CN1438518A - 用于光学切换的方法和设备 - Google Patents

用于光学切换的方法和设备

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Abstract

一种光学开关，包括一个第一端口、一个第二端口、一个第一元件组、一个第二元件组、及一个切换元件组。切换元件组包括：一个反射器；一个偏振光分束器，联接到反射器上；和一个偏振开关，联接到偏振光分束器上。第一元件组联接在第一端口与开关元件组中的反射器之间。第二元件组联接在第二端口与开关元件组中的偏振光分束器之间。

Description

用于光学切换的方法和设备
本发明一般涉及光学技术。
发明背景
2×2光学开关是一种在两个输入端口与输出端口之间提供切换的光学元件。到达一个给定输入端口处的光学信号依据光学开关的状态传输到输出端口之一。2×2光学开关能配置在由一个外部控制信号控制的两种可能状态之一下。在第一状态下，把从在第一输入端口处的一根第一输入光学纤维接收的光学信号传输到一个又联接到一根第一输出光学纤维上的第一输出端口。另外，从在第二输入端口处的一根第二输入光学纤维接收的光学信号传输到一个又联接到一根第二输出光学纤维上的第二输出端口。在第二状态下，从第一输入光学纤维提供的光学信号传输到第二输出光学纤维，而从第二输入光学纤维提供的光学信号传输到第一输出光学纤维。2×2光学开关广泛地用在通信设备中，并且要求可靠、紧凑、及具有跨过不同操作状态的硬特性。
本发明概述
在一个方面，本发明提供一种光学开关。一个第一端口接收一个光学输入并且产生一个光学输出。一个第二端口接收一个光学输入，并且产生一个光学输出。一个切换元件组包括一个偏振开关。一个第一元件组联接在第一端口与开关元件组之间。一个第二元件组联接在第二端口与开关元件组之间。当使偏振开关禁止时，开关元件组把离开第一元件组具有第一选择偏振的两个光束，转换成重新进入第一元件组具有第一选择偏振的两个光束，而把离开第二元件组具有第二选择偏振的两个光束，转换成重新进入第二元件组具有第二选择偏振的两个光束。当使偏振开关使能时，开关元件组把离开第一元件组具有第一选择偏振的两个光束，转换成重新进入第二元件组具有第二选择偏振的两个光束，而把离开第二元件组具有第二选择偏振的两个光束，转换成重新进入第一元件组具有第一选择偏振的两个光束。
在另一个方面，本发明提供一种光学开关。一个第一端口接收一个光学输入，并且产生一个光学输出。一个第二端口接收一个光学输入，并且产生一个光学输出。一个切换元件组包括：一个反射器；一个偏振光分束器，联接到反射器上；及一个偏振开关，联接到偏振光分束器上。一个第一元件组联接在第一端口与在开关元件组中的反射器之间。一个第二元件组联接在第二端口与在开关元件组中的偏振光分束器之间。
在另一个方面，本发明提供一种光学开关。一个第一端口接收一个光学输入，并且产生一个光学输出。一个第二端口接收一个光学输入，并且产生一个光学输出。一个切换元件组包括：一个反射器；一个偏振光分束器，联接到反射器上；及一个偏振开关，联接到偏振光分束器上。一个第一元件组包括：一种第一双折射材料，联接到第一端口上；一个结构半波片，联接到第一双折射材料上；一种第二双折射材料，联接到结构半波片上；及一个偏振元件子组。偏振元件子组包括一个联接到一个法拉第旋转器上的半波片。偏振元件组联接在第二双折射材料与在切换元件组中的反射器之间。一个第二元件组包括：一种第一双折射材料，联接到第二端口上；一个结构半波片，联接到第一双折射材料上；一种第二双折射材料，联接到结构半波片上；及一个偏振元件子组。偏振元件子组包括一个联接到一个法拉第旋转器上的半波片。偏振元件组联接在第二双折射材料与在切换元件组中的偏振光分束器之间。
在另一个方面，本发明提供一种光学开关。一个第一端口接收一个光学输入，并且产生一个光学输出。一个第二端口接收一个光学输入，并且产生一个光学输出。一个切换元件组包括：一个反射器；一个偏振光分束器，联接到反射器上；及一个偏振开关；联接到偏振光分束器上。一个第一元件组联接在第一端口与在开关元件组中的反射器之间，并且包括一个非对称装置。一个第二元件组联接在第二端口与在开关元件组中的偏振光分束器之间，并且包括一个非对称装置。当光束往返通过各元件组时，非对称装置的每一个允许光束沿在各元件组中的不同路径传播。
