波長(zhǎng)選擇開(kāi)關(guān)的方法和裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)選擇開(kāi)關(guān)WSS的裝置和方法。實(shí)施例使用可切換偏振光柵SPG和液晶LC單元的組合以及聚合物偏振光柵PPG和LC單元的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)1×N?WSS系統(tǒng)。實(shí)施例光學(xué)開(kāi)關(guān)包括液晶單元和與液晶單元相鄰的SPG單元。SPG包括兩個(gè)光配向?qū)又g的液晶材料、覆蓋在各光配向?qū)由系碾姌O層、以及覆蓋在各電極層上的玻璃基板。實(shí)施例方法包括，先將入射光束圓偏振光，然后在偏振光柵處，根據(jù)入射光束的圓偏振特性和偏振光柵中形成的全息圖方向?qū)⑷肷涔庖源_定的角度衍射，所述角度對(duì)應(yīng)于衍射級(jí)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】波長(zhǎng)選擇開(kāi)關(guān)的方法和裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光學(xué)開(kāi)關(guān)，且在特定實(shí)施例中，涉及一種用于波長(zhǎng)選擇開(kāi)關(guān)(WSS，Wavelength Selective Switch)的方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]對(duì)于光傳輸網(wǎng)絡(luò)設(shè)備而言，動(dòng)態(tài)光分插復(fù)用(ROADM, Reconfigurable OpticalAdd/Drop Multiplexer)的使用能夠靈活地?cái)U(kuò)大網(wǎng)絡(luò)容量并減少運(yùn)營(yíng)成本。WSS是當(dāng)前RODAM的一項(xiàng)技術(shù)選擇。對(duì)于IXN WSS而言，I是指公共(COM)端口，N代表的是分支端口。WSS 的運(yùn)行是，當(dāng)一組波分復(fù)用(WDM, Wavelength Division Multiplexing)信號(hào)從 COM 端口進(jìn)入時(shí)，該組WDM信號(hào)按照光波長(zhǎng)分開(kāi)，然后根據(jù)系統(tǒng)要求，各波長(zhǎng)被路由至N個(gè)分支端口中的一個(gè)分支端口。相反地，光信號(hào)能夠從N個(gè)分支端口中接收以作為輸入并且從COM端口發(fā)送以作為輸出。
[0003]ROADM提供自動(dòng)化機(jī)制以按需要靈活增加容量而無(wú)需采取既昂貴又中斷服務(wù)的“叉式”升級(jí)。ROADM網(wǎng)絡(luò)的好處是其按需要隨時(shí)隨地地增加動(dòng)態(tài)容量的能力，以及底層網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)對(duì)增加流量進(jìn)行補(bǔ)償?shù)谋ＷC。這樣無(wú)需手動(dòng)調(diào)整或批發(fā)升級(jí)。ROADM能夠配備帶有多個(gè)波長(zhǎng)信道的多個(gè)方向的上/下功能，因此，其適用于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)環(huán)路之間的多方向互連及建立網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]根據(jù)一項(xiàng)實(shí)施例，光學(xué)開(kāi)關(guān)包括液晶單元和與液晶顯示單元相鄰的可切換偏振光柵(SPG, Switchable Polarization Grating)單元。SPG包括第一玻璃基板、覆蓋在第一玻璃基板上的第一電極層、覆蓋在第一電極層上的光配向?qū)?、覆蓋在光配向?qū)由系囊壕Р牧稀⒁约案采w在液晶材料上的第二光配向?qū)?。第一光配向?qū)雍偷诙馀湎驅(qū)佑晒饷艟酆衔锝M成，通過(guò)曝光發(fā)生了物理上的改變，該曝光使用了兩束具有反向圓偏振手性的相干光束。該SPG還包括覆蓋在第二光配向?qū)拥牡诙姌O層和覆蓋在第二電極層的第二玻璃基板。
[0005]根據(jù)另一項(xiàng)實(shí)施例，光學(xué)開(kāi)關(guān)包括液晶單元和與液晶單元相鄰的聚合物偏振光柵(PPG, Polymer Polarization Grating)單元。PPG包括玻璃基板、覆蓋在玻璃基板上由光敏聚合物組成的光配向?qū)?，所述光配向?qū)拥墓饷艟酆衔镆呀?jīng)物理地通過(guò)使用兩束具有相反圓偏振手性的相干光束曝光而修改而成，以及覆蓋在與所述玻璃基板相反的一側(cè)的所述光配向?qū)由系木酆弦壕?，所述聚合液晶層已?jīng)物理地通過(guò)使用均勻光束照明被改變。
