CN112415738A

CN112415738A - 可编程注入器栅格板

Info

Publication number: CN112415738A
Application number: CN202011434526.2A
Authority: CN
Inventors: 托马斯·L·哈斯利特; 罗伯特·M·克劳泽; 吉尔·贝格尔; 凯文·亚苏穆拉
Original assignee: Google LLC
Current assignee: Google LLC
Priority date: 2020-02-24
Filing date: 2020-12-10
Publication date: 2021-02-26
Anticipated expiration: 2040-12-10
Also published as: CN112415738B; EP3869248A1; US11880030B2; US20210263300A1; EP3869248B1; DK3869248T3; TWI827896B; TW202132833A

Abstract

本公开涉及可编程注入器栅格板。一种可编程光束阻挡器，包括：基于液晶的像素栅格；一组或多组像素；或者对应于单独光束的多个像素。施加通过一个像素的电压可以改变液晶材料的相位，以防止光通过其透射。

Description

可编程注入器栅格板

相关申请的交叉引用

本申请要求2020年2月24日提交的美国临时专利申请第62/980,605号的提交日期的权益，其公开内容通过引用合并于此。

技术领域

本公开涉及可编程注入器栅格板。

背景技术

光通信使用经调制光束以通过光纤、自由空间或波导来传达信息。

光学通路开关(Optical Circuit Switch：OCS)是全光3D交换矩阵，它可通过改变一个或多个微机电系统(MEMS)反射镜阵列中的反射镜的角度，来将光从任何输入光纤N引导到任何输出光纤M。该交换机被设计成用于宽波长范围内的低插入损耗，因此每个光纤可承载许多波长。该OCS还被设计成用于通过MEMS反射镜阵列进行快速、可靠的交换。光学性能要求包括插入损耗、回波损耗、动态光学串扰和静态光学串扰。

发明内容

本公开通过使用相变材料(诸如液晶材料)来提供一种可编程且动态的阻挡机构，以动态地防止识别的光束透射到MEMS反射镜阵列上。尽管存在其它方法来防止光束的透射，例如驻停或着墨(parking or inking)，但是这些方法有其局限性。例如，尽管可能在伺服系统中将反射镜“驻停”在相机传感器视场之外，但是该过程需要高电压，这可能会损坏或过早地使仪器老化，以稍后移动驻停的反射镜。此外，在板上进行着墨或在板上使用环氧树脂以防止光束透射通过着墨或带环氧树脂的部分是静态过程，这种静态过程可以在设置OCS期间执行，但是不能在使用OCS时执行以阻挡其它光束。可编程光束阻挡器可以由单个像素的栅格组成，其中，每个像素都可以通过电路选择性地激活或去激活。当单个像素上的电路完成时，电压施加到像素中的液晶材料。响应于该电压，像素中的液晶材料改变相位状态，因而从其中光子可以穿过液晶材料的透射状态转变为其中阻挡击中像素的光束透射的非透射状态。在其它示例中，可编程光束阻挡器可以被配置成包括处于透射状态和非透射状态之间的中间状态的附加“部分”状态或“灰度”状态。可以对未受阻挡的光束进行灰度缩放，以形成特定光束的光束轮廓。在一些示例中，可以使用多个液晶像素来对光束整形(toshape a beam of light)。在其它示例中，可以为透射的光束生成高斯光束轮廓。高斯光束轮廓或其它光束轮廓可以是在二维平面中的能量或强度分布。在一些示例中，光束轮廓可以是任何任意的二维概率分布或具有变化强度水平或变化能量水平的任何任意形状。因而，当OCS通过适当的电路活跃时，可以选择性地允许单个光束穿过光束阻挡器或被光束阻挡器阻挡。

本公开的一方面提供了一种可编程光束注入器(injector)，包括：光源，诸如激光器，该光源适于产生光束；偏振分束器，该偏振分束器被配置成接收来自光源的光束；以及光束阻挡器，该光束阻挡器接收偏振光束。光束阻挡器可以包括多个像素调制器，其中，每个像素调制器都包括多个液晶单元，其中，每个像素调制器都可以在off(关)状态和on(开)状态之间独立操作，在该off状态下光穿过偏振分束器，在该on状态下光被阻挡。

本公开的附加方面提供了一种可编程光束注入器，包括数据连接，该数据连接被配置成与光学开关通路控件介接。可编程光束注入器可以被进一步配置成从光学开关通路控件接收关于其操作的信息。该信息可以至少基于从相机产生的图像，该相机从可编程光束注入器接收光束。可编程光束注入器可以包括光束阻挡器，该光束阻挡器包括多个像素调制器，该多个像素调制器的数目对应于在光学开关通路中使用的MEMS反射镜的数目。在一些示例中，像素调制器的数目或硅上液晶(LCOS)像素的数目可以大于MEMS反射镜的数目。每个注入器光束光斑都可以覆盖更大数目的像素调制器或LCOS像素。LCOS像素可以被分组成多个感兴趣区域(ROIs)，并且ROI的栅格可以对应于MEMS像素栅格以及MEMS反射镜的数目。每个ROI都将在像素调制器或LCOS像素内包含许多像素。可编程光束注入器可以包括诸如二极管激光器的光源。可编程光束注入器可以通过相位调制或通过振幅调制，或者是通过相位调制与振幅调制的组合来阻挡光束。

本公开的附加方面提供了一种光学开关通路，包括：微机电系统(MEMS)反射镜，该微机电系统反射镜被配置成接收光束；相机，该相机被配置成捕捉光束；光纤准直器；以及可编程光束注入器，该可编程光束注入器可以进一步包括：光源，诸如激光器，该光源适于产生光束；偏振分束器，该偏振分束器被配置成接收来自光源的光束；以及光束阻挡器，该光束阻挡器接收偏振光束。光学开关通路的可编程光束注入器可以进一步包括数据连接，并且与光学开关通路控制器进行数据通信。可以基于采用来自至少相机和MEMS反射镜控制器的输入信息的算法，将指令发送至可编程光束注入器。

