双光栅光滤波系统的制作方法

专利名称：双光栅光滤波系统的制作方法
背景技术：
发明领域本发明涉及光波控制装置，特别是涉及滤波装置，该装置能根据波长选择性地减弱输入光束以实现相对陡的衰减曲线。
相关技术的描述电信网络越来越依赖于电磁波或光波的控制、传输和检测，以提供大容量的信息承载通道。典型的光通道可利用一提供调制光束的光源、一解调光束的光检测器和一提供光通道的纤维光缆。
为了提高电信网络的信息承载能力，有多个波长分量的光沿光缆传输，使得每个波长分量按分开的通道行进。由于有望使信道的数量最大化，波长分量通常有小的波长间隔。
为了进一步提高信息承载能力，光波可以沿一根光缆以相反方向同时传输。一支光波包括所要的第一波长分量，另一支光波包括所要的第二波长分量。第一波长分量的波长通常夹在第二波长分量之间。
由于光波在沿纤维光缆行进时会衰减，通常沿光束通道放置多级光放大器。每一级光放大器通常包括一有源介质，它是用电驱动泵激源实现光学泵激的介质。
随着光波沿光缆传输，由于信道内的交叉干扰和在信道中引入不要的波长分量的累积噪声，常常导致光波的退化。如果允许进入光放大器，不要的波长分量与所要的波长分量一起被放大，不要的波长分量会限制光检测器检测个别所要的波长分量的能力。
为了减小不要的波长分量的影响，通常在每个光放大器前面安放光滤波器件。理想状态下，光波滤波器完全阻止不要的光波长分量而不使所要的波长分量衰减。但是，因为已有的光滤波器要阻止不要的光波分量而基本上不使所要的波长分量衰减的能力有限，也因为不要的和所要的波长分量的波长常常彼此相当接近，这类光滤波器不可能提供可接受的信噪比。
因此，从前面所述可见，意识到需要一改进光滤波器以滤去不需要的光波，特别是，滤波器应该有改进的滤波特性，它允许阻止不要的波长分量而同时使所要的波长分量通过，以使信噪比得以改进。
发明综述通过本发明能满足上述要求。首先，本发明是一种光滤波装置，用于过滤有多个所要的波长分量和多个不要的波长分量的输入光束。本发明的装置包括放置于输入光束传输途径上的输入部件，该输入部件将输入光束分成多个单色偏振子光束，这些偏振子光束沿一相应的多个空间上分开的光束通道传输。多个单色偏振子光束包括(a)多个相应于所要的波长分量的所要的子光束和(b)多个相应于不要的波长分量的不要的子光束。本发明的装置还包括一个放在光束传输途径上的滤波部件以接收来自滤波部件的所要的子光束。滤波部件使不要的子光束衰减而使所要的子光束通过。本发明的装置也包括一输出部件以接收来自滤波部件的所要的子光束。该输出部件空间上将所要的子光束组合起来以提供包括输入光束的所要的波长分量的经滤波输出光束。
其次，本发明是一种过滤包含多个所要的波长分量和多个不要的波长分量的输入光束以得到包含所要的波长分量的过滤过的输出光束的方法。本发明的方法包括将输入光束分成沿空间上分开的光束通道传输的多个单色偏振子光束。所述多个单色偏振子光束包括(a)多个相应于所要的波长分量的所要的子光束和(b)多个相应于不要的波长分量的不要的子光束。然后使不要的子光束衰减从而从所要的子光束中除去不要的子光束。再将所要的子光束组合起来以得到滤波过的输出光束。
第三、本发明是一种光控制装置，控制有多个波长分量的输入光束以得到输出光束。本发明的装置包括放在输入光束传输途径上的输入部件。该输入部件将入射光束分成沿相应的多个空间上分开的光束通道传输的第一组单色偏振子光束。本发明的装置包括放在光束通道上的光束控制器以便以空间相关方式控制第一组单色偏振子光束的至少一支光束。该子光束控制器提供第二组单色偏振子光束。本发明的装置也包括安放一输出部件以接收离开子光束控制器的第二组单色偏振子光束。该输出部件构筑来自第二组单色偏振子光束的输出光束。
在一个实施例中，第一组单色偏振子光束包括(a)相应于输入光束中的多个所要的波长分量的多个所要的子光束和(b)相应于输入光束中的多个不要的波长分量的多个不要的子光束。第二组单色偏振子光束包括多个所要的子光束。子光束控制器包括使不要子光束衰减和使所要的子光束通过的滤波部件。该滤波部件包括有多个孔的不透光材料并被安放得使多个所要的子光束与多个孔对准并使多个不要的子光束与多个孔不准直。输出部件在空间上组合离开滤波部件的所要的子光束以构筑包括输入光束中所要的波长分量的输出光束。
第四，本发明是一光滤波系统，以过滤分别有第一和第二多个所要波长分量和分别有第一和第二多个不要的波长分量的第一和第二输入光束。本发明的系统包括放在第一和第二输入光束传输途径上的输入部件。输入部件将第一和第二输入光束分别分成为分别沿空间上分开的第一和第二多个光束通道的第一和第二单色偏振子光束。第一和第二组单色偏振子光束包括(a)分别相应于第一和第二输入光束的所要的波长分量的第一和第二多个所要子光束和(b)分别相应于第一和第二输入光束的不要的波长分量的第一和第二组不要的子光束。本发明的系统还包括放在第一和第二光束舆通道上的滤波部件。滤波部使第一和第二多个不要子光束衰减和使第一和第二多个所要子光束通过。本发明的系统也包括被安置的输出部件以接收来自滤波部件的第一和第二多个所要子光束。输出部件在空间上组合第一多个所要子光束以得到第一多个滤波过的输出束，该滤波过的输出束包括第一输入束中的所要的波长分量。输出部件在空间上组合第二多个所要子光束以得到第二过滤过的输出束，该输出束包括第二输入光束中的所要的波长分量。
从以上可见，很明显，本发明的光色散装置能过滤输入光束以使滤波过的输出光束基本上没有输入光束中的不要的波长分量。进而，光色散装置能以高通过率通过所要的波长分量的光束。本发明的这些和其它一些目的以及它的优点从以下结合附图的描述将显得更加清楚。


图1是用于过滤一输入光束的光滤波装置的一个实施例的示意图。
图2和图3是图1的光滤波装置的示意图，它们说明该装置所形成的互相垂直的多个光束通道。
图4是图1的光滤波装置的偏振分束器的示意图，它适合用来将非偏振光转为基本上平行的有正交偏振轴的第一和第二偏振光束。
图5是图1的光滤波装置的光色散器的示意图，它适合来提供基本上稳定的响应温度变化的散射特性。
图6是说明被图5的色散器以波长相关的方式改变输入单色光束方向的示意图。
图7是图1的光滤波装置的光色散器另一实施例的示意图，它适合用来提供改进通过率。
图8是图1的光滤波装置一个实施例的示意图。
图9是一改进了滤波特性的光滤波系统的一个实施例的示意图，它适合用来接收二个分开的输入光束并以图1的光滤波装置的方式提供二分开经滤波的输出光束。
图10是图9的光滤波系统的光色散子系统的示意图，它适合用来分别散射基本热稳定的两个输入光束并提高了通过率。
图11是图9的利用较少组件的光滤波系统另一实施例的示意图；和图12是图9的利用较少组件的光滤波系统再一实施例的示意图。
