CN104808293A - 2x2波长选择开关阵列 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及2x2波长选择开关阵列。用于光学波长选择切换的方法、系统和装置。一种2x2波长选择开关阵列包括：被配置成接收一个或多个输入光束的多个光学输入端口和被配置成接收一个或多个输出光束的多个光学输出端口，其中所述多个光学输入端口和所述多个光学输出端口形成2x2光学端口对的阵列；一个或多个光学调节元件和一个或多个波长分散元件；具有多个偏振调制单元的偏振调制器阵列，每个单元被配置成独立地改变通过所述单元并与特定波长通道关联的光束的偏振方向；和偏振选择光束路由光学元件，被配置成根据偏振方向将每个特定输入光束路由到第一输出端口或第二输出端口。

Description

2x2波长选择开关阵列
技术领域
本说明书涉及光学波长选择切换。
背景技术
光学波长选择开关典型地用于光通信系统中。光学波长选择开关是使具有任意波长的光学信号能够在例如光纤中选择性地从一根光纤被切换到另一根光纤的开关。常规波长选择开关典型地用于波长选择可重配置的光学ADD/DROP节点(光学透明路由器)，其包括用于基于每波长来切换光学信号的结构。光学波长选择开关典型地用在光纤通信工业、仪表工业和国防工业中。
发明内容
一般而言，本说明书中描述的主题的一个创新方面可以具体实现为2x2波长选择开关阵列，其包括：被配置成接收一个或多个输入光束的多个光学输入端口，和被配置成基于切换状态来接收一个或多个输出光束的多个光学输出端口，其中，所述一个或多个输入光束中的每一个具有一个或多个波长通道，所述一个或多个输出光束各具有一个或多个波长通道，其中，所述多个光学输入端口和所述多个光学输出端口形成2x2光学端口对的阵列，所述2x2光学端口对各包括光学输入端口对和光学输出端口对；具有将输入光束转换成准直光束的光学功率的光学组装件；一个或多个光学调节元件和一个或多个波长分散元件，被配置为使光束对齐到共同的偏振方向中、分离在第一方向上传播的所述一个或多个输入光束的各个波长通道、并且将具有不同的波长通道的两个或多个分开的光束组合成特定的输出光束；包括聚焦光学元件的光学组装件，所述聚焦光学元件具有将输入光束聚焦到偏振调制器阵列上的光学功率，所述偏振调制器阵列具有多个偏振调制单元，每个单元被配置成独立地改变通过所述单元并与特定2x2开关的特定波长通道关联的光束的偏振方向；和一个或多个偏振选择光束路由光学元件，被配置成根据偏振方向将每个特定输入光束路由到对应2x2光学端口对的或者第一输出端口或者第二输出端口。
上述以及其它实施例可以分别可选地包括以下特征中的一个或多个——单独或组合地。该2x2波长选择开关阵列还包括一个或多个光学调节元件，该元件包括耦合到准直光学元件的偏振调节组装件以及半波片，使得具有随机偏振的输入光束变成具有共同偏振的光束。光纤可选地被光学耦合到基本上位于准直光学元件的后焦点平面处的微透镜阵列。光栅可选地光学耦合在准直光学元件与聚焦光学元件之间，并且其中光栅位于准直光学元件的前焦点平面处、以及聚焦光学元件的后焦点平面处。所述一个或多个波长分散元件包括用于根据波长通道来分离入射光束的光栅。所述一个或多个偏振选择光束路由光学元件包括光学耦合在偏振调制器阵列与聚焦光学元件之间的第一沃拉斯顿棱镜和第二沃拉斯顿棱镜。聚焦光学元件光学耦合在光栅与偏振选择光束路由组装件中的第一沃拉斯顿棱镜之间，使得耦合在准直光学组装件与聚焦光学组装件之间的光栅位于聚焦光学元件的后焦点平面处，并且偏振调制器阵列位于聚焦光学元件的前焦点平面处。每个2x2光学端口对形成独立的2x2波长选择开关的一部分，其中2x2波长选择开关根据该2x2波长选择开关的切换状态将在第一光学输入端口对处的输入光束的波长通道路由到光学输出端口对中的一个光学输出端口。
