专利名称：多单元波长色散装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种多单元波长色散光学装置，尤其涉及一种将多个独立波长色散光学装置集成到单个平台上的集成结构。
背景技术：
常规的光学波长色散装置，例如在2000年8月1日授权给Solgaard等人的美国专利No.6,097,859；在2002年12月24日授权给Bouevitch等人的美国专利No.6,498,872；于2004年3月16日授权给Ducellier等人的美国专利No.6,707,959；于2004年10月26日授权给Bouevitch的美国专利No.6,810,169；和于2006年3月21日授权给Danagher等人的美国专利No.7,014,326中公开的那些，将多路转换光束(multiplexed optical beam)分成组元波长(constituent wavelength)，且之后通过该装置将已经被修改或没有被修改的单个波长或多组波长定向回到所需输出端口。通常，该装置的后端包括单独可控制的装置，例如，微镜阵列，其用于将所选波长再定向回几个输出端口中的一个，或者是液晶单元阵列，其用于阻挡或衰减所选波长。
图1示出了典型平板102A的俯视图，其用于波长色散装置，在所述波长色散装置中，具有光功率的光再定向元件表现为球面反射器120形式，其接收自前端单元122的光束。球面反射器120将光束反射到衍射光栅124，该衍射光栅124将光束分散成其组元波长信道(constituent wavelength channel)。通过球面镜120再次将该波长信道重新定向至后端单元126。
在波长阻挡器(WB)或者动态增益均衡器(DGE)的情况下，前端单元122可包括具有循环器的单个输入/输出端口，该循环器将输入信号与输出信号分离开来，或者包括具有一个输出端口的一个输入端口。通常，前端单元122将包括偏振分集单元(polarization diversity unit)，用于确保光束(或子光束)具有单个偏振状态。用于WB或者DGE的后端单元126是液晶单元阵列，其独立地旋转波长信道的偏振状态，以部分衰减所选信道，或者完全阻挡所选信道通过前端122中的偏振分集单元返回。
在波长选择开关(WSS)的情况下，前端单元122包括(见图2)输入/输出光纤132A至132D的阵列132，每一个输入/输出光纤都分别具有相应的透镜134A至134D，以形成透镜阵列134。补偿(或者转换)透镜136的角度将输入光纤132A至132D的横向偏移转换成点138处的角度偏移，其通过球面透镜120成像到后端单元126上。透镜阵列134能根据转换透镜136的相对位置而被移去。在WSS中的后端单元126通常是倾斜镜的微电子机械(MEMS)阵列，其可用于将每个多路转换光束引导到对应于所需输出端口的几个位置中的一个。然后以该角度将在后端单元126处引入的角度转换至补偿透镜136，成为对应于所需输入/输出光纤132A至132D的横向偏移。或者，液晶相位阵列(如果在硅驱动基板上结合的话，则为LC或LCoS)可用于再定向该光。
在作为WSS的操作中，将多路转换光束发射到前端单元122中，且可选地，使其通过偏振束分离器138和波片140A或140B(见图3)，以提供具有相同极化状态的两个子光束。该两个子光束被传输到球面反射器120，并自其反射向衍射光栅124。衍射光栅124将这两个子光束中的每一个都分成具有不同中心波长的多个信道子光束(channelsub-beam)。该多个信号子光束被传输到球面反射器120，该球面反射器120将其再定向到MEMS或LC相位阵列126，在此，这些光束作为对应于单独光谱波道(spectralchannel)的空间分离点入射到其上。