较佳实施例的详细描述现在参考附图，附图中相同的数字代表相同的部件。图1示意地表示一依据本发明一个方面的光滤波装置30。装置30接收输入光束32，输入光束通常包含多个波长成分，每个波长成分通常包括有正交偏振轴的第一和第二线偏振子成分。多个波长成分包含多个所要的波长分量及与所要的波长分量一起的多个不要的波长分量。正如在下面会详细描述的那样，装置30使不要的波长分量减弱而使所要的波长分量以高通过率通过以提供包括多个所要波长分量不包括多个不要的波长成分的输出光束34。
如图1所示意的那样，装置30包括一输入部件36，它将输入光束32分成多个沿多个空间上分开的光束通道40传输的单色偏振子光束38。子光束38按波长和偏振在空间上彼此分开，从而使子光束38包括相应于输入光束32的所要波长分量的第一和第二偏振子成分的多个所要的基本上单色的子光束42和相应于输入光束32的不要的波长分量的第一和第二偏振子成分的多个不要的基本上单色的子光束44。每一子光束38以线偏振状态出现，线偏振状态能使输入光束的所要的波长分量以高通过率有效地通过装置30，下面会详细描述。
如图1所示，装置还包括放在光束通道40上的滤波部件46，使子光束38进入滤波部件。如在下面会详细描述的那样，滤波部件46通过阻断不要的子光束44的通道40的方式选择性地使输入光束中不要的波长分量衰减。进而，通过允许所要的子光束42通过滤波部件46的方式，滤波部件46选择性地使所要的波长组通过。
如图1所示，装置30还包括放在离开滤波部件46的所要的子光束42的通道上的输出部件48，使子光束42进入输出部件48。正如下面会详细描述的那样，输出部件48以高通过率重新组合所要子波束42形成输出光束34，输出光束34与减去了不要的波长成分的输入光束32基本相似。
现在参照图2和图3，它们更详细地示意描述了光滤波装置30，输入光束32、输出光束34和多个中间子光束38基本上沿Z轴传输。进而，图2表示子光束38沿与Z轴垂直的Y轴偏转，以表明装置30对光束偏振的响应。图3表示子光束38沿同时垂直与Y轴和Z轴的X轴偏转，以表明装置30对光束波长的响应。
但对本专业技术人员来说，明显的是光滤波装置可以安排成多种配置中的一种。例如，光滤波系可以以非线性方式构成，这样，输入光束32、输出光束34和中间子光束38不以同一方向传输。装置30还可包括光反射元件来取代图2和3中所示的光透射元件。进而，系统30也可以以X、Y、Z轴不彼此正交的方式构成。
如图2和图3所示，光滤波装置30的输入部件36包括一偏振转换器49，它以高效率将非偏振光转换成线偏振光。正如下面结合图4所详细描写的那样，偏振转换器最好包括偏振光分束器50，它将输入光束32分成有垂直偏振轴的第一和第二偏振的输出束52和54。沿Z轴转输的输入光束32进入分束器50的输入面56，被分成第一和第二偏振光束52、54，它们最好以沿Z轴基本平行的方式出射光分束器50的输出面58，以使得光束52、54彼此偏离Y轴。第一偏振光束52有第一偏振轴而第二偏振光束有第二偏振轴，第二偏振轴与第一偏振轴垂直。在较佳实施例中，第一偏振光束52是p偏振的，因而第一偏振轴平行于偏振光分束器50的输出面58。进而，第二偏振光束54最初是s偏振的，因而第二偏振轴垂直于偏振光分束器50的输出面58。
如图2所示，装置30的输入部分36的偏振转换器49还包括第一个半波片60，它置于离开偏振光分束器50的第二偏振光束54的通道上。半波片60接收光束54并使光束54的偏振轴旋转，以致使光束54离开半波片60时，它的偏振轴与第一偏振光束52的偏振轴对准。接着，在较佳实施例中，第一和第二偏振光束52、54是p偏振的，使偏振光束52、54能以大的通过效率被装置30的色散器62色散。
如图2、图3所示，装置30的输入部件还包括色散器62，它使离开偏振分束器的光束52、54按波长色散。色散器62将光束52、54转换成多个单色子光束38，它分别包含第一和第二多个色散的子光束64、66。色散器62置于光束52、54的通道上，离开分束器50的第一偏振光束52进入色散器62的输入面68并沿平行于X-Y平面的平面色散从而得到第一多个散的子光束64。类似地，离开分束器50的第二偏振光束54进入色散器62的输入面68并沿平行于X-Z平面的不同平面色散从而得到第二多个色散的子光束66，它沿Y轴偏离第一色散子光束64，如图2所示。离开色散器62的子光束38基本上是平行的以致于子光束38的截面基本上保持均匀形状。
正如下面结合图5所描述的那样，在较佳实施例中，色散器62最好包含一平面衍射光栅。在该较佳实施例中，光栅最好调整到使第一和第二偏振光束的偏振轴平行于光栅平面。这样，光栅的与偏振相关的损耗减小，使得光栅能实现高的通过效率。
如图2和图3所示，光色散装置30的输入部件36还包括聚焦元件70，它将离开色散器62的多个子光束38聚焦在与x-y平面平行的焦平面72上。聚集元件70置于多个光束38的通道40上，使得子光束38沿平行于X-Z平面平行的平面以发散的方式进入输入面74。聚集元件使子光束改变方向以使它们的传播方向基本上与平行与Y-Z平面的平面一致。进而，聚集元件沿Y轴部分偏转子光束38，以使有匹配波长的相应的子光束对39在聚集器70的焦平面72上彼此相交。此外，如图2和图3所示，聚集元件70将每个子光束38聚集，使得每个子光束在聚集器70的焦平面72上的横截面宽减小。
接下来，光色散装置30的输入部件将输入光束32转换为空间上分开的多个子光束38，子光束38被聚集在聚焦器70的焦平面72上，从而得到了基本上是狭窄的拉长了的强度分布图，如图3所示的那样，它是沿X轴伸长的。由于色散元件62在X-Z平面上以与波长相关的方式将子光束38在空间上分开，因此，强度分布图76也被光谱上分开。
如图2和图3所示，光色散装置30的滤波部件46安置得与聚焦器70的焦平面72重叠。滤波部件46包含一空间强度调节器，在该较佳实施例中，该调节器是一有输入面82，输出面84和多个光透过区86或孔86的不透明屏80，孔86空间上沿XL同分布。屏80基本上位于聚焦器70的焦平面72上，这样，孔86与光谱上分开的子光束38所产生的强度分布图76对齐。进而，孔86配置得使得相应于有所要波长的子光束42的强度分布图76的一部分与孔86重叠，也使得相应于有不要的波长的子光束44的强度分布图76的一部分撞到80的输入面82的不透明区域。
因此，有不要波长的子光束44被屏80阻挡而有所要波长的子光束42通过屏80的输出面84传输，如图2和图3所示。如图3所示，子光束42离开屏80沿与Y-Z平面平行的平面传输。如图2所示，来自第一偏振束52的子光束42，下面标以子光束42a，部分沿负Y轴方向行进。同样，来自第二偏振束54的子光束42，下面标以子光束42b，部分沿正Y轴方向行进，从而42b与子光束42a互相发散。这样，每一个子光束42有岔开的分布，从而，随它们离开屏80行进时，它们的横截面积增加。
