專利名稱：光束控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請一般地涉及光束控制裝置、包括光束控制裝置的光分插復(fù)用器、用于光束控制的液晶設(shè)備，以及制造用于光束控制的液晶設(shè)備的方法。更特別地，本發(fā)明可涉及極化 (polarisation)分集可重配置光分插復(fù)用器(ROADM)。
背景技術(shù)：
在電信通信系統(tǒng)中，進入設(shè)備的輸入口的光可具有任何可能的極化狀態(tài)并且其可以隨時間變化。如果這種光被路由通過設(shè)備，優(yōu)選的是出現(xiàn)在輸出端口的光具有不取決于輸入極化狀態(tài)的幅度。為了允許對已調(diào)制信號進行操作，設(shè)備或系統(tǒng)優(yōu)選地對極化進行特別處理，即匹配不同極化的光束路徑以允許在不干擾不同極化的光束之間的相對極化的情況下操作。例如，極化不敏感的相位調(diào)制可確保受控或被路由的輸出光束的強度實質(zhì)上不受輸入光束的極化狀態(tài)影響。特別地，極化不敏感的相位調(diào)制可提供已知的、最低的及/或與時間無關(guān)的插入損耗。光學(xué)設(shè)備或系統(tǒng)可使用液晶(LC)。顯示出向列或鐵電LC相的材料中的液晶態(tài)分子通常為棒狀。這種LC分子在任何點的周圍的優(yōu)選取向的方向可用η(—個無量綱的單位向量)表示，其中η和-η完全相等。換句話說，LC設(shè)備具有可認(rèn)為是一個箭頭的液晶指向矢(director)，其表示液晶材料中的液晶態(tài)分子的平均優(yōu)選取向。箭頭的兩個方向(相隔 180度)是相等的。鐵電液晶態(tài)( *)材料在硅基液晶(LCOS)設(shè)備的平面內(nèi)發(fā)生大量切換。當(dāng)電場應(yīng)用到這種設(shè)備上時，指向矢改變其位于該設(shè)備平面內(nèi)的取向。像素陣列切換使得圍繞指向矢錐(director cone)取兩個相對位置中的一個，產(chǎn)生(在一定條件下)具有0和π的雙相位等級的陣列。這種雙相位陣列在設(shè)備輸出平面中產(chǎn)生衍射峰，包括第一級(路由)峰及導(dǎo)致能量損耗及潛在串?dāng)_的不想要的較高對稱級。使用這種效應(yīng)的設(shè)備的損耗將不取決于輸入極化狀態(tài)，即它是極化不敏感的，但將取決于LC層厚度及切換角。LC可提供在硅基液晶(LC0Q設(shè)備內(nèi)，所述設(shè)備具有位于涂覆著反射層的硅基板上的液晶態(tài)材料。可以控制施加到這種反射基板的LC以允許光被反射或阻擋。特別地， LCOS可包括具有覆蓋著LC的反射涂層(例如包括鋁)的硅CMOS芯片，以及覆蓋LC的玻璃。
光束控制領(lǐng)域仍需要進行改善，例如需要減小的插入損耗及/或極化不敏感性的需求。為了用于理解本發(fā)明，參考以下文獻- “ High information-content projection display based on reflective LC-on-silicon light valves" ， R. L. Melcher, Μ. Ohhata, K.Enami, J. SID 6/4(1998)第 253-256 頁)。- " Semiconductor manufacturing techniques for ferroelectric liquidcrystal microdisplays“ ,M. Handschy,Solid State Technology,2000 年 5 月，151-161。“ The Silicon Backplane Design for an LCOS Polarization-Insensitive Phase Hologram SLM " , Moore, J. R. ；Collings, N. ；Crossland 等；IEEE Photonics Tehnology Letters，第 20 卷，第 1 期，2008 年 1 月 1 日，第 60-62 頁。J. Ertel ^“ Design and performance of a reconfigurable liquid crystal based optical add/drop multiplexer" , JLT 24(4) (2006)，第 1674—80 頁。-J. Μ. Roth 等·， " Large-aperture wide field of view optical circulators“，IEEEPTL 17 (10)(2005)，第 2128-30 頁·-US6, 760, 149 “ Compensation of Polarisation Dependent Loss" ,8/7/02, Nortel Networks LTD-US6, 807，371 〃 Reconfigurable Add—Drop Multiplexer " ,27/11/00, Nortel Networks LTD-US2003/0161567" Tunable Wavelength Multiplexer" ，28/2/02， Engana PTY LTD-US2003/0210727 “ Narrowband Filter Method and Apparatus “ ,7/5/02， Engana PTYLTD-US7，092，599〃 Wavelength Manipulation System and Method" ，12/11/03， Engana PTY LTD-US2005/0100277" Wavelength Manipulation System and Method" ，12/11/03， Engana PTYLTD-US2005/0276537" Dual-Source Optical Wavelength Processor" ，14/6/04， Engana PTYLTD-W02006/034533 “ Wavelength Selective Reconfigurable Optical Cross-connect" ，23/9/05，Engana PTYLTD-W02006/047834" Optical Calibration System and Method" ，8/11/04，Engana PTYLTD.-Dynamic digital holographic wavelength filtering ；Parker, M. C. Cohen, A.D.Mears, RJ. ；Fujitsu Telecommun.Europe Ltd.Res. , Colchester ；Journal of Lightwave Technology, Publication Date :1998 年 7 月，16 卷，第 7 期，第 1259-1270 頁-Holographic optical switching :the " ROSES " demonstrator ；Crossland, W. A. , Manolis, I. G. , Redmond, Μ. M.等· ；Journal of Lightwave Technology, 18 (12).第 1845-1854 頁· ISSN 0733-8724-100-GHz-resolution dynamic holographic channel management for WDM ； Cohen, A. D. ；Parker, M. C ；Mears, RJ. IEEE Photonics Technology Letters,第 11 卷，第 7 期，1999年7月，第851-853頁-Design and performance of a versatile holographic liquid-crystal wavelength-selective optical switch ；Fracasso, B. ；de Bougrenet de la Tocnaye, J. L. ；Razzak,M. ；Uche, C. ； Journal of Lightwave Tecgnology,第 21 卷，第 10 其月，2003 年 10 月，第 2405-2411 頁
-A polymer-dispersed liquid crystal-based dynamic gain equalizer ； Barge,Μ. ；Battarel,D. ；de la Tocnaye,J. Ld. B. ；Journal of Lightwave Technology,M 23卷，第8期，2005年8月，第2531-2541頁-Reconfigurable free-space optical cores for storage area networks Wilkinson,T. D. ；Crossland,B. ；Collings, N. ；Fan Zhang ；Fan,Μ. ；IEEE Communications Magazine，第 43 卷，第 3 期，2005 年 3 月，第 93-99 頁-Dynamic WDM equalizer using opto-VLSI beam processing；S. Ahderom ； Μ. Raisi ；K. Ε. Alameh ；K. Eshraghian ；IEEE Photonics Technology Letters,第 15 卷，第 11 期，2003 年 11 月，第 1603-1605 頁-Dynamic holographic spectral equalization for WDM ；Μ. C. Parker ； A. D. Cohen ；R. J. Mears ；IEEE Photonics Technology Letters，第 9 卷，第 4 期，1997 年 4 月，第529-531頁US2002131702 “ Combined multiplexer and demultiplexer for optical communication systems" , Morey William W ；Chen RayT ；Fluisar Corporation.-US2004136071 " Diffractive optics assembly in an optical signal multiplexer/demultiplexer" , Morey William W ；Deng Xuegong ；Chen RayT.