CN102804051A - 液晶波长选择路由器 - Google Patents

Abstract

一种与偏振无关的开关，其使用偏振分集以用于将输入光束转换到单个定义的偏振方向，其后是波长色散以通过像素化切换设备扩展单独的波长通道。这可以是偏振旋转元件，该元件的设置可以通过所施加的电子信号来加以控制。这可以维持偏振方向不变，或其可以旋转它从而使得它基本上正交于离开偏振分集组件的输入光束的偏振。该光束然后进入双重折射楔元件，该元件使具有两个正交偏振的光折射到不同的程度，从而根据控制信号分离光束,所述控制信号被施加于光束的每个波长分量通过的偏振旋转元件。根据控制信号设置，该光束可以因此被引导至不同的端口。2×1开关配置被示出。

Description

液晶波长选择路由器

技术领域

本发明涉及快速光学开关领域，该快速光学开关的操作是波长相关的，特别用于在可重构光分插多路复用器(ROADM)应用中使用。

背景技术

众所周知，在光学通信领域中使用光学波长作为用于携带数字或模拟信息的光学载体。并且，不同的波长可以被用来区分一组或一通道的信息与另一组或另一通道的信息。当多个波长被耦合或被多路复用到单个光纤上时，这被称为波分多路复用(WDM)。这样的WDM的使用增加了系统的总带宽。

在这样的系统中存在对于根据光学信号的波长来切换沿着一条光纤到多条其它光纤中的任何一条传递的光学信息分组的需求。这样的开关被称为光学路由器。在现有技术中存在多种波长相关的开关和路由器。在序列号为 10/492,484, 10/580,832, 11/911,047 和12/066,249的共同未决的美国专利申请中（藉此所有的该美国专利申请（每一个均整体上）被通过参考而并入），存在被公开的各种波长选择开关和路由器，其中输入的光学信号被偏振分离到两个优选垂直平面中，并且偏振分量之一被旋转从而使得两个偏振分量在一个方向上对齐，其后是空间波长色散。可以由偏振光束分离器或双折射离散晶体来执行偏振分集，并且可以由衍射光栅来执行波长色散。沿着波长色散方向被像素化（pixelate）从而使得每个像素在单独的波长通道上操作的偏振旋转设备（诸如液晶偏振调制器）用于根据被施加到像素上的控制电压来旋转通过每个像素的光信号的偏振。然后通过类似的色散和偏振组合分量将经偏振调制的信号波长重组并且偏振重组为被用来分别分散和分离输入信号的那些。在输出偏振重组器处，通过特定波长通道的偏振是否由偏振调制器像素旋转来确定结果产生的输出信号被沿着其引导的方向。

在说明书的该部分中和其他部分中提及的出版物中的每个的公开藉此被（每一个均整体上）通过参考而并入。

发明内容

本发明力图提供新的光纤，波长选择开关结构，诸如可以被用于在光学通信和信息传输系统中进行通道路由或阻断应用。该设备被设计为2×1开关，并且使用液晶元件用于切换。多路复用器和解多路复用器的添加使得这样的基本2×1结构能够被有利地用作可重构光分插多路复用器(ROADM)的核心，具有从和到多个端口的上载（add）和下载（drop）功能。该开关使用最少的组件，并且可以因此被经济地构建用于在这样的系统中的大规模的使用。该开关结构还可以包含相位模或偏振模LC衰减器单元，作为用于通过设备的传输路径中的任何一个的可变光学衰减器。虽然在该应用中描述的开关结构涉及2×1结构，但是应当理解的是，根据光学可逆性原理，描述的开关可以被同样好地作为1×2开关来操作。

该开关使用偏振分集以用于将输入光束转换到单个定义的偏振方向，其后是波长色散以通过像素化切换设备扩展单独的波长通道。这可以是偏振旋转元件，该元件的设置可以通过所施加的电子信号来加以控制。这可以维持偏振方向不变，或其可以旋转它从而使得它基本上正交于离开偏振分集组件的输入光束的偏振。该光束然后进入双重折射楔元件，该元件使具有两个正交偏振的光折射到不同的程度，从而根据控制信号分离光束,所述控制信号被施加于光束的每个波长分量通过的偏振旋转元件。根据控制信号设置，该光束可以因此被引导至不同的端口。

根据另一个实施方式，光束可以被引导通过像素化的相变元件，该相变元件通过影响跨越像素的光束的模结构从而控制其能力以容易地耦合到输出光纤中来控制光束的每个分量的传输。

