專利名稱：波長路由器的制作方法
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因特網(wǎng)和數(shù)據(jù)通信在全球?qū)е铝藢挼谋ㄐ孕枨?。目前光纖通信系統(tǒng)采用了一種稱之為密集波分復(fù)用(DWDM)的比較新的技術(shù)來擴展新的和已有的光纖系統(tǒng)的容量，以幫助滿足該需求。在DWDM中，多個光波長同時通過單條光纖傳送信息。每個波長作為一個攜帶一個數(shù)據(jù)流的獨立頻道工作。光纖的運載容量被所用DWDM頻道的數(shù)目倍乘?，F(xiàn)今使用多達80個頻道的DWDM系統(tǒng)已可從許多制造商處購得，他們允許今后還可達到更多的頻道。
在所有通信網(wǎng)絡(luò)中，都需要把每個頻道(或電路)連接到每個相應(yīng)的目的點，例如一個終端用戶或另一個網(wǎng)絡(luò)上去。執(zhí)行這種功能的系統(tǒng)稱為互連器。此外，還需要在一個中間點處加入(上路)或退出(下路)一些特定頻道。執(zhí)行這些功能的系統(tǒng)稱為上路/下路復(fù)用器(ADM，add-drop multiplexer)。目前所有這些網(wǎng)絡(luò)功能都由電子系統(tǒng)執(zhí)行，典型地由一個電子SONET/SDH系統(tǒng)執(zhí)行。然而SONET/SDH系統(tǒng)僅被設(shè)計成處理單個光學(xué)頻道。多波長系統(tǒng)為了解處理許多個光學(xué)頻道將需要多個并行工作的SONET/SDH系統(tǒng)。這使得用SONET/SDH技術(shù)來擴大DWDM網(wǎng)絡(luò)將是困難和昂貴的。
另一種選擇是全光學(xué)網(wǎng)絡(luò)。設(shè)計工作于波長水平的光學(xué)網(wǎng)絡(luò)通常稱作“波長路由網(wǎng)絡(luò)”或“光傳輸網(wǎng)絡(luò)”(OTN)。在波長路由網(wǎng)絡(luò)中，一條DWDM光纖中的各個波長必須是可管理的。需要用工作于波長水平的新型光子網(wǎng)絡(luò)元件來執(zhí)行互連、ADM、和其他網(wǎng)絡(luò)切換功能。兩個主要的功能是光學(xué)上路/下路復(fù)用器(DADM)和波長選擇性互連器(WSXC)。
目前為了用光學(xué)技術(shù)執(zhí)行波長路由功能，必須首先把光流解復(fù)用或濾波成為它的許多個別波長，每個波長位在一條相應(yīng)光纖上。然后用一個通常稱作光學(xué)互連器(OXC)的大型光開關(guān)陣列把每個波長導(dǎo)引向它的目標(biāo)光纖。最后，在繼續(xù)傳向目標(biāo)光纖之前，所有的波長必須被重新復(fù)合(復(fù)用)。這樣的多重處理是復(fù)雜和十分昂貴的，而且降低了系統(tǒng)的可靠性和使系統(tǒng)的管理復(fù)雜化。OXC更是一項技術(shù)挑戰(zhàn)。為了能充分地互連所有的波長，一個典型的40-80頻道DWDM系統(tǒng)將需要數(shù)千個開關(guān)。具有可接受的光學(xué)性能的光機式開關(guān)對于龐大和昂貴，廣泛使用時又是不可靠的。正在研究中的基于新材料的新集成固態(tài)技術(shù)距商業(yè)應(yīng)用仍很遙遠。
所以，業(yè)界正在積極尋找一種能實現(xiàn)經(jīng)濟而可靠的多波長數(shù)系統(tǒng)全光學(xué)波長路由的解決方法。
本發(fā)明的一個實施例包含了設(shè)置在輸入口與上述多個輸出口之間的一個自由空間光學(xué)串(optical train)以及一個路由機構(gòu)。自由空間光學(xué)串可以含有一些由空氣隔開的元件，或者由總體上是單塊的構(gòu)造。光學(xué)串中含有一個諸如衍射光柵這樣的色散元件，其布局使得來自輸入口的光在到達任何一個輸出口之前都要兩次受到色散元件的作用。路由機構(gòu)包含一個或多個路由元件，它們在與光學(xué)串中其他元件合作以提供把各譜帶中的一些希望子組耦合到各希望的輸出口處的光路。各個路由元件的布局使得它們能在不同的譜帶因第一次遇到色散元件而在空間上被分離之后截獲這些譜帶。
本發(fā)明包括動態(tài)(切換)的實施例和靜態(tài)的實施例。在動態(tài)實施例中，路由機構(gòu)包含一個或多個其狀態(tài)可現(xiàn)場動態(tài)地改變以實現(xiàn)切換的路由元件。在靜態(tài)實施例中，路由元件在其制造時已被構(gòu)形好，或者按希望在正常工作時其構(gòu)形能保持長期不變的要求來構(gòu)形。
在最一般的情形中，譜帶的任何子組，包括零組(無任何譜帶)和整組譜帶，都可以被導(dǎo)向任何一個輸出口。但是，不要求本發(fā)明能提供每種可能的路由。此外，一般地說，對于譜帶數(shù)目是否需要大于或小于輸出口數(shù)目是沒有限制的。
在本發(fā)明的某些實施例中，路由機構(gòu)包含一個或多個后向反射器(retroreflector)，它們中每一個的設(shè)置都使得能截獲第一次遇到色散元件后的一個相應(yīng)譜帶并使光在經(jīng)過一個可控的橫向偏移后反方向地傳播。在另外一些實施例中，路由機構(gòu)包含一個或多個可傾斜反射鏡，它們中的每一個都可以對一個譜帶光以一個可控的角偏移進行重新導(dǎo)向。有許多種方法能實現(xiàn)后向反射器，包括可移動屋脊型棱鏡或含有固定和可旋轉(zhuǎn)反射鏡的子組件。
在某些實施例中，光束在遇到色散元件之前被準(zhǔn)直，從而使每個離開色散元件的譜帶都是一個其傳播方向角度隨波長改變的準(zhǔn)直光束。然后這些經(jīng)色散的光束被重新聚焦到它們相應(yīng)的路由元件上，并按照各個路由元件的配置所確定的方式被導(dǎo)引回來，使得在離開輸出口之前再次遇到光學(xué)串中的相同元件和色散元件。本發(fā)明的一些實施例利用了柱面透鏡，另一些實施例利用了球面透鏡。在某些實施例中，光焦度和色散作用被結(jié)合在單個元件上，例如結(jié)合在一個計算機生成的全息圖上。
希望本發(fā)明的實施例被構(gòu)形成能使得每個被導(dǎo)引的頻道都有一個以具有比較平坦的頂部的帶形為特征的光譜傳遞函數(shù)。通過把色散元件設(shè)計成具有比各個路由元件的光譜接納范圍更細的分辨率，便能實現(xiàn)這樣的傳送函數(shù)。在許多感興趣的情形中，各路由元件的尺寸和間隔被設(shè)計得能截獲那些以規(guī)則間隔分開的譜帶。這些譜帶比譜帶間隔窄，并且色散元件的分辨率明顯地細于譜帶間隔。
根據(jù)本發(fā)明的一些其他方面，可以利用波長路由器以各種可以稱作背對背或者反向面對結(jié)構(gòu)的形式構(gòu)筑出光學(xué)上路/下路復(fù)用器(OADM)，波長選擇性互連器(WSXC)，以及下路和重復(fù)(drop-and-repeat)OADM。每個波長路由器當(dāng)處于“前向”模式時都有一個輸入口和多個輸出口，其功能是把輸入口處的多個譜帶的子組導(dǎo)向希望的輸出口。波長路由器是可反向的，所以當(dāng)處于“后向”模式時輸入口變成了一個輸出口，而輸出口變成了一些輸入口，器件的功能變成為把在后向模式時被當(dāng)作為多個輸入口處的光結(jié)合起來，并在現(xiàn)在被當(dāng)作輸出口的地方輸出。不過，為了易于說明，在說明時不論波長路由器相對于光傳送方向如何，都將認為路由器有一個輸入口和多個輸出口。
根據(jù)本發(fā)明一個方面的光學(xué)上路/下路復(fù)用器(OADM)包含第一和第二波長路由器，它們都有一個輸入口和多個輸出口。第一和第二波長路由器以背對背的構(gòu)形連接。第一波長路由器的各輸出口的一個第一子組與第二波長路由器的各輸出口的相應(yīng)的第一子組進行光通信(光耦合)，第一波長路由器的各輸出口的一個第二子組提供下路功能，第二波長路由器的各輸出口的相應(yīng)的第二子組提供上路功能。這樣，在進入第一波長路由器的輸入口的光中，被選擇的譜帶被傳送給第二波長路由器，并通過第二波長路由器的輸入口輸出，同時被選擇的譜帶則被下路從而終止傳送或作進一步處理。第二波長路由器的輸出口能夠作為傳送起點接收一些譜帶，這些譜帶被與那些從第一波長路由器傳送給第二波長路由器的譜帶相結(jié)合，而結(jié)合的光則從第二波長路由器的輸入口輸出。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面的一種波長選擇性互連器(WSXC)包含以背對背方式連接的第一和第二波長路由器以及以背對背方式連接的第三和第四波長路由器。光將從第一和第三波長路由器的輸入口進入，從第三和第四波長路由器的輸入口輸出。每個波長路由器的輸出口都包含了稱之為直通口(through port)和交換口的輸出口。
第一與第二波長路由器的直通口之間互相有光通信(光耦合)，第三與第四波光路由器的直通口之間也互相有光通信。第一和第三波長路由器的交換口分別與第四和第二波長路由器的交換口有光通信。這樣，進入第一和第三波長路由器的輸入口中的譜帶的一個第一選擇子組將分別被傳送到第二和第四波長路由器的輸入口并從那里輸出，而進入第一和第三波長路由器的輸入口的譜帶中的一個第二選擇子組則將被交換，并分別從第四和第二波長路由器的輸入口輸出。
根據(jù)本發(fā)明一個方面的一種保護開關(guān)結(jié)構(gòu)包括以背對背形式連接的第一和第二波長路由器以及以背對背形式連接的第三和第四波長路由器。以一個方向傳播的光從第一波長路由器的輸入口進入，并從第二波長路由器的輸入口輸出。沿反方向傳播的光從第四波長路由器的輸入口進入，并從第三波長路由器的輸入口輸出。每個波長路由器的輸出口都包含稱為直通口和環(huán)返口(loopback port)的輸出口。