一般而言，本说明书中描述的主题的一个创新方面可以具体实现为系统，该系统包括：多根光纤，光学耦合到微透镜阵列；准直光学元件；偏振调节组装件，光学耦合在所述微透镜阵列与所述准直光学元件之间；光束平行性校正沃拉斯顿棱镜，光学耦合在所述准直光学元件与自由空间循环器组装件之间；光栅，光学耦合在所述自由空间循环器组装件与聚焦光学元件之间；以及第一沃拉斯顿棱镜和第二沃拉斯顿棱镜，光学耦合在所述聚焦光学元件与偏振调制器阵列之间。
上述以及其它实施例可以分别可选地包括以下特征中的一个或多个——单独或组合地。偏振调节组装件包括偏振光束分离沃拉斯顿棱镜和半波片。自由空间循环器组装件包括偏振分束器、石榴石材料和波片。多根光纤包括被配置成接收一个或多个输入光束的多个光学输入端口，所述一个或多个输入光束中的每一个具有一个或多个波长通道，并且所述多根光纤包括被配置成基于切换状态来接收一个或多个波长通道的多个光学输出端口，其中，所述多个光学输入端口和所述多个光学输出端口形成2x2光学端口对的阵列，所述2x2光学端口对各包括光学输入端口对和光学输出端口对。每个2x2光学端口对形成独立的2x2波长选择开关的一部分，其中，2x2波长选择开关根据所述2x2波长选择开关的切换状态将在第一光学输入端口对处的输入光束的波长通道路由到光学输出端口对中的一个光学输出端口。偏振调制器阵列包括多个偏振调制单元，每个单元被配置成独立地改变通过所述单元并与特定2x2波长选择开关的特定波长通道关联的光束的偏振方向。
一般而言，本说明书中描述的主题的一个创新方面可以具体实现为用于光学切换的方法，其包括在2x2波长选择开关阵列的一个或多个2x2开关的每一个处接收一个或多个光束，每一个光束包括多个波长通道；对于在每个2x2开关处接收到的所述一个或多个光束：调节所述一个或多个光束以具有共同的偏振方向；根据波长将所述一个或多个光束分离成单独波长的光束；使每个波长定向到偏振调制器阵列的分开的单元，其中，每个单元被选择性地激活以取决于特定的切换状态来改变入射在所述单元上的光束的偏振方向或者保持该偏振方向；将单独波长的光束合并成具有基于所述偏振调制器阵列的对应单元的激活的偏振方向的一个或多个输出光束，每个输出光束具有所述多个波长通道中的一个或多个；以及将所述一个或多个输出光束中的每一个路由到2x2开关的特定输出端口。
本说明书中描述的主题的特定实施例可以被实现，从而实现以下优点中的一个或多个。在本说明书中描述的2x2波长选择开关阵列中，多个2x2波长选择开关可以共享共同一组光学组件和共同一组对齐过程。所有其它开关可以自动对齐，只要阵列的第一开关和最后开关是对齐的。该设备的总成本被最小化，并且设备的总体尺寸也被最小化。
在本说明书的主题的一个或多个实施例的细节在下面的附图和说明中阐述。本主题的其它特征、方面和优点根据说明、附图及权利要求将变得明晰。
附图说明
图1A是端口切换平面上的示例2x2波长选择开关阵列。
图1B是第一切换状态下的2x2波长选择开关阵列的示例。
图1C是第二切换状态下的2x2波长选择开关阵列的示例。
图2是在波长分散平面上的2x2波长选择开关阵列的示例。
图3示出图1-2的示例的2x2波长选择开关阵列的二维偏振调制器阵列上的光束点分布的图形描述。
图4A示出用于第一切换状态下的2x2波长选择开关的示例切换图。
图4B示出用于第二切换状态下的2x2波长选择开关的示例切换图。