本公开的附加方面提供了一种在光学开关通路中选择性地阻挡由光源产生的光束的方法。该方法可以包括：将多个像素调制器的第一像素调制器配置为off状态，其中，电压未被施加到第一像素调制器；将该多个像素调制器的第二像素调制器配置为on状态，其中，电压被施加到第二像素调制器；在第一像素调制器处接收第一光束；使所接收的光束透射通过第一像素调制器；在第二像素调制器处接收第二光束；以及由第二像素调制器阻挡第二光束。

本公开的附加方面提供了下列各项的任何组合的一种方法：将多个像素调制器中的第一像素调制器配置为off状态，其中，电压未被施加到第一像素调制器；将该多个像素调制器中的第二像素调制器配置为on状态，其中，电压被施加到第二像素调制器；在第一像素调制器处接收第一光束；使所接收的光束透射通过第一像素调制器；在第二像素调制器处接收第二光束；以及由第二像素调制器阻挡第二光束；由相机捕捉图像，其中，图像以暗光斑表示受阻挡的光束并以亮光斑表示未受阻挡的光束，并且以灰度光斑表示具有变化量的能量的光束，该图像表示感兴趣区域并反映了未受阻挡的光束的整形方面(shapingaspect)；使用灰度缩放对未受阻挡的光束进行光束整形；对第一像素调制器或第二像素调制器中的至少一个像素调制器重新编程；对第一像素调制器或第二像素调制器中的至少一个像素调制器进行重新编程可以包括：改变施加到像素调制器的电压，使得由于施加电压的改变，导致像素调制器转变到不同的状态；在OCS控制器处将由所捕捉的图像生成的信息与关于该多个像素调制器的信息进行比较；当从所捕捉的图像产生的信息指示光束的参数低于某个阈值时，对于对应于光束的像素调制器自动重新编程；测得的参数是光束的强度；基于来自光学控制开关控制器的信息，对第二像素调制器进行自动重新编程，以透射先前被阻挡的光束；在OCS控制器处基于从所捕捉的图像生成的信息、与该多个像素调制器有关的信息以及从MEMS控制器接收的信息，评估MEMS反射镜阵列或MEMS控制器中的故障。

附图说明

附图不旨在按比例绘制。各附图中的相同附图标记和名称指示相同元件。为了清楚起见，不是每个部件都标记在每个附图中。在附图中：

图1是根据本公开的方面的示例光学通路开关的框图；

图2A是根据本公开的方面的用于在集成光学组件中使用的双轴微机电系统(MEMS)反射镜组件的图；

图2B是根据本公开的方面的用于在集成光学组件中使用的双轴微机电系统(MEMS)反射镜组件的图；

图3是根据本公开的方面的用于在集成光学组件中使用的双轴微机电系统(MEMS)反射镜组件的图；

图4是根据本公开的方面的光学通路开关的图；

图5是根据本公开的方面的反射镜控制环路中的反馈的图；

图6A是根据本公开的方面的用于在集成光学组件中使用的注入器的图；

图6B是根据本公开的方面的用于在集成光学组件中使用的包括可编程光束阻挡器的注入器的图；

图7A是根据本公开的方面的用于在集成光学组件中使用的可编程光束阻挡器的图；

图7B是根据本公开的方面的用于在集成光学组件中使用的可编程光束阻挡器的像素阵列的截面图的图；

图7C是根据本公开的方面的与可编程光束阻挡器的像素阵列相关联的电路的图；

图7D是根据本公开的方面的与可编程光束阻挡器的像素阵列相关联的电路的图；

图7E是光束阻挡器的图，以及对应于光束阻挡器的功能状态的图像；

图7F图示了穿过光束阻挡器的光束的属性，以及对应于输入光束的图像，其中光束的一部分已经被灰度缩放；以及

图8是根据本公开的方面的示例方法的流程图。

具体实施方式

本公开主要涉及用于控制光学开关通路(OCS)内的光束透射的方法、系统和设备。特别地，光束注入器是可编程的，以选择性地照射单独光束，同时阻挡其它单独光束。例如，可以通过将电压施加到像素调制器(诸如硅上液晶空间光调制器(LCOS-SLM))上来阻挡单独光束。电压可以引起像素调制器转变为光束被阻挡的状态，诸如通过LCOS-SLM中液晶元件的旋转来实现。在这方面，可编程注入器可以电子阻挡光束，就像存在物理栅格板一样。但是，可以对注入器进行重新编程以阻挡不同的光束，而无需改变注入器中的其它物理部件的硬件。

图1图示了示例OCS 100。OCS 100包括支撑多个部件的结构，诸如底架110。在OCS底架110前方的是光纤连接，诸如光纤管理块120。OCS 100可诸如在中间还包括光学核心130。光学核心容纳MEMS 131、光纤准直器134、光学器件132、相机135、注入器136和其它机构133。OCS 100的后部包括电子器件150，诸如用于MEMS的高电压驱动器板152、一个或多个处理器161(诸如CPU板)、存储可执行软件的一个或多个存储器162、以及电源165和风扇模块166。底架110与OCS控制系统160介接。虽然示出了许多部件，但应理解的是，这些部件仅仅是非限制性示例，并且此外或可替代地，可以包括其它部件。