第一與第二波長路由器的直通口互相有光通信，第三與第四波長路由器的直通口也互相有光通信。第一和第四波長路由器的環(huán)返口分別與第三和第二波長路由器的環(huán)返口有光通信。這樣，進入第一和第四波長路由器的輸入口的譜帶的一個第一選擇子組將分別被傳送到第二和第三波長路由器的輸入口，而進入第一和第四波長路由器的輸入口的譜帶的一個第二選擇子組將被環(huán)返，并分別從第三和第二波長路由器的輸入口輸出。
根據(jù)本發(fā)明一個方面的一種下路和重復(fù)OADM包含一個OADM并加上例如分路耦合器或分束器這樣的帶有一個輸入口和第一、第二輸出口的分束元件，還包含一個例如具有第一、第二輸入口和一個輸出口的光耦合器或合路器這樣的合路元件。分束元件的輸入口與OADM的下路口有光通信，分束元件的第一輸出口與合路元件的第一輸入口有光通信，合路元件的輸出口與OADM的上路口有光通信。分束元件的第二輸出口和合路元件的第二輸入口定義了下路和重復(fù)OADM的下路口和上路口。
根據(jù)本發(fā)明一個方面的一種下路和重復(fù)OADM包含一個含有第一和第二輸入口以及第一和第二輸出口的WSXC，再加上一個諸如具有一個輸入口及第一和第二輸出口的分路耦合器或分束器這樣的分束元件以及一個例如具有第一和第二輸入口及一個輸出口的光學(xué)耦合器或合路器這樣的合路元件。分束元件的輸入口與WSXC的第二輸出口有光通信，分束元件的第一輸出口與合路元件的第一輸入口有光通信，合路元件的輸出口與WSXC的第二輸入口有光通信。分束元件的第二輸出口和合路元件的第二輸入口定義了下路和重復(fù)OADM的下路口和上路口。
對本發(fā)明的特性和優(yōu)點的進一步理解可以通過參考本說明書的其余部分和附圖來實現(xiàn)。
圖4C和4D分別是被制作成單個單元的屋脊型棱鏡陣列的側(cè)視和頂視圖；圖5A示出適用于本發(fā)明各實施例的基于可移動反射鏡的后向反射器的一種實現(xiàn)方式；圖5B和5C分別是適用于本發(fā)明各實施例的基于微反射鏡的后向反射器陣列的一種實現(xiàn)方式的側(cè)視和頂視圖；圖5D是基于微反射鏡的后向反射器陣列的另一種實現(xiàn)的側(cè)視圖；圖6A和6B分別是根據(jù)本發(fā)明一個利用柱面聚焦元件的實施例的一種波長路由器的頂視和側(cè)視示意圖；圖7A和7B分別是根據(jù)本發(fā)明另一個利用柱面聚焦元件的實施例的一種波長路由器的頂視和側(cè)視示意圖；圖8A和8B分別是根據(jù)本發(fā)明一個柱面光焦度和色散作用結(jié)合成單個元件的實施例的一種波長路由器的頂視和側(cè)視示意圖；圖9A和9B分別是根據(jù)本發(fā)明一個把柱面光焦度和色散作用結(jié)合成單個元件的實施例的一種波長路由器的頂視和側(cè)視示意圖；

圖10A和10B分別是根據(jù)本發(fā)明一個利用棱鏡作為色散元件的實施例的一種波長路由器的頂視和側(cè)視示意圖；圖11示出波長路由器的一個代表性控制系統(tǒng)；圖12A示出一種優(yōu)選的譜帶形狀；
圖12B和12C示出圖1A中一個代表性路徑的路程長度差；圖13是說明通過結(jié)合兩個波長路由器來得到一個光學(xué)上路/下路復(fù)用器(OADM)的原理圖；圖14是說明通過結(jié)合4個波長路由器來得到一個波長選擇性互連器(WSXC)的原理圖；圖15是說明通過結(jié)合4個波長路由器來提供在一個光學(xué)復(fù)用區(qū)中共享的保護環(huán)(OMSSP環(huán))光學(xué)網(wǎng)絡(luò)中的保護開關(guān)的原理圖；以及圖16和17分別是說明基于圖13的OADM和基于圖14的WSXC的下路和重復(fù)OADM的實施例的原理圖。
一些特定實施例的說明引言下面的說明給出了根據(jù)本發(fā)明的全光學(xué)波長路由器的一些實施例。本發(fā)明的實施例可以應(yīng)用于諸如光學(xué)上路/下路復(fù)用器(OADM)和波長選擇性互連器(WSXC)等網(wǎng)絡(luò)元件以達到光學(xué)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的目標(biāo)。
波長路由器的一般功能是在一個輸入口接收含有多個(例如N個)譜帶的光，并有選擇地把各譜帶中的一些子組導(dǎo)引到多個(例如M個)輸出口中的一些輸出口處。大多數(shù)的討論將針對動態(tài)(可切換)的實施例，其中的路由機構(gòu)含有一個或多個其狀態(tài)可被現(xiàn)場動態(tài)改變以實現(xiàn)切換的路由元件。本發(fā)明也包括了一些靜態(tài)的實施例，其中的路由元件在制作時已被構(gòu)形好，或者是在希望于長期正常工作期間保持構(gòu)形不變的要求下予以構(gòu)形的。
本發(fā)明的實施例包含一個諸如衍射光柵或棱鏡這樣的色散元件，它能使入射光偏轉(zhuǎn)一個與波長有關(guān)的量。被偏轉(zhuǎn)的光的不同部分將被一些不同的路由元件截獲。雖然入射光可能具有連續(xù)的光譜，但連續(xù)光譜中的各個相鄰光譜段可被認為是一些不同的譜帶，通常希望入射光的光譜包含了多個分開的譜帶。
術(shù)語“輸入口”和“輸出口”具有廣義的含義。最廣義地說，一個“口”的定義是光進入或離開系統(tǒng)的那個點。例如，輸入(或輸出)口可以是一個光源(或探測器)的位置，或者是一個輸入光纖的下游端點(或一個輸出光纖的上游端點)。在一些特定實施例中，“口”位置處的結(jié)構(gòu)可以包含一個接納光纖的光纖連接器或者一個光纖的尾端，該光纖尾的另一端被連接到外部元件上。大多數(shù)實施例希望當(dāng)光通過輸入口進入波長路由器后將發(fā)散，當(dāng)光接近輸出口時將在波長路由器內(nèi)部會聚。不過這并不是必要的。
國際通信聯(lián)合會(ITU)定義了一個標(biāo)準(zhǔn)的波長劃分柵格，它包含一個中心在193100GHz的頻帶和193100GHz前后每隔100GHz的另外頻帶。這對應(yīng)于中心波長約為1550nm的間隔約為0.8mm的一些波長段。應(yīng)該理解，上述柵格在頻率上是均勻的，但在波長上只是近似均勻的。本發(fā)明的實施例最好對應(yīng)于ITU柵格來設(shè)計，但25GHz和50GHz這種更窄的頻率間隔(對應(yīng)的的波長間隔約為0.2和0.4nm)也是感興趣的。
ITU還定義了標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)調(diào)制率。OC-48對應(yīng)于約2.5GHz(實際為2.488GHz)，OC-192約對應(yīng)于10GHz，OC-768約對應(yīng)于40GHz的調(diào)制率。未調(diào)制的激光帶寬為10-15GHz量級。在目前的實踐中，數(shù)據(jù)率是足夠地低的(例如100GHz頻道間隔下的OC-192)，使得調(diào)制信號的帶寬典型地要比頻帶間隔小得多。這樣，只利用了頻道容量的一部分。不過如果試圖利用更多的可用帶寬(例如100GHz頻道間隔下的OC-768)，則將引起關(guān)于頻道自身譜帶形狀的問題。下面將說明解決這些問題的技術(shù)。利用球面聚焦元件的實施例圖1A、1B和1C分別是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的一個波長路由器10的頂視、側(cè)視、和端視示意圖。波長路由器10的一般功能是在一個輸入口12處接收含有多個(例如N個)譜帶的光，并有選擇地把各譜帶的一些子組導(dǎo)引到多個(例如M個)標(biāo)記為15(1，…，M)的輸出口中的一些希望輸出口上。如圖1C的端視圖所示，各輸出口沿一條直線17布置，這條直線大體垂直于圖1A的頂視面。圖中示出輸入和輸出口各自與它們相應(yīng)的輸入和輸出光纖相通信，但應(yīng)該理解，輸入口也可以直接從一個光源接收光，輸出口也可以直接與光探測器耦合。這些圖不是按尺寸比例畫出的。
從輸入口12進入波長路由器10的光形成一個發(fā)散光束18，它包含了各種不同的譜帶。光束18被一個透鏡20準(zhǔn)直并被導(dǎo)向一個反射衍射光柵25。光柵25使光色散，從而不同波長的準(zhǔn)直光束被以不同的角度導(dǎo)引回向透鏡20。圖中明確地示出了其中兩個光束，并用26和26’表示(后者以虛線畫出)。由于這些準(zhǔn)直光束以不同的角度射向透鏡，它們將被聚焦到一個橫向焦平面中的一些沿直線27排列的不同點上。直線27位在圖1A的頂視面中。
這些聚焦的光束將分別遇到位于焦平面附近的多個后向反射器30(1，…，N)中的相應(yīng)反射器。這些光束將以發(fā)散光束的形式被導(dǎo)引回到透鏡20。如下面將詳細說明的，每個后向反射器都會使其截獲的那個光束以反方向的路徑傳播，同時可能在垂直于直線27的方向上發(fā)生位移。較具體地說，這些光束將分別沿著一些大體上平行于圖1B側(cè)視圖和圖1C端視圖中的直線17的直線35(1，…，N)發(fā)生位移。
在所示的具體實施例中，每個光束的位移是通過沿著相應(yīng)后向反射器的直線35(i)移動該反射器的位置來實現(xiàn)的。在下面將說明的其他實施例中，光束位移通過對后向反射器進行重新構(gòu)形來實現(xiàn)。應(yīng)該指出，圖中示出的后向反射器位于圖1C平面內(nèi)的輸出口的上方，但這并不是必要的；對于光柵或其他元件的不同取向情況，可能出現(xiàn)其他的相對位置關(guān)系。
