光学器件，包括光端口阵列，第一走离晶体，第一半波片，第二走离晶体和分段半波片。光端口阵列具有第一和第二多个端口用于接收光束。第一走离晶体将光束空间分离为分别处于第一和第二正交偏振态的第一和第二部分。第一部分被第一走离晶体走离而且第二部分穿过而没有走离。第一半波片旋转光束的第一和第二部分的偏振态。第二走离晶体面向第一走离晶体的反向，使得第二部分被第二走离晶体走离而且第一部分通过而没有走离。分段半波片接收光束的第一或第二部分。
1.一种补偿光束的处于正交偏振态的第一光部分和第二光部分所经过的光程长度差的方法，包括：在输入端口处接收所述光束；
将所述光束导向第一走离晶体以将所述光束空间上分离为分别处于第一偏振态和第二偏振态的第一光部分和第二光部分，所述第一偏振态和第二偏振态彼此正交，第一光部分被该走离晶体走离，而所述第二光部分穿过该走离晶体而没有被走离；
在旋转所述第一光部分和第二光部分的所述偏振态之后，将所述第一光部分和第二光部分导向第二走离晶体，所述第二走离晶体取向成与所述第一走离晶体的方向相反，使得第二光部分被该走离晶体走离，而第一光部分穿过该走离晶体而没有被走离，第一走离晶体和第二走离晶体的厚度被选择以调节所述第一光部分和第二光部分的每个所经过的光程长度，其中，所述第一走离晶体和第二走离晶体的厚度进一步被选择以补偿由位于所述第一走离晶体和第二走离晶体的下游的半波片引起的光程差，所述半波片被所述第一光部分和第二光部分之一经过而不被所述第一光部分和第二光部分中的另一个经过。
2.一种将来自端口阵列的输入端口的光束的波长分量导向所述端口阵列的至少一个输出端口的方法，包括：在所述端口阵列的与第一波长选择开关关联的第一输入端口处接收第一光束；
在所述端口阵列的与第二波长选择开关关联的第二输入端口处接收第二光束；
将所述第一光束导向第一走离晶体以将所述第一光束空间分离为分别处于第一偏振态和第二偏振态的第一光部分和第二光部分，所述第一偏振态和第二偏振态彼此正交，所述第一光部分被该走离晶体走离，而所述第二光部分穿过该走离晶体而没有被走离；
将所述第二光束导向第一走离晶体以将所述第二光束空间分离为分别处于第一偏振态和第二偏振态的第三光部分和第四光部分，所述第三光部分被所述第一走离晶体走离，而所述第四光部分穿过所述第一走离晶体而没有被走离；
旋转所述第一光部分、第二光部分、第三光部分和第四光部分的偏振态；
在旋转所述第一光部分、第二光部分、第三光部分和第四光部分的所述偏振态之后，将所述第一光部分、第二光部分、第三光部分和第四光部分导向第二走离晶体，所述第二走离晶体取向为与所述第一走离晶体的方向相反，使得所述第二光部分和第四光部分被所述第二走离晶体走离，而第一光部分和第三光部分穿过所述第二走离晶体而没有被走离，走离晶体的厚度被选择以调节所述第一光部分、第二光部分、第三光部分和第四光部分的每个所经过的光程长度；
空间上分离所述第一光部分、第二光部分、第三光部分和第四光部分的波长分量；
使空间分离的波长分量聚焦于可编程的光学相位调制器，使得第一光束和第二光束的所述波长分量沿所述调制器的波长色散轴被空间分离；和沿第二方向调节所述调制器的相移曲线以选择性地将单独的波长分量导向输出端口，其中所述第一走离晶体和第二走离晶体的厚度进一步被选择以补偿由位于所述第一走离晶体和第二走离晶体的下游的半波片引起的光程差，所述半波片被所述第一光部分和第二光部分之一经过而不被所述第一光部分和第二光部分中的另一个经过，并且被所述第三光部分和第四光部分之一经过而不被第三光部分和第四光部分中的另一个经过。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述第一输入端口相对于所述第二输入端口关于平行于所述波长色散轴的轴有角度的偏移。
光学端口阵列，具有第一多个端口用于接收光束和第二多个端口用于接收光束；
第一走离晶体，用于将每个所述光束空间分离为分别处于第一偏振态和第二偏振态的第一光部分和第二光部分，所述第一偏振态和第二偏振态彼此正交，第一光部分被所述第一走离晶体走离，而所述第二光部分穿过所述第一走离晶体而没有被走离；
第一半波片，用于旋转所述光束的所述第一光部分和第二光部分的偏振态；
