CN1961230B - 光学开关 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光学开关，一个或多个输入端口来引导一光束进入所述开关；发散装置，被配置成接收所述的光束并在空间范围将所述光束分解成多个单个波长的组分，该组分被一个致动装置发送；所述致动装置为一个伸长的可移动指状物的阵列形式，所述致动装置装配有一个或多个光学元件，光学元件引导单个波长的组分到一个或多个被选择的输出端口，该输出端口取决于被所述指状物移动的光学元件的数量；其特征在于，所述致动装置适应于选择性干涉单个波长组分以阻挡波长组分，从而所述致动装置选择性引导波长组分到一个或多个被选择的输出端口，以避免在开关过程中所选择的其他波长组分被发送到一个或多个输出端口。本发明能够避免在开关过程中出现不希望的动态串扰。

Description

光学开关

技术领域

本发明涉及光学开关，本发明尤其涉及一种光波长选择开关。 

背景技术

申请人的先前公开的专利文本如WO01/50176、WO02/46825、WO02/103816和WO/104872构成了一个有用的现有技术文件的资源。这些显示了，例如，用于驱动准直器的位移来引导准直器到准直器的光学开关。WO02/103816特别介绍了一个单片电路形式的压电致动装置的详细配置。WO03/104872详细显示了挠性部件的排列如何被用于放大一个光学元件的偏移，如准直器的偏移。 

一项现有技术的文件显示了通过一个衍射光栅，用于将来自光纤的光线散布成不同频率的组分的器件，依靠能够直接的从该衍射光栅再成像光谱到另一个光纤LCD阵列或反射镜元件线性阵列对每个组分的强度进行调制。US6661948(Capella PhotonicsIncorporated)使用了能够单独地并且连续的控制的衍射光栅和一个微反射镜阵列。该系统依靠所称的微电机械系统(MEMS系统)。其他类似的公开文件有：US6695457、US6687431、US6625346、US6549699、US6507685、US6504976和US2002/0131698。相似的，US6535311(Corning Incorporated)也依靠对MEMS系统的使用，在该公开文本中采取的是开关阵列的形式。更进一步的，US6711316(JDS Uniphase Incorporated)也依靠对反射器阵列、液晶、相位阵列或反射MEMS阵列的使用。这些也是其母申请US6707959(JDS Uniphase Incorporated)的情况，该申请依靠使用MEMS。US6204946(Lucent Technologies Incorporated)也需要使用MEMS来接收多路波长信号并且在传输模式和反射模式之间进行选择性的开关。 

另一个现有技术为US6661953(Avanex Corporation)公开。这个文件显示了一个装置具有至少一个输入光线；一个透镜光耦合到至少一个输入光纤；一个折射光栅在与至少一个输入光纤相对的一侧选择性地耦合到所述的透镜；至少一个输出光纤在与衍射光栅相对的一侧光耦合到所述的透镜；并且多个可移动的棒安装在所述透镜的一侧与所述折射光栅相对，其中所述多个可移动棒能够阻断穿过所述透镜的光线的可变的部分。同时该文件还表述了他们的可移动棒阵列能够被制作成MEMS，也可以被制作成一套可弯曲的压电棒。然而该系统只能够从光纤输入/输出，所显示的对一个简单的压电梳状装置的使用没有任何的反射元件并且主要的与波长通道的光学探测或衰减相关。 

发明内容

在第一个较宽的独立的方面，本发明的目的是提供一个光学开关，避免在开关过程中出现不希望的动态串扰。 

本发明提供了一种光学开关，包括：一个或多个输入端口来引导一光束进入所述开关；发散装置，被配置成接收所述的光束并在空间范围将所述光束分解成多个单个波长的组分，该组分被一个致动装置发送；所述致动装置为一个伸长的可移动指状物的阵列形式，所述致动装置装配有一个或多个光学元件，光学元件引导单个波长的组分到一个 或多个被选择的输出端口，该输出端口取决于被所述指状物移动的光学元件的数量；其特征在于，所述致动装置适应于选择性干涉单个波长组分以阻挡波长组分，从而所述致动装置选择性引导波长组分到一个或多个被选择的输出端口，以避免在开关过程中所选择的其他波长组分被发送到一个或多个输出端口。 

本发明的技术方案当一个开关反射镜改变位置时，将允许光线以相对波长输入端口被阻挡，因此防止在所述的反射镜在新旧位置之间摆动通过中间端口而出现不希望出现的动态串扰。并且当输出端口与所述的输入端口耦合时，不必驱使来自输入端口的光线在这个过程中穿过中间的输出端口。 

这种排列具有很特别的优势，因为它允许光学开关被设置成多个光学元件譬如透镜、准直器、棱镜以及多个反射镜通过与MEMS元件相结合来获取开关的精确度的可比较级别。这也减少了所需要的公差的级别；简化了制造和服务需求而具有巨大的成本收益。 