因此根据在该公开中描述的设备的示例性实施方式提供了波长选择开关，该波长选择开关包括：

(i)第一光学端口，

(ii)偏振转换元件，其用于给通过第一光学端口输入的光赋予预定的偏振方向，

(ii)波长色散元件，其与偏振转换元件进行光学通信，从而使得从第一光学端口接收的光的波长分量在色散平面中被色散，

(iv)像素化偏振旋转元件，其被光学地耦合以接收色散光，并且具有通常在色散平面中排列的像素，并且被适配为根据施加于像素上的控制信号来旋转通过每个像素的光的偏振，从而使得根据施加于波长分量通过的像素上的控制信号来旋转色散光的波长分量的偏振；以及

(v)反射双折射元件，其与来自偏振旋转元件的光进行光学通信，并且被布置和定向为使得穿过偏振旋转元件的像素的光被根据接收到的光的偏振在第一或第二方向上加以反射，

所述元件被进一步定向为使得来自反射双折射元件的光再进入偏振转换元件，该偏振转换元件将所述光重新构成为其原始偏振。

在这样的开关中，当施加于像素上的控制信号为使得在光束的偏振方面不产生改变时，光可以在第一方向上被反射，并且当施加于像素上的控制信号为使得在光束的偏振方面产生基本90度的旋转时，光可以在第二方向上被反射。在这样的布置中，第一方向可以通向第二光学端口，并且第二方向可以通向第三光学端口，从而使得第一光学端口被根据控制信号光学地连接到第二和第三端口中的任一个。

其它实施方式可以进一步涉及如上所述的开关，其中反射双折射元件被排列为使得在所述方向之一上反射的光与光学路径共线地从第一光学端口返回，该开关进一步包括循环器以分离在所述一个方向上反射的光和从第一光学端口的方向入射的光。在这样的实施方式中，该开关应当进一步包括隔离器,其被布置在第二方向上的光学路径中,该隔离器被排列为使得在第二方向上被引导的光不能进入被布置在第二方向上的光学端口。

在上面描述的实施方式中的任何一个中，像素化偏振旋转元件可以是像素化液晶单元，在这种情况下，控制信号可以是施加于跨越液晶单元的像素的电极上的电压。

附加的实施方式可以涉及根据之前描述的设计中的任何一种的波长选择开关，其中反射双折射元件是具有楔的形式，从而使得所述方向是角度上区分的方向，或具有块的形式，从而使得所述方向是横向区分的方向。

此外，任何这样的开关可以是使得将输入至第一端口的光引导至第二和第三端口中的任一者，或者将输入至第二和第三端口中的任一者的光引导至第一端口。

另外，上述开关中的任何一个的替换实施方式可以进一步包括像素化相变元件，其通过空间地改变跨越穿过像素的光的相位从而控制其能力以耦合到输出端口中来控制通过偏振旋转元件的像素的光的传输。在这样的开关中，光束的模结构是由施加于相变元件的像素上的电压降级的。像素化相变元件可以包括梳状电极结构，其跨越相变元件的像素施加空间地波动的电场，从而使得从其中通过的光的相位经受相应的空间交替的改变。在任一种情况下，光束的模结构的降级控制其能力以耦合到输出端口光纤中。

所描述的波长选择开关中的任何一种可以进一步包括偏振模衰减器，其控制从其中通过的光的传输，该衰减器包括：

(i)像素化双折射偏振旋转元件，其根据跨越该像素施加的电场来旋转通过其像素的光的偏振方向，以及

(ii)串行线性偏振器，

从而使得通过偏振模衰减器的像素的光的衰减依赖于穿过双折射偏振旋转元件的光的偏振与线性偏振器的偏振方向平行所达到的程度。

最后，进一步的示例性实施方式可以包括：(i)第一光学端口；(ii) 波长色散元件，其与第一光学端口进行光学通信，从而使得从第一光学端口接收的光的波长分量被色散，(iii)像素化偏振旋转元件，其具有通常排列的像素以接收被色散的波长分量并且被适配为响应于施加到像素上的控制信号来旋转通过每个像素的光的偏振，从而使得根据施加到波长分量通过的像素上的控制信号来旋转被色散的光的波长分量的偏振，以及(iv) 双折射元件，其被布置和定向为使得穿过所述偏振旋转元件的像素的光被根据如由施加到所述像素上的所述控制信号确定的其偏振来在第一或第二方向上加以引导。