可以存在连接到OCS底架110的前部的任何数量的输入光纤和输出光纤。在底架110内部，这些光纤扇出装置绞接(spliced to)到光纤准直器134。

光纤准直器134是透镜光纤阵列。仅作为一个示例，光纤准直器134可包括数十或数百或更多个光纤。这些光纤被组装在匹配MEMS阵列栅格图案的孔阵列中，从而形成光纤阵列。孔阵列可由硅或其它材料制成。光纤阵列附接到安装凸缘。透镜阵列被对准并附接到光纤阵列。光纤和透镜位置误差受到非常严格的控制。

该一个或多个处理器161可以是任何常规处理器，诸如市售的微处理器。可替代地，该一个或多个处理器可以是专用装置，诸如专用集成电路(ASIC)或其它基于硬件的处理器。虽然图1在功能上图示了处理器、存储器和OCS控制系统160的其它元件处于相同相应框内，但本领域的一般技术人员应理解的是，处理器或存储器实际上可包括多个处理器或存储器，而这些处理器或存储器可存放在同一物理外壳内或可不存放在同一物理外壳内。类似地，存储器可以是位于不同于OCS控制系统160的外壳的外壳中的硬盘驱动器或其它存储介质。因此，对处理器或计算设备的引用应被理解为包括对可并行操作或可不并行操作的处理器或计算装置或存储器的集合的引用。

存储器162可存储能够由处理器161访问的信息，包括可由处理器161执行的指令163和数据164。存储器162可以是可操作以存储能够由处理器161访问的信息的存储器类型，包括非暂时性计算机可读介质，或者存储可借助于电子装置来读取的数据的其它介质，诸如，硬盘驱动器、存储卡、只读存储器(“ROM”)、随机存取存储器(“RAM”)、光盘以及其它可写和只读的存储器。本文所公开的主题可包括前述内容的不同组合，因而指令163和数据164的不同部分被存储在不同类型的介质上。

数据164可由处理器161根据指令163来检索、存储或修改。例如，虽然本公开不限于特定数据结构，但是数据164可存储在计算机寄存器中，数据164可作为具有多个不同字段和记录的表、XML文档或平面文件存储在关系数据库中。数据164也可按计算机可读格式来格式化，诸如但不限于二进制值、ASCII或Unicode。进一步仅举例来说，数据164可作为由像素构成的位图或用于绘制图形的计算机指令来存储，其中所述像素按压缩或未压缩的格式、或各种图像格式(例如，JPEG)、基于向量的格式(例如，SVG)存储。此外，数据164可包括足以识别相关信息的信息，诸如，数字、描述性文本、专有代码、指针、对存储在其它存储器(包括其它网络位置)中的数据的引用或者由函数使用以计算相关数据的信息。

指令163可被执行以选择性地激活或去激活光学通路开关的注入器内的特定像素调制器。这种激活或去激活可影响穿过注入器的单个光束的阻挡或传输。应理解的是，光学通路开关900可包括未示出但可用于指令163的执行中的其它部件。

图2A图示了示例MEMS反射镜240。MEMS反射镜240可以是约1mm大小，并具有高反射性。例如，MEMS反射镜240可涂有高反射性材料，诸如金。镜240包括内部部分242和外部部分244，其中内部部分能够围绕第一轴线旋转，并且外部部分能够围绕第二轴线旋转。例如，内部部分可围绕由梳状驱动致动器致动的内部扭力梁246旋转。外部部分可围绕由梳状驱动致动器致动的外部扭力梁248旋转。梳状驱动致动器可以是使反射镜围绕扭力梁旋转的高电压静电垂直梳状驱动装置。例如，当跨电极施加范围在数十伏特到数百伏特之间的电压时，旋转可以是约+/-1度到10度。

图2B图示了MEMS反射镜240的附加方面。图2B图示了MEMS反射镜240的形心，即，形心241。形心241可对应于MEMS反射镜240的质量中心。例如，当MEMS反射镜的密度均匀时，质量中心和形心241将处于同一位置。图2B还图示了第一旋转轴线243，诸如x轴。类似地，图2B图示了第二旋转轴线245，诸如y轴。MEMS反射镜围绕轴线243或轴线245的旋转可分别通过使扭力梁246或扭力梁248旋转来实现。通过致动附接到MEMS反射镜240的所有扭力梁，可以在垂直于由两条旋转轴线(即，轴线243和轴线245)形成的平面的方向上(诸如z轴)移动MEMS反射镜240。因此，MEMS反射镜可在至少三个独立方向上移动。MEMS反射镜在这三个独立方向上的移动也可被称为MEMS反射镜的翻倒、倾斜和活塞致动。MEMS反射镜的移动量可通过形心241相对于三个独立轴线(诸如x轴、y轴和z轴)的移动来跟踪。

在一些示例中，可能有必要调整一个或多个MEMS反射镜(诸如MEMS反射镜240)的定位。作为示例，MEMS反射镜可以被旋转就位。这会影响入射在经旋转的MEMS反射镜上的注入器光束的反射。这继而会影响从MEMS反射镜反射的注入器光束的视图，因为它会导致这些注入器光束跨越相机的视场移动。

在其它示例中，MEMS反射镜可以被“停驻”以将其从特定光束的光路中去除。停驻可通过将电压施加到能够移动MEMS反射镜的驱动器元件来实现。但是，停驻MEMS反射镜所需的高电压可能会通过电子部件上的较大应力和老化来损坏与MEMS反射镜相关联的驱动器元件，从而增大未来故障的可能性。下文论述了防止由不需要的光束所引起的干扰的附加方法和设备。

图3图示了包括MEMS反射镜的阵列240的示例管芯。根据一些示例，MEMS管芯封装包括MEMS反射镜阵列，但在其它示例中，可包括任何数目的MEMS反射镜。MEMS管芯可气密密封在封装内，其中在封装的盖中有窗口。不是所有的镜子都同时被需要或使用。例如，可以只选择MEMS反射镜阵列中的最好的反射镜和光纤阵列中的对应光纤来制造光学开关，该光学开关可分为许多端口+若干备用端口。

