專利名稱：具有多個(gè)端口的光學(xué)裝置和可切換濾光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型的領(lǐng)域是使用可調(diào)濾光器的波長(zhǎng)選擇裝置。
背景技術(shù)：
存在執(zhí)行濾光且可以被調(diào)節(jié)以從較寬波長(zhǎng)光譜選擇窄波長(zhǎng)譜帶的熟知類型的光學(xué)裝置。這些裝置在各種光學(xué)系統(tǒng)中使用。特別感興趣的是通常在數(shù)十納米的波長(zhǎng)譜帶內(nèi)操作的波分復(fù)用系統(tǒng)。這些系統(tǒng)需要光性能監(jiān)測(cè)(OPM)以確保信號(hào)功率、信號(hào)波長(zhǎng)和信號(hào)-噪音比(OSNR)在特定限度內(nèi)。尤其，用于可調(diào)濾光器的其他應(yīng)用是用于光學(xué)噪聲過(guò)濾、噪聲抑制、波分復(fù)用和光路由?，F(xiàn)有DWDM系統(tǒng)的復(fù)雜狀態(tài)具有在寬光譜內(nèi)操作的許多通道。為了監(jiān)測(cè)這些通道，需要許多測(cè)量。減少執(zhí)行這些測(cè)量的時(shí)間和復(fù)雜性的監(jiān)測(cè)設(shè)備可以顯著地增加總體系統(tǒng)性能和減少系統(tǒng)成本。在WDM系統(tǒng)中使用波長(zhǎng)選擇裝置的其它應(yīng)用是用于在大型光學(xué)系統(tǒng)中選擇性地路由通道。

實(shí)用新型內(nèi)容我們已經(jīng)開發(fā)了以方便且成本有效的方式執(zhí)行涉及多個(gè)光學(xué)通道的各種光學(xué)功能的可調(diào)多端口光學(xué)裝置。本實(shí)用新型的可調(diào)多端口光學(xué)裝置設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單且具有很少的光學(xué)部件?；驹桥c輸入和輸出光纖陣列一起操作的色散元件和旋轉(zhuǎn)鏡。優(yōu)選應(yīng)用包括光學(xué)通道監(jiān)測(cè)(OCM)和用于在多個(gè)通道之間路由的光學(xué)開關(guān)。一種光學(xué)裝置，包括輸入和輸出端口 ；光色散元件，所述光色散元件定位在傳輸往返所述端口的光的光路徑中；和光反射元件，用于將光分量從所述光色散元件反射且回到所述光色散元件，所述光反射元件配置成圍繞兩個(gè)軸線旋轉(zhuǎn)以將由其反射的光分量中的至少一個(gè)引導(dǎo)到輸出端口中的一個(gè)。在另一個(gè)實(shí)施例中，所述光反射元件能圍繞大致垂直于傳輸往返所述端口的光的光路徑的軸線旋轉(zhuǎn)，所述光反射元件的旋轉(zhuǎn)量被控制以將光分量中的所述至少一個(gè)引導(dǎo)到輸出端口中的一個(gè)。在另一個(gè)實(shí)施例中，所述軸線配置成圍繞另一個(gè)軸線傾斜以將光分量中的所述至少一個(gè)引導(dǎo)到輸出端口中的另一個(gè)。在另一個(gè)實(shí)施例中，所述輸入和輸出端口包括輸入和輸出波導(dǎo)體。在另一個(gè)實(shí)施例中，所述波導(dǎo)體以線性陣列設(shè)置。在另一個(gè)實(shí)施例中，所述波導(dǎo)體以二維陣列設(shè)置。在另一個(gè)實(shí)施例中，所述光色散元件將從中通過(guò)的光以反射元件的方向色散成光分量。[0016]一種可切換濾光器，包括多個(gè)光端口 ；光色散元件，所述光色散元件定位成接收并色散來(lái)自于所述光端口中的一個(gè)的光信號(hào)；和反射束轉(zhuǎn)向元件，所述反射束轉(zhuǎn)向元件是可控的以將所色散光信號(hào)中的任何部分偏轉(zhuǎn)至所述光端口中的任何一個(gè)。在另一個(gè)實(shí)施例中，所述光端口以線性陣列設(shè)置。在另一個(gè)實(shí)施例中，所述光端口以二維陣列設(shè)置。在另一個(gè)實(shí)施例中，所述反射束轉(zhuǎn)向元件包括配置用于圍繞兩個(gè)軸線旋轉(zhuǎn)的反射表面。在另一個(gè)實(shí)施例中，其中，所述兩個(gè)軸線垂直。
