CN105359010B - 光学系统中像差校正的系统的方法 - Google Patents

Abstract

本文描述的为用于光学系统的衍射光栅(1)。该衍射光栅包括基底(2)和横穿基底设置在光栅轮廓中的一组细长的衍射元件(3)。该光栅轮廓给予光束预定的相变，以至少部分地校正存在于光学系统中的光束的光学像差。

Description

光学系统中像差校正的系统的方法

技术领域

本发明涉及光学像差校正，并且尤其涉及校正波长选择开关装置中的光学像差的衍射光栅。尽管本文将描述于本申请特别相关的一些实施例，但是应理解的是本申请不局限于这样的应用领域，其可以应用于更广泛的环境。

背景技术

贯穿说明书的背景技术的任何讨论不应被认为是承认这样的技术是在本领域中被广泛已知的或构成了本领域中公知常识的一部分。

由于各种形式的光学像差，所以光学系统固有地在信号信息方面遭受损失。在比较小、比较简单的光学装置中，光束可沿着接近平行于光轴的轨道传播。在这些“近轴的”构造中，像差是微弱的并且在实际中一般可忽略。然而，当更复杂的装置被建立以完成高级功能时，离轴和在近轴之外的区域传播光束的需要变得日益重要。在这些“更高阶的光学器件”的情况下，若干单色光学像差变得更加明显。特别地，光学元件的焦平面的离轴曲率变成了值得关心的事。球面像差和光学彗发像差也是如此。

像差的程度大体上与系统中光束的尺寸和轮廓有关。在波长选择开关(WSS)装置中，重塑光束轮廓以使其高度不对称通常是有利的。例如，在硅基液晶(LCOS)基底开关中，细长的光束轮廓有利于同时高效地开关多个波长通道。更大和更不对称的光束比更小的对称的光束一般会经历更高的像差。

特定的WSS设计的不对称特性意味着在开关引擎(LCOS、MEMs镜等)上入射的射束点可具有显著的像差，包括光束彗发像差。当追求更小的射束点以获得更锋利的通道的努力增加时，这些像差限制了这些离轴系统的潜能。

在分光仪型光束系统中，像差校正通常通过移动到双镜闪耀式光栅(Czerny-Turner)系统中来进行。该系统为每个镜面反射提供大小相等且方向相反的像差，以允许对称的高斯射点被聚焦在像平面处。这种类型的解决方案在WSS系统中是可能的，但其伴随着弊端：第二镜面增加系统的成本；该设计为光学机构创造了更大的空间覆盖区域；并且光学校准过程更加复杂。所有这些与新的WSS产品的设计目标背离。

发明内容

在本发明的优选方式中，本发明的目的是提供在光学系统中进行像差校正的系统和方法。

根据本发明的第一方面，其提供了用于光学系统中的衍射光栅，该光栅包括一组间隔开的衍射线，所述衍射线被构造为：在入射光束中空间地分隔出波长通道，并且还给予所述光束预定的相变，以至少部分地校正存在于该光学系统中的所述光束的光学像差。

该组衍射线优选地限定相位轮廓，该相位轮廓使所述光学系统给光束的像差至少部分地反向。相邻衍射线的间距优选地基于存在于所述光学系统中的光束的光学像差根据沿衍射维度在光栅上的位置而改变。衍射线优选具有曲率，该曲率基于存在于光学系统中的光束的光学像差在光栅上变化。光束的光学像差优选地包括光束的光学彗发像差和球面像差中的一个或两个。