每个信道子光束能沿着相同路径或者不同路径向回反射，其延伸入或出图1中的页面至光纤132的阵列，其可延伸到页面中。或者，每个信号子光束都能沿着相同路径或不同路径向回反射，其在图1页面的平面中延伸。这些子光束自MEMS或LC相位阵列126被传输返回球面反射器120，且被再定向至衍射光栅124，在此，其被重组并传输回球面反射器120，以被传输到图2中示出的预定输入/输出端口。
图4示出了常规面内或水平转换平台，其中具有波长信道λ1和λ2的输入束经由输入/输出端口31通过转换透镜35被发射到凹面镜40。输入束被再定向并准直到衍射光栅50，衍射光栅50横向分散光学波长信道，并将其定向在凹面镜40上。每个光学波长信道被定向到并聚焦到不同的可单独控制的微镜如61和62上，其构成了MEMs阵列60。第一光学波长信道λ1被直线反射回去并且离开输入/输出端口31，同时第二光学信道λ2以对应于第二输入/输出端口32的横向位置的预定角度被反射。
传输路径修正元件、即分别具有前和后面非平行面101和102的楔形物100被安装于凹面镜40和MEMS阵列60之间。该修正元件100的目的是修正通过凹面镜40聚焦的光学信号的路径，以便有效地旋转“最佳匹配”的平坦表面近似FP，使之与MEMS阵列60的光学信号接收表面MP 65处于相同平面。可用于该目的的合适(平场)传输路径修正元件的非限制性实例包括柱面透镜的部分或段和光学传输楔形物。通过将球面镜40的曲线焦面LP转换成焦平面FP，和通过使平面FP与MEMS阵列平面MP 65相一致，损耗变化将被有效地消除，如通过焦平面“最佳匹配”的线性近似而被最小化。
然而，每次用户希望购买WB、DGE、MWS或者其任一种形式的监控器时，就必须购买分开的色散平台，即球面透镜和具有相关光学机械装置和封装的衍射光栅。本发明的一个目的是通过提供多单元波长色散装置克服现有技术的缺点，其中，多个独立的前端和后端单元能利用相同的色散平台，并共用相同的光学机械和封装。
发明内容
因此，本发明涉及一种多单元波长色散装置，其包括[12]第一输入端口，用于发射包括多个波长信道的第一多路转换输入光束(multiplexedoptical input beam)；[13]一个或多个第一输出端口，用于输出自第一输入光束的一个或多个多波长信道；[14]第一转换透镜，其具有第一光轴，用于将相对于第一光轴对应于第一输入端口位置的横向位移转换成相对于第一光轴的角度位移，且用于将输出光束的角度位移转换成对应于一个或多个第一输出端口中所选的一个端口的位置的横向位移；[15]第二输入端口，用于发射包括多个波长信道的第二多路转换输入光束；[16]一个或多个第二输出端口，用于输出自第二输入光束的多个波长信道中的一个或多个；[17]第二转换透镜，其具有第二光轴，用于将相对于第二光轴的对应于第二输入端口位置的横向位移转换成相对于第二光轴的角度位移，并用于将输出光束的角度位移转换成对应于一个或多个第二输出端口中所选的一个端口的横向位移；[18]具有光功率的主要透镜化元件，其具有中心轴，用于定向和聚焦第一和第二输入光束；[19]波长色散元件，用于将第一和第二多路转换输入光束分散成组元波长信道；[20]第一波长信道再定向元件阵列，用于将自第一输入光束中的多个波长信道的一个或多个所选波长信道、经由主要透镜元件和波长色散元件、通过将角位移提供给一个或多个所选波长信道，以通过第一透镜转换成对应于所选第一输出端口的横向位置，从而将一个或多个所选波长信道单独定向到一个或多个第一输出端口中所选的一个端口；和[21]第二波长信道再定向元件阵列，用于将自第二输入光束中的多个波长信道的一个或多个所选波长信道，经由主要透镜化元件和波长色散元件、通过将角位移提供给一个或多个所选波长信道，以通过第二透镜转换成对应于所选第二输出端口的横向位置，从而将一个或多个所选波长信道单独定向到一个或多个第二输出端口中所选的一个端口。
