道和極化狀態(tài)； 圖6是以可重配置傳輸式液晶器件形式的半波片的示意性透視圖； 圖7是在圖1的WSS中建立的對(duì)稱極化環(huán)路的示意性圖示，示出了 LCOS器件處的衍射 效果； 圖8是根據(jù)第二實(shí)施例的用于光學(xué)開關(guān)的端口選擇模塊的示意性分解透視圖，示出了 遍及模塊的光束的極化狀態(tài)； 圖9是在圖8的端口選擇模塊中使用的射束移位元件的平面圖，圖示出輸入方向上的 射束分量； 圖10是在圖8的端口選擇模塊中使用的射束移位元件的平面圖，圖示出返回方向上的 '期望'射束分量； 圖11是在圖8的端口選擇模塊中使用的射束移位元件的平面圖，圖示出返回方向上的 '不期望'射束分量； 圖12是根據(jù)第二實(shí)施例的WSS器件的示意性透視圖； 圖13是LCOS器件的截面正視圖，示出了兩個(gè)輸入源之間的波長(zhǎng)通道的相對(duì)定位； 圖14是根據(jù)實(shí)施例的射束約束模塊的示意性平面圖； 圖15是根據(jù)另一實(shí)施例的射束約束模塊的示意性平面圖； 圖16是在圖12的WSS器件中使用的分離元件的側(cè)視圖； 圖17是將射束修正模塊與電可控MEMS反射鏡并入以用于向兩個(gè)獨(dú)立光學(xué)器件提供同 時(shí)活動(dòng)射束控制的WSS器件的示意性圖示； 圖18是在圖17的WSS器件中使用的射束修正模塊的示意性平面圖； 圖19是替換射束修正模塊的剖面?zhèn)纫晥D，其中，將MEMS反射鏡與基板共面地安裝； 圖20是在射束修正模塊的實(shí)施例中使用的轉(zhuǎn)動(dòng)反射鏡的平面圖；以及 圖21是通過轉(zhuǎn)動(dòng)反射鏡和四分之一波片的射束的極化狀態(tài)的演進(jìn)的示意性圖示。
【具體實(shí)施方式】
[0041] 將在用于切換包含在波分復(fù)用（WDM)光學(xué)信號(hào)內(nèi)的波長(zhǎng)通道的光學(xué)波長(zhǎng)選擇開關(guān) (WSS)的上下文中描述包括在本申請(qǐng)中的技術(shù)和改善。例如，光學(xué)信號(hào)可包括稠密波分復(fù)用 信號(hào)，其包括在譜方面以50 GHz相等地分離的多個(gè)單個(gè)的波長(zhǎng)通道。然而，將認(rèn)識(shí)到的是 能夠用其它類型的光學(xué)開關(guān)和操縱器件來實(shí)施這些技術(shù)和改善。
[0042] WSS光學(xué)開關(guān)的一般操作 最初參考圖1，示出了被配置成用于將來自三個(gè)輸入光纖端口 3、5和7的輸入光束切換 至輸出光纖端口 9的不例性WSS光學(xué)開關(guān)器件1。端口 3、5、7和9適于到相應(yīng)的光纖(未不 出）的可釋放連接。光束指示如上所述的WDM光學(xué)信號(hào)。在寬泛功能水平上，器件1執(zhí)行與 在授予 Frisken、題為 "Dual-source optical wavelength processor，'且轉(zhuǎn)讓給 Finisar 公司的美國(guó)專利7, 397, 980中所述的功能類似的開關(guān)功能，該專利的內(nèi)容被通過交叉引用 而并入到本文中。光束從輸入端口 3、5和7起在前向方向上傳播且在返回方向上由硅上液 晶（LCOS)器件11 (下面描述）反射到輸出端口 9。