根据本发明的第二方面，其提供了光学开关，包括：

用于入射输入光束的至少一个输入端口；

用于接收输出光束的至少一个输出端口；

开关光学器件，用于沿着至少一个输入端口和至少一个输出端口之间的预定路径选择性地开关光束；以及

衍射元件，该衍射元件被构造用于：

i.在光束中空间地分隔出波长通道；

ii给波长通道强加预定的相变，以至少部分地校正输入光束的光学像差。

根据本发明的第三方面，其提供了用于光学系统的产生像差校正相位轮廓的方法，该方法包括如下步骤：

a)在光学系统模型中，在第一预定点处插入相位操作元件，可变的相位操作元件具有可控的相位轮廓；

b)测量位于光学系统中的第二预定点处的光束的特性；并且

c)改变相位操作元件的相位轮廓，以使得被测量的光束的特性基本上匹配预定的参考光束的特性。

步骤b)优选地包括计算位于光学系统中的预定点处的光束的M²值的步骤。步骤c)优选地包括改变相位轮廓以基本上最小化M²值之和的步骤。

相位轮廓表示为多项式。最小化M²值之和的步骤优选地通过选择性地修改多项式的权重项而被执行。

参考光束的特性优选地表示为理想高斯光束。

第三方面的方法优选地还包括如下步骤：

d)将相位轮廓转换为相应的衍射光栅轮廓。

第三方面的方法优选地还包括如下步骤：

e)将光栅轮廓写在衍射光栅基底上。

第一预定点优选地位于或邻近于光学系统中衍射光栅的位置。第二预定点优选地位于或邻近于光学系统中的开关装置。

根据本发明的第四方面，其提供了减少波长选择开关中的光束的光学像差的方法，该方法包括如下步骤：

利用衍射相位校正元件，以使所述开关给予所述光束的像差效应基本上反向。

衍射相位校正元件优选地为衍射光栅，该衍射光栅具有多个间隔开的衍射线，并且其中该衍射线定义了轮廓，该轮廓使光束的像差效应基本上反向。

衍射线的间距优选地被规定为给予光束预定的相变。

根据本发明的第五方面，其提供了用于光学系统的相位校正元件，该元件包括一组相位操作元件，其中该操作元件给予光束预定的相变，以至少部分地校正存在于光学系统中的光束的光学像差。

根据本发明的第六方面，其提供了衍射光栅，该衍射光栅具有光栅轮廓，该轮廓被构造为衍射光束并且强加相变至光束以至少部分地校正光束的光学像差。

附图说明

现在，将仅通过示例的方式参照附图描述本发明的优选实施例，其中：

图1示出了具有被构造为校正光学像差的光栅轮廓的示例性的衍射光栅；

图2示意性地示出了示例性的WSS装置的光学布局；

图3示出了分别具有8GHz、12GHz和16GHz的射束点尺寸(带宽)的三个示例性的高斯滤波器形状的图形；

图4示出了在示例性的模型WSS装置的像平面中的射束点的辐照度(功率)和相位图；

图5示出了用于图2的模型WSS装置的滤波器形状的图形；

图6示出了被执行以确定需要的衍射光栅轮廓的步骤的示例性的工艺流程，该轮廓补偿光学系统中的像差；

图7示出了示例的相位轮廓的图形，该轮廓在模拟的WSS系统中的平面中被计算；

图8示出了在进行相位像差校正和不进行相位像差校正两种情况下通过模拟的WSS系统的成像光束的辐照度轮廓的图形；

图9示出了在进行相位像差校正和不进行相位像差校正两种情况下通过该模拟的WSS的成像光束的相位轮廓的图形；

图10示出了在未施加像差校正的情况下模拟WSS装置的总体滤波器形状的图形；和

图11示出了在施加了像差校正的情况下模拟WSS装置的总体滤波器形状的图形。

具体实施方式

本文中，将具体参照校正波长选择开关(WSS)装置中的光学像差来描述本发明的实施例。然而，本领域技术人员将理解，本文描述的原理可应用于其他光学系统和装置。本文描述的实施例涉及定义具有光栅轮廓的衍射光栅，该光栅轮廓将具体的相变施加在光束上以校正光学像差。

·概述

参考图1，其图示出了用于光学系统中的衍射光栅1。该衍射光栅包括基底2和设置成横跨基底2的光栅轮廓的一组细长衍射元件3。每个衍射元件包括横跨光栅1的面的相对曲率度(包括0曲率)。示例性的衍射元件为衍射线，并且包括用于反射光栅的凹槽或凸脊，或用于透射光栅的狭槽。该光栅轮廓给予入射光束预定的相变，以至少部分地校正存在于光学系统中的光束的光学像差。