當(dāng)結(jié)合附圖考慮時(shí)，本實(shí)用新型可被更好地理解，其中圖1是示出了根據(jù)本實(shí)用新型的可調(diào)多端口濾光器的第一實(shí)施例的透視圖；圖2A和2B是圖1的可調(diào)多端口濾光器的操作的示意圖，分別示出了裝置的χ和y方向的光線簡(jiǎn)圖；圖3A和;3B示出了圖1的實(shí)施例的性能數(shù)據(jù)；圖4是示出了根據(jù)本實(shí)用新型的可調(diào)多端口濾光器的第二實(shí)施例的透視圖；圖5A和5B是類似于圖2A和2B的示意圖，分別示出了第二實(shí)施例裝置的χ和y方向的光線簡(jiǎn)圖；圖6A和6B是類似于圖2A和2B的示意圖，分別示出了另一個(gè)實(shí)施例裝置的χ方向的光線簡(jiǎn)圖。
具體實(shí)施方式
圖1示出了本實(shí)用新型的第一實(shí)施例，其中，輸入和光纖陣列以11示出，具有準(zhǔn)直透鏡14、色散元件15和調(diào)節(jié)鏡16。調(diào)節(jié)鏡圍繞軸線17旋轉(zhuǎn)。該圖和隨后的圖未按比例繪制。光學(xué)元件根據(jù)其功能和屬性定位和隔開。這些是本領(lǐng)域已知的。所述裝置將使用圍繞ζ軸線(是通過(guò)裝置的光傳播方向)的χ和y軸向方向標(biāo)識(shí)描述。χ平面或y平面下方的參考將理解為意指χ-ζ或y-Z平面。X方向或y方向的參考將理解為分別意指垂直于y_Z和X-Z平面的方向。附圖中X軸截面或y軸截面的參考將旨在分別意指X-Z平面或y-z平面的視圖。所示實(shí)施例在OPM應(yīng)用的上下文中描述。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，本文所述的基本裝置還可用作路由選擇WDM通道的波長(zhǎng)選擇裝置。對(duì)于圖1的實(shí)施例，由光線表示的具體光在圖2A和2B中示出。輸入光纖陣列11由平行地緊密對(duì)齊的8個(gè)光纖構(gòu)成，即，光纖具有微小間距且與公共軸線(如χ軸所示)上的光纖中心對(duì)齊。被監(jiān)測(cè)的信號(hào)束，通常是來(lái)自于網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)通道的信號(hào)的分接部分，耦合到輸入光纖12。其通過(guò)準(zhǔn)直透鏡14以將高斯輸入束準(zhǔn)直為具有合適直徑的準(zhǔn)直光線。準(zhǔn)直束入射到色散元件15上。在χ軸截面(圖2A)中，所述束未色散。在y軸截面(圖2B)中，來(lái)自于光柵的光束色散成信號(hào)束的波長(zhǎng)分量。取決于束分量的波長(zhǎng)，波長(zhǎng)分量17a從色散元件以不同方向衍射。旋轉(zhuǎn)鏡16如圖所示定位以與色散束相交。所述鏡在χ軸上旋轉(zhuǎn)。束分量(波長(zhǎng))中的僅僅一個(gè)，在該情況下由箭頭17b表示的分量，將垂直于鏡16。該束分量沿由虛線表示的路徑往回反射。其它束分量，如圖2B的y軸截面中所示的兩個(gè)，將“離開”所述鏡。選定束分量17b由元件15衍射與之前相同的角度且傳播到輸出光纖13。束分量17b的強(qiáng)度由光電二極管21測(cè)量，光電二極管21如圖所示耦合到輸出光纖13。在該視圖中，輸入光纖12顯示為剛好將觀察者定向?yàn)殛嚵兄械墓饫w在y方向堆疊。當(dāng)鏡16旋轉(zhuǎn)時(shí)，另一個(gè)束分量將垂直于鏡16且將被選擇性地往回反射通過(guò)輸出光纖13，且其屬性被測(cè)量。由此，光纖12的輸入束的波長(zhǎng)光譜可以被掃描且所有其束分量的屬性可以被測(cè)量。因而，所述裝置實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)選擇且提供濾光器。濾光器的波長(zhǎng)通過(guò)鏡16的旋轉(zhuǎn)取向來(lái)調(diào)節(jié)。將認(rèn)識(shí)到，圖2A和2B的χ軸截面中的光路徑不受鏡16的傾斜而改變。這是由于透鏡14將所有輸入束聚焦在鏡的旋轉(zhuǎn)軸線上。