shí)施例。注意，由于圖7中的MEMS裝置沒(méi)有孔，故將它們簡(jiǎn)單地稱(chēng)為輸入MEMS裝置和輸出MEMS裝置，并在圖1～6中分別標(biāo)記為105和115。
圖8表示圖6所示全光學(xué)切換裝置的另一個(gè)更加簡(jiǎn)單、更加緊湊的實(shí)施例。在圖8中表示出a)輸入光纖束101，b)輸入微透鏡陣列103，c)帶反射鏡的輸入MEMS裝置805，d)透鏡107，e)透鏡613，f)帶反射鏡的輸出MEMS裝置815，g)透鏡119，h)輸出透鏡陣列123，和i)輸出光纖束125。
輸入光纖束101提供待被切換的光信號(hào)。更準(zhǔn)確地說(shuō)，輸入光纖束101中的每個(gè)光纖是圖8切換系統(tǒng)的一輸入端口。光纖束101中每個(gè)光纖所輸送的光通過(guò)作為微透鏡陣列103一部分的各自相應(yīng)的微透鏡。每個(gè)微透鏡的作用在于準(zhǔn)直由其各自相關(guān)的輸入光纖提供的光束。在本發(fā)明另一實(shí)施例中，取而代之，采用分離的微透鏡陣列，透鏡可以與光纖束101中的每個(gè)光纖集成為一個(gè)裝置，形成準(zhǔn)直器，使得光作為平行光束射出。
根據(jù)本發(fā)明的原理，從微透鏡陣列103通過(guò)的每個(gè)光束均入射在由透鏡107和613組成的成像系統(tǒng)上，在透鏡107進(jìn)入并在透鏡613處輸出。設(shè)置該成像系統(tǒng)，以便在帶反射鏡的輸入MEMS裝置805處形成微透鏡陣列和/或準(zhǔn)直器的象；由于光學(xué)系統(tǒng)的可逆性，反之亦然，從而有效地減小了現(xiàn)有技術(shù)裝置中光束在其上有效傳播的微透鏡陣列和/或準(zhǔn)直器103與輸入MEMS裝置105之間的距離。因而有利的是，對(duì)于每個(gè)光束，即使沒(méi)有沿平行于由其微透鏡或準(zhǔn)直器的中心和相關(guān)的微反射鏡所形成的直線(xiàn)的所需方向傳播，也沒(méi)有機(jī)會(huì)偏離其預(yù)計(jì)目標(biāo)傳播。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，具有反射鏡的輸出MEMS裝置815光學(xué)上位于透鏡107與透鏡613之間，以使帶反射鏡的輸出MEMS裝置815的反射鏡845處于透鏡107的焦點(diǎn)處。當(dāng)表示帶反射鏡的MEMS裝置時(shí)，所稱(chēng)的反射鏡是包含在MEMS裝置上但在光學(xué)開(kāi)關(guān)的操作過(guò)程中不象MEMS裝置上所包含的其他微反射鏡那樣移動(dòng)的反射鏡。該反射鏡可以是所制造的特殊的固定反射鏡，或者M(jìn)EMS裝置上所包含的反射鏡，或者可以為設(shè)置成固定傾斜的微反射鏡。對(duì)于帶反射鏡的輸出MEMS裝置815來(lái)說(shuō)，該反射鏡為反射鏡845，對(duì)于帶反射鏡的輸入MEMS裝置805來(lái)說(shuō)，其為反射鏡835。
圖10表示帶反射鏡的輸出MEMS裝置815的一部分的擴(kuò)展圖。在圖10中表示出MEMS裝置基板1051，微反射鏡1053和反射鏡845。微反射鏡1053可以自由傾斜，不過(guò)反射鏡845保持固定的傾斜。帶反射鏡835的輸入MEMS裝置具有相同的結(jié)構(gòu)。
通過(guò)使帶反射鏡的輸出MEMS裝置815的反射鏡845處于透鏡107的焦點(diǎn)處，進(jìn)入成像系統(tǒng)的所有光均通過(guò)焦點(diǎn)，從而被帶反射鏡的輸出MEMS裝置815的反射鏡845反射。從成像系統(tǒng)射出的光前進(jìn)到帶反射鏡的輸入MEMS裝置805。