光栅1上形成的光栅轮廓根据通过光学系统传输的光束的光学像差被定义并且对于每一个光学系统都不同。光学系统中的光学像差的数量和类型通过下面描述的初步测量程序确定。相邻的元件3的间距基于在初步测量程序中测量的光学相差沿衍射维度(x轴)在基底2上变化。此外，衍射元件3具有曲率，该曲率也基于在初步测量程序中测量的光学相差沿衍射维度在基底2上变化。

·示例性的WSS框架的概述

参照图2，现在将描述WSS装置的概要。图2图示出了示例性的WSS光学开关装置4，其被配置用于开关从三个光纤输入端口5、6和7至光纤输出端口9的输入光束。应理解的是，装置4能够被重构以使得输入端口5、6和7能够被用作输出并且输出端口9可用作输入。如上所述，光束表示波分多路复用(WDM)光学信号。在广义的功能层面上，装置4执行与发明名称为“双源光学波长处理器”并且转让给Finisar公司的Frisken的美国专利US7397980中描述的开关功能类似的开关功能，该美国专利的内容通过交叉引用被并入本文中。光束从输入端口5、6和7沿向前的方向传播，并且从有源开关元件沿回程方向反射至输出端口9，该有源开关元件成硅基液晶(LCOS)装置11(下文将描述)的形式。在其他实施例中，其他类型的有源开关元件被用来替换硅基液晶装置11，包括一组可单独控制的微机电(MEMs)镜。

装置4包括波长分散棱镜光栅元件13，用于沿第一轴(y轴)方向从输入光束空间地分散单独的波长通道。本领域技术人员应理解的是，分散元件不限于棱镜光栅的构造，而可以为任何类型的衍射光栅元件。棱镜光栅元件13以美国专利US7397980中描述的方式运行。即，根据波长沿y轴方向在空间上分隔容纳在每一个光束中的构成的波长通道。棱镜光栅13包括衍射光栅部分，除了空间衍射功能外，该衍射光栅部分还至少部分地校正存在于装置4中的光束的光学像差。

透镜15被定位为邻近棱镜光栅13，以使得光束在入射到棱镜光栅13之前和从棱镜光栅反射回来之后穿过透镜。两次穿过透镜15用来沿第二轴(x轴)方向校准光束。类似地，当在输入端口5、6和7与LCOS装置11之间传播时，光束两次反射离开柱面镜17。柱面镜17具有适当的曲率，以使得每个分散通道在y轴方向上被聚焦在LCOS装置上。

分散波长通道入射到LCOS装置11上，该装置11用作反射空间光调制器以沿x轴主动地、独立地控制每一个通道。在设备级，LCOS装置11以与Frisken的美国专利US7092599中描述的相似的方式运行，该美国专利的发明名称为“波长操作系统和方法”并且转让给Finisar公司，其内容通过交叉引用被并入本文中。如上所述，在其他WSS设计中，其他类型的开关元件被用来代替LCOS装置11，例如一组微机电镜(MEMs)。

·WSS装置中的像差的概述

在频域中，光学装置可以以带通滤波器形状方面为特点，该形状描述了装置强加在光束上的滤波效果。由WSS产生的带通滤波器可被表示为由装置的光学传递函数形成在像平面上的开孔的卷积。在建模光学系统时，该开孔通常被选择为矩形函数，并且因此在总体滤波器形状中的任何特征大体上通过光学传递函数定义，该光学传递函数又通过在频率分散轴上的聚焦的射束点的形状定义。

由于传统的WSS系统采用单模光纤输入，因此理想的无像差WSS应当还具有在像平面具有高斯分布的射束点。这将产生轮廓分明的、对称的带通滤波器，在该带通滤波器中，通过像平面上的射束点的尺寸确定边缘的锐利度。图3示出了3个示例性的分别具有8GHz、12GHz和16GHz的光学射束点尺寸(在频域中)的高斯滤波器形状。此处，射束点的尺寸参考装置的色散。