附图说明

根据结合图所进行的以下详细描述，本发明将被更充分地理解和认识，在附图中：

图1A示意性地图示出了根据本发明的第一优选实施例的、使用2×1 WSS的固定的分插ROADM的功能框图；

图1B是如在图1A中使用的反射波长选择路由器的示意图，其更详细地示出了组件部分；

图2A-2C示意性地图示出了使用与双折射晶体楔串联的LC单元产生光束偏转的方法;

图3A-3C示意性地图示出了使用与双折射晶体块串联的LC单元产生光束偏移的方法;

图4示意性地图示出了构建LC单元以实现图2-3的实施例所需要的偏振切换的方法;

图5示意性地图示出了构建LC单元以实现图2-3的实施例所需要的光束衰减的方法;

图6A-6C图示出了将LC单元切换为开（ON）或关（OFF）对图5的实施例的单段传输的影响;

图7A-7E示意性地图示出了各种反射偏振模切换实施例;

图8A-8D示意性地图示出了图7E的循环器配置的更详细的图，其示出了当光束穿过四种备选传输选择的开关组件时在光束中的偏振变化；

图8E是示出了针对在图8A到8D中示出的四种备选开关位置的传输路径的真值表。

图9A-9C示意性地图示出了其中包含相位衰减的反射偏振模切换实施例;以及

图10A-10E示意性地图示出了其中包含偏振衰减的反射偏振模切换实施例。

具体实施方式

现在参考图1，其示意性地图示出了根据本公开的设备的第一示例性实施方式的、使用2×1 WSS的固定分插ROADM的功能框图。ROADM在其输入端口10处输入由波长λ₁,λ₂,λ₃……组成的多波长光，并且被设计成在本地下载端口（local drop port）11处下载预定的波长，或被设计成在本地上载端口（local add port）12处上载预定的波长，并且被设计成在输出端口13处输出结果产生的光信号。设备的核心是光学地切换的波长选择开关15，其作为2×1切换路由器来操作。在图1中示出的实施例中，WSS具有用于波长λ₃的通过通路（through pass），同时其阻断其它具有高消光比的波长λ₁，λ₂。此外，所有的经过路径（pass path），无论是通过通路（through pass）或上载通路（add pass），应当具有可变衰减能力，以补偿由不同通道产生的不同信号强度。

现在参考图1B，图1B是如可以在图1A中使用的反射波长选择开关的示意平面图，其更详细地示出了组件部分。图1B示出了开关的单通道路径的平面图布局。每个端口的输入（或输出）光束在光纤接口块处被输入（或输出），其优选包括每端口的光纤准直器29，其后是双折射离散晶体21，诸如YVO₄晶体，在其输出面的一部分上优选地具有半波片19。每个通道的输出因此包括一对具有相同偏振方向的光束，如由在光束输出中的每个上的垂直线所指示的那样，并且被布置在预定的平面中，其在图1B中示出的示例中处于该图的平面中。在图1B中示出的优选示例中，在这样的偏振分解和转换后，这些光束然后可以通过变形棱镜对23来有利地在该相同的预定平面中经受横向扩展。这些横向扩展的光束被传递到光栅24以便还是在该相同预定平面中波长色散，其在图1B中示出的示例中处于所述图的平面中。被色散的波长分量然后被引导至用于在光束切换和转向模块26上聚焦的透镜25，该光束切换和转向模块26包括像素化偏振旋转元件27和光束转向设备28，该光束转向设备28在图1B中被示出为反射元件，其用于沿着该开关将每个被切换和被转向的光束反射回到双折射晶体的输出位置，并且在重组后从那里到相应的输出准直器端口。在垂直于该图的平面的方向上，并且根据一个优选实施例执行这样的转向。光束转向设备可以是MEMS镜阵列。

类似的传输实施例可以同样实现,在这种情况下反射元件28由传输转向元件实施例来取代，其中上面提及的设备的输入元件在光束转向设备的右侧重复以处理所传输的光束的输出。

WSS通过偏振相关的光束偏转的方式操作以切换引入的信号。现在参考图2A到2C，其示意性地图示出了实现这一点的第一种有利的方法。所述图示出了沿着设备的波长色散方向布置的像素的单个像素元件的切换功能。应当理解的是，在该切换元件之前，从光纤准直器发出的每个输入光束被转化成一对紧密布置的具有相同的预定义偏振方向的光束以便通过所述开关，以及通过光束扩展器（如果使用的话），以及通过波长色散元件（如图1B中已经示出的所有的）来传输。