從后向反射器返回的光束被透鏡20準(zhǔn)直，并再次被導(dǎo)向光柵25。光柵25的第二次作用是消除不同光束之間的角度分離。不過，由于每個光柵可能被其相應(yīng)的后向反射器造成了位移，因此這些光束有可能被聚焦到直線17的不同點上。于是，取決于各后向反射器的位置，每個光束被導(dǎo)引到輸出口15(1，…，M)中的某個口上。
總之，每個譜帶都經(jīng)歷了這樣的過程被準(zhǔn)直，射向光柵并以一個與波長有關(guān)的角度離開光柵，被聚焦到與其對應(yīng)的后向反射器上并被該反射器位移一個希望的量，被再次準(zhǔn)直，再次射入光柵并被光柵抵消原先的色散，然后被聚焦到那個對應(yīng)于后向反射器所施加的位移量的輸出口上。在上述實施例中，光在輸入輸出口與光柵之間的區(qū)域內(nèi)共通過了4次，每個方向兩次。
這個實施例屬于稱之為自由空間實施例這種更廣義的類型中的空氣空間實施例類型。在下面將說明的其他自由空間實施例中，各種光束全都在一個玻璃體內(nèi)傳播?！白杂煽臻g”一詞是指這樣一個事實，即光在傳播內(nèi)傳播時其橫向尺寸不受限制，但可認為在這些橫向尺寸上發(fā)生了衍射。由于與色散元件的第二次相遇實際上抵消了第一次相遇時所導(dǎo)入的色散，所以每個譜帶都基本上無色散地離開路由器。
圖1A至1C示出了一個當(dāng)光束接近和離開后向反射器30(1，…，N)時截獲光束的四分之一波片37。這個四分之一波片用來補償光柵25的任何可能與偏振有關(guān)的特性。一般地說，從輸入口12進入的光可能有任何偏振狀態(tài)。所以，如果光柵的衍射效率對兩個正交偏振態(tài)有明顯差異，則波長路由器的總透過效率可能是一個與偏振態(tài)隨時間變化的關(guān)系相同的時間函數(shù)，并且如果不同的譜帶有不同的偏振態(tài)，則總透過效率還可能是波長的函數(shù)。圖1C示意性地示出四分之一波片的軸相對于直線27傾斜了45°。后面將較詳細地討論關(guān)于四分之一波片37減小波長路由器對偏振的依賴性的機制。就目前來說，只要注意到波長路由器10的偏振依賴性可以用四分之一波片來減小就可以了。也有可能使用一個法拉弟(Faraday)旋光器來完成四分之一波片的功能。
圖2A和2B分別是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的波長路由器10’的頂視和側(cè)視示意圖。與圖1A至1C相對應(yīng)的元件用同樣的或者帶撇或帶下標(biāo)的代號表示。該實施例與圖1A-1C實施例的差別在于，它利用了透射光柵25’和一對透鏡20a和20b。因此，該實施例可以看成是圖1A-1C實施例的展開形式。
從輸入口12進入波長路由器10’的光形成包含了不同譜帶的發(fā)散光束18。光束18遇到第一透鏡20a后被準(zhǔn)直和導(dǎo)向光柵25’。光柵25’使光色散，即不同波長的準(zhǔn)直光束以不同角度出射。出射的準(zhǔn)直光束(圖中示出了其中一個)遇到第二透鏡20b，被后者聚焦。各聚焦光束分別射入位于焦平面附近的多個后向反射器30(1，…，N)中的相應(yīng)反射器。光束被反射并以發(fā)散光束形式返回到透鏡20b，經(jīng)準(zhǔn)直后又射向光柵25’。各個光束之間的角分離被光柵25’的第二次作用消除，然后被聚焦到輸出口15(1，…，M)平面上。
在該特定實施例中，輸入口12、透鏡20a、光柵25’、透鏡20b、和后向反射器基本上是等間距排列的，并且兩個透鏡的焦距相同，輸入口與后向反射器之間的距離為4倍(4X)焦距。這樣的焦距和相對位置關(guān)系稱為輸入口12與后向反射器之間的“4f中繼”，同樣，在后向反射器與輸出口之間也是“4f中繼”。這種構(gòu)形并非是必要的，但卻是優(yōu)選的。光學(xué)系統(tǒng)最好是遠心系統(tǒng)。
圖3是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的波長路由器10”的頂視示意圖。該實施例是一個實體玻璃實施例，其中用一個凹面反射鏡40取代了第一個實施例中的透鏡20(或第二個實施例中的透鏡20a和20b)。因此，該實施例可認為是圖1A-1C實施例的進一步折疊形式。像前面一樣，從輸入口12進入波長路由器10”的光形成一個包含了不同譜帶的發(fā)散光束18。光束18遇到凹面反射鏡40，變成準(zhǔn)直光并被導(dǎo)向反射衍射光柵25。光柵25使光色散，以不同的角度把不同波長的準(zhǔn)直光束導(dǎo)回反射鏡40。圖中分別用實線和虛線畫出了其中兩個光束。由于這些準(zhǔn)直光束以不同角度射向反射鏡，它們將被聚焦在橫向焦平面中的不同點上。
聚焦的光束遇到位于焦平面附近的后向反射器30(1，…，N)。反方向傳播的情況與上面實施例中描述的相同，沿著反方向路徑傳播的光束已在一個垂直于圖3平面的方向上發(fā)生了位移。因此，返回路徑將直接位于前向路徑的下方，所以不能在圖3中看到。在返回路徑中，光束將遇到凹面反射鏡40、反射光柵25’、和凹面反射鏡40，其中最后一個相遇使光束被聚焦到各個希望的輸出口處(由于這些口在輸入口12下方，所以圖中未示出)?；谖菁剐屠忡R的后向反射器實現(xiàn)圖4A和4B示出適用于本發(fā)明實施例的基于可移動屋脊型棱鏡的后向反射器的另外實現(xiàn)方法。后向反射器30a和30b可以用來在上述各實施例中實現(xiàn)陣列30(1，…，N)。
圖4A示意性地示出后向反射器30a的工作原理，通過相對于入射光束橫向移動反射器30a可以使入射光束位移一個取決于反射器移動量的量。圖的左側(cè)示出后向反射器處于一個第一位置時的情況。虛線所示的是向下移動后的第二位置。圖的右側(cè)示出后向反射器移動到了第二位置時的情況，這時反射光束向下位移的量正比于反射器向下移動的量。圖中示出后向反射器是一個屋脊型棱鏡，其工作是基于全內(nèi)反射的。也有可能把后向反射器實現(xiàn)為一對構(gòu)成一個V字的反射鏡。這種類型的后向反射器的一個特性是，盡管反射光束相對入射光束偏移了一個取決于入射光束相對于棱鏡頂?shù)钠频牧?，但總的路程長度是與偏移量無關(guān)的。
圖4B示意性地示出后向反射器30b的工作原理，它包含了一個屋脊型棱鏡50和一對與棱鏡分開一個小距離的構(gòu)成V字形的上、下折射率匹配板51和52。通過有選擇地使板51或52中的一個與棱鏡元件50接觸，便可以實現(xiàn)使反射光束位移。圖的左側(cè)示出棱鏡元件與上板51相接觸的情況，這時入射光束將進入上板并被上板和棱鏡元件的下表面內(nèi)反射。圖的右側(cè)示出棱鏡元件與下板52相接觸的情況，這時入射光束在棱鏡元件的上表面發(fā)生內(nèi)反射，然后進入下板，并在下板的下表面上發(fā)生內(nèi)反射?？梢钥闯?，這種后向反射器可以提供比棱鏡元件的移動量大的光束位移量。
圖4C和4D是被制作成單個元件的一個屋脊型棱鏡陣列的側(cè)視和頂視圖。為了保持整個陣列的均勻性，屋脊型棱鏡陣列首先被制作成單個長形的棱鏡元件，并被粘附在一個支持板的一端。然后把這個組件的頂部和底部拋光成光學(xué)平面，并穿過棱鏡和支持板組件切割出一些縫隙53，以確定出各個支持齒55上的各個棱鏡元件54的陣列。分別在這個屋脊型棱鏡陣列的上方和下方設(shè)置兩個擋板57a和57b。這兩個擋板也被拋光成光學(xué)平面。相應(yīng)的各個驅(qū)動器58使每個棱鏡元件或者靠著上擋板或者靠著下?lián)醢逡苿印Ｓ捎谠谇懈羁p隙之前在拋光長形棱鏡元件平面時的光學(xué)精度，靠著一個給定擋板的任何棱鏡的互相對準(zhǔn)具有十分高的容差。
每個后向反射器都有一個驅(qū)動器(actuator)與之關(guān)連。圖4A或4B中沒有明顯畫出這個驅(qū)動器，但圖4C明顯畫出了驅(qū)動器58。驅(qū)動器的具體類型不是本發(fā)明的范疇，對于熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人們來說顯然了解許多類型的驅(qū)動器機構(gòu)。雖然圖4C中示出驅(qū)動器是一個分離的單元(例如一個壓電傳感器)，但由于支持板可以用可變形彎曲材料做成，所以也能起到驅(qū)動器的作用。一種可以從PiezoSystems，Inc.(公司名，地址186 Massachusetts Avenue，Cambrige，Massachusetts 02139，美國)購得的壓電陶瓷彎曲器具有層狀結(jié)構(gòu)，當(dāng)在其兩個外表面上的電極上施加電壓時它將發(fā)生彎曲?；诳蓜臃瓷溏R的后向反射器實現(xiàn)圖5A示意性地示出后向反射器30C的工作原理，它包含一對互相間有一個夾角的固定反射鏡60a、60b(V字形的或如圖所示的開放結(jié)構(gòu)的)和一個可轉(zhuǎn)動反射鏡61。圖的左側(cè)示出可轉(zhuǎn)動反射鏡的位置使得入射光束被導(dǎo)向反射鏡60a的情況，圖的右側(cè)示出可轉(zhuǎn)動反射鏡的位置使得入射光束被導(dǎo)向反射鏡60b的情況。在兩種情況下，固定反射鏡與可轉(zhuǎn)動反射鏡構(gòu)成的夾角都是90°，從而提供了后向反射器的功能。