图4提供了包括在光学核心中的数据光路径和监视器光路径的示例。在数据路径470上，通信量(traffic)作为光输入进入到光纤准直器A中。数据路径470中的所有光学器件可被设计成在各种波长上具有非常低的损耗。光沿着此路径470行进，并从MEMSA反射，接着从MEMSB反射，然后耦合到输出光纤准直器B。MEMS A和MEMS B可以只是较大阵列的两个MEMS反射镜，诸如图3中所图示和上文所解释的。通过使阵列中的反射镜旋转，来自任何输入光纤的光可耦合到任何输出光纤。注入器将小激光束照射在MEMS上。相机对从MEMS反射的光束进行成像，以测量反射镜位置。

监控路径480不承载数据，但将关于反射镜位置的信息提供给反射镜控制系统。这可以使用例如注入器和相机来进行，其中该注入器将小光束照射在MEMS反射镜中的每一个反射镜上，该相机观察从MEMS反射的光束的位置。每个MEMS阵列可有一个相机/注入器对。

图5图示了示例反射镜控制环路。OCS控制系统160告诉OCS它应该呈什么配置。反射镜控制环路基于监控路径数据来处理MEMS反射镜控制和移动算法，并且然后告诉高电压驱动器移动反射镜。

图6A图示了注入器603的简化侧视图。注入器603可以包含或连接至激光器。激光器可以被包含在壳体内。任何合适的激光器都可以用作注入器603的光源以提供光子源。注入器603也可以包含反射性空间光相位调制器，以自由地调制光相位，诸如硅上液晶空间光调制器(LCOS-SLM)。注入器603还可以透射而不是反射地操作。通过穿过相位调制器，可以自由地控制激光的波阵面形状。注入器603还可以包含偏振分束器。偏振分束器可以将一个光源分成多个光束。例如，它可以使来自激光器的光分开。分束器可以被布置成，使得可以根据特定应用的需要来配置光束的几何形状或光的偏振。光束可以进一步通过穿过分束器和一个或多个透镜被准直。这些光束在图6中被图示为平行的虚线。LCOS-SLM可以是有源单元的矩阵，通过控制电压，有源单元的矩阵可以对撞击到特定单元上的光的相位进行差分调制。LCOS-SLM可以通过调制入射波阵面的波阵面的多个部分的相位以引起光的相位改变来改变该入射波阵面的波阵面。

图6A进一步示出了栅格板601。可以将栅格板601附接在注入器603的一端上，以修改或阻挡从注入器603发射的光子。仅作为一个可能的示例，栅格板可以包括400个0.5mm外径的单独孔，这些孔被蚀刻在沉积于玻璃板上的铬中。在其它示例中，栅格板可以包含任意整数单独孔，诸如在100至1000之间，其外径在0.1mm至1mm之间。本领域技术人员应明白的是，栅格板中的孔的数目和孔的尺寸可以变化。对栅格板601的其它修改是可能的。例如，可以基于上文讨论的MEMS反射镜的制作来阻挡某些孔，以防止光束透射通过栅格板并到达特定的MEMS反射镜上。例如，这可以通过在栅格板中的特定孔上使用环氧树脂(诸如图6中的环氧树脂602所示)来完成。但是，对栅格板(诸如，栅格板601)进行物理修改的实用性在更大的光学系统中受限，因为必须关闭该系统才能修改栅格板。

图6B是注入器600的视图。图6B图示了注入器一端处的可编程光束阻挡器700、分束器620、激光器630以及连接器640。连接器640可以连接到其它电子和软件控件，诸如OCS控制系统160。尽管在图6B中被图示为处于注入器600的一端上，但是可编程光束阻挡器700可以被放置在注入器600的其它位置处或合并在其它位置处。可编程光束阻挡器可以集成到OCS中，并控制来自注入器的特定光束的发射。其它透镜、光学设备或栅格板601也可以被包括在注入器600中。因此，可编程光束阻挡器700可以阻挡特定的光束，而其它光束穿过透镜和栅格板601。

如下文参考图7A至图7D进一步解释的，光束阻挡器700可以包括玻璃部、液晶部，以及反射或反射镜部。光束阻挡器700可以进一步包括多个像素调制器，其中，每个像素调制器都可以被单独地激活。例如，每个光束都可以被输入到对应的像素调制器，其中，像素调制器确定光束是否穿过以照射像素或者光束是否被阻挡。当光束到达光束阻挡器700的处于“off”状态的第一像素调制器时，该像素调制器允许光穿过。例如，光将穿过像素调制器，并从反射镜背面反弹，反向穿过分束器620，并沿着注入器600的长度行进。当光束到达光束阻挡器的被配置成“on”状态的第二像素调制器时，该像素调制器可以防止光从其中穿过。

在其它示例中，每个光束都可以是一个以上像素调制器的输入。换句话说，一个光束可以足够宽以成为多个像素调制器的输入。在该示例中，被光束照射的每个像素调制器都可以确定其接收的光束的一部分是否穿过其中。因而，例如，类似于上面的描述，当光束的一部分到达光束阻挡器的处于“off”状态的像素调制器处时，该像素调制器允许光穿过。

每个像素调制器都可以包括例如多个液晶单元。每个像素调制器都可以进一步包括开关，该开关可以用于将像素调制器在“off”状态和“on”状态之间转换，在该“off”状态下像素调制器透射光，在该“on”状态下像素调制器阻挡光。每个像素调制器也都可以具有“部分状态”或“灰度”状态，其中，像素可以改变透射通过特定像素的光的能量、相位或光量。LCOS像素的部分状态(在本文中也称为灰度状态、灰度缩放状态或灰度阻挡器)可以具有所接收的光的指定非零透射。由于光的强度发生变化(由于穿过灰度阻挡器的光的部分相变)，可能会发生灰度状态或灰度阻挡器，这可能对应于在“on”和“off”状态之间的特定液晶单元。在一些示例中，阻挡器的灰度状态可以几乎是连续的，而在其它示例中，阻挡器的灰度状态取决于所施加的电压。像素内的偏振旋转可以用于将相位调制转换为强度调制，从而控制像素的“on”、“off”和“灰度”状态。