在本发明的第一个宽泛的方面的第一个子方面，一个或多个指状物为不携带光学元件、但是可以移动到单个波长组分中以阻挡被选择的波长的压电弯曲物。 

在更进一步的子方面，所述的指状物是梳状阵列的一个部分。 

在更进一步的子方面，一个或多个指状物移动一个光学元件。 

在更进一步的子方面，所述或每个光学元件为一个反射元件，可以移动来干涉所选择的波长组分。 

在更进一步的子方面，所述或每个光学元件是一个棱镜。使用棱镜在这个排列中的一个优势是它允许所述光线被位移同时任何倾斜、扭转或小的上/下或进/出的位移不会在被移动的光束上产生第一级的效果。 

在更进一步的子方面，所述或每个棱镜被截去一部分来形成一个表面与所述或每个指状物的自由移动的末端结合。这能够使得棱镜更加牢固的固定在所述指状物上。 

在更进一步的子方面，所述或每个反射元件通过挠性部件连接到所述的指状物。这会获得更加弹性的连接从而能够被用来获得对所述指状物的末端的任何偏移的可重复的放大。 

在更进一步的子方面，所述的反射元件是一个反射镜。采用一片反射镜而不是一个反射镜的微机械阵列也具有优势，即在允许系统高精度下运行的同时使对致动结构的需求最小化，甚至不需要这些组件。 

在更进一步的子方面，所述或每个反射镜实际上垂直于所述的指状物的纵向轴延伸。 

在更进一步的子方面，所述或每个反射镜被固定在沿着相应的所述指状物的轴线上。 

在更进一步的子方面，所述的指状物形成了一个梳状装置的一部分；所述指状物在一个维度内移动；所述梳状装置的第一组指状物支撑光学元件；以及所述梳状装置的第二组指状物通过一个或多个连接臂与所述的第一组指状物连接；因此所述的第一组指状物在第一维度驱动被选择的光学元件的位移，所述第二组指状物在第二维度驱动被选择的光学元件的位移。这种设置的一个优点是它允许一个一维的致动装置的阵列以获得光学元件的二维空间的移动。 

在更进一步的子方面，所述指状物是在两个维度内可以位移的单片电路的压电致动装置，具有第一连接装置连接到一光学元件以及第二连接装置在所述的光学元件和一支 撑结构之间；因此所述的第一连接装置和第二连接装置被间隔开以获取所述光学元件的被放大的位移。 

在更进一步的子方面，所述指状物通过一个棒移动一个光学元件，所述棒从所述的元件延伸进入一个空间，该空间配备有传感所述棒在所述空间中的位置的装置。这样可以获得一个位置反馈来进行调节从而获得高/可调节级别的精确度。 

在更进一步的子方面，该开关包括一个不带有光学元件的第一致动装置指状物阵列以及一个带有光学元件的第二致动装置指状物阵列来导向波长组分。这样的配置可以实现多通道的开关和一个阻断功能。 

在更进一步的子方面，所述的指状物结合一反射镜，该反射镜定位在所述指状物的可以自由移动的末端的前面。 

在更进一步的子方面，电传感装置被提供来感应所述指状物的位置。这可以实现对光学元件的更加精确的定位。 

在更进一步的子方面，电传感装置被提供来感应所述连接装置的位置。这个电传感器的可供选择的位置也对所述的电传感装置的整体精确度有所贡献。 

在第二个较宽的独立的方面，该发明提供了一个梳状致动装置，包括多个各自可以移动的伸长的指状物，该指状物在他们可移动的末端支撑有一个反射元件。 

在本发明第二个较宽方面的一个子方面，所述的反射元件是棱镜。 

在更进一步的子方面，所述的反射元件是一反射镜。 

在第三个较宽的独立的方面，本发明提供一个梳状致动装置，包括多个各自可以移动的伸长的指状物，其中第一组指状物在一个维度内移动并且支撑光学元件；第二组指状物在一个维度内移动并且不必支撑一光学元件；以及所述第一组指状物通过一个或多个连接臂连接到第二组指状物上；因此所述第一组指状物在第一维度内驱动所述光学元件的移动以及第二组指状物在第二维度内驱动所述光学元件的移动。 

在第四个较宽的独立的方面，本发明提供一个致动装置，包括一个各自可以移动的伸长的指状物的第一梳状装置和一个各自可移动的指状物的第二梳状装置，其中所述或每个指状物包括一个反射元件以及所述的梳状装置相对于彼此定位以便所述的光线在所述梳状装置的对应的反射元件之间连续的反射。 

在第五个较宽的独立的方面，本发明提供一个光学排列，包括多个输入端以输入光束，所述光束相对于彼此以第一节距定位，以及一个光学元件的狭缝阵列从输入端接收光线并导向所接收的光束以便输出光束具有一个低于所述第一节距的第二节距。 