當(dāng)鏡傾斜時(shí)，沿傾斜軸線的反射表面保持基本固定。鏡的取向可以通過(guò)致動(dòng)器或多個(gè)致動(dòng)器改變。鏡可包括微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)或者包括由馬達(dá)或任何其它類型致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的分立鏡。鏡的傾斜可以在一個(gè)軸線或者多于一個(gè)軸線改變。另一個(gè)WDM通道可以作為輸入束輸入到光纖18。來(lái)自于該通道的束分量的輸出被引導(dǎo)通過(guò)輸出光纖19且由圖2Α中所示的相關(guān)光測(cè)器測(cè)量。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的是，雖然輸入光纖(例如12和18)陣列和輸出光纖13和19陣列顯示為緊密捆裝且精確對(duì)齊，但是裝置輸入光纖和裝置輸出光纖可以具有任何長(zhǎng)度且以任何合適方式路由到系統(tǒng)中的其它部件/耦合器。例如，光測(cè)器21顯示為直接從輸出光纖的緊密捆裝陣列接收光束的元件陣列。然而，光纖13可以將光信號(hào)路由到相對(duì)于光纖輸出陣列不對(duì)齊的光電二極管。檢測(cè)裝置可以采用各種形式中的任一種，且測(cè)量各種光束屬性。所示設(shè)置簡(jiǎn)單且便于圖示。如果輸入束被適當(dāng)?shù)貢r(shí)分復(fù)用，那么可使用單個(gè)檢測(cè)裝置?？蛇x地，單個(gè)光譜分析器可用作檢測(cè)裝置。在該說(shuō)明中，光學(xué)元件顯示為獨(dú)立元件。這些表示功能元件。在一些情況下，提供這些功能的物理元件可以組合為單個(gè)模塊。例如，光柵可以具有反射表面或者附連或整體式透鏡。圖3Α和:3Β提供了用圖1和2Α和2Β的光纖陣列和光學(xué)外形構(gòu)造的裝置的試驗(yàn)結(jié)果。濾光器特征在于光譜分析器(osa)。來(lái)自于寬的譜帶光源的光耦合到輸入光纖。輸出光纖連接到osa且獲取光譜。光譜顯示，濾光器以窄的譜帶產(chǎn)生高傳輸。通過(guò)的譜帶(濾光器波長(zhǎng))的位置可以借助于致動(dòng)MEMS鏡控制器而電子地變化，如所述。在圖1和2A和2B的實(shí)施例中，所述裝置顯示為具有1 X8光纖陣列，且可以實(shí)現(xiàn)4個(gè)端口(4個(gè)可調(diào)濾光器)，其中，所述端口同時(shí)調(diào)節(jié)。在該陣列中，所有光纖在單個(gè)平面中對(duì)齊。光纖的數(shù)量可變化，但是通常將是偶數(shù)以產(chǎn)生光纖對(duì)，每對(duì)具有輸入光纖和輸出光纖。光纖陣列可以具有其它形式。在圖4、5A和5B中，光纖陣列31以2X4形式設(shè)置以實(shí)現(xiàn)4端口可調(diào)濾光器。圖4、5A和5B還示出了不同的光學(xué)配置。在圖4、5A和5B的系統(tǒng)中，使用兩個(gè)透鏡。第一透鏡34是用于在χ和y方向兩者均準(zhǔn)直所述束的球面或非球面透鏡。第二透鏡36是柱面透鏡。其將來(lái)自于輸入光纖32的輸入束以y方向聚焦，但是不將所述束在χ方向聚焦。在該光學(xué)配置中，返回光束返回到相關(guān)輸出光纖33，具有相同y方向坐標(biāo)。為了簡(jiǎn)單起見，在該圖示中省去了光測(cè)器。在所述系統(tǒng)中，端口不需要同時(shí)調(diào)節(jié)。如果鏡取向可以在2個(gè)軸線(S卩，χ和y兩者)控制，那么端口可以順序地讀取，即，將存在一個(gè)輸入光纖和多個(gè)輸出光纖。在圖6A和6B中，光學(xué)系統(tǒng)與圖1和2A和2B中類似地配置。然而，光纖陣列41是1X5形式的陣列。當(dāng)鏡沿χ軸旋轉(zhuǎn)到第一角度時(shí)，來(lái)自于上部輸入光纖42的光往回耦合到輸出光纖43。當(dāng)鏡旋轉(zhuǎn)到第二角度(在圖6B中顯示)時(shí)，來(lái)自于下部輸入光纖44的光往回耦合到輸出光纖51。在該方法中，來(lái)自于不同輸入光纖42-45的多個(gè)輸出可以順序地讀取。要注意的是，鏡也仍沿y軸旋轉(zhuǎn)以選擇不同波長(zhǎng)。應(yīng)當(dāng)清楚的是，根據(jù)本實(shí)用新型的多端口濾光器中光纖的數(shù)量可以大范圍變化。在如圖2A和2B和4的實(shí)施例中，將通常存在至少三個(gè)輸入光纖和三個(gè)輸出光纖，從而產(chǎn)生三端口裝置。在如圖6A和6B的實(shí)施例中，將優(yōu)選存在至少三個(gè)輸入光纖，從而產(chǎn)生三端口
