波长选择开关

优先权主张及相关申请

本专利文件要求申请人和受让人O-Net Communications(USA)lnc.于2021年1月19日提交的标题为“波长选择开关”的美国临时专利申请63/139,084的优先权和权益，发明人为Chenjun Fan。上述申请的全部公开内容通过引用并入作为本专利文件的公开内容的部分。

技术领域

本专利文件涉及光纤网络和其他光装置或系统中的光学切换。

背景技术

光开关是一种对光束进行重定向的装置。在基于光波分复用(WDM)的光装置，模块，或系统中，不同光波长的光束或信号通道需要通过具有波长选择性的光开关进行重定向，以便不同光学WD M波长的光学WD M信号或通道可以重定向到所需的方向或位置。在光学WDM光纤网络中，例如，这样的波长选择光学切换用于在ROA D M(可重构光分插复用器)和光交叉连接开关中执行重要的光学网络操作。

发明内容

本专利文件尤其公开了波长选择开关(WSS)，用于基于在光学双折射材料中对不同光学偏振的光进行空间分离与在衍射光学器件中将不同波长的光进行空间分离的组合来重定向光学WDM信号或通道，以在光学网络应用中执行波长选择光学切换。值得注意的是，所公开的光学WSS装置中用于处理光学WD M信号的光学器件被设计为提供可扩展的光学WSS装置，其中不同的WDM信号共享光学部件和封装。

在一个实施例中，所公开的技术可被实现为提供例如波长选择光开关，其包括沿第一方向彼此间隔开的光纤线性阵列，以形成第一平面，该第一平面具有沿垂直于第一方向的第二方向的法线方向；光学双折射材料，其被设置位置为接收来自光纤线性阵列的光纤终端端口的输出光，并被配置为将来自每个光纤的光输出空间分离成两个线性正交光学偏振的两个空间分离的光束，以限定第二平面，该第二平面具有与第一方向平行的法线方向；以及准直透镜，其位于远离光学双折射材料的位置以接收来自光纤线性阵列的每个光纤的线性正交光学偏振的空间发散的光束，并且与光纤线性阵列的光纤终端端口以准直透镜的焦距间隔开，以将来自每根光纤的两个线性正交光学偏振的两个空间发散的光束分别变换为两个正交光学偏振的两个空间分离且平行的光束。光学偏振旋转器被设置位置为和构造为接收来自光纤线性阵列的两个线性正交光学偏振中的仅一个光学偏振的光束，以将从光纤线性阵列所接收的仅一个光学偏振的光束的偏振旋转为与两个线性正交光学偏振中的另一个光学偏振平行，使得来自每根光纤的两个空间分离且平行的光束处于相同的线性偏振；以及光栅被设置位置于光学偏振旋转器和准直透镜下游，以接收来自光纤线性阵列的每根光纤的相同线性偏振的两个空间分离且平行的光束，并且将每个光束分别衍射成在不同衍射光束方向上的不同光波长的不同衍射输出光束。该光开关还包括相对于光栅被设置位置的光学偏转器阵列，以分别从光纤线性阵列的每根光纤接收在不同衍射光束方向上的不同光波长的不同衍射输出光束，并且将从光纤线性阵列的每根光纤接收到的在不同衍射光束方向上的不同光波长的不同衍射输出光束重定向回到光栅，光偏振旋转器，准直透镜，光学双折射材料和光纤线性阵列的光纤终端端口；以及控制装置，其耦接到光学偏转器阵列，以分别将偏转器控制信号施加到光学偏转器，使得每个光学偏转器响应于对应的施加的控制信号来基于对应的施加的控制信号将来自光栅的衍射输出光束以期望的方向引导回光栅，其中，生成偏转器控制信号以实现光纤线性阵列中的期望的波长选择光学切换。