注意，雖然表示出由兩個(gè)透鏡組成成像系統(tǒng)，不過(guò)這僅是為了示范和清楚的目的。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將很容易理解可以采用任何成像系統(tǒng)，例如使用一或多個(gè)透鏡的系統(tǒng)。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，采用也稱(chēng)為4f系統(tǒng)的遠(yuǎn)心光路系統(tǒng)作為成像系統(tǒng)。通過(guò)使用在本領(lǐng)域中是眾所周知的遠(yuǎn)心光路系統(tǒng)，當(dāng)光到達(dá)帶反射鏡的輸入MEMS裝置805時(shí)，再現(xiàn)了從每個(gè)微透鏡107出射的每個(gè)光束的角度。不過(guò)有利的是，直接在帶反射鏡的輸入MEMS裝置805的平面處再現(xiàn)該角度。結(jié)果，光束不具有沿該角度的直線(xiàn)傳播的能力，因而沒(méi)有機(jī)會(huì)偏離應(yīng)該對(duì)它們進(jìn)行反射的微反射鏡。
注意，由于遠(yuǎn)心光路系統(tǒng)可以反向，所以帶反射鏡的輸入MEMS裝置805的各相應(yīng)的微反射鏡與不采用成像系統(tǒng)時(shí)相比可能沒(méi)有處于精確相同的位置，例如處于輸入光纖束101的直線(xiàn)上。與原始的象相比，該成像系統(tǒng)還可以改變象的尺寸。這將允許帶反射鏡的輸入MEMS裝置805的微反射鏡具有不同于微透鏡陣列和/或準(zhǔn)直器103的尺寸和/或間隔。如果基本上保持光纖束與MEMS裝置的微反射鏡之間的填充因數(shù)，即光斑大小與光斑之間距離的比值，還將允許使用不帶微透鏡陣列和/或準(zhǔn)直器的光纖束。而且，可能例如在透鏡107與613之間采用光學(xué)分束器，產(chǎn)生通過(guò)該系統(tǒng)的多信號(hào)路徑，例如實(shí)現(xiàn)立體聲調(diào)頻廣播、廣播、監(jiān)控、保護(hù)和恢復(fù)功能。有利的是，可以獲得系統(tǒng)設(shè)計(jì)中極大的靈活性。
將輸入MEMS裝置605的每個(gè)微反射鏡設(shè)置成對(duì)以各規(guī)定角度入射在其上的光束進(jìn)行反射。選擇每個(gè)特定的規(guī)定角度，使得光束將被引導(dǎo)到帶反射鏡的輸出MEMS裝置815上規(guī)定的微反射鏡，相應(yīng)于將光引導(dǎo)作為輸出的輸出光纖束125的特定光纖。只要光偏離平行的角度與反射鏡可以?xún)A斜的最大角度相比較小，通過(guò)指向全光學(xué)系統(tǒng)，可以補(bǔ)償進(jìn)入成像系統(tǒng)的光沒(méi)有沿平行于由其透鏡或準(zhǔn)直器的中心與其相關(guān)的微反射鏡所形成的直線(xiàn)的方向傳播所產(chǎn)生的任何誤差。
在從其特定微反射鏡反射之后，各個(gè)光束通過(guò)起場(chǎng)鏡作用的透鏡613。該場(chǎng)鏡將入射在每個(gè)微反射鏡上的光的角度轉(zhuǎn)換成將被引導(dǎo)的位置。這允許所有的輸入微反射鏡是均勻的，因?yàn)榫哂邢嗤瑑A斜的所有微反射鏡將把它們的光引導(dǎo)到同一位置。而且，場(chǎng)鏡對(duì)通過(guò)它的光束再聚焦，從而減小了損耗。
通過(guò)場(chǎng)鏡的每個(gè)光束均入射在帶反射鏡的輸出MEMS裝置815的各個(gè)微反射鏡上。將帶反射鏡的輸出MEMS裝置815的各個(gè)微反射鏡設(shè)置成對(duì)以各規(guī)定角度入射在其上的光束進(jìn)行反射。選擇該特定的規(guī)定角度，使得將各個(gè)光束朝向作為光束輸出光纖的輸出光纖束125的各個(gè)光纖引導(dǎo)。
