CN1766694A - 镜面、镜面单元和光开关 - Google Patents

镜面、镜面单元和光开关 Download PDF

Info

Publication number
CN1766694A
CN1766694A CN200510007471.6A CN200510007471A CN1766694A CN 1766694 A CN1766694 A CN 1766694A CN 200510007471 A CN200510007471 A CN 200510007471A CN 1766694 A CN1766694 A CN 1766694A
Authority
CN
China
Prior art keywords
minute surface
reflectivity
angle
reflecting surface
reflecting
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN200510007471.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN100357786C (zh
Inventor
青田宏史
赤司保
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
Publication of CN1766694A publication Critical patent/CN1766694A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100357786C publication Critical patent/CN100357786C/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/35—Optical coupling means having switching means
    • G02B6/351—Optical coupling means having switching means involving stationary waveguides with moving interposed optical elements
    • G02B6/3512—Optical coupling means having switching means involving stationary waveguides with moving interposed optical elements the optical element being reflective, e.g. mirror
    • G02B6/352—Optical coupling means having switching means involving stationary waveguides with moving interposed optical elements the optical element being reflective, e.g. mirror the reflective optical element having a shaped reflective surface, e.g. a reflective element comprising several reflective surfaces or facets that function together
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
    • G02B6/293—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means
    • G02B6/29304—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means operating by diffraction, e.g. grating
    • G02B6/29305—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means operating by diffraction, e.g. grating as bulk element, i.e. free space arrangement external to a light guide
    • G02B6/29311—Diffractive element operating in transmission
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
    • G02B6/293—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means
    • G02B6/29379—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means characterised by the function or use of the complete device
    • G02B6/29395—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means characterised by the function or use of the complete device configurable, e.g. tunable or reconfigurable
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/35—Optical coupling means having switching means
    • G02B6/354—Switching arrangements, i.e. number of input/output ports and interconnection types
    • G02B6/3544—2D constellations, i.e. with switching elements and switched beams located in a plane
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/35—Optical coupling means having switching means
    • G02B6/354—Switching arrangements, i.e. number of input/output ports and interconnection types
    • G02B6/356—Switching arrangements, i.e. number of input/output ports and interconnection types in an optical cross-connect device, e.g. routing and switching aspects of interconnecting different paths propagating different wavelengths to (re)configure the various input and output links
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/35—Optical coupling means having switching means
    • G02B6/3564—Mechanical details of the actuation mechanism associated with the moving element or mounting mechanism details
    • G02B6/3568—Mechanical details of the actuation mechanism associated with the moving element or mounting mechanism details characterised by the actuating force
    • G02B6/357—Electrostatic force
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/35—Optical coupling means having switching means
    • G02B6/3564—Mechanical details of the actuation mechanism associated with the moving element or mounting mechanism details
    • G02B6/3584—Mechanical details of the actuation mechanism associated with the moving element or mounting mechanism details constructional details of an associated actuator having a MEMS construction, i.e. constructed using semiconductor technology such as etching
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/35—Optical coupling means having switching means
    • G02B6/3594—Characterised by additional functional means, e.g. means for variably attenuating or branching or means for switching differently polarized beams
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04Q—SELECTING
    • H04Q11/00—Selecting arrangements for multiplex systems
    • H04Q11/0001—Selecting arrangements for multiplex systems using optical switching
    • H04Q11/0005—Switch and router aspects
    • H04Q2011/0037—Operation
    • H04Q2011/0049—Crosstalk reduction; Noise; Power budget

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)

Abstract

本发明公开了一种镜面、镜面单元和光开关。这种具有可变角度的反射表面的MEMS镜面设有反射率低于中心部分反射率的部分。该部分设置在MEMS镜面的预定侧的至少部分端部中。结果，在MEMS镜面的角度变化时，可以减小端表面所反射的光的衍射影响。