在另一个方面，本发明提供一种光学元件。光学元件包括：一种第一双折射材料；一个第一结构半波片，联接到第一双折射材料上；一种第二双折射材料，联接到第一结构半波片上；一个第二半波片，联接到第二双折射材料上；及一个法拉第旋转器，联接到第二半波片上。
在另一个方面，本发明提供一种光学元件组。光学元件组包括：一种第一双折射材料；一个结构半波片，联接到第一双折射材料上；一种第二双折射材料，联接到结构半波片上；一个法拉第旋转器，联接到第二双折射材料上；及一个半波片，联接到法拉第旋转器上。
本发明的方面能包括如下优点的一个或多个。本发明提供一种带有两个光学端口的容易制造的2×2光学开关，从而在一个端口处引入的光学信号能返回到相同光学端口或不同光学端口。根据附图和下面的描述，其它优点是显而易见的。
附图的简要描述
图1表明一种2×2光学开关。
图2a表明当使偏振开关禁止时对于在端口1处引入的光学输入通过图1的开关的光学路径。
图2b表明当使偏振开关禁止时对于在端口2处引入的光学输入通过图1的开关的光学路径。
图3a表明当使偏振开关使能时对于在端口1处引入的光学输入通过图1的开关的光学路径。
图3b表明当使偏振开关使能时对于在端口2处引入的光学输入通过图1的开关的光学路径。
图4表示包括一个滤波器的一种光学开关的一种实施。
图5a和图5b示意表示由在图4的光学开关的端口100和端口200处引入的光传播过的光学路径。
本发明的详细描述
本发明涉及光学技术的一种改进。呈现如下描述以使熟悉本专业的技术人员能够实现和使用本发明，并且提供在专利申请和其要求的上下文中。对于本发明的各种修改对于熟悉本专业的普通技术人员是显而易见的，并且这里的一般原理可以应用于其它实施例。因而，不打算把本发明限于表示的实施例，但要符合与这里描述的原理和特征相一致的最宽广范围。
按照带有具有特定配置的特定元件的一种2×2光学开关，描述本发明。类似地，按照具有诸如在元件之间的距离或角度之类的特定关系的2×2光学开关，描述本发明。然而，熟悉本专业的普通技术人员容易认识到，对于具有类似性质的其它元件、其它配置、及在元件之间的其它关系，这种方法和系统将有效地操作。
现在参照图1，表示一种2×2光学开关1000的一种实施的立体图。2×2光学开关1000包括两个端口，一个端口100和一个端口200。端口100联接到一根第一纤维(未表示)上，并且是操作的以接收和传输光学信号。端口200联接到一根第二纤维(未表示)上，并且是操作的以接收和传输光学信号。对于由施加到光学开关上的一个控制信号确定的两种可能性，配置2×2光学开关1000：(1)当控制信号不存在时，在一个端口(例如端口100)处接收的光学信号将传输回相同端口(例如端口100)；(2)当控制信号存在时，在一个端口(例如端口100)处接收的光学信号将传输回另一个端口(例如端口200)。
为了说明容易，把包括在2×2光学开关1000中的元件划分成三个元件组：元件组10，一般涉及端口100；元件组20，一般涉及端口200；及元件组30，一般涉及用来在端口之间切换的元件(例如，在端口100与200之间)。
元件组10包括端口100、光楔110、双折射材料120、相位补偿材料122、结构半波偏振片(“HWP”)130、双折射材料140、HWP 150、及法拉第旋转器160。端口100进一步包括一个准直仪(未表示)。
元件组20与元件组10非常类似，并且包括端口200、光楔210、双折射材料220、相位补偿材料222、结构HWP 230、双折射材料240、HWP 250、及法拉第旋转器260。端口200进一步包括一个准直仪(未表示)。
元件组30包括反射器310、偏振光分束器(“PBS”)320、及偏振开关300。在一种实施中，偏振开关300包括一个反射镜308、和一个夹持在透明导体板301与302之间的液晶盒305。
光束可以进入在元件组10或元件组20中一个给定元件的四个区域之一。四个区域标为象限I、II、III、IV，如图1中所示。也表示x和y方向。正z方向沿着在端口100或200处引入的光束的传播方向。