图2A到2C的切换组件包括与双折射晶体楔22串联的液晶（LC）单元20。LC单元根据施加到LC单元电极上的电压改变通过的光的偏振方向，并且双折射晶体楔根据入射光的偏振偏转光束。因此可以根据施加到光束正通过其的LC像素上的电压来引导该光束。在图2A-2C中示出的示例性设备中，入射光具有垂直于图的平面的偏振。在图2A中，其中LC电压被施加以完全将该单元激活开，在穿过的光的偏振方向上不存在改变，并且光束通过所述楔而未被偏移。在图2B中，LC被关掉，并且偏振被旋转经过基本90度，从而使得它现在处于图的平面中，并且因此被所述楔的双折射偏转，如示出的那样。在图2C中，中间电压被施加到LC像素，其将偏振旋转了45度，因此产生圆偏振，从而使得这个圆偏振的每个垂直分量被所述楔在取决于那个分量的偏振的方向上加以引导。由于两个分量在自由空间中发散，所以该开关的信号处理链中的下一个光学组件可以被定位在离所述楔的这样的距离处，所述距离使得角度偏移提供足够的所述分量的空间分离以使得每个可以被分别地处理。这样的实施方式具有所述楔可以是薄的之优点，因此节省了材料成本。

现在参考图3A-3C,其示意性地图示出了根据光束的偏振来偏转光束的另一示例性方法。除了代替楔22而使用双折射晶体块32之外，该实施例类似于图2A-2C的那个实施例，具有用于切换的输入LC单元30。这具有下述优点：光束被横向位移，而不是被有角度地偏转，从而使得光束保持平行。然而，其具有如下缺点：为了提供两个偏振分量的足够的空间分离，其需要比图2A-2C的楔实施例更长的材料块。在图3A到3C中示出的三种状态的配置等同于图2A到2C的那些配置。

现在参考图4，在其三个部分中，其共同示意性地图示出了构建LC切换单元20或30的方法，该LC切换单元被用来实现在图2A-2C或3A-3C中示出的偏振切换。该单元应当被沿着WSS的色散方向λ像素化，从而使得不同的波长（通过色散元件产生，该色散元件被理解为设备的一部分，但是在图中未示出）落在LC单元的不同像素上，如在图4的右手侧示出的那样。在图4中示出的示例性单元具有共用的背电极40，被标记为COM，而前电极（被标记为SEG）被划分成沿着波长色散方向的像素或片段41，如在图4的左手侧示出的那样，从而使得每个波长通道都可以被单独地切换。LC材料位于这两种电极之间。LC的摩擦轴（rubbing axis）被示出为以与输入偏振的方向成45度地加以排列，从而使得在不在特定片段的电极之间施加激活电压的情况下，输入偏振将被旋转90度，而激活电压的施加将维持偏振不受影响。根据图2A-2C和3A-3C的切换组件实施例中的任一个，因此将根据电压是否被施加到该特定的波长像素或片段上来在设备的输出端口中的任一个的方向上引导光束。

现在参考图5，在其所有部分中，其示意性地图示出了LC单元的结构，其用于实现通过利用相位模操纵而不是在前述图中示出的偏振模切换来衰减每个波长通道的输入光束的方法。这个实施例中的共用电极50是由多个单独的条构建的，具有梳状的形式。前电极（被标记为SEG）被划分成沿着波长色散方向的像素或片段51，如在图5的左手侧示出的那样，从而使得每个波长通道都可以被分别切换。LC材料位于这两种电极之间。由于COM电极的梳状结构，每个片段51的高度被划分成多个单独的部分，这些部分中的某些在共用电极的场影响下而某些不在其影响下。作为结果，当在COM和SEG电极之间施加电压时，每个像素的高度的不同部分经受跨越像素的厚度的不同的被施加的电场。由于这个实施方式的单元的摩擦方向平行于输入偏振方向，所以光的偏振在通过所述LC中不受所施加的场影响。另一方面，跨越单元的电压施加将改变通过的光的相移。共用的梳状电极COM被保持在地电位。当没有电压被施加到特定段电极上时，在共用电极和那个段电极之间的场中将没有变化，导致通过该段的光的均匀传输。另一方面，如果电压被施加到段电极，则跨越该段的高度的场在所述梳的连续“齿”之间周期性地变化，从而周期性地改变在两个电极COM和SEG之间的对应区域中的液晶材料的折射率。折射率的该周期性变化跨越所述段的高度产生在通过该段传输的光的相位方面的周期性的改变。这破坏了光束的模的特性，从而使得其不能以与统一模光束同样的方式耦合出去。穿过那个段的光束因此被衰减。因此，根据电压是否被施加到那个段的电极上来传输或阻断穿过该段的光束。