第二走离晶体，其取向成与所述第一走离晶体的方向相反，使得所述第二光部分被所述第二走离晶体走离，而所述第一光部分穿过所述第二走离晶体而没有被走离；和组合半波片，用于接收所述光束的所述第二光部分或所述光束的所述第一光部分，其中，第一走离晶体和第二走离晶体的厚度被选择以调节所述第一光部分和第二光部分的每个所经过的光程长度，以补偿由所述第一光部分或所述第二光部分经过所述组合半波片而所述第一光部分和所述第二光部分中的另一个不经过所述组合半波片产生的光程差。
色散元件，用于接收所述光束的所述第一光部分和第二光部分且将所述第一光部分和第二光部分沿波长色散轴空间分离为多个波长分量，端口轴与所述波长色散轴正交，第一多个端口在包括所述端口轴的第一平面上扩展，并且第二多个端口在包括所述端口轴的第二平面上扩展，所述第一平面和第二平面彼此平行且沿所述波长色散轴彼此偏移，所述第一多个端口关于与所述波长色散轴平行的轴相对于所述第二多个端口有角度的偏移；
可编程的光相位调制器，用于接收已聚焦的多个波长分量，所述调制器被配置为将从任一个所述第一多个端口接收的波长分量引导到选定的所述第一多个端口之一，并进一步被配置为将从任一个所述第二多个端口接收的波长分量引导到选定的所述第二多个端口之一。
6.根据权利要求4所述的光学器件，其特征在于所述第一多个端口沿所述端口轴与所述第二多个端口交叉。
7.根据权利要求5所述的光学器件，其特征在于所述可编程的光相位调制器包括液晶基相位调制器。
8.根据权利要求7所述的光学器件，其特征在于所述液晶基相位调制器为LCoS装置。
9.根据权利要求5所述的光学器件，其特征在于所述色散元件选自由衍射光栅和棱镜组成的组。
10.根据权利要求5所述的光学器件，其特征在于进一步包括光学系统，用于放大从光学端口阵列接收的所述光束并将被放大的光束导向所述色散元件。
11.根据权利要求10所述的光学器件，其特征在于所述光学系统在第一方向上具有第一放大倍数，在与所述第一方向正交的第二方向上具有第二放大倍数，所述第一放大倍数与所述第二放大倍数不同。
12.根据权利要求11所述的光学器件，其特征在于所述第一方向与波长色散轴平行，所述光束沿所述波长色散轴空间分离，所述第一放大倍数小于所述第二放大倍数。
用于波长选择开关的具有光程补偿的发射光学器件
背景技术
[0001] 光网络使用波长选择开关(WSS)动态地将光波长信号从信源路由到信宿。WSS装置往往依赖于波长处理元件如硅基液晶(LCoS)装置或微机电系统(MEMS)反射镜阵列进行路由。
[0002] LCoS装置包括液晶材料，其夹于具有透明电极的透明玻璃层和硅基板之间，所述硅基板被划分为单独可寻址像素的二维阵列。每个像素被电压信号单独驱动，以向光信号提供本地相位变化，从而提供二维的相位操控区域阵列。一旦光信号被衍射元件例如衍射光栅空间分离则单一光谱分量的处理是可能的。光谱分量的空间分离被导向LCoS装置的预定区域，其可通过驱动相应的像素以预定方式被单独操控。
发明内容
[0003] 本发明提供方法和装置用于补偿光束的处于正交偏振态的第一和第二光部分经过的光程长度差。根据本方法，光束在输入端口被接收且射向第一走离晶体以将光束空间分离为分别处于第一和第二偏振态的第一和第二光部分。第一和第二偏振态彼此是正交的。第一光部分被走离晶体走离且第二光部分穿过而没有走离。第一和第二光部分的偏振态被旋转。在第一和第二光部分的偏振态旋转之后，第一和第二光部分被射向第二走离晶体，其取向为第一走离晶体的反向，使得第二光分量被走离晶体走离且第一光分量穿过而没有走离。第一和第二走离晶体的厚度被选择以调节第一和第二光部分经过的光程长度。
[0004] 在一个特定的实施例中，光学器件包括光端口阵列，第一走离晶体，第一半波片，第二走离晶体和组合半波片。光端口阵列具有第一多个端口用于接收光束和第二多个端口用于接收光束。第一走离晶体将每个光束空间分离为分别处于第一和第二偏振态的第一和第二光部分。第一和第二偏振态彼此是正交的。第一光部分被第一走离晶体走离且第二光部分穿过而没有走离。第一半波片旋转光束的第一和第二光部分的偏振态。第二走离晶体取向为第一走离晶体的反向，使得第二光部分被第二走离晶体走离且第一光部分穿过而没有走离。组合半波片接收光束的第二光部分或光束的第一光部分。
附图说明