在一些实施方式中，波长选择光开关的上述示例还可以包括以下透镜：第一柱面透镜位于光栅和光学偏转器阵列之间，并且与光栅和光学偏转器阵列中的每一个以第一柱面透镜的焦距间隔开。第一柱面透镜被设置位置为处理和透射与透过光学偏振旋转器的光束相关联的光。第二柱面透镜位于光栅和光学偏转器阵列之间，并且与光栅和光学偏转器阵列中的每个以第二柱面透镜的焦距间隔开。第二柱面透镜被设置位置为处理和透射与不透过光学偏振旋转器的其他光束相关联的光，其中，第一和第二柱面透镜中的每一个被设置方向为提供用于在第二平面中使光弯曲的光焦度，而在第一平面中不表现出光焦度。第三和第四柱面透镜位于光栅和光学偏转器阵列之间，并且第三和第四柱面透镜中的每一个被设置方向为提供用于在第一平面中使光弯曲的光焦度，而在第二平面中不表现出光焦度。第三柱面透镜位于更靠近光栅的位置，并且与光栅以第三柱面透镜的焦距间隔开，并且第四柱面透镜位于更靠近光学偏转器阵列的位置，并且与光学偏转器阵列以第四柱面透镜的焦距间隔开。第三和第四柱面透镜彼此以等于第三和第四柱面透镜的焦距之和的距离间隔开，使得第三和第四柱面透镜形成位于光栅和光学偏转器阵列之间的远心透镜系统。

在另一个实施例中，所公开的技术可被实现为提供波长选择光开关，其包括沿第一方向彼此间隔开的光纤线性阵列，以形成第一平面，该第一平面具有沿垂直于第一方向的第二方向的法线方向；光学双折射材料，其被设置位置为接收来自光纤线性阵列的光纤终端端口的输出光，并被配置为将来自每个光纤的光输出空间分离成两个线性正交光学偏振的两个空间分离的光束，以限定第二平面，该第二平面具有与第一方向平行的法线方向；准直透镜，其位于远离光学双折射材料的位置以接收来自光纤线性阵列的每个光纤的正交光学偏振的空间发散的光束，并且与光纤线性阵列的光纤终端端口以准直透镜的焦距间隔开，以将来自每根光纤的两个线性正交光学偏振的两个空间发散的光束分别变换为两个线性正交光学偏振的两个空间分离且平行的光束；以及光学偏振旋转器，其被设置位置为和构造为接收来自光纤线性阵列的两个线性正交光学偏振中的仅一个光学偏振的光束，以将从光纤线性阵列所接收的仅一个光学偏振的光束的偏振旋转为与两个线性正交光学偏振中的另一个光学偏振平行，使得来自每根光纤的两个空间分离且平行的光束处于相同的偏振。该装置还包括被设置位置于光学偏振旋转器和准直透镜下游的光栅，以接收来自光纤线性阵列的每根光纤的相同偏振的两个空间分离且平行的光束，并且将每个光束分别衍射成在不同衍射光束方向上的不同光波长的不同衍射光束。光栅为反射式光栅，并且将不同衍射光束方向上的不同光波长的不同衍射光束引导至光栅的同一侧上。光学偏转器阵列被设置位置于来自光栅的不同衍射光束方向上的不同光波长的不同衍射光束的光路中，以将不同衍射光束朝向光栅反射回，从而将从光栅的接收到的不同衍射光束重定向至准直透镜，光学双折射材料以及光纤线性阵列的光纤终端端口。该装置还包括：控制装置，其耦接到光学偏转器阵列，以分别将偏转器控制信号施加到光学偏转器，使得每个光学偏转器响应于对应的施加的控制信号来基于对应的施加的控制信号将来自光栅的衍射光束以期望的方向朝向准直透镜，光学双折射材料和光纤线性阵列的光纤终端端口引导以用于光学切换，其中，生成偏转器控制信号以实现光纤线性阵列中的期望的波长选择光学切换。在该实施例的一些实施方式中，该装置可以包括在垂直于第一方向的第二方向上堆叠在光纤线性阵列之上的额外光纤线性阵列，以引导光穿过光学双折射材料，准直透镜，光学偏振旋转器和光栅；并且额外光学偏转器阵列被设置位置为接收来自额外光纤线性阵列的光并将其反射回到光栅以执行期望的光学切换。