如图2和图3所示，光滤波装置30的输出部件48包含一有输入面92和输出面94的准直元件90。准直元件90安置在离开屏80的发散的子光束42的通道上，使得发散的子光束42进入准直元件90的输入面92，其传输方向基本上与平行于Y-Z轴平面的平面一致。准直元件90使子光束42改变方向，使得从准直元件90的输出面出来的子光束的传输方向基本上与平行于X-Z平面的平面一致。在这些平行的平面中，子光束42a彼此会聚和子光束42b彼此会聚，子光束42a和42b的会聚发生在平行于X-Y平面的断面99上。准直元件90调整光束42，使得每一子光束42以准直分布离开准直元件90的输出面94。
如图2和图3所示，光滤波装置30的输出部件48还包括有输入面102和输出面104的第一光束组合元件100，。元件100安置在断面99的平面上，使得元件100处在交叉子光束42的通道中。子光束42进入元件100的输入面102并以下面更详细描述的方法组合。子光束42的组合产生第一和第二复合光束106，108，它们分别来自第一和第二多个子光束42a和42b。组合光束离开元件100的输出面104，基本上沿与z轴平行的方向传输，使得第一复合光束106与第二复合光束108沿Y轴偏离。由于复合光束106、108来自p偏振光束52、54，在较佳实施例中，复合光束106、108都是p偏振的。
如图2和图3所示，在较佳实施例中，输出部件还包括将偏振束106、108转换成单一非偏振输出光束34的解偏振转换器110。解偏振转换器110包括第二个半波片112，它位于第一复合光束106的通道上。第二半波片基本上与第一半波片60一样，将第一复合光束106的旋转轴旋转90。结果，在较佳实施例中，第一组合光束离开半波片112时，是s偏振的。
如图2和图3所示，光滤波装置30的输出部件48的解偏振转换器还包括第二光束组合元件114，它将p偏振光与s偏振光组合起来产生非偏振光。有输入面116和输出面118的元件114放在复合光束106和108的通道上，使光束106、108进入第二光束组合元件114的输入面116。在进入元件114时，光束106、108以下面会详细描述的方法以组合起来，从而得到离开元件114的输出面118的输出光束34。
现在参照图4，图4更详细地图解描述了光滤波器装置30的偏振分束器50的一个实施例。
如图4所示，分束器50有输入面56和输出面58，输出面54有一输入面端口140，输出面58至少包含二个输出面端口142，144。这些面是用厚度为T(该厚度形成刚性结构)的透明薄片146形成的。薄片146包括第一和第二平的表面148，150，它们基本上是平行地安置在各自平面内。
输入光束32进入分束器50的输入面端口140并在第一折射区152折射，得到第一折射光束160。输入光束32的入射角为Q1(与薄片146的第一表面148法线所夹的角)。第一折射光束160的第一折射角Q2(与第二表面150的法线所夹的角)。有方程noutsinθ1＝ninsinθ2(1)这里nout是与分束器50相邻的外部介质的折射率，nin是薄片146的折射率。
在一个实施例中，输入面端口140包括第一相对薄的抗反射涂层162，它沿第一表面148的第一折射区152放置。第一抗反射涂层162的目的是增加输入光束32通过第一折射区152的透射。
第一折射光束160通过簿片146传输而进入第二表面150的偏振区156。限定相对簿片146的第二表面150的法线的第二入射角θ3。由于簿片146的第一和第二表面148，150基本上彼此平行，第二入射角θ3基本上第于第一折射角θ2。
输出面端口142包括偏振涂层164，它沿第二表面150的偏振区156放置。偏振涂层164传输以第二入射角θ3进入涂层164的具有第1偏振的线性偏振束。而且，偏振涂层164反射一有第二偏振的类似的第二线偏振光束。在一个实施例中，偏振涂层164采用传输p偏振光而反射s偏振光的涂层。
因此，第一折射光束160的第一偏振分量经第一输出面端口142离开分束器50，从而得到有第一偏振的第一偏振光束52。特别是光束52离开第一输出端口142的第一输出角φ1(与簿片146的第二表面150的法线的夹角)满足方程ninsinθ3＝noutsinφ1(2)进而，根据方程(1)和(2)以及θ3与θ2基本相等，第一输出角φ1基本上等于第一入射角θ1。
如图4所示，第一折射束160的第二偏振分量从偏振涂层164反射，从而得到第一反射束166，第一反射束有第二偏振并确定了相对于簿片146的第二表面150的法线的第一反射角θ4。根据反射定理，第一反射角θ4等于第二入射角θ3。
如图4所示，第一反射束166通过簿片146传输到反射涂层170，该反射涂层安置在簿片146第一表面148的反射区154上。第一反射束166确定了相对于簿片146的第一表面的法线的第三入射角θ5。由于簿片的第一表面148和第二表面150基本上相互平行，因此，第三入射角θ5基本上等于第一反射角θ4。
有第二偏振的第一反射束166从第一表面148的反射区154反射从而得到有第二偏振的第二反射束168并确定了相对于簿片146的第一表面148的法线第二反射角θ6，根据反射定理，第二反射角θ6等于第三入射角θ5。第二反射束168通过簿片146传输到第二输出面端口144，并在该端口处入射到簿片146的第二表面150的第二折射区158上。第二反射束168确定了相对于薄片146的第二表面150的第四入射角θ7。由于第一、第二表面148、150基本上相互平行，因此，第四入射角θ7，基本上等于第二反射角θ6。从而，第四入射角基本上等于第一反射角θ2。
第二反射束168在与第二输出面端口144附近的第二表面150的第二折射区158折射，从而得到有第二偏振的第二偏振束54。该偏振束以相对于第二表面150的法线的第二输出角φ2离开第二输出面端口144。特别是，第二偏振束54按方程ninsinθ6＝noutsinφ2(3)折射。根据方程(1)、(3)以及θ6与θ2基本相等，第二输出角φ2基本上等于第一入射角θ1。因此，偏振束52、54基本上相互平行。
在一个实施例中，偏振涂层164适于传输偏振轴平行于涂层164平面的P-偏振光。进而，涂层164适于反射偏振轴垂直于涂层164平面的s偏振光。在该实施例中，第一偏振束52是p偏振的，第二偏振束54是s偏振的。
在一个实施例中，反射涂层170沿簿片146的第一表面148的反射区154安放的，从而得到相对高的反射率。因此，第一反射束166的大部分能量被反射到第二反射束168中。进而，在一个实施例中，第二抗反射涂层172沿第二表面150的第二折射区158安放。抗反射涂层172的目的是禁止在第二反射区158的反射和增强折射。
在一个实施例中，簿片146基本上由硬质玻璃组成，诸如，折射率基本上约为1.5。特别是，簿片146的第一和第二表面148、150相互平行，平行度在0.5秒以内。结果，偏振束52、54相互平行，平行度在0.75秒以内。由于簿片146基本上是硬的，因此，偏振束52、54的高平行度不受外部振动的影响。