可以通过经由连接器640发送指令或电信号来控制单独像素的“on”和“off”状态或“部分”状态，其中连接器640与光束阻挡器700电耦合。当像素调制器例如从“off”状态转换到“on”状态时，像素调制器中的所述多个液晶单元可以将相位改变为阻挡光的相位状态。类似地，当像素调制器转换为“灰度”状态时，可以控制透射通过该单独像素的光量。

像素调制器可以共同地用于光束整形。光束整形可以用于提供特定的光束轮廓，以便降低高注量峰。在一些示例中，可以通过使用电子器件来进行光束整形，从而产生可以呈现特定形状的透射轮廓。例如，可以为透射的光束产生高斯光束轮廓。高斯光束轮廓或其它光束轮廓可以是在二维平面中的能量或强度分布。在一些示例中，光束轮廓可以是任何任意的二维概率分布或具有变化的强度水平或能量水平的任何任意形状。整个光束空间形状可以由像素调制器指定和实现，以确保强度(或灰度)水平、阻挡位置和正被透射的光的形状符合特定的期望分布。通过使用部分状态或灰度阻挡器，关于由光波形成的干涉图案而言，可以实现某些优点，诸如参考图7F所述的那些优点。

激光器630可以是任何合适的功率和波长的激光器。图6B还图示了未标记的线，表示在激光器630处产生的光束所采取的路径。光束可以在击中偏振分束器时被偏振。光束的被偏振的一部分将被透射到光束阻挡器700。

分束器620可以是偏振分束器，以将从光束阻挡器700反射的光分束成反射的S偏振光和透射的P偏振光。分束器620可以是例如由薄平板玻璃组成的平板分束器，其中该薄平板玻璃已经被涂布在一个表面上。

光束阻挡器700可以用于透射或反射模式。光束阻挡器700可以是完全可编程的，因为它可以允许根据需要打开和关闭单独细光束，或根据需要打开和关闭尺寸小于单独细光束的单独像素单元。因而，光束阻挡器700可以精细地控制光束的形状和透射。另外，光束阻挡器700可以在信息上与OCS的其它部分连接。例如，OCS控制器可以将从光束阻挡器接收到的信息，与从相机接收到的信息或从相机捕捉的图像中得出的信息进行比较。因而，OCS控制器可以检查光束阻挡器700的功效或其操作中的任何故障。类似地，如上所述，OCS控制器可以将由相机捕捉的图像与来自光束阻挡器700的信息进行比较，以确定哪些光束将被阻挡。当在注入器内使用时，光束阻挡器700可以控制从注入器发射哪些光束，以提供更大的精细度和对单独光束的控制。因而，光束阻挡器700可以与上述系统和设备结合使用，以防止光束到达指定的MEMS反射镜，并且消除驻停指定反射镜的需要。另外，由于光束阻挡器700是完全可编程的，并且可以获得对光束的精细控制，因此光束阻挡器700可以实现对OCS开关和单独MEMS反射镜的更快且更好的校准。另外，由光束阻挡器700执行的阻挡不是永久的，因为液晶材料的光学特性可以通过向该材料施加或移除电压来修改。

通过完全可编程，注入器600可以有助于通过算法方法得出有关OCS的附加信息。算法可以使用从注入器600发射的光束的路径和特性产生的信息。注入器600可以进一步通过连接器640与光学通信系统控制进行数据通信。光学通信系统控制系统可以从光学控制系统的多个部分接收信息。OCS通过使用反射镜和光束以高效的方式传输非常大量的数据。因而，与系统功效和配置有关的信息(诸如MEMS反射镜阵列)可以有效地操作OCS。因而，如下文进一步解释的，通过使用可编程注入器产生的信息可以用于得出关于OCS的更精细的信息。作为一个示例，注入器600可以通过阻挡其它光束而将单个光束照射到MEMS阵列中的单个反射镜上，从而通过OCS控制系统捕捉或产生与该反射镜有关的信息。例如，可以为每个反射镜重复该过程。在其它示例中，可以产生光束以更精细地测试MEMS反射镜阵列的功效。该信息可以通过算法用于自动地将信息重新路由到响应性更好或条件更好的反射镜。

图7A至图7F大致更详细地图示了光束阻挡器700的各个方面。在图7A至图7D中还图示了笛卡尔坐标，以图示光束阻挡器700的各个方面，如下文更全面地说明的。在说明性附图之间使用笛卡尔坐标，以从各个视角表示光束阻挡器700的各个方面。

图7A图示了可编程的光束阻挡器700的前视图。光束阻挡器700可以由单元阵列制成，每个单元都包括基于反射硅上液晶(LCOS)显示器的空间光调制器(SLM)。光束阻挡器700可以由栅格状图案的任何数目的单元制成，诸如单元710或单元720。在示例中，单元的数目可以等于准直光束的数目。在其它示例中，对于每个准直的注入器光束可以有多个单元。例如，对于每个准直的注入器光束，可以有固定数目的多个单元，这些单元的数目又可以对应于MEMS反射镜的数目。单元的栅格可以通过公共电极电连接，如下文进一步解释的。在其它示例中，单元可以每个像素都具有单独的阴极和阳极或独立的电路。