可以进行这些特征的各种应用，包括在所公开的光学WS S装置中堆叠共享相同光学器件和封装的两个或更多个线性光纤阵列，以形成光纤网络和其他系统中的可扩展光学WSS开关。

在附图，说明书和权利要求书中更详细地描述了所公开技术的上述特征和其他特征。

附图说明

图1-6是使用数字表示各个部分的示例：

1，2和3-三个单独的透镜系统的三个光轴；

4-光纤阵列；

5-沃拉斯顿棱镜；

6-光路补偿器；

7-偏振旋转器(半波片)；

8-准直/聚焦透镜(可以是球面镜)；

9-色散光栅(可以是反射型)；

10&13-柱面透镜(远心)；

11&12-柱面傅立叶透镜；以及

14-LCoS空间光调制器或MEMS阵列。

图1示出了光学波长选择开关(WSS)的一种实施方式的示例。

图2示出了如图1所示的光学WSS装置的示例中的各种光学部件的细节。

图3通过处理和切换分离成在并行处理的两个线性正交偏振的两个平行光路的光通道来使用示出了在Y-Z平面中的硬件部件的俯视图，进一步示出了图1和图2中的WSS装置。

图4示出了通过利用在X-Z平面中沿Y方向彼此堆叠的两个或更多个光纤阵列替换图1中的X-Z平面中的单光纤阵列而获得的Mx(1xN)WSS装置的示例。

下面的图5进一步示出了在X-Z平面和Y-Z平面两者中使用反射式光栅的光学WSS装置的示例，其中1-D光纤阵列放置在切换平面(X-Z平面)中。

图6示出了用于实现图5中的光学系统的波长选择开关的装置实施方式示例。

具体实施方式

波长选择开关(WSS)装置具有广泛的应用。光纤网络中的各种波长选择开关(WSS)装置的结构往往复杂且昂贵；并且随着光学WD M通道的数量的增加，扩展这样的光学WSS装置可能很困难。然而，部署在光学网络中的某些波长选择开关(WSS)装置可能被限制在网络核心，主要是因为它们相对高的成本和较差的可扩展性。

需要有一种具有改进的可扩展性的成本更低的解决方案，使得WSS不仅可以用于核心网络中，而且还可以广泛用于城域网，接入网和数据中心。本专利文件中公开的光学WSS装置的设计结合了用于处理不同光束的光学部件的共享，光学偏振分集的使用以及光学透镜系统的独特设计的技术特征，以提供可扩展且高性能的光学WSS平台。

图1示出了光学WSS开关的一种实施方式的示例并且包括分别在Y-Z平面和X-Z平面中的两个透视图中的两个图。该示例中的光纤阵列(4)是在标记为X方向的第一方向上的一维线性光纤阵列，并且光开关的光轴沿着Z方向。Y方向是与X方向和Z方向垂直的方向。光纤(4)形成的X-Z平面与光纤平行(在与Y方向平行的法线方向上)，并且构成切换平面，在该切换平面中，某些光束被重定向为执行光学切换。为了适应高通道计数，可以在光纤阵列中使用小光纤间距(例如，127微米或更小)。