因此，很明显，这偏振分束器50与已有的偏振分束器相比较，有很多优点。特别是，由于输出偏振束52、54的平行度主要由簿片146的第一和第二表面148和150的平行度决定以及由于已有分束器的平行度由分开安装的器件的调整来决定，因此，分束器50能提供远大于已有分束器所能提供的平行度的输出光束52、54。而且，分束器50在不需要复杂的调整程序变能实现这样的高平行度。再者，由于分束器50的尺寸基本上不受外来因素的影响，分束器50总是能得到基本上平行的输出束52、54。最后，分束器是双向的，因此能用来从一个输入光束产生多个输出光束，也能用来将多个输入光束组合成一个输出光束。
现在参照图5，它更详细地图解地描述了光滤波装置30的光色散元件62的一个实施例。元件62包括一衍射栅232，它被固定在色散安装元件234上。在一个实施例中，该安装元件234是棱镜234。元件62适于接收输入面68上的多色输入光束52、54并得到相应的多个子光束38，子光束38从元件62的输出面69离开，出射角φr与波长相关。光栅232适于提供有第一色散特性的光色散元件62，棱镜234适于提供有第二色散特性的光色散元件62从而光栅232和棱镜234组合提供有改进了热稳定性的组合色散特性的光色散元件62。
如图5所示，在一实施例中，光色散元件62的光栅232包含一通常是平的基板230，230有宽的表面238；一开槽面242的开槽层240，使得开槽层242从基板230的表面238延伸。开槽面242包括许多窄的槽244，这些槽以夸张的方式表示在图5中。这些槽244被相对小的沿基板230的平面测量的槽间隔S分开。开槽面242本质上是反射性的，使得光栅232的功能像反射器件一样。
在一实施例中，光栅232用普通的复制技术制成，使得从母光栅得到的模具用来压印复制栅232，复制栅232带有多个平行槽的开槽面242。为了避免有与光栅232相关的最强的相干极大值(此时是没有光色散的第零级)，光栅232最好是刻成第一级(m＝1)。每一个槽244的表面与基板236的平面有一夹角。但在其它实施例中，使用其它类型的光栅也是合适的。例如，非刻蚀光栅，全息光栅，透射光栅等也可使用。
在较佳实施例中，衍射光栅232适于以与普通衍射光栅同样的方式衍射光，以致于得到有第一色散特性的光色散元件162。衍射光栅232适于改变有自由空间波长λf(即在真空中测得的波长)和有相对于衍射光栅平面的入射角为θ1的入射光束的方向，使得根据下面讨论的方程(6)，每个输出光束有衍射角θm。由于最好光栅被刻成第一级，因此，对于m＝-1衍射极衍射光能量与入射光能量之比，又称衍射效率得以增强。
如图5所示，光色散元件62的棱镜234包括多个通常是平的折射面250。折射面250包括输入面68，输出面69和安装面256，使得进入角α被输入面68和安装面256确定，出射角γ由输出面69和安装面256确定。棱镜234的输入面68作为光色散元件62的输入端口260，使得光束52、54能进入光色散器。棱镜234的输出面69作为光色散元件62的输出端口264，使得多个子光束38以与波长相关的方向从光色散器离开。棱镜234用透明材料制成，其折射率np与在其中传输的光的波长有关。
如图5所示，在较佳实施例中，光栅232直接安装在棱镜234的安装表面256上，从而得到有衍射面258的光色散元件62。光栅位于棱镜234的安装表面256的附近，使得光栅232的基板236基本上与棱镜234的固定表面256平行。光栅232的开槽面242位于固定表面256附近，使得开槽面242是衍射面258。相对簿的厚度为T的透明环氧簿层以直接无缝贴合的方式插在光栅232和棱镜234之间，使得光栅232的开槽面与棱镜234的固定表面256粘合在一起。环氧268最好用折射率基本上等于棱镜234的折射率的材料，这样避免光从固定表面256反射。
虽然光色散元件62的较佳实施例使用如图5所示的安装在棱镜234上的分开形成的光栅232，但很明显，在其它实施例中，也可提供一种变通的衍射面。例如，在一个实施例中，棱镜234的表面256也可像图5的光栅232的开槽面一样的方法开槽。
现在参照描述光色散元件62的组合色散特性的图6。在这简单例子中，单色输入光束270，其自由空间波长为λf，射向光色散元件62的输入面68。输入光束270然后被元件62改变方向，使得有相同自由空间波长λf的输出束从元件62的输出面69射出，其相对于输出面69法线的出射角为φr。
如图6所示，输入光束270通过折射率为ni的入射介质274，如空气，射向棱镜234的输入面68，相对于入射面68的法线的第一入射角为β1。在到达输入面68时，输入光束270经折射，产生第一折射束276，相对于输入面68的法线的折射角为βr，有nisinβi＝npsinβr(4)如图6所示，折射光束276通过棱镜234射向沿固定表面256放置的光栅232。光束276射向固定表面256，确定相对于固定表面256平面的法线的第二入射角θi。θi与βr和棱镜的进入角α相关，根据几何方程，有θi＝α-βr(5)如图6所示，衍射光栅将光束276衍射成通过固定表面256再次进入棱镜234的衍射光束278。根据众所周知的衍射光栅方程，在这种情况下(衍射级m＝-1)，该方程表示为s(sinθi+sinθm)＝-λf/np(6)衍射光束278确定了相对于固定表面256法线的衍射角θm。
如图6所示，衍射光束278在从棱镜234的输出面69出射前，通过棱镜234行进，因此，确定相对于输出面69法线的第三入射角φi。入射角φi与θm和棱镜的离开角γ有关，满足几何方程
φi＝γ-θm(7)衍射光束278在输出面69折射，从而得到输出光束272，满足方程npsinφi＝nrsinφr(8)这里，nγ是棱镜234外面输出表面254附近的介质的折射率。在较佳实施例中，输出面69附近的介质是空气。
根据方程(4)-(8)，很明显，出射角φγ与第一入射角βi，棱镜的折射率np，棱镜的进入角α，光栅的槽宽度S，棱镜的离开角γ和输出光束的自由空间波长λf有关。这解释了为什么图5中的光束52、54色散成多个单色子光束，而每一个单色子光束有唯一的出射角φγ。但是，由于np和S常常随温度变化而改变，如果没有现在将更详细描述的光色散元件62的热补偿设计特征，出射角φr很可能会有实质性的变化。
为了减小光散射元件62的出射角φr随温度变化的变化，在一个实施例中，采用的光色散元件62使得热引起np的变化的影响被热导致S变化的影响所降低。特别根据方程(4)-(8)，光散射元件62用所选择的材料制得，使得棱镜234的折射率相对于温度变化的速率(dn/dT)和光栅232的槽间隔宽随温度变化的速率(ds/dT)提供出射角φr随温度变化的速率(dφr/dT)相对较小。