图7B图示了单独单元710的示意性截面图。单独单元可以包括玻璃板711、单元栅格所共用的电极(诸如公共电极712)、液晶层或材料(诸如液晶713)、像素反射镜(诸如反射镜714)以及硅晶片或硅层(诸如硅层715)。玻璃板711、电极712、液晶713以及反射镜714都可以与MEMS反射镜或光束的宽度具有相同量级的尺寸。例如，部件可以是毫米或微米级的。玻璃板711可以是任何合适的玻璃材料以包围其它材料。玻璃板711可以是所有单元共用的，或者是每个单元的单独玻璃片。公共电极可以是所有单元的公共电极，诸如栅极、源极或漏极，或由合适的导电材料制成的任何其它电部件。液晶713可以基于OCS系统的性能特征和时间响应要求，由已知液晶材料类别中的任何合适的液晶材料制成。反射镜714可以是任何合适的反射材料，以确保反射镜形状的一致性，同时保持一定的反射率。作为示例，可以将高纯度的铝层用作反射镜。硅层715可以由任何合适的材料制成，并且进一步在其上包含或已经在其上蚀刻、图案化、溅射或以其它方式层叠了合适材料以实现下文所述的功能。在一个示例中，硅层715可以是互补金属氧化物半导体层。在其它示例中，半导体层可以来自金属氧化物半导体场效应晶体管制造过程。这些层中可以存在合适的间距和几何形状，以确保下文所述的功能。

如图7B中所图示的，在公共电极712、反射镜714以及硅层715之间可以存在空间或间隙。在图7B中还表示了入射光线(光线716)和反射光线(光线717)。入射光线(光线716)从反射镜714反射以形成反射光线(光线717)。公共电极712、反射镜714以及硅晶片715之间的空间可以包含电子器件和电路，以通过液晶713启用或禁用单独的单元，如下文解释的那样。液晶材料可以是手性向列型的，其中，相变与液晶定向的改变相关联。取决于光束阻挡器是否处于活动状态，光线717可以通过改变其相位并进而继而改变其偏振或通过减小其强度而被阻挡。

图7C和图7D图示了光束阻挡器700的附加方面。虽然图7C和图7D图示了其中光束阻挡器700通过相位调制操作的一个示例，但是可能存在其它实施方式。例如，光束阻挡器700可以被配置成调制光束的强度。在又其它示例中，光束阻挡器可以被配置成同时调制光束的相位和光束的强度两者。在其它示例中，光束阻挡器可以与滤光片(诸如偏振滤光片)组合，以阻挡已经被相位调制的光。例如，可以使用偏振滤光片来将相位调制转换成强度调制。

图7C是在未将电压施加至液晶时，光束阻挡器700的单独单元的电路的示意图。图示图7C以表示沿着x-y平面截取的单独单元的截面图。以平行的虚线图示的是液晶材料，诸如液晶713。开关720以及相关电路可以由任何合适的制作技术制成。开关720的示例包括但不限于功率二极管、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、双极结型晶体管、绝缘栅双极型晶体管、晶闸管。

图7C中也图示了开关720和入射光束715-I以及反射光束715-R。在其中光束阻挡器700使用相位调制的一些示例中，入射光束715-I和反射光束715-R可以是相同相位。在其中光束阻挡器使用强度调制的其它示例中，入射光束715-I和反射光束715-R可以是相同强度。当未将电压施加到液晶时，诸如当开关未连接并且电路处于off位置时，液晶713以允许光束穿过其透射的方式布置。

图7D是当将电压施加到液晶时的单独单元的电路的示意图。以平行的虚线图示的是液晶材料，诸如液晶713。当液晶材料中存在特定电压时，在液晶材料中会发生相移。液晶材料在存在电压的情况下经历相移，因而当开关720闭合并且电路完成时具有不同的光学特性。在经受电压时，液晶的“极性”旋转，然后防止光穿过其透射。液晶的这种旋转可以由电压的施加所引起的电磁效应引起。因而，单独单元可以防止光束穿过其透射。图7D中图示了入射光束715-I。在一些示例中，由于液晶713的偏振，可能没有反射的光束。在其中光束阻挡器700使用相位调制的其它示例中，从714反射的任何光都可以具有与光束715-I的相位不同的相位。通过使用偏振滤光片，该相移可以用于阻挡任何光离开该单元。在其它示例中，光束阻挡器700可以使用强度调制从而使得没有光离开该单元。

虽然已经参考图7A至图7E给出了液晶材料的示例，但是可以使用其它材料和过程来组成光束阻挡器700。在其它示例中，可以使用其它材料，诸如纳米材料、晶体金属、热致液晶、温度依赖材料或记忆材料来阻挡光子的透射或允许光子的透射。

图7E图示了光束阻挡器700和被相机捕捉的图像750的另一视图，图像750对应于被光束阻挡器700阻挡的光束。图7E图示了单元的栅格，其中，“变暗”的单元对应于被配置成阻挡光束的那些单元，而亮单元对应于意图允许光束透射的那些单元。图像750图示了被相机捕捉的图像750。图像750以白色星号图示了由相机捕捉的光束。在一些示例中，相机可以是以下相机，该相机包含与光束阻挡器中的单元相同布置的光电检测器。例如，如果光束阻挡器是10x10的栅格，则相机也可以包含10x10的光电检测器阵列。在其它示例中，可以将相机设计或选择成具有大视场，诸如40mm x 40mm。在该示例中，相机视场内的任何光线都将被成像到相机传感器上。由于成像光学器件以及CMOS传感器像素的数目、大小以及布置可能与LCOS像素大小任意不同，因此CMOS传感器像素大小不必与LCOS像素大小相匹配。例如，CMOS传感器可以包含的像素数目是LCOS像素中包含的那些像素数目的许多倍，以使得能够捕捉高精度图像，该高精度图像可以反映经由光束阻挡器700透射的光束的形状、轮廓以及其它特性。例如，参考图7F可以看出这样的样本图像。应理解的是，相机的其它配置也是可能的。图像750上的白色星号对应于穿过了光束阻挡器700的光束，而暗光斑对应于被阻挡的光束。