[0005] 图1示出光学装置例如使用LCoS装置的WSS的单一输入端口。
[0006] 图2示出光程补偿器的一个示例。
[0007] 图3A和3B分别是简化的光学装置例如自由空间的一个示例的俯视图和侧视图，其使用了在图2中示出的光程补偿器。
具体实施方式
[0008] 图1示出光学装置例如使用LCoS装置的WSS的单个输入端口110。这种装置的输入光束115有时可以高度象散。在图1示出的表示中，光束115沿y轴有小束腰且沿z轴有大束腰。随机偏振的光束115首先进入走离晶体120以将光束空间分离为两个正交偏振光束，走离光束150和穿过光束160。在图1中，一个偏振分量(例如垂直或v-分量)用垂直箭头表示，和另一个偏振分量(例如水平或h-分量)用水平箭头表示。走离晶体120的走离方向和通过半波片130产生的旋转方向将相对于上路或下路传播的光束的偏振分量被描述，即z方向的正向。
[0009] 为了使离开走离晶体120的两个空间分离的光束150和160都处于同样的偏振态，走离光束150穿过半波片130其将走离光束从h-偏振态旋转至v-偏振态。v-偏振光束160不穿过半波片130。结果光束150和160都位于同样的偏振态。
[0010] 在图1示出的布置中有一个问题，由于走离晶体120和半波片130，两个光束150和160在不同光程长度上传播。如果进入的象散光束有小束腰这可成为问题。例如，若光束束腰大约为3.5微米，它的罗利长度或范围大约为30微米。两个光束经历的路程长度差通常期望小于这个距离。
[0011] 例如，在图1的示例中，相比于穿过光束160，走离光束150可能经过大约200微米的有效传播距离。类似的，当经过半波片130时，走离光束150相比于穿过光束160可经过大约-30微米的有效传播距离。因此，两个光束经过的总有效传播距离差大约为170微米。很明显，与光束的罗利范围相比，这个距离较大。
[0012] 解决这个问题的一种方式是，通过使用彼此相反取向的两个走离晶体以补偿这个总有效传播距离差。在这种情况，在一个偏振态的光束在第一走离晶体内而不是第二走离晶体内积累有效传播距离差，而在另一个偏振态的光束在第二走离晶体内而不是第一走离晶体内积累有效传播距离差。图2示出以这种方式操作的光程补偿器的一个示例。
[0013] 如图2所示，相对于穿过光束225，走离光束235在第一走离晶体220内经历了90微米的有效传播距离差。半波片250将光束225的偏振态从水平旋转至垂直，使得它将被第二走离晶体240走离。类似的，半波片250将光束235的偏振态从垂直旋转至水平。因此，相对于光束235，光束225在第二走离晶体240内经历了120微米的有效传播距离差。此外，相对于光束225，光束235经历了30微米的额外的有效传播距离差，因为光束225经过了半波片230。因此，光束225经历了120微米的总有效传播距离差且光束235也经历了120微米的总有效传播距离差(即90+30微米)。结果两个光束都传播了同样的路径长度。
[0014] 如图2示出的光程补偿器的示例所说明的，第二走离晶体240的厚度被选择以补偿通过第一走离晶体220和半波片230二者的有效传播距离差，只有一个光束穿过半波片230。两个走离晶体220和240的厚度确定了分别穿过的走离光束所经过的额外路径长度，因此彼此厚度是不同的。
[0015] 图2示出光学装置的单一光输入端口。通过使用多端口的装置接收的光束可以相似的方式处理，以确保每个进入的光束所被分为的两个正交偏振的，空间分离的光束，它们传播同样的路径长度。在某些情况下，这些光学装置结合多波长开关功能，其可以共享一组共同的光学元件，如透镜、色散元件和空间光调制器。使用这里的方法和技术的这种波长选择开关的一个示例下面将结合图3A和3B被呈现。
[0016] 图3A和3B分别是简化的光学装置例如自由空间WSS100的一个示例的俯视图和侧视图，其可结合本发明的实施例被使用。光通过光波导例如光纤作为输入和输出端口输入和输出WSS100。光纤准直器阵列101包括与第一WSS关联的第一系列光纤120和与第二WSS关联的第二系列光纤130。每个单独的光纤与准直器102关联，其将来自每根光纤的光转换为自由空间光束。