例如，在一个实施例中，通过在开槽层240上施加与温度相关的应力的方法，使得采用的光栅232有所要的ds/dT值。这种应力可以是光色散元件62热膨胀的结果。更特别的是，开槽层240的ds/dT能通过挑选有合适的热膨胀系数(CTE)的开槽层240的材料来选择。Ds/dT还通过作用在开槽层240上的热应力来确定。例如，由于开槽层直接粘合在基板236上，因此，基板236能根据基板236的CTE用来对开槽层240施加热应力。由于开槽层240直接粘合到环氧268上，环氧268能根据环氧的CTE来对开槽层施加热应力。此外，由于棱镜234被粘合到环氧268上，棱镜234能用来通过环氧268间接地对开槽层施加热应力，加在开槽层240的热应力依赖于环氧268的弹性横量，环氧268的厚度和棱镜238的CTE。
在一个实施例中，光栅232的槽间隔宽S随温度变化维持在一相对恒定的值。这是通过选择有相对小的CTE的基板236的材料来实现的。在一个实施例中，环氧268是有合适厚度的高弹性材料，因此，光栅232基本上与棱镜234的热膨胀隔开。棱镜234的材料可以选择有相对小的CTE材料。
在一个实施例中，形成光色散元件62，使得光栅232的ds/dT基本上为零以及棱镜的dn/dT基本上为非零。为了达到热补偿，形成的光色散元件62有合适的α、γ和np值，使得基本上为非零的dn/dT对φγ的影响按方程(4)-(8)基本上不存在。例如，如果棱镜的折射率np增大，则按方程(4)，折射角βr减小，而按方程(5)，入射角θi减小。相应地，按方程(6)，使衍射角θm增大，按方程(7)，入射角φi减小。选择φI的减小使得np与sinφi的乘积相对不变，从而使得根据方程(8)，φr基本上保持不变。
因此，本专业的技术人员会意识到，在设计光色散元件62时有很大的自由使得dφγ/dT减小。在一个实施例中，光色散元件的材料和形状选择得使非零的ds/dT的影响与非零的dn/dT的影响相抵消。在另一个实施例中，光色散元件采用基本为零的ds/dT和基本非零的dn/dT使得在改变np时，φr相对不变。
因而，光色散元件62能以比已有技术的光色散元件更合乎需要的方式色散光。通过棱镜的热相关的折射率的影响与光栅232的热相关的槽间隔宽的影响抵消，光色散元件62的出射角φr对温度的变化不敏感。进而，在一个实施例中采用光色散元件62使得光栅232的槽间隔宽S对温度的改变相对不敏感和使得温度改变大大影响光栅232的折射率np。然而，在这个实施例中，棱镜234的构成和形状选择得使得子光束38的出射角φγ基本上与光色散元件62的温度无关。
现在参照图7描述光滤波装置30的光色散元件62的另一个实施例。在该实施例中，采用的光色散元件通过减小进入和离开光色散元件62的衍射光栅332的入射和衍射光束的夹角提供整体上改进的效率。
如图7所示，元件62与图5的元件62相似。特别是元件62包含有输入面68，输出面69和固定面356的棱镜334。元件62还包含类似于图5光栅一样的衍射光栅332，以提供一衍射面336。特别是衍射栅332安装在棱镜334的固定面336上使得射在棱镜334输入面68上的光束52、54全被衍射栅332所衍射，从而得到离开输出面69的子光束38。再者，采用的元件62有早先在图5中的元件62所描述的热补偿特性，从而提供随温度变化基本上均匀的色散特性。但是，已如下面会更详细描述的那样，图6的元件62将输入和输出光束通道限制在棱镜334中，使得光栅332的衍射效率得以改进。
如图7所示，采用棱镜334，使得光束52，54进入棱镜334的输入面68，在棱镜中沿输入光束通道346到固定面356传输。特别是，每一个输入光束通道346包括延伸到位于棱镜334内的反射位置310的第一长度310。每一输入光束通道346还包括从反射位置311延伸到衍射面336的第二长度312，使得光束52、54限定相对于衍射面336法线的入射角为θi。
在一个实施例中，在反射位置311，光束52、54发生反射，其结果是引起全内反射(TIR)。特别是，每一输入光束346的第一长度310延伸棱镜334的第一外表面318，限定了相对于第一表面318法线的入射角ki。采用棱镜334，使得入射角ki大于被sin-1(np/nout)所限定的在第一表面318上的临界角，这里，nout为第一表面318附近棱镜334外部介质的折射率，np是棱镜334的折射率。
如图7所示，每一输入光束通道346的第一长度310从输入面68向输出面69延伸。在到达输出面69时，光束52、54在那里全反射，从而沿输入光束通道346的第二长度312改变方向，该第二长度312从输出面69向固定面356延伸。
采用棱镜334使得来自衍射面336的子光束在棱镜334中沿输出光束通道348从衍射面336向输出面69传输。每个输出光束通道348包括第一长度314，该第一长度由衍射角θm所限定的方向从固定面356向输出面69延伸，相对衍射面336的衍射角θm按方程(6)确定。每一输出光束通道348的第一长度314进一步限定了相对于输出面69的入射角φi。被输出面69上的每个输出光束通道348限定的入射角φi小于临界角，使得不发生全反射。在一个实施例中，沿棱镜332的输出面69涂上抗反射涂层，从而增加子光束38通过输出面69的透射而没有光束52、54的无益的全反射。
采用元件26，使得每一输入光束通道346的第二长度312和每个输出光束通道348的第一长度314限定一相对小的角度Ω。在一个实施例中，Ω小于5度。由于角Ω小于已有技术装置所提供的角度，衍射栅332能改善衍射效率。进而，由于光束52、54和子光束38分别通过空间上隔开的输入和输出面68、69进、出元件，光束52、54和子光束38很少受紧靠的组件的影响。
例如，在一个实施例中，半波片60安放在元件62的输入面68附近，从而，也放在光束54的通道上，如图7所示。但由于子光束38离开输出面69并沿基本上与输入面68分开的区域传输，子光束38不进入半波片60。因此，子光束38至少有一个不受半波片60影响。
在一个实施例中，采用元件62，使得在棱镜334的输出面69上，光束52、54的至少一个光束和有椭园截面形状的子光38彼此部分重叠。由于输入光束52、54有一延伸的宽度，它沿有宽度W1的第一入射区320射到输出面69。同样，因为输出子光束38有一延伸的宽度，它沿宽度为W2的第二入射区322射到输出面69。由于输入光束52、54和输出子光束38之间的夹角Ω相当小，第二入射区322与第一入射区320部分重叠，如图4所示。
因此，会意识到，图7的光色散元件62有提高通过效率的优点。该优点通过在衍射面336上限定相当小角度Ω的输入的输出光束通道346、348实现的。而衍射面336提高了光栅332的衍射效率。例如，如果Ω角从15度减小到5度，衍射栅332的衍射率率能提高10％。进而，该优点的实现也不需要输入光束52、54和输出子光束在棱镜334外面彼此很靠近地通过。因此，元件62能与半波片60一起使用，使得半波片影响光束54而不影响子光束38。