图2a和2b分别表明当使偏振开关禁止时由在端口1处和端口2处引入的光学信号通过的光学路径。图3a和3b分别表明当使偏振开关使能时由在端口1处和端口2处引入的光学信号通过的光学路径。
A.元件组10
参照图1，元件组10完成两个功能：(1)一个进入端口100的输入光束将分裂成具有x偏振的两个光束，并且在正z方向分别离开法拉第旋转器160的象限I和II；(2)具有x偏振、在负z方向进入法拉第旋转器160的象限I和II的两个光束，在通过元件组10之后将合并，并且作为一个输出光束离开端口100。
在端口100处引入的输入光一般在y方向由一个准直仪(未表示)反射。光束在y方向反射之后由光楔110校正以便一般在z方向传播。校正光束进入又折射材料120的象限II。在进入双折射材料120之前光束的偏振在图2a中由符号112表示。
输入到一个端口的光学信号典型地随机偏振。光学信号能分解成两个分量，具有每个彼此正交和与传播方向正交的偏振状态(SOP)。两个分量称作“o”和“e”射线。因而，一个输入光学信号能分解成具有第一偏振的第一部分和具有第二偏振的第二部分。双折射材料120是一个用来把在z方向传播的光分解成第一和第二部分、和当在负z方向传播时结合具有第一和第二偏振的两个部分的位移单元。
双折射材料120以这样一种方式建造和取向，从而在z方向传播具有y偏振的光束不反射地穿过双折射材料120，而在z方向传播具有x偏振的光束在x方向反射。因而，双折射材料120按照其相应偏振分裂或结合光束，如下面将讨论的那样。假定在输入上接收的光是随机偏振的。从光楔110接收的具有y偏振的光束，通过双折射材料120和相位补偿材料122，并且进入结构HWP 130的象限II。从光楔110接收的具有x偏振的光束由双折射材料120在x方向反射，并且进入结构HWP 130的象限I。在进入结构HWP 130之前的光束的偏振由在图2a中的符号123代表。
结构HWP 130以这样一种方式设计，穿过结构HWP 130的象限II和IV的光束的偏振将转动90度，并且穿过结构HWP 130的象限I或III的光束的偏振将不变。从双折射材料120的象限I接收的具有x偏振的光束穿过结构HWP 130，并且直接以x偏振进入双折射材料140的象限I。从双折射材料120的象限II接收的具有y偏振的光束穿过结构HWP 130，并且以x偏振进入双折射材料140的象限II。在进入双折射材料140之前的光束的偏振由在图2a中的符号134代表。
双折射材料140具有与双折射材料120类似的构造。双折射材料140是一个以这样一种方式构造的位移装置，从而具有x偏振的光束不反射地穿过双折射材料140，而反射具有y偏振穿过材料140的光束。更具体地说，具有y偏振在负z方向传播穿过材料140的光束在负y方向反射。从结构HWP 130接收的具有x偏振的两个光束不反射地穿过双折射材料140，并且分别进入HWP 150的象限I和II。进入HWP 150之前的光束的偏振由在图2a中的符号145代表。
HWP 150以这样一种方式构造，从而在z方向传播的光束的偏振相对于正z轴转动-45度，而在负z方向传播的光束相对于正z轴转动+45度。从双折射材料140接收的两个光束，在分别穿过HWP 150的象限I和II之后，从x偏振向x-y偏振变化，并且分别进入法拉第旋转器160的象限I和II。进入法拉第旋转器160之前的光束的偏振由在图2a中的符号156代表。
法拉第旋转器160以这样一种方式构造，从而在z方向传播的光束的偏振相对于正z轴转动+45度，而在负z方向传播的光束相对于正z轴转动+45度。HWP 150接收的两个光束，在分别穿过法拉第旋转器160的象限I和II之后，从x-y偏振向x偏振变化，并且分别进入反射器310的象限I和II。进入反射器310之前的光束的偏振由在图2a中的符号167代表。
在端口100处接收的光在穿过在元件组10中的所有元件之后，分裂成两个光束。两个光束分别存在法拉第旋转器160的象限I和II。
HWP 150是一个往复装置。往返穿过HWP 150(即，在正z方向穿过HWP 150、然后由一个平面镜反射、及再次在负z方向返回穿过HWP 150)的光束的偏振不变。法拉第旋转器160是一个非往复装置。往返穿过法拉第旋转器160的光束(即，在正z方向穿过法拉第旋转器160、然后由一个平面镜反射、及再次在负z方向返回穿过法拉第旋转器160的光束)的偏振改变(例如转动总共90度)。