Description

镜面、镜面单元和光开关
技术领域
本发明涉及设置在光开关中并可以减少由其反射表面的边所反射的光的衍射影响的镜面。
背景技术
传统上，光学传输系统中的信道切换是在将光信号转换成电信号之后由电开关执行的。但是，通过使用作为光信号来切换信道的开关(光开关)而不用将其转换成电信号，可以提高信道切换的速度及其效率。
图8A是表示光开关的结构的立体图。图8B是表示该光开关的侧视图。光开关10由以下元件构成：光谱元件1，用于将波长复用的光信号分离成其光谱分量；输入/输出光学系统2(输入光学系统和输出光学系统)，具有布置成阵列形式等的一个输入端口、多个输出端口和准直透镜阵列；密集光学系统3；和可移动反射器70，设有分别与已被分离成光谱分量的多个波长相对应的微机电系统(MEMS)镜面4。
图8A中所示的光谱元件1是使用透射型衍射光栅的一个示例。该光谱元件1被输入来自输入端口的波长复用的光信号，并对每个波长在不同方向(图中的水平方向)上散射输出该波长复用光信号中所包含的波长分量。可移动反射器70设有在通过光谱元件(衍射光栅)的波长的光谱方向(散射)上布置成阵列形式的多个微镜面(MEMS镜面4)。在已由光谱元件1分离的光信号中，每个MEMS镜面4根据其布置的位置将入射光信号反射到MEMS镜面自身，并具有波长选择开关的功能，该开关将反射的光信号引导到输入/输出光学系统2的多个输出端口中的任一个。
可以通过改变每个MEMS镜面4的反射表面的角度来执行输出端口的选择，并且通过独立地执行对每个MEMS镜面4的反射表面的角度控制，就可以对于多个波长独立地进行不同的切换。
例如，如图8B的虚线所示，构成可移动反射器70的一个MEMS镜面4的反射表面的角度允许改变，以将反射光引导到不同的输出端口(例如，沿着端口的布置方向改变角度)。于是，可以将从输入端口输入的波长复用的光信号中所包含的特定波长分配到任一个输出端口(例如，参考专利申请No.2003-515187的PCT国际公开的己公开日文译本)。
此外，可以不通过对选择输出端口的动态运动，而通过稍稍改变可移动反射器70的每个MEMS镜面4的角度，来衰减输入到输出端口的光信号的强度。
图8C是解释输出光衰减原理的示意图。通过改变可移动反射器70的MEMS镜面4的角度使输出光产生的角度变化，被转换为光谱元件1的平移变化。如图8C中的实线所示，当输出光束(具有中心波长的束)在该输出光束不从输入/输出光学系统2中的准直透镜的轴偏离的状态下被耦合时，其处于透射率最小的状态下。但是，当可移动反射器70的MEMS镜面4的反射表面的角度稍稍改变时(MEMS镜面4的反射表面如图8C所示地进一步向下倾斜，但是MEMS镜面4可以反向向上倾斜)，如图8C中的虚线所示地出现输出光束和准直透镜之间的轴移。因为轴移量很大，所以衰减量增大，导致输入到输出端口光纤的输出光的强度降低。
图8D是表示从可移动反射器到准直透镜的反射束的输入位置的示意图。图8D表示从可移动反射器70(MEMS镜面4)到布置在输出端口光纤的导引端的准直透镜的反射束的输入位置。
来自可移动反射器70(MEMS镜面4)的反射束在相对于输入/输出光学系统2中的准直透镜20没有轴移的状态下(通过图8C中实线所示的路径的情况)进入斑点位置21。另一方面，当相对于准直透镜20有轴移时，反射束进入斑点位置22，由此出现输入到输出光纤的反射光的衰减。这样一种轴移并不限于在波长散射方向(水平方向)上改变MEMS镜面4在相对于波长散射方向的垂直方向(竖直方向)上的角度的情况，而是通过相对于波长散射方向来改变角度也是可能的。
根据背景技术中解释的技术，可以通过每个MEMS镜面4的反射表面的角度控制来执行相对于反射光的衰减控制；但是，当考虑实际操作时，已经发现应该考虑到照射到MEMS镜面4上的光信号的中心波长的偏离。
图9A是表示入射到可移动反射器的位置的示意图。图9A表示了在入射到MEMS镜面4的光束的中心波长改变了的情况下，对MEMS镜面4的照射位置的变化。假定在由光谱元件1将光分离成其分量之后的每束都表示中心波长，并且将每个MEMS镜面4设定成使得具有其中心波长的每束都分别照射在MEMS镜面4的中心处，这样每束就应该如图9A中的5c所示地照射在各个MEMS镜面4的中心处，除非包含在波长复用光信号中的各个波长实际上从其中心波长偏离。
然而，当在将光分离成其分量之后的每束的中心波长偏离时，每束就被照射到图9A中的5b或5d所示的斑点处，并且当其进一步偏离时，每束就被照射到MEMS镜面4的端表面侧(MEMS镜面4相对于散射方向的端表面侧)上，例如图9A中的5a和5e。
图9B是表示来自可移动反射器的反射束的示意图。图9B表示了MEMS镜面4上的反射束如何散开。应该注意的是，与反射束6(6b到6d)在MEMS镜面4的中心附近处进入情况下的那些反射束6(6b到6d)相比，在入射束照射到MEMS镜面4的端表面附近的情况下的反射束6(6a和6e)的斑点直径在离开MEMS镜面4的位置处散开，因为部分入射束5(5a和5e)被切断了，由此发生衍射。
图9C是用于解释在透射(没有衰减)的情况下反射束的功率的示意图。使用图9C，解释了在透射的情况下输入到输出光纤的反射束的功率。图9D是用于解释在衰减的情况下反射束的功率的示意图。使用图9D，解释了在衰减的情况下输入到输出光纤的反射束的功率。首先，解释表示这样一种状态(参考图8C中的实线)的图9C，其中MEMS镜面4的反射表面的角度被设定成使得尽可能不发生衰减的角度。
在图9C中，曲线8表示在图9B中的MEMS镜面4的中心部分处反射的反射束6c的功率特性，并且曲线9表示在MEMS镜面4的端部处反射的反射束6a的功率特性。如前面所述，在MEMS镜面4端部处的反射束具有空间散开的性质。因此，就理解了表示中心部分处反射束的曲线8具有尖峰，反射束的功率峰随着其从MEMS镜面4的中心部分偏离而变得更低，以及在曲线9中整体上图示出缓和的曲线。