作为应用于共用电极50的水平梳状结构的替代，根据这些开关的其它实施方式，还可以通过划分共用电极从而使得每个段51具有在图5的绘制方向上竖直地排列的多个窄条来实现衰减。在这样的实施方式中，它是跨越每段的宽度发生的相位改变，其导致通过所述段的光束的模特征的破坏，从而衰减通过该段的光束。

除了通过利用图5的实施例产生的相位扰动之外，还可能存在附加的衍射光栅效应，其可以帮助衰减通过段的光束。由于梳间距小，其通常是从100微米下至20微米，并且由于至少这些间距中的较窄者接近所使用的光的波长，所以当通过对LC段施加电压来激活光栅时，这样的光栅效应衍射来自其路径的光，从而增加了除了由于之前描述的相位扰乱效应导致的那个之外的衰减。

现在参考图6A和6B，其图示出了将LC单元切换为开（ON）或关（OFF）对图5的相位模操纵开关的单段传输的影响。当单元是OFF时，在光束段内没有产生相位差，并且因此没有衰减，如在图6A中示出的那样。当单元是ON时，跨越光束段的高度产生相位差，并且因此该光束被衰减，如在图6B中示出的那样。图6C示出了图6B的特写镜头部分，其示出了在跨越该段的高度的两个折射率n₁和n₂之间的周期变化。在这些情况的任何情况下都不存在穿过的光的任何偏振改变。

现在参考图7A到7E，其根据本发明的实施方式的进一步示例示意性地图示出了类似于在图2A-2C中示出的传输偏振模切换的开关机构，但是使用反射布置来代替。双折射楔70在其与入射光的撞击方向相对的表面处具有反射表面71。既在楔上撞击之前，又在从楔反射后，光通过LC单元74。虽然在图7A到7E中为清晰起见在与双折射反射楔70,71的一距离处示出LC单元74，但在实践中，这两个组件应该靠在一起以确保被反射的光束通过就其入射路径而言相同的像素。该相同的解释对于图9A至9C以及10A至10E也是有效的。对于在图7A到7E中示出的示例性实施方式而言，当该单元是OFF时，如在图7A中那样，入射光的偏振被从s偏振到p偏振旋转90度。对于p偏振而言，穿过双折射楔70的 光经受偏移从而使得从该楔反射后，它以同其入射方向成角度θ₁地返回。然后它再一次穿过LC单元，其中其偏振再一次被旋转90度回到s偏振，从而使得其被采用与其被输入所所采用的那个偏振相同的偏振、但是在不同的传播方向上进行输出。在图7B中，其中示出了当LC单元是ON时，对入射光的影响。在这种情况下，不存在偏振旋转，并且穿过双折射楔的光束保持入射的s偏振。在通过楔的通路上，在从后面的镜子71反射后，它以不同的角度θ₂被转向。这样的偏转角度差用于使得能够实现光束到不同的输出端口的切换。

在图7C中，其中示出了当LC单元被部分地切换时的情况，其产生圆偏振输出光。由于较高的PDL（偏振相关损耗），所以这将产生比对于ON或OFF的情况更高的插入损耗。

在图7A到7C中（以及下文的7D到7E中）示出的实施方式利用双折射楔70以便根据其偏振提供在被给予了光束的方向上的改变。这样的楔已经在图2A到2C中被图示出。然而，应当理解的是，根据其偏振使用双折射块产生光束方向改变也是可行的，如在图3A到3C的实施例中那样。在这种情况下，代替偏振相关的角度偏转，光束被给予偏振相关的横向位移。

在图7A-7C中示出的开关的实施方式需要在开关的输入/输出端口处的三个准直器，如在图7D中示出的那样：一个75用来输入光束，并且在两个输出端口76,77处的每一个用来输出光束，其分别对应于分别在图7B和7A中示出的被切换的转向角度θ₂和θ₁。