以下将参考附图更详细地描述本发明，附图表示本发明的优选实施例，其中[23]图1是常规波长色散装置的俯视示意图；[24]图2是图1所示装置的前端示意图；[25]图3是图1所示装置的前端示意图；[26]图4是另一种常规波长色散开关的俯视示意图；[27]图5是根据本发明的波长色散装置的等角投影示意图；[28]图6是根据本发明的波长色散装置的俯视图；[29]图7是根据本发明的一个实施例的波长色散装置的侧视示意图；[30]图8是图7所示的波长色散装置的后端单元的侧视示意图；[31]图9是图7所示的波长色散装置的后端单元的等角投影示意图；[32]图10是根据本发明的一个实施例的波长色散装置的侧视示意图；[33]图11是图10所示的波长色散装置的后端单元的侧视示意图。
具体实施例方式图5中示出的双波长色散装置200包括具有光功率的单个主要透镜化元件，优选为球面形式、如凹面的反射器201，其接收两个来自前端单元202的独立准直光束，且其接收并反射光束至和自波长色散元件，例如衍射光栅203，且至和自后端单元204。在该实施例中，前端单元202、衍射光栅203和后端单元204每一个都沿着球面反射器201的单个焦平面设置；然而，其它设置也在本发明的范围内，包括使用凸透镜(或者一系列透镜)，和将衍射光栅203设置在其相对侧上，分别作为前端单元202和后端单元204。
优选地，衍射光栅203、球面反射器201和后端单元204中的每一个都由熔融石英构成，并与射束折叠镜(beam folding mirror)或棱镜205一起安装在支撑板215上，该支撑板215由相同材料制成或者由合适的低膨胀材料如Invar制成。出于空间考虑，提供射束折叠镜或棱镜205，例如具有限定了后端单元204的MEMS镜的MEMS芯片，而其载体过大而不能适配在衍射光栅203的旁边。因此，射束折叠镜205再定向该束，以使MEMS镜能平坦地设置于光学装置的其他部分下方。有利的是，图5的设计提供了对于小温度波动的稳定性。而且，图5的设计自由散焦，这是由于球面反射器201的曲率半径与任何其它线性尺寸的热膨胀或收缩成比例地变化。有利的是，球面镜201基本上不具有色差。波长色散元件203可以是反射的或者是透射的衍射光栅，具有规则的或重复的线或者具有全息生成的线。
优选地，传输路径修正元件220被安装于再定位元件和后端单元204之间，所述再定位元件如凹面镜201，所述后端单元204如MEMS阵列243，原因此前已参考图4讨论过了。
在前端单元202中，常规波长色散装置中见到的单个转换透镜如136或35由第一和第二水平柱面透镜231a和231b以及单个垂直柱面透镜232来替代，以通过该系统产生椭圆光束，从而降低光学系统高度。第一和第二水平柱面透镜231a和231b被定位于两个折叠镜234和236之间，并用作转换透镜，同时在垂直方向上产生所需光束腰尺寸；该单个垂直柱形透镜232在水平方向上产生所需束腰尺寸，即，对于前端单元202处的每个束都有分开的转换透镜231a和231b(水平柱形透镜)，同时“调整”透镜232(垂直柱形透镜)对于所有束都是共用的。
为了简单起见，在进一步的说明中省略了折叠镜205、234和236以及调整透镜232。
参考图6至9，描述双波长色散装置200的操作，参考同时再定向自包括多个波长信道λ1a至λ9a的第一输入光束的一对波长信道λ1a和λ2a，和单独再定向自包括多个波长信道λ1b至λ9b的第二输入光束的一对波长信道λ8b和λ9b。由于所支持波长的数目总是超出输出端口的数目，因此波长信道λ1a和λ2a中的每一个都能表示一个或多个波长信道。前端单元202包括光学耦合到第一水平柱面透镜231a的第一组输入/输出端口241，和光学耦合到第二水平柱面透镜231b、但是不光学耦合到第一水平柱面透镜231a的第二组输入/输出端口242。优选地，该第一组输入/输出端口241对称地设置在第一水平柱面透镜231a的光轴的任一侧上，同时第二组输入/输出端口242对称地设置在第二水平柱面透镜231b的光轴的任一侧上。该第二组输入/输出端口242独立于第一组输入/输出端口241，即，进入到第一组输入/输出端口241的一个端口的光不从第二组输入/输出端口242中的一个端口输出。优选地，第一和第二水平柱面透镜231a和231b基本上等距地设置在反射器201的光轴OA的相对侧上。通常，将多路转换光束发射到前端单元202中并穿过偏振光分束器和波片(见图3)，以提供具有相同偏振状态的两个子光束；然而，为了清楚起见，以下只讨论单个输入光束。