在從其特定的微反射鏡反射之后，在到達(dá)其各自的輸出光纖之前，每個(gè)光束都通過(guò)透鏡613，然后通過(guò)透鏡119，透鏡613與119一起構(gòu)成一成像系統(tǒng)。設(shè)置該成像系統(tǒng)，以便在輸出微透鏡陣列123和/或準(zhǔn)直器123處形成帶反射鏡的輸出MEMS裝置815和/或準(zhǔn)直器的象；由于光學(xué)系統(tǒng)的可逆性，反之亦然，從而有效地減小了現(xiàn)有技術(shù)裝置中光束在其上有效傳播的帶反射鏡的輸出MEMS裝置815與微透鏡陣列和/或準(zhǔn)直器123之間的距離。因此有利的是，對(duì)于每個(gè)光束，即使沒(méi)有沿平行于由其微透鏡或準(zhǔn)直器的中心與其相關(guān)的微反射鏡所形成的直線(xiàn)的所需方向傳播，也沒(méi)有機(jī)會(huì)偏離其預(yù)定目標(biāo)傳播。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，將帶反射鏡的輸入MEMS裝置805插入透鏡613與119之間，使得帶反射鏡的輸入MEMS裝置805的反射鏡835處于透鏡613的焦點(diǎn)處。通過(guò)讓帶反射鏡的輸入MEMS裝置835的反射鏡835處在成象系統(tǒng)的焦點(diǎn)處，則進(jìn)入成像系統(tǒng)的所有的光都通過(guò)該焦點(diǎn)，從而被帶反射鏡的輸入MEMS裝置805的反射鏡835反射。
如前面結(jié)合輸入成像系統(tǒng)的透鏡所進(jìn)行的說(shuō)明，雖然表示出由兩個(gè)透鏡組成成像系統(tǒng)，不過(guò)這僅是為了示范和清楚的目的。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將很容易理解可以采用任何成像系統(tǒng)，例如使用一或多個(gè)透鏡的成像系統(tǒng)。在本發(fā)明中的一個(gè)實(shí)施例中，采用遠(yuǎn)心光路系統(tǒng)作為成像系統(tǒng)。
注意，與初始圖象相比，該成像系統(tǒng)還可以改變象的尺寸。這將允許帶反射鏡的輸出MEMS裝置815的微反射鏡具有不同于微透鏡陣列和/或準(zhǔn)直器123的尺寸和/或間隔。如果基本上保持光纖束與MEMS裝置的微反射鏡之間的填充因數(shù)，即光斑大小與光斑之間距離的比值，還將允許使用不帶微透鏡陣列和/或準(zhǔn)直器的光纖束。而且，可能在透鏡613與119之間采用光學(xué)分束器，以產(chǎn)生通過(guò)該系統(tǒng)的多信號(hào)路徑，例如實(shí)現(xiàn)立體聲調(diào)頻廣播、廣播、監(jiān)控、保護(hù)和恢復(fù)功能。有利的是，獲得系統(tǒng)設(shè)計(jì)中極大的靈活性。
通過(guò)透鏡119的每個(gè)光束將通過(guò)微透鏡陣列123的各個(gè)微透鏡。每個(gè)微透鏡的功能在于準(zhǔn)直對(duì)其各自相關(guān)輸入光纖提供的光束。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，取而代之，采用分離的微透鏡陣列，透鏡可以集成在光纖束125的每個(gè)輸出光纖上，從而形成準(zhǔn)直器。然后，來(lái)自微透鏡陣列123中每個(gè)微透鏡的光進(jìn)入與該微透鏡相關(guān)的各個(gè)輸出光纖束中。
注意，在帶反射鏡的MEMS裝置的反射鏡所在的位置處，可能沒(méi)有采用用于切換的微反射鏡。還注意，雖然將反射鏡表示并描述為處于MEMS裝置的“中心”，不過(guò)反射鏡不必位于中心。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將能夠把反射鏡設(shè)置在不同位置處，并得出另外的可操作實(shí)施例。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員很容易得到透鏡裝置或元件角度的任何變化，以補(bǔ)償孔的不同位置。