根据这些反射偏振模开关的另一个示例，反射双折射楔可以被以这样的角度进行排列，该角度使得p偏振光束沿着其入射路径返回，如在图7E的配置中示出的那样。s偏振光束将沿着具有不同反射角度的路径返回。在这样的布置中，只需要两个准直器77,79，但是循环器78是必要的以分隔开被反射的输出光和输入光。

然而，使用以2×1 开关配置的这样的循环器，虽然它节省了对于一个准直器的需求，但是却以在没有循环器的情况下对于端口中的隔离器的需求的形式导致了在开关的构建中的其他后果。图8A到8E示意性地图示出了这些特征。图8A到8D示出了图7E的循环器配置的更详细的图,其示出了当光束穿过四种备选传输选择的开关组件时在光束中的偏振变化。然而，虽然图7E被按照1×2开关来加以解释，图8A到8D图示出了2×1配置。图8E是示出了根据LC单元状态的各种切换情况的路由选择的真值表。

现在参考图8A，其示出了开关的循环器实施方式的切换几何结构。存在两个输入端口（被标记为IN 1和IN 2）以及单个输出端口（被标记为OUT）。到端口IN 2的输入以虚线被示出，因为它在图8A的情况下是不起作用的。经由IN1输入的信号穿过输入准直器COL1，其后是偏振分离，可选的光束扩展和波长色散（其都没有在图中示出），并且被入射到双折射切换元件81上，其覆盖了所有的输入和输出光束路径。切换元件可以有利地是LC单元。当单元电压被设定为使得λ/2 的延迟被施加到光束时，被传输的光束获得针对循环器85的s偏振（其被双折射楔82在如下这样的方向上折射，该方向使得其被正常地入射在楔的反射表面83上并且沿着它的输入路径返回），并且在OUT（出）端口退出开关。

在图8A到8D的所有中，由双折射切换元件81产生的λ/2或0的延迟在图中元件的底边处被标注，并且结果得到的偏振（p偏振或s偏振）被紧接着传输通过双折射切换元件81的光束进行标注。还应当注意的是，双折射楔82和双折射切换元件81的倾斜角度被以放大的方式在图8A到8D的图中示出，以便清楚地图示出不同的偏振光束在双折射楔中被偏转所采用的方式。在实践中，倾斜角度应当更小，对于具有大约8°的顶角的楔而言通常是大约15°。

在图8B中，通过设定LC单元电压从而使得没有延迟被施加到光束上来切换开关状态，并且被输入到端口IN1的光束被以p偏振传输到所述楔。楔的双折射是使得以与折射s偏振所按照的角度不同的角度来折射该p偏振，并且楔的相对排列是使得光束被反射回来且朝着端口IN 2离开开关组件。然而，由于在这样的2×1开关配置中期望的是输入信号被从任一输入端口仅引导到OUT端口，所以有必要防止该信号在端口IN 2处被输出，并且这是通过利用在到端口IN 2的光束路径中的隔离器86来实现的。

在图8C中，对于相同的开关设置而言，在端口IN 2处输入的信号通过在其前方的低插入损耗方向上的隔离器86，被LC单元81转换成p偏振，并且然后在相反方向上折回图8B的光束的路径，直到其被循环器85引导至期望的输出端口OUT为止。

在图8D中，所述LC单元设置被切换以提供λ/2的延迟，从而使得从端口IN2输入的光束现在以s偏振进入所述楔，并且被沿下述这样的方向进行折射，该方向使得其不进入朝向所述循环器和端口IN1的光束路径(图8D中虚线所示)中，而是在所述开关结构的壁或底部中的某处被吸收并消失。

以上四个备选开关位置通过图8E中所示的真值表来总结。如所见，如图8A和8C中所述的情形中所示，该开关组件因而表现为2×1开关，其中，取决于那些信号通过的LC单元像素的切换状态，端口IN1和IN2的任一者处的输入被可交替地切换至端口OUT。

还应理解的是，若所述LC单元被驱动从而使得所述延迟为0与λ/2之间的某处，则圆或椭圆偏振结果将是使得在一个端口处输入的输入信号将被引导至其它两个端口二者。进而，应注意的是，对于隔离器的需求被限制到2×1 开关状态。如以上图8B中所解释的，当相同的开关结构被以1×2 配置使用时，则不需要另外的隔离器。