包括多个波长信道λ1a至λ9a的第一输入光束经由在第一组输入/输出端口241中的一个输入/输出端口而被发射，并通过反射器201的焦平面上的点245，由第一水平柱形透镜231a再定向，使所述光束第一次入射在反射器201的点1a处。通过反射器201将第一输入光束反射并准直向衍射光栅203，从而第一输入光束被角度分散为组元波长信道，同时每个波长以不同角度被反射离开衍射光栅203(见图6)。在图6和7中示出的优选实施例中，波长在色散平面内被分散，该色散平面在图6的平面中(或与该平面平行或与该平面成锐角)，但是分别垂直于图7的平面，和垂直于包括第一和第二组输入/输出端口241和242的平面，尽管也可以在图7的平面中分散该波长。
所分散的波长λ1a至λ9a第二次入射到反射器201的一系列点2a上，并之后被反射并聚焦到第一色散平面后端204中的第一信道波长再定向元件243阵列，如MEMs镜阵列或LC相位阵列。第一再定向元件243阵列包括多个倾斜镜或LC单元，每个波长信道配置一个倾斜镜或LC单元，以独立将每个波长信道λ1a至λ9a再定向至第一组输入/输出端口241中的任一个。优选地，MEMs阵列243中的所有镜都关于单个轴A1倾斜，其位于第一色散平面(或与其平行的平面)中，即，在图6的平面中或与该平面平行或与该平面成锐角并垂直于图7的平面，从而能使波长信道λ1a至λ9a与第一色散平面呈锐角地再定向出去，即，再定向出图6的平面，并且在图7的平面(或平行于图7的平面的平面)中。在所示出的对准中，通过第一MEMs阵列243相对于剩余的波长信道λ3a至λ9a，再定向一个或多个波长信道，如λ1a和λ2a，其沿着与输入信号相同的路径返回，在点2a处射在反射器201上，在衍射光栅203处重组，形成第一多路转换输出束，在点1a处射在反射器202上，并离开输入/输出端口，所述输入/输出端口与发射输入束的端口为相同的端口。图8示出了九个反射角，即，九个角度位置，由对应于第一组输入/输出端口241中的九个输入端口的MEMs阵列243提供。根据输入/输出端口的数目，可以是或多或少的反射角，即角度位置。再定向的波长信道λ1a和λ2a被定向到反射器201，且第三次入射到其上的点3a处，之后，波长信道λ1a和λ2a被定向到衍射光栅203上的和以前不同的位置处，用于重组成第二多路转换输出束。随后，包括波长信道λ1a和λ2a的第二多路转换输出束通过反射器201被反射到前端202。第二多路转换输出束与所有输入和输出束一起，与第一水平柱面透镜231a的光轴成角度地穿过反射器201焦平面中的点245，对应于通过MEMs阵列243提供的反射角，该MEMs阵列243与所需输入/输出端口相对应。第一水平柱面透镜231a将该角度转换成对应于该组输入/输出端口241中的所需输入/输出端口的横向位置的横向位移。
同时，包括多个波长信道λ1b至λ9b的第二输入光束经由第二组输入/输出端口242中的一个输入/输出端口，并通过反射器201的焦平面上的点246由第二水平柱形透镜231b再定向，使所述光束第一次入射在反射器201的点1a处。第二输入光束通过反射器201而被反射向衍射光栅203，从而第二输入光束成角度地分散成组元波长信道，同时，每个波长都以不同角度被反射离开衍射光栅203(见图6)。在图6和7中示出的优选实施例中，波长在色散平面内被分散，该平面在图6的平面内(或与该平面平行或与该平面成锐角)，但是分别垂直于图7的平面，和垂直于包括第一和第二组输入/输出端口241和242的平面，尽管该波长也可以在图7的平面(或者平行于图7的平面的平面)中被分散。