圖5B示意性地示出利用微反射鏡的后向反射器30d的工作原理。圖5C是其頂視圖。在一個V形塊64的兩個斜面上安裝了一對微反射鏡陣列62和63。微反射鏡陣列62中的單個微反射鏡65和微反射鏡陣列63中的一行微反射鏡66(1，…，M)定義了單個后向反射器。在理解光路是可逆的這一前提下，可以方便地把兩個微反射鏡陣列稱作輸入和輸出微反射鏡陣列。圖左側(cè)示出的情況是，微反射鏡65處于第一取向，把入射光束導(dǎo)向微反射鏡66(1)，后者相對于微反射鏡65的第一取向的取向為90°，把光導(dǎo)向相反于入射光束的方向。圖右側(cè)示出的情況是，微反射鏡65處于第二取向，把入射光束導(dǎo)向微反射鏡66(M)。這樣，微反射鏡65的運動將選擇光束的輸出位置，而在正常工作中微反射鏡66(1，…，M)是固定的。微反射鏡65和微反射鏡行66(1，…，M)可以沿著垂直于圖平面的方向被復(fù)制和移動。雖然微反射鏡陣列62僅需是一維的，但若能通過添加一些微反射鏡來提供額外的靈活性則將可能是方便的。
優(yōu)選的做法是，微反射鏡陣列是平面布局的，并且V形槽的兩面角近似為90°，使得兩個微反射鏡陣列互相以90°面對。由于各種目的這一角度可以有很大的改變，但是90°的角度將有利于用比較小的微反射鏡轉(zhuǎn)動來為入射光導(dǎo)向。例如，可市場購得的微反射鏡陣列(如Texas Instruments公司的)能偏轉(zhuǎn)±10°左右。這種微反射鏡陣列可以用微電機系統(tǒng)(MEMS)領(lǐng)域中已知技術(shù)制作。在本實施例中，反射鏡是作為一個硅芯片表面上的微加工結(jié)構(gòu)來形成的。這些反射鏡被結(jié)合到也是在芯片表面上微加工出來的樞軸結(jié)構(gòu)上。在一些實現(xiàn)中，利用靜電吸引力使微反射鏡有選擇地環(huán)繞一個適當(dāng)取向的軸傾斜。
圖5D示意性地示出后向反射器30e的工作原理，它與圖5c實現(xiàn)方法的區(qū)別在于利用了棱鏡69而不是V形塊64。對相似的元件使用了相應(yīng)的代號。與使用V形槽的情況類似，希望微反射鏡陣列62’和63’以夾角90°互相面對。為此，棱鏡三個面的夾角最好是90°、45°和45°，并且兩個陣列被安裝得使各個微反射鏡面對著棱鏡的兩個直角面。
微反射鏡陣列最好被密封得與外界環(huán)境隔離。密封可以通過把每個微反射鏡陣列包含在一個密封腔內(nèi)來實現(xiàn)，這種密封腔是形成在硅芯片上的微反射鏡陣列的表面與棱鏡的表面之間的。可以把帶有微反射鏡陣列的硅芯片的周邊粘結(jié)到棱鏡表面上，同時保持反射鏡與棱鏡表面之間有適當(dāng)?shù)拈g距，通過在硅芯片的周邊處制作一個凸緣，可以使密封腔有一個適當(dāng)?shù)拇笮?。或者，上述凸緣的作用也可以用粘結(jié)在硅芯片周邊和棱鏡表面上的某種其他適當(dāng)?shù)闹苓吤芊飧羧韺崿F(xiàn)。如果需要，每個微反射鏡可以位在芯片上它自己的一個腔內(nèi)。棱鏡表面最好有消反射鍍層。
當(dāng)前優(yōu)選的是包括兩個可傾斜微反射鏡陣列的后向反射器實現(xiàn)。輸入微反射鏡陣列中的每個微反射鏡接收第一次遇到了色散元件后的光，并將它導(dǎo)引到輸出微反射鏡陣列中的一個反射鏡上。通過改變輸入陣列中反射鏡的角度，便可使返回反射光發(fā)生一個橫向位移從而再次遇到色散元件并從所選的輸出口輸出。如前所述，本發(fā)明的實施例是可反向使用的。V形塊這個實現(xiàn)方式通常對大多數(shù)光路位在空氣中的實施例是優(yōu)選的，而棱鏡的實現(xiàn)方式通常對大多數(shù)光路值在玻璃中的實施例是優(yōu)選的。作為提供一個分立的棱鏡或V形塊的一種替代方式，輸入陣列和輸出陣列的安裝面可以與路由器的光學(xué)室集成地形成在一起。
輸入微反射鏡陣列的反射鏡行數(shù)最好至少與輸入口數(shù)目(如果多于一個)一樣多，其列數(shù)則最好至少與被選擇為要導(dǎo)向輸出微反射鏡陣列的波長數(shù)一樣多。類似地，輸出微反射鏡陣列的行數(shù)最好至少與輸出口數(shù)目一樣多，其列數(shù)最好至少與被選擇為要導(dǎo)向輸出口的波長數(shù)一樣多。
在放大倍數(shù)為1∶1的系統(tǒng)中，輸入陣列中的各反射鏡行互相平行并且各反射鏡沿著入射光束的一個橫向軸方向上的互相間隔對應(yīng)于各輸入口之間的間隔。類似地，輸出陣列中的各個反射鏡行是互相平行的，并且互相間的橫向間隔對應(yīng)于各輸出口之間的間隔。對于其他放大倍數(shù)的系統(tǒng)，各反射鏡行之間的間距需作相應(yīng)的調(diào)整。利用柱面聚焦元件的實施例圖6A和6B分別是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的波長路由器70的頂視和側(cè)視示意圖。這是一個非折疊實施例，所以可認為對應(yīng)于圖2A和2B的實施例。與圖2A和2B的實施例一樣，該實施例含有一個透射衍射光柵25’，但與前者不同的是，波長路由器70使用了柱面透鏡而不是球面透鏡，使用了可傾斜反射鏡而不是后向反射器。波長路由器70的一般功能與其他實施例的相同，也即在輸入口12處接收含有多個譜帶的光，并有選擇地把譜帶中的各個子組分別導(dǎo)引到多個輸出口15(1，…，M)中的希望輸出口上。
這些柱面透鏡中包括一對僅在頂視圖平面(圖6A)內(nèi)才有光焦度的透鏡72a、72b，以及一對僅在側(cè)視圖(圖6B)平面內(nèi)才有光焦度的透鏡75a、75b。因此在圖6B平面中透鏡72a和72b被畫成為矩形，在圖6A平面中透鏡75a和75b被畫成為矩形。
從輸入口12進入路由器70的光形成發(fā)散光束18，其中包含了不同的譜帶。光束18遇到透鏡72a，后者使光在橫方向準(zhǔn)直，但在另一方向上不起作用，結(jié)果使光束的橫截面形狀從圓形變成橢圓形(也即，在圖6B平面中光束繼續(xù)發(fā)散，但在圖6A平面中不再發(fā)散)。然后光束相繼遇到透鏡75a、光柵25’、和透鏡75b。透鏡75a和75b的聯(lián)合作用是使圖6B平面中的發(fā)散光準(zhǔn)直，結(jié)果光束以恒定的橢圓形橫截面?zhèn)鞑?。光?5’使光在圖6A平面中色散，結(jié)果不同波長的光在圖6A平面中以不同的角度傳播，但在圖6B中傳播方向與波長無關(guān)。
準(zhǔn)直光束遇到透鏡72b，被分別聚焦到一些相應(yīng)的線上。這些聚焦光束分別遇到多個位于焦平面附近的可傾斜反射鏡80(1，…，N)中的相應(yīng)反射鏡。這些僅在圖6A平面內(nèi)發(fā)散的光束被導(dǎo)向透鏡72b。取決于各個反射鏡的傾斜角，各光束在圖6B平面內(nèi)發(fā)生了角位移。如下面將說明的，這些返回光束在圖6A和6B平面內(nèi)將受到不同的變換。
在圖6A平面內(nèi)，光束被透鏡72b準(zhǔn)直，并被再次導(dǎo)向光柵25’(在該平面內(nèi)透鏡75a、75b不改變光束的準(zhǔn)直情況)。在第二次作用時，光柵25’將消除不同光束間的角分離并把光束導(dǎo)回到透鏡72a，后者再把這些光束聚焦(僅在圖6A平面內(nèi))到輸出口15(1，…，M)上。在圖6A中，沒有分開地示出返回光束，這些光束在該平面上的投影與前向光束的投影重合。
在圖6B平面內(nèi)，光束被透鏡75a和75b聚焦到各輸出口上。不過，由于每個光束可能被其相應(yīng)的反射鏡引入了一個角位移，所以每個光束將被導(dǎo)向輸出口15(1，…，M)中的某一個口上。在圖6B中，光柵25’，透鏡72b和72a不影響光束的方向和光束的發(fā)散、準(zhǔn)直、會聚情況。在側(cè)視圖平面中，透鏡75a和75b提供了反射鏡80(1，…，N)與輸出口15(1，…，M)之間的傅利葉變換關(guān)系。這個傅里葉關(guān)系把反射鏡處的波前傾斜映射成為輸出口處的位置移動。
在該特定實施例中，輸入口12、透鏡72a、透鏡對75a/75b、透鏡72b、和可傾斜反射鏡大致上是等間距排列的，并且透鏡對75a/75b的合成焦距是透鏡72a和72b的焦距的兩倍。這并非是必要的，但都是優(yōu)選的。在這樣的焦距和相對位置的布局下，透鏡72a和72b實現(xiàn)了輸入口12與可傾斜反射鏡之間的4f中繼。此外，透鏡對75a/75b(當(dāng)作單個透鏡，不過要遇到兩次)實現(xiàn)了輸入口與輸出口之間的4f中繼。光學(xué)系統(tǒng)最好是遠心系統(tǒng)。
圖7A和7B分別是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的波長路由器70’的頂視和側(cè)視示意圖。該實施例是圖6A和6B實施例的折疊形式，正如圖1A-1C實施例是圖2A和2B實施例的折疊形式一樣。與圖1A-1C的實施例相同，波長路由器70’利用了一個反射衍射光柵25。從折疊的特性可以看出，該實施例使用了對應(yīng)于圖6A和6B實施例中的透鏡對72a/72b和75a/75b的單個柱面透鏡72和75。
除了光路被折疊之外，該實施例的工作過程與圖6A和6B實施例的基本相同。在該實施例中，光束要4次遇到每個透鏡，其中兩次在輸入口與可傾斜反射鏡之間，兩次在從可傾斜反射鏡到輸出口的途徑中。應(yīng)該指出，發(fā)散光在第一次遇到透鏡75后變得較不發(fā)散，第二次遇到后變成平行(準(zhǔn)直)光。利用聚焦/色散結(jié)合元件的實施例圖8A和8B分別是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的波長路由器90和頂視和側(cè)視示意圖。除了把球面光焦度結(jié)合到了光柵中去之外，該實施例大體上對應(yīng)于圖1A和1B所示的波長路由器。光焦度和色散作用被結(jié)合在單個元件95上。這可以通過把光柵刻劃在一個彎曲表面上或在一個平面表面上刻劃彎曲的光柵線來實現(xiàn)。替代光柵刻線機來獲得這種光柵線的一種眾知的方法是全息方法，其中首先把光刻膠甩涂到光柵基底上，然后用分別從希望光源和光柵焦點發(fā)出的兩個發(fā)散光束所形成的干涉圖形對之曝光。曝光用的光的波長是中間譜帶的波長或該波長的整數(shù)倍。曝光后的光刻膠可以直接使用，或者當(dāng)作一個蝕刻處理的掩模使用。