当系统中的光学像差被考虑时，射束点偏离完美的高斯分布，并且这些瑕疵被以装置的相应的滤波器形状的形状镜像。由光学像差引起的滤波器形状的瑕疵使得例如光学滤波宽度的参数的系统性能降低。图4示出了在示例性的WSS装置(在Radiant Zemax光学建模软件中建模)的像平面中的射束点的建模的辐照度(功率)和相位图。辐照度的大部分被观察到位于±0.05mm之间。在相位轮廓的相同范围内，位于左边缘处的尖锐特征被观察到，其对应于辐照度轮廓中的旁波瓣(side lobe)。由光学像差引起的这些光谱特征影响生成的通过射束点(光学传播函数)定义的滤波器形状。用于建模的WSS装置的生成的滤波器形状在图4中被示出。

WSS装置中通常出现的示例的光学像差包括球面像差和光学彗发像差(coma)。球面像差由弯曲的透镜和反光镜的不完美聚焦引起。到达透镜或反光镜的边缘的光束被聚焦于比穿过透镜/反光镜的中心更近的点。因此，球面像差被认为是取决于聚焦的径向位置。当光束以与光轴成角度或偏离轴线位置的方式到达反光镜或透镜时，光学彗发像差发生。结果是单独的光束在光学元件上经历放大倍率的变化并且光束未聚焦于像平面上的相同的点。在图2的WSS装置4中，当系统具有强烈的离轴特性时，彗发像差占主导，在这里光束在其达到像平面之前两次远离弯曲中心地到达反光镜17。球面像差也较小程度地出现。

图2的WSS装置4采用单镜设计，其有利于保持小的光学覆盖区域并且减少部件的数量和复杂度。然而，这样的设计在离轴的结构中采用柱面镜17，其导致光束的彗发像差(也导致将一般存在于这些系统的球面像差)。在某些情况下，系统设计者愿意承担与这些像差有关的光学性能的损失。然而，在更敏感的光学系统中，需要更牢固地控制这些像差以减少这些损失。

双镜WSS系统(例如闪耀式光栅(Czerny-Turner)单色仪方法)能够通过使用第二反光镜的传递抵消第一反光镜的像差来被动地补偿彗发效应。然而，这类系统具有与额外的对准复杂度、更大的光学覆盖区域和增加的成本有关的缺点。

本发明将像差校正结合到单镜、离轴WSS系统中，例如图2中所示的，通过给基本上抵消光束上的像差和还沿光学路径预测的光束的预偏置的负像差的系统增加或修改现存的相位校正元件。本文描述的本发明的实施例将相位校正结合至衍射光栅元件(例如图2的棱镜光栅13)中，其中光栅的线间距的小改变可在光束上产生相位轮廓。应理解的是，在某些实施例中，相位校正的某些方面还能以其他方式被结合，例如编制相位函数至LCOS装置11中。在进一步的实施例中，除了通过对称反光镜设计以提供像差校正之外，相位校正被结合至双镜设计中以提供额外的像差校正。

·像差校正衍射光栅的描述

为了在单镜WSS系统中实现像差校正，本发明采用具有光栅轮廓的衍射光栅，该光栅轮廓以存在于该光学系统(WSS装置)中的光学像差为基础被规定。在图2的装置4的情况下，棱镜光栅13的光栅轮廓被规定为给予预定的相变至光束以至少部分地校正存在于光学系统的光束的光学像差。特别地，相邻的衍射凹槽的形状和间隔为在根据变化面形的衍射尺寸中基底上的位置的函数，该变化面形以光学系统中的光学像差的数量为基础。

在一个实施例中，为确定需要的补偿像差的光栅轮廓，图6的方法600被执行。将参照图2的装置4描述方法600。然而，应理解的是，方法600能够被应用于包括衍射光栅或等同的衍射元件的其它光学系统。