[0043] 端口 3、5、7和9沿著第一軸（x軸）以約250Mm的距離相等地間隔開，從而容納 (accommodate)設(shè)置在纖維v型槽陣列中的光纖，其也以25〇Mm相等地間隔。在其它實(shí)施例 中，端口 3、5、7和9在x軸中以其它距離相等地間隔開。在另外的實(shí)施例中，端口 3、5、7和 9并未在x軸中相等地間隔開。在某些實(shí)施例中，端口 3、5和7包括微透鏡，其用于控制從 連接光纖離開或進(jìn)入端口的射束的發(fā)散和輪廓（prof ile)。在一個(gè)實(shí)施例中，將這些微透鏡 安裝到光纖本身。在另一實(shí)施例中，在z軸或傳播方向上鄰近于端口以陣列方式設(shè)置微透 鏡。在另一實(shí)施例中，將微透鏡包括在沿著x軸設(shè)置的纖維v型槽陣列中。
[0044] 器件1包括用于在第二軸（y軸)的方向上使單個(gè)波長(zhǎng)通道從輸入光束在空間上分 散的波長(zhǎng)分散棱柵元件13。棱柵元件13以與在美國(guó)專利7, 397, 980中所述的方式類似的 方式操作。也就是說，要根據(jù)波長(zhǎng)將包含在y軸中的每個(gè)光束內(nèi)的組成波長(zhǎng)通道在空間上 分離。在各種實(shí)施例中，棱柵13可由適當(dāng)材料形成以提供低極化相關(guān)損耗或降低的極化靈 敏度以進(jìn)一步增強(qiáng)器件1的極化分集。
[0045] 準(zhǔn)直透鏡15鄰近于棱柵13定位，使得光束既在入射到棱柵13上之前又在從棱柵 反射之后都穿過透鏡。透鏡15的此雙重通過用于使射束在x軸中準(zhǔn)直。類似地，在輸入端 口 3、5和7與LC0S器件11之間傳播方面，射束兩次反射離開圓筒形反射鏡17。反射鏡17 在y軸上具有適當(dāng)?shù)那剩沟妹總€(gè)分散通道在y軸上被聚焦到LC0S器件上。在另一實(shí)施 例(未示出）中，由兩個(gè)圓筒形反射鏡來提供在y軸上的聚焦，每個(gè)在y軸上具有基本上相同 的曲率半徑。在另外的實(shí)施例中，圓筒形反射鏡具有不同的曲率半徑。
[0046] 分散波長(zhǎng)通道入射到LC0S器件11上，其充當(dāng)反射光學(xué)操縱器件以在x軸上 獨(dú)立地使每個(gè)通道轉(zhuǎn)向（steer)。在器件水平，LC0S器件11以與在授予Frisken、題為 "Wavelength manipulation system and method" 且轉(zhuǎn)讓給 Finisar 公司的美國(guó)專利 7, 092, 599中所述的方式類似的方式操作，該專利的內(nèi)容通過交叉引用而并入到本文中。然 而，由于在這些器件中可用的靈活性，LC0S器件11還能夠以其它布置被驅(qū)動(dòng)，例如以操作 的雙源模式，如下所述。
[0047] LC0S器件11包括在液晶材料層中形成的基本上方形形狀單元19的二維陣列。在 示例性實(shí)施例中，器件11包括1280X768單元的陣列。每個(gè)單元獨(dú)立地電可驅(qū)動(dòng)以向入射 光束的局部區(qū)域施加相對(duì)相移。該單元能夠以不同的相對(duì)水平被驅(qū)動(dòng)以限定相位輪廓，其 操縱光學(xué)波前以選擇性地使射束轉(zhuǎn)向。
[0048] LC0S器件11使波長(zhǎng)通道在返回方向上沿著預(yù)定路徑以某些角度轉(zhuǎn)向，使得某些 波長(zhǎng)被耦合到輸出端口 9。其它波長(zhǎng)通道以將其從輸出端口 9耦合離開的其它角度轉(zhuǎn)向，從 而使其從系統(tǒng)落下。
[0049] 將認(rèn)識(shí)到的是在其它實(shí)施例中，器件1包括不同數(shù)目的輸入和輸出端口且被配置 成同時(shí)地在不同輸入和輸出端口之間耦合射束。在某些實(shí)施例中，用衍射光柵或其它衍射 器件來替換棱柵13。在某些實(shí)施例中，用基于微機(jī)電反射鏡（MEMS)的光學(xué)操縱器件或其它 類型的光學(xué)操縱器件來替換LC0S器件11。