在第五个较宽方面的第一个子方面，所述的第二节距是第一节距的一半。 

在更进一步的子方面，所述的第二节距大约为1mm并且所述的第一节距大约为2mm。 

在更进一步的子方面，所述的光学元件狭缝阵列是一个狭缝反射镜。 

在更进一步的子方面，所述的光学元件狭缝阵列是一个狭缝棱镜。 

在更进一步的子方面，所述的光学元件狭缝阵列是一个狭缝玻璃块。 

附图说明

附图1a、b、c、d和e演示了一个在每个指状物上带有一个削去一部分的棱镜的梳状致动装置的主视图、侧视图、前视图、后视图和透视图。 

附图2a、b、c、d显示了一个在每个指状物上都带有一个棱镜的梳状致动装置的主视图、侧视图、前视图和透视图。 

附图3a、b、c、d显示了一个在每个指状物上都支撑有一个垂直放置的反射镜的梳状致动装置的主视图、前视图、侧视图和透视图。 

附图4a、b、c、和d显示了一个致动装置的主视图、侧视图、前视图和透视图。 

附图5a显示了一个带有连接臂的梳状致动装置的主视图，其中所述的指状物可以单独的在一个维度内移动以获得一个光学元件的两个维度内的移动。 

图5b显示了图5a所示的致动装置的侧视图。 

图6a显示了一个带有反射镜阵列的致动装置的透视图。 

图6b显示了附图6b中的致动装置的尾部的透视图。 

附图7a、b和c显示了一个使用棱镜的开关元件的示意性的测试图。 

附图8a显示了一个使用被致动的棱镜的频率选择开关的主视图。 

附图8b显示了附图8a中所示的实施例的一个侧视图。 

附图9a显示了一个光学频率选择性阻挡开关的主视图。 

附图9b显示了附图9a所示的实施例的侧视图。 

附图10a和10b显示了使用棱镜和一个压电梳状装置做为阻挡块的一个光学频率选择开关部分的顶视图和侧视图。 

附图11显示了一个根据本发明的更进一步的实施例的一个频率选择开关。 

附图12显示了围着一个梳状致动装置的指状物的一个位置传感排列；所述的指状物在本附图中被显示为横截面。 

附图13显示了在聚焦和平行两种模式下使用n路准直阵列。 

附图14a显示了一个移动一个反射镜块的指状物的主要的横截面视图。 

附图14b显示了一个附图14a的实施例中的为了传感各种元件位置的可能电路。 

附图15a显示了一个2维可移动的指状物阵列的传感排列。 

附图15b显示了一个为了传感一个块的位置的更进一步的传感排列的侧视图。 

附图16a和16b分别显示了根据本发明的进一步的实施例使用倾斜的反射镜的一个频率选择性开关的一个主视图和一个侧视图。 

附图17a和17b显示了一个由两个压电梳状装置组成一个扫描仪的排列的主视图和侧视的横截面视图。 

附图18a和18b显示了附图17的实施例，其中所述压电梳状致动装置的所述的指状物为挠性的。 

附图19显示了一个附图17和18的带有五个指状物的梳状致动装置的横截面视图中的电极板和压电层的一个主要描述。 

附图20a、b、c显示了一个与一狭缝棱镜联系的一个光学输入阵列的主要的侧视图、侧视图和透视图。 

附图21a、b显示了一个与一个狭缝反射镜联系的一个光学输入阵列的主要的测试/横截面图和该狭缝光学元件的透视图。 

附图22a和b显示了与一个狭缝玻璃块联系的一个光学输入阵列的侧视/横截面视图和前视图。 

附图23a、b和c显示了一个准直器阵列和固定块的透视图(b)和侧视/横截面视图(c)。 

具体实施方式

附图1a，b，c，d和e显示了一个梳状压电致动装置(piezoelectric actuatorcomb)1的不同视图，该梳状压电致动装置具有10个可各自移动的指状物2(fingers)。每个指状物，如附图标记2，可以在它们的末端3基本上沿Y方向被移动(见附图1e中的直角坐标系)。如果该致动装置被安装在一个水平平面上使用，该单独的指状物2将会沿向上和/或向下的方向移动。该压电指状物(piezo-finger)自由端的移动旨在主要获取棱镜4的倾斜。从这个意义上说，倾斜是主要目的，而位移则是为了达到该主要目的的副效果。为了获得相对于位移的恰当的旋转比率，这个压电指状物就像是围绕着一个X轴在该压电指状物的自由长度的中心旋转的一个臂一样活动。在下面附图2-5中的实施例也会引发这种模式的倾斜。相比之下，附图6和7中的实施例，通过压电指状物的弯曲的排列，利用压电指状物的位移来产生放大的角度。 

每个梳状装置1上的指状物在其末端3都支撑有棱镜，用附图标记4表示。这些棱镜可以用本领域技术人员所知道的任何恰当的方法连接在该末端上。在本实施例中，棱镜4，如能够在附图1b的视图中所更好的演示的那样，在其较低的端部5被削平。否则，该棱镜的横截面基本上是一个三角形的形状。在末端5处的切断线垂直于所述棱镜的三角形的斜边延伸。 

正如上面所描述的，在实施例中所演示的每个指状物只能在一个维度内移动。然而，可以设想本实施例中只能在一个维度内位移的指状物，也可能会在二维或三维中位移。通过使用申请人先前公开的文件之一WO02/103816中所描述的那种致动装置，可以得到能够在二维空间中位移的指状物。该公开文本也包括在参考文献中。 

附图2a，b，c和d主要显示了一个附图标记为6的一个梳状压电致动装置形式的致动装置，该梳状装置具有多个指状物，如附图标记7所标记，每一个指状物在它们的末端8都设置有一个棱镜9。该压电梳状装置，可以以附图1中所描述的梳状压电致动装置相似的一种形式工作。该实施例的一个特别的目的是获得每个单独的指状物在一维的Y方向上的位移。由于每个指状物的末端8都连接有棱镜9的直角，任何该末端8的位移都会引发所述的棱镜的位移。在附图1和2的两个实施例中，所述棱镜可以仅仅与一个压电梳状装置的指状物连接，也可通过一个挠性部件(flexure)或者任何其他恰当的连接方式另外连接到一个分离的支撑结构上。 