圖9A和9B分別是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的波長路由器100的頂視和側(cè)視示意圖。該實施例除了把柱面光焦度結(jié)合到光柵線條中形成單個元件105之外，其余大體上對應(yīng)于采用了柱面透鏡和傾斜反射鏡的圖7A和7B中的波長路由器。圖9A頂視圖中光焦度是圖9B側(cè)視圖中光焦度的兩倍。這種光柵的全息圖形式可以用分別從希望光源和光柵焦線發(fā)出的一個發(fā)散光束和一個線光源光束所形成的干涉圖形對光刻膠進行曝光來制作。棱鏡實施例圖10A和10B分別是一個波長路由器10的頂視和側(cè)視示意圖，該路由器用一個棱鏡107替代了前述實施例中的光柵。圖10A和10B的實施例對應(yīng)于圖2A和2B的實施例一其中使用了相對應(yīng)的代號。控制電路圖11示出一個含有一個波長路由器112和代表性控制電路的波長路由系統(tǒng)110。波長路由器112可以根據(jù)前述任一個實施例來構(gòu)筑，可以認為其中包含了諸如各種后向反射器和傾斜反射鏡等各個路由元件，一個例如衍射光柵或棱鏡這樣的色散元件，和一些驅(qū)動各路由元件的驅(qū)動器(至少在動態(tài)實施例中)。圖中示出該波長路由器有一個輸入口12和兩個輸出口15(1)、15(2)，這里采用了對應(yīng)于圖1A的代號。為了確定起見，假定該波長路由器能處理80個波長頻道。用前面的符號表示就是該路由器的M＝2，N＝80。操作的要求是把各波長中的兩個子組λ(out-1)和λ(out-2)分開到兩個輸出口處。在某些情況下，兩個子組都可以包含全部輸入波長或者不包含任何波長。
控制電路包含驅(qū)動器控制電路113，后者為波長路由器110中的各驅(qū)動器提供適當(dāng)?shù)目刂菩盘?。?qū)動器控制電路受到一個控制器114的控制，可以把它看成是控制器與波長路由器之間的接口。驅(qū)動器控制電路可以包括一些數(shù)字開關(guān)、功率驅(qū)動器和數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(DAC)。用來確定多態(tài)元件的狀態(tài)的控制器可以是一個微處理器、一個內(nèi)置的微控制器、一個ASIC、或者任何適合于控制驅(qū)動器控制電路的邏輯電路。控制器114與驅(qū)動器控制電路113之間的接口可以采取幾種常用的形式，例如一組并行控制線或者一個微處理器兼容的地址/數(shù)據(jù)/控制總線。
在某些情形中，有可能配置分立的驅(qū)動器控制電路。例如，波長路由器可以含有允許直接響應(yīng)于來自控制器114的命令的接口電路。根據(jù)設(shè)計時的選擇，在波長路由器110與控制電路之間存在著不可避免的分工。本發(fā)明不局限于波長路由器驅(qū)動器控制的任何特定的功能分配，在目前的一個實施例中，除了簡單的驅(qū)動器(驅(qū)動器電路)之外，波長路由器根本不包含任何控制電路。實際上，所有的智能性的控制電路都包含在控制電路中。
控制器114最好還利用標(biāo)準(zhǔn)或?qū)Ｓ玫慕涌诤蛥f(xié)議與網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的其他計算機通信。這在圖中以一個網(wǎng)絡(luò)管理接口115示意性地示出。這些另外的計算機典型地用于執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)管理應(yīng)用軟件。譜帶形狀和分辨率問題后向反射器陣列所在平面中的物理位置對應(yīng)于頻率值，其間相差一個取決于光柵色散和透鏡焦距的比例系數(shù)。光柵方程為Nmλ＝sinα±sinβ，其中N是光柵線條的空間頻率，m是衍射級次，λ是波長，β是光學(xué)λ射角，α是衍射角。透鏡按照公式x＝fsinα把衍射角映射成其后焦距f處的位置x。當(dāng)反射鏡位于透鏡后焦面上時，反射鏡平面中的位置與波長之間存在線性關(guān)系λNm＝x/f+sinβ。對于一個小波長、頻率的變化正比于波長的變化。這樣就給出位置與頻率之間的比例系數(shù)Δx/Δγ＝fNmλ2/c。因此，反射鏡平面中的位置標(biāo)度就是帶上這個比例系數(shù)的頻率標(biāo)度。
圖12A示出一個基本為梯形的優(yōu)選譜帶形狀。簡單地說，這是通過使光柵的分辨率細于對頻率域采樣的反射鏡尺寸來達到的。對于光柵光斑尺寸與反射鏡尺寸之比極大的情況，每個頻道的帶通響應(yīng)將僅僅是反射鏡在光柵的可完全分辨的頻率平面上的位置所給出的矩形響應(yīng)。對于有限光柵分辨率的情況，帶通響應(yīng)是光柵衍射所確定的光斑與反射鏡采樣矩形的卷積。圖12A示出了當(dāng)光柵具有高斯?fàn)罟獍咔以诜瓷溏R平面中的分辨率細于反射鏡尺寸時的這種卷積結(jié)合。對于本發(fā)明的實施例來說，提供大的反射鏡寬度與光柵分辨率的比值是有利的，這是因為這時得到的矩形譜帶形狀相對于各譜帶間的無用部分的大小來說具有大的可用平坦頂部，而這樣使光譜的利用更為有效。
圖12B還示出了以一定角度從光柵衍射的光束的路程差。這個路程差確定了光柵的頻率分力。頻率分辨率等于光速除以這個路程差，再乘上一個由光束的橫向形狀所確定的量級為1的系數(shù)。在一些特定實施例中，各光學(xué)譜帶的間距是ITU的100GHz或更窄。于是光柵的分辨率最好是10GHz或更窄，以便在各頻道之間留有一個大的平坦譜帶形狀，這樣將可使100GHz頻道間隔下的OC-768數(shù)據(jù)或25GHz頻道間隔下的OC-192數(shù)據(jù)能以低的損耗傳送。這個10GHz或更窄的光柵分辨率要求路程差為3cm或更長。在圖1A的折疊式布局中，該3cm是一個來回路程的路程差，也即單程路程差為1.5cm。
圖12C示出路程差發(fā)生于一個玻璃楔117內(nèi)的一個路由器10。該實施例對應(yīng)于圖1A中的路由器。強烈希望這種波長路由器的中心波長對溫度變化是穩(wěn)定的。在優(yōu)選的1550nm中的波長情形中，3cm的路程差約對應(yīng)于20000個波長。優(yōu)選設(shè)計的路程差變化應(yīng)在至少為50℃的優(yōu)選溫度范圍內(nèi)小于20000分之一。這就要路程差的變化小于每攝氏度一百萬分之一。達到這一溫度穩(wěn)定性的一種方法是用溫度系數(shù)小于一百萬分之一的玻璃來制作波長路由器中產(chǎn)生路程差的部分，即圖12C中的玻璃楔117。偏振考慮衍射光柵的效率與入射光的偏振狀態(tài)有關(guān)。任意偏振態(tài)入射光學(xué)信號的電場E都可寫成為沿兩個正交軸 和 線偏振的電場之和E‾=Exx^+Eyy^]]>其中 沿光柵色散的方向， 垂直于色散方向。入射信號的光強I0由沿兩個正交方向的電場的強度確定I0＝|Ex|2+|Ey|2效率取決于兩個正交偏振方向上的兩個獨立的效率系數(shù)ε，使光柵反射的信號的電場E’變?yōu)镋'=-ϵxExx^-ϵyEyy^]]>相應(yīng)的總光強為
I’＝εx|Ex|2+εy|Ey|2顯然，沿兩個正交軸之一線偏振的信號光強經(jīng)衍射光柵反射后其光強僅與該方向的頻率系數(shù)有關(guān)|x＝εx|Ex|2|y＝εy|Ey|2對于大多數(shù)衍射光柵，εx≠εy，所以總效率與入射信號的偏振態(tài)有很大關(guān)系。
在本發(fā)明的實施例中，通過對一個偏振分量加入一個波延遲來減小或消除這種總效率的變化。這可以利用一個具有非對稱結(jié)構(gòu)從而使兩個正交方向上的折射率不同的波片來實現(xiàn)。這樣，當(dāng)入射光學(xué)信號通過波片后，其一個電場分量將相對于另一分量發(fā)生延遲。典型地，波片的結(jié)構(gòu)使得引入的相位差為π(“半波片”)或π/2(“四分之一波片”)。本發(fā)明實施例中采用了四分之一波片(或能近似提供四分之一個波的延遲的波片)。
把上述結(jié)果應(yīng)用于衍射光柵的反射，可以看出在經(jīng)過反射衍射光柵的兩次反射后，電場成為Efin0=ϵxExx^-ϵyEyy^]]>總光強為Ifin0=ϵx2|Ex|2+ϵy2|Ey|2]]>系統(tǒng)總效率可能發(fā)生的大變化通過在返回反射鏡與透鏡(圖1A-1C中的20或圖2A和2B中的20b)之間加入一個四分之一波片可被消除。在這樣的布局下，每個子光束在被返回反射之前(即緊接步驟(5)之前)和被返回反射之后(即緊接步驟(5)之后)兩次通過四分之一波片。緊接著它第一次通過四分之一波片之前(即在衍射光柵上經(jīng)過一次反射之后)，其電場為E'=-ϵxExx^-ϵyEyy^]]>在通過四分之一波片，再經(jīng)后向反射器的兩個表面的反射，并第二次通過四分之一波片之后，電場成為E′′=-ϵxExx^-ϵyEyy^]]>兩次通過四分之一波片將使電場的x分量旋轉(zhuǎn)成y偏振，使y分量旋轉(zhuǎn)成x偏振。所以經(jīng)過反射光柵Gr的第二次反射后，電場成為Efin=-ϵxϵyEyx^+ϵxϵyExy^]]>相應(yīng)的總光強為Ifin＝εxεy|Ex|2+εxεy|Ey|2≡εxεyI0于是，電場及其光強與入射光波的偏振態(tài)無關(guān)，由此消除了與偏振有關(guān)的損耗。