在步骤601中，光学装置采用例如Radiant Zemax光学设计软件的电脑软件被建模。在该模型中，在步骤602中，可重构的相位表面被增加以代替棱镜光栅13。在某些建模软件中，相位表面能够作为具有可被详细规定的相位属性的表面直接实施。在其他建模软件中，该相位表面通过具有可控相位轮廓的对象实施。在每种情况下，该相位表面提供可重构的二维相位轮廓，其可变化以适应装置中的光学像差。实际上，相位修改元件可被认为是可控的参考衍射光栅。在插入该相位表面之后，在LCOS开关装置11中测量各种光束属性，例如光束腰的尺寸和位置。

在某些实施例中，在不进行像差校正的情况下，使用具有传统光栅特性的校准衍射光栅获取光学系统中的光学像差的实际数据。在一个特定的实施例中，使用可重构的衍射光栅，并且使用第一“参考”状态中的可重构光栅执行用于确定光学像差补偿的初始校准步骤。然后，确定适当的校正光栅轮廓，并且使用校正光栅轮廓将衍射光栅改变为第二“运行”状态。

在步骤603中，根据被测量的光束信息，对于光谱上期望的波长，LCOS装置11(像平面)处光束的M²值沿y轴被计算。M²为光束质量测量，其被定义为被测量光束的光束参数乘积(BP)与理想高斯光束的光束参数乘积(BP)的比率。BP为光束(半角)的发散角和在其最狭窄点(光束腰)的光束半径的乘积。WSS系统的理想情况是具有M²＝1并且对所有波长和偏振都具有位于像平面的光束腰。

在步骤604中，数学优化过程被执行以在保持光束腰位置的同时最小化在步骤603中获得的M²值之和。步骤602中描述的相位表面的相位轮廓表示为多项式的组合，并且相位轮廓通过修改多项式的权重项被改变。在某些实施例中，多项式为一阶的线性多项式。在其他实施例中，该相位轮廓表示为其他数学公式和更高阶的多项式，包括泽尼克(Zernike)多项式。在某些实施例中，其他最小化技术被采用。

泽尼克多项式为单位圆盘的面积上正交并且一般在极坐标中被表达的一组多项式。在光学中，它们被已知用于描述光束的像差。与修改这些多项式的权重项一起，装置中的一些光学路径长度也被允许在优化过程中在系统校准约束条件下被改变。实施这些以保持光束腰定位在像平面中。通过最小化M²值之和，优化程序定义了在像平面上具有最少像差的系统。

在步骤605中，使用已知的优化的泽尼克项，相位轮廓(Φ)被构造在相位表面中，该相位表面给该表面的光束定义了需要的相变以补偿系统的像差。在本文描述的实施例中，两个关键的泽尼克项被利用：具有彗发像差的特征的一项；以及具有球面像差/聚焦的特征的一项。然而，在其他实施例中，可以使用描述各种其他光学像差的泽尼克项的其他组合。

在相位表面的光束的相位轮廓(Φ)采用下面的权重的泽尼克多项式的求和法计算：

其中：M为衍射级数；

A为Zemax中计算的泽尼克权重；

N为一系列泽尼克项的数量；

Z为泽尼克多项式，每个多项式为极坐标ρ和的函数。

在这些计算中采用的该第一15项泽尼克多项式在下表中被示出：

根据图2的模拟装置4计算出的示例性的相位轮廓(Φ)在图7中被示出。对于这个特定的光学系统，该相位延伸至超过部件尺寸的±10弧度。该特定的相位轮廓将取决于正采用的光学系统并且一般对于每一个系统都将不同。

在另一个实施例中，在(x，y)坐标系中使用多项式系列，其产生下面的相位轮廓。

其中，A_i为每个多项式项的权重。在这个实施例中，P₁＝1，P₂＝x，₃＝y，P₄＝x₂，P₅＝xy，P₆＝y²，P₇＝x³.....等等。因此，相位校正项可简单地通过改变这些多项式项的任一个的权重容易地被添加在x、y中或二维中。

再次参考图6，最后在步骤606中，相位轮廓(Φ)被转换为相应的衍射光栅轮廓。用于衍射光栅轮廓的总相位被表示为标准衍射的相位变化和像差校正的相位轮廓的总和。后者为在那个表面的光束所需的相变以补偿在步骤604和605中计算出的系统中的像差。总相位Φ_Total被表示为：