相同的参考数字以及名称在不同的附图中表示相同的元件。
具体实施方式
图1A是端口切换平面中的示例的2x2波长选择开关阵列101的示意图100。图2是波长分散平面上的示例的2x2波长选择开关阵列101的示意图200。具体地，2x2波长选择开关阵列101提供独立操作的2x2波长选择开关的阵列。2x2波长选择开关阵列101的光学布置提供用于波长选择光束路径路由的公共光学器件，使得取决于每个2x2波长选择开关的二维偏振调制器阵列的对应像素的切换状态，每个波长通道沿着通过光学组件的可编程路径。2x2波长选择开关阵列101的光学布置被配置成在端口切换平面和波长分散平面两者中都是远心的。这允许光纤端口的阵列共享用于2x2波长选择开关阵列101的共同一组对齐过程。如下面详细描述的，特定的组件被放置在聚焦透镜或准直透镜相应的后焦点平面或前焦点平面处作为远心配置的一部分。
2x2波长选择开关阵列101包括光学耦合到微透镜阵列104的多个光纤102。微透镜阵列104光学耦合到沃拉斯顿(Wollaston)棱镜106。在微透镜阵列104之后，输入高斯光束束腰尺寸被转换到约60-70μm，使得光束发散角被减小为合适的值并可以容易地由沃拉斯顿棱镜106处理进行偏振光束角度分离。具体地，多个光纤102包括多个2x2输入光纤和输出光纤对。例如，2x2光纤对可以包括输入光纤1和2以及输出光纤1'和2'。每个2x2光纤对可以用于形成2x2波长选择开关。因此，多个光纤对用于形成N个2x2波长选择开关。
每一个输入光纤和输出光纤都光学耦合到微透镜阵列104。微透镜阵列104是形成在支撑基板上的阵列中的小直径透镜的阵列。微透镜阵列104用于输入高斯光束束腰转换。其被配置为使得来自任何一个输入光纤的输入光同时对齐并被定向到沃拉斯顿棱镜106的特定部分进行偏振光束角度分离。类似地，微透镜阵列104被配置为使得通过该阵列的输出光聚焦在输出光纤的特定光纤上。每个光学输入端口可以输入具有一个或多个波长通道的光束。
来自输入光纤的入射光束可以具有随机的偏振。因此，由偏振调节组装件执行偏振调节，其是由沃拉斯顿棱镜106提供的偏振角度分离与由沃拉斯顿棱镜109和45°切割半波片110提供的角度校正的组合。沃拉斯顿棱镜106将入射光分离成两个正交的线性偏振光束，它们彼此以指定的角度发散。此外，沃拉斯顿棱镜106被配置为提供沿波长分散平面的偏振分离。
沃拉斯顿棱镜106耦合到主准直透镜108。主准直透镜108被配置为对齐入射光，使得高斯光束尺寸扩大到2-5mm，并且进一步减小光束发散角。在图1A所示的端口切换平面上，在主准直透镜108之后，所有输入光束是准直的并在主准直透镜108的前焦点平面处相交。另外，微透镜阵列104(图1)被配置成放置在主准直透镜108的后焦点平面上。
在图2中所示的色散平面上，在主准直透镜108之后，来自所有输入光纤102的由沃拉斯顿棱镜106分离的全部偏振光束是准直的并弯曲成是基本平行的。在色散平面上，主准直透镜108不能完全校正具有不同偏振的入射光束以彼此平行，原因在于沃拉斯顿棱镜106相对于准直透镜108的定位。具体地，沃拉斯顿棱镜106不可能正好被放置在准直透镜108的后焦点平面处。因此，需要进一步的校正。
主准直透镜108光学耦合到校正沃拉斯顿棱镜109和半波片110。沃拉斯顿棱镜109和半波片110被配置为从准直透镜108接收分离的正交偏振的基本准直光束，并进一步将它们校正成具有相同偏振的平行光束。沃拉斯顿棱镜109具有较小的双折射，其进一步校正在从主准直透镜108接收的两个分离的偏振光束之间的交叉角。半波片110被配置为仅覆盖一部分的光路，使得仅具有第一偏振的光束入射在波片上。第二正交偏振的光束不入射在半波片110上。入射在半波片110上的光在离开半波片110时具有旋转了90度的偏振。结果，来自主准直透镜108的光作为具有相同偏振的平行光束而离开沃拉斯顿棱镜109和半波片110。