類似地，可以設(shè)計一個磁光延遲器使線偏振光每經(jīng)過一次將旋轉(zhuǎn)45°，于是兩次通過該延遲器后將使 和 偏振分別旋轉(zhuǎn)成 和 偏振。這種在光柵的第一次與第二次反射之間進行的偏振態(tài)互換消除了總光柵效率對偏振態(tài)的依賴性。
四分之一波片或磁光延遲器可以放置在圖1A光學(xué)系統(tǒng)的任何位置處，這是因為在任何位置上都可實現(xiàn)第一次與第二次光柵反射之間的兩次通過。把四分之一波片或磁光延遲器放置在透鏡與光柵之間使得它們能作用在準(zhǔn)直光束上。這使得由它們引起的光學(xué)像差比較小，而且還能改善波片的性能。系統(tǒng)應(yīng)用下面的討論將說明利用多個波長路由器的一些系統(tǒng)。所示的每個波長路由器都含有單個輸入口和兩個輸出口，并且為了確定起見假定它們都能處理80個波長頻道。用前述描述波長路由器的符號來表示，即為M＝2和N＝80。各個波長路由器用帶下標(biāo)的代號110表示，并且?guī)в腥鐖D11所示的典型控制電路。不過就純光學(xué)原理來說，可以用不帶控制電路的波長路由器112來替代。
波長路由器可以根據(jù)前述任一個本發(fā)明實施例來制作，或者也可用其他方法制作，只要它們能提供這里所說明的波長路由器功能。一般地說，如前所述，前述本發(fā)明實施波長路由器的光路都是可逆的。光學(xué)上路/下路復(fù)用器(OADM)圖13是說明一種通過以背對背方式結(jié)合一對波長路由器110a和110b所構(gòu)成的光學(xué)上路/下路復(fù)用器(OADM)的原理圖。OADM的一般功能是在一個輸入口132處接收一組波長頻道，把其中的一個子組(包括全部頻道或沒有頻道)(直通波長)傳送給一個輸出口133，把那些不是直通波長的波長(下路波長)分路給一個下路口135，在一個上路口137處接收下路波長的一部分或全部(假定它們攜帶的新的信息)，并把上路波長與直通波長結(jié)合起來，使它們從輸出口133輸出。
在背對背構(gòu)形中，OADM120的輸入口132是波長路由器130a原來的輸入口，而OADM120的輸出口133是波長路由器130b原來的輸入口。直通路徑是通過耦合兩個波長路由器的第一輸出口來實現(xiàn)的。下路口135和上路口137是兩個波長路由器原來的第二輸出口。下路口和上路口可以被耦合到發(fā)送和/或接收終端設(shè)備或者一個或數(shù)個其他網(wǎng)絡(luò)上。根據(jù)具體的應(yīng)用，可能只需要上路和下路功能中的一個功能。波長選擇性互連器(WSXC)圖14是說明一種通過結(jié)合兩對背靠背的波長路由器(共4個)所形成的波長選擇性互連器(WSXC)的原理圖。WSXC的一般功能是在第一和第二輸入口142和142’處接收第一和第二組波長頻道，把各波長中選出的兩個子組分別通過各自的直通路徑傳送到第一和第二輸出口143和143’處，同時對那些不通過直通路徑傳送的波長進行交換。于是，從輸入口142和142’進入的交換波長將從波長路由器110a和110c的交換輸出口145和145’送出，并分別被傳送給波長路由器110d和110b的交換輸入口147’和147。進入交換輸入口的交換波長將與直通路徑上的波長結(jié)合，并從輸出口143和143’輸出。與上述OADM的情形相同，WSXC140的輸出口是波長路由器110b和110d原來的輸入口。OMSSP環(huán)保護開關(guān)圖15是說明一種用來在一個光學(xué)復(fù)用部分共享的保護環(huán)(OMSSP環(huán))光學(xué)網(wǎng)絡(luò)中提供保護開關(guān)的開關(guān)結(jié)構(gòu)150的原理圖。結(jié)構(gòu)150的組成與上述的WSXC140類似，由兩對背對背的波長路由器110a-110d(共四個)組成。這個結(jié)構(gòu)與WSXC有兩個主要方面的差別。首先，在WSXC中，上下兩對波長路由器都使光沿著相同的方向傳送，但在開關(guān)結(jié)構(gòu)中，上下兩對路由器處理相反方向的光傳送，這里任意地把這兩個方向稱為“東”方向和“西”方向。其次，WSXC中的交換口被開關(guān)結(jié)構(gòu)中的環(huán)返路徑152和155取代。這樣便有可能把從東光纖進入波長路由器110a各波長中的一個子組分出來并把它導(dǎo)引回到波長路由器110c并從那里輸出到西光纖上。類似地，那些從西光纖進入波長路由器110d的波長(或者可能是一個不同的組)可被分出一部分并導(dǎo)回到波長路由器110b進而輸出到東光纖上。
從來自東光纖的波長中分出一個子組并把它返回到西光纖上去這一能力使得有可能保護這個環(huán)在出現(xiàn)例如激光器故障或OADM出錯等情況下不發(fā)生會影響到各波長中的一個子組的錯誤模式。下路和重復(fù)OADM
下路和重復(fù)OADM(有時稱作“廣播模式”O(jiān)ADM)除了具有上述的OADM功能外，還具有繼續(xù)發(fā)送輸出口處的下路波長的能力。下面的討論將說明基于圖13 OADM和圖14 WSXC的實施例，不過對其他形式的OADM和WSXC也是適用的。與OADM和WSXC中的元件對應(yīng)的元件用同樣的代號表示。
圖16是說明一種基于圖13 OADM的下路和重復(fù)OADM 160的原理圖，圖13 OADM含有輸入和輸出口132和133，以及下路和上路口135和137。下路和重復(fù)OADM 160含有相同的輸入和輸出口，但在OADM的下路和上路口135和137之間還加入了另外的元件，而且還提供了它的其他兩個口，即功能性下路和上路口135’和137’。
新加入的元件包括一個任選的光學(xué)放大器162，一個具有一個輸入口和第一、第二輸出口的50％分路耦合器(或其他分束器)165，以及一個具有第一、第二輸入口和一個輸出口的光學(xué)耦合器或合路器167。光學(xué)放大器接收來自下路口135的光，被任選放大的光在分路耦合器165中被分束。從分路耦合器第二輸出口傳出的光組成了下路波長，據(jù)此第二輸出口定義了功能性下路口135’。于是這個輸出光對應(yīng)于來自圖13中的下路口135的光。與從分路耦合器的第一輸出口輸出的光相同的波長稱為“重復(fù)波長”，被傳送給光學(xué)耦合器167的第一輸入口。
準(zhǔn)備進入網(wǎng)絡(luò)傳送的波長稱作“上路波長”，被傳送給定義了功能性上路口137’的光學(xué)耦合器167的第二輸入口。這些波長被與重復(fù)波長結(jié)合，然后被傳送給OADM構(gòu)筑模塊的上路口137。然后，直通波長、重復(fù)波長和上路波長從輸出口133輸出。
圖17是說明一種基于圖14WSXC的下路和重復(fù)OADM 170的原理圖，圖14 WSXC含有第一、第二輸入口142、142’和第一、第二輸出口143、143’。第一輸入口142和第一輸出口143起著下路和重復(fù)OADM 160’的輸入口和輸出口的作用，但在第二輸出口143’與第二輸入口142’之間加入了其他元件。由于其他的元件提供了其他的口，即作為下路和重復(fù)OADM的功能性下路和上路口的另外兩個口172和175。
加入的元件與下路和重復(fù)OADM 160的情況相同，這里也使用了相對應(yīng)的代號。如上面一樣，光學(xué)放大器162接收來自第二輸出口143’的光，被任選地放大了光在分路耦合器165中被分束。來自分路耦合器第二輸出口的光組成了下路波長，據(jù)此第二輸出口定義了功能性下路口172，于是這個輸出光對應(yīng)于來自圖13中下路口135的光。重復(fù)波長被傳送給光學(xué)耦合器167的第一輸入口，并與被傳送給光學(xué)耦合器167的第二輸入口的上路波長相結(jié)合，該第二輸入口定義了功能性上路口175。這些上路波長又與重復(fù)波長相結(jié)合，并被傳送給WSXC構(gòu)筑模塊的輸入口142’。然后，直通波長，重復(fù)波長，和上路波長從第一輸出口143輸出。結(jié)論雖然上面是對本發(fā)明一些特定實施例的完整說明，但也可采用各種修飾、替代結(jié)構(gòu)和等價結(jié)構(gòu)。例如，雖然把可動態(tài)構(gòu)形的路由元件(后向反射器等)說明成包含了可動元件，但也可以用電光器件來實現(xiàn)切換。例如可以使用電光法卜里—白洛(Fabry-Perot)反射器。
因此，不應(yīng)當(dāng)把上面的說明當(dāng)作是對由權(quán)利要求書所定義的本發(fā)明范疇的限制。
權(quán)利要求