所分散的波长λ1b至λ9b第二次入射到反射器201上一系列点2b处，并之后反射到后端204中的第二信道波长再定向元件阵列，如MEMs阵列244，所述后端204位于优选与第一色散平面平行的第二色散平面中。该MEMs阵列244包括多个倾斜镜，每个波长信道配置一个倾斜镜，以将每个波长信道λ1b至λ9b单独再定向到第二组输入/输出端口242中的任一个，即仅有第二组输入/输出端口242，没有一个是第一组输入/输出端口241的。优选地，第二MEMs阵列244中的镜绕轴A2倾斜，其位于第二色散平面内，即在图6的平面内或平行于该平面且垂直于图7的平面，从而能使波长信道λ1b至λ9b以与第二色散平面成锐角而再被定向出去，即再定向出图6的平面(或平行于该平面的平面)且在图7的平面(或者平行于图7的平面的平面)中。在所示出的对准中，相对于剩下的波长信道λ3b至λ9b，通过第二MEMs阵列244再定向一个或多个波长信道，如λ1b和λ2b，其沿着与第二输入束相同的路径返回，射在反射器201的点2b处，在衍射光栅203处重组，形成第三多路转换输出束，射在反射器202的点1b处，并离开输入/输出端口，所述输入/输出端口与发射第二输入光束的端口为相同的端口。图8示出了九个反射角，即九个角度位置，由对应于第二组输入/输出端口242中的九个输入端口的MEMs阵列244提供。根据输入/输出端口的数目，可以是或多或少的反射角，即角度位置。该再定向的波长信道λ1b和λ2b被定向到反射器201，并第三次入射到其点3b处，之后，波长信道λ1b和λ2b被定向到衍射光栅203上的和以前不同的位置处，用于重组成第四多路转换输出束。随后，由波长信道λ1b和λ2b构成的第四多路转换输出束通过反射器201反射到前端202。第四多路转换输出束与所有输入和输出束一起，与第二水平柱面透镜231b的光轴成角度地穿过反射器201焦平面中的点246，对应于通过第二MEMs阵列244提供的反射角，这与所需输入/输出端口相对应。第二水平柱面透镜231b将该角度转换成对应于第二组输入/输出端口242中所需输入/输出端口的横向位置的横向位移。
在所示出的实例中，第一和第二MEMs阵列243和244之间分开的距离，与第一和第二水平柱面透镜之间分开的距离相同，如约为1.5mm，且第一和第二组输入/输出端口之间分开的距离近似为1.5mm。第一和第二MEMs阵列243和244优选为相互平行地被制造于单个基板250上，这将能实现两个阵列之间的精确对准，由此不需要分开对准两个阵列243和244。两行MEMs阵列比两个单行MEMs阵列便宜，只是比单行MEMs阵列贵一点。相似地，第一和第二水平柱面透镜231a和231b能作为单个模制光学元件被制造，从而能实现其间的精确对准，并免除单个透镜的分开对准。
可选的其他配置可以具有第一组输入/输出端口241中的输入/输出端口的任何组合输出的波长λ1a至λ9a的任何组合，和第二组输入/输出端口242中的输入/输出端口的任何组合输出的波长λ1b至λ9b的任何组合。而且，第一和第二MEMs阵列243和244可以被设计成在相同色散平面内转换单个的波长信道，同时第一和第二组输入端口241和242也可以在相同色散平面中被对准。
而且，第一和第二MEMs阵列243和244能用其他光学转换元件代替，例如硅上的液晶(LCoS)相位阵列，如Frisken等人的2006年3月30日公开的美国专利公开No.2006/0067611中所公开的那些元件，或者偏振旋转器阵列，如液晶单元，用于单独旋转单个波长信道λ1b至λ9b的偏振，从而通过后端单元204中或前端单元202中所提供的的分束元件，例如作为偏振分集元件的一部分，来阻挡或转换部分或全部波长信道，即对于DGE阻挡或转换部分波长信道，或对于WB或WSS，阻挡或转换全部波长信道。对于DGE或WB配置，通过光栅203将所有波长信道λ1b至λ9b重组为单个多路转换输出束，且将其返回到相同的输入/输出端口，从而循环器将单个多路转换输出束定向到输出端口。或者，可以通过偏振旋转装置与输入束成角度地再定向所有波长信道λ1b至λ9b，并通过光栅203将其重组为单个多路转换输出束，该输出束从前端单元202中的一个不同的输入/输出端口输出。