如图1中的虚线所示，光纤的输出光纤端口在虚线处彼此对齐。每根光纤承载其自己的光，该光可以是特定光学W D M波长的单个光通道或者是不同光学WDM波长的两个或更多个不同光通道的组合。光学双折射材料(5)设置为接收来自光纤线性阵列(4)的光纤端口的输出光，并被配置为将从每个光纤输出的光在空间上分离成Y-Z平面中的两个线性正交光学偏振的两个空间分离的光束。该光学双折射材料(5)可以以不同的方式实现。例如，由其晶体光轴布置为彼此垂直的两片双折射晶体材料形成的沃拉斯顿棱镜，可以用于将P和S偏振的光分离为Y-Z平面中的如图中黑色和蓝色光线所标记的两个独立的光束。如图1中的上图所示，由双折射材料(5)输出的一种线性偏振的光被引导到光轴(z方向)上方的上半部分，而另一种正交线性偏振的光被引导到光轴下方的下半部分。两个正交偏振的两个发散光束一般为球面光束或高斯光束，其中心基本接近光轴，由于光程差而分开一定距离。该沃拉斯顿棱镜可以是非常薄的片，其可以直接附接到光纤端口。

接下来，在用于光学WSS装置的光学系统中，准直透镜(8)设置为从沃拉斯顿棱镜(5)接收Y-Z平面中的来自光纤线性阵列(4)的每个光纤的正交P和S光学偏振的空间发散的光束。该准直透镜(8)与光纤线性阵列(4)的光纤终端端口以准直透镜(8)的焦距间隔开，以将来自每根光纤的两个正交的P和S光学偏振的两个空间发散的光束变换为分成两个空间分离且平行的光束，这些光束仍保持在两个P和S正交光学偏振。准直透镜(8)可以是旋转对称的，以如图所示在包括Y-Z和X-Z平面两者的所有方向上提供光焦度和准直。例如，可以使用诸如球面，非球面，或透镜组透镜的各种透镜来实现该透镜。

接下来，P和S正交光学偏振的两个空间分离且平行的光束由准直透镜(8)下游的光学偏振旋转器(7)处理，以将P和S正交光学偏振的两个平行光束中的一个的偏振旋转90度，而保持两个平行光束中的另一个的偏振不变，使得在光学偏振旋转器(7)的该变换之后，两个光束将处于相同的偏振。可以使用由双折射晶体材料形成的光学半波片或其他装置来实现光学偏振旋转器。这种偏振旋转允许两个光束处于垂直于下游光栅(9)的凹槽的相同线性偏振，以确保光栅(9)的有效操作，该光栅(9)往往对光栅操作中的光学偏振敏感。在图1中，光栅(9)的凹槽平行于X方向并在Y方向上彼此间隔开，使得色散或衍射位于如图1所示的Y-Z平面中。在其他实施方式中，光学偏振旋转器可以放置在准直透镜和沃拉斯顿棱镜之间。

下面的图2进一步示出了图1中的光学WSS装置的该示例中的各种光学部件的细节。

在Y-Z平面中，由于不同偏振的两个光束从沃拉斯顿棱镜(5)到准直透镜(8)的不同光路，可以在两个光束中的一个光束中设置至少一个光路补偿器(6)以使不同光束的光路长度相等。这样的光路补偿器(6)可以包括玻璃板或玻璃楔，以校正由沃拉斯顿棱镜(5)的双折射引起的s偏振光束和p偏振光束之间的光束中心离散。取决于沃拉斯顿棱镜(5)的材料，补偿器(6)可以放置在上半部分或下半部分中。补偿器(6)可以放置在准直透镜(8)之前或准直透镜(8)之后。如果沃拉斯顿棱镜(5)是非常薄的片并且对光程差的影响足够小或者可以忽略不计，则可以消除该光路补偿器(6)。光路补偿器(6)可以用光束离散晶体代替，该光束离散晶体基于光束的光学偏振或光学频率来改变光束路径。在一种实施方式中，例如，不是像玻璃补偿器那样处于S或P偏振光束中并对S或P偏振具有影响，而是可以将这种离散晶体设计为跨越S和P偏振光束并且同时对S和P偏振两者具有影响，以具有更好的光路补偿和像差校正。