附图3显示了一个附图标记为10的致动装置的各个视图a，b，c和d。致动装置10采取梳状压电致动装置的形式，并且具有多个指状物11，在指状物的末端12连接有一个反射元件或反射镜13。所述反射镜，如附图中所示，从它对应的指状物垂直地延伸。反射镜13的任何面都可以是反光的，然而，也可以想象反光面是面14或面15。对反射元件以及其相对于对应的指状物的位置的选择，将取决于为该致动装置所提出的可以想到的应用。 

在该实施例中，所述指状物被设计成在X和Y两个方向上位移。沿着压电致动装置指状物(piezo-actuator finger)的两条线定义出指状物在X方向进行位移的一个区域，而所述区域在这些线之上和在这些线之下是造成在Y方向上位移的原因。可选择地，所述指状物也可以是附图1和2所记载的实施例中的一维的驱动装置。所述驱动装置也可以是一个完全分离的单片电路结构，来移动每个反射镜，当这些反射镜被支撑在一个通用的支撑结构上时，这些反射镜构成了一个梳状物。 

附图4显示了一个进一步的致动装置16的各个视图，该致动装置16与多个指状物17合为一体，在指状物17的末端18固定有一个反射元件19，在本实施例中，该反射元件是一个反射镜。致动装置16可以通过附图1，2和3中的致动装置相似的方式来工作 和配置。同时演示的该实施例将获得在Y方向的指状物17的末端18的一维位移，指状物的其他配置或是单独的致动装置可以获得反射镜19在二维或三维的位移。 

接下来的两个附图，附图5a、5b，分别显示了一个致动装置20的一个主视图和一个侧视图。该致动装置采用了一个压电梳状致动装置的形式，并且具有多个指状物，这些指状物能够在致动的作用下分别移动。指状物21与附图4a中的指状物17结构相似。在它的末端23支撑一个反射元件22。指状物21，在本实施例中，是可以沿Y方向进行一维位移的一个柱状体，这样指状物21在Y方向的位移会引发反射镜22在相同方向上的位移。指状物21只是被给定为在梳状装置上交替的指状物。在该配置中，柱状物22、23、24和25是多余的，并且根据实际的需要，可以在实际应用中被去除。柱状物26以及所有其他从左到右交替出现的柱状物也不支撑一个反射镜，而是被安排去位移一个斜向联接的臂27，所述臂从一个实际上是在中心设置的联接点(相对于指状物26的长度)延伸到近似接近指状物21的末端23的联接点29。当指状物26在Y方向上位移时，斜向联接的臂27使得反射镜22在X方向上位移。该实施例通过一个一维的压电梳状致动装置能够得到光学元件的二维位移。指状物30、31、32和33也不能对光学元件的操作有所贡献，因此可以在实际应用中去除。 

附图5b保留了附图5a中相同的附图标记以便于理解。在该附图中，联接点28采用了与光学元件22同样高度的弹性棒28的形式。 

附图6a和6b显示了一个致动装置30的分视图，该致动装置30包括多个二维单片压电致动装置(monolithic piezoelectric actuators)31，而该二维单片压电致动装置31在上面引用的申请人先前公开的文本中记载。这些单片压电致动装置31被块状物32支撑在一个印刷电路板33上，该印刷电路板能够适用于驱动和感应柱状物31的位置。柱状物31的末端34被联接到一挠性部件或者联接部件35，该挠性部件或联接部件35将末端34联接到反射元件或反射镜36上。一第二联接部件或挠性部件37将反射镜36联接到间隔块(spacer block)38，该间隔块38延伸贯穿整个柱状物31的阵列。堆叠在间隔块38上，间隔块39支撑着一个较低位置处的印刷电路板，该印刷电路板延伸贯穿整个柱状物31的阵列。该柱状物31的阵列与印刷电路板41和垂直板42一起，构成了一个电容传感阵列，当联接在反射镜36尾端的棒状物43在由两个垂直板42和印刷电路板40和41的部分所构成的空间内移动时，检测电容的变化。间隔块38延伸并超出间隔块39，以形成一个台阶44，如附图6b所示，用来允许足够的空间来弯曲挠性部件37。 

在该配置中，当柱状物31在X方向上位移时，将会引发反射镜36在X/Y平面内的倾斜，并且当柱状物31在Y方向上位移时，引发反射镜在Y/Z平面内的倾斜。 

附图7c显示了一个置于分插(add-drop)开关的部分中的一个致动装置44的一个实例。该致动装置包括一个2D压电柱45，该压电柱45通过一个尾部间隔件47联接到一个支撑结构46。在柱45的末端48，一个挠性部件49被提供并且垂直于柱45延伸。该挠性部件联接一联接臂50，该联接臂在其末端51把持有一个棱镜52。一第二挠性部件53将联接臂50联接于支撑结构46上。由于挠性部件49和53之间的距离只有大约联接臂50的长度的1/6，因此柱45的任何移动都会导致在末端51的一个放大的位移。结果，棱镜52将会在最小的柱偏差的情况下被移动一个相对较大的距离。在这个配置中，棱镜52可在一个反射元件1前移动，在本实施例中为反射镜1。附图7a显示了一束光在没有棱镜52影响光束的情况下从反射镜1反射出。而附图7b中致动装置44移动棱镜52进入光束，从而将光束转变为潜望镜的形式。使用棱镜来移动光的一个关键的优势在于 任何的倾斜、扭转或者是小的上/下或进/出的位移都不会对偏移的光束产生第一级影响。这就减小了在致动装置结构方面的需求，从而使其能够在成本和耐用性方面得到优化。附图7中的致动装置的一个应用是附图8a和8b中的一个分光仪排列。 

多个输入和输出准直器，譬如分别为附图标记55和56所引用，被用作分光仪的端口。这些准直器被聚焦到一个准直反射镜57上的一点，该准直反射镜将光束反射回一个设置在距离光栅59焦点距离处的成像反射镜58上。光栅59以分光仪的经线轴线成45度角度设置。该光栅再一次将光束分解为它的各组分到成像反射镜58上，成像反射镜58依次反射光线到频率平面反射元件(frequency plane reflecting element)54上。多个棱镜60、61和62被提供到反射镜54的前面来开关从进/出端口到一对加/减(add/drop)端口的光线。该光线被向上或向下偏移一个准直器的节距(collimatorpitch)以便与不同的一对准直器耦合，例如垂直堆叠在55和56之上和之下的加1/减1(71，72)，加2/减2(73，74)，加3/减3(75，76)或者加4/减4(77，78)。 

代替每个棱镜使用二维位移的致动装置，该致动装置可采用附图1到5的一维致动装置阵列的形式。也可以采用一种不带有任何的光学元件的致动装置阵列的方式，以可变化的量被插入到每个波长的光束中。这会为每一个波长获得一个简单的具有一个输入、一个输出以及可变衰减的阻断器。在这个版本中，反射元件54可以被一个简单的平面反射镜59所代替。这样的安排在附图9a和9b中被显示。在这个配置下，有两个输入/输出端口80、81、一个准直反射镜82，一个成像反射镜83，一个光栅84和一个能够移进或移出单独频率的光束路径的一维的致动装置阵列85。 

最后两个实施例的一个可能的执行方式中，可使用一每毫米900线、与引入的光束成45度角以及整体尺寸为8×12mm的光栅。可以想象使用一个直径为1mm的准直器在一100mm的工作距离工作。也可以设想使用一个间隔为500GHZ的波段，8个波段贯穿C波段，中心在1550nm。光栅59、反射镜54和聚焦透镜或成像反射镜58之间的距离可以为200mm，200mm焦距长度。可以设想在反射镜54上具有所述复数个频率段的节距(pitchor the frequency bands)在一共是8mm宽度的1mm处。也可以设想准直器具有一束腰部分(beam waist)直径大概为350um，同时在成像反射镜上具有一同样大小的点。在进入和射出准直器的光束之间的分开角度可以想象为15mrad，同时在准直器中心线之间的距离有1.5mm。 

也可以设想使用一个梳状压电致动装置，其指状物有20mm长，1mm的节距(pitch)，并且指状物与指状物之间具有0.1mm的狭缝。每个指状物由两层柔软的压电陶瓷构成，每个层具有0.5mm的厚度。在并行模式下以一个300V的驱动电压摆动驱动，并且在压电致动装置的末端提供一个0.7mm的偏转。所述的压电致动装置的所述末端最好在与水平方向成15度角设置的反射镜的1mm之内。在运动的时候，压电致动装置的末端从光束中心以下0.25mm处(0衰减状态)到光束中心以上0.45mm(完全阻挡状态)。本发明也设想附加一4分之1波片在反射镜的前面，其偏振轴与水平方向成45度角。由于光线会通过该4分之1波片两次，因此在衰减指状物之上的两个通道之间偏振轴会产生90度的旋转。这可以消除在半阻挡状态(semi-blocked state)下的第一级偏振依赖损失(PDL)，同时也可以消除由于光栅所引入的第一级偏振依赖损失(PDL)。通过将所有的棱镜的位移设置在相同的方向以及将衰减指状物设置在前面，附图7到8b和9a、9b(弹性插分和可变衰减flexible add drop and variable attenuation)能够被合并进一个相同的单元如附图10a和b所示。在这个附图中，设置有一个频率平面反射元件 86，一个阻断块射线(blocker ray)89，一个棱镜致动装置90和棱镜91、92、93和94。 

附图11显示了一个采用前面的实施例所描述的致动装置的一个波长选择开关的三维视图。多个光纤95耦合光线到一个会聚线性多路准直器阵列(convergent linear n-way collimator array)96，这样从所有透镜过来的光线能够聚焦到阵列平面的一个单独的点上。每个透镜也都被聚焦这样每个光束在相同的点通过一高斯光束束腰部分(Gaussian beam waist)。该阵列被设置使得一个端口，例如输入端口与其他n-1的端口(输出端口)，具有一个不同的节距。例如，在1mm节距上的带有1/10输入端口的9个输出端口偏移1.5mm以便输入端口与其他9个的步调不一致。这会在输入端口被联接到第3/5/7等输出端口时，防止输出端口之间出现伪耦合(spurious coupling)。 

从所述准直器通过的光束在一第一折叠反射镜97上会聚，然后反射到一柱面镜98上，该柱面镜将束腰部分由在一个轴(Y)上的准直器再次成像到第二折叠反射镜99上，同时允许光束沿其他轴(X)散播。该光束再一次被第二折叠反射镜99反射到柱状镜面98上，该柱状镜面98再次成像该光束为一个在Y方向上的收敛部分到第三折叠反射镜100上。随后，光束被第三折叠反射镜100反射，并且穿过柱状透镜101，该柱状透镜发送10个分离且接近平行的光束到光栅和球面光栅棱镜102，该光栅和球面光栅棱镜102提供一平行的光束到光栅，并且提供在X平面上所需要的聚焦来使得光线强烈聚焦到阵列105。然后，所述光束被导向到一个低偏振依赖损失、高效率的衍射光栅103。该光栅散开不同波长的光线进入一个偏光位置(angle-to position)透镜104，该透镜104引导不同波长的光束进入平行方向到达一个一维的开关反射镜阵列105。该阵列采用附图4中所记载的压电致动装置16的形式。改变电驱动变化为致动装置的每个指状物使联接到所述指状物上的所述反射镜的角度发生变化，因此改变相应的波长的光线的光路。一个电容性的位置传感器106在所述致动装置里提供一个来自每个指状物的位置电反馈。所述梳状装置也具有一个电容性的位置传感器(未示出)来确保线性的、稳定的以及软过渡自由(hysterysis free)的行动。 

从阵列105反射的光线随后重新沿着它的光路径通过该系统，在一个被所述阵列105的每个反射镜元件的角度所设置的高度回到准直器阵列96。通过这种方式，每个输入的单独波长被导向到输出端口1到9。 

不带有任何光学元件的一维梳状压电装置107，被放置在接近致动装置105的位置，并被配置以使得在适当程度被驱动时，每个指状物被升起并完全阻挡相应波长的光。可选择的，如果所述指状物并没有在阻挡位置，它将允许光线撞击适当的开关元件105。当一个开关反射镜改变位置时，将允许光线以相对波长输入端口被阻挡，因此防止在所述的反射镜在新旧位置之间摆动通过中间端口而出现不希望出现的动态的串扰。 

一个附图4中所述的阵列能够在它的指状物下面整合一个绝缘板108，该绝缘板108带有金属轨道(track)109，当所述的致动装置的指状物没有偏移时，平行于所述梳状装置的指状物。所述的复数个轨道的电连接提供复数个AC激励波形，所述复数个波形具有相同的频率但是相对于这些轨道交替的出现0度、90度、180度和270度的相位。剩余的轨道成双地连接到一个低噪音的运算放大器(op-amp)。所述的运算放大器被配置成其输出与所述连接到它的输入的轨道和相邻的激励轨道之间的电容耦合的总和成比例。在所述的压电梳状装置和地之间连接一低阻抗(在激励频率)连接。由于指状物的上下移动，所述的激励轨道和所述的运算放大器输入之间的耦合量将发生变化。这会引发所述的运算放大器的输出以曲线图所显示的方式变化。我们能够看到两个连接到任何 一个运算放大器上的指状物中的每个的位置产生变化会产生所述运算放大器的输出的正交变化，所以允许所述两个齿的位置被单独的测定。 

如附图13所示，替代使用一个聚焦线性n路准直器阵列96，一个非聚焦准直器阵列110可被用于引导光线到放置在阵列前的附加的透镜111来引发所述光线会聚到一点。通过恰当的选择透镜的焦点距离以及所述的透镜和准直器阵列的间隔，将有可能确定所有的光束在相同的点，如它们的交叉点，通过了一个高斯光束束腰部分。一个聚焦准直器阵列96和一个平行准直器阵列的比较被显示在附图13中。 

所述发明也设想在系统中补偿光线调焦的不足/过度，从所述准直器阵列出来的所述的高斯光束束腰部分的位置能够被调整至位于所述所有光束的交叉点之前或之后。 

所述发明也设想，为了替代直接联接到所述的梳状装置上，挠性部件被用于连接所述反射镜到所述的梳状装置上。一个实施例可以在附图14a中看到，一个压电陶瓷柱112通过一间隔件114被连接到一个支撑结构113的一个末端。柱112与一个从柱112的自由末端垂直延伸并且连接有一个玻璃块116的挠性部件115合并。一第二挠性部件117被用在玻璃块116的向前的大部分表面来连接玻璃块116和所述支撑结构113。所述的部件可以按照上面描述的内容制做，在所述的整个组件被锯割成多个指状物之前，与两个单独的挠性部件连接的单独的压电陶瓷做为一个单独的块来制做，。可选择的，尾部挠性部件115可以与多个预设的突出物预先制成，以用来与预先制成的压电梳状装置的每个齿连接。所述反射镜和挠性部件可以在联接到所述的压电梳状装置之前联接和锯割。在所有的情况中，所述的挠性部件被设置以便压电梳状装置的指状物在一个轴(例如上/下)的移动被传送到所述反射镜，同时偏离其他轴(例如进/出页面没有被耦合)的运动。所述玻璃块能够形成反射镜面来反射光线，所述光线如光束路径119所示的那样垂直于所述的压电指状物以及如光束路径118所示的那样平行于它们。相应于光路118的块的侧面能够用在一维的块运动模式而相应于光路119的块的侧面能够根据实际情况用在二维块运动模式以及一维块运动模式中。 

如上面引用附图11所表述的，所述来自衍射光栅的光线根据波长散播开。然而，不同波长被分开的量在一个波段内并不是很好的统一的。为了补偿这种情况，所述的压电/反射镜组装部件能够以不统一的节距被切割。可选择的，所述的压电梳状装置能够被按照一个固定的节距切割以及一个反射镜组装部件以不同的节距被切割。然后这些再彼此的连接在一起。 

也可以在所述的压电梳状装置的指状物的上面或下面放置一传感轨道阵列。一个微分传感器，如附图14b所示，可以被执行。采用这样一种排列的好处在于获得超过在上面讨论的最初的传感方案中的改善的信噪性能。 

回到附图14a，本发明也设想在位置120和121使用传感器，位置120和121在从所述块16的前表面向前间隔开的位置和在所述块116向下间隔开的位置用于传感器121。可选择的，传感器可以安装在这两个位置并且使用一个前面讨论的微分设计。一个位置传感排列也设想被设置在板的部分139和压电致动部分138之间。 

更进一步可选择的，如附图15b所示，可以延伸挠性部件122中的一个，使其超出玻璃块123，并且使用一个微分传感器设计124来感应这个挠性部件的位置，并因此推断玻璃块123的位置。附图15b的所述排列特别适合使用了一个2维压电指状物的情况。 

附图15c显示了一个进一步的实施例其中一个挠性部件122’从玻璃块123’向前延伸进入一个微分位置传感器124’。这个设计特别适合于当使用了一个1维的压电指状物 的情况。这些能够被用来替代在所述指状物下面的所述的传感排列如附图14a中所示的附图标记138和139。 

每个压电指状物能够被制作成可以在二维空间中移动：在梳状装置范围内相对于所述的梳状装置的平面做上下移动以及左右移动。在这个实施例中，输出端口与所述的输入端口耦合而不必驱使来自输入端口的光线在这个过程中穿过中间的输出端口。也就不必在需要所述的阻挡梳状装置。附图15a显示了一个适用于监测两个轴移动的位置传感器的方案。 

附图16a和b演示了一个根据本发明更进一步的实施例的更进一步的波长选择性开关。所述的开关包含一个输入准直器125，该输入准直器能够发送一束光通过一柱面透镜126到一个球面镜127上。所述光线然后被反射到一个光栅128上然后回到球面镜127。所述光线然后在到达镜面阵列130之前穿过柱面透镜129，所述镜面阵列130可以是本申请前面所描述的任何实施例。所述光线然后沿原光路返回穿过所述系统，并根据所述的单独的阵列镜面元件130的角度到达9个输出准直器125a……125i中的一个。在本实施例中，所述的距离可以是：a)大约1.5-10.5mm；b)115mm；c)65mm；d)大约1-2mm；e)1.3mm；f)66mm；g)大约1.5-10.5mm以及h)大约1000mm。这些距离被用来做为合适距离的一个实例，而不是仅仅限定在这些距离中。 

附图17a和b演示了一个包括两个相对放置的致动装置132和133的多路压电激光扫描仪131。每个致动装置都采用一压电梳状装置的形式，其中每个指状物134在一个反射元件或反射镜135处终止，这些致动装置的所述的压电梳状装置按下面可以更好的构成：在用钻石切割细缝来形成梳状装置分开的指状物之前，先将反射镜135连接到一个压电材料块上。所述梳状装置的每个指状物被合适的电气工具驱动使得所述的反射镜可以在二维空间内位移。附图18a和b演示了所述的指状物在被偏移的模式下的所述的压电激光扫描仪及电子驱动电路。 

附图17b显示了如附图标记136所引用的复数个导体层，以及其上安装有所述的致动装置阵列的所述基板137。附图19也演示了在致动装置阵列中的复数个导体层，其间被插入了所需要的压电陶瓷材料来得到所述单个指状物在(U)，向下(D)，向左(L)，向右(R)的位移。 

使用一对节距为1mm，具有五个指状物的致动梳状装置；所述的指状物具有0.9mm的厚度以及3mm的长度，一个扫描仪能够被制造成具有在两个大约15kHz的带宽的轴上进行0.1弧度的扫描角度。 

附图20C演示了一堆(bank，附图标记150)光学元件如准直器151以一个2mm的节距被放置在一个狭缝棱镜(本实施例中是一个狭缝直角棱镜)的所述狭缝的前面。一堆(bank，附图标记152)光学元件如准直器153也被提供以2mm的节距放置来引导光线在所述棱镜的所述狭缝之间以使得所述的光线弹起到表面154和155。做为结果这种排列的输出光束的阵列会使得一光束阵列的节距只有1mm。也就是说，输出阵列的节距只有输入准直器节距的一半。 