参考图10和11，多单元WSS装置300优选包括具有光功率的单个主要透镜化元件，其为球面形式的、即凹面的反射器301，其自前端单元302接收三个单独准直的光束，且其接收并反射光束至和自衍射光栅303，并至和自后端单元304。该实施例中，前端单元302、衍射光栅303和后端单元304每一个都沿着球面反射器301的单个焦平面设置；然而，其他配置也在本发明的范围内，包括使用凹面透镜，并将衍射光栅303设置在其相反侧上，分别作为前和后端单元302和304。
传输路径修正元件可被安装于再定向元件和后端单元304之间，所述再定向元件如凹面镜301，所述后端单元304如MEMS阵列343，原因在之前已参考图4进行讨论。
在前端单元302中，常规波长色散装置中见到的单个转换透镜如136或35由第一、第二和第三水平柱面透镜331a、331b和331c以及单个垂直柱面透镜332所取代，以通过该系统产生椭圆束，从而降低光学系统的高度。第一、第二和第三水平柱面透镜331a、331b和331c可设置于两个折叠镜(未示出)之间，并用作转换透镜，同时在垂直方向上产生所需光束腰尺寸；单个垂直柱形透镜332在水平方向上产生所需光束腰尺寸，即，在前端单元302中对于每个束都有分离的转换透镜331a、331b和331c(水平柱形透镜)，同时“调整”透镜332(垂直柱形透镜)对于所有束都是共用的。为了简单起见，折叠镜和调整透镜已经从示例中去除。
前端单元302包括光耦合到第一水平柱面透镜331a的第一组输入/输出端口241，和光耦合到第二水平柱面透镜331b、但是不光耦合到第一水平柱形透镜331a的第二组输入/输出端口342，以及光耦合到第三水平透镜331c、但不耦合到第一和第二水平柱形透镜331a和331b的第三组输入/输出端口343。优选地，第一组输入/输出端口341对称地设置在第一水平柱面透镜331a的光轴的任一侧上，同时第二组输入/输出端口342对称地设置在第二水平柱面透镜331b的光轴的任一侧上，且第三组输入/输出端口343对称地设置在第二水平柱面透镜331c的光轴的任一侧上。第二和第三组输入/输出端口342和343相互独立，且与第一组输入/输出端口341相独立，即，进入到第一组输入/输出端口341中的一个端口的光将不由第二组输入/输出端口342中的一个端口输出。优选地，第一水平柱面透镜331a的光轴与反射器301的中心轴对准，同时第二和第三水平柱面透镜331b和331c基本上在反射器301的光轴OA的相反侧上等间隔。通常，多路转换光束被发射到前端单元302，且穿过偏振分束器和波片(见图3)，以提供具有相同极化状态的两个子束；然而，为了简单起见，以下仅讨论单个输入光束。
在后端单元304中的第一MEMs镜阵列344用于单独定向选自初始组波长信道如λ1c至λ11c的一个或多个波长信道，如λ1c，至第一输出端口阵列341中的所选输出端口，如之前已经参考图7所描述。
当将转换透镜设置到球面反射器301的光轴OA的上方和/或下方时，球面反射器301上可获得的数值孔径被减少，从而较少的端口能够被容纳。在多单元MWS 300中，第一水平柱面透镜331a被设置在反射器301的轴上，从而在第一组输入/输出端口341中能容纳11个端口；然而，第二和第三柱面透镜331b和331c距离球面反射器301的光轴OA越远，在第二和第三组输入/输出端口342和343中能容纳的端口数目就越少。因此，第二和第三组输入/输出端口342和343能用于其他功能，例如DGE、WB或降低端口数WSS(如以下所描述的)以及信道监控。在其中第二和第三组端口用于降低端口数WSS的情况下，所述降低端口数WSS能够用在用于接收多路转换输入的具有N个输入端口和一个共用输出的N×1结构中，可以将外部无源组合器增加到N输入端口，以进一步增加总共的输入端口数。