[0006]根據(jù)又一實(shí)施例，包括偏振光柵的光學(xué)開(kāi)關(guān)的操作方法是，將入射光束變?yōu)閳A偏振光，然后入射到偏振光柵上，并且，在偏振光柵處，根據(jù)入射光束的圓偏振方向和光柵內(nèi)部的全息圖方向以及與衍射級(jí)對(duì)應(yīng)的次級(jí)將光衍射到一個(gè)預(yù)定角度，所述全息圖方向通過(guò)兩束相干光束曝光形成。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】[0007]為了更完整地理解本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在參考以下結(jié)合附圖進(jìn)行的描述，其中:
[0008]圖1a和Ib所示為可切換偏振光柵SPG單元的制造過(guò)程。
[0009]圖2a和2b所示為具有和不具有施加電壓的SPG單元。
[0010]圖3a至3c所示為SPG單元的不同操作模式。
[0011]圖4a至4d所示為偏振聚合物光柵PPG單元的制造過(guò)程。
[0012]圖5a和5b所示為PPG單元的不同操作模式。
[0013]圖6所不為波長(zhǎng)選擇開(kāi)關(guān)WSS的實(shí)施例光學(xué)系統(tǒng)。
[0014]圖7a至7h所示為液晶LC單元和SPG單元組合的不同操作模式。
[0015]圖8所示為使用LC單元和SPG單元組合的實(shí)施例光切換引擎。
[0016]圖9所示為使用LC單元和SPG單元組合的另一實(shí)施例光切換引擎。
[0017]圖10所示為使用LC單元和SPG單元組合的又一實(shí)施例光切換引擎。
[0018]圖1la至Ild所示為L(zhǎng)C單元和PPG單元組合的不同操作模式。
[0019]圖12所示為使用LC單元和PPG單元組合的實(shí)施例光切換引擎。
[0020]圖13所示為使用LC單元和SPG單元運(yùn)行光切換引擎的實(shí)施例方法。
[0021]圖14所示為使用LC單元和PPG單元運(yùn)行光切換引擎的實(shí)施例方法。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下文將詳細(xì)論述當(dāng)前優(yōu)選實(shí)施例的制作和使用。然而，應(yīng)了解，本發(fā)明提供可在各種具體文中體現(xiàn)的許多適用的發(fā)明性概念。所論述的具體實(shí)施例僅僅說(shuō)明用以實(shí)施和使用本發(fā)明的具體方式，而不限制本發(fā)明的范圍。
[0023]目前在WSS產(chǎn)品中使用的技術(shù)包括微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS，Micro Electro MechanicalSystems),娃基液晶(LCOS,Liquid Crystal on Silicon)、液晶(LC,Liquid Crystal)和模形晶體，以及數(shù)字微境裝置(DMDs,Digital Micromirror Devices)。對(duì)于這些技術(shù),光系統(tǒng)可以彼此相似，區(qū)別在于光切換引擎。
[0024]在MEMS系統(tǒng)中，波長(zhǎng)通過(guò)光柵被衍射至不同的信道，然后各波長(zhǎng)被入射至相應(yīng)的MEMS反射鏡上。控制各MEMS反射鏡的電壓能夠控制反射鏡的旋轉(zhuǎn)角度以控制光束的反射角度。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)需求，各波長(zhǎng)能夠以設(shè)定的角度反射。來(lái)自多條信道的具有相同角度的反射波長(zhǎng)光束在第二次經(jīng)過(guò)光柵后被衍射成一條光束并稱合至輸出端口。為了在切換中控制光衰減和實(shí)現(xiàn)無(wú)干擾功能，各MEMS反射鏡具有兩個(gè)旋轉(zhuǎn)方向，一個(gè)是用于端口切換的旋轉(zhuǎn)，另一個(gè)是用于光衰減和無(wú)干擾控制的旋轉(zhuǎn)?；贛EMS的WSS的優(yōu)點(diǎn)是光系統(tǒng)簡(jiǎn)單并且性能良好。然而，它的幾個(gè)缺點(diǎn)在于，成品率低造成的MEMS芯片制造的成本高、驅(qū)動(dòng)MEMS反射鏡的高壓要求造成電子器件的成本高、難以獲得大量端口、以及難以設(shè)計(jì)出靈活網(wǎng)格(Flexgrid)功能。
[0025]LCOS是另一種使用在WSS系統(tǒng)中的技術(shù)。LCOS由位于玻璃基板和硅背板之間的LC層構(gòu)成。在基于LCOS的WSS系統(tǒng)中，由光柵分開(kāi)的各波長(zhǎng)光束被入射在LCOS平面上并覆蓋M X N個(gè)像素。LC相位光柵可以通過(guò)控制這些像素上的電壓來(lái)形成，使得入射光束被衍射至設(shè)定的角度。改變LC光柵間距會(huì)導(dǎo)致不同的衍射角度。因此，控制對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)光的LC相位光柵間距能夠?qū)⒐馐酚芍猎O(shè)定的輸出端口?；贚COS的WSS具有以下優(yōu)點(diǎn)，例如，簡(jiǎn)單的光學(xué)系統(tǒng)，易于實(shí)現(xiàn)高端口數(shù)，以及易于實(shí)現(xiàn)Flexgrid功能。缺點(diǎn)包括復(fù)雜的電子驅(qū)動(dòng)方案、相當(dāng)復(fù)雜的控制軟件、難以實(shí)現(xiàn)低串?dāng)_、以及相對(duì)較高的溫度敏感性。