沃拉斯顿棱镜109和半波片110的组合光学耦合到自由空间循环器组装件112。自由空间循环器组装件112包括偏振分束器(“PBS”)114、石榴石材料116和波片118。PBS 114使具有第二偏振的光束通过，同时反射具有正交偏振的光束。具体地，PBS 114可以由按角度连接的两个棱镜形成，使得具有第二偏振的光束直接通过PBS 114，而具有正交偏振的光束基于这两个棱镜所连接的角度而被定向。
具体地，从沃拉斯顿棱镜109和半波片110进入PBS 114的光束具有相同的偏振方向、并因此而通过PBS 114。在前向传播方向上，石榴石材料116将使输入光束的偏振方向旋转+45度，c-轴22.5度切割半波片118将使偏振方向旋转-45度，出射光束具有总共旋转了0度的偏振转动。然而在后向方向上，石榴石材料116使光束的偏振方向旋转+45度。波片118进一步使偏振方向旋转另一个+45度。因此，出射光束具有总共旋转了90度的偏振方向。石榴石材料116的旋转角度仅取决于磁场的方向。这样，PBS、石榴石和半波片的组合提供了取决于光束传播方向的偏振光束路由设备。
自由空间循环器组装件112光学耦合到光栅120。光栅120根据波长来分离来自自由空间循环器组装件112的输入光束，使得每个波长沿着不同的路径(例如，从光栅的特定角度)。光栅120可以是衍射光栅，其将光分离并衍射为若干以不同方向传播的光束。这些光束的方向取决于光栅120的间距以及光的波长，使得光栅120用作为分离输入光束的不同波长通道的分散(dispersive)元件。
光栅120光学耦合到聚焦透镜122。在通过聚焦透镜122之后，具有不同波长的光束的角度分离将被转换成在偏振调制阵列128被放置于的前焦点平面上的空间位置分离。结果，每个波长光束的偏振状态可以被独立地调制。
具体地，如远心配置(图1)所示，光栅120放置在聚焦透镜122的后焦点平面处，另外，光栅120放置在主准直透镜108的前焦点平面处。一对沃拉斯顿棱镜124、126光学耦合在聚焦透镜122与偏振调制阵列128之间，用于输入端口和输出端口之间的光束路径切换。
来自主准直透镜108的输入准直光束在光栅120的位置处相交并传播到聚焦透镜122。在聚焦透镜122之后，来自输入端口(光纤)102的光束通过端口切换光学元件124、126和130并聚焦到偏振调制阵列128上。在端口切换平面上，只有来自底部端口(例如光纤2，2′)的光束将通过半波片130并接收90度的偏振方向旋转。在通过聚焦透镜122之后，上部输入端口(例如光纤1)的光束将被弯曲并通过底部路径(如图1A中所示)，并且底部输入端口(例如光纤2)的光束将通过顶部路径并通过半波片130。所有底部输入光纤的偏振方向在通过半波片130之后将旋转90度。在半波片130之后，上部输入端口和底部输入端口的偏振方向是正交的。通过沃拉斯顿棱镜124和126，来自输入端口1和2的这两个正交偏振的光束将在偏振调制阵列128上组合并形成具有相同波长通道的单个聚焦点。在端口切换平面上，光学布局是典型的4f远心配置，每个单独的2x2开关的不同输入端口被映射到分开的位置上，其中在偏振调制阵列128上不同行对应于不同的开关，不同列对应于不同的波长通道。