对于信道监控，多个波长信道如λ1m至λ11m经由第一输入/输出端口342’发射，且同时将一个波长信道λnm通过MEMs镜阵列345再定向到第二输入/输出端口342”，其被光耦合到光检测器PD，用于检测所选波长信道的输出光功率，同时顺序选择每个波长信道。剩余波长信道再被定向到第三输入/输出端口或再被定向回第一输入/输出端口342’，其包括循环器，用于将输入信号与输出信号分开，并将输出信号定向到分开的输出端口。
第三组输入/输出端口343也能用作WSS，但是具有有限数目的输入/输出端口，如四个。如果第三组输入/输出端口343中可寻址端口的数目少于第一组输入/输出端口341中的可寻址端口数目的一半，则第三MEMs镜阵列346能在与第一阵列344相同的工艺中且在相同的基板350上制造，但是第三阵列可被处理成以有限角度范围倾斜，即仅从水平倾斜一个方向，例如，每个镜的一端仅需在水平位置和水平以下的位置之间顺时针倾斜，而不需在水平位置上方逆时针旋转。因此，每个镜所需的电极数目可降低，例如至少降低一半，同时连接至其的电极连接数目也降低，这是由于在镜的两侧之下将不需要电极。
与图8相似，图11示出了分别通过第一、第二和第三MEMs镜344、345和346所提供的不同输出角度。在第一MEMs阵列344中的镜具有对应于在第一阵列341中的输入/输出端口的11个不同输入/输出端口的11个不同的角度位置。第二MEMs阵列345中的镜仅具有两个不同位置，用于将波长信道定向回输入端口342’或者将波长信道定向到输出端口342”，用于顺序的功率监控。在第三阵列346中的镜具有对应于第三阵列输入/输出端口343中提供的有限数目端口的四个不同位置。
在使用中，可将一个输入/输出端口阵列的输出端口光学耦合到其他输入/输出端口阵列的输入端口，以提供级联功能，例如从第一阵列341和344所形成的WWS输出的一个信号能被输出到由第三阵列343和346形成的信道监控器，和/或从信道监控器(第三阵列343和346)输出的信号可以随后被输出到由第二阵列342和345形成的衰减器/WB。或者，所有信道最初都能被发送到信道监控器(第三阵列343和346)，且然后被传送到WSS(第一阵列341和344)和/或被传送到衰减器/WB(第二阵列342和345)。
权利要求
1.一种多单元波长色散装置，包括第一输入端口，用于发射包括多个波长信道的第一多路转换输入光束；一个或多个第一输出端口，用于输出自第一输入光束的多个波长信道中的一个或多个；第一转换透镜，具有第一光轴，用于将相对于第一光轴对应于第一输入端口位置的横向位移转换成相对于第一光轴的角位移，并用于将输出光束的角位移转换成对应于一个或多个第一输出端口中所选的一个端口的位置的横向位移；第二输入端口，用于发射包括多个波长信号的第二多路转换输入光束；一个或多个第二输出端口，用于输出自第二输入光束的多个波长信道中的一个或多个；第二转换透镜，具有第二光轴，用于将相对于第二光轴对应于第二输入端口位置的横向位移转换成相对于第二光轴的角位移，并用于将输出光束的角位移转换成对应于一个或多个第二输出端口中所选的一个端口的位置的横向位移；具有光功率的主要透镜化元件，具有中心轴，用于定向和聚焦第一和第二输入光束；波长色散元件，用于将第一和第二多路转换输入光束分散成组元波长信道；第一波长信道再定向元件阵列，用于将自第一输入光束中的多个波长信道的一个或多个所选波长信道、经由主要透镜元件和波长色散元件、通过将角位移提供给一个或多个所选波长信道，以通过第一透镜转换成对应于所选第一输出端口的横向位置，从而将一个或多个所选波长信道单独定向到一个或多个第一输出端口中所选的一个端口；和第二波长信道再定向元件阵列，用于将自第二输入光束中的多个波长信道的一个或多个所选波长信道，经由主要透镜化元件和波长色散元件、通过将角位移提供给一个或多个所选波长信道，以通过第二透镜转换成对应于所选第二输出端口的横向位置，从而将一个或多个所选波长信道单独定向到一个或多个第二输出端口中所选的一个端口。
2.如权利要求1所述的装置，其中所述第一和第二转换透镜位于中心轴的相对侧且与中心轴等距。