不同波长的峰值在空间上位于相同位置的原因在于，反射束不仅由密集光学系统集中，而且还通过光谱元件1的角度变化而平移。另外，图9C中的区域7的宽度表示了对主要由准直透镜20构成的输入/输出光学系统2的打开程度，并且该宽度按照图8D所示的准直透镜20的面积而变得更宽。
当注意力集中到区域7和每条曲线之间的关系时，曲线8和9两者的峰值都被包括在区域7中；然而，曲线8的峰值更高，并且因此，在区域7内曲线8下的阴影部分的面积较大，而在区域7内曲线9下的阴影部分的面积较小。换言之，在曲线8下的面积大于曲线9下的面积。这意味着要输入到输出光纤的反射光的功率随着其从中心波长的偏离而变得更低。
接着，解释表示这样一种状态(参考图8C中的虚线)的图9D，其中MEMS镜面4的反射表面的角度被设定成使得衰减发生的角度。这些曲线的形状与图9C中图示的那些近似相同；然而，区域7向左(或向右)移动了，因为轴如前所述的移位了。
当注意力集中到区域7和每条曲线8或9之间的关系时，曲线8和9两者的峰值都不包括在区域7中。区域7内曲线8下的阴影部分的面积较小，而在区域7内曲线9下的阴影部分的面积较大。换言之，在曲线8下的面积小于曲线9下的面积。这意味着与MEMS镜面4的中心处相比，在端部反射并从中心波长偏离的反射光的功率变得更高。
图10A是表示在没有衍射影响下频带和透射率之间关系的曲线图，图10B是表示由于衍射的影响而导致的频带和透射率之间关系的曲线图，图10C是表示在衍射影响下频带和透射率之间关系的曲线图。在这些曲线图中，横轴表示频带(波长)，纵轴表示透射率。因为反射束6的切断部分大小向着MEMS镜面4的端表面增大，所以衍射的影响趋向于变得更大。因此，假如没有衍射的影响，那么光束功率的变化仅仅源自于反射束6的切断。于是，认为透射率-频带特性表现为图10A中所示的曲线图的梯形形状。然而，由于衍射的影响，而增加了表现为如图10B中所示的倒梯形形状的透射率-频带特性。
因此，如图10C所示，实际的透射率-频带特性近似为M形，这意味着在某个波长的频带端部(两端)处透射率变大。虽然前面已经对偏离中心波长进行了解释，但是要考虑这样一种情况，其中不仅仅中心波长的信号光，而且包含从中心波长偏离的波长分量的放大自发发射(ASE)光都照射在MEMS镜面4上。在这样一种透射率-频带特性的情况中，该特性(透射率较小)显示旁瓣部分12具有的透射率比平坦部分11的更高，旁瓣部分12表示当存在光学放大器连接到光开关10时所产生的ASE(白噪声)的频带，平坦部分11表示存在信号光的反射束6的频带。这就产生了一个问题，即在例如光开关10是多级连接时，ASE的增益变得比信号光的增益更大。虽然即使当MEMS镜面4的角度在任何方向即水平方向或垂直方向上变化时，都产生这样的透射率-频带特性，但在程度上不同，并且当MEMS镜面4的角度在输入/输出端口的布置方向(图8A至8C所示的垂直方向)上改变时该影响更小。
接着，解释通过在MEMS镜面4的端部相对于与光谱元件1的散射方向相垂直的方向的衍射来使光束散开的方式，与通过在MEMS镜面4的端部相对于光谱元件1的散射方向的衍射来使光束散开的方式之间的差别。通过使照射在MEMS镜面4的端部处的光束的最大垂直直径减小，而出现由MEMS镜面4的端部导致的相对于与光谱元件1的散射方向垂直的方向的衍射。
因此，具有这样的波长的光束的水平直径减小，所述波长的边缘稍稍进入MEMS镜面4的端部；然而，其最大垂直直径部分仍然照射到MEMS镜面4上，并且因此难以发生衍射。另外，当MEMS镜面4的端部切断最大垂直直径的部分时，衍射发生；然而此时，整个光束超过一半都已被切掉了。因此，通过衍射散开的光的功率变得更小了，导致产生类似于图9C和9D中所示的曲线9的曲线，其峰值被进一步下压。
另一方面，通过使照射在MEMS镜面4的端部处的光束的最大水平直径减小，而出现由MEMS镜面4的端部导致的相对于光谱元件1的散射方向的衍射。因此，对于其边缘稍稍进入MEMS镜面4的端部的波长，光束也开始在水平直径上减小，由此发生衍射，导致反射束的散开。然而，因为大部分光束仍照射到MEMS镜面4，所以被衍射的反射束的功率很大。
因此，当通过在与光谱元件1的散射方向垂直的方向上旋转MEMS镜面4来对要引导到输出光纤的反射光进行衰减时，图10C中所示的旁瓣部分12的峰值变小，并且相反地，当通过在光谱元件1的散射方向上旋转MEMS镜面4来对要引导到输出光纤的反射光进行衰减时，图10C中所示的旁瓣部分12的峰值变大。
另外，为了使频带较宽，当使入射束5成为椭圆形以使得在MEMS镜面4上垂直方向为长轴，并且水平方向为短轴时，到垂直方向上的直径变短的时候，大部分照射到MEMS镜面4的光束被切断，衍射的影响变得更小，导致与水平方向的衍射相比，所产生的衍射程度的差别更加显著。
图11是表示在角度变到水平方向(波长散射方向)时频带特性的仿真示例曲线图。在图11中，横轴表示归一化的频带，纵轴表示包括相对于输入的插入损耗在内的输出透射率(分贝(dB))。当MEMS镜面4的角度可变地改变时，图11中的可变光学衰减(VOA)是光的透射率。
当没有衰减(VOA＝0dB)时，看不到衍射的影响，并且该频带特性在图中的梯形形状中显示为平坦的频带特性。随着衰减变得更大，就产生衍射的影响。此外，如图10C所示，在该曲线图中看到这样的特性，即频带端部的输出光强度近似以M形上升而产生旁瓣(旁瓣部分12称为Ear(耳部))。例如，当VOA等于10分贝(VOA＝10dB)时，Ear相对于平坦部分上升约3分贝。