1.一種用于在一個輸入口接收含有多個譜帶的光并把所述譜帶中的一些子組分別導(dǎo)引到多個輸出口中的相應(yīng)輸出口上的波長路由器，該波長路由器包括一個自由空間光學(xué)串，其設(shè)置在輸入口與所述輸出口之間，用來為導(dǎo)引各個譜帶提供光學(xué)路徑，該光學(xué)串含有一個被設(shè)置得能截獲從輸入口傳播來的光的色散元件，所述光學(xué)串的布局使得光在達到任一個輸出口之前能兩次遇到所述色散元件；以及一個路由機構(gòu)，其含有至少一個能根據(jù)其狀態(tài)把一個給定譜帶導(dǎo)引到不同輸出口上的可動態(tài)構(gòu)形的路由元件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的波長路由器，其中所述輸入口位于一個輸入光纖的端頭處。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的波長路由器，其中所述輸出口位于多個輸出光纖的相應(yīng)端頭處。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的波長路由器，其中所述路由機構(gòu)的構(gòu)形使得能把至少兩個譜帶導(dǎo)引到單個輸出口上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的波長路由器，其中所述路由機構(gòu)的構(gòu)形將使得至少一個輸出口接收不到任何譜帶。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的波長路由器，其中所述譜帶的數(shù)目多于輸出口的數(shù)目，并且輸出口的數(shù)目大于2。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的波長路由器，其中所述路由機構(gòu)含有多個反射元件，每個反射元件與一個相應(yīng)的譜帶相關(guān)連。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的波長路由器，其中所述可動態(tài)構(gòu)形的元件具有一個移動自由度。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的波長路由器，其中所述可動態(tài)構(gòu)形的元件具有一個旋轉(zhuǎn)自由度。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的波長路由器，其中所述可動態(tài)構(gòu)形的元件含有一些由微電機系統(tǒng)(MEMS)元件制成的反射鏡。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的波長路由器，其中所述色散元件是一個光柵；并且所述光學(xué)串含有結(jié)合在所述光柵中的光焦度。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的波長路由器，其中所述光學(xué)串包含一個透鏡；所述色散元件是一個反射光柵；所述路由機構(gòu)包含多個可動態(tài)構(gòu)形的元件；來自所述輸入口的光被所述透鏡準(zhǔn)直并被所述反射光柵反射成多個對應(yīng)于所述各譜帶的在角度上分開的光束；所述在角度上分開的光束分別被所述透鏡聚焦到所述可動態(tài)構(gòu)形的元件中的相應(yīng)元件上；并且每個給定的可動態(tài)構(gòu)形的元件都有多個狀態(tài)，每個狀態(tài)能沿著多個路徑中的一個希望路徑導(dǎo)引那個對應(yīng)于該可動態(tài)構(gòu)形的元件的在角度上分開的光束，使得離開該可動態(tài)構(gòu)形的元件的光再次被所述透鏡準(zhǔn)直，被所述反射光柵反射，以及再次被所述透鏡聚焦到所述多個輸出口中對應(yīng)于所述多個路徑中的一個希望路徑的那個輸出口上。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的波長路由器，其中所述色散元件是一個其分辨率明顯小于譜帶間隔的光柵。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的波長路由器，其中的分辨率是通過使一個路程差大于約3cm來達到的。
15.一種波長上路/下路復(fù)用器，它包括根據(jù)權(quán)利要求1的第一和第二波長路由器，它們以相反方向連接，使得第一波長路由器的各輸出口中的一個第一子組與第二波長路由器的各輸出口中的一個對應(yīng)的第一子組發(fā)生光學(xué)通信，所述第一波長路由器的輸入口與一個上游光纖發(fā)生光學(xué)通信，所述第二波長路由器的輸入口與下游光纖發(fā)生光學(xué)通信，并且所述第一和第二波長路由器各自輸出口中的第二子組與網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備發(fā)生光學(xué)通信，使后者能從兩個輸出口第二子組中的一個子組接收光，并把光送入兩個輸出口第二子組中的另一個子組上。
16.一種用于在一個輸入口接收含有第一N個譜帶的光并把所述N個譜帶的一些子組導(dǎo)向第二M個輸出口中的相應(yīng)輸出口的波長路由器，該波長路由器包括一個設(shè)置在輸入口與所述輸出口之間的用來為導(dǎo)引各個譜帶提供一些光學(xué)路徑的自由空間光學(xué)串，該光學(xué)串含有一個被設(shè)置得能截獲從輸入口傳播來的光的色散元件，所述光學(xué)串被布局得能使光在到達任何一個輸出口之前兩次遇到所述色散元件；并且其中的M大于2。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的波長路由器，其中所述色散元件是一個反射光柵，并且光學(xué)串包含一個透鏡，其被設(shè)置得能截獲來自輸入口的光，使被截獲光準(zhǔn)直，把準(zhǔn)直光導(dǎo)向所述反射光柵，截獲從反射光柵反射的光，使光聚焦，并沿一條路徑導(dǎo)引聚焦光，使每個譜帶被聚焦到一個不同點；以及N個反射元件，其被設(shè)置得能截獲各個聚焦譜帶并導(dǎo)引它們與所述透鏡、所述反射光柵、所述透鏡和各個輸出口相遇。
18.根據(jù)權(quán)利要求16的波長路由器，其中所述色散元件是一個透射光柵，并且光學(xué)串包含一個設(shè)置在所述透射光柵與輸入口之間的透鏡；以及位于所述透射光柵的遠離所述輸入口一側(cè)的N個反射元件，其布局使得通過所述光柵并射到所述反射元件上的光能通過所述透射光柵、所述透鏡和所述輸出口。
19.根據(jù)權(quán)利要求16的波長路由器，其中所述色散元件是一個反射光柵，并且光學(xué)串包含一個曲面反射器，被設(shè)置得能截獲來自輸入口的光，使截獲的光準(zhǔn)直，把準(zhǔn)直光導(dǎo)向所述反射光柵，截獲從反射光柵反射的光，使光聚焦，并沿一條路徑導(dǎo)引聚焦光，使每個譜帶被聚焦到一個不同點上，；以及N個反射元件，其被設(shè)置得能截獲各個聚焦譜帶并導(dǎo)引它們與所述曲面反射器、所述反射光柵、所述曲面反射器和各個輸出口相遇。
20.根據(jù)權(quán)利要求16的波長路由器，其中所述色散元件是一個棱鏡。
21.根據(jù)權(quán)利要求16的波長路由器，其中所述光學(xué)路徑中包含一些由微電機系統(tǒng)(MEMS)元件制成的反射鏡。
22.一種用于在一個輸入口接收含有第一N個譜帶的光并把所述N個譜帶中的一些子組導(dǎo)向第二M個輸出口中的相應(yīng)輸出口的波長路由器，該波長路由器包括一個第一柱面透鏡，用于使來自輸入口的光在一個第一橫方向上準(zhǔn)直；一個第二柱面透鏡，用于使光在一個垂直于所述第一橫方向的第二橫方向上準(zhǔn)直；一個透射色散元件，用于使光在所述第一橫方向上沿一個特定指向發(fā)生色散；一個第三柱面透鏡，用于使光在第一橫方向上聚焦；N個位于所述第三柱面透鏡焦平面中的可傾斜反射鏡，每個反射鏡用來截獲一個相應(yīng)的譜帶并把該譜帶導(dǎo)引回到所述第三柱面透鏡；以及多個驅(qū)動器，每個驅(qū)動器與一個相應(yīng)的反射鏡耦合，以實現(xiàn)相應(yīng)譜帶光路的選擇性傾斜；其中各個譜帶通過所述第三柱面透鏡在第一橫方向上被準(zhǔn)直，通過光柵在第一橫方向上沿著與所述特定指向相反的指向被色散，通過所述第二柱面透鏡在第二橫方向上被聚焦，并通過所述第一柱面透鏡在第一橫方向上被聚焦，由此每個譜帶在第一和第二橫方向上都被聚焦成一個位于一個由相應(yīng)可傾斜反射鏡所確定的相應(yīng)位置處的焦點。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的波長路由器，它還包括一個被設(shè)置得能接收來自所述返回路徑的光的輸出光纖陣列，這些光纖的位置以由所述第二柱面透鏡的造成的傅里葉關(guān)系對應(yīng)于所述多個可傾斜反射鏡的傾斜角。
24.根據(jù)權(quán)利要求22的波長路由器，其中所述多個反射鏡由微電機系統(tǒng)(MEMS)元件制成。
25.一種用于在一個輸入口接收含有第一N個譜帶的光并把所述N個譜帶中的一些子組導(dǎo)引向第二M個輸出口中的相應(yīng)輸出口的波長路由器，該波長路由器包括一個第一球面透鏡，用于使來自輸入口的光準(zhǔn)直；一個透射色散元件，用于使光在一個第一橫方向上沿一個特定指向發(fā)生色散，以使各個譜帶在空間分開；一個第二球面透鏡，用于使從所述色散元件傳播來的光聚焦；以及多個位于所述第二球面透鏡的焦平面中的后向反射器，每個后向反射器都截獲一個相應(yīng)的譜帶并把該譜帶導(dǎo)引回到所述第二球面透鏡上，同時還使該譜帶在一個垂直于第一橫方向的第二橫方向上發(fā)生一個橫向位移，所述橫向位移取決于該后向反射器的狀態(tài)；其中每個譜帶通過所述第二球面透鏡被準(zhǔn)直，通過光柵在第一橫方向上沿著一個與所述特定指向相反的指向被色散，通過所述第一球面透鏡被聚焦，由此每個譜帶都成為一個位于一個由相應(yīng)后向反射器所確定的相應(yīng)位置處的焦點。