-Reflective liquid crystal wavefront corrector used with tilt incidence ；Zhaoliang Cao, Quanquan Mu,等,Applied Optics,第 47 第 11 期，第 1785-1789 頁-Design and performance of a reconfigurable 1iquid-crystal-based optical add/drop multiplexer ；Ertel, J. ；Helbing, R. ；Hoke, C ；Landolt, 0.； Nishimura, K. ；Robrish, P. ；Trutna, R. ；Journal of Lightwave Technology ；第 24 卷，第 4 期，2006 年 4 月，第 1674-1680 頁Five-channel surface-normal wavelength-division demultiplexer using substrate-guided waves in conjunction with a polymer-based Littrow hologram, Maggie M. Li, Ray T Chen, Optics Letter，1/4/95，第 20 卷，第 7 期，第 797 頁-Large-aperture wide field of view optical circulators ；Roth, J. M.； Bland, R. E. ；Libby, S. I. ； IEEE Photonics Technology Letters 第 17 卷，第 10 其月，2005 年10月，第2128-2130頁

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種光束控制裝置，包括分光器，布置為將光束至少分離成具有第一極化的第一部分和具有第二極化的第二部分，所述第一極化與第二極化實質(zhì)上相互正交；第一液晶設(shè)備區(qū)域，布置為接收所述第一部分并且具有實質(zhì)上與所述第一極化對準(zhǔn)的指向矢取向；及第二液晶設(shè)備區(qū)域，布置為接收所述第二部分并且具有實質(zhì)上與所述第二極化對準(zhǔn)的指向矢取向。所述第一及第二液晶設(shè)備區(qū)域可集成為一個單一的硅基液晶(LC0Q元件或設(shè)備，或者可提供在分離的LCOS設(shè)備中。另外，所述區(qū)域的一個或兩者可包括向列液晶。設(shè)備/元件的液晶設(shè)備區(qū)域可分成兩個、三個或更多的集成區(qū)域，相鄰的區(qū)域具有相互正交的指向矢取向。更精確地，單一的LCOS設(shè)備/元件可包括集成到設(shè)備/元件的多個LC區(qū)域，所述多個LC區(qū)域包括上述第一及第二 LC區(qū)域以及至少一個另一 LC區(qū)域，所述區(qū)域的每一個鄰近至少一個其他區(qū)域，其中每對鄰近區(qū)域中的區(qū)域具有相互正交指向矢取向。例如，區(qū)域可布置成一行具有交替指向矢取向的區(qū)域，或布置為一陣列，其中以棋盤格形式交替排列所述指向矢取向。鄰近區(qū)域可直接相鄰。所述光束控制裝置可進一步包括至少一個大孔徑光環(huán)行器，所述環(huán)行器允許將光傳輸至所述分光器并從所述分光器接收光。在另一方面，提供了一種包括上述光束控制裝置的光分插復(fù)用器。因此，上述光束控制裝置可在諸如可重配置光分插復(fù)用器(OADM) (ROADM)的OADM內(nèi)實施。(任何在此涉及的OADM包含R0ADM)。例如，本發(fā)明一個實施例中的所述或每個在ROADM中實施的LCOS可由電信號遠程控制。OADM可縮放為具有例如40-80個口，包括本發(fā)明的多種實現(xiàn)方式。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種用于光束控制的液晶設(shè)備，包括第一液晶區(qū)域；及第二液晶區(qū)域，其中所述第一和第二液晶區(qū)域具有實質(zhì)上相互正交的指向矢取向。這種設(shè)備可提供一種在多種應(yīng)用中方便地實現(xiàn)極化不敏感的光束處理的元件，所述應(yīng)用例如是在OADM或在視頻顯示設(shè)備，特別是在光束被分成正交極化的情況下執(zhí)行光束控制。設(shè)備的所述第一和第二區(qū)域可集成為一個單一 LCOS或可提供在獨立的相應(yīng)LCOS 設(shè)備中。另外，所述區(qū)域的一個或兩者可包括向列液晶。設(shè)備的所述第一和第二液晶區(qū)域中的至少一個可包括位于LCOS上的材料層，所述材料層用于確定指向矢取向。合適的材料可以為氧化硅，例如Si02。多個上述設(shè)備可以在陣列中實現(xiàn)。換句話說，所述設(shè)備的陣列或矩陣(每個設(shè)備具有所述第一和第二液晶區(qū)域)可提供在單一光束控制裝置內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種制造用于光束控制的液晶設(shè)備的方法，所述液晶包括具有第一指向矢取向的第一液晶區(qū)域和具有第二指向矢取向的第二液晶區(qū)域，該方法包括處理所述液晶設(shè)備的所述第一液晶區(qū)域以具有所述第一指向矢取向的步驟，其中所述第一指向矢取向與所述液晶設(shè)備的所述第二液晶區(qū)域的所述第二指向矢取向?qū)嵸|(zhì)上相互正交。