于是，当将这样的光开关用于光学系统时，该光开关具有Ear上升得比中心处的平坦部分更高的频带特性，在由光学放大器进行光放大时曲线图中看到的突起的问题也被放大了，这导致信号(S)/噪声(N)(信噪比)的恶化。该问题在多级连接的时候变得尤其显著。因此，传统上无法构造具有高灵活性的系统结构，因为多级连接的数量受到限制。
本申请基于2004年10月29日递交的在先日本专利申请No.2004-317389并要求享受其优先权，其整个内容通过引用而被包含于此。
发明内容
本发明的一个目的是至少解决传统技术中的这些问题。
根据本发明一个方面的镜面具有可变角度的反射表面。该镜面包括中心部分和设置在所述镜面的预定端的端部。所述端部的反射率低于所述中心部分的反射率。
根据本发明另一方面的镜面具有可变角度的反射表面以及在所述镜面的预定端附近的凹口。
根据本发明另一方面的镜面单元包括具有可变角度的反射表面的镜面。所述反射表面包括：中心部分和设置在所述镜面的预定端的端部。所述端部的反射率低于所述中心部分的反射率。
根据本发明另一方面的镜面单元包括具有可变角度的反射表面的镜面。所述反射表面包括中心部分和设置在所述镜面的预定端并具有比所述中心部分的反射率更低的反射率的端部。在照射所述反射表面并从所述中心部分移动到所述端部的光束开始从所述反射表面偏离之前，所述光束开始照射所述端部。
根据本发明另一方面的镜面单元包括：具有可变角度的反射表面的镜面；和反射衰减膜，设置在所述反射表面的前面并衰减照射在所述反射表面的预定端的光束。
根据本发明另一方面的光开关包括：散射光束的光谱单元；通过可变角度的反射表面来反射所述光束的镜面；和输出由所述镜面反射的所述光束的多个端口。所述反射表面包括中心部分和设置在所述镜面的预定端并具有比所述中心部分的反射率更低的反射率的端部。
根据本发明另一方面的光开关包括：散射光束的光谱单元；通过可变角度的反射表面来反射所述光束的镜面；和输出由所述镜面反射的所述光束的多个端口。所述反射表面包括在所述镜面的预定端附近的凹口。
从以下结合附图阅读的对本发明的详细说明，本发明的其他目的、特征和优点被具体阐述或将变得明显。
附图说明
图1是用于解释本发明的原理的示意图；
图2A是表示受衍射影响的斑点直径和频带特性之间的关系的仿真结果曲线图(部分1)；
图2B是表示受衍射影响的斑点直径和频带特性之间的另一关系的仿真结果曲线图(部分2)；
图2C是表示受衍射影响的斑点直径和频带特性之间的又一关系的仿真结果曲线图(部分3)；
图3是根据本发明第一实施例的MEMS镜面的前视图；
图4是表示图3所示的MEMS镜面的透射率和频带特性间关系的曲线图；
图5是根据本发明第二实施例的MEMS镜面的前视图；
图6是图5所示结构的仿真结果曲线图；
图7A是表示构造有反射衰减膜的微镜面封装的立体图；
图7B是表示微镜面封装的侧剖视图；
图8A是表示光开关的结构的立体图；
图8B是表示该光开关的侧视图；
图8C是解释输出光衰减原理的示意图；
图8D是表示从可移动反射器到准直透镜的反射束的输入位置的示意图；
图9A是表示入射到可移动反射器的位置的示意图；
图9B是表示来自可移动反射器的反射束的示意图；
图9C是用于解释在透射时反射束的功率的示意图；
图9D是用于解释在衰减时反射束的功率的示意图；
图10A是表示在没有衍射影响下频带和透射率之间关系的曲线图；
图10B是表示由于衍射的影响而导致的频带和透射率之间关系的曲线图；
图10C是表示在衍射影响下频带和透射率之间关系的曲线图；和
图11是表示在角度变到水平方向(波长散射方向)时频带特性的仿真示例曲线图。
具体实施方式
将参考附图详细解释根据本发明的镜面、镜面单元和光开关的示例性
实施例。
在这些实施例中，通过设计镜面的结构来控制由于衍射所导致的衰减特性的恶化。
例如根据第一实施例，相对于具有角度可变地变化的反射表面的镜面，对于预定侧上的至少部分端部形成低反射率部分，以使得反射率低于中心部分的反射率；允许反射率随着从中心部分向着预定侧的端部的距离而变得更低；相对于在光束照射到中心部分时被照射部分的平均反射率，允许在光束从中心部分向着预定侧上的端部移动照射时被照射部分的平均反射率变得更低；并且当允许照射到中心部分的光束向着预定侧上的端部移动时，在光束开始从反射表面偏离之前，允许光束进入具有比中心部分更低的反射率的部分。
另外根据第二实施例，对预定侧上的端部处的侧表面设置凹口或孔。预定侧上的端部处的侧表面，例如是在由光谱元件1散射的每个波长的光被照射到镜面上的布置方向上，还有图8B中Z轴方向上的端表面。根据此结构，通过使已在上述光衰减时被衍射影响的反射束6的曲线9自身很小(参考图9D)，可以使光束功率在曲线9a的状态下。因此，整体降低了要在端部衍射的反射光的峰值功率，由此减小了衍射的影响。
图1是用于解释本发明的原理的示意图。在图1中横轴表示空间坐标，纵轴表示光强(功率)。图1表示入射到可移动反射器70的MEMS镜面4上的光束功率。在图的标号中，下面所解释的与上述相同的部件用相同的标号表示。
如从图1清楚可见，降低了在端部发生衍射的波长的光束功率，并因此通过设计镜面的端部也在整体上降低了在底部如9a所示的光束功率。于是，在区域7的阴影部分中，控制了曲线9下方部分的面积变得比曲线8下方部分更大的状况，导致图10C中所示的旁瓣部分(Ear)12的峰值降低。
图2A到2C分别是表示受衍射影响的斑点直径和频带特性之间的关系的仿真结果曲线图。分别地，图示的Ws(W1、W2和W3)是MEMS镜面4上水平方向上的束斑半径，T表示MEMS镜面4的水平宽度。图2A到2C示出了对于表示MEMS镜面4的角度变化的各个角度(0度到0.9度)的多个特性。