[0026]在WSS中使用的另一技術(shù)是LC加上晶體光楔。2009年3月3日發(fā)表的美國(guó)專(zhuān)利號(hào)為7499608，名稱為“基于液晶和雙折射光楔的光學(xué)開(kāi)關(guān)的裝置和方法(Apparatus AndMethod for Optical Switching with Liquid Crystals And Birefringent Wedges)，，的文件中描述了使用晶體和晶體光楔的WSS設(shè)計(jì)。根據(jù)所需輸出端口的數(shù)量，此種WSS的切換引擎由幾級(jí)包括LC單元和楔形平板組合而組成。在每級(jí)中，LC單元用于切換光偏振，楔形板根據(jù)入射光的偏振方向?qū)⒐庀騼蓚€(gè)方向折射，從而產(chǎn)生I X 2光學(xué)開(kāi)關(guān)。因此,N級(jí)組合形成1X2N光學(xué)開(kāi)關(guān)。使用的LC單元被分割成由所需光信道設(shè)定的M像素?？刂芁C像素上的電壓能夠?qū)⑾嚓P(guān)波長(zhǎng)光路由至設(shè)定的輸出端口。這種WSS的優(yōu)點(diǎn)有簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)電路、高抗振性以及高可靠性。缺點(diǎn)包括材料成本高導(dǎo)致高成本、復(fù)雜的設(shè)備裝配過(guò)程導(dǎo)致相對(duì)低的成品率、以及難以獲得大量的端口。
[0027]WSS系統(tǒng)中還使用了 DMD技術(shù)。在該系統(tǒng)中，各波長(zhǎng)光被入射到多個(gè)DMD MEMS反射鏡上。控制這些反射鏡的旋轉(zhuǎn)角度能夠?qū)⒐馐龑?dǎo)到設(shè)定的角度。由于這些反射鏡僅具有兩個(gè)偏差位置，因此一個(gè)基于DMD芯片的WSS只能夠?qū)崿F(xiàn)1X2開(kāi)關(guān)。為了增加WSS的切換端口，需要更多的DMD芯片，這導(dǎo)致了光系統(tǒng)設(shè)計(jì)的高成本和高難度。
[0028]如上所述，使用現(xiàn)有技術(shù)的WSS系統(tǒng)的缺點(diǎn)包括:具有復(fù)雜軟件的復(fù)雜驅(qū)動(dòng)電路、材料成本高、低抗振性、以及難以擴(kuò)展至大量端口。本發(fā)明的實(shí)施例提供了實(shí)施WSS的系統(tǒng)和方法。不同的實(shí)施例使用可切換偏振光柵SPG和LC單元的組合以及偏振聚合物光柵PPG和LC單元的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)I XN WSS系統(tǒng)，從而克服上述系統(tǒng)的至少部分缺點(diǎn)。
[0029]圖1a和Ib所示為SPG單元的制造過(guò)程100。在傳統(tǒng)的LC單元制造中，LC配向?qū)邮峭ㄟ^(guò)擦刷或曝光兩個(gè)基板上的兩個(gè)聚合物層而形成。LC夾于兩個(gè)聚合物層中間。在形成LC定向?qū)臃矫?，SPG單元的制造過(guò)程100與傳統(tǒng)的LC單元制造是不同的。在SPG單元制造過(guò)程100中的第一步驟(圖1a)中，兩個(gè)光敏聚合物層102分別覆蓋在兩個(gè)玻璃基板106上，然后兩個(gè)玻璃基板被放在一起，留一道空隙用于LC填充。電極(導(dǎo)體)層104也被添加在每個(gè)光敏聚合物層102和各個(gè)玻璃基板106之間。下一步(圖1b),具有反向圓偏振手性(分別具有右旋和左旋圓偏振)的兩束相干紫外線(UV, interference ultra-violet)光束192 (以合適的入射角度)用于曝光(例如，通過(guò)玻璃基板106)兩個(gè)聚合物層102以形成聚合物層102中的全息圖。該相干光束曝光可以應(yīng)用于SPG單元各側(cè)，以使光敏聚合物層102形成配向?qū)?。?dāng)LC108填充到所述空隙并且?jiàn)A在兩個(gè)基板中間時(shí)，LC108的分子排列與光敏聚合物層102上形成的全息圖一致，光敏聚合物層102現(xiàn)在被用作LC配向?qū)印?br> [0030]圖2a和2b所示為具有和不具有施加電壓的SPG單元200。SPG單元200可以通過(guò)使用制造過(guò)程100制造。當(dāng)電極層204 (圖2a)沒(méi)有施加電壓時(shí)，SPG單元200中的LC208形成光柵，促使任一玻璃基板206上的入射光按某方向衍射,該方向由以形成配向?qū)?02的兩束曝光光束的角度(制造過(guò)程100中)確定。當(dāng)將非零電壓施加在電極層204 (圖2b)時(shí)，LC208的分子和施加電壓造成的電場(chǎng)一致，因此LC光柵效應(yīng)(由定向?qū)?02造成)被抵消，從而任一玻璃基板206上的入射光都不再被衍射。取消LC光柵效應(yīng)可能需要足夠高的電壓，例如，高于閾值電壓(Vth)。
