專利名稱：具有會(huì)聚光束的微機(jī)電系統(tǒng)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)裝置的技術(shù)，并且尤其涉及使用MEMS裝置的全光學(xué)開(kāi)關(guān)。
背景技術(shù)：
全光學(xué)開(kāi)關(guān)的一個(gè)解決方案使用兩個(gè)MEMS裝置，每個(gè)包括一個(gè)可傾斜微反射鏡如小反射鏡陣列，能夠反射光，這里是指感興趣波長(zhǎng)的任何輻射，無(wú)論其是否位于可見(jiàn)光譜。通過(guò)使用第一光學(xué)MEMS裝置上的與輸入光纖相連的第一微反射鏡使光轉(zhuǎn)向與輸出光纖相連的第二光學(xué)MEMS裝置上的第二微反射鏡，為從一個(gè)輸入源如光纖到一個(gè)輸出如輸出光纖的光建立一條光路。然后第二微反射鏡使光轉(zhuǎn)向輸出光纖。與系統(tǒng)相連的每個(gè)光纖看作系統(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，從輸入光纖導(dǎo)向第一光學(xué)MEMS裝置的第一微反射鏡的光首先通過(guò)與其相連且為一個(gè)輸入微透鏡陣列一部分的一個(gè)微透鏡。每個(gè)微透鏡的功能是使由其各個(gè)相連的輸入光纖提供的光束準(zhǔn)直?；蛘撸跇?gòu)成準(zhǔn)直儀的裝置中，一個(gè)透鏡可以與光纖束的每個(gè)光纖結(jié)合，以代替使用單獨(dú)的微透鏡陣列。在全光學(xué)開(kāi)關(guān)的輸出部分介于輸出MEMS裝置與輸出光纖束之間還可以發(fā)現(xiàn)一個(gè)類似的微透鏡陣列或準(zhǔn)直儀的裝置。在該輸出部分，每個(gè)微透鏡的功能是將光束耦合到其各個(gè)相連的輸出光纖。
目前，通過(guò)向一個(gè)或多個(gè)電極施加合適的電壓來(lái)設(shè)置微反射鏡的傾斜角。不幸地，使用目前的靜電角度控制技術(shù)，對(duì)于一個(gè)特定控制電壓的傾斜結(jié)果是高度非線性的。因此，要求的傾斜較小得到所需的角度就可以更精確。因此，全光學(xué)開(kāi)關(guān)傾向于在MEMS裝置之間包括所謂“場(chǎng)鏡”的功能。場(chǎng)鏡使從MEMS裝置上的不傾斜的反射鏡反射的光束會(huì)聚。這用于將入射在每個(gè)微反射鏡上的光的角度轉(zhuǎn)換成該光將從該微反射鏡反射引向的位置，由此允許所有輸入微反射鏡都是均勻的。均勻意味著具有相同傾斜的所有微反射鏡都將其光引向相同的位置。此外，場(chǎng)鏡使通過(guò)它的每個(gè)光束重新聚焦，因此減少了損耗。但是，使用場(chǎng)鏡并未減小輸入與輸出MEMS裝置之間所需的距離。
因?yàn)槿鈱W(xué)開(kāi)關(guān)典型地由幾組反射鏡構(gòu)成，合作將光從任何輸入端口轉(zhuǎn)換到任何輸出端口，所以整個(gè)系統(tǒng)需要對(duì)準(zhǔn)以獲得最好的可能的光學(xué)連接，即從輸入到輸出的損耗最小。為此必須確定需要在控制每個(gè)反射鏡的電極上施加多大的電壓以在它與相對(duì)組的每個(gè)其它反射鏡之間獲得最好的連接，以及還需要在每個(gè)相對(duì)的反射鏡的電極上施加多大的電壓。這個(gè)確定電壓的過(guò)程稱為“訓(xùn)練”。當(dāng)使用場(chǎng)鏡時(shí)，整個(gè)光學(xué)開(kāi)關(guān)必須作為一個(gè)單元來(lái)訓(xùn)練，因?yàn)橛捎诟鱾€(gè)場(chǎng)鏡以及安裝位置的變化造成一個(gè)系統(tǒng)與下一個(gè)系統(tǒng)之間存在變化。該訓(xùn)練過(guò)程很耗時(shí)并且如果需要替換任何元件則必須重做。

發(fā)明內(nèi)容