现在参照图8，它更详细地图解描述3图1的光滤波装置30的较佳实施例。装置30对称构成使得输入部件36和输出部件48基本上是同样的。装置30包含输入部件36的第一分束器50和形成输出部件48的一部分的基本相似的第二分束器51。如前面所讨论的，输入部件36的偏振转换器的分束器50在输入面56的输入面端口140接收输入光束32并将输入光束32分成p偏振和s偏振光束52和54，光束52、54基本上平行地分别离开分束器50的输出面端口142、144进而，在该实施例中，输出部件48的解偏振转换器110的束组合元件114包括分束器51。分束器51以相反方式放置，使得存在半波片112的s偏振光束106进入分束器51的第二输出面端口144，而离开第一束组合元件100的p偏振光束进入分束器51的第一输出面端口142。由于分束器51是双向的，光束106、108基本上是平行的且分别是s偏振和p偏振的，因而分束器51能有效组合光束106、108，从而以基本准直的方式得到离开分束器51输入面端口140的输出光束34。
在图8实施例中，装置30还包括输入部件36的光色散元件62和形成输出部件48一部分的基本一样的第二光色散元件61。如上所述，输入部件36的光色散元件62在元件62的输入面68上接收p偏振光束52、54。而元件61色散偏振光束52、54，从而得到空间上分开的子光束38并离开元件62的输出面69。
在该实施例中，输出部件上48的第一光束组合元件100包含第二光色散元件61。元件61相对元件62对称安置并排列得使第一光束组合元件100的输入面102是第二光色散元件61的输出面69。同样，第一光束组合元件100的输出面104是元件61的输入面68。以相反方式工作，元件61重新组合所要的进入输出面69的子光束42并重新组合子光束42形成组合光束106、108并离开元件61的输入面68。
在图8的实施例中，聚焦元件70包含有焦距的远心会聚透镜71以及准直元件90包含与透镜71一样的会聚透镜91。透镜71和91放得分别离光色散元件62、61基本上等于透镜焦距的位置上。透镜71和91也放在分别离滤波部件46的屏80基本上等于透镜71、91的焦距的位置上。
结果，进入透镜71的所要的子光束42和离开透镜91的所要的子光束42分别限定了发散和会聚光束通道，使得发散束通道96的几何形状基本上与会聚束通道98的几何形状匹配，正如图3所表示的。由于子光束42沿会聚束通道98(它在几何形状上与会发散通道96相似)离开准直元件70，子光束42在色散元件61中有效组合，从而得到复合光束106、108，以基本平行方向离开元件62b。
因此，会意识到光滤波装置30给出了改进的滤波特性。特别是，由于装置30将输入光束分成多个所要的，在空间上与多个不要的子光束分开的子光束，装置30能通过本质上阻挡子光束分开的子光束来衰减输入光束中不要的波长成分。而且，由于所要的子光束是线偏振状态的，故它们被色散元件62和61高效地衍射。所以，装置30以高的通过率能通过输入光束的所要的波长成分和得到改进的光谱分辨能力，使得即使波长分量的波长差别很小，所要的波长分量也能与不要的波长分量区分开来。
也将意识到光滤波装置30提供了随温度变化基本稳定的滤波特性。特别是因为色散元件62有随温度稳定的色散特性，因而离开色散元件62的子光束38很少可能受温度变化的影响。通过使用分束器50，装置30的热稳定性进一步得到增强，它的性能基本上不受变化的温度的影响。
现在参照图9，它图示地说明了一个根据本发明的另一实施例的光滤波系统120。系统120包含第一和第二光滤波装置30j和30k，它们基本上类似于图8的光滤波装置30。装置30j和30k最好以叠起的结构安排，因而它们彼此相邻。采用装置30j和30k分别接收第一和第二输入光束32j和32k，每个光束均有所要的和不要的波长分量。装置30j和30k以像图2和图3的光滤波装置同样的方式过滤光束32j和32k，最后得到各自的包含各个所要波长分量的第一和第二输出光束34j和34k。
如图9所示，系统120包括用普通透明簿片124制成的第一和第二偏振分束器50j和50k的第一偏振分束器子系统122，使得元件50j和50k彼此永久对准。另外元件50j和50k在结构上和功能上与图4的元件50是一样的。
进入子系统122的第一输入面端口140j的第一光束32j被子系统122分束，使得p偏振的输出光束52j离开子系统122的第一输入面端口142j，s偏振的第二输出光束54j离开子系统122的第二输出面端口144j。第一和第二光束52j和54j以基本上与第一输入光束32j准直的基本平行的方向传输。同时进入子系统122的第二输入面端口142k的第二输入光束32k由子系统122分束，故具有p偏振的第三输出光束52k离开子系统122的第三输出面端口142k，s偏振的第四输出光束54k离开系统的第四输出面端口144k。第三和第四输出束52k、54k以基本上与第二输入光束32k准直的基本平行的方向传输。
如图9所示，系统120包括半波片60j和60k。半波片60j和60k放置得分别接收来自子系统122的s偏振束54j、54k并为它们提供p偏振。
如图9所示，该系统还包括接收来自偏振分束器子系统122的52j和52k和来自半波片60j、60k的p偏振束54j、54k的光色散子系统126。正如下面结合图要更详细描述的那样，子系统126包括共同使用单棱镜434的第一和第二光色散元件62j、62k，其中，62j、62k基本上类似于图8的光色散元件62。第一色散元件62j接收源自第一输入光束32j的光束52j、54j并提供相应的多个空间上分开的p偏振单色子光束38j。另外，第二色散元件62k接收源自第二输入光束32k的光束52k、54k并提供相应的多个空间上分开的p偏振单色子光束38k。
图10更详细地描述了图9的光滤波系统120的光色散子系统126的一个实施例。子系统126包括与图7的光色散元件62基本相似的第一和第二光色散元件62j、62k。在一个实施例中，子系统126包括一个棱镜434和一个衍射光栅432，它们适于提供分开的输入面端口68J、68K，分开的输出面端口69j、69k和分开的衍射面端口442、443。光束52j、54j被输入面端口68j接收并被衍射面端口442衍射，从而提供离开输出面端口69j的子光束38j。另外，光束52k、54k被输入面端口68K接收并被衍射面端口443衍射，从而提供离开输出面输口69k的子光束38k。
该光色散系统126具有许多优点是可以理解的。特别是子系统126使色散元件62j、62k具有改进的热稳定性和改善的衍射效率。由于色用元件62j、62k共同使用同一棱镜，它们能以更可靠的方式彼此对准。再则，由于子系统126的所有元件刚性地贴在一起，子系统126在使用期间不太可能失准。此外，由于子系统126包括单一的光栅432，子系统126的色散元件62j、62k的对准进一步简化，因此，使子系统126的制造成本降低。