直ο光波導(dǎo)體在上文描述為光纖。然而，其它波導(dǎo)體陣列可以取代。例如，光波導(dǎo)體陣列可以包括光集成電路(0IC)，其中，平行波導(dǎo)體在公共基底(例如，鈮酸鋰或玻璃)中形成。本文使用的術(shù)語(yǔ)“波導(dǎo)體”旨在包括任何合適的導(dǎo)光元件。光纖(用于輸入側(cè)和輸出側(cè)兩者)的設(shè)置可以顯著地變化。在圖2A和2B和4的實(shí)施例中，鏡圍繞單個(gè)軸線旋轉(zhuǎn)。因此，陣列中的光纖設(shè)置在單個(gè)平行平面中。然而，在鏡雙軸旋轉(zhuǎn)的情況下，可以使用基本上任何χ-y陣列配置。如前文所述，上述裝置可以在需要該功能的任何應(yīng)用中用作波長(zhǎng)選擇裝置。例如，圖6A和6B所示的實(shí)施例顯示四個(gè)輸入端口和一個(gè)輸出端口。許多光通道可以引入到輸入端口 42-45，而僅僅單個(gè)波長(zhǎng)在輸出端口 51處離開。對(duì)于該應(yīng)用，反射器元件49的傾斜在兩個(gè)軸線取向調(diào)節(jié)以僅僅通過(guò)選定通道。然后，其保持固定直到需要不同選擇。圖6A和6B的裝置顯示為nXl裝置。然而，其還可以容易地修改為產(chǎn)生1 Xn裝置。因而，所記載輸入和輸出可以互換。存在波長(zhǎng)選擇裝置的寬范圍各種應(yīng)用。例如，TV傳輸和顯示中的通道選擇器需要在大數(shù)量的通道選項(xiàng)中選擇單個(gè)通道。認(rèn)識(shí)到反射器元件本身可以提供增加的功能，可以采用反射器被傾斜以傳輸預(yù)定波長(zhǎng)序列的光學(xué)系統(tǒng)。這些可以在編碼裝置中使用。在上述實(shí)施例中，反射器相對(duì)于衍射元件傾斜以實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)選擇。然而，可以設(shè)計(jì)衍射元件移動(dòng)且反射器固定的裝置。類似地，其它光學(xué)元件(例如，透鏡)可以用于實(shí)現(xiàn)相同效果。衍射元件相對(duì)于反射器或反射元件進(jìn)行一些受控預(yù)定移動(dòng)以實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型目的的所有設(shè)置應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是等價(jià)的。在結(jié)束詳細(xì)說(shuō)明時(shí)，要清楚的是，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以想到本實(shí)用新型的各種附加修改。本說(shuō)明書的特定教導(dǎo)的所有變型(基本上依賴本實(shí)用新型原理及通過(guò)其已經(jīng)使現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)步的等價(jià)物)均被適當(dāng)?shù)卣J(rèn)為處于所述和所要求保護(hù)的本實(shí)用新型范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種光學(xué)裝置，包括輸入和輸出端口；光色散元件，所述光色散元件定位在傳輸往返所述端口的光的光路徑中；和光反射元件，用于將光分量從所述光色散元件反射且回到所述光色散元件，所述光反射元件配置成圍繞兩個(gè)軸線旋轉(zhuǎn)以將由其反射的光分量中的至少一個(gè)引導(dǎo)到輸出端口中的一個(gè