Φ_Total＝Φ_Grating+Φ_Aberration

用于物理光栅的相位与衍射光栅的线(例如凹槽、凸脊或狭槽)密度相关，如下：

Φ_Grating(x，y)＝2π·Line Density·y

在衍射光栅的开孔上。在这个实施例中，标准的衍射光栅仅被定义在y维度中。在这种情况下的像差校正(Φ_Aberration)在极坐标中，但是，在一般情况下，其位于笛卡尔坐标中。极坐标和笛卡尔坐标的简单变换可被用于投影到正确的坐标空间中。一旦该表达式在相同的坐标空间中，多项式项的增加被用于发现Φ_Total。最后，第n个光栅线通过下式被定义(在这种情况下沿着y轴)：

Φ_Total＝2πn

其中n为整数。这样的关系来自衍射光栅的基本定义，其中每个线代表2π的相移。最后的结果为可变的线间距，其中来自标准线间距的变化通过像差校正的相位轮廓确定。

该轮廓以例如光刻或机械蚀刻技术的传统方式被写入棱镜衍射光栅13中(或，在另一个光学系统的情况下，写入相应的衍射装置中)。在一个实施例中，方法600的步骤被编码为软件指令，该指令通过处理器执行。所述处理器可与执行物理衍射光栅蚀刻的机器或装置通信。

为了实现所需的衍射光栅轮廓，相邻的衍射元件(例如衍射凹槽)的间距基于在模拟的光学系统中测量的光学像差而随着在衍射维度中在基底上的位置而变化。在其中衍射元件是细长的(例如机械蚀刻的凹槽、凸脊或线)的一些实施例中，元件具有曲率，该曲率基于存在于光学系统的光学像差在基底上变化。

生成的衍射棱镜光栅13(或等同的衍射装置)在空间上分散每个波长通道并且强加相变至每个通道以补偿光学像差，该光学像差在棱镜光栅13之前和之后被强加在光束上。上面描述的光栅优化过程还能够校正光谱的总体分散，还能够控制像平面上的光栅的射束点尺寸。

现在将参考图8-11描述来自与图1的装置4相似的模拟WSS的结果。首先参考图8，其示出了穿过具有和不具有施加的相位像差校正的模拟WSS的成像光束(该C带的中心波长)的辐照度轮廓。图9示出了用于相同的模拟WSS的相应的相位轮廓。对比图8的曲线，可以看出，在相位校正处于适当位置的情况下，光束射束点更接近地代表高斯分布的形状，同时保持大约相同的射束点尺寸。强烈的波旁瓣被移除，并且射束点围绕光束中心明显更加对称。对比图9的曲线，当像差校正被放在适当的位置中时在该像平面中的光束的相位显示了相似的改进。在光束边缘处的尖锐特征的幅度被显著的减小，并且相位轮廓总体来说更平。

参考图10和11，模拟WSS装置的总体滤波器形状被示出，其通过穿过该装置的选定的波长通道测量。图10示出了在未施加像差校正的情况下的两个正交的偏振状态的滤波器形状。该未校正的滤波器形状示出了从图8的辐照度轮廓中看出的相似的特征：通道上的波旁瓣和整体上相对于轮廓的显著不对称。这个通道的左边缘比右边缘更加尖锐。图11示出了当像差校正被施加时相同的两个偏振状态的滤波器形状。如观察到的，通道滤波器形状基本上更对称并且缺少边缘特征。该滤波器形状与图3(其仅为具有矩形开口的理想高斯光束的卷积)所示的理想滤波器形状非常接近地匹配，并且该两个偏振状态彼此更接近一致。