26.一種用于在一個輸入口接收含有第一N個譜帶的光并把所述N個譜帶中的一些子組導(dǎo)引向第二M個輸出口中的相應(yīng)輸出口的波長路由器，該波長路由器包括一個設(shè)置得能使來自輸入口的光準(zhǔn)直的具有正光焦度的光學(xué)元件；一個反射色散元件，用于使從所述光學(xué)元件傳播來的光在一個第一橫方向上沿一個特定指向色散，以使各個譜帶在空間分開，所述色散元件把所述譜帶導(dǎo)引回到所述光學(xué)元件上，后者使來自所述色散元件的光聚焦；以及多個位于所述光學(xué)元件的焦平面中的后向反射器，每個后向反射器都截獲一個相應(yīng)的譜帶，并把該譜帶導(dǎo)引回到所述光學(xué)元件上，同時帶使該譜帶在一個垂直于所述第一橫方向的第二橫方向上發(fā)生一個橫向位移，所述橫向位移取決于該后向反射器的狀態(tài)；其中每個譜帶通過所述光學(xué)元件被準(zhǔn)直，通過所述色散元件在第一橫方向上沿著一個與所述特定指向相反的指向被色散，通過所述光學(xué)元件被聚焦，由此每個譜帶都成為一個位于由相應(yīng)后向反射器所確定的相應(yīng)位置處的焦點。
27.根據(jù)權(quán)利要求26的波長路由器，其中所述光學(xué)元件是一個球面透鏡。
28.根據(jù)權(quán)利要求26的波長路由器，其中所述光學(xué)元件是一個凹面反射器。
29.根據(jù)權(quán)利要求26的波長路由器，其中每個后向反射器都包含一個屋脊型棱鏡；并且后向反射器的狀態(tài)由該后向反射器的屋脊材鏡的橫向位置所確定。
30.根據(jù)權(quán)利要求26的波長路由器，其中每個后向反射器都包含一個屋脊型棱鏡和一個用透明材料制成的可相對運動的相關(guān)體，其構(gòu)形適合于與后向反射器的屋脊型棱鏡發(fā)生光學(xué)接觸；并且后向反射器的狀態(tài)至少部分地取決于該后向反射器的屋脊型棱鏡是否與其相關(guān)體發(fā)生光學(xué)接觸。
31.一種可構(gòu)形的后向反射器陣列，它包括一個含有分別位于兩個夾角約為90°的平面中的第一和第二安裝表面的支持元件；安裝在所述支持元件的第一和第二安裝表面上的分別位在第一和第二基底上的第一和第二MEMS微反射鏡陣列；所述第一陣列中的一個與所述第二陣列中的M個微反射鏡相關(guān)連的給定微反射鏡；以及分別耦合于所述第一陣列中的每個給定微反射鏡以為所述給定微反射鏡提供M個分立的取向的驅(qū)動器，其中每個取向沿著一個朝向所述第二陣列中的一個不同微反射鏡的入射方向引導(dǎo)光；所述第二陣列中的所述M個微反射鏡具有各自的取向以使當(dāng)所述第二陣列中的給定反射鏡被取向以把光導(dǎo)引到所述第二陣列中的一個微反射鏡上時，該微反射鏡取向基本上與所述給定反射鏡的取向成90°夾角。
32.根據(jù)權(quán)利要求31的可構(gòu)形后向反射器，其中所述支持元件是一個具有兩個互相面對的支持表面的V形塊；并且所述第一和第二陣列上安裝有位在這些陣列中的微反射鏡與所述第一和第二安裝表面之間的所述第一和第二基底。
33.根據(jù)權(quán)利要求31的可構(gòu)形后向反射器，其中所述支持元件是一個具有兩個互相背對的支持表面的棱鏡；并且所述第一和第二陣列上安裝有一些位于所述第一和第二基底與所述第一和第二安裝表面之間的這些陣列中的微反射鏡。
34.根據(jù)權(quán)利要求31的可構(gòu)形后向反射器，其中微反射鏡的偏轉(zhuǎn)角限制在±10°量級上。
35.一種可動態(tài)構(gòu)形的后向反射器，它包括互相間具有特定固定夾角的第一和第二平面反射鏡，所述第一和第二平面反射鏡定義了一個交軸；一個安裝得能繞一個平行于所述交軸的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的第三平面反射鏡；以及一個耦合于所述第三平面反射鏡的能為所述第三平面反射鏡提供相對于所述旋轉(zhuǎn)軸的第一和第二角位置的驅(qū)動器；當(dāng)位于所述第一角位置時，所述第一與第三平面反射鏡之間的夾角約為90°，當(dāng)位于所述第二角位置時，所述第二與第三平面反射鏡之間的夾角約為90°。
36.一種制作屋脊型棱鏡陣列的方法，該方法包括提供一個長形棱鏡元件；提供一對長形擋板元件，它們的表面具有希望的平整度；把長形棱鏡元件的各個表面拋光到希望的平整度；對經(jīng)過這樣拋光后的長形棱鏡元件進行一組處理，以得到組成該陣列的多個屋脊型棱鏡；以及為該屋脊型棱鏡陣列提供用于在該對長形擋板元件之間運動的各個相應(yīng)定位元件。
37.根據(jù)權(quán)利要求36的方法，其中長形棱鏡元件是一個幺正單元；并且該組處理包括把長形棱鏡元件物理地切割成一些單個的棱鏡。
38.根據(jù)權(quán)利要求36的方法，其中長形棱鏡元件是一個由一些單個棱鏡粘合成的單元；并且該組處理包括斷開各單個棱鏡之間的粘合。
39.一種光學(xué)上路/下路復(fù)用器(OADM)，它包括第一和第二波長路由器，每個路由器有一個稱為輸入口的端口和多個稱為輸出口的另外端口，這些輸出口至少包含第一和第二輸出口，每個波長路由器都被構(gòu)形成能夠在其輸入口處接收含有多個譜帶的光并把從所述譜帶中選出的一些子組導(dǎo)引到所述多個輸出口中的相應(yīng)輸出口上；所述第一和第二波長路由器是反方向連接的，使得所述第一波長路由器的輸出口中的一個第一子組與所述第二波長路由器的輸出口中的一個相應(yīng)的第一子組發(fā)生光學(xué)通信，所述每個波長路由器的第一子組輸出口數(shù)目小于波長路由器的多個輸出口的數(shù)目，所以所述每個波長路由器都具有輸出口的一個第二子組；這樣，所述第一波長路由器的輸入口起著用于OADM的一個輸入口的作用，所述第二波長路由器的輸入口起著用于OADM的一個輸出口的作用，所述第一波長路由器的第二子組輸出口為OADM提供了一個下路口的功能，以及所述第二波長路由器的第二子組輸出口為OADM提供了一個上路口的功能。
40.根據(jù)權(quán)利要求39的OADM，其中每個波長路由器僅含有第一和第二輸出口，它們定義了用于該波長路由器的所述第一和第二子組輸出口。
41.一種下路和重復(fù)OADM，它包括根據(jù)權(quán)利要求39的OADM；一個含有一個輸入口及第一和第二輸出口的分束元件；一個含有第一和第二輸入口及一個輸出口的合路元件；以及一組光學(xué)路徑，它們能提供所述OADM的下路口與所述分束元件的輸入口之間、所述分束元件的第一輸出口與所述合路元件的第一輸入口之間、以及所述合路元件的輸出口與所述OADM的上路口之間的光學(xué)通信。
42.根據(jù)權(quán)利要求41的下路和重復(fù)OADM，它還包括一個設(shè)置在所述OADM的下路口與所述分束元件的輸入口之間的所述光學(xué)路徑中的光學(xué)放大器。
43.一種波長選擇性互連器(WSXC)，它包括第一、第二、第三和第四波長路由器，每個波長路由器都含有一個稱為輸入口的端口和多個稱為輸出口的另外端口，這多個輸出口中至少包含了第一和第二輸出口，每個波長路由器都被構(gòu)形得能夠在其輸入口處接收含有多個譜帶的光并把所述各譜帶中的一些被選擇的譜帶子組導(dǎo)引到所述波長路由器的多個輸出口中的相應(yīng)輸出口上；所述第一和第二波長路由器以相反的方向連接，使得所述第一波長路由器的第一輸出口與所述第二波長路由器的第一輸出口發(fā)生光學(xué)通信；所述第三和第四波長路由器以相反的方向連接，使得所述第三波長路由器的第一輸出口與所述第四波長路由器的第一輸出口之間發(fā)生光學(xué)通信；所述第一波長路由器的第二輸出口與所述第四波長路由器的第二輸出口發(fā)生光學(xué)通信；所述第三波長路由器的第二輸出口與所述第二波長路由器的第二輸出口發(fā)生光學(xué)通信；這樣，所述第一和第二波長路由器的輸入口起著用于WSXC的第一和第二輸入口的作用；所述第三和第四波長路由器的輸入口起著用于WSXC的第一和第二輸入口的作用；所述第一和第二波長路由器的所述第一輸出口之間的所述光學(xué)通信以及所述第三和第四波長路由器的所述第一輸出口之間的所述光學(xué)通信提供了用于WSXC的直通路徑，并且所述第一和第四波長路由器的所述第二輸出口之間的所述光學(xué)通信以及所述第三和第二波長路由器的第二輸出口之間的光學(xué)通信提供了用于WSXC的交換路徑。
44.一種下路和重復(fù)OADM，它包括根據(jù)權(quán)利要求43的WSXC；一個含有一個輸入口及第一和第二輸出口的分束元件；一個含有第一和第二輸入口及一個輸出口的合路元件；以及一組光學(xué)路徑，它們能提供所述WSXC的第二輸出口與所述分束元件的輸入口之間、所述分束元件的第一輸出口與所述合路元件的第一輸入口之間、以及所述合路元件的輸出口與所述WSXC的第二輸入口之間的光學(xué)通信。
45.根據(jù)權(quán)利要求44的下路和重復(fù)OADM，它還包括一個設(shè)置在所述WSXC的第二輸出口與所述分束元件的輸入口之間的所述光學(xué)路徑中的光學(xué)放大器。
全文摘要
一種波長路由器,選擇地在以輸入口(12)和輸出口(15)之間引導(dǎo)譜帶。該路由器包括以配置在該輸入口和所述輸出口之間的以自由空間光學(xué)串,和一路由機構(gòu)(30)。該自由空間光學(xué)串卡包括空氣分離元件(20,25)和可以是單體構(gòu)造。該光學(xué)串包括例如衍射光柵的一色散元件(25),并被構(gòu)造成使來自輸入口的光在到達輸出口之前遭遇色散元件兩次。該路由機構(gòu)(30)包括一或多個路由元件并與光學(xué)串中的其它元件(37)合作以提供將這些譜帶的子組耦合至期望輸出口的光學(xué)路徑。
文檔編號G02B6/293GK1390314SQ00815769
公開日2003年1月8日 申請日期2000年11月14日 優(yōu)先權(quán)日1999年11月16日
發(fā)明者羅伯特·T·韋韋爾卡, 史蒂文·P·喬治斯, 理查德·S·羅思 申請人:網(wǎng)絡(luò)光子公司