[0031]上述SPG單元具有三個(gè)衍射級(jí)O和±1，與通常光柵不一樣。圖3a至3c所示為SPG單元的不同操作模式300。每個(gè)操作模式對(duì)應(yīng)于一個(gè)衍射級(jí)，每個(gè)衍射級(jí)衍射至不同的角度。當(dāng)SPG單元上施加足夠高的電壓時(shí)(圖3a)，無(wú)論入射光偏振如何，光都被衍射至O級(jí)。當(dāng)沒(méi)有施加電壓或施加低電壓(圖3b和3c)時(shí),衍射光方向取決于入射光偏振。右旋圓偏振的入射光束被衍射至+1級(jí)(圖3a)，而左旋圓偏振的入射光束被衍射至-1級(jí)(圖3c)。被SPG單元衍射后，光的偏振手性被改變(在右旋和左旋圓偏振中切換)，如圖3b和3c所示。
[0032]圖4a至4d所示為PPG單元的制造過(guò)程400。PPG單元的制造過(guò)程400的第一步驟(圖4a)是在玻璃基板406上覆蓋光配向?qū)?02。第二步驟(圖4b)是使用具有相反的圓偏振手性的兩束相干UV束492曝光聚合物層402。第三步驟(圖4c)是在光配向?qū)?02上覆蓋可聚合LC層403。第四步驟(圖4d)是使用均勻UV光束494照射可聚合LC層403以聚合該層的LC成分(分子)。因此，聚合物光柵在玻璃基板406上形成。
[0033]所得到的PPG單元是一個(gè)固定的光柵，因?yàn)槠溲苌涮卣鞑荒芡ㄟ^(guò)施加電壓改變(同上述SPG單元的情況一樣)。圖5a和5b所示為PPG單元的不同操作模式500。各操作模式對(duì)應(yīng)于各衍射級(jí)，各衍射級(jí)衍射至不同的角度。入射光束被衍射至兩個(gè)方向中的一個(gè)方向。具體來(lái)說(shuō)，右旋圓偏振的入射光束被衍射至+1級(jí)(圖5a)，而左旋圓偏振的入射光束被衍射至-1級(jí)(圖5b)。衍射后，任一情況下的光束偏振手性被改變或切換到相反的手性。
[0034]圖6所不實(shí)施例為WSS的光系統(tǒng)600。WSS光系統(tǒng)600包括光纖陣列601、微透鏡陣列602、光束偏移器陣列603、半波片陣列604、柱透鏡605、柱面反射鏡606、光柵607和光切換引擎608。WSS光系統(tǒng)600的部件可排列成如圖6所不,或以其它合適的能實(shí)現(xiàn)相同或類(lèi)似功能的方式排列。在其它實(shí)施例中，還可以使用與上述部件類(lèi)似或不同的附加部件。上述的一些部件還可以被相同的或能實(shí)現(xiàn)相同功能的其它部件的組合替代。
[0035]光纖陣列601用于作為輸入端口和輸出端口。當(dāng)來(lái)自光纖陣列601的輸入或入射光束經(jīng)過(guò)微透鏡陣列602、光束偏移器陣列6033和半波片陣列604時(shí)，光束被分成兩束具有完全相同線偏振態(tài)的平行光束。在經(jīng)過(guò)柱透鏡605和柱面反射鏡606以后，所述兩束光成為準(zhǔn)直光束。然后由光柵607衍射這些光束，最終形成分離的波長(zhǎng)。各波長(zhǎng)都被聚焦在光切換引擎608上。光切換引擎608將各波長(zhǎng)路由至設(shè)定的端口。相應(yīng)的光束再次經(jīng)過(guò)光系統(tǒng)600 (沿相反的部件順序)并耦合至設(shè)定的輸出光纖。
[0036]WSS光系統(tǒng)600的光切換引擎608能夠通過(guò)合適的WSS系統(tǒng)實(shí)施。如下所述，合適的WSS系統(tǒng)包括SPG和LC單元或PPG和LC單元的組合。與其它已使用的WSS技術(shù)(例如，MEMS, LCOS, LC和楔形平板、以及DMD)相比，使用SPG或PPG的WSS系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)有:簡(jiǎn)單光系統(tǒng)、簡(jiǎn)單電子驅(qū)動(dòng)電路、聞可罪性、聞性能、易于實(shí)現(xiàn)聞端口量、以及低廣品成本。
[0037]圖7a至7h所示為L(zhǎng)C單元和SPG單元的組合的不同操作模式700。LC單元710位于SPG單元720之前(相對(duì)于入射光)。LC單元710用于控制或切換光偏振，SPG單元720用于將光束衍射至設(shè)定的角度。