·结论

应理解的是上述公开提供了光学系统中的各种像差校正的系统和方法。

在本发明的实施例中，相位校正被结合于WSS中的衍射光栅中。相位校正通过根据位置精细地改变衍射线间距和衍射光栅的衍射线的曲率来实现。衍射光栅的相位校正轮廓给光束提供相位调整，以抵消已经存在的像差，并且为光学路径中稍后将会出现的像差预偏置负的像差。该像差校正允许像平面上的聚焦的射束点变得更小和更对称，导致更尖锐的通道轮廓。值得注意的是，这些改进可在对现存的光学装置或系统进行较小改动的情况下实现。本发明的实施例不需要更复杂的WSS设计或额外的校正元件。

本发明的实施例将与双镜WSS系统有关的像差校正的优点结合至更简单高效的单镜WSS系统设计中。本发明的实施例的模拟结果显示射束点和光学滤波器具有改进的对称性并且相位在焦平面处更平坦。

应理解的是，本文中应用的技术可被应用于除了用于WSS中的单个衍射光栅之外的其他光学元件。例如，在一个实施例中，与该衍射光栅分隔开的光学元件能被结合于WSS中并且修改的相位轮廓能够被蚀刻在该元件中。

·解释

在整个本说明书中，使用的术语“元件”指代的是单个一体的部件或组合执行具体的功能或目的部件的集合。

在整个本说明书中，使用的术语“射束点”和“点”指代的是在横穿光束传播的方向的横截面上观察的光束轮廓。例如，高斯光束将具有圆形的射束点。

在整个本说明书中，在像差校正的上下文中使用的术语“校正”和“校正的”指的是当与不具有像差校正的系统相比较时系统中的光学像差被至少部分地校正或补偿。

在整个本说明书中，参照“一个实施例”、“某些实施例”或“实施例”意味着结合该实施例描述的特定的特征、结构或特性被包含在本发明的至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个位置中出现的词组“在一个实施例中”、“在某些实施例中”或“在实施例中”并非必然都涉及相同的实施例，但是可能相同。此外，特定的特征、结构或特性在一个或更多个实施例中可以对本领域技术人员而言根据本公开显而易见的任何合适的方式组合。

如本文所使用的，除非另有说明，使用的序数形容词“第一”、“第二”、“第三”等描述普通对象，仅仅表明相似对象的不同示例正被参照，并且目的不在于暗示这些如此描述的对象必须在时间上、空间上、随机地或以任何其他方式具有给定的顺序。

在下面的权利要求书和本文的说明书中，术语“包括(comprising)”、“由……组成”或“其包括”中的任一个都为开放式术语，其意味着包括至少跟在后面的元件/特征，但不排除包括其他元件/特征。因此，术语“包括”，当用于权利要求时，不应当被解释为被限制为其后罗列的方法或元件或步骤。例如，表述“装置包括A和B”的范围不应该被限制于装置仅仅由A和B组成。本文中使用的术语“包括(inciuding)”或“其包括”或“它包括”中的任何一个也为开放式术语，其也意味着包括至少跟在其后的元件/特征，但不排除包括其他元件/特征。因此，“包括(comprising)”与“包括(inciuding)”的含义是相同的。

应理解的是，在上述本发明的示例性的实施例的说明中，本发明的各个特征有时在一个单独的实施例、附图或其说明中组合在一起，以便使公开更顺畅，并且帮助理解各个发明方面中的一个或多个。然而，公开的所述方法不应被解释为反映要求保护的发明需要比在每个权利要求中明确列举的特征更多的特征的意图。当然，如同下面的权利要求所反映出的那样，发明的多个方面落入比单个前述公开的实施例的所有特征少的特征中。因此，在具体实施例之后的权利要求书在此明确地结合至该具体实施例之中，其中每个权利要求依靠其本身作为本发明单独的实施例。

此外，尽管本文中描述的一些实施例包括一些特征而不包括其它实施例包括的其它特征，但是不同实施例的特征的组合旨在落入本发明的范围内并且形成不同的实施例，如同本领域技术人员应理解的那样。例如，在下面的权利要求中，任何被要求保护的实施例可以任何组合使用。

在本文提供的说明书中，提出了许多具体的细节。然而，应理解的是，本发明的实施例可以在不具有这些具体细节的情况下实施。在其他示例中，为了不使本说明书难以理解，众所周知的方法、结构和技术未详细示出。