所述方法可進一步包括處理所述設(shè)備的第二液晶區(qū)域以具有所述第二指向矢取向的步驟。該第二步驟是否必需可取決于原始LC是否具有已知指向矢取向。所述第一和第二步驟可包括材料層(例如SiOx或SiO2,如上所述)沉積、研磨 (rubbing)和光控對準(zhǔn)(photoalignment)中的至少一個。例如，所述沉積之后可進行研磨或光控對準(zhǔn)。更詳細(xì)地，所述沉積可包括蒸發(fā)、印刷或旋轉(zhuǎn)涂布，并且所述材料層可沉積在 LCOS的反射涂層的頂部。根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供一種光束控制裝置，包括分光器，布置為將光束至少分成具有第一極化的第一部分和具有第二極化的第二部分，所述第一極化和第二極化實質(zhì)上相互正交；第一液晶設(shè)備區(qū)域，具有第一指向矢取向和布置為接收所述第一部分的第一表面區(qū)域；及第二液晶設(shè)備區(qū)域，具有第二指向矢取向和布置為接收所述第二部分的第二表面區(qū)域；其中所述第一液晶設(shè)備區(qū)域布置為使得所述第一部分的極化在所述第一部分入射到所述第一表面區(qū)域上時與所述第一指向矢取向成第一角度，所述第二液晶設(shè)備區(qū)域布置為使得所述第二部分的極化在所述第二部分入射到所述第二表面區(qū)域上時與所述第二指向矢取向成第二角度，并且所述第一角度和第二角度之一實質(zhì)上為+45度并且所述第一角度和第二角度中的另一個實質(zhì)上為-45度。因此，例如，光束可分成兩個相互正交部分，其平行入射到具有單一指向矢取向的單一 LCOS上。當(dāng)所述正交光束部分入射到LCOS上時，平行于所述指向矢取向并且垂直于所述設(shè)備平面的平面可平分由這些部分限定的大約90度的角。兩個入射光束中任一個經(jīng)歷的有效折射率可取決于該光束的電場矢量的相對取向(由極化狀態(tài)確定)以及所述設(shè)備內(nèi)對準(zhǔn)的LC材料的光學(xué)指標(biāo)。指向矢在LCOS設(shè)備平面上的投影可以為與第一入射光束部分的極化成+45度，并且指向矢在LCOS設(shè)備平面上的投影可以為與第二入射光束部分的極化成-45度。因此，一個實施例可布置為使得第一及第二角度中的一個大約為+45度并且所述角度的另一個大約為-45度。此外，盡管有利的是所述角度大小相等，該幅度可并非必須為正好45度，雖然這種角度可能產(chǎn)生最小的插入損耗。根據(jù)第四方面的裝置的第一和第二液晶區(qū)域取向可包括向列液晶。因此，可開發(fā)向列LC的特性，例如在LC設(shè)備的平面外切換，從而允許模擬相位控制并減小插入損耗。另外，那些區(qū)域的所述第一和第二指向矢取向可實質(zhì)上彼此對準(zhǔn)。如果例如第一和第二液晶區(qū)域集成為以單一 LCOS時，這尤其如此。第四方面的裝置可進一步包括至少一個大孔徑光環(huán)行器，其布置為將光傳輸至所述分光器并從其上接收光。如果裝置用于規(guī)?；O(shè)備中時，這可能特別有利，所述設(shè)備具有對應(yīng)于波分復(fù)用(WDM)系統(tǒng)中的多個(例如80個)波長端口的高密度光束控制元件。根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供一種光束控制的方法，包括將光束至少分成具有第一極化的第一部分和具有第二極化的第二部分，所述第一極化和第二極化實質(zhì)上相互正交；傳輸所述第一部分，使得所述第一部分的極化在入射到第一表面區(qū)域上時與第一指向矢取向成第一角度，第一液晶設(shè)備區(qū)域具有所述第一指向矢取向和所述第一表面區(qū)域；傳輸所述第二部分，使得所述第二部分的極化在入射到第二表面區(qū)域上時與第二指向矢取向成第二角度，第二液晶設(shè)備區(qū)域具有所述第二指向矢取向和所述第二表面區(qū)域，其中所述第一角度和第二角度的幅度實質(zhì)上相等。在第五方面，所述第一及第二角度的符號可相反。更特別地，第一及第二角度中的一個可大約為+45度而另一個角度大約為-45度。根據(jù)其他方面，本發(fā)明對上述的裝置、設(shè)備及根據(jù)上述方法制成的裝置、包括上述裝置或設(shè)備的系統(tǒng)，或使用上述方法實現(xiàn)的系統(tǒng)中的每一個提供相應(yīng)的方法。優(yōu)選的實施例在所附從屬權(quán)利要求中進行了限定。


為了更好地理解本發(fā)明并且為了示出如何應(yīng)用本發(fā)明，現(xiàn)在可通過示例的方式參考附圖，其中圖1示出應(yīng)用兩個LCOS方案的第一個實施例；圖2示出應(yīng)用單個LCOS方案的第二個實施例；；圖3示出第三個實施例，其中單一 LCOS被分成具有正交指向矢取向的兩個區(qū)域；以及圖4示出第四個實施例，其中單一 LCOS始終具有實質(zhì)上相同的指向矢取向。