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)裝置，其中，所述光反射元件能圍繞大致垂直于傳輸往返所述端口的光的光路徑的軸線旋轉(zhuǎn)，所述光反射元件的旋轉(zhuǎn)量被控制以將光分量中的所述至少一個(gè)引導(dǎo)到輸出端口中的一個(gè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學(xué)裝置，其中，所述軸線配置成圍繞另一個(gè)軸線傾斜以將光分量中的所述至少一個(gè)引導(dǎo)到輸出端口中的另一個(gè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)裝置，其中，所述輸入和輸出端口包括輸入和輸出波導(dǎo)體。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光學(xué)裝置，其中，所述波導(dǎo)體以線性陣列設(shè)置。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光學(xué)裝置，其中，所述波導(dǎo)體以二維陣列設(shè)置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)裝置，其中，所述光色散元件將從中通過(guò)的光以反射元件的方向色散成光分量。
8.一種可切換濾光器，包括多個(gè)光端口；光色散元件，所述光色散元件定位成接收并色散來(lái)自于所述光端口中的一個(gè)的光信號(hào)；和反射束轉(zhuǎn)向元件，所述反射束轉(zhuǎn)向元件是可控的以將所色散光信號(hào)中的任何部分偏轉(zhuǎn)至所述光端口中的任何一個(gè)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的可切換濾光器，其中，所述光端口以線性陣列設(shè)置。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的可切換濾光器，其中，所述光端口以二維陣列設(shè)置。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的可切換濾光器，其中，所述反射束轉(zhuǎn)向元件包括配置用于圍繞兩個(gè)軸線旋轉(zhuǎn)的反射表面。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的可切換濾光器，其中，所述兩個(gè)軸線垂直。
專利摘要以方便且成本有效的方式描述了可調(diào)多端口濾光器，該濾光器系統(tǒng)具有多個(gè)光通道。一種光學(xué)裝置，包括輸入和輸出端口；光色散元件，所述光色散元件定位在傳輸往返所述端口的光的光路徑中；和光反射元件，用于將光分量從所述光色散元件反射且回到所述光色散元件，所述光反射元件配置成圍繞兩個(gè)軸線旋轉(zhuǎn)以將由其反射的光分量中的至少一個(gè)引導(dǎo)到輸出端口中的一個(gè)。本實(shí)用新型的可調(diào)多端口濾光器設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單且具有很少的光學(xué)部件。基本元件是色散元件和旋轉(zhuǎn)鏡。借助于輸入和輸出光纖的合適設(shè)置陣列，來(lái)自于選定輸入束的各個(gè)波長(zhǎng)分量在空間上分開且由所述旋轉(zhuǎn)鏡轉(zhuǎn)向到選定輸出位置。來(lái)自于選定分量的光屬性可以通過(guò)一個(gè)或多個(gè)光測(cè)器測(cè)量。濾光器還用于選擇和路由光信號(hào)。
文檔編號(hào)G02B6/35GK202339423SQ20112026579
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2011年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月26日
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