图3描述了这一点，图3示出在示例的2x2波长选择开关阵列的二维偏振调制器阵列上相对于用于多个2x2开关的切换堆叠(stacking)方向和色散方向的光束点分布的图形描述300。
偏振调制器阵列128可以是液晶单元阵列，其包括多个分开的偏振调制单元，例如像素单元。每个像素可以独立地被控制，使得像素或者旋转入射到该像素上的光的偏振方向(例如以90度)或者不改变偏振。例如，通过特定单元的电压可引起液晶的配向。偏振旋转与否可以取决于液晶是否是对齐的。除了液晶阵列外，偏振调制器阵列128还可以是薄膜晶体管液晶面板或硅基液晶(liquid crystal on silicon)。
偏振调制器阵列128的每个偏振调制单元可以被设计成为特定2x2开关的特定波长通道提供偏振控制。这样，偏振调制器阵列128可被配置成根据在每个特定2x2开关处所期望的波长组合来独立地控制每个单独波长的偏振状态。例如，对于特定的所期望的波长的路由，偏振调制器阵列128可以被编程为产生该波长的特定偏振以对于N个2x2波长选择开关中的每一个实现所期望的输出端口路由。
在具有两个输入端口1和2以及两个输出端口1'和2'的特定2x2开关中，诸如在示例中所示的，前向传播的输入光束(来自输入光纤1和光纤2，它们被组合到偏振调制器阵列128上的一个位置中)碰撞在偏振调制器阵列128的分段上。分段上的像素被编程为不提供偏振旋转，则这两个正交偏振的光束将保持偏振不变，并且被向后反射回到沃拉斯顿棱镜126和124。这两个后向传播的光束一路沿着与它们的前向传播方向相同的光束路径直到自由空间循环器组装件112(图1)。后向传播的光束的偏振方向在通过半波片118和石榴石材料116之后将被旋转90度。接着，后向传播的光束将被路由到新的光束路径中，该路径在端口切换平面上与输入端口在相同的位置，但在沿色散平面的空间中被偏移。结果，输入1被路由到输出1'，输入2被路由到输出2'。
图1B是第一切换状态下的2x2波长选择开关阵列101的示例。具体地，图1B描述通过2x2波长选择开关阵列101的光路。进入输入1的光在输出1'处被输出回来，在输入2处进入的光被路由到输出2'。
在另选的切换设置中，偏振调制阵列128的分段上的像素被编程为是90度的偏振旋转。那么，正交偏振的输入光束将交换它们的偏振方向。在偏振调制器阵列128之后，光束被反射回到沃拉斯顿棱镜126和124。由于反射之后偏振方向被旋转了90度，则来自输入光纤1和2的光束的传播路径在后向方向中在沃拉斯顿棱镜126和124之间被交换。这意味着在后向方向中，从沃拉斯顿棱镜126一直到自由空间循环器组装件112，来自输入1的光束将沿着输入2的前向光束路径而后向传播，同时，来自输入2的光束将沿着输入1的前向光束路径而后向传播。结果，输入1被路由到输出2'，输入2被路由到输出1'。
图1C是第二切换状态下的2x2波长选择开关阵列101的示例。具体地，图1C描述通过2x2波长选择开关阵列101的光路。进入输入1的光在输出2'处被输出回来，在输入2处进入的光被路由到输出1'。
在色散平面上(图2)并且在后向方向中，在光栅120之后，具有不同波长的光束被重新组合到一个特定的输出光束中，因为分散由通过光栅120的返回行程抵消。然而，偏振切换的光束中的不同波长具有与偏振调制器阵列128的对应后端液晶单元像素关联的偏振，并且因此由于一对沃拉斯顿棱镜124和128而沿着端口切换平面上的与输入光束不同的路径被路由。与未被偏振调制器阵列128切换的波长对应的光束沿着类似于输入路径、但具有色散平面上的一些位移的返回光路，该位移将光束与对应的输出端口对齐。
在后向方向上，光束沿着从光栅进入自由空间循环器组装件112的路径，在自由空间循环器组装件112处，通过半波片118和石榴石材料116的组合，偏振被旋转90度。自由空间循环器组装件112将后向传播的输入光束路由到在沿着色散平面的空间中偏移的输出端口。前向传播的输入光束具有可以通过PBS 114的第一偏振方向，同时具有第二方向的偏振的后向传播光束沿着第二路径被定向出PBS 114，往回通过准直透镜108并由沃拉斯顿棱镜106进行偏振重新组合，以输出到特定的光纤102。
多个2x2波长选择开关沿着4f远心配置(诸如由图1所示的)中的端口切换平面堆叠；其中来自不同的单独开关的光束在光栅120的平面处相交。每个开关的色散平面上的光束路径都是相似的。
作为例子，N个2x2开关阵列中的第一2x2开关可以具有输入端口1和2。第一切换状态将来自输入端口1的所有波长路由到输出端口1'，并且将来自输入端口2的所有波长路由到输出端口2'。第二切换状态将来自输入端口1的特定分组的波长路由到输出端口2'，并且将来自输入端口2的特定分组的波长路由到输出端口1'，将来自输入端口1的另一特定分组的波长路由到输出1'，并且将来自输入端口2的另一特定分组的波长路由到输出2'。在以下描述的图4A-B中，每个特定的波长被标记以特征线。用于2x2开关的路径取决于偏振调制器128的设置而交换输出路径。
继续这个例子，输入端口1处的输入光具有第一波长，输入端口2处的输入光具有第二波长。在第一切换状态下，偏振调制器阵列128不改变与第一波长和第二波长光束对应的像素单元的偏振。结果，第一波长的光束沿着类似于输入路径、但被偏移以将光束定向到输出端口1'的返回路径。类似地，第二波长的光束沿着类似于输入路径、但被偏移以将光束定向到输出端口2'的返回路径。
然而，在第二切换状态下，偏振调制器128确实改变与第一波长和第二波长光束对应的像素单元的偏振。结果，第一波长的光束沿着由沃拉斯顿126和124交换的、将第一波长的光束沿输出路径定向到输出端口2'的返回路径。类似地，第二波长的光束沿着由沃拉斯顿126和124交换的、将第二波长的光束沿输出路径定向到输出端口1'的返回路径。
每个2x2开关对可以与具有不同波长的光束关联。此外，每个2x2开关对可以通过使用偏振调制器阵列128而独立地被控制到特定的切换状态。因此，N个2x2开关对中的每一个的切换状态是独立的。
另外，每个输入端口可以输入具有多于一个波长通道的光束。每个波长可以可控地被路由到相应的输出端口，使得输出光束可以具有波长的不同组合。例如，输入到输入端口1的光束可以具有波长λ1和λ2。基于偏振调制器阵列128的设置，波长λ1可被路由到输出端口1'，波长λ2可被路由到输出端口2'，或者反之亦然。
图4A-4B示出各种输出端口切换的例子。图4A示出用于第一切换状态下的2x2波长选择开关400的示例切换图。该2x2开关400包括第一输入端口1、第二输入端口2、第一输出端口1'和第二输出端口2'。输入到第一输入端口1的光束包括具有波长λ1、λ2和λ3的三个波长通道。输入到第二输入端口2的光束包括具有波长λ4、λ5和λ6的三个波长通道。在第一切换状态下，输入到第一输入端口1的每个波长λ1、λ2和λ3被定向成在第一输出端口1'处输出。类似地，输入到第二输入端口2中的每个波长λ4、λ5和λ6被定向成在第二输出端口2'处输出。
图4B示出用于第二切换状态下的2x2波长选择开关400的示例切换图。在第二切换状态下，偏振调制器被配置成使得一些的波长通道具有经旋转的偏振，这导致这些波长通道从第一切换状态的各个输出端口被切换。在图4B所示的例子中，第一输出端口1'接收波长λ4、λ2和λ6。因此，在与λ2对应的波长通道保持被定向到第一输出端口1'的同时，与λ4和λ6对应的波长通道从输出到第二输出端口2'被切换成输出到第一输出端口1'。