具體實施例方式在此描述的實施例適用于光束控制。這種控制可包含，例如，選擇性波長切換，例如在光分插復(fù)用器中。本發(fā)明的任何實施例的任何實現(xiàn)方式中的任何光束的極化可在龐加萊 (Poincare)球上的任意一點處，例如，可為線性或圓形的。在任何以下描述的實施例中，輸入光可被分成(例如，使用極化束分光器(PBS)) 兩個相互正交分量，其在空間采取分離的路徑直至在所述分量上執(zhí)行切換為止。也就是說， 在切換之前分量可不再重新組合。因為，總體上，不論輸入極化狀態(tài)是什么，它總是能由兩個相互正交的線性極化狀態(tài)而表示，用這樣的方式將入射光分成兩個分量可意味著無理論上的損耗。如果入射光束的極化改變，可簡單地以兩個入射光束之間不同比例來耦合光，即一個光束的損耗為另一個光束的增益。如果兩個光束觀察到相同的相位調(diào)制(相位調(diào)制可將光束路由至輸出端口)，那么設(shè)備可變得極化不敏感。因此，在此描述的任何實施例可提供一種極化不敏感的相位調(diào)制方法。在本發(fā)明的實施例中，可通過以下來改進極化不敏感度(a)在相同設(shè)備的兩個不同區(qū)域內(nèi)，或在兩個設(shè)備之間旋轉(zhuǎn)指向矢(而不是極化方向)從而兩個光束觀察到相同的折射率形狀(profile)。因此，LCOS可分成帶有實質(zhì)上正交的指向矢取向的兩個區(qū)域。這可通過沉積材料層例如SiOx(例如Si02)而達到，并且沉積可伴隨例如研磨或光控對準(zhǔn)技術(shù)。沉積可包含蒸發(fā)、印刷或旋轉(zhuǎn)涂布。材料層可沉積在LCOS折射涂層之上。(b)確定兩個分量的取向從而它們的極化狀態(tài)關(guān)于指向矢形成相同的非零角度 (例如，實質(zhì)上45度，角度可在符號上相反)。例如提供LC0S，其分為兩個區(qū)域但始終具有相同的指向矢取向?？稍谝粋€LCOS中或分別在相應(yīng)的LCOS中提供兩個區(qū)域。兩個輸入極化狀態(tài)的取向可為固定的，從而它們以實質(zhì)上45度的角度到達指向矢的任一側(cè)。單一 LCOS方案可減少在規(guī)模化設(shè)備中的成本，例如，具有例如40-80個端口的 OADM。如果更多相位等級是可用的，則可減少不想要的級數(shù)、損耗和串?dāng)_。然而，很難通過使用在設(shè)備的平面中切換的LC材料來實現(xiàn)這一點。如果指向矢傾斜入設(shè)備，則更多的相位等級是可能的。在這種情況下，可能不能保證極化不敏感相位調(diào)制，并且需采取一些步驟以確保極化不敏感操作。一種想法是引進四分之一波片。特別有利地，根據(jù)任何在此描述的實施例的本發(fā)明使用向列液晶。向列液晶(LC)材料可在LC設(shè)備的平面以外切換。因此，當(dāng)這種向列液晶的指向
矢不與光束的極化對準(zhǔn)時，光束觀察到通常的LC折射率(η·1·)。而且，施加至向列LC的
電場可以模擬形式使指向矢傾斜到設(shè)備的平面之外，從而實現(xiàn)模擬相位等級。這可，例如， 允許將閃耀(blazed)的相位形狀寫入設(shè)備。這種相位形狀可使用于控制輸出光束至輸出端口，而不產(chǎn)生第二級和更高級的點。但是，由于向列液晶通常為光學(xué)各向異性的(通常為單軸的)，由入射光線的電場矢量所經(jīng)歷的折射率可取決于關(guān)于光軸的電場矢量取向。在這樣的情況中，液晶設(shè)備不是極化不敏感的。因此，有利的是應(yīng)用確保極化不敏感性的方法?？煽刂迫肷涫臉O化狀態(tài)從而二者可觀察到相同的折射率(優(yōu)選為nil，以確保最大的相位深度)(‘11’指平行于指向矢)。本發(fā)明的第一個實施例使用兩個LCOS方案，例如在兩個設(shè)備之間旋轉(zhuǎn)指向矢，每個設(shè)備具有LCOS區(qū)域，從而如上述中光的兩束可觀察到相同的折射率形狀。這樣的實施例顯示于圖1中。在第一個實施例(或任一本發(fā)明的其他實施例)的任一或兩個LC區(qū)域中的指向矢旋轉(zhuǎn)可通過沉積(例如，蒸發(fā))來完成，這可伴隨以研磨對準(zhǔn)和/或光控對準(zhǔn)。這些技術(shù)的任一種可使制作更容易。特別的，沉積可包含蒸發(fā)、印刷或旋轉(zhuǎn)涂布。如圖1進一步顯示，可在切換之前執(zhí)行波長分離。輸入光可分離為具有正交極化狀態(tài)的兩束。將每束導(dǎo)向它自己的LCOS設(shè)備。LCOS設(shè)備具有實質(zhì)上相互正交的排列方向。 選擇光的極化取向狀態(tài)和在LCOS中的排列方向以使二者實質(zhì)上在每個LCOS處平行，從而兩個光束實質(zhì)上地觀察到顯示的整個深度的相位調(diào)制圖案。如果兩個極化實質(zhì)上地觀察到相同的相位形狀，設(shè)備可以是極化不敏感的。如果輸入光束沒有被分離為正交極化狀態(tài)的兩束，可能需要使用在設(shè)備中集成的四分之一波片(通常地，雙折射水晶)以旋轉(zhuǎn)反射的入射光束的極化狀態(tài)?？赡苄枰@樣做來確保所有的極化狀態(tài)在穿過設(shè)備時經(jīng)歷相同的凈折射率形狀并且因此經(jīng)歷相同的相位延遲。這種波片可對設(shè)備響應(yīng)時間或分辨率引入限制。因此，第一實施例可增加了可用電場，其可應(yīng)用至LC層，不通過使用四分之一波片以確保極化不敏感性。這種波片可進一步對設(shè)備響應(yīng)時間或分辨率引入限制。特別地，在LCOS結(jié)構(gòu)中(例如包含硅CMOS像素、液晶和玻璃)插入四分之一波片可能要求直接在像素之上提供波片。這可具有副作用，例如波片上的電壓降減少了至LC的電壓，和/或場傳播。例如圖1的實施例，可進一步使用大孔徑光環(huán)行器。