参照图9，系统120的光色散装置30j和30k均包括一对透镜71j、91j和71k、91k，它们与图8的一对透镜71、91是一样的。透镜71j接收子光束38j，子光束38j有来自光色散元件62j的所要的子光束42j。另外，透镜71k接收来自元件62k含有所要的子光束42k的子光束38k。透镜71j、71k分别单独将子光束38j、38k聚集在一共同的焦平面上。进而，透镜91j和91k分别单独准直离开滤波子系统127的所要的子光束42j、42k。如图9所示，系统120还包括为了让第一和第二多个所要的子光束42j、42k选择通过和阻止第一和第二多个不要的子光束44j、44k通过滤波子系统127。该子系统包含一有第一和第二多个孔86j、86k的不透明屏125，每一个孔类似于图3的屏80的多个孔86。屏125放置在透镜71j和71k的焦平面上，使得孔125与多个第一所要子光束42j相重合，孔125与多个第二所要子光束42k相重合。这样，不要的子光束44j、44k被屏125所阻挡，所要的子光束42j、42k允许离开屏125，从而射向透镜91j和91k。
如图9所示，系统120还包括第二光色散子系统128，它接收离开透镜91j和91k的子光束42j、42k。子系统128与子系统126一样，包括光色散元件61j和61k。子系统128以与上面图8中描述的相反的方式安排，使得子系统128的光色散元件61j和61k分别接收子光束42j和42k并以有效的方式组合它们形成p偏振组合光束对106j、108j和106k、108k。进而光束106j和106k分别射向半波片112j和112k，从而得到s偏振的光束106j、106k。
如图9所示，系统120还包括第二偏振分束器子系统129，它接收离开第二光色散子系统128的p偏振光束108j、108k和分别离开半波片112j、112k的s偏振光束106j、106k。子系统129与子系统122是一样的，包括第二偏振分束器51j和51k。该子系统以与上面图8中描述的相反方式安排使得子系统129的偏振分束器分别接收组合光束对106j、108j和106k、108k并以有效的方式组合形成输出束34j和34k。
参照图11和12，它们图示描述了光滤波系统120的另一些实施例。在这些实施例中，光滤波系统120包括第一偏振分束器122、半波片60j、60k和第一光色散子系统126，它们将输入光束32j、32k分别分成子光束38j、38k。图11和图12的系统120还包括滤波子系统127，第二光色散子系统128、半波片112j、112k和第二束分路子系统129，它们分别选择子光束42j、42k并将子光束42j、42k组合成输出光束34j、34k。但是，代替所用的分开的透镜对，图11、12的系统120只使用单个透镜71聚焦子光束38j和38k和单个准直透镜91来准直子光束42j和42k，因此，能使系统120减小空间。
在图11的实施例中，输入光束32j、32k彼此位于离开相当大的距离。为了补偿这一位移，系统120包含一子光束合并元件130，它接收来自光色散子系统126的子光束38j和38k并输出子光束38j和38k，使得它们沿基本上相邻的光束通道传输，进而，为了得到有相当大空间间隔的输出光束34j和34k，系统120还包括光束展开元件131，它接收空间上紧邻的第一和第二多个所要的子光束42j和42k并输出彼此间有相当大位移的子光束42j和42k。
如图11所示，子光束合并元件130包括半波片132和偏振分束器133。安放半波片132以接收离开光色散系统126的p偏振子光束38j。半波片132输出s偏振的子光束38j，使得s偏振子光束38j被光分束器133接收。光分束器133安放得使接收来自半波片132的s偏振子光束38j和来自子系统126的p偏振子光束38k。光分束器133与图4的分束器50是一样的且以反相的方式取向以使在输出面端口接收s偏振子光束38j和p偏振子光束38k，并沿基本平行的方向从输入面端口输出。
如图11所示，子光束展开元件131放在透镜91和光色散子系统128之间以接收所要的s偏振子光束42j和沿基本上相邻的光束通道传输的p偏振子光束42k。元件131与元件130是一样的，它包括光分束器134和半波片135。光分束器在输入面接收子光束42j和42k并输出来自位移的输出面端口的子光束42j和42k，从而使s偏振子光束42j与p偏振子光束42k发生位移。s偏振子光束然后通过半波片134，从而得到p偏振的子光束42j。
如图11所示，在一实施例中，系统120还包括第一和第二光补偿器136和137。补偿器136放在子系统126和透镜71之间，从而接收子光束38j，而补偿137放在透镜91和子系统128之间以接收子光束42j。补偿器136、137对子光束38J的通道和子光束38K的通道之间的几何差进行补偿。
在图12的实施例中，输入光束32j和32k沿基本上相邻的光束通道行进，结果是子光束38j基本上与子光束38k相邻，因此允许用一个透镜71聚集子光束38j和38k。进而，离开滤器127的子光束42j和42k彼此相邻，因此使得透镜91能准直子光束42j和42k。
在图11和图12的实施例中，与输入光束32j相关的在屏125的强度分布76j被适当指引的输入光束32j、32k从输入光束32k的强度分布76k移开。例如，如果光束32j、32k如图11和12所示所那样沿Z轴基本准直，则强度分布76k能被沿Y-Z平面使光束32j相对于32k沿Y轴稍稍倾斜的分布76k抵消。在这种情况下，由于76j和76k是沿X轴拉长，它们被强加在屏的不同端口上。交替地，如果32j沿X-Z平面倾斜，侧强度分布76j会相对于分布76k沿X轴移动。
意识到图9、11和12的光滤波系统120会有很多优点。特别是光滤波系统120的每一个都包括基本上与图8的改进的光滤波装置30一样的第一和第二光滤波装置30j和30k。因此，系统特别适于要求能以精细分辨能力、有效透过所要的波长成分而阻挡不要的波长分量的分别滤波二个输入光束的交错滤波应用的场合。进而，由于装置30j和30k的很多部件是共用的，因而系统120能紧凑地安排以节省空间。再则，由于子光束38j聚焦在孔86j而子光束38k聚焦在孔86k上，86j和86k是分开的，从而降低了交扰的可能性。
尽管已往说明描述了本发明的较佳实施例和指出了当应用这实施例时，本发明的十分重要和新颖的特征，但仍应理解，所描述的器件的细节形式上的删节，替换和变化可以被本专业普通技术人员在不违背本发明的精神的情况下做到。因此，本发明的范围不应限于上述描述，而应被附加的权利要求确定。
权利要求