类似地，第二输出端口2'接收波长λ1、λ5和λ3。因此，在与λ5对应的波长通道保持被定向到第二输出端口2'的同时，与λ1和λ3对应的波长通道从输出到第一输出端口1'被切换成输出到第二输出端口2'。
例如，在第二切换状态下，偏振调制器可以对波长λ1、λ3、λ4和λ6将偏振旋转90度，同时保持其它波长通道的偏振方向不变。这种旋转产生通过2x2波长选择开关阵列的光路，该光路将相应的波长通道路由到对应的输出端口，例如如上面关于图1-2所描述的。
尽管本说明书包含许多特定的实现细节，但这些细节不应被理解为是对任何发明的范围或可被要求保护的范围的限制，而是作为对可特定于特定发明的特定实施例的特征的描述。本说明书中在分开的实施例的上下文中所描述的某些特征也可以在单个实施例中组合实现。相反地，在单个实施例的上下文中所描述的各种特征也可以单独地或以任何适当的子组合实现在多个实施例中。而且，尽管上文可能将特征描述为在特定的组合中起作用，甚至初始也是这样要求保护的，但是在一些情况下，来自所要求保护的组合的一个或多个特征可以从该组合中去除，并且所要求保护的组合可以针对子组合或子组合的变形。
类似地，虽然在附图中以特定的顺序描绘了操作，但是这不应当被理解为要求这种操作以所示的特定顺序或者以连续的顺序被执行，或者要求描述的所有操作都被执行，以得到期望的结果。在某些环境下，多任务和并行处理可能是有利的。此外，在上述的实施例中各种系统模块和组件的分离不应理解为在所有实施例中都需要这种分离，应当将其理解为所描述的程序组件和系统通常可以在单个软件产品中集成在一起，或是被打包到多个软件产品中。已经描述了主题的特定实施例。其它实施例在权利要求的范围之内。

Claims (15)

1.一种2x2波长选择开关阵列，包括：
被配置成接收一个或多个输入光束的多个光学输入端口，和被配置成基于切换状态来接收一个或多个输出光束的多个光学输出端口，其中，所述一个或多个输入光束中的每一个具有一个或多个波长通道，所述一个或多个输出光束各具有一个或多个波长通道，其中，所述多个光学输入端口和所述多个光学输出端口形成2x2光学端口对的阵列，所述2x2光学端口对各包括光学输入端口对和光学输出端口对；
具有将输入光束转换成准直光束的光学功率的光学组装件；
一个或多个光学调节和波长分散元件，被配置为：使光束对齐到共同的偏振方向中，分离在第一方向上传播的所述一个或多个输入光束的各个波长通道，并且将具有不同的波长通道的两个或多个分开的光束组合成特定的输出光束；
包括聚焦光学元件的光学组装件，所述聚焦光学元件具有将输入光束聚焦到偏振调制器阵列上的光学功率，所述偏振调制器阵列具有多个偏振调制单元，每个单元被配置成独立地改变通过所述单元并与特定2x2开关的特定波长通道关联的光束的偏振方向；和
一个或多个偏振选择光束路由光学元件，被配置成根据偏振方向将每个特定输入光束路由到对应2x2光学端口对的或者第一输出端口或者第二输出端口。
2.如权利要求1所述的2x2波长选择开关阵列，还包括一个或多个光学调节元件，所述一个或多个光学调节元件包括耦合到准直光学元件的偏振调节组装件以及半波片，使得具有随机偏振的输入光束变成具有共同偏振的光束。
3.如权利要求2所述的2x2波长选择开关阵列，其中，多根光纤被光学耦合到基本上位于所述准直光学元件的后焦点平面处的微透镜阵列。
4.如权利要求2所述的2x2波长选择开关阵列，其中，光栅光学耦合在所述准直光学元件与所述聚焦光学元件之间，并且其中，所述光栅位于所述准直光学元件的前焦点平面处、以及所述聚焦光学元件的后焦点平面处。