根据一些示例，在无需物理修改OCS系统配置的情况下，与OCS控制相关的相机可以使用所捕捉的图像来实现MEMS反射镜阵列的校准，切换被透射或阻挡的光束或测试整个OCS系统。作为示例，如果图像750上的预期图案与光束阻挡器700的已知配置之间存在矛盾，则可以推断出MEMS反射镜阵列已经发生故障。可以从相机所接收并在图像中捕捉的其它信息(诸如所捕捉的光束的强度、散布、焦点或角度)得出其它算法和测试。

图7F图示了接近LCOS拍摄的光束以及相机拍摄的那些光束的各个方面。图7F图示了在光束阻挡器700处或附近拍摄的强度图780A和790A，以及由相机作为图像拍摄的强度图780B和790B。图7F还图示了对应于图780A的“x”轴上的图781A和“y”轴上的图782A。这些图示出了任何位置处的能量的量，以灰度反映了每个图的在x-y栅格上的各个位置处的光的强度，其中，“白色”为最高能量强度，黑色为最低能量强度。图780A图示了在光束阻挡器附近的2mm x 2mm栅格上捕捉的光束的形状。780B图示了在对应于图780A的相机处，在图像中捕捉的光的强度。还图示了分别图示能量的x和y强度的图781B和782B。图780A使用“方光束”形成强度光斑，该强度光斑引起在图780B、781B和782B中反射的衍射尖峰。在781B和782B中发现不规则和噪声信号，这会使接收到的光信号劣化。此外，781B和782B的中心部分反映了由于使用“正方形”或“矩形”信号所引起的衍射。

图7F还图示了具有对应图791A和792A的图790A，以及具有对应图791B和792B的图790B。图790A图示了在光束阻挡器附近的2mm x 2mm栅格上或附近捕捉的光束的形状，其中，光束大致为高斯分布。与780B相比，790B示出了光束的峰值被更清晰地界定，并且由于光的衍射较低，因此接收到的信号噪声也较低。

图8示出了可编程地阻挡光学通路开关中的单独光束的示例方法800的流程图。虽然下面以特定顺序描述方法800，但是应理解的是，这些操作可以按不同的顺序或者同时执行。此外，可以添加或省略多个操作。

在框805处，多个像素调制器中的第一像素调制器可以被配置成处于off状态。例如，在off状态下，没有电压被施加到像素调制器。作为一个示例，在第一像素调制器包括LCOS-SLM的情况下，LCOS-SLM的液晶单元可以处于水平定向。但是，液晶可以处于任何定向角度范围内，以在透射的光中产生期望的相位变化或强度变化。在一些示例中，定向可以是使第一像素调制器处于off状态的任意定向。

在框810处，该多个像素调制器中的第二像素调制器可以被配置成处于on状态。例如，可以将电压施加到第二像素调制器以将其激活。在其中第二像素调制器包括LCOS-SLM的“on”状态下，液晶单元可以垂直定向或处于允许光穿过的另一定向。应理解的是，在光学通路开关中可以包括附加的像素调制器，其中，每个像素调制器都可以被单独地配置成“on”状态或“off”状态。类似地，在该步骤中，像素调制器也可以转到或被配置成任何灰度状态，与“on”状态相比，这会改变光的相位并仅允许一部分光穿过并降低光的强度。

在框815处，在第一像素调制器处接收第一光束。在框820处，接收到的光束透射通过第一像素调制器。

在框825处，在第二像素调制器处接收第二光束。在框830处，接收到的光束被第二像素调制器阻挡。

在框835处，图像可以被相机捕捉。图像可以对应于被阻挡和未阻挡的光束。例如，图像可以包括至少一个光斑，该至少一个光斑对应于在框820中透射通过第一像素调制器的光束。图像可以进一步包括至少一个暗光斑，该至少一个暗光斑对应于框830的被阻挡的光。被该多个像素调制器透射或阻挡的每个光束都可以被相机图像表示为亮光斑或暗光斑，这取决于光束是由相应的像素调制器透射还是阻挡。

在框840处，第一像素调制器或第二像素调制器中的至少一个像素调制器可以被重新编程。例如，在框845处，可以改变通过第一像素调制器或第二像素调制器中的至少一个像素调制器施加到像素的电压。例如，可以通过对第一像素调制器施加电压而将该第一像素调制器切换到“on”状态。作为另一示例，第二像素调制器可以通过停止施加电压而切换到“off”状态。

根据一些示例方法，可以评估OCS系统的各个方面。例如，可以基于在相机捕捉的信息和与光束阻挡器的功能有关的信息之间的算法比较来实现光束阻挡器的功能。作为另一示例，可以通过比较至少由相机接收或从相机捕捉的信息来评估MEMS反射镜或MEMS反射镜控制器的操作。

虽然本说明书含有许多具体实施细节，但这些不应被解释为对可要求保护的范围的限制，而是被解释为对特定实施方案特有的特征的描述。在独立实施方案的上下文中描述在本说明书中的某些特征也可在单个实施方案中组合地实施。相反，在单个实施方案的上下文中描述的各种特征也可独立地或以任何适当子组合实施在多个实施方案中。此外，虽然特征可在上文中被描述为以某些组合起作用，并且甚至最初如此要求保护，但在一些情况下，来自所要求保护的组合的一个或多个特征可从该组合删除，并且所要求保护的组合可针对子组合或子组合的变化。