[0038]如圖7a、7c、7e和7h所示，當(dāng)對(duì)LC單元710施加相對(duì)高的電壓(例如，高于閾值)時(shí)，通過(guò)LC單元后，入射光束的偏振方向無(wú)改變。如圖7b、7d、7f和7g所示，當(dāng)LC單元710沒(méi)有施加電壓或施加相對(duì)低的電壓(例如，低于閾值)時(shí)，入射光束偏振在右旋和左旋偏振之間切換。如圖7a、7b、7e和7f所示，當(dāng)對(duì)SPG單元720施加相對(duì)高的電壓(例如，高于閾值)時(shí)，無(wú)論入射光的偏振如何，光束都被衍射至O級(jí)。如圖7c、7d、7g和h所示，當(dāng)對(duì)SPG單元720上沒(méi)有施加電壓或具有相對(duì)低的電壓(例如，低于閾值)時(shí)，光束被衍射至+1級(jí)還是-1級(jí)取決于LC單元710控制的入射光的偏振方向。不管輸入光是右旋還是左旋圓偏振，LC單元710和SPG單元720的組合都能將光束路由至三個(gè)方向，最終產(chǎn)生I X 3光學(xué)開(kāi)關(guān)。N組LC和SPG單元組合能夠?qū)崿F(xiàn)I X 3N光學(xué)開(kāi)關(guān)。
[0039]圖8所示為使用LC單元和SPG單元組合的光切換引擎800的實(shí)施例的橫截面。光切換引擎800能夠用作WSS光系統(tǒng)600中的光切換引擎608。光切換引擎800包括可調(diào)光衰減器(VOA, Variable Optical Attenuator) 805、四分之一波片(QWP, Quarter WavePlate) 840、I X9光學(xué)開(kāi)關(guān)830、以及棱鏡或反射鏡890。V0A805包括LC單元810和偏振片815，I X9光學(xué)開(kāi)關(guān)830包括連續(xù)兩對(duì)LC810和SPG820單元。這些組件可以如圖8所示排列或以其它合適的順序排列。LC單元810和SPG單元820在N=9的光束的垂直方向上具有M像素(垂直于圖8的表面)。在圖8中，N是指對(duì)應(yīng)于端口的光束數(shù)量，M是指對(duì)應(yīng)于波長(zhǎng)信道的像素?cái)?shù)量。光引擎800中的LC單元中使用的LC單元可以是電控雙折射(ECB，Electrically Controlled Birefringence)、扭曲向列(TN, Twisted Nematic)、以及垂直對(duì)齊(VA, Vertically Aligned)單兀。
[0040]簡(jiǎn)而言之，這里用單波長(zhǎng)來(lái)描述切換引擎的工作原理，如圖8中引擎800的橫切面所示。然而，相同的工作原理應(yīng)用于所有M像素。
[0041]輸入光首先經(jīng)過(guò)用于控制光功率衰減的V0A805?？刂芁C單元810的電壓能夠控制V0A805的輸出光功率。QWP840用于將光的線性偏振改變?yōu)閳A偏振。所述光束然后經(jīng)過(guò)兩組LC810和SPG820單元(1X9光學(xué)開(kāi)關(guān)830)。因此，所述輸出光束可能與光軸形成9種角度。光束然后由棱鏡或反射鏡890反射，并且在經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)830之后與光軸平行。能夠合適地設(shè)計(jì)光切換引擎800使兩束相鄰光束路徑(9種可能的切換角度)之間具有相同的距離。同樣，標(biāo)準(zhǔn)光纖陣列可以用作光輸出端口(例如，具有9個(gè)輸出端口)。
[0042]圖9所示的另一實(shí)施例為使用LC單元和SPG單元組合的光切換引擎900的橫截面。光切換引擎900能夠用作WSS光系統(tǒng)600中的光切換引擎608。光切換引擎900包括V0A905、I X 7光學(xué)開(kāi)關(guān)930、以及棱鏡或反射鏡890。V0A905包括耦合至偏光鏡915的LC單元910、I X 7光學(xué)開(kāi)關(guān)包括一對(duì)跟隨在第二 SPG單元920之后的LC910和SPG920單元。這些組件可以如圖9所示排列或以其它合適的順序排列。LC單元910和SPG單元920在N=7的光束的垂直方向上具有M像素(垂直于圖9的表面)。光切換引擎900和光切換引擎800的區(qū)別之一是，光切換引擎900使用一個(gè)LC單元910和兩個(gè)SPG單元920來(lái)實(shí)現(xiàn)I X 7光學(xué)開(kāi)關(guān)。在1X7光學(xué)開(kāi)關(guān)中，LC910單元用于控制光偏振，并且兩個(gè)SPG920單元用于將光束衍射至設(shè)定角度。此外，光切換引擎900不包括QWP。相反，V0A905中的LC910單元被設(shè)計(jì)為可切換四分之一波片(在λ /4和3 λ /4之間切換)以將入射光的線性偏振改變?yōu)閳A偏振。為了增加光學(xué)輸出端口，可以將更多的SPG920單元添加到光切換引擎900中，如，在反射鏡或棱鏡990的前面。例如，使用N個(gè)SPG920單元，可以實(shí)施一個(gè)I X (2Ν+1_1)光切換引擎。