因为元件组10包括一个非往复装置-法拉第旋转器160，所以在z方向离开法拉第旋转器160的两个光束，当由一个平面镜反射回进入法拉第旋转器160时，跟随在负z方向上与在z方向上穿过的光学路径不同的光学路径。例如，在负z方向上传播进入法拉第旋转器160的两个光束，在穿过在元件组10中的所有元件之后，最终合并并且作为一个输出光束存在于端口110。更具体地说，具有x偏振的两个光束，在负z方向上分别穿过法拉第旋转器160的象限I和II之后，成为具有x+y偏振的两个光束。两个光束分别进入HWP 150的象限I和II。进入HWP 150之前的光束的偏振由在图2a中的符号165代表。
在负z方向分别穿过HWP 150的象限I和II具有x+y偏振的两个光束，产生具有y偏振的两个光束。具有y偏振的两个光束分别进入双折射材料140的象限I和II。在进入双折射材料140之前的光束的偏振由在图2a中的符号154代表。
具有y偏振、在负z方向传播的两个光束，在穿过双折射材料140之后，在负y方向反射，并且分别进入结构HWP 130的象限III和IV。在进入结构HWP 130之前的光束的偏振由在图2a中的符号143代表。
一个光束，在穿过结构HWP 130的象限III之后，以y偏振进入双折射材料140的象限III。另一个光束，在穿过结构HWP 130的象限IV之后，以x偏振进入双折射材料120的象限IV。在进入双折射材料120之前的光束的偏振由在图2a中的符号132代表。
具有y偏振的光束，在穿过相位补偿器122之后，以y偏振离开双折射材料120的象限III。具有x偏振、进入双折射材料120的象限IV的光束，在负x方向由双折射材料120反射，并且与在双折射材料120的象限III中具有y偏振的光束合并。两个光束在双折射材料120的象限III处合并，一起由光楔110反射(图1)，进入端口100的一端(图1)，及作为一个输出光束离开端口100的另一端。
B.元件组20
参照图1，像元件组10，元件组20也完成两个功能：(1)一个进入端口200的输入光束将分裂成具有y偏振的两个光束，并且在z方向分别离开法拉第旋转器260的象限I和II；(2)具有y偏振、在负z方向进入法拉第旋转器260的象限I和II的两个光束，在通过元件组20之后将合并，并且作为一个输出光束离开端口200。
除法拉第旋转器260和160之外，在元件组20中的每个元件的功能与在元件组10中的对应元件的功能类似。更具体地说，光楔210能与光楔110类似地建造，双折射材料220与双折射材料120类似，相位补偿板222与相位补偿板122类似，结构HWP 230与结构HWP130类似，双折射材料240与双折射材料140类似，及HWP 250与结构HWP 150类似。
因为这些相似性，由在端口200处引入的光束穿过的在元件组20中的路径与在端口100处引入的光束穿过的在元件组10中的路径类似。
参照图2b，在端口200处引入的输入光束在进入法拉第旋转器260之前分裂成两个光束。两个光束在正z方向以x-y偏振分别存在于HWP 250的象限I和II，并且分别进入法拉第旋转器260的象限I和II。
在元件组中光束的偏振在进入双折射材料220之前由符号212代表，在进入结构HWP 230之前由符号223代表，在进入双折射材料240之前由符号234代表，在进入HWP 250之前由符号245代表，及在进入法拉第旋转器260之前由符号256代表。
参照图1，法拉第旋转器260和160当光穿过每一个时在光偏振变化(即转动)的方向上不同。法拉第旋转器260以这样一种方式构造，从而在正z方向传播的光束的偏振相对于正z轴转动+45度，而在负z方向传播的光束相对于正z轴转动+45度。相反，法拉第旋转器160以这样一种方式构造，从而在z方向传播的光束的偏振相对于正z轴转动-45度，而在负z方向传播的光束相对于正z轴转动-45度。
参照图2b，在正z方向分别穿过法拉第旋转器260的象限I和II的两个光束的偏振从x-y偏振向y偏振变化。在穿过法拉第旋转器260之后，具有y偏振的光束分别入射在偏振光分束器320的象限I和II上。