在分離來自多個信道的波長時大孔徑光環(huán)行器是有利的，由于它可使得避免在本發(fā)明實施例的PBS上的損耗。合適的環(huán)行器可在論文 M. Roth 等的 “Large-aperture wide field of view optical circulators”，IEEE PTL 17 (10) (2005)，第 2128-30 頁中得到描述。依據(jù)此論文的摘要，描述了用于在1.陽μ m處大孔徑取向束分離的自由空間光環(huán)行器。設(shè)備使用非磁的法拉第旋轉(zhuǎn)器和聚合物真零階波片以產(chǎn)生Ilmm的清楚孔徑，高至lOOW/cm2的高能處理， 以及a士 10°的視場。對可用于本發(fā)明的實施例的大孔徑環(huán)行器的更完整的描述可參考上述整篇文章。上述實施例同樣可使用單個LCOS來實現(xiàn)，其中處理LCOS以具有兩個液晶區(qū)域。類似地，在本發(fā)明的進一步實施例中，如圖2-4所示，可使用單個或多個LCOS。例如，如顯示于圖2中的第二實施例使用單個LCOS方案。在這種情況下，LCOS可分為帶有正交指向矢取向的兩個區(qū)域，或LCOS整體可具有相同的取向但兩個入射極化狀態(tài)的取向得到旋轉(zhuǎn)，例如，從而每個入射極化狀態(tài)的取向以相同的非零角度(例如，45度) 到達指向矢的任一側(cè)。圖1和圖2示出了使用具有正交排列液晶指向矢的液晶設(shè)備(作為兩個LCOS設(shè)備，或單個帶有兩個分離區(qū)域的LCOS設(shè)備，其中，兩個分離區(qū)域具有正交排列的液晶指向矢)實現(xiàn)極化不敏感光束控制系統(tǒng)的兩個可能方法。使用正交排列LC指向矢的想法通常對使用相位調(diào)制的任何液晶設(shè)備都適用，例如閃耀光柵，如在本說明書后面參考閃耀相位形狀時所提到。所述/每個液晶設(shè)備包含多個像素和/或可為相位調(diào)制液晶設(shè)備，例如全息圖或光柵，例如閃耀光柵。在如圖3所示的第三個實施例中，正交極化指向不同區(qū)域，例如單一 LCOS設(shè)備的一半。設(shè)備可被處理為針對區(qū)域的LC指向矢具有實質(zhì)上相互正交的排列。例如，可以下面方式通過圖3的實施例修改輸入光的相位(1)輸入光纖端口引導(dǎo)光通過成像光學(xué)器件，使得其形成平面相前(planar phase front)ο(2)該相前通過極化光束分光器使得其被分成兩個相互正交極化狀態(tài)的光束。(3)光束被引導(dǎo)至LCOS設(shè)備的不同區(qū)域。所述LCOS設(shè)備包含均勻排列的向列LC 材料。(4)LCOS設(shè)備被分成兩個尺寸相等的區(qū)域。在這兩個區(qū)域中引入的對準(zhǔn)處理作用為確保LC指向矢相互正交，S卩，區(qū)域1的指向矢與區(qū)域2的指向矢正交。這可例如通過以合適的掩膜蒸發(fā)SiOx(例如SiO2)獲得。(5)兩個入射到LCOS上的光束的極化狀態(tài)相互正交并且被引導(dǎo)至LCOS設(shè)備合適的半部分，使得每一個極化可‘觀察到’相同的相位形狀(參考圖2、。以這樣的方式，兩個光束可觀察到旋轉(zhuǎn)LC指向矢在尋址電場作用下的整個潛在相位調(diào)制深度。(6)如果兩個極化‘觀察到’相同的相位形狀，那么設(shè)備可以是極化不敏感的。(7) LCOS相位形狀最簡單的采取衍射光柵的形式，并且最復(fù)雜時采取全息陣列的形式。該相位形狀用于控制光到達所選的輸出端口，或者將光分離到多于一個的輸出端口。(8)LCOS設(shè)備使用相位形狀以將光偏轉(zhuǎn)到合適的輸出端口。(9)光束到達輸出端口之前，已重組兩個極化狀態(tài)。在諸如圖4所示的實施例中，光可分成兩個實質(zhì)上相互正交的極化狀態(tài)(Pl，P2) 并且這些狀態(tài)可被排列以使得它們以大約45度的角度到達材料，例如如上(b)所述。如果兩個分量的極化狀態(tài)位于相對于液晶指向矢的同一角度(盡管符號相反)，每個電場矢量可經(jīng)歷相同的潛在相位調(diào)制深度。特別地，對于兩個相互正交的入射極化狀態(tài)，該技術(shù)可允許只有平行于指向矢在入射平面上的投影的電場矢量的分量實際上觀察到相位形狀。這種實施例可例如具有3dB的固定損耗。因此，在第四實施例中，兩個光束的極化狀態(tài)有利地相互正交并且位于與液晶指向矢成大約45度的角度，所述角度具有彼此相反的符號。這種實施例可允許設(shè)備變成極化不敏感。在第四實施例中，分光器可將光束至少分成具有第一極化的第一部分和具有第二極化的第二部分，所述第一及第二極化實質(zhì)上相互正交。具有第一指向矢取向的第一液晶設(shè)備區(qū)域可接收第一部分，相似的，具有第二指向矢取向的第二液晶設(shè)備區(qū)域可接收第二部分。特別地，第一及第二指向矢取向可實質(zhì)上對準(zhǔn)。另外，第一極化可與實質(zhì)上和所述指向矢取向?qū)?zhǔn)的平面成第一角度，第二極化與該平面成第二角度。以這樣的方式，第一和第二角度可實質(zhì)上相等并具有相反的符號，例如一個角度大約為+45度而另一個角度大約為-45度。因此，實質(zhì)上與所述第一及第二指向矢取向?qū)?zhǔn)的平面可平分由第一和第二光束部分限定的入射角度，以將相同的角度延伸至這些部分的每一個，雖然符號相反。特別地，可以下面方式通過如圖4所示的第四實施例修改入射光的相位。(1)輸入光纖端口引導(dǎo)光通過成像光學(xué)器件，使得其形成平面相前。(2)該平面相前通過極化光束分光器，使得其被分成兩個相互正交極化狀態(tài)的光束ο(3)光束被引導(dǎo)至LCOS設(shè)備的不同區(qū)域。所述LCOS設(shè)備包含均勻排列的向列LC 材料，均具有單一指向矢取向。LCOS設(shè)備被分成兩個尺寸相等的區(qū)域。(4)LCOS設(shè)備內(nèi)的液晶指向矢的取向及從極化光束分光器發(fā)射的兩個正交極化狀態(tài)的取向相對于彼此固定，使得兩個極化狀態(tài)的電場矢量均與光軸形成相同角度，即45度。(5)以這樣的方式，兩個光束觀察到相同的有效折射率以及旋轉(zhuǎn)LC指向矢在尋址電場作用下的相同的相位調(diào)制深度。(6)由于兩個極化‘觀察到’相同的相位平面，那么設(shè)備可以為極化不敏感的(然而，該技術(shù)帶來下面所示的3dB的固定損耗)。(7)LCOS相位形狀最簡單的采取衍射光柵的形式，并且最復(fù)雜時采取全息陣列的形式。該相位形狀用于控制光到達所選的輸出端口，或者將光分離到多于一個的輸出端口。(8)光束到達輸出端口之前，已重組兩個極化狀態(tài)。如上關(guān)于第一實施例所述，第二至第四實施例可相似地不需要四分之一波片以確保極化不敏感性并且因此向列設(shè)備的速度和分辨率可保持最佳。當(dāng)只使用一個LCOS時，與兩個LCOS方案相比可降低成本。此外，光學(xué)損耗可降低。進一步相似地，在第二至第四實施例中可使用研磨對準(zhǔn)、沉積及/或光控對準(zhǔn)以使得制造更簡單。本發(fā)明的任何實施例的剩余損耗可通過使用放大設(shè)備補償。備選地，任何光損耗可用于分波，監(jiān)控信號及用于其它目的。為了進一步在在此所述的任何實施例中改善極化的處理，一個其它元件可加入分離光束的一個或兩者的路徑中，所述元件具有合適的形狀(例如矩形)以確保光學(xué)匹配路徑長度。這種元件可例如為玻璃棱鏡。此外，在上述實施例中的任一個中，在光束分光器(例如PBQ和LCOS元件之間沒有物理間隔。上述實施例中的任一個可在光分插復(fù)用器(OADM)內(nèi)實施，諸如可重配置 OADM(ROADM)。任何這種OADM可縮放為以例如40，60或80個的多個輸入及輸出端口來實施本發(fā)明的實施例。毫無疑問，對技術(shù)人員來說將存在本發(fā)明的許多其他有效備選實施例。應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明不限于所述的實施例，并且包含位于在此隨附的權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)的對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯然的修改。
權(quán)利要求
1.一種光束控制裝置，包括分光器，布置為將光束至少分離成具有第一極化的第一部分和具有第二極化的第二部分，所述第一極化與第二極化實質(zhì)上相互正交；第一液晶設(shè)備區(qū)域，布置為接收所述第一部分并且具有實質(zhì)上與所述第一極化對準(zhǔn)的指向矢取向；及第二液晶設(shè)備區(qū)域，布置為接收所述第二部分并且具有實質(zhì)上與所述第二極化對準(zhǔn)的指向矢取向。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光束控制裝置，其中所述第一液晶設(shè)備區(qū)域和第二液晶設(shè)備區(qū)域集成為單一的硅基液晶元件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光束控制裝置，進一步包括至少一個大孔徑光環(huán)行器，所述大孔徑光環(huán)行器布置為將光傳輸至所述分光器并從所述分光器接收光。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項所述的光束控制裝置，其中所述第一液晶設(shè)備區(qū)域和第二液晶區(qū)域中的至少一個包括向列液晶。
5.一種包括前述權(quán)利要求中任一項所述的光束控制裝置的光分插復(fù)用器。
6.一種用于光束控制的液晶設(shè)備，包括第一液晶區(qū)域；及第二液晶區(qū)域，其中所述第一液晶區(qū)域和第二液晶區(qū)域具有實質(zhì)上相互正交的指向矢取向。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的液晶設(shè)備，其中所述第一液晶區(qū)域和第二液晶區(qū)域集成為單一的硅基液晶元件。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的液晶設(shè)備，其中所述單一的硅基液晶元件包括集成到所述元件的多個液晶區(qū)域，所述多個液晶區(qū)域包括所述第一液晶區(qū)域和第二液晶區(qū)域以及至少一個另一液晶區(qū)域，所述多個液晶區(qū)域的每一個鄰近所述多個液晶區(qū)域中的至少一個其他液晶區(qū)域，其中每對鄰近液晶區(qū)域中的液晶區(qū)域具有相互正交的指向矢取向。