类似地，应注意的是，术语“联接的”，当用于权利要求中时，不应当解释为被限制为仅仅直接连接。可以适于术语“联接的”和“连接的”及其衍生术语。应当理解的是，这些术语不旨在彼此作为同义词使用。因此，“装置A联接至装置B”的表达范围不应当限制为其中装置A的输出直接连接至装置B的输入的装置或系统。其意味着在A的输出和B的输入之间存在路径，该路径可为包括其他设备或装置的路径。“联接的”可指代两个或多个元件为直接物理的、电学的或光学的接触，或所述两个或多个元件为彼此不直接的接触但仍然彼此相互协作或相互作用。。

因此，尽管已经描述了被相信为是本发明的最优实施例，但是本领域中的技术人员应认识到，在不脱离本发明的精神的情况下，可以对其作出其它和进一步的变型，并且本发明旨在要求保护所有这些改变和变型落入本发明的范围内。例如，上述给出的任何公式仅仅代表可使用的程序。功能可被从方框图中添加或删除，并且操作可在功能块之间互换。步骤可从描述的方法中在本发明的范围内被添加或删除。

Claims (11)

1.用于光学系统的衍射光栅，该衍射光栅包括：

基底；和

一组间隔开的衍射线，该衍射线被写在基底上，该衍射线具有基于存在于所述光学系统中的光束的光学像差而根据沿衍射维度在所述光栅上的位置而变化的相邻的衍射线的间距，其中，每个衍射线具有横跨光栅的面的曲率，并且相邻的衍射线的间距和每个衍射线的曲率被构造为：在入射光束中空间地分隔出波长通道，并且还给予所述光束预定的相变，以至少部分地校正存在于所述光学系统中的光束的光学像差。

2.根据权利要求1所述的衍射光栅，其中，该组衍射线限定相位轮廓，该相位轮廓使该光学系统施加给光束的像差至少部分地反向。

3.根据权利要求2所述的衍射光栅，其中，所述衍射线的曲率具有如下所述的曲率，该曲率基于存在于所述光学系统中的光束的光学像差而相对于基底在光栅上变化。

4.根据权利要求1或2所述的衍射光栅，其中，光束的光学像差包括光束的光学彗发像差和球面像差中的一个或两个。

5.根据权利要求1所述的衍射光栅，其中，所述衍射线被写入基底中。

6.一种光学开关，包括：

用于从连接的输入光纤入射输入光束的至少一个光纤输入端口；

用于将输出光束输出至连接的输出光纤的至少一个光纤输出端口；

用于聚焦或校准所述输入光束的透镜和/或反光镜；

开关光学器件，用于沿所述至少一个光纤输入端口与所述至少一个光纤输出端口之间的预定路径选择性地开关所述输入光束；以及

衍射元件，所述衍射元件包括基底和一组被写在所述基底上的间隔开的衍射线，所述衍射线具有基于存在于光学系统中的光束的光学像差而根据沿衍射维度在光栅上的位置而变化的相邻的衍射线的间距，其中，每个衍射线具有横跨光栅的面的曲率，所述衍射元件被构造用于：

i.在所述光束中空间地分隔出波长通道；

ii.将预定的相变强加给所述波长通道，以至少部分地校正所述输入光束的光学像差，从衍射元件的输出为所述输出光束。

7.根据权利要求6所述的光学开关，其中，衍射元件移除输出光束的横截面射束点中的波旁瓣。

8.根据权利要求6所述的光学开关，其中，衍射元件控制至少一个输出光纤处的输出光束的横截面射束点尺寸。

9.根据权利要求6所述的光学开关，其中，所述衍射线被写入基底中。

10.一种减少波长选择开关中的光束的光学像差的方法，该方法包括如下步骤：

利用衍射相位校正元件，以使得所述开关施加给光束的像差效应基本上反向，其中，所述衍射相位校正元件是如权利要求1-5中任一项所述的衍射光栅。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述衍射线的间隔被规定以给予所述光束预定的相变。