现在参考图9A至9C，其根据本发明的进一步优选的实施例示意性地图示出了像图7A至7E的偏振模LC开关那样的偏振模LC开关，但包括像图5和6的那些中的任一者的相位模衰减器LC单元。通常需要能够改变通过每个端口的衰减，以便均衡各个端口中的光通度。在图9A中，其中示出了双折射反射楔90, 91，以及切换LC单元92。另外，相位模LC衰减器单元94被设置在光束路径中，从而使得所述开关被提供有针对每个端口的衰减。因为所述LC切换单元92和所述LC衰减单元94不能在空间上一致，所以在这种实施例中存在小的带宽损失，因为在衰减器LC单元94处由镜91表面上的聚焦光束对着的像素宽度比切换LC 92的像素尺寸要大，由于所述衰减LC要比所述切换LC距离所述镜更远。图9A至图9C中所示的开关状态与图7A至7C中已经示出的那些基本相同，其中多了在光束路径中设置的相位模LC衰减器单元94以便能够控制通过该开关的信号的衰减。

应当注意到，用于偏振模LC开关的输入和输出偏振的等同在本实施例中是重要的，因为对于相位模衰减器正确地操作来说，该偏振必须是相同的。此外，由于输入和输出偏振是相同的，所以能够在系统中使用高PDL、高效率的光栅。

现在参考图10A至10E，其根据本发明的进一步优选的实施例示意性地图示出了像图7A至7E的偏振模LC开关那样的偏振模LC开关，但是包括偏振模衰减器LC单元，该偏振模衰减器LC单元包括与偏振器板104相结合的LC单元102。

在图10D和10E中示出了该实施例的操作，其中示出了通过该设备的各种偏振变化。从图的左手侧的输入端口朝向双折射楔108运动，光束遇到衰减器LC单元102，该衰减器LC单元使其摩擦方向处于与输入偏振的方向成45度，从而使得在不在特定片段的电极之间施加激活电压的情况下（如图10E中所示标记为OFF），输入偏振将被旋转90度。施加激活电压（如图10D中所示标记为ON）将维持偏振不受影响。偏振器板104使其偏振方向平行于光束的输入偏振，从而使得当LC单元为ON时（如图10D中那样），具有不变的偏振方向的偏振光束仅通过插入损耗而被衰减地通过。在该阶段之后，光束通向切换LC单元106，并且继续到达反射双折射楔108，至少对于图中所示的P偏振而言，光束以其特征角被从该反射双折射楔108反射。另一方面，如果LC单元为OFF（如图10E中那样），则偏振被旋转90度，从而使得其现在与偏振器板偏振方向104交叉，并且因此按偏振器消光比被衰减，并且在图中被标记为“o”。在完全OFF和完全ON电平之间的任何电压处，信号在其通过开关的通路中被相应地衰减。

对于上文所述的开关的所有示例而言，应注意到输出光束的偏振与输入光束的偏振相同，而不管LC的ON/OFF切换状态如何，从而使得开关是与偏振无关的。该特征在光学开关技术中是期望的，因为其简化了其中使用开关的系统的设计。

应当理解，虽然上文所述的实施例示出了1×2切换配置，但是由于光学中的可逆性原理，所以除了关于图8A至8E的循环器实施例所陈述的之外，开关还能够被用于2×1配置。此外，这种开关能够被级联，产生具有紧凑尺寸和更多端口（输入或输出）的多个切换配置。

本领域技术人员应当意识到，本发明不受到已经在上文特别示出和描述的内容限制。相反，本发明的范围包括上文所述的各特征的组合和子组合二者以及此外的变体和修改，该变体和修改将是本领域技术人员在阅读上面的描述之后想到的，并且其并不在现有技术中。

Claims (18)

1.一种波长选择开关，该波长选择开关包括：

第一光学端口；

偏振转换元件，其用于给通过所述第一光学端口输入的光赋予预定的偏振方向；

波长色散元件，其与所述偏振转换元件进行光学通信，从而使得从所述第一光学端口接收的光的波长分量在色散平面中被色散；

像素化偏振旋转元件，其被光学地耦合以接收所述色散光，并且具有通常在所述色散平面中排列的像素，并且被适配为根据施加于所述像素上的控制信号来旋转通过每个像素的光的偏振，从而使得根据施加于所述波长分量通过的像素上的所述控制信号来旋转所述色散光的波长分量的偏振；以及