9.根據(jù)權(quán)利要求6-8中任一項所述的液晶設(shè)備，其中所述第一液晶區(qū)域和第二液晶區(qū)域中的至少一個包括位于硅基液晶元件上的材料層，所述材料層用于確定所述至少一個液晶區(qū)域的指向矢取向。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的液晶設(shè)備，其中所述材料為氧化硅。
11.根據(jù)權(quán)利要求6-10中任一項所述的液晶設(shè)備，其中第一液晶區(qū)域和第二液晶區(qū)域中的至少一個包括向列液晶。
12.一種用于制造用于光束控制的液晶設(shè)備的方法，所述液晶包括具有第一指向矢取向的第一液晶區(qū)域和具有第二指向矢取向的第二液晶區(qū)域，該方法包括將所述液晶設(shè)備的所述第一液晶區(qū)域處理成具有所述第一指向矢取向的步驟，其中所述第一指向矢取向與所述液晶設(shè)備的所述第二液晶區(qū)域的所述第二指向矢取向?qū)嵸|(zhì)上相互正交。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的制造液晶設(shè)備的方法，進一步包括將所述液晶設(shè)備的第二液晶區(qū)域處理成具有所述第二指向矢取向的第二步驟。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的制造液晶設(shè)備的方法，所述第一和第二步驟中的至少一個可包括研磨、沉積及光控對準(zhǔn)中的至少一個。
15.一種光束控制裝置，包括分光器，布置為將光束至少分成具有第一極化的第一部分和具有第二極化的第二部分，所述第一極化和第二極化實質(zhì)上相互正交；第一液晶設(shè)備區(qū)域，具有第一指向矢取向和布置為接收所述第一部分的第一表面區(qū)域；及第二液晶設(shè)備區(qū)域，具有第二指向矢取向和布置為接收所述第二部分的第二表面區(qū)域；其中所述第一液晶設(shè)備區(qū)域布置為使得所述第一部分的極化在入射到所述第一表面區(qū)域上時與所述第一指向矢取向成第一角度，所述第二液晶設(shè)備區(qū)域布置為使得所述第二部分的極化在入射到所述第二表面區(qū)域上時與所述第二指向矢取向成第二角度，并且所述第一角度和第二角度之一實質(zhì)上為+45度并且所述第一角度和第二角度中的另一個實質(zhì)上為-45度。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置，其中所述第一指向矢取向和第二指向矢取向?qū)嵸|(zhì)上彼此對準(zhǔn)。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的光束控制裝置，其中所述第一液晶設(shè)備區(qū)域和第二液晶設(shè)備區(qū)域集成為單一的硅基液晶元件。
18.根據(jù)權(quán)利要求15-17中任一項所述的光束控制裝置，進一步包括至少一個大孔徑光環(huán)行器，所述大孔徑光環(huán)行器布置為將光傳輸至所述分光器并從所述分光器接收光。
19.根據(jù)權(quán)利要求15-18中任一項所述的光束控制裝置，其中所述第一液晶設(shè)備區(qū)域和第二液晶區(qū)域中的至少一個包括向列液晶。
20.一種光束控制方法，包括將光束至少分成具有第一極化的第一部分和具有第二極化的第二部分，所述第一極化和第二極化實質(zhì)上相互正交；傳輸所述第一部分，使得所述第一部分的極化在入射到第一表面區(qū)域上時與第一指向矢取向成第一角度，第一液晶設(shè)備區(qū)域具有所述第一指向矢取向和所述第一表面區(qū)域；傳輸所述第二部分，使得所述第二部分的極化在入射到第二表面區(qū)域上時與第二指向矢取向成第二角度，第二液晶設(shè)備區(qū)域具有所述第二指向矢取向和所述第二表面區(qū)域，其中所述第一角度和第二角度的幅度實質(zhì)上相等。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中所述第一角度和第二角度的符號相反。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述第一角度和第二角度中的一個實質(zhì)上為 +45度而所述第一角度和第二角度中的另一個實質(zhì)上為-45度。
全文摘要
本發(fā)明涉及光束控制。描述了一種光束控制裝置，包括分光器，布置為將光束至少分離成具有第一極化的第一部分和具有第二極化的第二部分，所述第一極化與第二極化實質(zhì)上相互正交；第一液晶設(shè)備區(qū)域，布置為接收所述第一部分并且具有實質(zhì)上與所述第一極化對準(zhǔn)的指向矢取向；及第二液晶設(shè)備區(qū)域，布置為接收所述第二部分并且具有實質(zhì)上與所述第二極化對準(zhǔn)的指向矢取向。
文檔編號G02F1/29GK102282509SQ200980154580
公開日2011年12月14日 申請日期2009年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月14日
發(fā)明者大衛(wèi)·紐吉特, 威廉·克勞斯蘭德, 尼爾·柯林斯, 布萊恩·羅伯遜, 約翰·R·摩爾, 莫拉·M·萊德蒙德 申請人:劍橋企業(yè)有限公司