[0050] 仍參考圖1，輸入光束通過端口選擇模塊21傳輸，其向器件1提供極化分集并提供 限制從LC0S器件11返回的光束被反饋到輸入端口 3、5和7中的能力。下面描述端口選擇 模塊21的操作。
[0051] WSS中的端口選擇性 參考圖2,圖示出端口選擇模塊21的示意性分解側(cè)視圖。在穿過模塊21方面，示例性 光束22最初通過采取雙折射走離晶體元件23形式的極化分離元件以用于在y軸上將光束 在空間上分離成兩個(gè)正交極化分量。用實(shí)線圓圈來指定每個(gè)光束的第一極化分量25。用虛 線圓圈來指定每個(gè)光束的第二極化分量27。極化狀態(tài)的所示取向僅僅是示例性的，并且技 術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到可以生成任意的正交極化狀態(tài)。
[0052] 走離元件23由雙折射晶體材料形成，其具有相對(duì)于表面法線以一定角度設(shè)置的 材料光軸。平行于晶體光軸(在所示實(shí)施例中平行于分量27)極化的射束分量以取決于元 件的折射率和厚度的量從原始傳播方向折射或走離。垂直于晶體光軸極化的射束分量不受 材料的影響。在優(yōu)選實(shí)施例中，走離元件23具有毫米級(jí)的厚度，并且提供微米級(jí)的極化分 量的空間分離。在所示實(shí)施例中，在元件23的輸出處將射束分離成具有垂直和水平取向且 平行傳播的分量。然而，在其它實(shí)施例中，元件23能夠被配置成將射束分裂成具有任何取 向的成對(duì)正交極化分量。
[0053] 在另一實(shí)施例中，用雙折射光楔來替換走離元件23,其以由光楔的折射率和角度 確定的角度將兩個(gè)正交分量有角度地分離。在并入雙折射光楔的實(shí)施例中，有時(shí)必需在極 化分離（y軸）的方向上使輸入端口相對(duì)于輸出端口成角度或者反之亦然。
[0054] 從走離元件23輸出的射束分量然后通過半波片元件29。此元 件包括雙折射區(qū)域31和33,其在該特定極化分量的組成子分量之間施加 130°或it弧度相移以使極化旋轉(zhuǎn)90°。元件29的區(qū)域31被配置成使在前向方向上傳播的 分量27旋轉(zhuǎn)9G'分量25在沒有旋轉(zhuǎn)的情況下通過元件29。在通過元件29之后,兩個(gè)分 量在垂直取向上傳播，如圖2中所示。用來形成區(qū)域31和33的示例性雙折射材料包括方 解石、電氣石、石英、硝酸鈉、鈮酸鋰和金紅石。
[0055] 元件29的區(qū)域33被配置成再次地使分量27在返回方向上旋轉(zhuǎn)90°。然而，將認(rèn) 識(shí)到的是在其它實(shí)施例中，可以在y軸上改變區(qū)域31和33的位置以使每個(gè)射束的其它極 化分量旋轉(zhuǎn)。這些其它實(shí)施例能夠提供與圖2中所示的功能相同的功能。一般要求是區(qū)域 31和33的位置必須繞著元件29的垂直中心（x軸）相對(duì)地設(shè)置在y軸上，使得在前向方向 上旋轉(zhuǎn)的相同分量再次地在返回方向上旋轉(zhuǎn)。也就是說，可將區(qū)域31設(shè)置到y(tǒng)軸上的區(qū)域 33的左側(cè)，或者替換地，可將區(qū)域31設(shè)置到y(tǒng)軸上的區(qū)域33的右側(cè)。
[0056] x軸上的區(qū)域的特定位置限定哪些端口將作為輸入端口進(jìn)行操作和哪些端口將作 為輸出端口進(jìn)行操作。舉例來說，在圖2中，來自輸入端口 3、5和7的射束傳輸通過元件29 的區(qū)域31且返回到輸出端口 9的射束傳輸通過區(qū)域33,其在y軸上與區(qū)域31相對(duì)地設(shè)置。