[0043]圖10所示另一實(shí)施例為使用LC單元和SPG單元組合的光交換引擎1000的的橫截面。光交換引擎1000能夠用作WSS光系統(tǒng)600中的光交換引擎608。光交換引擎1000包括V0A1005、QWP1040、1X8光學(xué)開(kāi)關(guān)1030、以及棱鏡或反射鏡1090。V0A1005包括LC單元1010和偏振片1015，1X8光學(xué)開(kāi)關(guān)1030包括三個(gè)SPG單元1020。這些組件可以如圖10所示排列或以其它合適的順序排列。SPG單元1020還可以在N=S的光束的垂直方向上具有M像素(垂直于圖10的表面)。不同于上述的光切換引擎800和900，光切換引擎1000僅使用SPG單元1020 (沒(méi)有使用LC單元)來(lái)控制光衍射角度。當(dāng)光束經(jīng)過(guò)V0A1005和QWP1040之后，輸入光束的線性偏振被改為圓偏振。各SPG單元1020能夠?qū)⒐馐苌渲羶蓚€(gè)可能的角度。因此，N個(gè)SPG單元能夠形成一個(gè)I X 2N光切換引擎。
[0044]圖1la至Ild所示為L(zhǎng)C單元和PPG單元的組合的不同操作模式1100。LC單元1110位于SPG單元1150之前(相對(duì)于入射光)。LC單元1110用于控制或切換光偏振，PPG單兀1150用于根據(jù)入射光束的偏振,將光束衍射至兩個(gè)可能方向中一個(gè)方向。因此，N組LC和PPG單元能夠組成一個(gè)I X 2N光學(xué)開(kāi)關(guān)。
[0045]如圖1la和Ild所示，當(dāng)在LC單元1110上施加高電壓(例如，高于閾值)時(shí)，入射光束偏振通過(guò)LC單元無(wú)改變。如圖1 Ib和I Ic所示，當(dāng)對(duì)LC單元1110沒(méi)有施加電壓或施加低電壓(例如，低于閾值)時(shí)，入射光束的偏振在右旋和左旋偏振之間切換。如圖1la和Ilc所示，當(dāng)PPG單元1150上的入射光具有右旋圓偏振時(shí)，光束被衍射至+1級(jí)。如圖1lb和Ild所示，當(dāng)PPG單元1150上的入射光具有左旋圓偏振時(shí)，光束被衍射至-1級(jí)。
[0046]圖12所示實(shí)施例為使用LC單元和PPG單元組合的光交換引擎1200的的橫截面。光交換引擎1200能夠用作WSS光系統(tǒng)600中的光交換引擎608。光交換引擎1200包括V0A1205、1X4光學(xué)開(kāi)關(guān)1230、以及棱鏡或反射鏡1290。V0A1205包括LC單元1210和偏振片1215，1父4光學(xué)開(kāi)關(guān)1230包括連續(xù)兩對(duì)^:1210和？?61250單元。這些組件可以如圖12所示排列或以其它合適的順序排列。LC單元1210和PPG單元1250在N=4的光束的垂直方向上具有M像素(垂直于圖12的表面)。類(lèi)似的光學(xué)開(kāi)關(guān)，可設(shè)計(jì)為通過(guò)堆積所需數(shù)量的LC和PPG對(duì)，而具有 任意數(shù)量的輸出端口。
[0047]圖13所示實(shí)施例為使用LC單元和SPG單元的光切換引擎的運(yùn)行方法1300。例如，方法1300通過(guò)任意光切換引擎800、900和1000實(shí)施。在步驟1310中，入射光束被起振為左旋或右旋圓偏振。例如，使用QWP840或1040或者電可切換(通過(guò)施加電壓)LC將線性偏振入射光束轉(zhuǎn)換為圓偏振光。在步驟1320中，使用至少一個(gè)SPG單元衍射圓偏振光束。衍射光束的偏振手性也被切換。例如，通過(guò)使用在1X9光學(xué)開(kāi)關(guān)830中的第一電可切換LC810 (或1X7光學(xué)開(kāi)關(guān)930中的LC910)將圓偏振光在左旋和右旋方向之間切換，并且隨后通過(guò)下一個(gè)電可切換SPG820 (或920)將光束以相應(yīng)的角度衍射。在另一示例中，1X8光學(xué)開(kāi)關(guān)1030中的第一電可切換SPG1020將圓偏振光束之間以相應(yīng)的角度衍射。
[0048]圖14所示實(shí)施例為使用LC單元和PPG單元的光切換引擎的運(yùn)行方法1400。例如，方法1400是使用光切換引擎1200實(shí)現(xiàn)的。在步驟1410中，入射光束被起振為左旋或右旋圓偏振。例如，使用電可切換LC將線性偏振入射光束轉(zhuǎn)換為圓偏振光。在步驟1420中，使用至少一對(duì)LC單元和PPG單元衍射圓偏振光束。衍射光束的偏振手性也被切換。例如，通過(guò)使用在1X4光學(xué)開(kāi)關(guān)1230中的第一電可切換LC1210將圓偏振光在左旋和右旋方向之間切換，并且隨后通過(guò)下一個(gè)電可切換SPG1250將光束以相應(yīng)的角度衍射。
[0049]雖然已參考說(shuō)明性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但此描述并不意圖限制本發(fā)明。所屬領(lǐng)域的一般技術(shù)人員在參考該描述后，會(huì)顯而易見(jiàn)地認(rèn)識(shí)到說(shuō)明性實(shí)施例的各種修改和組合，以及本發(fā)明的其他實(shí)施例。因此，希望所附權(quán)利要求書(shū)涵蓋任何此類(lèi)修改或?qū)嵤├?br> 【權(quán)利要求】