可以根据该MEMS镜面4的各个角度来获得各个特定的透射率。发现当W象W1到W3变化时，开始出现衍射影响处的频带位置变化了，并且该位置是束斑中心变成离MEMS镜面4的端部2W处。这是因为在高斯束的情况下衍射影响通常在斑点半径W(W1到W3)的两倍的位置处产生。
图3是根据本发明第一实施例的MEMS镜面的前视图。图3是上述第一实施例的具体示例。从上述用图2A到2C所解释的仿真结果，构造具有这样的反射率分布的结构，其中在由-((T/2)-2W)到((T/2)-2W)所表示的中心附近(图3中T-4W的区域)使反射率不变，并且在该反射率分布中，随着光束移动得越来越靠近在由-T/2到-((T/2)-2W)和(T/2)-2W到T/2所表示的端部4b附近的预定范围(图3中的两个2W区域)中的各个端部4b，反射率降低以抵消衍射的影响。T/2是镜面的中心，并且+和-分别表示从中心所见的一侧和另一侧。
换言之，随着光束越来越靠近端部，反射率变得越来越低。理想的是所述端部是相对于光谱元件1的散射方向的端部。这是因为当允许MEMS镜面4的反射表面沿水平方向旋转时，由于衍射导致的对旁瓣部分(Ear)12的影响更显著。然而在任一实施例中，所设计的端部可以是在垂直方向上的端部，或者是将MEMS镜面4的旋转轴夹在中间的彼此相对的端部。
图4是表示图3所示的MEMS镜面4的透射率和频带特性间关系的曲线图。在图4所示的根据该反射率分布的透射率-频带特性的变化中，在中心4a附近没有变化，并且在端部4b附近透射率根据反射率分布来变化以形成曲线图中的梯形形状。因此，通过调节端部4b附近的反射率分布，使得该结构具有这样的反射率分布，以表现出仅仅通过颠倒衍射影响所导致的特性变化而形成的透射率-频带特性。由此，消除了衍射的影响。
图5是根据本发明第二实施例的MEMS镜面的前视图。图5表示了上述第二实施例的具体示例。MEMS镜面4的整个表面具有相同的反射率(中心4a附近的反射率和端部4b处的相同)沿着垂直方向在端部4b上设置多个凹口4c。具有波长的光束(其波长在MEMS镜面4的端部附近反射的光)直径进入凹口4c的尖端4ca，这在某种程度上保持其水平方向上的最大直径的同时使得反射表面的面积减小，并因此减小了引导到输出光纤的功率，从而导致图10C中所示旁瓣部分12的峰值的降低。
优选地，允许图5中的4c所示的大凹口的尖端4ca朝向MEMS镜面4的中心，由此可以有效地切掉与其外周部分相比具有相对较大功率的中心部分，并且可以有效地抑制将由于端部处的衍射而散开的光功率的峰值(图10C中所示旁瓣部分12的峰值)。
图6是图5所示结构的仿真结果曲线图。当由于MEMS镜面4的角度变化(传统示例中的0度：没有衰减)而没有输出光强的衰减时，没有衍射影响表现出梯形的特性。然而，当可移动反射器的角度变化并且输出光强被衰减时，出现由衍射所导致的影响，以形成近似M形状中的Ear，并因此在频带端部处透射率变得较大(传统示例中的1.5度)。根据图5所示的结构，可以消除由衍射所导致的这种影响，抑制Ear(耳部)，并且可以获得与衰减前近似相同的频带特性(1.5度)。
对于图5中所示结构的修改示例，可以在端部4b附近设置具有与凹口4c相同面积的孔(通孔)或凹入，而不设置凹口4c。此外，可以分别在端部4b附近形成具有与凹口4c相同面积的非反射膜。另外，为了减少端部4b附近的反射量，可以想到表面可以形成得粗糙，以具有与凹口4c相同的面积。此外，MEMS镜面4的端部4b附近的区域可以在与向着中心4a附近的方向相不同的方向(向外)上弯曲(形成凹入)。在此情况下，优选地使角度缓和，以使得由弯曲面所反射的光不受衍射影响。
通过在带有MEMS镜面4的可移动反射器70之前设置具有预定分布的光反射率的反射衰减膜，其中各个MEMS镜面4都在其整个表面上具有均匀的反射率，可以构造对MEMS镜面4的反射率提供分布的另一结构示例。换言之，这样来构造镜面单元(可移动反射器)，使得当从中心部分平行于预定侧上端部的方向移动并照射光束时，被照射部分的平均反射率相对于当光束照射到中心部分时被照射部分的平均反射率降低了。
图7A是表示构造有反射衰减膜的微镜面封装的立体图。图7B是表示微镜面封装的侧剖视图。用作可移动反射器70的微镜面封装沿着光谱元件1的波长散射方向设有多个MEMS镜面4(参考图8A)。MEMS镜面4是利用硅(Si)微加工技术所制造的微镜面。通过分别在镜面和布置在镜面后表面上的电极之间施加电压而产生的静电力，可以控制各个MEMS镜面4的(倾斜)角度。
在用于容纳MEMS镜面4的可移动反射器70(微镜面封装)的光的进入/反射部分(窗口)71上，分别与多个MEMS镜面独立对应地布置多个反射衰减膜72。每个MEMS镜面4在其整个表面上具有均匀的反射率。各个反射衰减膜72所具有的反射率的分布可以在各个MEMS镜面4的端部4b的预定范围内形成，以使得随着光束离端部4b靠近反射率降低，如用图3所解释的那样。
本实施例中所示的MEMS镜面4不仅仅可用于图8A所示的光开关中的镜面阵列，而且还优选地适用于这样的光开关中的镜面阵列单元等，所述光开关具有通过垂直或水平调节MEMS镜面4的反射表面的角度来进行衰减的功能。当应用MEMS镜面4时，仅仅用MEMS镜面4来替换传统镜面就足够了。当将设有该光可变衰减功能的开关用于光学系统时，可以通过光学放大器来进行光放大，而不会使信噪比(S/N)恶化。因此，这允许多级连接以及构造具有高灵活性的光学系统。具体而言，可以使频带特性平坦，由此使得可以让在分配到每个频带的信道之间的光信号水平均匀，并且可以提高在已被复用的光信号的所有频带中的信号质量。
根据本发明，提供了这样的效果，即可以控制由于衍射而导致的衰减特性的恶化。
虽然已经针对具体实施例描述了本发明以清楚完整地公开，但是所附权利要求不应由此被限制，而应被理解为包括本领域技术人员可以想到的、清楚地落入这里所阐述的基本教导内的所有修改和替代构造。