附图21演示了一个可选择的交叉(interleaved)排列，其中致动装置156包括一个反射器157来引导光线到一个狭缝镜面160的指状物158上，同时致动装置159包括一个反射器161来引导光线在所述的狭缝反射镜的所述指状物之间或者是穿过所述反射镜的一个狭缝以便被尾部反射镜162所反射。所述的致动装置以2mm的节距放置并且通过这样的排列输出光束具有1mm的节距。 

附图22演示了一个进一步的交叉排列其中致动装置163使用了一个反射器164来引导光线到一个狭缝玻璃块165上，所述的狭缝玻璃块引导光线穿过它的指状物166中的一个而出去。这种排列使用了一个第二致动装置167引导指状物之间的光线穿过所述狭缝168这样同时所述致动装置的节距为2mm而输出光束的节距只有1mm。 

上面所述的交叉的实施例结合多种输入例如准直器或反射器或任何其他合适的输入由本领域技术人员所知道的选择来使用。 

附图23演示了一个准直器169，该准直器被如附图标记170和171所引用的挠性部件保持在位置上。所述的挠性部件170和171分别连接在所述准直器的前部和尾部，并且向上延伸来被一个钳位块172所把持。所述的块结合了多个夹具173来通过调节螺钉174抓住挠性部件。所述的排列可以被使用来允许在加工所述x和y点角度以及x和y位置(例如全部4个轴)时进行更好的调节。 

Claims (19)

1.一种光学开关，包括：一个或多个输入端口来引导一光束进入所述开关；发散装置，被配置成接收所述的光束并在空间范围将所述光束分解成多个单个波长的组分，该组分被一个致动装置发送；所述致动装置为一个伸长的可移动指状物的阵列形式，所述致动装置装配有一个或多个光学元件，光学元件引导单个波长的组分到一个或多个被选择的输出端口，该输出端口取决于被所述指状物移动的光学元件的数量；其特征在于，所述致动装置适应于选择性干涉单个波长组分以阻挡波长组分，从而所述致动装置选择性引导波长组分到一个或多个被选择的输出端口，以避免在开关过程中所选择的其他波长组分被发送到一个或多个输出端口。

2.如权利要求1所述的光学开关，其中：所述致动装置包括指状物，在致动时所述指状物在二个维度内移动。

3.如权利要求1所述的光学开关，其中：所述致动装置包括两个分离的致动装置，为第一致动装置和第二致动装置，所述第一致动装置与所述第二致动装置连接，第一致动装置为伸长的可移动的指状物的阵列，该指状物携带光学元件，并且第二致动装置为伸长的可移动的指状物的阻挡阵列，该指状物不携带光学元件。

4.如权利要求3所述的光学开关，其中：第二致动装置的指状物为不携带光学元件、但是可以移动到单个波长组分中以阻挡被选择的波长的压电弯曲物。

5.如权利要求1所述的光学开关，其中：所述光学元件为一个反射元件，反射元件可以移动来干涉所选择的波长组分。

6.如权利要求1所述的光学开关，其中：所述光学元件是一个棱镜。

7.如权利要求6所述的光学开关，其中：所述的棱镜被截去一部分来形成一个表面与所述指状物的自由移动的末端结合。

8.如权利要求6所述的光学开关，其中：所述棱镜以它的一个边沿被连接到所述指状物的自由移动的末端。

9.如权利要求5所述的光学开关，其中：所述反射元件通过一挠性部件连接到所述的指状物。

10.如权利要求5所述的光学开关，其中：所述的反射元件是一个反射镜。

11.如权利要求10所述的光学开关，其中：所述反射镜被固定在沿着相应的指状物的轴线上。

12.如权利要求10所述的光学开关，其中：所述反射镜垂直于所述的指状物的纵向轴延伸。

13.如权利要求1所述的光学开关，其中：所述的指状物形成了一个梳状装置的一部分；所述指状物在一个维度内移动；所述梳状装置的第一组指状物支撑光学元件；以及所述梳状装置的第二组指状物通过一个或多个连接臂与所述的第一组指状物连接；由此所述的第一组指状物在第一维度驱动被选择的光学元件的位移，并且所述第二组指状物在第二维度驱动所述被选择的光学元件的位移。

14.如权利要求1所述的光学开关，其中：所述指状物是在两个维度内可以位移的单片电路的压电致动装置，具有第一连接装置连接到一光学元件以及第二连接装置在所述的光学元件和一支撑结构之间；由此所述的第一连接装置和第二连接装置被间隔开以获取所述光学元件的放大的位移。

15.如权利要求1所述的光学开关，其中：所述指状物通过一个棒移动一个光学元件，所述棒从所述的元件延伸进入一个空间，该空间配备有传感所述棒在所述空间中的位置的装置。

16.如权利要求1所述的光学开关，其中：该开关包括带有光学元件的第一致动装置指状物阵列以及不带有光学元件的第二致动装置指状物阵列用来导向波长组分。

17.如权利要求1所述的光学开关，其中：所述的指状物结合一反射镜，该反射镜定位在所述指状物的可以自由移动的末端的前面。

18.如前面权利要求1所述的光学开关，其中：电传感装置被提供来感应所述指状物的位置。

19.如权利要求14所述的光学开关，其中：电传感装置被提供来感应所述连接装置的位置。

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