1.一種光學(xué)開(kāi)關(guān)，其特征在于，包括: 液晶單元；以及 與所述液晶單元相鄰的可切換偏振光柵SPG單元，所述SPG包括: 第一玻璃基板； 覆蓋在所述第一玻璃基板上的第一電極層； 覆蓋在所述第一電極層上的光配向?qū)樱? 覆蓋在所述光配向?qū)由系囊壕Р牧希? 覆蓋在所述液晶材料上的第二光配向?qū)樱龅谝还馀湎驅(qū)雍退龅诙馀湎驅(qū)拥墓饷艟酆衔镆呀?jīng)物理地使用兩束具有反向圓偏振手性的相干光束曝光而修改； 覆蓋在所述第二光配向?qū)由系牡诙姌O層； 覆蓋在所述第二電極層上的第二玻璃基板。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)開(kāi)關(guān)，其特征在于，進(jìn)一步包括: 可調(diào)光衰減器VOA，包括第二液晶單元和偏振片； 位于所述VOA和所述液晶單元之間的四分之一波片；與所述液晶單元相反側(cè)的所述SPG單元相鄰的棱鏡或反射鏡； 一對(duì)或多對(duì)附加液晶單元 和附加的相應(yīng)的SPG單元，所述附加的相應(yīng)的SPG單元位于所述SPG單元和所述棱鏡或反射鏡之間， 其中所述光學(xué)開(kāi)關(guān)是IX 3N光學(xué)開(kāi)關(guān)，用于光學(xué)連接一個(gè)普通端口與3N個(gè)獨(dú)立端口，其中N是指所述光學(xué)開(kāi)關(guān)中液晶單元和相應(yīng)SPG單元的對(duì)數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)開(kāi)關(guān)，其特征在于，進(jìn)一步包括: 可調(diào)光衰減器V0A，包括第二液晶單元和偏振片； 與所述液晶單元相反側(cè)的所述SPG單元相鄰的棱鏡或反射鏡； 一個(gè)或多個(gè)位于所述SPG單元和所述棱鏡或反射鏡之間的附加SPG單元， 其中所述光學(xué)開(kāi)關(guān)是IX (2N+1_1)光學(xué)開(kāi)關(guān)，其用于光學(xué)連接一個(gè)普通端口與2N+1-1各獨(dú)立端口，其中N是指所述光學(xué)開(kāi)關(guān)中SPG單元的數(shù)量。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光學(xué)開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述液晶單元被配置為可切換四分之一波片，以將入射光偏振從線性偏振切換為右旋或左旋圓偏振。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)開(kāi)關(guān)，其特征在于，進(jìn)一步包括: 可調(diào)光衰減器V0A，包括所述液晶單元和偏振片； 位于所述VOA和所述SPG單元之間的四分之一波片； 與所述VOA相反側(cè)的所述SPG單元相鄰的棱鏡或反射鏡， 一個(gè)或多個(gè)位于所述SPG單元和所述棱鏡或反射鏡之間的附加SPG單元， 其中所述光學(xué)開(kāi)關(guān)是I X 2N光學(xué)開(kāi)關(guān)，其用于光學(xué)連接一個(gè)普通端口與2N個(gè)獨(dú)立端口，其中N是指所述光學(xué)開(kāi)關(guān)中SPG單元的數(shù)量。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述液晶單元和所述SPG單元包括多個(gè)像素，所述多個(gè)像素對(duì)應(yīng)于波長(zhǎng)信道并且通過(guò)對(duì)應(yīng)于光學(xué)開(kāi)關(guān)端口的所述光學(xué)開(kāi)關(guān)對(duì)齊垂直于多個(gè)平行光束路徑的方向，其中所述光學(xué)開(kāi)關(guān)被設(shè)計(jì)用于使來(lái)自所述光學(xué)開(kāi)關(guān)的平行輸出光束之間具有相同的距離。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)開(kāi)關(guān)，其特征在于，還包括:光纖陣列，用于向或從所述液晶單元和所述SPG單元發(fā)送和接收一個(gè)或多個(gè)入射光束。 微透鏡陣列，位于與所述光纖陣列相鄰的光路徑上； 光移位器，位于與所述微透鏡陣列相鄰的光路徑上； 半波片陣列，位于與所述光移位器相鄰的光路徑上； 柱透鏡，位于所述半波片陣列和帶有所述SPG單元的所述液晶單元的光路徑上；柱面反射鏡，面對(duì)光學(xué)路徑上的位于所述柱透鏡之后的所述液晶單元和所述SPG單元，用于將經(jīng)過(guò)所述柱透鏡的光反射回所述柱透鏡；以及 光柵，面對(duì)光路徑上的位于所述柱透鏡之后的所述柱面反射鏡，用于將經(jīng)過(guò)所述柱透鏡入射的光衍射回所述柱透鏡。