前面，對(duì)輸入和輸出光纖束、MEMS裝置等的說(shuō)明主要是為了示范的目的，因?yàn)槊總€(gè)相交連接的光纖對(duì)實(shí)際上可能在它們之間具有雙向連接。不過(guò)，輸入光纖不可能接收并非將該輸入光纖的光引導(dǎo)為輸出的任何輸出光纖輸出的光。
圖9表示圖8所示全光學(xué)切換裝置的折疊式的實(shí)施例。在圖9中表示出a)光纖束901，b)微透鏡陣列903，c)帶反射鏡的MEMS裝置905，d)透鏡907，和e)曲面鏡913。與前面描述的實(shí)施例不同，光纖束901包括提供光的輸入光纖和接收光的輸出光纖，從而光纖束901起到輸入端口和輸出端口的作用。不過(guò)，輸入和輸出光纖的這種規(guī)定主要是為了示范的目的，因?yàn)槊總€(gè)相交連接的光纖對(duì)實(shí)際上在它們之間可以具有雙向連接。任何用戶(hù)指定作為輸入光纖的特定光纖都可以和用戶(hù)選擇指定為輸出光纖的任何其它光纖配成一對(duì)。
由光纖束901的輸入光纖提供的光通過(guò)第一微透鏡903的各相關(guān)的微透鏡。每個(gè)微透鏡的功能在于準(zhǔn)直由其各個(gè)相關(guān)的輸入光纖提供的光束。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，取而代之，采用分離的微透鏡陣列，透鏡可以與光纖束901的每個(gè)光纖集成為一個(gè)裝置，形成準(zhǔn)直器，從而光作為平行光束射出。
根據(jù)本發(fā)明的原理，從微透鏡陣列903通過(guò)的每個(gè)光束均入射在由透鏡907、帶反射鏡的MEMS裝置905的反射鏡935和曲面鏡913組成的成像系統(tǒng)上。光在透鏡907處射入，在被反射鏡935改變方向之后，在曲面鏡913處射出，反射鏡935基本上處于透鏡907的焦點(diǎn)處。反射鏡935還基本上位于曲面鏡913的焦點(diǎn)處。設(shè)置該成像系統(tǒng)，以便在帶反射鏡的MEMS裝置905處形成微透鏡陣列和/或準(zhǔn)直器的象；由于光學(xué)系統(tǒng)的可逆性，反之亦然，從而有效地減小了現(xiàn)有技術(shù)裝置中光束在其上有效傳播的微透鏡陣列和/或準(zhǔn)直器903與帶反射鏡的MEMS裝置905之間的距離。因此有利的是，對(duì)于每個(gè)光束，即使沒(méi)有沿平行于由其微透鏡或準(zhǔn)直器的中心與其相關(guān)的微反射鏡所形成的直線(xiàn)的所需方向傳播，也沒(méi)有機(jī)會(huì)偏離其預(yù)定目標(biāo)傳播。
帶反射鏡的MEMS裝置905與圖10中所示的帶反射鏡的MEMS裝置815具有相同結(jié)構(gòu)。
通過(guò)使帶反射鏡的MEMS裝置905的反射鏡處于透鏡907的焦點(diǎn)處，則進(jìn)入成像系統(tǒng)的所有光均通過(guò)焦點(diǎn)，從而被帶反射鏡的MEMS裝置905的反射鏡935反射。從成像系統(tǒng)射出的光前進(jìn)到帶反射鏡的MEMS裝置905。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，采用也稱(chēng)為4f系統(tǒng)的遠(yuǎn)心光路系統(tǒng)作為成像系統(tǒng)。通過(guò)使用本領(lǐng)域中眾所周知的遠(yuǎn)心光路系統(tǒng)，當(dāng)光到達(dá)帶反射鏡的MEMS裝置905時(shí)，再現(xiàn)了每個(gè)光束從各個(gè)微透鏡903射出的角度。不過(guò)有利的是，在帶反射鏡的MEMS裝置905的平面處直接再現(xiàn)了該角度。結(jié)果，光束不具有沿該角度的直線(xiàn)傳播的能力，從而沒(méi)有機(jī)會(huì)錯(cuò)過(guò)應(yīng)該對(duì)它們進(jìn)行反射的微反射鏡。