[0057] 將認(rèn)識(shí)到的是在其它實(shí)施例中，區(qū)域31和33的位置不同且限定具有輸入和輸出 端口的不同布置的器件。此外，如下面將描述的，在一個(gè)實(shí)施例中，元件29是可重配置的以 在輸入和輸出端口的不同布置之間限定用于射束的區(qū)域31和33的不同位置。
[0058] 在一個(gè)實(shí)施例中，元件29至少部分地由非雙折射和基本上透明的基板形成，在其 上面安裝雙折射材料以限定諸如區(qū)域31和33之類的雙折射區(qū)域。在某些實(shí)施例中，能夠 使雙折射材料移動(dòng)并安裝或粘附到基板的不同位置以提供用以重配置器件1中的哪些端 口將作為輸入端口進(jìn)行操作和哪些端口將作為輸出端口進(jìn)行操作的靈活性。在一個(gè)特定實(shí) 施例中，基板由玻璃形成。在另一實(shí)施例中，區(qū)域31和33限定分離的半波片元件，其能夠 沿著光學(xué)z軸與對(duì)應(yīng)的射束分量對(duì)準(zhǔn)地位于相對(duì)位置處。
[0059] 在前向傳播方向上的元件29的輸出處，分量25和27具有公共垂直取向。分量25 和27然后通過法拉第旋轉(zhuǎn)器35,其被配置成向每個(gè)極化分量25和27施加45°旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn) 器35是非互易元件，其獨(dú)立于通過元件的傳播方向而向射束施加相同的極化旋轉(zhuǎn)。因此， 在傳播的反向方向上，旋轉(zhuǎn)器35再次地向每個(gè)分量25和27施加45°旋轉(zhuǎn)，如圖2中所示。 在所示實(shí)施例中，在前向方向上的旋轉(zhuǎn)器35的輸出處，每個(gè)極化分量25和27具有+ 45°取 向。在其它實(shí)施例中，極化分量25和27具有其它取向，這取決于光學(xué)分離和旋轉(zhuǎn)元件的特 定配置。
[0060] 在許多情況下，在此操作中實(shí)現(xiàn)的光學(xué)隔離可能是有利的，但是在某些情況下這 將施加限制。如果向射束施加單極化(故意地或由于任何分量的單極化操作)，則波長(zhǎng)開關(guān) 功能將是非互易的（隔離)，然而，如果在開關(guān)系列內(nèi)未施加極化元件，則總器件功能將仍是 互易的。在某些實(shí)施例中，通過空間偏移而在前向和返回路徑之間建立隔離。下面關(guān)于圖 8來描述利用此隔離的示例性實(shí)施例。提供改善隔離的另一實(shí)施例涉及到在開關(guān)矩陣處建 立向后反射點(diǎn)。在這些實(shí)施例中，能夠使用空間分集來實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)的方向性而不是極化隔離。
[0061] 在在前向方向上通過法拉第旋轉(zhuǎn)器35的傳播之后，使極化分量通過y軸上的具有 光功率的圓筒形透鏡37。透鏡37使極化分量在焦平面39處有角度會(huì)聚在一起，其定義圖 1的器件1中的第一對(duì)稱點(diǎn)。再次參考圖1，極化分量分離地傳播通過器件1，并且在LC0S 器件11處被重新組合，其定義器件1中的第二對(duì)稱點(diǎn)。在平面39與LC0S器件11之間，建 立對(duì)稱極化環(huán)路，如在圖3中示意性地所示。
[0062] 參考圖3,沿著環(huán)路，一個(gè)極化分量順時(shí)針方向傳播，而正交分量逆時(shí)