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述SPG單元用于，當(dāng)沒(méi)有施加電壓或?qū)Φ谝浑姌O層和第二電極層之間施加第一電壓時(shí)，對(duì)具有確定方向的圓偏振入射光束進(jìn)行衍射并且將所述衍射后的入射光束的圓偏振手性進(jìn)行翻轉(zhuǎn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的光學(xué)開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述SPG單元用于，當(dāng)?shù)谝浑姌O層和第二電極層之間施加第二電壓時(shí)，經(jīng)過(guò)所述SPG單元的入射光不進(jìn)行衍射并且偏振無(wú)改變。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的關(guān)開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述液晶單元用于，當(dāng)沒(méi)有施加電壓或施加第一電壓時(shí)，翻轉(zhuǎn)圓偏振手性之后將入射光束傳遞至所述SPG單元，或者，當(dāng)對(duì)所述液晶單元施加第二電壓時(shí)，在不改變圓偏振手性時(shí)傳遞所述入射光束。
11.一種光學(xué)開(kāi)關(guān)，其`特征在于，包括: 液晶單元；以及 與所述液晶單元相鄰的聚合物偏振光柵PPG單元，所述PPG包括: 玻璃基板； 覆蓋在所述玻璃基板上的光配向?qū)?，所述光配向?qū)拥墓饷艟酆衔镆呀?jīng)物理地通過(guò)使用兩束具有反向圓偏振手性的相干光束曝光修改而成； 聚合液晶層，覆蓋在與所述玻璃基板相反的一側(cè)的所述光配向?qū)由?，所述聚合液晶層已?jīng)物理地通過(guò)使用均勻光束照明被改變。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的光學(xué)開(kāi)關(guān)，進(jìn)一步包括: 可調(diào)光衰減器VOA，包括第二液晶單元和偏振片； 與所述液晶單元相反側(cè)的所述PPG單元相鄰的棱鏡或反射鏡。 一對(duì)或多對(duì)附加液晶單元和附加的相應(yīng)的PPG單元，所述附加的相應(yīng)的PPG單元位于所述PPG單元和所述棱鏡或反射鏡之間， 其中所述光學(xué)開(kāi)關(guān)是IX 2N光學(xué)開(kāi)關(guān)，用于光學(xué)連接一個(gè)普通端口與2N個(gè)獨(dú)立端口，其中N是指所述光學(xué)開(kāi)關(guān)中液晶單元和相應(yīng)PPG單元的對(duì)數(shù)。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的光學(xué)開(kāi)關(guān)，其中所述液晶單元和所述PPG單元都包括多個(gè)像素，所述多個(gè)像素對(duì)應(yīng)于波長(zhǎng)信道并且通過(guò)對(duì)應(yīng)于光切換端口的所述光學(xué)開(kāi)關(guān)對(duì)齊垂直于多個(gè)平行光束路徑的方向，其中所述光學(xué)開(kāi)關(guān)被設(shè)計(jì)用于使來(lái)自所述光學(xué)開(kāi)關(guān)的平行輸出光束之間具有相同的距離。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的光學(xué)開(kāi)關(guān)，進(jìn)一步包括: 光纖陣列，用于向或從所述液晶單元和所述PPG單元發(fā)送和接收一個(gè)或多個(gè)入射光束； 微透鏡陣列，位于與所述光纖陣列相鄰的光路徑上； 光移位器，位于與所述微透鏡陣列相鄰的光路徑上； 半波片陣列，位于與所述光移位器相鄰的光路徑上； 柱透鏡，位于所述半波片陣列和帶有所述PPG單元的所述液晶單元的光路徑上； 柱面反射鏡，面對(duì)光路徑上的位于所述柱透鏡之后的所述液晶單元和所述PPG單元，用于將光束反射回所述柱透鏡；以及 光柵，面對(duì)光路徑上位于所述柱透鏡之后的所述柱面反射鏡，用于將經(jīng)過(guò)所述柱透鏡入射的光衍射回所述柱透鏡。
15.根據(jù)權(quán)利要求11的關(guān)開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述液晶單元用于，當(dāng)沒(méi)有施加電壓或施加第一電壓時(shí)，翻轉(zhuǎn)圓偏振手性之后將入射光束傳遞至所述PPG單元，或者，當(dāng)對(duì)所述液晶單元施加第二電壓時(shí)，在不 改變圓偏振手性時(shí)傳遞所述入射光束。
【文檔編號(hào)】G02F1/13GK103703405SQ201380002381
【公開(kāi)日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2013年1月30日 優(yōu)先權(quán)日:2012年1月30日
【發(fā)明者】毛崇昌, 李岷淳, 陳波, 方洋 申請(qǐng)人:華為技術(shù)有限公司