注意，由于遠(yuǎn)心光路系統(tǒng)可以反向，所以帶反射鏡的輸入MEMS裝置905的各相應(yīng)的微反射鏡與不采用成像系統(tǒng)時(shí)相比可能沒(méi)有處于精確相同的位置，例如在輸入光纖束901的直線(xiàn)上。注意，與初始圖象相比，該成像系統(tǒng)還可以改變象的尺寸。這允許帶反射鏡的MEMS裝置905的微反射鏡具有不同于微透鏡陣列和/或準(zhǔn)直器903的大小和/或間隔。如果基本上保持光纖束與MEMS裝置的微反射鏡之間的填充因數(shù)，即光斑尺寸與光斑之間距離的比值，還將允許使用不帶微透鏡陣列和/或準(zhǔn)直器的光纖束。而且，可能例如在透鏡907與曲面鏡913之間采用光學(xué)分束器，以產(chǎn)生通過(guò)該系統(tǒng)的多信號(hào)路徑，例如實(shí)現(xiàn)立體聲調(diào)頻廣播、廣播、監(jiān)控、保護(hù)和恢復(fù)功能。有利的是，獲得系統(tǒng)設(shè)計(jì)中極大的靈活性。
設(shè)置MEMS裝置905的每個(gè)微反射鏡，以對(duì)以各規(guī)定角度入射在其上的光束進(jìn)行反射。選擇各個(gè)特定的規(guī)定角度，使得光束將被引導(dǎo)到帶反射鏡的MEMS裝置905的規(guī)定的微反射鏡上，相當(dāng)于光被曲面鏡913反射之后，被引導(dǎo)為輸出光的光纖束901的特定輸出光纖，曲面鏡還起場(chǎng)鏡功能。場(chǎng)鏡功能是將入射在每個(gè)微透鏡上的光的角度轉(zhuǎn)換成光將被引導(dǎo)的位置。這允許所有的輸入微反射鏡成為均質(zhì)的，以使具有相同傾斜的所有微反射鏡將把它們的光引導(dǎo)到同一位置。而且，場(chǎng)鏡對(duì)通過(guò)它的每個(gè)光束再聚焦，從而減小了光損耗。只要光偏離平行的角度與反射鏡可以?xún)A斜的最大角度相比較小，通過(guò)指向全光學(xué)系統(tǒng)，可以補(bǔ)償進(jìn)入成像系統(tǒng)的光沒(méi)有沿平行于由其透鏡或準(zhǔn)直器的中心與其相關(guān)的微反射鏡所形成的直線(xiàn)的方向傳播所產(chǎn)生的任何誤差。
從曲面鏡913向回傳播的光束均入射在帶反射鏡的MEMS裝置905的各個(gè)微反射鏡上，各個(gè)微反射鏡為輸出微反射鏡，因?yàn)槭褂迷摲瓷溏R將光引導(dǎo)到光纖束101的特定光纖上，且通過(guò)光纖束101的光作為輸出光而被輸送。設(shè)置帶反射鏡的MEMS裝置905中的每個(gè)輸出微反射鏡，以對(duì)以所選擇的各規(guī)定角度入射在其上的光束進(jìn)行反射，使得朝向光纖束901的各輸出光纖引導(dǎo)各個(gè)光束。
在從其特定的輸出微反射鏡反射之后，在到達(dá)其各自的輸出光纖之前，每個(gè)光束將通過(guò)由曲面鏡913、反射鏡935和透鏡907構(gòu)成的成像系統(tǒng)。該成像系統(tǒng)與輸入光束最初通過(guò)的成像系統(tǒng)是同一個(gè)系統(tǒng)。如前面所解釋的，設(shè)置該成像系統(tǒng)，以及在微透鏡陣列903和/或準(zhǔn)直器903處形成帶反射鏡的MEMS裝置905的象；由于光學(xué)系統(tǒng)的可逆性，反之亦然，從而有效地減小了現(xiàn)有技術(shù)裝置中光束在其上有效傳播的帶反射鏡的輸出MEMS裝置905與微透鏡陣列和/或準(zhǔn)直器903之間的距離。從而有利的是，對(duì)于每個(gè)光束，即使沒(méi)有沿平行于由其微透鏡或準(zhǔn)直器的中心與其相應(yīng)的微反射鏡所形成的直線(xiàn)的所需方向傳播，也沒(méi)有機(jī)會(huì)偏離其預(yù)定目標(biāo)傳播。