3.如权利要求1所述的装置，其中所述一个或多个第一输出端口包括至少四个输出端口；其中，一个或多个第二输出端口包括至少四个输出端口；其中，第一阵列再定向元件包括枢转MEMs镜阵列，用于将自第一输入光束的所选波长信道的任意组合定向至第一输出端口中的任一个；且其中，第二再定向元件阵列包括枢转MEMs镜阵列，用于将自第二输入光束的所选波长信道的任意组合定向至第二输出端口中的任一个。
4.如权利要求1所述的装置，还包括第三输入端口，用于发射包括多个波长信道的第三多路转换输入光束；一个或多个第三输出端口，用于输出自第三输入光束的多个波长信道中的一个或多个；第三转换透镜，其具有第三光轴，用于将相对于第三光轴对应于第三输入端口位置的横向位移转换成相对于第三光轴的角位移，且用于将输出光束的角位移转换成对应于一个或多个第三输出端口中所选的一个端口的位置的横向位移；和第三波长信道再定向元件阵列，用于将自第三输入光束中的多个波长信道的一个或多个所选波长信道，经由主要透镜化元件和波长色散元件、通过将角位移提供给一个或多个所选波长信道，以通过第三透镜转换成对应于所选第三输出端口的横向位置，从而将一个或多个所选波长信道单独定向到一个或多个第三输出端口中所选的一个端口。
5.如权利要求4所述的装置，其中所述第三转换透镜的光轴与主要透镜化元件的中心轴对准，且其中，第一和第二转换透镜位于中心轴的相对侧。
6.如权利要求4所述的装置，还包括光检测器，其被光耦合到第一输出端口中的一个；从而第一再定向元件阵列同时顺序地将一个波长信道再定向到一个第一输出端口，用于通过光检测器进行光功率测量，同时，将剩下的波长信道再定向到另一第一输出端口或者再定向回第一输入端口。
7.如权利要求4所述的装置，其中所述第三输出端口包括至少为第一输出端口两倍的端口；其中，第一和第三波长信道再定向元件中的每一个都包括MEMs镜阵列；且其中，第一波长信道再定向元件阵列仅以一个方向自水平倾斜；从而，第一和第三镜阵列能在相同工艺中制造，与第三波长信道再定向元件阵列中相比，在第一波长信道再定向元件阵列中的镜需要较少的电极且每个镜需要较少的电连接。
8.如权利要求4所述的装置，其中，所述第一、第二和第三波长信道再定向元件阵列包括在相同基板上的三行平行MEMs镜。
9.如权利要求4所述的装置，其中，所述第三波长信道再定向元件阵列包括液晶单元阵列，用于衰减至少部分所选波长信道。
10.如权利要求1所述的装置，其中所述主要透镜化元件包括限定焦平面的凹反射镜；其中，第一和第二波长信道再定向元件阵列和波长色散元件被设置在焦平面内。
11.如权利要求1所述的装置，还包括光检测器，其光耦合到第一输出端口中的一个；从而，第一再定向元件阵列同时顺序地将一个波长信道再定向到一个第一输出端口，用于通过光检测器进行光功率测量，同时将剩下的波长信道再定向到另一第一输入端口，或者再定向回第一输入端口。
12.如权利要求11所述的装置，其中所述第一输出中的另一个或第一输入端口光耦合到第二输入，用于在光功率测量之后将信号传送到第二输入，用于提供级联功能。
13.如权利要求1所述的装置，其中所述第一和第二波长信道再定向元件阵列包括在相同基板上的两行平行MEMs镜。
14.如权利要求1所述的装置，其中所述第二波长信道再定向元件阵列包括液晶单元阵列，用于衰减至少部分所选波长信道。
15.如权利要求1所述的装置，其中所述第一输出中的一个光学耦合到第二输入，以提供级联功能。
全文摘要
本发明提供一种多单元波长色散装置，可以在相同光学平台上同时进行多个输入多路转换光束的多个独立波长转换。不同单元可以具有相似的功能，或者可以提供完全不同的功能，例如，任一个或多个转换、动态增益平衡、波长阻挡和功率监控。
文档编号G02B6/10GK101051104SQ200710090830
公开日2007年10月10日 申请日期2007年4月6日 优先权日2006年4月6日
发明者巴里·科沃思, 皮埃尔·D.·沃尔, 保罗·考波尼 申请人:Jds尤尼弗思公司