当在相反方向传播时，具有y偏振的两个光束从偏振光分束器320在负z方向进入法拉第旋转器260的象限I和II。具有y偏振的两个光束，在负z方向分别穿过法拉第旋转器260的象限I和II之后，产生具有x+y偏振的两个光束。具有x+y偏振的两个光束分别进入HWP 250的象限I和II。在元件组20中在进入HWP 250之前的光束的偏振由图2b中的符号265代表。
分别进入HWP 250的象限I和II具有x+y偏振的两个光束，在穿过在元件组20中的所有其余元件之后，进入端口210的一端，并且作为一个输出光束离开端口210的另一端。
参照图2b，在元件组20中光束的偏振在进入双折射材料240之前由符号254代表，在进入HWP 230之前由符号243代表，在进入双折射材料220之前由符号232代表，及在进入光楔210之前由符号221代表。
C.元件组30
参照图1，元件组30包括反射器310、偏振光分束器(“PBS”)320、及偏振开关300。
反射器310以这样一种方式建造，从而在z方向传播的光束在负y方向反射，而在y方向传播的光束在负z方向反射。
PBS 320以这样一种方式建造，从而反射入射在PBS 320上具有x偏振的光束，而具有y偏振的光束将没有反射地穿过PBS 320。更具体地说，在z方向反射在负y方向入射在PBS 320上具有x偏振的光束，并且在y方向反射具有x偏振和在负z方向入射在PBS 320上的光束。在正或负z方向入射在PBS 320上具有y偏振的光束没有反射地穿过。
偏振开关300包括反射镜308、和夹持在透明导体板301与302之间的液晶盒305。一个偏置电压能施加在两个透明导体板301与302之间。在一种实施中，当把一个零偏置电压能施加在两个导体板301与302之间时，使偏振开关300禁止。在z方向传播的光束穿过导体板301、液晶盒305、及导体板302，并且保持相同偏振。在负z方向传播由反射镜308反射之后的光束，穿过导体板302、液晶盒305、及导体板301返回，并且保持相同偏振。因而，当使偏振开关300禁止时，光束在由偏振开关300反射之后保持相同偏振。
在一种实施中，当把一个偏置电压Vb施加到两个导体板301和302上时，使偏振开关300使能。在z方向传播的光束穿过导体板301、液晶盒305、及导体板302。光束的偏振改变45度。在负z方向传播由反射镜308反射之后的光束，穿过导体板302、液晶盒305、及导体板301返回。光束在反射之后的偏振再次改变另一个45度。因而，当使偏振开关300使能时，偏振开关300把由此反射的光束的偏振转动总共90度。
在一种实施中，使用一个液晶盒建造偏振开关300。要不然，使用由一个磁场控制的法拉第旋转器可以建造偏振开关300。建造偏振开关300的其它方法也是可能的。
元件组30支持四种功能。当使偏振开关300禁止时，具有x偏振、分别离开法拉第旋转器160的象限I和II的两个光束将被反射，并且在负z方向以x偏振进入法拉第旋转器160的象限I和II。当使偏振开关300禁止时，具有y偏振、分别离开法拉第旋转器260的象限I和II的两个光束将被反射，并且在负z方向以y偏振进入法拉第旋转器260的象限I和II。当使偏振开关300使能时，具有x偏振、分别离开法拉第旋转器160的象限I和II的两个光束将被反射，并且在负z方向以y偏振进入法拉第旋转器260的象限I和II。最后，当使偏振开关300使能时，具有y偏振、分别离开法拉第旋转器260的象限I和II的两个光束将被反射，并且在负z方向以x偏振进入法拉第旋转器160的象限I和II。
元件组30的第一功能表明在图2a中。在图2a中，使偏振开关300禁止。具有x偏振、分别离开法拉第旋转器160的象限I和II的两个光束由反射器310反射到PBS 320。具有x偏振入射在PBS 320上的两个光束在z方向反射，并且进入偏振开关300。由于使偏振开关300禁止，所以具有x偏振的两个光束以相同偏振由偏振开关300反射回到PBS 320。在负z方向传播具有x偏振的两个光束在y方向由PBS 320反射到反射器310。在再次由反射器310反射之后，两个光束在负z方向以x偏振进入法拉第旋转器160的象限I和II。