5.如权利要求1所述的2x2波长选择开关阵列，其中所述一个或多个波长分散元件包括用于根据波长通道来分离入射光束的光栅。
6.如权利要求1所述的2x2波长选择开关阵列，其中，所述一个或多个偏振选择光束路由光学元件包括光学耦合在所述偏振调制器阵列与所述聚焦光学元件之间的第一沃拉斯顿棱镜和第二沃拉斯顿棱镜。
7.如权利要求6所述的2x2波长选择开关阵列，其中，所述聚焦光学元件光学耦合在光栅与偏振选择光束路由组装件中的第一沃拉斯顿棱镜之间，使得耦合在准直光学组装件与聚焦光学组装件之间的光栅位于聚焦光学元件的后焦点平面处，并且所述偏振调制器阵列位于聚焦光学元件的前焦点平面处。
8.如权利要求1所述的2x2波长选择开关阵列，其中，每个2x2光学端口对形成独立的2x2波长选择开关的一部分，其中，所述2x2波长选择开关根据2x2波长选择开关的切换状态将在第一光学输入端口对处的输入光束的波长通道路由到光学输出端口对中的一个光学输出端口。
9.一种系统，包括：
多根光纤，光学耦合到微透镜阵列；
准直光学元件；
偏振调节组装件，光学耦合在所述微透镜阵列与所述准直光学元件之间；
光束平行性校正沃拉斯顿棱镜，光学耦合在所述准直光学元件与自由空间循环器组装件之间；
光栅，光学耦合在所述自由空间循环器组装件与聚焦光学元件之间；以及
第一沃拉斯顿棱镜和第二沃拉斯顿棱镜，光学耦合在所述聚焦光学元件与偏振调制器阵列之间。
10.如权利要求9所述的系统，其中，所述偏振调节组装件包括偏振光束分离沃拉斯顿棱镜和半波片。
11.如权利要求9所述的系统，其中，所述自由空间循环器组装件包括偏振分束器、石榴石材料和波片。
12.如权利要求9所述的系统，其中，所述多根光纤包括被配置成接收一个或多个输入光束的多个光学输入端口，所述一个或多个输入光束中的每一个具有一个或多个波长通道，并且所述多根光纤包括被配置成基于切换状态来接收一个或多个波长通道的多个光学输出端口，其中，所述多个光学输入端口和所述多个光学输出端口形成2x2光学端口对的阵列，所述2x2光学端口对各包括光学输入端口对和光学输出端口对。
13.如权利要求12所述的系统，其中，每个2x2光学端口对形成独立的2x2波长选择开关的一部分，其中，所述2x2波长选择开关根据2x2波长选择开关的切换状态将在第一光学输入端口对处的输入光束的波长通道路由到光学输出端口对中的一个光学输出端口。
14.如权利要求9所述的系统，其中，所述偏振调制器阵列包括多个偏振调制单元，每个单元被配置成独立地改变通过所述单元并与特定2x2波长选择开关的特定波长通道关联的光束的偏振方向。
15.一种用于光学切换的方法，包括：
在2x2波长选择开关阵列的一个或多个2x2开关的每一个处接收一个或多个光束，每一个光束包括多个波长通道；
对于在每个2x2开关处接收到的所述一个或多个光束：
调节所述一个或多个光束以具有共同的偏振方向；
根据波长将所述一个或多个光束分离成单独波长的光束；
使每个波长定向到偏振调制器阵列的分开的单元，其中，每个单元被选择性地激活以取决于特定的切换状态来改变入射在所述单元上的光束的偏振方向或者保持该偏振方向；
将单独波长的光束合并成具有基于所述偏振调制器阵列的对应单元的激活的偏振方向的一个或多个输出光束，每个输出光束具有所述多个波长通道中的一个或多个；以及
将所述一个或多个输出光束中的每一个路由到2x2开关的特定输出端口。
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