类似地，虽然在附图中以特定次序描述操作，但这不应被理解为要求以所示出的特定次序或以顺序次序执行这些操作或者要求执行所有所图示的操作以获得期望结果。在某些情况下，多任务和并行处理可以是有利的。此外，在上述实施方式中的各种系统部件的分离不应被理解为在所有实施方式中都需要这种分离，并且应当理解的是，所描述的程序部件和系统通常可以集成在单个软件产品中或打包成多种软件产品。

对“或”的引用可被解释为包括性的，以使得使用“或”描述的任何术语可指示所描述的术语中的单个、一个以上以及全部中的任一个。标记“第一”、“第二”、“第三”等未必意味着指示排序，并且通常仅用于区分类似或相似的项目或元素。

对本公开中所述的实施方案的各种改型可对于本领域的技术人员来说是容易清楚的，并且本文所定义的一般原理可应用到其它实施方案而不脱离本公开的精神或范围。因此，权利要求书不希望限于本文所示的实施方案，而是符合与本文所公开的公开内容、原理和新颖特征一致的最宽范围。

Claims

1.一种可编程光束注入器，包括：

光源，所述光源适于产生光束；

分束器，所述分束器被配置成接收来自所述光源的所述光束，并使所接收的光束偏振；

光束阻挡器，所述光束阻挡器从所述分束器接收所述偏振光束、且包括多个像素调制器，其中，每个像素调制器都包括多个液晶单元，其中，每个像素调制器都能够在off状态和on状态之间独立操作，在所述off状态下所述光穿过所述像素调制器，在所述on状态下光被阻挡。

2.根据权利要求1所述的可编程光束注入器，其中，所述可编程光束注入器进一步包括数据连接器，所述数据连接器被配置成发送和接收数据，并且所述数据连接器与光学开关通路控件介接。

3.根据权利要求2所述的可编程光束注入器，其中，所述可编程光束注入器被配置成至少基于从相机产生的图像从所述光学开关通路控件接收关于其操作的信息，所述相机从所述可编程光束注入器接收光束。

4.根据权利要求1所述的可编程光束注入器，其中，所述多个像素调制器的数目对应于在光学开关通路中使用的MEMS反射镜的数目。

5.根据权利要求1所述的可编程光束注入器，其中：

每个像素调制器能够在部分状态下操作，在所述部分状态下仅一部分光穿过所述光束阻挡器；并且

所述光束阻挡器用于对所接收的偏振光束整形以符合光束轮廓。

6.根据权利要求1所述的可编程光束注入器，其中，所述可编程光束注入器通过对所接收的光束的相位进行调制从而阻挡光束。

7.根据权利要求1所述的可编程光束注入器，其中，所述可编程光束注入器通过对所接收的光束的强度进行调制从而阻挡光束。

8.一种光学开关通路，包括：

微机电系统(MEMS)反射镜，所述MEMS反射镜被配置成接收光束；

相机，所述相机被配置成捕捉所述光束；

光纤准直器；以及

可编程光束注入器，所述可编程光束注入器包括：

光源，所述光源适于产生所述光束；

分束器，所述分束器被配置成使来自所述光源的所述光束偏振；

光束阻挡器，所述光束阻挡器包括：

多个像素调制器，其中，每个像素调制器都包括多个液晶单元，其中，每个像素调制器都能够在off状态和on状态之间独立操作，在所述off状态下所述光穿过，在所述on状态下光被阻挡。

9.根据权利要求8所述的光学开关通路，其中，所述可编程光束注入器进一步包括数据连接器。

10.根据权利要求9所述的光学开关通路，其中，所述数据连接器被配置成与光学控制开关控制器数据通信。

11.根据权利要求9所述的光学开关通路，其中，所述可编程光束注入器基于算法接收指令，所述算法采用至少来自所述相机和所述MEMS反射镜的输入信息。

12.根据权利要求8所述的光学开关通路，其中，每个单元进一步包括偏振滤光片层。

13.一种在光学开关通路中选择性地阻挡由光源产生的光束的方法，所述方法包括：

将多个像素调制器中的第一像素调制器配置成off状态，其中，电压未被施加到所述第一像素调制器；

将所述多个像素调制器中的第二像素调制器配置成on状态，其中，电压被施加到所述第二像素调制器；

在所述第一像素调制器处接收第一光束；

使所接收的光束透射通过所述第一像素调制器；

在所述第二像素调制器处接收第二光束；以及

由所述第二像素调制器阻挡所述第二光束。

14.根据权利要求13所述的方法，进一步包括由相机捕捉图像，其中，所述图像以暗光斑表示受阻挡的光束并以亮光斑表示未受阻挡的光束。

15.根据权利要求13所述的方法，进一步包括对所述第一像素调制器和所述第二像素调制器中的至少一个像素调制器进行重新编程。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，对所述第一像素调制器和所述第二像素调制器中的所述至少一个像素调制器进行重新编程包括：改变施加到所述至少一个像素调制器的电压，使得由于所施加电压的改变，导致所述至少一个像素调制器转变到不同的状态。

17.根据权利要求13所述的方法，进一步包括在OCS控制器处将从所捕捉的图像生成的信息与关于所述多个像素调制器的信息进行比较。

18.根据权利要求17所述的方法，进一步包括当从所捕捉的图像生成的信息指示光束的参数低于某个阈值时，对于对应于所述光束的像素调制器自动重新编程。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，测得的参数是所述光束的强度。

20.根据权利要求17所述的方法，进一步包括基于来自光学控制开关控制器的信息，对第二像素调制器进行自动重新编程，以透射先前被阻挡的光束。

21.根据权利要求13所述的方法，进一步包括在OCS控制器处基于从所捕捉的图像生成的信息、与所述多个像素调制器有关的信息以及从所述MEMS控制器接收的信息，来评估在所述光学开关通路中使用的MEMS反射镜阵列或MEMS控制器中的故障。