1.一种对具有多个所要波长分量和多个不要波长分量的输入光束进行滤波的光滤波装置，其特征在于，光滤波装置包括在输入光束通道上安放的一输入部件，所述输入部件将输入束分成多个单色偏振子光束，这些子光束沿相应的空间上分开的多个光束通道传输，所述多个偏振单色子光束包括(a)多个相应于所要波长分量的所要子光束和(b)多个相应于不要波长分量的不要子光束。在光束通道上安放的一滤波部件，所述滤波部件使不要的子光束衰减，使所要的子光束通过；和安放的一输出部件，接收来自滤波部件的所要子光束，所述输出部件在空间上组合所要的子光束，从而得到包含输入光束的所要波长分量的经滤波输出光束。
2.按权利要求1所述的装置，其特征在于，输入部件包括安放偏振转换器以接收输入光束，所述偏振转换器将输入光束转换成线偏振光。
3.按权利要求2所述的装置，其特征在于，偏振转换器将输入光束转换成至少一个p偏振光束。
4.按权利要求3所述的装置，其特征在于，至少一个p偏振光束包括在基本上平行的方向上传输的第一和第二偏振光束。
5.按权利要求4所述的装置，其特征在于，偏振转换器包括一偏振分束器和一偏振旋转器片，所述偏振分束器提供第一p偏振光束和s偏振束，安放所述偏振旋转器片使得接收s偏振束，所述偏振旋转器片旋转s偏振束的偏振轴以得到第二p偏振束。
6.按权利要求4所述的装置，其特征在于，输入部件还包括将第一和第二p偏振光束色散成多个偏振单色子光束的光色散元件，所述光色散元件包含一衍射光栅。
7.按权利要求6所述的装置，其特征在于，输入部件还包括接收来自光色散元件的多个偏振单色光束的聚焦元件，所述聚焦元件将多个偏振单色光束聚焦在一焦平面上。
8.按权利要求7所述的装置，其特征在于，所述聚集元件的所述聚焦提供一在空间上延伸的、在光谱上分开的强度分布。
9.按权利要求8所述的装置，其特征在于，聚焦元件将匹配成对的有相配波长的子光束朝向对方，使得匹配成对的子光束在聚焦元件的焦平面上彼此相交。
10.一种对有多个所要波长分量和多个不要波长分量的输入光束进行滤波以得到只包含所要的波长分量的输出光束的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤将输入光束分成多个沿空间上分开的光束通道传输的偏振单色子光束，所述子光束包括(a)多个相应于所要波长分量的所要子光束，(b)多个相应于不要的波长分量的不要子光束；将所要子光束与不要子光束分开；和组合所要的子光束从而得到经滤波的输出光束。
11.按权利要求10所述的方法，其特征在于，分开输入光束的步骤包含将输入光束转换成至少一个线偏振光束。
12.按权利要求11所述的方法，其特征在于，将输入光束转换成至少一个线偏振光束的步骤包含将输入光束转换成第一和第二p偏振光束。
13.按权利要求12所述的方法，其特征在于，分开输入光束的步骤还包括使输入光束衍射。
14.按权利要求13所述的方法，其特征在于，使输入光束衍射的步骤包括使至少一个线偏振光束通过具有衍射光栅的光色散元件，使得至少一个线偏振束被衍射光栅衍射。
15.一种控制有多个波长分量的输入光束以得到一输出光束的光控制装置，其特征在于，所述装置包括放在入射光束通道上的一输入部件，所述输入部件将入射光束分成沿相应多个空间上分开的子光束通道传输的第一组多个偏振单色子光束；放在子光束通道上的子光束控制器，以空间有关的方式控制第一组多个偏振单色子光束中的至少一个，所述子光束控制器提供第二组多个偏振单色子光束；和安置一输出部件，接收离开子光束控制器的第二组多个偏振单色子光束，所述输出部件构建来自第二组多个偏振单色子光束的输出光束。
16.按权利要求15所述的装置，其特征在于，第一组多个偏振单色子光束包括(a)多个相应于输入光束的多个所要波长分量的所要子光束和(b)多个相应于输入光束的多个不要波长分量的不要子光束；其中的第二组多个偏振单色子光束包括多个所要的子光束；和其中的子光束控制器包括一滤波部件，所述滤波部件衰减不要的子光束而通过所要的子光束。
17.按权利要求16所述的装置，其特征在于，滤波部件包括有多个孔的不透明材料，安放所述滤波部件使得多个所要子光束与多个孔对准，多个不要的子光束不与多个孔对准，其中输出部件空间上组合离开滤波部件的所要子光束从而构成包含输入光束中所要波长分量的输出光束。
18.一种过滤分别有第一组和第二组多个所要波长分量和第一组和第二组多个不要波长分量的第一和第二输入光束的光滤波系统，其特征在于，该系统包括放在第一和第二输入光束通道上的输入部件，所述输入部件将第一和第二输入光束分成分别沿空间上分开的第一组和第二组多个光束通道传输的第一组和第二组多个偏振单色子光束，所述第一组多个和第二组多个偏振单色子光束包括(a)相应于第一和第二输入光束的所要波长分量的第一组和第二组多个所要子光束和(b)相应于第一和第二输入光束的不要的波长分量的第一组和第二组多个不要的子光束，放在第一和第二光束通道上的滤波部件，所述滤波部件衰减第一组和第二组多个不要的子光束而使第一组和第二组多个所要的子光束通过。安放一输出部件，接收来自滤波部件的第一组和第二组多个所要的子光束，所述输出部件在空间上组合第一组多个所要的子光束从而得到包含第一输入光束中所要波长分量的经滤波的第一输出光束，所述输出部件在空间上组合第二组多个所要的子光束从而得到包含第二输入光束中所要波长分量的经滤波的第二输出光束。
19.按权利要求18所述的系统，其特征在于，输入部件包括将第一和第二输入光束分成第一和第二p偏振光束和第一和第二s偏振光束的偏振分光器。
20.按权利要求18所述的系统，其特征在于，输入部件包括产生第一组和第二组多个偏振单色子光束的光色散元件，所述光色散元件包括包含有第一和第二衍射面的衍射光栅的透明基板，所述第一和第二衍射面分别提供第一和第二组偏振单色子光束。
21.按权利要求18所述的系统，其特征在于，输入部件包括放在第一组单色偏振子光束通道上的光补偿器，输入部件还包括衍射元件，所述光补偿器调节第一组单色偏振子光束的光束通道从而减小在衍射元件上第一组单色偏振子光束和第二组单色偏振子光束的几何学的(光程)差。
22.按权利要求18所述的系统，其特征在于，输出部件包括设置在第一多个所要子光束通道上的一光补偿器，输出部件还包括一衍射元件，所述光补偿器调节第一组多个所要子光束的光从而减小在衍射元件上第一组多个所要子光束和第二自多个所要子光束的几何学的光程差。
全文摘要
一种光滤波装置,包括输入部件、滤波部件和输出部件。输入部件将输入光束分成一组单色偏振子光束,这些偏振子光束借助于一偏振转换器和一衍射光栅沿一相应的多个空间上分开的光束通道传输。单色偏振子光束包含,相应于输入光束的所要的波长多个所要的子光束。滤波部件使所要的平色偏振子光束通过而阻止不要的平色偏振光束通过。输出部件将所要的单色偏振子光束组合起来形成输出光束。因为单色偏振子光束是线性偏振的,因此,输入和输出部件能实现高通过率。
文档编号G02B27/28GK1390309SQ00815628
公开日2003年1月8日 申请日期2000年8月26日 优先权日1999年9月14日
发明者J·阿明, J·P·康迪斯, E·R·拉那利, B·A·斯科特 申请人:康宁股份有限公司