[0017] 从图3B最佳看出，在第一光纤系列320中的光纤3201，3202，3203和3204与在第二光纤系列330中的光纤3301，3302，3303和3304交叉。此外，从图3B也可以看出，在光纤系列320中的光纤与在第二光纤系列330中的光纤有角度的偏移。这个偏移角度引起与两个不同WSS关联的波长在LCoS装置21关于y-方向(端口轴)空间彼此偏移，如图2所示。
[0018] 在图2中示出的类型的光程补偿器接收来自每个光纤/准直器对的光束。在图2和图3A-图3B中类似元件用类似参考数字表示。两个代表光束在图3B中被说明，即由光纤3201接收的第一光束(与第一WSS关联)和由相邻光纤3301接收的第二光束(与第二WSS关联)。如图所示，离开第一走离晶体220之后由光纤3201接收的光束被分开为两个光束323和325，它们关于彼此是正交偏振态。类似的，离开第二走离晶体240之后由光纤3301接收的光束被分开为两个光束333和335，它们关于彼此也是正交偏振态。
[0019] 来自两个不同WSS的光束具有角度使得它们在具有半波片部分230的组合半波片260的平面上交叉。相应的，组合半波片的位置决定光束从光端口需要被发射的角度。在图
3B的示例中，来自端口3201与第一WSS关联的光束323和来自端口3301与第二WSS关联的光束
333在半波片部分230上交叉。类似的，来自端口3201与第一WSS关联的光束325和和来自端口3301与第二WSS关联的光束335在半波片部分230的平面上交叉。在一个替换实施例中，光束325和335可能射向半波片230而不是光束323和333。
[0020] 接着光程补偿器，一对望远镜或光束扩张器放大来自端口阵列101的自由空间光束。第一望远镜或光束放大器是由光学元件106和107形成的，第二望远镜或光束放大器是由光学元件104和105形成的。
[0021] 在图3A和3B中，在两个轴上影响光线的光学元件都用实线表示为两个视角中的双凸光学器件。另一方面，仅在一个轴上影响光线的光学元件用实线在被影响的轴上表示为平凸透镜。仅在一个轴上影响光线的光学元件也可以用在它们不影响的轴上的虚线来表示。例如，在图3A和3B中，光学元件102，108，109和110在两个图中用实线表示。另一方面，光学元件106和107在图3A中用实线表示(因为它们沿y轴具有聚焦能力)和在图3B中用虚线表示(因为它们使得沿x轴的光束未受影响)。光学元件104和105在图3B中用实线表示(因为它们是沿x轴具有聚焦能力)和在图3A中用虚线表示(因为它们使得沿y轴的光束未受影响)。
[0022] 每个望远镜可以被创建为在x和y方向具有不同放大率。例如，由光学元件104和105的形成的望远镜的放大倍数，其放大在x-方向的光线，可能低于由光学元件106和107形成的望远镜的放大倍数，其放大在y-方向的光线。
[0023] 一对望远镜放大来自端口阵列101的光束和光学耦合它们至波长色散元件108(例如衍射光栅或棱镜)，其将自由空间光束分离为它们的组成波长或信道。波长色散元件108用于将光线根据其波长在x-y平面上分散为不同方向。来自色散元件的光线被射向光束聚焦光学器件109。
[0024] 光束聚焦光学器件109将来自波长色散元件108的波长分量耦合至可编程光相位调制器，其可能例如是液晶基相位调制器例如LCoS装置110。可编程光相位调制器在它的每个像素上产生相移，其在它的表面上形成相移曲线。如图3A所示，波长分量沿x-轴色散。相应的，给定波长的每个波长分量聚焦于在y-方向扩展的像素阵列19。举例来说，而不是限定，具有中心波长的表示为λ1，λ2和λ3的三个这种波长分量在图3A中示出，它们沿波长色散轴(x-轴)聚焦于LCoS装置110。
[0025] 从图3B中最佳看出，在自LCoS装置110反射之后，每个波长分量可以通过光束聚焦光学器件109、波长色散元件108和光学元件106和107被反馈回至在端口阵列101中的选定的光纤中。相应的，在y-轴上的像素19的适当处理允许选择性的独立引导每个波长分量至选定的输出光纤。
[0026] 尽管主题已经用关于结构特征和/或方法行为的特定语言被描述，但是应当理解的是，在附上的权利要求中限定的主题并不局限于上面所描述的特定特征或行为。