通過(guò)透鏡907的每個(gè)輸出光束均通過(guò)微透鏡陣列903的各個(gè)微透鏡，然后，來(lái)自微透鏡陣列903中每個(gè)微透鏡的光均進(jìn)入與該微透鏡相關(guān)的光纖束901的各輸出光纖中。
注意，在設(shè)置帶反射鏡的MEMS裝置的反射鏡的位置處，可能沒(méi)有用于進(jìn)行切換的微反射鏡。還注意，雖然將反射鏡表示并描述成處于MEMS裝置的“中心”，不過(guò)它不必處于中心。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將能夠?qū)⒎瓷溏R設(shè)置在不同位置處，并得出另外的可操作的實(shí)施例。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將很容易得到透鏡裝置或元件角度的任何改變，以補(bǔ)償孔的不同位置。
正如所指出的那樣，圖9的實(shí)施例是本發(fā)明的折疊方式。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將能夠很容易地得出本發(fā)明其它實(shí)施例的折疊方式。
注意，替代由光纖提供輸入光束，可以通過(guò)例如激光器或發(fā)光二極管、平面波導(dǎo)等光源來(lái)提供光束。同樣，替代由光纖來(lái)接收輸出光束，可以由諸如光探測(cè)器、平面波導(dǎo)等的其他接收器來(lái)接收光束。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)開(kāi)關(guān)，包括一包含第一數(shù)量微反射鏡的第一微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)裝置；一以其一端與上述第一MEMS裝置光學(xué)耦連的第一成像系統(tǒng)，以便在與所述第一成像系統(tǒng)與上述第一MEMS裝置耦連的所述端相對(duì)的所述第一成像系統(tǒng)的端部產(chǎn)生上述第一MEMS裝置的象；其中上述第一MEMS裝置的所述象基本上處于包括所述光學(xué)開(kāi)關(guān)的輸入和所述光學(xué)開(kāi)關(guān)的輸出的組中至少一個(gè)元件的平面中。
2.如權(quán)利要求1所述的本發(fā)明，其中所述第一成像系統(tǒng)的元件對(duì)于所述全光學(xué)開(kāi)關(guān)還起到場(chǎng)鏡的功能。
3.如權(quán)利要求1所述的本發(fā)明，進(jìn)一步包括一場(chǎng)鏡，從所述第一MEMS裝置反射的光通過(guò)該場(chǎng)鏡。
4.如權(quán)利要求1所述的本發(fā)明，進(jìn)一步包括一曲面反射鏡，被設(shè)置來(lái)執(zhí)行場(chǎng)鏡的功能，并將已經(jīng)從上述第一MEMS裝置反射的光反射到光路上。
5.如權(quán)利要求1所述的本發(fā)明，其中上述第一MEMS裝置為帶反射鏡的MEMS裝置。
6.如權(quán)利要求5所述的本發(fā)明，反射鏡基本上處于所述第一成像系統(tǒng)的焦點(diǎn)處。
7.如權(quán)利要求1所述的本發(fā)明，其中上述第一MEMS裝置具有一對(duì)所述全光學(xué)開(kāi)關(guān)所切換的至少某些波長(zhǎng)的光為透明的區(qū)域。
8.如權(quán)利要求7所述的本發(fā)明，其中所述透明區(qū)域基本上處于所述第一成像系統(tǒng)的焦點(diǎn)處。