在此示例中，光栅(9)被设置位置于光学偏振旋转器(7)和准直透镜(8)的下游，以接收来自光纤线性阵列(4)的每根光纤的相同偏振的两个空间分离且平行的光束。光栅(9)操作为将每个光束内包含的不同光谱分量分别衍射成不同衍射光束方向上的不同光波长的不同衍射输出光束。如上所述，来自每根光纤的光可以包括不同光学WDM波长的光并且图2通过示出由光栅(9)分离的红色和绿色光谱分量来说明这一点。

如图2所示，光学偏转器阵列(14)设置为在X-Z平面中改变由光栅(9)产生的不同衍射光束方向上的不同光波长的不同衍射输出光束的光束方向，以引起光学切换操作，从而作为光学切换操作的结果，从光纤接收到的某些光通道可以被切换到其他光纤。控制模块耦接到光学偏转器阵列(14)以将控制信号施加到单独的偏转器以实现期望的光学切换。光学偏转器阵列(14)可以是微机电系统(M EM S)反射镜的一维阵列，或者硅基液晶(LCoS)单元或用于改变光的方向的其他可控装置的二维阵列。在施加到单独的偏转器的控制信号的控制下，偏转器(14)将从光纤线性阵列的每个光纤接收到的不同的衍射光束方向上的不同光波长的不同衍射输出光束重定向回光栅(9)，光学偏振旋转器(7)，准直透镜(8)，沃拉斯顿棱镜(5)，和光纤线性阵列(4)的光纤终端端口。

图1和图2中的光学WSS装置通过重定向光束并因此在X-Z平面(在本文件中也称为“切换平面”)中将光束从光纤切换到光纤来操作。图2中的下图在X-Z平面示出了光学偏转器或反射器(14)中的-个被控制为将光纤阵列中的两根光纤(1D光纤阵列的X-Z平面中所示的顶部光纤和1D光纤阵列的X-Z平面中所示的中间光纤)之间的光重定向。

在上述光学WSS装置中使用LCoS空间光调制器阵列的示例中，LCoS单元用于在X方向上生成所需的相位调制，因此不同波长的光束在X-Z平面中以不同角度反射，以实现光学切换操作。不同波长的反射光束被引导回来并聚焦在所需的不同光纤端口上作为输出。这在图2的下图中示出。在一些实施方式中，每个波长及其两个偏振的一部分或整个部分可以被单独地操纵以耦接到不同的光纤端口(具有对应于特定光纤端口的偏转角)。

参考图1和图2中的示例，除了用于来自光纤的所有光束的公共准直透镜(8)之外，还提供了两个额外透镜系统作为光学WS S装置的部分。第一透镜系统由用于Y-Z平面中的上光束路径和下光束路径的第一柱面透镜(11)和第二柱面透镜(12)形成。在该具体示例中，第一柱面透镜(11)位于光栅(9)和光学偏转器阵列(14)之间，并且与光栅(9)和光学偏转器阵列(14)中的每个以第一柱面透镜(11)的焦距间隔开。第一柱面透镜(11)被设置位置为处理和透射与透过光学偏振旋转器(7)的光束相关联的光。

类似地，第二柱面透镜(12)位于光栅(9)和光学偏转器阵列(14)之间，并且与光栅(9)和光学偏转器阵列(14)中的每个以第二柱面透镜(12)的焦距间隔开。第二柱面透镜(12)被设置位置为处理和透射与不透过光学偏振旋转器(7)的其他光束相关联的光。值得注意的是，由于这种特定的设计，第一和第二柱面透镜(11，12)中的每一个被设置方向为提供用于在被示出为Y-Z平面的第二平面中使光弯曲的光焦度，而在被示出为X-Z平面的第一平面中不表现出用于使光弯曲或折射的光焦度。透镜11和12是傅里叶透镜，因为偏转器(14)上的光分布是光栅(9)上的光分布在Y-Z平面中的傅里叶变换。