元件组30的第二功能表明在图2b中。在图2b中，使偏振开关300禁止。具有y偏振、分别离开法拉第旋转器260的象限I和II的两个光束入射在PBS 320上。具有y偏振的两个光束穿过PBS 320，并且进入偏振开关300。由于使偏振开关300禁止，所以具有y偏振的两个光束以相同偏振由偏振开关300反射回到PBS 320。在负z方向传播具有y偏振的两个光束穿过PBS 320，并且在负z方向以y偏振进入法拉第旋转器260的象限I和II。
元件组30的第三功能表明在图3a中。在图3a中，使偏振开关300使能。具有x偏振、分别离开法拉第旋转器160的象限I和II的两个光束由反射器310反射到PBS 320。具有x偏振入射在PBS 320上的两个光束在z方向反射，并且进入偏振开关300。由于使偏振开关300使能，所以具有x偏振的两个光束以y偏振由偏振开关300反射回到PBS 320。在负z方向传播具有y偏振的两个光束穿过PBS 320，并且在负z方向以y偏振进入法拉第旋转器260的象限I和II。
元件组30的第四功能表明在图3b中。在图3b中，使偏振开关300使能。具有y偏振、分别离开法拉第旋转器260的象限I和II的两个光束入射在PBS 320上。具有y偏振的两个光束穿过PBS 320，并且进入偏振开关300。由于使偏振开关300禁止，所以具有y偏振的两个光束以x偏振由偏振开关300反射回到PBS 320。在负z方向传播具有x偏振的两个光束在y方向由PBS 320反射到反射器310。在再次由反射器310反射之后，两个光束在负z方向以x偏振进入法拉第旋转器160的象限I和II。
通过结合元件组10、20、和30能构造一个2×2光学开关。在其中使偏振开关300禁止的第一操作情况下，进入端口100的一个输入光束I1作为一个输出光束O1从端口100返回，而进入端口200的一个输入光束I2作为一个输出光束O2从端口200返回。在其中使偏振开关300使能的第二操作情况下，进入端口100的一个输入光束I1作为一个输出光束O1从端口200返回，而进入端口200的一个输入光束I2作为一个输出光束O2从端口100返回。
能修改图1的2×2光学开关，以在给定光学路径中添加和减小选择滤长。现在参照图4，偏振开关300包括放置在导体板301前面的滤波器306。滤波器306能以这样一种方式建造，从而反射具有波长λ的光束，并且透过具有波长λ′的光束。在图4中的偏振开关300仅切换具有波长λ′的光束的偏振。当使偏振开关300禁止时，具有任何波长的光束在由偏振开关300反射之后保持相同偏振。当使偏振开关300使能时，在由偏振开关300反射之后，具有波长λ的光束保持相同偏振，而具有波长λ′的光束将转动90度。
图5a和5b示意表示由在端口100和端口200处引入的光穿过的光学路径。如图5a中所示，当使偏振开关300禁止时，在端口100的输入I1处接收的具有波长λ和λ′的光都传输到端口100的输出O1，并且在端口200的输入I2处接收的具有波长λ和λ′的光都传输到端口200的输出O2。如图5b中所示，当使偏振开关300使能时，在端口100的输入I1处接收的具有波长λ的光传输到端口100的输出O1，而在端口100处接收的具有波长λ′的光传输到端口200的输出O2。类似地，在端口200的输入I2处接收的具有波长λ的光传输到端口200的输出O2，而在端口200的输入I2处接收的具有波长λ′的光传输到端口100的输出O1。
当使图4的偏振开关300使能时，在端口100的输入I1处接收的具有波长λ的光传输到端口100的输出O1。丢失在端口100的输入I1处接收的具有波长λ′的光，并且添加在端口200的输入I2处接收的具有波长λ′的光和传输到端口100的输出O1。
滤波器306能是一个可调谐滤波器，如压电受控Fabry-Perot滤波器，并且在光学开关中添加和丢失的波长能由一个外部变量控制。滤波器306也能建造成传输多个波长或一个波长带，并且在光学开关中也能添加和丢失多个波长。