9.如權(quán)利要求1所述的本發(fā)明，其中透過(guò)所述第一成像系統(tǒng)的光通過(guò)反射鏡的透明區(qū)域，所述透明區(qū)域?qū)τ伤龉鈱W(xué)系統(tǒng)切換的至少某些波長(zhǎng)是透明的，并且處于所述第一成像系統(tǒng)的光路內(nèi)，而所述反射鏡的其余部分不處于所述成像系統(tǒng)的光路內(nèi)。
10.如權(quán)利要求1所述的本發(fā)明，其中所述第一成像系統(tǒng)為一遠(yuǎn)心光路成像系統(tǒng)。
11.如權(quán)利要求1所述的本發(fā)明，進(jìn)一步包括一第二微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)裝置，其包含第二數(shù)量的微反射鏡；以及一第二成像系統(tǒng)，以其一端與所述第二MEMS裝置光學(xué)耦連，以便在所述第二成像系統(tǒng)與所述第二MEMS裝置耦連的所述端相對(duì)的端部產(chǎn)生所述第二MEMS裝置的象；其中所述第一MEMS裝置的所述象基本上處于所述組的只一個(gè)元件的平面內(nèi)，并且所述第二MEMS裝置基本上位于所述組的另一元件的平面內(nèi)；并且其中由所述第一MEMS裝置的所述微反射鏡的至少一個(gè)反射的光，被所述第二MEMS裝置的所述微反射鏡的至少一個(gè)反射。
12.如權(quán)利要求11所述的本發(fā)明，其中所述第一成像系統(tǒng)和所述第二成像系統(tǒng)共享至少一個(gè)透鏡。
13.一種全光學(xué)開(kāi)關(guān)中使用的方法，包括對(duì)包含第一數(shù)量的微反射鏡的第一微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)裝置進(jìn)行成像，以便基本上在由所述光學(xué)開(kāi)關(guān)的輸入和所述光學(xué)開(kāi)關(guān)的輸出組成的組內(nèi)的至少一個(gè)的平面內(nèi)產(chǎn)生所述第一MEMS裝置的象的步驟。
14.如權(quán)利要求13所述的本發(fā)明，進(jìn)一步包括使形成所述象的光線(xiàn)，當(dāng)其在焦點(diǎn)處相遇時(shí)，基本上通過(guò)包含在反射鏡內(nèi)的透明區(qū)域的步驟。
15.如權(quán)利要求13所述的本發(fā)明，進(jìn)一步包括反射離開(kāi)(off of)所述MEMS裝置上的反射鏡形成所述象的光線(xiàn)的步驟，當(dāng)所述光線(xiàn)基本上在焦點(diǎn)處相遇時(shí)，所述MEMS裝置具有基本上固定的傾斜。
全文摘要
在全光學(xué)開(kāi)關(guān)中，在其微透鏡陣列與MEMS裝置的可移動(dòng)的微反射鏡之間插入一成像系統(tǒng)，以將光束射向及射出可移動(dòng)的微反射鏡。這導(dǎo)致在MEMS裝置處形成該微透鏡陣列的象，反之亦然，因而有效地減小微透鏡陣列與MEMS裝置之間的距離。該成像系統(tǒng)可以是遠(yuǎn)心光路系統(tǒng)。可以通過(guò)使光路緊湊而減小該裝置的尺寸，例如使用適當(dāng)?shù)膫鹘y(tǒng)反射鏡，和/或采用折疊式結(jié)構(gòu)，即在該結(jié)構(gòu)中僅有一個(gè)MEMS裝置臺(tái)，其通過(guò)使用至少一個(gè)傳統(tǒng)的反射鏡執(zhí)行用于輸入和輸出的雙重功能。設(shè)置整個(gè)系統(tǒng)以構(gòu)成所引入的任何變換。
文檔編號(hào)G02B6/35GK1393714SQ02120340
公開(kāi)日2003年1月29日 申請(qǐng)日期2002年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月29日
發(fā)明者約瑟夫·E·福特, 蘭迪·C·吉爾斯, 戴維·T·尼爾森, 羅蘭德·賴(lài)夫 申請(qǐng)人:朗迅科技公司