因此，图1和图2所示的光学WSS装置的示例具有3个透镜系统，其具有在附图中标记为“1”，“2”和“3”的三个不同的光轴。首先，在穿过沃拉斯顿棱镜(5)后，两个线性正交偏振的光束在Y-Z平面中空间分离成两个不同的发散光路，并被引导到准直透镜(8)中，准直透镜(8)将两个光学偏振的两个光束变换成Y-Z平面中的两个空间分离但平行的上光束和下光束。该准直透镜(8)的光轴为三个光轴中的第一光轴(1)。第一透镜系统由左侧框中的部件示出。其次，将上光束引导至具有作为第二光轴(2)的光轴的柱面傅立叶透镜(12)。第三，将下光束引导至另一柱面傅立叶透镜(11)，该柱面傅立叶透镜(11)具有作为第三光轴(3)的光轴。第二和第三透镜系统在右侧框中示出。

由两个柱面傅里叶透镜(11，12)形成的透镜系统使得由光栅(9)产生的不同光波长的衍射光束能够在Y-Z平面上紧密聚焦到对应的光学偏转器(14)上，以进行适当的光学切换。

参考图1中的下图，光学WSS装置提供了由位于光栅(9)和光学偏转器阵列(14)之间的第三和第四柱面透镜(10，13)形成的另一透镜系统作为远心透镜系统。第三和第四柱面透镜(10，13)中的每一个被设置方向为提供用于在第一平面(X-Z平面)中使光弯曲或折射的光焦度，而在第二平面(Y-Z平面)中不表现出光焦度。第三柱面透镜(10)位于更靠近光栅(9)的位置且与光栅(9)以第三柱面透镜(10)的焦距间隔开，并且第四柱面透镜(13)位于更靠近光学偏转器阵列(14)的位置且与光学偏转器阵列(14)以第四柱面透镜(13)的焦距间隔开。第三和第四柱面透镜(10，13)彼此以等于第三和第四柱面透镜(10，13)的焦距之和的距离间隔开，使得第三和第四柱面透镜(10，13)在光栅和光学偏转器阵列之间形成远心透镜系统。该远心透镜系统用于确保光学切换中的光束所需的角度对准和横向对准，并实现光束腰的匹配。

可以实现上面公开的WSS设计以提供光学切换中的各种技术特征。例如，可以构造1×N WSS装置。下面的图3示出了基于使用图2中的硬件部件和布局的所公开技术的1×NWSS装置的一个示例。

图3通过处理和切换分离成在并行处理的两个线性正交偏振的两个平行光路的光通道来使用示出了在Y-Z平面中的硬件部件的俯视图，进一步示出了图1和图2中的WSS装置。图3中的下图示出了X-Z平面中的硬件部件以及由于X-Z平面中的偏转器阵列(例如，LCoS阵列或M EMS阵列)的偏转而导致光从光纤阵列中的一根光纤到另一根光纤的路由。

图3中的WSS装置是1×N WSS装置的示例，其中光学系统将每个波长通道成像到偏转器阵列上的细长带中，并且来自光纤阵列的不同波长通道的光的多个细长带被引导到偏转器阵列上，并且N根光纤中的一根用于为输入提供所有要切换的通道，并且其余(N-1)根光纤作为输出光纤，使得可以控制偏转器阵列来提供所需的光学切换。

在一些实施方式中，图3中的光纤阵列可以在其光纤端口之间具有恒定的间距。在其他实施方式中，图3中的光纤阵列可以被设计成在其光纤端口之间具有不同的间距：光纤阵列中不均匀间隔的光纤可以用于减少切换期间不同通道之间的不期望的光学串扰。

图3中的1×N WSS装置可以通过利用如下图4所示的X-Z平面中沿着Y方向彼此堆叠的两个或更多个光纤阵列来替换X-Z平面中的单个光纤阵列而被扩展为M×(1×N)WSS装置。