为了提供一种可以具有低制造成本的2×2光学开关，已经公开了一种方法和系统。尽管按照表示的实施例已经描述了本发明，但熟悉本专业的普通技术人员将容易认识到，可能有对于实施例的变更，并且这些变更在本发明的精神和范围内。例如，能互换HWP 150和法拉第旋转器160的位置。能互换HWP 250和法拉第旋转器260的位置。光楔110能插入在双折射材料120与结构HWP 130之间。光楔210能插入在双折射材料220与结构HWP 230之间。光楔110和210能用半光楔代替。能把反射镜308实施成具有一定的波长选择性，因而根据其相应光学波长能够实现2×2光学开关-到-开关光学信号。因而，由熟悉本专业的普通技术人员可以进行多种修改，而不脱离附属权利要求书的精神和范围。

Claims (27)

1.一种2×2光学开关，包括：
一个第一端口，适于接收一个光学输入和产生一个光学输出；
一个第二端口，适于接收一个光学输入和产生一个光学输出；
一个切换元件组，包括一个偏振开关；
一个第一元件组，联接在第一端口与开关元件组之间；
一个第二元件组，联接在第二端口与开关元件组之间；
其中，
当使偏振开关禁止时，开关元件组适于
把离开第一元件组具有第一选择偏振的一个或多个光束，转换成重新进入第一元件组具有第一选择偏振的一个或多个光束，而
把离开第二元件组具有第二选择偏振的一个或多个光束，转换成重新进入第二元件组具有第二选择偏振的一个或多个光束，而
当使偏振开关使能时，开关元件组适于
把离开第一元件组具有第一选择偏振的一个或多个光束，转换成重新进入第二元件组具有第二选择偏振的一个或多个光束，而
把离开第二元件组具有第二选择偏振的一个或多个光束，转换成重新进入第一元件组具有第一选择偏振的一个或多个光束。
2.根据权利要求1所述的2×2光学开关，其中
第一元件组适于从第一端口接收光学输入，和产生具有第一选择偏振进入开关元件组的两个光束，并且从开关元件组接收具有第一选择偏振的两个光束，和产生一个到第一端口的光学输出；并且
第二元件组适于从第二端口接收光学输入，和产生具有第二选择偏振进入开关元件组的两个光束，并且从开关元件组接收具有第二选择偏振的两个光束，和产生一个到第二端口的光学输出。
3.根据权利要求1所述的2×2光学开关，其中偏振开关包括一个反射镜。
4.根据权利要求1所述的2×2光学开关，其中偏振开关包括一个夹持在两块透明导电板之间的液晶盒。
5.根据权利要求1所述的2×2光学开关，其中偏振开关包括一个由一个磁场调制的法拉第旋转器。
6.根据权利要求1所述的2×2光学开关，其中第一元件组包括：
一种第一双折射材料；
一个结构半波片，联接到第一双折射材料上；
一种第二双折射材料，联接到结构半波片上；
一个半波片，联接到第二双折射材料上；及
一个法拉第旋转器，联接到半波片上。
7.根据权利要求1所述的2×2光学开关，其中第一元件组包括：
一种第一双折射材料；
一个结构半波片，联接到第一双折射材料上；
一种第二双折射材料，联接到结构半波片上；
一个法拉第旋转器，联接到第二双折射材料上；及
一个半波片，联接到法拉第旋转器上。
8.根据权利要求1所述的2×2光学开关，其中开关元件组包括：
一个反射器，联接到第一开关元件组上；和
一个偏振光分束器，联接到第二开关元件组、反射器和偏振开关上。
9.一种光学开关，包括：
一个第一端口，适于接收一个光学输入和产生一个光学输出；
一个第二端口，适于接收一个光学输入和产生一个光学输出；
一个切换元件组，包括
一个反射器，
一个偏振光分束器，联接到反射器上，和
一个偏振开关，联接到偏振光分束器上；
一个第一元件组，联接在第一端口与开关元件组中的反射器之间；及
一个第二元件组，联接在第二端口与开关元件组中的偏振光分束器之间。
10.根据权利要求9所述的光学开关，其中：
第一元件组适于从第一端口接收光学输入，和产生具有第一选择偏振进入在开关元件组中的反射器的一个或多个光束，并且从在开关元件组中的反射器接收具有第一选择偏振的一个或多个光束，和产生一个到第一端口的光学输出；而
第二元件组适于从第二端口接收光学输入，和产生具有第二选择偏振进入在开关元件组中的偏振光分束器的一个或多个光束，并且从在开关元件组中的偏振光分束器接收具有第二选择偏振的一个或多个光束，和产生一个到第二端口的光学输出。
11.根据权利要求9所述的光学开关，其中偏振开关包括一个反射镜。
12.根据权利要求9所述的光学开关，其中偏振开关包括一个夹持在两块透明导电板之间的液晶盒。
13.根据权利要求9所述的光学开关，其中偏振开关包括一个由一个磁场调制的法拉第旋转器。
14.根据权利要求9所述的光学开关，其中偏振开关包括一个光学滤波器。
15.根据权利要求14所述的光学开关，其中光学滤波器是一个可调谐光学滤波器。
16.根据权利要求9所述的光学开关，其中第一元件组包括：
一种第一双折射材料；
一个结构半波片，联接到第一双折射材料上；
一种第二双折射材料，联接到结构半波片上；
一个半波片，联接到第二双折射材料上；及
一个法拉第旋转器，联接到半波片上。
17.根据权利要求9所述的光学开关，其中第一元件组包括：
一种第一双折射材料；
一个结构半波片，联接到第一双折射材料上；
一种第二双折射材料，联接到结构半波片上；
一个法拉第旋转器，联接到第二双折射材料上；及
一个半波片，联接到法拉第旋转器上。
18.根据权利要求9所述的光学开关，其中第二元件组包括：
一种第一双折射材料；
一个结构半波片，联接到第一双折射材料上；
一种第二双折射材料，联接到结构半波片上；
一个半波片，联接到第二双折射材料上；及
一个法拉第旋转器，联接到半波片上。
19.根据权利要求9所述的光学开关，其中第二元件组包括：
一种第一双折射材料；
一个结构半波片，联接到第一双折射材料上；
一种第二双折射材料，联接到结构半波片上；
一个法拉第旋转器，联接到第二双折射材料上；及
一个半波片，联接到法拉第旋转器上。
20.一种光学开关，包括：
一个第一端口，适于接收一个光学输入和产生一个光学输出；
一个第二端口，适于接收一个光学输入和产生一个光学输出；
一个切换元件组，包括
一个反射器，
一个偏振光分束器，联接到反射器上，和
一个偏振开关，联接到偏振光分束器上；
一个第一元件组，包括：
一种第一双折射材料，联接到第一端口上，
一个结构半波片，联接到第一双折射材料上，
一种第二双折射材料，联接到结构半波片上，和
一个偏振元件子组，包括一个联接的半波片和一个法拉第旋转器，偏振元件组联接在第二双折射材料与切换元件组中的反射器之间；及
一个第二元件组，包括：
一种第一双折射材料，联接到第二端口上，
一个结构半波片，联接到第一双折射材料上，
一种第二双折射材料，联接到结构半波片上，和
一个偏振元件子组，包括一个联接的半波片和一个法拉第旋转器，偏振元件组联接在第二双折射材料与切换元件组中的偏振光分束器之间。
21.一种光学开关，包括：
一个第一端口，适于接收一个光学输入和产生一个光学输出；
一个第二端口，适于接收一个光学输入和产生一个光学输出；
一个切换元件组，包括
一个反射器，
一个偏振光分束器，联接到反射器上，和
一个偏振开关，联接到偏振光分束器上；
一个第一元件组，联接在第一端口与开关元件组中的反射器之间并且包括一个非对称装置；及
一个第二元件组，联接在第二端口与开关元件组中的偏振光分束器之间并且包括一个非对称装置，其中当光束穿过各元件组往返时，非对称装置的每一个允许光束沿各元件组中的不同路径穿过。
22.一种光学元件，包括：
一种第一双折射材料；
一个结构半波片，联接到第一双折射材料上；
一种第二双折射材料，联接到结构半波片上；
一个半波片，联接到第二双折射材料上；及
一个法拉第旋转器，联接到半波片上。
23.根据权利要求22所述的光学元件，其中结构半波片经一个光楔联接到第一双折射材料板上。
24.根据权利要求22所述的光学元件，其中结构半波片包括彼此对角放置的半波片的两个区域和彼此对角放置的透明板的两个区域。
25.一种光学元件组，包括：
一种第一双折射材料；
一个结构半波片，联接到第一双折射材料上；
一种第二双折射材料，联接到结构半波片上；
一个法拉第旋转器，联接到第二双折射材料上；及
一个半波片，联接到法拉第旋转器上。
26.根据权利要求25所述的光学元件，其中结构半波片经一个光楔联接到第一双折射材料上。
27.根据权利要求25所述的光学元件，其中结构半波片包括彼此对角放置的半波片的两个区域和彼此对角放置的透明板的两个区域。
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