Claims (13)

1.一种具有可变角度的反射表面的镜面，包括：
中心部分，和
设置在所述镜面的预定端的端部，其中
所述端部的反射率低于所述中心部分的反射率。
2.如权利要求1所述的镜面，其中离所述中心部分越远，则所述端部的所述反射率就变得越低。
3.如权利要求1所述的镜面，还包括散射光束的光谱单元，其中所述预定端是在所述散射方向上的一端。
4.一种具有可变角度的反射表面的镜面，包括在所述镜面的预定端附近的凹口。
5.如权利要求4所述的镜面，其中所述凹口具有面朝所述镜面的中心的尖端。
6.如权利要求4所述的镜面，还包括散射光束的光谱单元，其中所述预定端是在所述散射方向上的一端。
7.一种镜面单元，包括具有可变角度的反射表面的镜面，其中所述反射表面包括：
中心部分；和
设置在所述镜面的预定端的端部，其中
所述端部的反射率低于所述中心部分的反射率。
8.一种镜面单元，包括具有可变角度的反射表面的镜面，其中所述反射表面包括：
中心部分；和
设置在所述镜面的预定端并具有比所述中心部分的反射率更低的反射率的端部，其中
在照射所述反射表面并从所述中心部分移动到所述端部的光束开始从所述反射表面偏离之前，所述光束开始照射所述端部。
9.一种镜面单元，包括：
具有可变角度的反射表面的镜面；和
反射衰减膜，设置在所述反射表面的前面并衰减照射在所述反射表面的预定端的光束。
10.一种光开关，包括：
散射光束的光谱单元；
通过可变角度的反射表面来反射所述光束的镜面；和
输出由所述镜面反射的所述光束的多个端口，其中所述反射表面包括：
中心部分；和
设置在所述镜面的预定端并具有比所述中心部分的反射率更低的反射率的端部。
11.一种光开关，包括：
散射光束的光谱单元；
通过可变角度的反射表面来反射所述光束的镜面；和
输出由所述镜面反射的所述光束的多个端口，其中所述反射表面包括在所述镜面的预定端附近的凹口。
12.如权利要求10所述的光开关，其中通过所述镜面的角度来控制进入所述输出端口的反射光的透射率。
13.如权利要求11所述的光开关，其中通过所述镜面的角度来控制进入所述输出端口的反射光的透射率。
CNB2005100074716A 2004-10-29 2005-02-22 镜面、镜面单元和光开关 Expired - Fee Related CN100357786C (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP317389/2004 2004-10-29
JP2004317389A JP4568579B2 (ja) 2004-10-29 2004-10-29 光スイッチ