我們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，該場(chǎng)鏡可以刪去，根據(jù)本發(fā)明的原理，通過(guò)使一個(gè)MEMS裝置與一個(gè)輸入源或一個(gè)輸出例如光纖束之間的光束在MEMS裝置處比光纖束處彼此更接近，可以保持與系統(tǒng)中包括一個(gè)場(chǎng)鏡的相同的效果。這可以用各種方式實(shí)現(xiàn)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，其中每個(gè)光纖與一個(gè)微透鏡陣列的各個(gè)微透鏡相連，通過(guò)保證相鄰微透鏡中心之間的距離與其對(duì)應(yīng)的相鄰光纖中心之間的距離不同。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，其中光纖終止于準(zhǔn)直儀，準(zhǔn)直儀的方向可以調(diào)節(jié)為以會(huì)聚方式指向光束。在本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例中，改變各個(gè)光束方向的一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)可以介于a)光纖束，以及任何相連的微透鏡陣列或準(zhǔn)直儀，與b)對(duì)應(yīng)的MEMS裝置之間。這樣一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)可以是任何聚焦透鏡裝置、一個(gè)多棱鏡裝置以及每個(gè)反射鏡傾斜以會(huì)聚方式指向光束的一個(gè)多反射鏡裝置。此外，該光學(xué)系統(tǒng)可以與一個(gè)成像系統(tǒng)組合以使該微透鏡或準(zhǔn)直儀成像到該MEMS裝置。


在圖中圖1顯示根據(jù)本發(fā)明的原理用于執(zhí)行光學(xué)開(kāi)關(guān)的一個(gè)示例性裝置；圖2顯示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面用于使一個(gè)全光學(xué)開(kāi)關(guān)中的光束會(huì)聚或能夠接收發(fā)散光束的另一個(gè)裝置；圖3顯示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面用于使一個(gè)全光學(xué)開(kāi)關(guān)中的光束會(huì)聚或能夠接收發(fā)散光束的又一個(gè)裝置；圖4顯示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面用于使一個(gè)全光學(xué)開(kāi)關(guān)中的光束會(huì)聚或能夠接收發(fā)散光束的一個(gè)進(jìn)一步的裝置；圖5顯示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面用于使一個(gè)全光學(xué)開(kāi)關(guān)中的光束會(huì)聚或能夠接收發(fā)散光束的又一個(gè)裝置；以及圖6顯示根據(jù)本發(fā)明的原理用于執(zhí)行光學(xué)開(kāi)關(guān)的一個(gè)示例性裝置，該裝置在MEMS裝置與一個(gè)光纖束之間使用一個(gè)成像系統(tǒng)，使該光纖束成像到該MEMS裝置上，并且使光束在輸入處會(huì)聚或在輸出處發(fā)散。
具體實(shí)施例方式
以下僅說(shuō)明本發(fā)明的原理。因此將意識(shí)到那些熟練的技術(shù)人員能夠設(shè)計(jì)那些盡管未在此明確描述或顯示，但體現(xiàn)本發(fā)明的原理以及包括在其精神和范圍內(nèi)的各種裝置。此外，這里所述的所有例子及條件語(yǔ)言主要是明確地打算僅用于教學(xué)目的，以幫助讀者理解本發(fā)明的原理及由發(fā)明者提供的概念以促進(jìn)該技術(shù)，并且應(yīng)解釋為不限于這些明確描述的例子及條件。此外，這里描述本發(fā)明的原理、方面及實(shí)施例的所有陳述，與其特定例子一樣，都打算包含其結(jié)構(gòu)及功能的等價(jià)物。此外，打算這些等價(jià)物既包括目前已知的等價(jià)物，也包括將來(lái)研制的等價(jià)物，即無(wú)論結(jié)構(gòu)如何，研制的執(zhí)行相同功能的任何元件。
因此，例如，那些熟練的技術(shù)人員將意識(shí)到這里的任何框圖都表示體現(xiàn)本發(fā)明原理的示例性電路的概念性視圖。類似地，將意識(shí)到任何流程圖、程序框圖、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖、偽代碼等等都表示可在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上完全表示并由計(jì)算機(jī)或處理器如此執(zhí)行的各種程序，無(wú)論這樣的計(jì)算機(jī)或處理器是否被明確顯示。
圖中所示各種元件的功能，包括標(biāo)記為“處理器”的任何功能塊，可以通過(guò)使用專用硬件或者能夠執(zhí)行軟件的硬件結(jié)合合適的軟件提供。當(dāng)由一個(gè)處理器提供時(shí)，功能可以由單個(gè)專用處理器、由單個(gè)共享處理器或由多個(gè)單獨(dú)處理器提供，多個(gè)單獨(dú)處理器中一些可以是共享處理器。此外，明確使用術(shù)語(yǔ)“處理器”或“控制器”不應(yīng)解釋為專門(mén)指能夠執(zhí)行軟件的硬件，還可以隱含地?zé)o限制地包括數(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)及非易失性存儲(chǔ)器。也可以包括常規(guī)的和/或定制的其它硬件。類似地，圖中顯示的任何開(kāi)關(guān)都僅是概念上的。其功能可以通過(guò)程序邏輯的操作、通過(guò)專用邏輯、通過(guò)程序控制與專用邏輯的相互作用或者甚至是手動(dòng)地實(shí)現(xiàn)，詳細(xì)技術(shù)可由實(shí)施者在對(duì)上下文更確切地理解時(shí)選擇。
在其權(quán)利要求書(shū)中作為用于執(zhí)行特定功能的設(shè)備表示的任何元件都打算包含執(zhí)行該功能的任何方式，包括，例如，a)執(zhí)行該功能的電路元件的組合或者b)任何形式的軟件，包括，因此，固件、微碼等等，與用于執(zhí)行該軟件的合適的電路組合以執(zhí)行該功能。這個(gè)權(quán)利要求書(shū)所定義的本發(fā)明存在的事實(shí)是各種所述設(shè)備提供的功能性以權(quán)利要求書(shū)要求的方式組合和集合在一起。申請(qǐng)人因此將能夠提供那些功能性的任何設(shè)備視為與這里所示的等價(jià)。
軟件模塊，或者隱含為軟件的簡(jiǎn)單模塊，這里可以表示為流程圖元件或表示執(zhí)行程序步驟和/或文本描述的其它元件的任何組合。這些模塊可以由明確或隱含顯示的硬件執(zhí)行。
這里除非另外明確指出，附圖都未按比例繪制。
此外，這里除非另外明確指出，這里顯示和/或描述的任何透鏡實(shí)際上是具有該透鏡的特殊特定性質(zhì)的一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)。這樣一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)可以由單個(gè)透鏡元件實(shí)現(xiàn)，但不是必需限于此。類似地，顯示和/或描述為一個(gè)反射鏡的地方，實(shí)際上顯示和/或描述的是具有這樣一個(gè)反射鏡的特定性質(zhì)的一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)，可以由單個(gè)反射鏡元件實(shí)現(xiàn)，但不是必需限于單個(gè)反射鏡元件。這是因?yàn)?，技術(shù)上眾所周知，各種光學(xué)系統(tǒng)可以提供單個(gè)透鏡元件或反射鏡的相同功能但是是以一種高級(jí)的方式，例如，具有較小變形。此外，技術(shù)上眾所周知，一個(gè)曲面反射鏡的功能可以通過(guò)透鏡和反射鏡的組合實(shí)現(xiàn)，反之亦然。此外，執(zhí)行一個(gè)特定功能的光學(xué)元件的任何裝置，例如，成像系統(tǒng)、光柵、鍍膜元件及棱鏡，可以用執(zhí)行相同特定功能的光學(xué)元件的任何其它裝置替換。因此，這里除非另外明確指出，對(duì)于本公開(kāi)，在這里公開(kāi)的一個(gè)總實(shí)施例中能夠提供特定功能的所有光學(xué)元件或系統(tǒng)都彼此相當(dāng)。
這里使用的術(shù)語(yǔ)微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)裝置打算指整個(gè)MEMS裝置或其任何部分。因此，如果一個(gè)MEMS裝置的一部分不工作，或者如果一個(gè)MEMS裝置的一部分關(guān)閉，這樣一個(gè)MEMS裝置對(duì)于本公開(kāi)仍然被看作一個(gè)MEMS裝置。
在本描述中，不同圖中相同數(shù)字的元件指的是相同的元件。
圖1顯示根據(jù)本發(fā)明的原理用于執(zhí)行光學(xué)開(kāi)關(guān)的一個(gè)示例性裝置。圖1所示為a)輸入光纖束101，b)輸入微透鏡陣列103，c)輸入MEMS裝置105，d)輸出MEMS裝置115，e)輸出微透鏡陣列123，f)輸出光纖束125，以及g)透鏡107和117。
輸入光纖束101提供待轉(zhuǎn)換的光學(xué)信號(hào)。更確切地，輸入光纖束101的每個(gè)光纖是圖1的開(kāi)關(guān)系統(tǒng)的一個(gè)輸入端口。由光纖束101的每個(gè)光纖提供的光通過(guò)各個(gè)對(duì)應(yīng)的微透鏡，該微透鏡為微透鏡陣列103的一部分。每個(gè)微透鏡的功能是使由其各個(gè)相連的輸入光纖提供的光束準(zhǔn)直。在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，在構(gòu)成準(zhǔn)直儀的裝置中，一個(gè)透鏡可以與光纖束101的每個(gè)光纖結(jié)合，使得光以平行光束射出，以代替使用單獨(dú)的微透鏡陣列。
根據(jù)本發(fā)明的原理，從微透鏡陣列103通過(guò)的每個(gè)光束都落在透鏡107上，透鏡107使來(lái)自微透鏡陣列和/或準(zhǔn)直儀的光束會(huì)聚。因此，光束將不再平行并且未通過(guò)透鏡107中心的任何光束的方向?qū)l(fā)生變化。透鏡中心以下的光束將折向上傳播，而透鏡中心以上的光束將折向下傳播。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，該全光學(xué)開(kāi)關(guān)的光路使得透鏡107的焦點(diǎn)位于輸出MEMS裝置115上。
輸入MEMS裝置105的每個(gè)微反射鏡被設(shè)置為以各個(gè)規(guī)定角度反射入射在其上的光束。選擇特殊的規(guī)定角度使得該光束將被引到輸出MEMS裝置115上的一個(gè)規(guī)定的微反射鏡，該微反射鏡對(duì)應(yīng)輸出光纖束125的特定光纖，光被引到輸出光纖束125作為輸出。
從輸入MEMS裝置105的其特定微反射鏡反射出之后，每個(gè)光束落在輸出MEMS裝置115的各個(gè)微鏡上。輸出MEMS裝置115的每個(gè)微反射鏡被設(shè)置為以各個(gè)規(guī)定角度反射入射在其上的光束。選擇特殊的規(guī)定角度使得每個(gè)光束將被引到輸出光纖束125的各個(gè)光纖，該光纖是光束通過(guò)透鏡117之后的輸出光纖。
從輸出MEMS裝置115的其特定微反射鏡反射出之后，并且在到達(dá)其各個(gè)輸出光纖之前，每個(gè)光束通過(guò)透鏡117，透鏡117使來(lái)自微透鏡陣列和/或準(zhǔn)直儀的光束發(fā)散，使得當(dāng)它們從透鏡117射出時(shí)完全平行。因此，光束將再次完全平行，或者至少它們將較小發(fā)散，并且未通過(guò)透鏡117中心的任何光束的方向?qū)l(fā)生變化。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，該全光學(xué)開(kāi)關(guān)的光路使得透鏡117的焦點(diǎn)位于輸入MEMS裝置105上。
從透鏡117通過(guò)的光束通過(guò)微透鏡陣列123的各個(gè)微透鏡。每個(gè)微透鏡的功能是使由其各個(gè)相連的輸入光纖提供的光束準(zhǔn)直。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)透鏡可以與光纖束125的每個(gè)輸出光纖結(jié)合，因此構(gòu)成準(zhǔn)直儀，以代替使用單獨(dú)的微透鏡陣列。然后來(lái)自微透鏡陣列123的每個(gè)微透鏡的光進(jìn)入與該微透鏡相連的各個(gè)輸出光纖束。
注意可以使用分別改變光束方向的任何其它的光學(xué)系統(tǒng)代替透鏡107和/或透鏡117，例如，任何聚焦透鏡裝置、多棱鏡裝置以及每個(gè)反射鏡傾斜以會(huì)聚方式指向光束的多反射鏡裝置等等。
圖2顯示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面用于使一個(gè)全光學(xué)開(kāi)關(guān)中的光束會(huì)聚或能夠接收發(fā)散光束的另一個(gè)裝置。在圖2的裝置中，光纖束201的光纖終止于準(zhǔn)直儀202，并且準(zhǔn)直儀202的方向調(diào)節(jié)為以會(huì)聚方式指向光束。類似地，在反方向，向著其指向的裝置，準(zhǔn)直儀202可以接收發(fā)散的光束并且將光束耦合到其各個(gè)相連的光纖。如上所述，由于使用了準(zhǔn)直儀202，就不需要使用微透鏡陣列103或123。可以使用圖2的裝置代替光纖束101、微透鏡陣列103和透鏡107或光纖束125、微透鏡陣列123和透鏡117中的任一個(gè)。會(huì)聚角由實(shí)施者決定。
圖3顯示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面用于使一個(gè)全光學(xué)開(kāi)關(guān)中的光束會(huì)聚或能夠接收發(fā)散光束的又一個(gè)裝置。在圖3的裝置中，光纖束301的每個(gè)光纖與微透鏡陣列303的各個(gè)微透鏡相連，并且相鄰微透鏡中心之間的距離與其對(duì)應(yīng)的相鄰光纖中心之間的距離不同。該裝置產(chǎn)生會(huì)聚光束。類似地，在反方向，發(fā)散的光束可以耦合到其各個(gè)相連的光纖。因此，可以使用圖3的裝置代替光纖束101、微透鏡陣列103和透鏡107或光纖束125、微透鏡陣列123和透鏡117中的任一個(gè)。會(huì)聚角由實(shí)施者決定。
圖4顯示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面用于使一個(gè)全光學(xué)開(kāi)關(guān)中的光束會(huì)聚或能夠接收發(fā)散光束的一個(gè)進(jìn)一步的裝置。在圖4的裝置中，一個(gè)微棱鏡405，它可以是一個(gè)微棱鏡陣列的一部分，與光纖束401的每個(gè)光纖相連。每個(gè)相連的光纖和微棱鏡進(jìn)一步與微透鏡陣列403的各個(gè)微透鏡相連。來(lái)自光纖束401的每個(gè)光纖的光束被光纖的相連微棱鏡405重轉(zhuǎn)向與來(lái)自光纖束401的其它光纖的光束會(huì)聚在一起，并且相連的微透鏡陣列403使光束準(zhǔn)直。微棱鏡和微透鏡的光路順序不是實(shí)質(zhì)性的。每個(gè)棱鏡的傾斜應(yīng)不同，以使光束會(huì)聚。類似地，在反方向，發(fā)散的光束可以耦合到其各個(gè)相連的光纖。因此，可以使用圖4的裝置代替光纖束101、微透鏡陣列103和透鏡107或光纖束125、微透鏡陣列123和透鏡117中的任一個(gè)。會(huì)聚角由實(shí)施者決定。
圖5顯示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面用于使一個(gè)全光學(xué)開(kāi)關(guān)中的光束會(huì)聚或能夠接收發(fā)散光束的又一個(gè)裝置。在圖5的裝置中，微透鏡陣列，例如圖1的微透鏡陣列103或123與其各個(gè)相連的透鏡107和117之一相集成。透鏡和微透鏡陣列，或者甚至微透鏡陣列的各個(gè)透鏡的光路順序不是實(shí)質(zhì)性的。因此，圖5中顯示光纖束501與集成了微透鏡505的透鏡507在一起。該裝置產(chǎn)生會(huì)聚光束。類似地，在反方向，發(fā)散的光束可以耦合到其各個(gè)相連的光纖。會(huì)聚角由實(shí)施者決定。
圖6顯示根據(jù)本發(fā)明的原理用于執(zhí)行光學(xué)開(kāi)關(guān)的一個(gè)示例性裝置，該裝置在MEMS裝置與一個(gè)光纖束之間使用一個(gè)成像系統(tǒng)，使該光纖束成像到該MEMS裝置上，并且使光束在輸入處會(huì)聚或在輸出處發(fā)散。圖6中顯示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607，e)透鏡609，f)輸出MEMS裝置115，g)透鏡617，h)透鏡619，i)輸出微透鏡陣列123，以及j)輸出光纖束125。
輸入光纖束101提供待轉(zhuǎn)換的光學(xué)信號(hào)。更確切地，輸入光纖束101的每個(gè)光纖是圖1的開(kāi)關(guān)系統(tǒng)的一個(gè)輸入端口。由光纖束101的每個(gè)光纖提供的光通過(guò)各個(gè)對(duì)應(yīng)的微透鏡，該微透鏡為微透鏡陣列103的一部分。每個(gè)微透鏡的功能是使由其各個(gè)相連的輸入光纖提供的光束準(zhǔn)直。在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，在構(gòu)成準(zhǔn)直儀的裝置中，一個(gè)透鏡可以與光纖束101的每個(gè)光纖結(jié)合，使得光以平行光束射出，以代替使用單獨(dú)的微透鏡陣列。
根據(jù)本發(fā)明的原理，從微透鏡陣列103通過(guò)的每個(gè)光束都落在由透鏡607和609構(gòu)成的成像系統(tǒng)上，在透鏡607處進(jìn)入，在透鏡609處射出。該成像系統(tǒng)使得在輸入MEMS裝置105處生成微透鏡陣列和/或準(zhǔn)直儀的像，或者由于光學(xué)的可逆性質(zhì)反之亦然，因此有效地刪去了微透鏡陣列和/或準(zhǔn)直儀103與輸入MEMS裝置105之間的距離，現(xiàn)有技術(shù)的裝置中光束在該距離上有效地傳播。根據(jù)本發(fā)明的原理，當(dāng)來(lái)自每個(gè)輸入光纖的光束入射到MEMS裝置105上時(shí)，無(wú)論其從光纖束101射出時(shí)的原始方向，該成像系統(tǒng)進(jìn)一步使其會(huì)聚。因此，有利地，每個(gè)光束，即使由于光纖-微透鏡對(duì)準(zhǔn)中的誤差最初未在其預(yù)定方向傳播，都不會(huì)偏離其預(yù)定目標(biāo)傳播，并且此外，光束被定向以會(huì)聚。
注意盡管顯示兩個(gè)透鏡構(gòu)成該成像系統(tǒng)，但這僅是用于教學(xué)及闡明的目的。那些普通熟練的技術(shù)人員將容易地意識(shí)到可以使用任何成像系統(tǒng)，例如使用一個(gè)或多個(gè)透鏡的系統(tǒng)。同樣注意由于該成像系統(tǒng)可以是倒像的，因此輸入MEMS裝置105的各個(gè)對(duì)應(yīng)微反射鏡可以不在與未使用該成像系統(tǒng)時(shí)完全相同的位置，例如，從輸入光纖束101的直接線上。
與原來(lái)相比，該成像系統(tǒng)還可以改變像的尺寸。這將允許輸入MEMS裝置105的微反射鏡在尺寸和/或間隔上與微透鏡陣列和/或準(zhǔn)直儀103不同。如果該MEMS裝置的光纖束與微反射鏡之間，占空因數(shù)，即光斑尺寸與光斑間距離之比被完全保持，則這還將允許使用無(wú)微透鏡陣列和/或準(zhǔn)直儀的光纖束。此外，有可能例如在透鏡607和609之間使用分光鏡，以創(chuàng)造通過(guò)系統(tǒng)的多個(gè)信號(hào)路徑，例如，以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)廣播、廣播、監(jiān)控、保護(hù)及恢復(fù)功能。有利地，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中獲得較大的靈活性。
輸入MEMS裝置105的每個(gè)微反射鏡被設(shè)置為以各個(gè)規(guī)定角度反射入射在其上的光束。選擇特殊的規(guī)定角度使得該光束將被引向輸出MEMS裝置115上的一個(gè)規(guī)定的微反射鏡，該微反射鏡對(duì)應(yīng)輸出光纖束125的特定光纖，光被引到輸出光纖束125作為輸出。由于進(jìn)入成像系統(tǒng)的光沿著不與其透鏡或準(zhǔn)直儀中心及其相關(guān)的微反射鏡構(gòu)成的直線平行的方向傳播造成的任何誤差，只要該光偏離平行的角度小于反射鏡可傾斜的最大角，就都由全光學(xué)系統(tǒng)的“訓(xùn)練”補(bǔ)償。“訓(xùn)練”是確定需要在控制每個(gè)反射鏡的電極上施加多大的電壓以實(shí)現(xiàn)必要的傾斜，從而在它與相對(duì)組的每個(gè)其它反射鏡之間提供最好的連接，以及需要在每個(gè)相對(duì)的反射鏡的電極上施加多大的電壓的過(guò)程。
從輸入MEMS裝置105的其特定微反射鏡反射出之后，每個(gè)光束落在輸出MEMS裝置115的各個(gè)微反射鏡上。輸出MEMS裝置115的每個(gè)微反射鏡被設(shè)置為以各個(gè)規(guī)定角度反射入射在其上的光束。選擇特殊的規(guī)定角度使得每個(gè)光束將被引到輸出光纖束125的各個(gè)光纖，該光纖是光束的輸出光纖。
從輸出MEMS裝置115的其特定微反射鏡反射出之后，并且在到達(dá)其各個(gè)輸出光纖之前，每個(gè)光束通過(guò)透鏡617并且然后是透鏡619，二者一起構(gòu)成一個(gè)成像系統(tǒng)。該成像系統(tǒng)使得在輸出微透鏡陣列123和/或準(zhǔn)直儀123處生成輸出MEMS裝置115和/或準(zhǔn)直儀的像，或者由于光學(xué)的可逆性質(zhì)反之亦然，因此有效地刪去了輸出MEMS裝置115與微透鏡陣列和/或準(zhǔn)直儀123之間的距離，現(xiàn)有技術(shù)的裝置中光束在該距離上有效地傳播。根據(jù)本發(fā)明的原理，當(dāng)來(lái)自輸出MEMS裝置115的光束入射到微透鏡陣列123上時(shí)，無(wú)論其從MEMS裝置115反射出時(shí)的原始方向，該成像系統(tǒng)進(jìn)一步使其發(fā)散。因此，有利地，每個(gè)光束，即使由于對(duì)準(zhǔn)中的誤差未在預(yù)定方向傳播，都不會(huì)偏離其預(yù)定目標(biāo)傳播，并且此外，光束被定向以發(fā)散。
如前連同輸入成像系統(tǒng)的透鏡所述，盡管顯示兩個(gè)透鏡組成該輸出成像系統(tǒng)，但這僅是用于教學(xué)及闡明的目的。那些普通熟練的技術(shù)人員將容易地意識(shí)到可以使用任何成像系統(tǒng)，例如使用一個(gè)或多個(gè)透鏡的系統(tǒng)。
注意與原來(lái)相比，成像系統(tǒng)還可以改變像的尺寸。這將允許輸出MEMS裝置115的微反射鏡在尺寸和/或間隔上與微透鏡陣列和/或準(zhǔn)直儀123不同。如果該MEMS裝置的光纖束與微反射鏡之間，占空因數(shù)，即光斑尺寸與光斑間距離之比被完全保持，則這還將允許使用無(wú)微透鏡陣列和/或準(zhǔn)直儀的光纖束。此外，有可能例如在透鏡617和619之間使用分光鏡，以創(chuàng)造通過(guò)系統(tǒng)的多個(gè)信號(hào)路徑，例如，以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)廣播、廣播、監(jiān)控、保護(hù)及恢復(fù)功能。有利地，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中獲得較大的靈活性。
從透鏡619通過(guò)的光束，現(xiàn)在完全平行，或者至少較小發(fā)散，通過(guò)微透鏡陣列123的各個(gè)微透鏡。每個(gè)微透鏡的功能是使由其各個(gè)相連的輸入光纖提供的光束準(zhǔn)直。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)透鏡可以與光纖束125的每個(gè)輸出光纖結(jié)合，因此構(gòu)成準(zhǔn)直儀，以代替使用單獨(dú)的微透鏡陣列。然后來(lái)自微透鏡陣列123的每個(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。
注意在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，僅需要使用一個(gè)成像系統(tǒng)。在這些實(shí)施例中，成像系統(tǒng)可以僅用于輸入或僅用于輸出。
注意在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，成像系統(tǒng)可以與使光束會(huì)聚/發(fā)散的裝置分離。
通過(guò)壓縮光路，例如，使用合適的常規(guī)反射鏡，和/或使用折疊裝置，即僅有一個(gè)MEMS裝置部件，具有通過(guò)使用至少一個(gè)常規(guī)反射鏡進(jìn)行輸入和輸出的雙重任務(wù)的裝置，可以減小裝置的實(shí)際尺寸。
注意可以不用光纖提供光束作為輸入，而用一個(gè)光源，例如，激光器或發(fā)光二極管、平面波導(dǎo)等等。同樣地，可以不用光纖接收光束作為輸出，而用其它接收器例如光探測(cè)器、平面波導(dǎo)等等。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)設(shè)備，包括第一微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)裝置；以及第一束多個(gè)光纖；所述光學(xué)設(shè)備被安排使得在所述第一MEMS裝置與所述第一束之間通過(guò)的光束在所述第一MEMS裝置處比在所述第一束處彼此更近。
2.如權(quán)利要求1所定義的發(fā)明，進(jìn)一步包括第二微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)裝置；第二束多個(gè)光纖；所述光學(xué)設(shè)備被安排使得在所述第二MEMS裝置與所述第二束之間通過(guò)的光束在所述第二MEMS裝置處比在所述第二束處彼此更近；所述第二MEMS裝置反射來(lái)自所述第一MEMS裝置的光。
3.如權(quán)利要求1所定義的發(fā)明，進(jìn)一步包括第二微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)裝置；第二束多個(gè)光纖；所述光學(xué)設(shè)備被安排使得在所述第二MEMS裝置與所述第二束之間通過(guò)的光束彼此平行；所述第二MEMS裝置反射來(lái)自所述第一MEMS裝置的光。
4.如權(quán)利要求1所定義的發(fā)明，進(jìn)一步包括一個(gè)聚焦透鏡系統(tǒng)，沿光路介于所述第一MEMS裝置與所述第一束多個(gè)光纖之間。
5.如權(quán)利要求1所定義的發(fā)明，其中一些所述光纖中的每一個(gè)由多個(gè)準(zhǔn)直儀中相應(yīng)的一個(gè)終止，每個(gè)準(zhǔn)直儀基本指向單個(gè)點(diǎn)。
6.如權(quán)利要求1所定義的發(fā)明，進(jìn)一步包括一個(gè)微透鏡陣列，所述微透鏡陣列具有多個(gè)微透鏡，每個(gè)微透鏡與一個(gè)所述光纖相關(guān)，所述微透鏡沿光路介于所述光纖束與所述第一MEMS裝置之間，所述微透鏡被安排使得由所述光纖提供的光束基本會(huì)聚在一點(diǎn)處。
7.如權(quán)利要求1所定義的發(fā)明，進(jìn)一步包括一個(gè)微透鏡陣列，所述微透鏡陣列具有多個(gè)微透鏡，每個(gè)微透鏡與一個(gè)所述光纖相關(guān)，所述微透鏡沿光路介于所述光纖束與所述第一MEMS裝置之間，所述微透鏡被安排使得保證相鄰所述微透鏡的中心之間的距離與其相關(guān)各個(gè)光纖中心之間的距離不同。
8.如權(quán)利要求1所定義的發(fā)明，進(jìn)一步包括一個(gè)微透鏡陣列，所述微透鏡陣列具有多個(gè)微透鏡，每個(gè)微透鏡與一個(gè)所述光纖相關(guān)，所述微透鏡沿光路介于所述光纖束與所述第一MEMS裝置之間，所述微透鏡陣列的至少一部分與一個(gè)聚焦透鏡系統(tǒng)相集成。
9.如權(quán)利要求1所定義的發(fā)明，其中所述光學(xué)設(shè)備被安排以緊湊形式和折疊形式中的至少一種形式使用至少一個(gè)反射鏡。
10.如權(quán)利要求1所定義的發(fā)明，進(jìn)一步包括一個(gè)第一成像系統(tǒng)，在其一端光學(xué)地耦合到所述第一MEMS裝置，以在所述第一MEMS裝置的位置處產(chǎn)生與所述第一成像系統(tǒng)的所述端相對(duì)的所述第一成像系統(tǒng)的一端的所述第一MEMS裝置的像；其中所述第一MEMS裝置的所述像與由所述光學(xué)開(kāi)關(guān)的輸入與所述光學(xué)開(kāi)關(guān)的輸出構(gòu)成的組的至少一個(gè)元件基本在一個(gè)平面內(nèi)，以及其中在光學(xué)地耦合到所述第一MEMS裝置的所述成像系統(tǒng)的所述端處，光束有意基本上不平行。
11.如權(quán)利要求10所定義的發(fā)明，其中在光學(xué)地耦合到所述第一MEMS裝置的所述成像系統(tǒng)的所述端處的有意基本上不平行的光束為會(huì)聚光束。
12.如權(quán)利要求10所定義的發(fā)明，其中光學(xué)地耦合到所述第一MEMS裝置的所述成像系統(tǒng)的所述端處有意基本上不平行的光束為發(fā)散光束。
全文摘要
使一個(gè)MEMS裝置與一個(gè)輸入源或一個(gè)輸出例如光纖束之間的光束在MEMS裝置處比在光纖束處彼此更接近。這可以用各種方式實(shí)現(xiàn)。這可以a)當(dāng)每個(gè)光纖與一個(gè)微透鏡陣列的各個(gè)微透鏡相關(guān)時(shí)，通過(guò)保證相鄰微透鏡中心之間的距離與其對(duì)應(yīng)的相鄰光纖中心之間的距離不同，b)當(dāng)該光纖終止于準(zhǔn)直儀時(shí)，調(diào)節(jié)準(zhǔn)直儀的方向以會(huì)聚方式定向光束以及c)通過(guò)使用一個(gè)改變各種光束的方向，可以介于a)光纖束與b)對(duì)應(yīng)的MEMS裝置之間的光學(xué)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
文檔編號(hào)G02B6/35GK1393711SQ0212034
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)明者戴維·T·尼爾森, 羅蘭德·賴夫 申請(qǐng)人:朗迅科技公司