反射双折射元件，其与来自所述偏振旋转元件的光进行光学通信，并且被布置和定向为使得穿过所述偏振旋转元件的像素的光被根据所述接收到的光的偏振在第一或第二方向上加以反射，

该元件被进一步定向为使得来自所述反射双折射元件的光再进入所述偏振转换元件，该偏振转换元件将该光重新构成为其原始偏振。

2.根据权利要求1所述的波长选择开关，其中当施加于所述像素上的控制信号为使得在所述光束的偏振方面不产生改变时，所述光在第一方向上被反射，并且当施加于所述像素上的控制信号为使得在所述光束的偏振方面产生基本90度的旋转时，所述光在第二方向上被反射。

3.根据权利要求1所述的波长选择开关，其中所述第一方向通向第二光学端口，并且所述第二方向通向第三光学端口，从而使得所述第一光学端口被根据所述控制信号光学地连接到所述第二和第三端口中的任一个。

4.根据权利要求1所述的波长选择开关，其中所述反射双折射元件被排列为使得在所述方向之一上反射的所述光与光学路径共线地从所述第一光学端口返回，所述开关进一步包括循环器以分离在所述一个方向上反射的光和从所述第一光学端口的方向入射的光。

5.根据权利要求4所述的波长选择开关，进一步包括隔离器,其被布置在所述第二方向上的光学路径中，所述隔离器被排列为使得在所述第二方向上被引导的光不能进入被布置在所述第二方向上的光学端口。

6.根据前述权利要求中的任何一项的波长选择开关，其中所述像素化偏振旋转元件是像素化液晶单元。

7.根据权利要求6所述的波长选择开关，其中所述控制信号是施加于跨越所述液晶单元的像素的电极上的电压。

8.根据前述权利要求中的任何一项的波长选择开关，其中所述反射双折射元件是具有楔的形式，从而使得所述方向是角度上区分的方向。

9.根据前述权利要求中的任何一项的波长选择开关，其中所述反射双折射元件是具有块的形式，从而使得所述方向是横向区分的方向。

10.根据权利要求3所述的波长选择开关，其中所述开关将输入到所述第一端口的光引导至所述第二和第三端口中的任一者。

11.根据权利要求3所述的波长选择开关，其中所述开关将输入至所述第二和第三端口中的任一者的光引导至所述第一端口。

12.根据前述权利要求中的任何一项的波长选择开关，进一步包括像素化相变元件，其通过空间地改变跨越穿过所述像素的光的相位从而控制其能力以耦合到输出端口中来控制通过所述偏振旋转元件的像素的光的传输。

13.根据权利要求12所述的波长选择开关，其中所述光的光束的模结构由施加于所述相变元件的像素上的电压降级。

14.根据权利要求12所述的波长选择开关，其中所述像素化相变元件包括梳状电极结构，其跨越所述相变元件的所述像素施加空间地波动的电场，从而使得从其中通过的光的相位经受相应的空间交替的改变。

15.根据权利要求13所述的波长选择开关，其中所述光的光束的模结构的所述降级控制其能力以耦合到输出端口光纤中。

16.根据前述权利要求中的任何一项的波长选择开关，进一步包括偏振模衰减器，其控制从其中通过的光的传输，所述衰减器包括：

像素化双折射偏振旋转元件，其根据跨越该像素施加的电场来旋转通过其像素的光的偏振方向，以及

串行线性偏振器，

其中通过所述偏振模衰减器的像素的光的衰减依赖于穿过所述双折射偏振旋转元件的光的偏振与所述线性偏振器的偏振方向平行所达到的程度。

17.根据前述权利要求中的任何一项的波长选择开关，其中元件的所述布置致使所述开关与偏振无关。

18.一种波长选择开关，包括：

第一光学端口；

波长色散元件，其与所述第一光学端口进行光学通信，从而使得从所述第一光学端口接收的光的波长分量被色散；

像素化偏振旋转元件，其具有通常排列的像素以接收被色散的波长分量并且被适配为响应于施加到所述像素上的控制信号来旋转通过每个像素的光的偏振，从而使得根据施加到所述波长分量通过的像素上的所述控制信号来旋转所述被色散的光的波长分量的偏振，以及

双折射元件，其被布置和定向为使得穿过所述偏振旋转元件的像素的光被根据如由施加到所述像素上的所述控制信号确定的其偏振来在第一或第二方向上加以引导。

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