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1766694A true CN1766694A (zh) 2006-05-03
CN100357786C CN100357786C (zh) 2007-12-26

Family

ID=35094353

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB2005100074716A Expired - Fee Related CN100357786C (zh) 2004-10-29 2005-02-22 镜面、镜面单元和光开关

Country Status (5)

Country Link
US (1) US7787721B2 (zh)
EP (1) EP1659723B1 (zh)
JP (1) JP4568579B2 (zh)
CN (1) CN100357786C (zh)
DE (1) DE602005011919D1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113485063A (zh) * 2021-06-29 2021-10-08 歌尔股份有限公司 一种光机光路系统及其控制方法

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7756368B2 (en) * 2005-04-11 2010-07-13 Capella Photonics, Inc. Flex spectrum WSS
US7346234B2 (en) * 2005-04-11 2008-03-18 Capella Photonics Reduction of MEMS mirror edge diffraction in a wavelength selective switch using servo-based multi-axes rotation
US7352927B2 (en) * 2005-04-11 2008-04-01 Capella Photonics Optical add-drop multiplexer architecture with reduced effect of mirror edge diffraction
US7362930B2 (en) * 2005-04-11 2008-04-22 Capella Photonics Reduction of MEMS mirror edge diffraction in a wavelength selective switch using servo-based rotation about multiple non-orthogonal axes
US7539371B2 (en) 2005-04-11 2009-05-26 Capella Photonics, Inc. Optical apparatus with reduced effect of mirror edge diffraction
US7567756B2 (en) * 2005-08-03 2009-07-28 Capella Photonics Method of automatic adjustment of dither amplitude of MEMS mirror arrays
US7826748B2 (en) * 2007-03-23 2010-11-02 Ciena Corporation Systems and methods for adaptive gain control to compensate OSNR penalty caused by side-lobe of MEMS-based reconfigurable optical add-drop multiplexers
US8280257B2 (en) * 2007-03-23 2012-10-02 Ciena Corporation Systems and methods for side-lobe compensation in reconfigurable optical add-drop multiplexers
JP2009047917A (ja) * 2007-08-20 2009-03-05 Fujitsu Ltd 光波長選択スイッチおよび制御方法
JP2009175614A (ja) * 2008-01-28 2009-08-06 Fujitsu Ltd 光デバイス、光通信装置および光デバイスの制御方法
JP5040842B2 (ja) 2008-07-24 2012-10-03 富士通株式会社 波長選択スイッチ
CN101995657A (zh) * 2010-09-15 2011-03-30 华为技术有限公司 一种光开关的方法及一种光开关
JP2012088543A (ja) * 2010-10-20 2012-05-10 Olympus Corp 波長選択スイッチ
JP2012103330A (ja) * 2010-11-08 2012-05-31 Olympus Corp 波長選択スイッチ