在图4的示例中，每个光纤阵列具有N根光纤的M个光纤阵列沿Y方向堆叠，并且所有M×N根光纤共享同一组光学器件。由于M个光纤阵列在Y方向上的空间分离，来自不同位置的光纤阵列的光束在光栅(9)上具有不同的入射角，并且被引导到如图4所示的偏转器阵列处的Y方向上的不同位置或区域。在对应于每个光纤阵列的每个区域内，不同的波长通道以与图3所示的1×N WSS实施方式相同的方式进一步在空间上被分成不同的带。M个不同的1D光纤阵列沿Y方向堆叠，并且切换发生在每个Y-Z平面内。

图5进一步示出了在X-Z平面(下图中的切换平面)和Y-Z平面(上图中)两者中使用反射式光栅的光学WSS装置的示例，其中1D光纤阵列放置在切换平面(X-Z平面)中。

在图5的该示例中，1D光纤阵列(4)位于准直/聚焦透镜(8)的前焦平面上，并且沃拉斯顿棱镜(5)放置在光纤(4)的光纤端口处，以将来自光纤的光在空间上分离成两个线性正交偏振的两个空间发散的光束。准直/聚焦透镜(8)将两个线性正交偏振的两个光束变换为Y-Z平面的上部和下部中的平行光束。半波片HWP(7)放置在Y-Z平面中的两个光束中的一个中，以将该光束的偏振旋转90度，使得Y-Z平面中的两个平行光束在入射到位于准直透镜(8)和HWP(7)的下游的反射式光栅(9)时处于相同的偏振。在实施方式中，这两个光束的共同偏振被控制为在反射式光栅(9)处实现高衍射效率的偏振。光学偏转器阵列(14)放置在由反射式光栅(9)产生的衍射光束的光路中，使得来自准直透镜(8)的光首先被反射式光栅(9)衍射和反射成如图5中的Y-Z平面中的上图所示的不同光谱分量的空间分离的光束。不同光谱分量的空间分离的光束被反射式光栅(9)朝向光学偏转器阵列(14)反射，光学偏转器阵列(14)将来自反射式光栅(9)的光反射回反射式光栅(9)。光纤阵列(4)的光纤端口放置在准直透镜(8)的前焦平面上，并且光学偏转器阵列(14)位于准直透镜(8)的后焦平面上。光学偏转器阵列(14)中的光学偏转器由光学WSS控制模块控制，使得单独控制不同的光学偏转器以将光在朝向准直透镜(8)，沃拉斯顿棱镜(5)并返回1D光纤阵列(4)的期望的方向上反射到反射式光栅(9)，以实现所需的光学切换操作。

如图5中示出Y-Z平面(衍射平面)中的装置的上图所示，光学偏转器阵列(14)可以被实现为位于第一和第二柱面傅立叶透镜(11，12)的后焦平面上的LCoS空间光调制器(SLM)或MEME元件的阵列，而反射式光栅(9)位于第一和第二柱面傅里叶透镜(11，12)的前焦平面上。LCoS S LM可以被配置为在X方向上执行它们的相位调制，以便不同波长的光束在X-Z平面上以不同角度反射。不同波长的反射光束一路返回并聚焦到不同的输出光纤中。与图1-4中的装置设计不同，图5中的光学系统通过消除由两个透镜形成的远心透镜系统而被简化。

在使用堆叠光纤阵列的装置中，可扩展性可能受到沃拉斯顿棱镜的影响。一般来说，希望将堆叠的光纤阵列保持紧密间隔。为了使光栅上有足够大的入射角，同时保持行之间的间距较小，可以在光栅前面使用远心望远镜配置的一对透镜，以增加光栅上的入射角(光束尺寸同时减小)。在一些设计中，还可以使用变形棱镜来调整光束尺寸，以获得更好的衍射效果。在一些实施方式中，每个LCoS空间光调制器(SLM)可以生成一阶和更高阶衍射光束，并且光学切换被设计为切换第一衍射阶光束。可能需要以其他阶管理光焦度以减少不期望的光学串扰。就这一点而言，在一行光纤阵列中的光纤之间可以使用不均匀/不规则的间距，以减少或消除高衍射阶的光不期望地耦接到相邻光纤端口中(串扰减少)。

上述示例描述了基于光学偏振的新颖的发射光学器件，以生成具有偏振分集的两个平行光束以用于下游光学切换操作，并且与光学部件的共享相结合，提供所公开的具有高端口计数WSS的WSS装置的可扩展性。在一些实施方式中，所公开的WSS设计可以用于使用单个LCoS引擎构建用于N×M波长选择交叉连接矩阵开关的WSS阵列。

图6示出了使用反射式光栅来实现图5中的光栅(9)的波长选择开关的具体实施方式的示例。该装置实施方式示例的特征是采用折叠光学系统设计，通过将反射式光栅(9)与反射式光栅(9)的光学输入臂上的三个反射镜(621，622，和623)以及棱镜(640)相结合，实现装置的小或紧凑的整体占用面积。本实施方式中设置菱形棱镜(650)和菱形棱镜(660)用于分离反射式光栅(9)的光学输出臂上的两种偏振的衍射光束。不同透镜的透镜阵列(610)放置在具有多个光纤线路的光纤阵列(4)和沃拉斯顿棱镜(5)之间，其中透镜阵列(610)中的每个透镜对应于光纤阵列(4)中的特定光纤线路，使得光纤线路与透镜之间存在一一对应。在一些实施方式中，光纤的输出面的图像可以在沃拉斯顿棱镜(5)内部成像。来自每个光纤线路的输出光被透镜阵列(610)之后的其对应的透镜接收并成像为不同的光束尺寸。透镜阵列(610)的使用可以控制来自光纤线路的每个光束在穿过装置的光学系统往返于反射式光栅(9)时的尺寸。棱镜(640)和反射式光栅(9)形成光栅-棱镜组合Grism，其可以提供显著更大的色散并且基本上同时将反射式光栅(9)的输出臂与输入臂分开。在该具体示例中，在准直透镜(8)和反射式光栅(9)之间添加棱镜(630)以进一步控制反射式光栅(9)的输入臂上的光束尺寸。在如图所示的棱镜(630)的放置中，入射到棱镜(630)的前表面的相同偏振的两个光束以布儒斯特角或接近布儒斯特角定向，使得相同偏振的两个光束透过前表面而没有或最小化光学反射。类似地，入射到棱镜(640)的输入表面上的相同偏振的两个光束基本接近布儒斯特角，以最大化光透射并减少不期望的光反射。除了在第二光束中放置的光路补偿器(6)外，在第一光束的光路中还放置菱形棱镜(650)和菱形棱镜(660)，以使最初被沃拉斯顿棱镜(5)分开的两个光束的对应的光路相等。类似于图5中的光学设计，LCoSSLM或MEMS阵列(14)和反射式光栅(9)分别位于透镜11和12的前焦平面和后焦平面上。

虽然本专利文件包含许多细节，但这些细节不应被解释为对任何发明的范围或可能要求保护的范围的限制，而是对可能特定于特定发明的特定实施例的特征的描述。本专利文件中在单独实施例的情境中描述的某些特征也可以在单个实施例中组合被实现。相反，在单个实施例的情境中描述的多种特征也可以在多个实施例中单独地或以任何合适的子组合中被实现。此外，虽然上文可能将特征描述为以某些组合来起作用以及甚至最初如此要求保护，但是在一些情况下，来自所要求保护的组合的一个或多个特征可以从该组合中去除，以及所要求保护的组合可以涉及子组合或者子组合的变形。

类似地，虽然在图中以特定的次序描绘了操作，但是这不应当理解为要求这样的操作以所示出的特定次序或者以顺序次序来执行或者执行所有示出的操作来实现期望的结果。此外，本专利文件中描述的实施例中的各个系统部件的分离不应被理解为在所有实施例中都需要这样的分离。

仅描述了一些实施和示例，并且可以基于本专利文件中描述和图示的内容进行其他实现，增强，和变化。