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4154507A (en) * 1977-12-08 1979-05-15 Jersey Nuclear-Avco Isotopes, Inc. Optical combiner/distributor using V-shaped mirror assembly
JPS61232413A (ja) * 1985-04-09 1986-10-16 Canon Inc 電気機械的光変調器
US5222112A (en) * 1990-12-27 1993-06-22 Hitachi, Ltd. X-ray pattern masking by a reflective reduction projection optical system
JPH06148573A (ja) * 1992-11-09 1994-05-27 Olympus Optical Co Ltd 瞳変調光学系
GB2279763B (en) * 1993-06-03 1996-07-31 Verreries Hirtz Sa A decorative mirror and a method for forming the same
US5377004A (en) * 1993-10-15 1994-12-27 Kaiser Optical Systems Remote optical measurement probe
US5625447A (en) * 1995-03-10 1997-04-29 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Scanning type laser radar system for vehicle
US5859424A (en) * 1997-04-08 1999-01-12 Kla-Tencor Corporation Apodizing filter system useful for reducing spot size in optical measurements and other applications
JPH11264952A (ja) * 1998-03-16 1999-09-28 Canon Inc 光走査装置
US6263127B1 (en) * 1999-05-13 2001-07-17 Lucent Technologies Inc. Free-space/arrayed-waveguide router
US6525310B2 (en) * 1999-08-05 2003-02-25 Microvision, Inc. Frequency tunable resonant scanner
US6501877B1 (en) * 1999-11-16 2002-12-31 Network Photonics, Inc. Wavelength router
AU2001281019A1 (en) 2000-08-03 2002-02-18 Reflectivity, Inc. Micromirror elements, package for the micromirror elements, and protection system therefor
KR100434541B1 (ko) 2001-08-24 2004-06-05 삼성전자주식회사 광스캐너 및 그 제조방법
US6915046B2 (en) * 2002-01-22 2005-07-05 Agere Sysems, Inc. Optical systems comprising curved MEMs mirrors and methods for making same
JP2003295095A (ja) * 2002-03-29 2003-10-15 Fuji Photo Optical Co Ltd 光走査装置の回転多面鏡
US7006721B2 (en) * 2002-04-17 2006-02-28 Hitachi, Ltd. Optical switch and beam direction module
JP4089450B2 (ja) * 2003-01-29 2008-05-28 ブラザー工業株式会社 ポリゴンミラー、光走査装置、および画像形成装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113485063A (zh) * 2021-06-29 2021-10-08 歌尔股份有限公司 一种光机光路系统及其控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP1659723B1 (en) 2008-12-24
JP2006126678A (ja) 2006-05-18
JP4568579B2 (ja) 2010-10-27
US20060093257A1 (en) 2006-05-04
US7787721B2 (en) 2010-08-31
EP1659723A1 (en) 2006-05-24
DE602005011919D1 (de) 2009-02-05
CN100357786C (zh) 2007-12-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1766694A (zh) 镜面、镜面单元和光开关
KR101267470B1 (ko) 자동차 헤드라이트
US9316378B2 (en) Arrangement for outputting light with punctiform light sources and light deflection element
CN1797062A (zh) 光开关以及用于控制光开关的装置和方法
CN1088835C (zh) 光源装置和测量方法
WO2016073987A1 (en) Luminaire for emitting directional and nondirectional light
JPS5856920B2 (ja) 光学式エンコ−ダ用配光装置
JP2009087936A (ja) 可変の放射特性を有する光源
WO2005033745A3 (en) Method and apparatus for wavelength division multiplexing
EP3350506A1 (fr) Dispositif de projection de faisceau lumineux à écran digital et projecteur muni d'un tel dispositif
US6502961B1 (en) Conical lens array to control projected light beam color, divergence, and shape
EP1302009A1 (en) Beam combiner
JP6498474B2 (ja) 車両用灯具
CN108076652A (zh) 用于机动车辆的照明设备
US20220190551A1 (en) Fiber-coupled diode laser module and method of its assembling
CN217639916U (zh) 一种激光光源装置及投影系统
CN1120483C (zh) 光拾取头
CN108884978B (zh) 用于照明装置的光源以及具有这样的光源的照明装置
CN1271763C (zh) 可调式激光光源及其波长撷取方法
EP1632941A3 (en) Optical pickup and optical disc device
JP4949989B2 (ja) 光空間伝送モジュール
CN1242281C (zh) 一次曝光实现光纤光栅多种函数切趾的方法
EP1146570A1 (de) Lichtemittierendes Halbleiterbauelement und Verfahren zur Herstellung eines Trägerelements
CN218896255U (zh) 光斑大小可变的平行光发生器
JPS6265012A (ja) 発光素子

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20071226

Termination date: 20180222

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee