專(zhuān)利名稱(chēng)：光信號(hào)由可移動(dòng)衍射光學(xué)器件的導(dǎo)引的制作方法
相關(guān)申請(qǐng)的橫向參考本申請(qǐng)橫向參考同一天提交的共同轉(zhuǎn)讓的申請(qǐng)第＿＿＿＿號(hào)(文件號(hào)LUC2-0271)，其公開(kāi)內(nèi)容合并于此作為參考。
背景技術(shù)：
在光纖網(wǎng)絡(luò)之內(nèi)，來(lái)自信息源的電信號(hào)形式的信息，被轉(zhuǎn)換為一光信號(hào)，然后該信號(hào)可以沿著光纖電纜被傳輸?shù)剿谕哪康牡?，在該處它被轉(zhuǎn)換回到電信號(hào)。在當(dāng)代因特網(wǎng)訪(fǎng)問(wèn)、傳真、多路電話(huà)線(xiàn)路、調(diào)制解調(diào)器和遠(yuǎn)程會(huì)議的領(lǐng)域中，難以置信的負(fù)荷被加載到遠(yuǎn)距通訊網(wǎng)絡(luò)上以滿(mǎn)足不斷增加的對(duì)于信息傳輸服務(wù)的需求。由于不了解所需光纖電纜的容量，以往采用諸如Poisson和Reeling這樣的經(jīng)典工程公式來(lái)計(jì)算比較窄的一些帶寬。加在這些光纜上的增漲的服務(wù)要求已經(jīng)導(dǎo)致纖維耗盡和對(duì)于成層帶寬管理衍生的要求。關(guān)于遠(yuǎn)程通訊網(wǎng)絡(luò)上的信息，一般可見(jiàn)；(1)www.webproforum.com/Lucent 3用于滿(mǎn)足對(duì)于信息傳輸?shù)脑龃笮枨蟮囊环N方案是鋪設(shè)另外的光纖電纜。不過(guò)，這一方案可能是昂貴的，一般只在增大的需求較小的場(chǎng)合下才是實(shí)際可行的。處理這一問(wèn)題的另一方法被稱(chēng)作時(shí)分復(fù)用(TDM)。這一方法增大了數(shù)據(jù)被傳輸?shù)乃俣龋俣仁且悦棵氡忍?bps)計(jì)。波特率通過(guò)將時(shí)間劃分為許多較小的增量使得每單位時(shí)間(比如每秒)可以傳輸大量的比特而得以增大。這一方法的缺點(diǎn)是，檢測(cè)器瞬時(shí)頻響限制了每單位時(shí)間可以傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù)。
由于與TDM相關(guān)的許多局限，另一技術(shù)曾經(jīng)設(shè)計(jì)出來(lái)用于在已有光纖上承載增大的數(shù)據(jù)負(fù)荷，該技術(shù)稱(chēng)作波分復(fù)用(WDM)。WDM涉及把激光二極管發(fā)射器輸出波長(zhǎng)切分成為多個(gè)增量，每一增量單獨(dú)予以調(diào)制以增大每秒可被傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù)。當(dāng)切分的數(shù)量增大到超過(guò)某一定點(diǎn)后，系統(tǒng)稱(chēng)作DWDM(密集波分復(fù)用)系統(tǒng)。
DWDM通過(guò)把收到的光信號(hào)分派給指定的頻帶之內(nèi)的一些特定頻率、多路傳輸所得到的信號(hào)并經(jīng)由一單獨(dú)的光纖來(lái)傳輸所得到的經(jīng)過(guò)多路傳輸?shù)男盘?hào)而提高容量。各信號(hào)因而作為一個(gè)組群通過(guò)一單獨(dú)的光纖傳輸。各增量之間的間距也采用帶有DWDM的TDM予以減小，以致每秒傳輸大量的比特。信號(hào)然后由單獨(dú)電纜予以多路分接并路由到其目的地。被傳輸?shù)男盘?hào)可以以不同的速度及不同的格式運(yùn)行在光纖電纜之內(nèi)，而可以傳輸?shù)男畔⒘恐皇苄盘?hào)運(yùn)行的速度和在光纖之內(nèi)可供使用的頻率或頻道數(shù)量的限制。
許多技術(shù)上的進(jìn)展已經(jīng)使DWDM成為可能。曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)通過(guò)采用各熔接式雙圓錐形耦合器，在同一光纖上可以發(fā)送一個(gè)以上的信號(hào)。此項(xiàng)發(fā)現(xiàn)的結(jié)果是增大了一條光纖的帶寬。另一重要的進(jìn)展是光學(xué)放大器的使用。通過(guò)以稀土元素，通常是鉺，摻雜小股光纖，光學(xué)信號(hào)可以被放大而無(wú)需將轉(zhuǎn)換回到電信號(hào)。光學(xué)放大器目前市場(chǎng)上有售，它們?cè)诖蠹s20bBm的有效總功率輸出的情況下提供較高效率的和精確的平坦增益。
窄帶激光也有助于增大遠(yuǎn)程通訊網(wǎng)絡(luò)的容量。這些激光可提供一狹窄、穩(wěn)定和相干的光源，每一光源提供一單獨(dú)的“信道”。一般，對(duì)于一單獨(dú)的光纖，可供使用40到80個(gè)信道。研究人員正在從事創(chuàng)造一些新方法，用于增大每一光纖可供使用的信道數(shù)量。朗訊的貝爾實(shí)驗(yàn)室(LucentTechnology′s Bell Laboratories)已經(jīng)演示了一種技術(shù)，用于采用毫微微秒激光器在80nm的光譜段之內(nèi)多路復(fù)用或組合300個(gè)信道。見(jiàn)(2)Borwn，Chappell，“Optical Interconnects Getling Super charged，”Electronic Engineering Times，May 25，1998；pp39-40設(shè)定可以承載在一單獨(dú)光纖上的信道和相應(yīng)的信號(hào)數(shù)量較大，則多路復(fù)用和多路分接變得越來(lái)越重要了。當(dāng)前的多路復(fù)用和多路分接方法包括采用薄膜基底或Bragg光柵。對(duì)于第一方法，薄膜基底涂有一層介電材料。只有給定波長(zhǎng)的信號(hào)會(huì)通過(guò)所形成的基底，所有其他信號(hào)將被反射?？蓞⒁?jiàn)比如美國(guó)專(zhuān)利第5,457,573號(hào)。在Bragg纖維光柵的情況下，光纖電纜被改進(jìn)成一種波長(zhǎng)被反射回來(lái)而所有其他的都通過(guò)。Bragg光柵特別用于加/減多路復(fù)用器之中。不過(guò)，采用這類(lèi)型的系統(tǒng)時(shí)，隨著被傳輸信號(hào)的數(shù)量增大，用于多路復(fù)用和多路分接的所需的薄膜或光柵的數(shù)量也增大了。參見(jiàn)美國(guó)專(zhuān)利第5,748,350號(hào)和美國(guó)專(zhuān)利第4,923,271號(hào)。因此，還要繼續(xù)尋求用于多路復(fù)用和多路分接被傳輸?shù)男盘?hào)的較高效率和較為便宜的各種方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開(kāi)了一種特別適用于諸如切換、多路復(fù)用和多路分接等遠(yuǎn)程通信用途的方法和裝置。此方法開(kāi)始于把輸入光信號(hào)的信號(hào)源10引導(dǎo)到可移動(dòng)的衍射光學(xué)器件或MDOE上?？赊D(zhuǎn)動(dòng)的衍射光學(xué)器件(RDOE)形成最為有效類(lèi)型的MDOE。每一光信號(hào)關(guān)聯(lián)于一特定的波長(zhǎng)。接下來(lái)，提供一個(gè)或多個(gè)輸出位置(station)。最后，RDOE 12生成輸出光信號(hào)并在輸出位置之間分配信號(hào)。用于處理來(lái)自信號(hào)源的光信號(hào)的相應(yīng)系統(tǒng)包括一承載一個(gè)或多個(gè)輸入光信號(hào)的信號(hào)源，每一信號(hào)關(guān)聯(lián)于一特定的波長(zhǎng)。還包括可移動(dòng)的衍射光學(xué)器件，其定位成攔截信號(hào)源的光信號(hào)，以用于生成一個(gè)或多個(gè)衍射的輸出光信號(hào)。最后，定位一個(gè)或多個(gè)輸出位置以便接收來(lái)自MDOE的一個(gè)或多個(gè)衍射的輸出光信號(hào)。用在本發(fā)明之中的“衍射光學(xué)器件”支承衍射光柵以用于獲得它們的光學(xué)衍射特性。


為了較為全面地理解本發(fā)明的本質(zhì)和各項(xiàng)目的，應(yīng)當(dāng)參照以下結(jié)合附圖所作的詳細(xì)說(shuō)明，附圖中圖1是RDOE的示意圖，此RDOE把由激光二極管組件發(fā)出的輸入光信號(hào)切換到關(guān)聯(lián)于光纖的透鏡上；圖2是類(lèi)似于圖1的示意圖，不同之外是輸出光信號(hào)被切換到不同的透鏡對(duì)上；圖3是RDOE的示意圖，此RDOE把來(lái)自光纖的輸入光信號(hào)多路復(fù)用到四條不同的輸出光纖(輸出光纖的數(shù)目是示例性的而不是對(duì)本發(fā)明的限制)；圖4是RDOE的示意圖，此RDOE把來(lái)自四個(gè)激光二極管組件的四個(gè)輸入光信號(hào)多路分接到兩條光纖上(輸入和輸出信號(hào)/光纖的數(shù)目是示例性的而不是對(duì)本發(fā)明的限制)；圖5是RDOE的示意圖，此RDOE把三個(gè)輸入光信號(hào)切換到三條輸出光纖的所有可能的組合上(輸入/輸出光纖的數(shù)目是示例性的而不是對(duì)本發(fā)明的限制)；圖6是圖5的俯視圖；圖7A是說(shuō)明RDOE的傾斜磁性實(shí)施例的俯視圖；圖7B是圖7A RDOE的側(cè)視圖，表明一磁鐵和線(xiàn)圈連接于印刷電路板；圖8是支承四個(gè)立柱的板件的簡(jiǎn)化截面視圖，各立柱的端部裝有不同間距的衍射光柵，用于衍射輸入光信號(hào)(立柱和衍射光柵的數(shù)目是示例性的而不是對(duì)本發(fā)明的限制)；以及圖9是板件的簡(jiǎn)化透視圖，該板件的表面承載一衍射光柵，用于把輸入信號(hào)衍射成為多個(gè)輸出波長(zhǎng)。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供一種用于分配光信號(hào)的簡(jiǎn)單而又精巧的方法，其可以用于多種用途之中，諸如多路復(fù)用、多路分接、切換，或其他任何需要分離、組合或?qū)б庑盘?hào)的應(yīng)用場(chǎng)合。使用可轉(zhuǎn)動(dòng)的衍射光學(xué)器件(RDOE)可消除對(duì)于諸如反射鏡、濾光片和薄膜等一些光學(xué)裝置的需要，這些光學(xué)裝置會(huì)隨著有待處理的光信號(hào)數(shù)量的增多而成比例地加大復(fù)雜程度和消耗費(fèi)用。
參照各圖，圖1是RDOE的示意圖，此RDOE可把由激光二極管組件發(fā)射的輸入光信號(hào)切換到聯(lián)接于光纖的透鏡上。設(shè)置一信號(hào)源，由附圖標(biāo)記10標(biāo)識(shí)，此信號(hào)源由一個(gè)或多個(gè)光信號(hào)構(gòu)成，每個(gè)光信號(hào)關(guān)聯(lián)于一特定的波長(zhǎng)(λ)或能量，按照本專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域中的慣例，“波長(zhǎng)”一詞在此申請(qǐng)中用以意指一個(gè)或多個(gè)波長(zhǎng)或一段波長(zhǎng)。同樣遍及此項(xiàng)申請(qǐng)，在一給定要素之后的括號(hào)中的“s”用以表明存在至少一或更多該元素。比如術(shù)語(yǔ)“光信號(hào)optical signal(s)”意指一個(gè)或多個(gè)光信號(hào)。圖1中的信號(hào)源是由激光二極管組件形成的，不過(guò)，任何能夠提供經(jīng)過(guò)調(diào)制的光信號(hào)的其他裝置或裝置的組合，都可以采用。這樣一種或一些裝置，比如，可以包括光纜或光纖。信號(hào)源10被指引向可轉(zhuǎn)動(dòng)衍射光學(xué)器件(RDOE)12的表面。RDOE 12按照以下的衍射方程來(lái)衍射不同角度處的輸入光信號(hào)(a)λ＝d(sinι+sinδ)其中λ＝衍射光線(xiàn)的波長(zhǎng)(微米)d＝一個(gè)周期的光柵間距(微米)ι＝對(duì)平板法線(xiàn)的入射角(度)δ＝對(duì)平板法線(xiàn)的衍射角(度)。
對(duì)于一固定的d和一固定的λ，RDOE的轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)際上改變了ι以使不同的波長(zhǎng)在不同的角度δ處被衍射，從而生成各輸出光信號(hào)。RDOE 12的具體特征和各實(shí)施例隨后將較為詳細(xì)地予以說(shuō)明。
設(shè)置了3個(gè)輸出位置，如在14、16和18處，用于分別接收衍射的輸出光信號(hào)λ1，和λ2，如在20和22處所示。在RDOE 12處于如圖1中所示的第一位置的情況下，輸出位置14和16接收輸出光信號(hào)20和22。圖2示出轉(zhuǎn)動(dòng)到第二位置的RDOE 12。轉(zhuǎn)動(dòng)方向是在平行于RDOE 12的平面內(nèi)。在此第二位置上，光信號(hào)被衍射的角度已經(jīng)改變而輸出光信號(hào)此時(shí)指向輸出位置16和18。因而，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)RDOE 12，光信號(hào)可以在許多輸出位置之間切換。示于圖1和2之中的輸出位置14、16和18是光纖。但輸出位置可以是任一能夠檢測(cè)或傳輸光信號(hào)的機(jī)構(gòu)。用于在三個(gè)輸出位置之間切換信號(hào)源的系統(tǒng)表明了本發(fā)明方法的簡(jiǎn)單應(yīng)用。如稍后將要表明的那樣，此方法很簡(jiǎn)單，可利于光信號(hào)的信號(hào)源在許多輸出位置之間的分配。用于聚焦光信號(hào)的透鏡組件以傳統(tǒng)的方式予以設(shè)置，比如如圖1和2之中24、26和28處所示。實(shí)施這樣一種透鏡組件所必需的結(jié)構(gòu)在此不予說(shuō)明，由于其對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域中的熟練人員來(lái)說(shuō)是公知的。
圖3表明在一種多路復(fù)用用途中的本發(fā)明的方法，信號(hào)源10的輸入光信號(hào)由光纖30提供。沿著光纖30傳輸?shù)妮斎牍庑盘?hào)λ1、λ2、λ3和λ4，指向RDOE 12，而后者仍保有其早先的附圖標(biāo)記。各輸出位置32、34、36和38設(shè)置成分別接收生成的輸出光信號(hào)λ1、λ2、λ3和λ4，它們分別示于40、42、44和46處。RDOE 12被示出在三個(gè)位置上轉(zhuǎn)動(dòng)58、60和62。輸出位置，或光纖32、34、36和38，與關(guān)于圖1所述的輸出位置是一樣的，但同樣可以連接于任一能夠檢測(cè)或傳輸光信號(hào)的機(jī)構(gòu)上。透鏡組件再次以透鏡50、52、54和56的形式呈現(xiàn)以聚焦各光信號(hào)。同樣，透鏡組件48可將來(lái)自光纖30的光信號(hào)聚焦到RDOE 12上。為實(shí)施這樣一種透鏡組合所必需的結(jié)構(gòu)在此不予說(shuō)明，由于其對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域中的熟練人員來(lái)說(shuō)是公知的。
下面，表I表明，根據(jù)圖3所示的RDOE 12的三個(gè)不同的轉(zhuǎn)動(dòng)位置，輸入光信號(hào)λ1、λ2、λ3和λ4對(duì)于四個(gè)輸出位置32、34、36和38的分配。
表I

當(dāng)RDOE 12處在其第一位置58上時(shí)，信號(hào)λ1指向輸出位置34；信號(hào)λ2指向輸出位置36；以及信號(hào)λ3指向輸出位置38。無(wú)任何輸出光信號(hào)由輸出位置32接收。在RDOE處在圖3中其第二位置60上的情況下，光信號(hào)λ1、λ2、λ3和λ4分別指向輸出位置32、34、36和38。當(dāng)RDOE 12處在如62處的位置3上時(shí)，輸出位置32接收信號(hào)λ2，輸出位置34接收信號(hào)λ3，以及輸出位置36接收信號(hào)λ4。無(wú)任何光信號(hào)由輸出位置38接收。轉(zhuǎn)動(dòng)RDOE12到其他位置允許各輸出光信號(hào)的其他一些組合在各輸出位置之間分配。在這方面，將會(huì)理解，畫(huà)在各圖中的輸出光信號(hào)的數(shù)目和輸出位置的數(shù)目都只是示例性的，按照本發(fā)明的各種方案，可以采用或多或少的數(shù)目。
圖4表明在傳統(tǒng)的多路分接應(yīng)用場(chǎng)合中本發(fā)明的又一實(shí)施。信號(hào)源10起源于四個(gè)激光二極管組件70、72、74和76的組合輸出。透鏡78、80、82和86形式的透鏡組件將由出自激光二極管組件70、72、74和76的激光二極管輸出形成的信號(hào)源10導(dǎo)引到RDOE 12的表面上。輸出位置88和90設(shè)置成接收衍射的輸出信號(hào)92和94。在先前的圖1-3中，輸出位置各自接收單獨(dú)一個(gè)輸出光信號(hào)。然而，如圖4之中所示，各輸出位置還可以接收多個(gè)輸出光信號(hào)。由透鏡96和98組成的透鏡組件，將確定什么范圍的輸出光信號(hào)將被分別引向輸出位置88和90。同樣，RDOE 12的轉(zhuǎn)動(dòng)可把衍射的輸出光信號(hào)92和94導(dǎo)引至透鏡96與98之間和其上。
圖5表明在切換應(yīng)用場(chǎng)合中本發(fā)明的三維視圖，此時(shí)三個(gè)輸入光信號(hào)的所有可能的組合都被引向三條輸出線(xiàn)路上，每一組合對(duì)應(yīng)于不同的RDOE12位置。信號(hào)源10可提供三個(gè)輸入光信號(hào)λ1、λ2和λ3。這些光信號(hào)被引向位于信號(hào)源10以下并與之平行的RDOE 12上面。再次，信號(hào)源的信號(hào)的數(shù)目被選定來(lái)例證本發(fā)明而不是作為本發(fā)明的限制。
定位成用以接收衍射的輸出光信號(hào)的光學(xué)連接器沿著整體上示于116處半球體的表面在空間上予以定位。輸出位置110、112和114位于半球體116上的等緯度線(xiàn)上。四個(gè)光學(xué)連接器沿著輸出位置110、112和114的每一緯度線(xiàn)予以定位。一波長(zhǎng)被衍射到沿著每一緯度線(xiàn)定位的所有光學(xué)連接器上。比如，具有光學(xué)連接器130、132、134和136的輸出位置110將接收衍射的輸出光信號(hào)λ1。具有光學(xué)連接器138、140、142和144的輸出位置112將接收輸出光信號(hào)λ2。具有光學(xué)連接器146、148、150和152的輸出位置114將接收輸出光信號(hào)λ3。λ3波長(zhǎng)比λ2長(zhǎng)，而λ2波長(zhǎng)比λ1長(zhǎng)。
雖然各輸出位置已被說(shuō)明為效率起見(jiàn)而是沿著各等緯度線(xiàn)的，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解，輸出位置可以沿著非平行的緯度線(xiàn)予以定位，只要位于其上的光學(xué)連接器是非相交的。其次，輸出位置的空間定位已被描述為沿著一半球體的表面，然而，此形狀意圖是示例性的而非對(duì)本發(fā)明的限制。輸出位置圍繞RDOE的定位可以具有任何所需的構(gòu)型。
傳統(tǒng)的組合器(未示出)可以把每一輸出位置的光學(xué)連接器連接于輸出光纖或光纜。如果有n條輸出光纖，則必須有n個(gè)組合器，即，每一輸出位置一條。對(duì)于示于圖5之中的示例，n＝3。比如，組合器將把沿著輸出位置110的光學(xué)連接器130、132、134和136組合于第一光纖。另一組合器將把138、140、142和144組合于第二光纖。最后，146、148、150和152將被組合并連接于第三光纖。
看一下圖6，示出了圖5所示的光連接器的俯視圖。圖6的各部件保持圖5的附圖標(biāo)記。RDOE 12可以轉(zhuǎn)動(dòng)到示于154、156、158、160、164、166和168處的八個(gè)位置。在每一位置上，波長(zhǎng)將被衍射到沿著各等緯度線(xiàn)(圖5，球面116)定位的光學(xué)連接器上。應(yīng)注意的是，RDOE 12轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(xiàn)垂直于光柵平面。當(dāng)RDOE 12設(shè)置在位置154處時(shí)，無(wú)任何輸出光信號(hào)被傳送給任一個(gè)光學(xué)連接器。在位置156處，輸出光信號(hào)λ3將在輸出位置114處被接收。輸出位置110和112將不接收信號(hào)。在RDOE 12處于第三位置的情況下，如在158處所示，輸出光信號(hào)λ1將在輸出位置110處被光學(xué)連接器134接收，無(wú)任何輸出光信號(hào)將在輸出位置112和114處被接收。這一光柵將繼續(xù)所有8個(gè)位置。
表II表明對(duì)于RDOE 12可轉(zhuǎn)動(dòng)到的八個(gè)位置中每一個(gè)位置的各光信號(hào)組合。
表II

當(dāng)把n個(gè)輸入光信號(hào)從信號(hào)源n引向n個(gè)輸出位置時(shí)，必須有n·2n個(gè)光學(xué)連接器以允許形成n個(gè)信號(hào)的所有組合。n個(gè)組合器中每一個(gè)將組合2n-1個(gè)光學(xué)連接器。RDOE 12的解析度，即，可以被轉(zhuǎn)動(dòng)到的位置數(shù)目，應(yīng)該是360°/2n。
假如畫(huà)在圖5中的系統(tǒng)被用于多路復(fù)用的應(yīng)用場(chǎng)合之中，各組合器將被用于在八個(gè)位置中每一個(gè)位置上組合光學(xué)連接器的輸出。比如，一個(gè)組合器會(huì)組合光學(xué)連接器132、144和150。因而，對(duì)光纖的輸出會(huì)是光信號(hào)λ1、λ2和λ3。另一組合器將被定位成組合光學(xué)連接器130和138。這一輸出，即，光信號(hào)λ1和λ2，將被傳輸給一不同的光纖，依此類(lèi)推。在多路復(fù)用應(yīng)用場(chǎng)合中，所需的組合器數(shù)目是2n。
于是本發(fā)明包含通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)改變衍射光學(xué)器件的有效間距而把輸出光信號(hào)引向一個(gè)或多個(gè)輸出位置。RDOE 12的一項(xiàng)實(shí)施例涉及采用一種在連接于能量源的薄膜上的衍射光柵，能量源可以供能以便移動(dòng)薄膜。這種移動(dòng)可改變薄膜上衍射光柵的有效間距。衍射光柵或全息圖可以壓印在薄膜上以形成衍射光柵。薄膜可以是PVDF或任一其他壓電薄膜，當(dāng)處在電場(chǎng)作用之下時(shí)該薄膜可以有少量變形。壓印在薄膜上的衍射光柵或全息圖可圍繞一沿著薄膜位于任一位置處的樞轉(zhuǎn)支點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。這一樞轉(zhuǎn)支點(diǎn)可以比如是在任一端部或在重心處?？梢怨┠芤砸苿?dòng)薄膜的能量源，可以以任何數(shù)量的電磁構(gòu)型予以設(shè)置。一種這樣的構(gòu)型包含一個(gè)可以供能的線(xiàn)圈或多個(gè)線(xiàn)圈與薄膜的組合，此組合可在中心處作樞轉(zhuǎn)。磁鐵設(shè)置在薄膜之下或是薄膜的兩側(cè)，以致當(dāng)線(xiàn)圈被供能時(shí)，產(chǎn)生磁通量，而薄膜連同其衍射光柵一起圍繞樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)。這些結(jié)構(gòu)進(jìn)一步闡述在1997年3月18日公開(kāi)的題為“采用生成單一象素全色功能的反射或透射光線(xiàn)的衍射式顯示器和顯示方法”(“Diffractice Display and Method Uf.Yizing Reflcetice or Transmissice LightYieldsig Single Pixel Full Color Capability”)的美國(guó)專(zhuān)利第5,613,022號(hào)之中，該內(nèi)容合并于此作為參考。
現(xiàn)在看圖7A，示出總體上示于12處的RDOE實(shí)施例的俯視圖其包含了經(jīng)過(guò)改進(jìn)的活動(dòng)磁鐵實(shí)施例。全息衍射光柵設(shè)置在182處。衍射光柵182固定于為永久磁鐵的磁性部件(圖7B中示于184處)上。衍射光柵182可以物理固定磁鐵184上，或另外，衍射光柵182和磁鐵184各自可以固定于另外的器件以構(gòu)成結(jié)合。磁鐵184安置在樞軸186上，后者由鐵磁材料制成并因此可吸引磁鐵184和將其保持就位，同時(shí)仍然允許圍繞樞軸186發(fā)生傾斜運(yùn)動(dòng)。連接于部分樞軸186或鄰近于樞軸186是載流導(dǎo)體188，該導(dǎo)體188連接于FET(場(chǎng)效晶體管)190。如此，磁鐵184和線(xiàn)圈188以磁性方式耦聯(lián)。
在電流流經(jīng)導(dǎo)線(xiàn)188的情況下，產(chǎn)生了磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)在磁鐵184上作用一力。由于磁鐵184并非處在一個(gè)永久固定的位置上，由導(dǎo)線(xiàn)188中的電流所產(chǎn)生的力將導(dǎo)致磁鐵184以及相關(guān)聯(lián)的衍射光柵182圍繞樞軸186轉(zhuǎn)動(dòng)。磁鐵184以及相關(guān)聯(lián)的衍射光柵圍繞樞軸186的轉(zhuǎn)動(dòng)方向取決于關(guān)聯(lián)于磁鐵184的磁場(chǎng)的方向和電流流經(jīng)導(dǎo)線(xiàn)188的方向。倒轉(zhuǎn)導(dǎo)線(xiàn)188中電流的極性可改變所產(chǎn)生力的方向，導(dǎo)致磁鐵在相反方向上轉(zhuǎn)動(dòng)。設(shè)置了電磁屏蔽192以防止由外部信號(hào)源所生成的各磁場(chǎng)的相互作用。這種屏蔽可以比如由SAE 1010鋼材構(gòu)成。如對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員將為明顯的是，可以設(shè)想出來(lái)另外一些結(jié)構(gòu)以便以電磁方式耦聯(lián)磁鐵184和線(xiàn)圈188，以用于移動(dòng)磁鐵。稍后要較為詳細(xì)地說(shuō)明幾種示例性結(jié)構(gòu)。
止動(dòng)塊194和196可防止磁鐵184轉(zhuǎn)動(dòng)超出所需的界限。一部分磁鐵184已被切除以顯露止動(dòng)塊194的存在。止動(dòng)塊194可包含容抗探頭或傳感器以檢測(cè)比如由鋁化Mylar制成的電容器(未示出)的存在，此傳感器位于磁鐵184之下并指示磁鐵184的位置。當(dāng)磁鐵已被驅(qū)向所需的位置，它就由圍繞鐵磁銷(xiāo)柱198和200的磁場(chǎng)保持就位。由于這些銷(xiāo)柱的存在，磁鐵184可以在導(dǎo)線(xiàn)188之中具有極少或根本沒(méi)有電流流動(dòng)的情況下被保持就位。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖7B，它示出圖7A的RDOE的側(cè)視圖，上述各器件連接于印刷電路板的上。來(lái)自圖1的附圖標(biāo)記仍然保留。可以看出，印刷電路板(PCB)202具有接地平面204和正電壓總線(xiàn)206。FET 190與導(dǎo)體188串聯(lián)，接地接頭208和正電壓接頭210(圖1)分別連接于接地平面204和正電壓總線(xiàn)206。同樣，位于止動(dòng)塊194上的容抗檢測(cè)器在211處連接于接地平面204并在212處連接于正電壓總線(xiàn)206。各器件對(duì)于PCB 280的連接方式是示例性的而不是對(duì)本發(fā)明的限制，由于對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域中的熟練人員來(lái)說(shuō)，顯然可以形成其他一些配置。
除了涉及操縱薄膜或樞轉(zhuǎn)磁鐵或各線(xiàn)圈的RDOE之外，本發(fā)明可以采用許多RDOE 12的平面轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)施例來(lái)予以實(shí)現(xiàn)。對(duì)于這些實(shí)施例的每一項(xiàng)，可以通過(guò)設(shè)置一個(gè)單獨(dú)的恒定間距衍射光柵或一列衍射光柵(其中每一個(gè)可以具有不同的間距且其中此陣列的每一個(gè)衍射光柵元件可以并列地設(shè)置或可以間隔開(kāi)來(lái))而在RDOE上獲得一列小平面，或者通過(guò)采用全息衍射光柵陣列(其中小平面陣列是疊置起來(lái)的)而做到這一點(diǎn)。在單獨(dú)的衍射光柵的情況下，小平面關(guān)聯(lián)于FRE的每一轉(zhuǎn)動(dòng)位置，從而為觀(guān)察者形成一列小平面。在此陣列的每一小平面是單獨(dú)的衍射光柵的場(chǎng)合，各小平面可以非均勻或均勻地沿著或橫過(guò)RDOE 12予以安放，不過(guò)每一不平面在陣列中的位置是已知的，比如，每一位置可以被儲(chǔ)存在微處理器的存儲(chǔ)器之中。在陣列中每一小平面的位置為已知的情況下，RDOE可以轉(zhuǎn)動(dòng)，使得輸入信號(hào)照射選定的小平面。因而，產(chǎn)生所需的輸出信號(hào)并被引向適當(dāng)?shù)妮敵鑫恢谩?br> 圖8畫(huà)出RDOE 12的第一平面轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)施例。各立柱222a-222d從可選擇性地稱(chēng)動(dòng)的板件220的外周邊伸出。為了易于活動(dòng)，板件220可以制成得是基本上扁平和圓形的。具有特定或不變光柵間距的衍射光柵形式的小平面承載在每一立柱222a-222d的外端上，其中衍射光柵諸如由一種光阻材料(全息衍射光柵)制成。每一小平面以不同角度衍射波長(zhǎng)。當(dāng)光源228被投射到板件220上時(shí)，它按照?qǐng)D8中板件220的位置照射立柱222d以便按照裝在立柱222d端部上的光柵間距來(lái)衍射來(lái)自光源228的能量。通過(guò)適當(dāng)?shù)剞D(zhuǎn)動(dòng)板件2220，立柱222c、222b或222a可以同樣地按照它們的衍射光柵間距來(lái)予以定位以攔截光源228而衍射不同等級(jí)的能量。將會(huì)理解，轉(zhuǎn)動(dòng)板件220可代替比如圖7之中的RDOE 12。
板件220的移動(dòng)可來(lái)自至少兩種不同的來(lái)源。板件220可以在其中心218處固定于步進(jìn)馬達(dá)(未畫(huà)出)的心軸，此馬達(dá)通?？梢灾谱鞒删哂?.1°解析度，用于圍繞軸線(xiàn)218轉(zhuǎn)動(dòng)板件220以便使每一立柱222a-222d就位而攔截光源228。直線(xiàn)促動(dòng)器也可以以樞轉(zhuǎn)方式裝接于板件220而使其圍繞軸線(xiàn)218轉(zhuǎn)動(dòng)。另外，板件220可以承載一些磁鐵，它們與可以供能的線(xiàn)圈224a-224d相互作用，同樣用于圍繞軸線(xiàn)218轉(zhuǎn)動(dòng)板件220。另外，板件220可以承載線(xiàn)圈，而一個(gè)或多個(gè)永久磁鐵可以代替如圖8之中所示的線(xiàn)圈。當(dāng)然，這些致動(dòng)方法的各種組合，以及其他一些致動(dòng)方法，都可以用于轉(zhuǎn)動(dòng)板件220，如本技術(shù)領(lǐng)域中的熟練人員將會(huì)理解的那樣。
參看圖9，示出RDOE 12的另一轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)施例。類(lèi)似于示于圖8之中的板件整體上示于230處。板件230具有外周邊232和頂部表面234。對(duì)于這一實(shí)施例，一列小平面沿著頂部表面234而不是如前所示沿著周邊232予以設(shè)置。代替設(shè)置一些各自支承具有獨(dú)特間距的衍射光柵的立柱，該小平面陣列可以設(shè)置得橫過(guò)板件230的表面。以其最簡(jiǎn)單的方式，板件230可以支承一單獨(dú)的衍射光柵236，該光柵具有不變的光柵間距。隨著板件230被轉(zhuǎn)動(dòng)，不同的信號(hào)將被衍射到目視點(diǎn)242，RDOE 12的每一轉(zhuǎn)動(dòng)位置代表一小平面。陣列中小平面的數(shù)目因而將由RDOE 12可以轉(zhuǎn)動(dòng)到的位置的數(shù)目(或個(gè)數(shù))予以確定。另外，可能優(yōu)選地在板件230的表面上設(shè)置許多衍射光柵(具有相同或不同的間距)以形成RDOE 12的小平面陣列，其中此陣列中每一衍射光柵元件可以并列設(shè)置或可以間隔開(kāi)來(lái)。因而，隨著板件230圍繞其軸線(xiàn)被轉(zhuǎn)動(dòng)，比如如238處所示，來(lái)自光源240的光線(xiàn)將取決于板件的位置和被照射的特定小平面或光柵間距而在不同角度處被衍射到目視點(diǎn)242。利用一如上所述的全息衍射光柵最易獲得衍射光柵236有效間距的改變。通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)帶有光柵236的板件230，單獨(dú)的輸入信號(hào)可以被衍射到許多輸出波長(zhǎng)之中，輸出波長(zhǎng)的數(shù)目相稱(chēng)于光柵間距沿著板件改變的數(shù)目。在圖9中板件230的形狀示為圓形，不過(guò)，其他一些形狀可以是可取的。本技術(shù)領(lǐng)域中的熟練人員將會(huì)理解，板件的形狀可以設(shè)計(jì)得使光柵間距改變范圍和所得輸出信號(hào)的數(shù)目為最大。板件230的轉(zhuǎn)動(dòng)可以利用靜電裝置、線(xiàn)性促動(dòng)器或以前結(jié)合圖8所述的步進(jìn)馬達(dá)來(lái)予以實(shí)現(xiàn)。
優(yōu)選地是，通過(guò)采用全息衍射光柵陣列可以橫過(guò)板件230的表面來(lái)設(shè)置小平面陣列，而其中小平面陣列是疊置起來(lái)的，每一小平面彼此相對(duì)傾斜地取向或偏移開(kāi)來(lái)。因而，全息圖像薄膜是展開(kāi)的，以致在板件230相對(duì)于光源的一給定位置處，特定的輸出信號(hào)被生成并被引向選定的輸出位置。比如，如果板件230從0°初始位置被轉(zhuǎn)動(dòng)2°，波長(zhǎng)λ1的入射光線(xiàn)被衍射且所生成的輸出信號(hào)被引向第一輸出位置。通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)板件230到另一位置，比如從初始位置轉(zhuǎn)動(dòng)9°，則輸入信號(hào)λ1被衍射而所生成的輸出信號(hào)被引向第二輸出位置。對(duì)于RDOE的每一位置，多個(gè)小平面可以由多個(gè)輸入信號(hào)同時(shí)照射而把多個(gè)輸出信號(hào)引向多個(gè)輸出位置。板件230的轉(zhuǎn)動(dòng)可以如前所述那樣予以實(shí)現(xiàn)。采用這些轉(zhuǎn)動(dòng)方法中任一種，由RDOE 12生成的輸出信號(hào)的數(shù)目受到RDOE可以轉(zhuǎn)動(dòng)到的位置的數(shù)目的限制。
雖然前面的說(shuō)明一直涉及采用一種RDOE，但一種可移動(dòng)衍射光學(xué)器件(MDOE)可以用于在x-y-z坐標(biāo)內(nèi)移動(dòng)衍射光柵。不過(guò)，將會(huì)理解，為效率著想，RDOE代表一種優(yōu)選實(shí)施例。
在此申請(qǐng)中，所有引述都逕直在此納入作為參照。
權(quán)利要求
1.一種用于處理來(lái)自信號(hào)源的光信號(hào)的方法，包括以下步驟；(a)把輸入光信號(hào)的信號(hào)源引導(dǎo)到可移動(dòng)衍射光學(xué)器件(MDOE)上以生成輸出信號(hào)，所述輸入信號(hào)的每一個(gè)關(guān)聯(lián)于給定的波長(zhǎng)；(b)提供一個(gè)或多個(gè)輸出位置；以及(c)移動(dòng)所述MDOE以在所述各輸出位置之間分配所述輸出光信號(hào)。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述MDOE設(shè)置為可轉(zhuǎn)動(dòng)的衍射光學(xué)器件(RDOE)。
3.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述MDOE設(shè)置為磁鐵，其具有固定于其上的全息衍射光柵，并以磁性方式耦聯(lián)于可為移動(dòng)所述磁鐵和所述衍射光柵而供能的線(xiàn)圈。
4.按照權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述RDOE設(shè)置得具有一列小平面，每一所述小平面承載衍射光柵。
5.按照權(quán)利要求4所述的方法，其中，可選擇性移動(dòng)的板件設(shè)置為所述MDOE，所述板件支承所述小平面陣列，每一所述小平面包括立柱，其具有承載所述衍射光柵的外部表面。
6.按照權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述可選擇性移動(dòng)的板件設(shè)置為基本上扁平的圓形板件，其具有外周邊和軸線(xiàn)，所述各立柱圍繞所述周邊設(shè)置，所述板件可圍繞所述軸線(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)。
7.按照權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述衍射光柵設(shè)置為全息衍射光柵。
8.按照權(quán)利要求4所述的方法，其中，具有表面和周邊的可選擇性轉(zhuǎn)動(dòng)的板件設(shè)置為所述RDOE，所述表面承載所述小平面陣列，它們疊置全息衍射光柵，各自彼此相對(duì)地傾斜偏移，可將所述輸入信號(hào)衍射成多個(gè)輸出信號(hào)。
9.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中，激光二極管設(shè)置為所述信號(hào)源。
10.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中，光纖電纜設(shè)置為所述信號(hào)源。
11.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中，光纖電纜設(shè)置為所述輸出位置。
12.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中，光學(xué)檢測(cè)器設(shè)置為所述輸出位置。
13.按照權(quán)利要求1所述的方法，還包含以下步驟(d)設(shè)置第一透鏡組件，用于把輸入信號(hào)的所述信號(hào)源聚焦到所述MDOE上；以及(e)設(shè)置第二透鏡組件，用于把來(lái)自所述MDOE的所述分配的輸出光信號(hào)聚焦到所述輸出位置。
14.按照權(quán)利要求2所述的方法，還包括以下步驟(d)設(shè)置第一透鏡組合，用于把輸入信號(hào)的所述信號(hào)源聚焦到所述RDOE上；以及(e)設(shè)置第二透鏡組合，用于把來(lái)自所述RDOE的所述分配的輸出光信號(hào)聚焦到所述輸出位置上。
15.按照權(quán)利要求1所述的方法，還包括用組合器以光學(xué)方式組合所選定的所述輸出位置的步驟。
16.按照權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述RDOE包括恒定間距的全息衍射光柵，且所述RDOE具有軸線(xiàn)，所述RDOE可以圍繞所述軸線(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)到許多位置以形成所述小平面陣列。
17.一種用于處理來(lái)自信號(hào)源的光信號(hào)的系統(tǒng)，包括(a)信號(hào)源，其攜帶輸入光信號(hào)，每一所述信號(hào)關(guān)聯(lián)于特定的波長(zhǎng)；(b)可移動(dòng)的衍射光學(xué)器件(MDOE)，其設(shè)置成攔截所述輸入光信號(hào)，以用于生成和分配輸出光信號(hào)；以及(c)輸出位置，其設(shè)置成從所述MDOE接收所述輸出光信號(hào)。
18.按照權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中，所述MDOE包括可轉(zhuǎn)動(dòng)的衍射光學(xué)器件(RDOE)。
19.按照權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中，所述RDOE包括磁鐵，該磁鐵具有固定于其上的全息衍射光柵并以磁性方式耦聯(lián)于可為移動(dòng)所述磁鐵和所述衍射光柵而供能的線(xiàn)圈。
20.按照權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中，所述RDOE包含小平面陣列，所述陣列中的每一元件承載衍射光柵。
21.按照權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中，所述RDOE包括支承小平面陣列的可選擇性移動(dòng)的板件，每一所述小平面包括一立柱，立柱具有承載衍射光柵的外部表面。
22.按照權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其中，所述可選擇性移動(dòng)的板件是基本上扁平的圓形板件，其具有外周邊和軸線(xiàn)，所述各立柱圍繞所述周邊設(shè)置，所述板件可圍繞所述軸線(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)。
23.按照權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其中，所述衍射光柵是全息衍射光柵。
24.按照權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中，所述信號(hào)源包括激光二極管。
25.按照權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中，所述信號(hào)源包括光纖電纜。
26.按照權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中，所述輸出位置包括光學(xué)纖。
27.按照權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中，所述輸出位置包括光學(xué)檢測(cè)器。
28.按照權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，還包括(d)第一透鏡組件，用于把輸入信號(hào)的所述信號(hào)源聚焦在所述MDOE上；以及(e)第二透鏡組件，用于把來(lái)自所述MDOE的所述分配的輸出光信號(hào)聚焦在所述輸出位置上。
29.按照權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，還包括(d)第一透鏡組件，用于把輸入信號(hào)的所述信號(hào)源聚焦在所述RDOE上；以及(e)第二透鏡組件，用于把來(lái)自所述RDOE的所述分配的輸出光信號(hào)聚焦在所述輸出位置上。
30.按照權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中，選定的所述輸出位置以光學(xué)方式連接于組合器。
31.按照權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中，所述MDOE支承全息衍射光柵。
32.一種用于處理光信號(hào)的方法，其中由光纖電纜或激光二極管提供的作為輸入光信號(hào)的光信號(hào)分配在各輸出位置之間作為輸出光信號(hào)，每一所述輸出位置包括光學(xué)連接器，它們定位成接收所述輸出光信號(hào)，所述光學(xué)連接器是可以選擇性地組合，以允許所述輸出光信號(hào)任意組合，改進(jìn)之處包括以下步驟(a)把輸入光信號(hào)的所述信號(hào)源引導(dǎo)向可移動(dòng)的衍射光學(xué)器件(MDOE)以生成各輸出信號(hào)，每一所述輸入信號(hào)關(guān)聯(lián)于給定的波長(zhǎng)；以及(b)移動(dòng)所述MDOE以便在所述各輸出位置之間分配所述各輸出光信號(hào)。
33.按照權(quán)利要求32所述的方法，其中，所述輸入光信號(hào)被多路復(fù)用。
34.按照權(quán)利要求32所述的方法，其中，所述各輸入光信號(hào)被多路分接。
35.按照權(quán)利要求32所述的方法，其中，所述各輸入光信號(hào)被切換。
36.按照權(quán)利要求32所述的方法，其中，所述MDOE設(shè)置為可轉(zhuǎn)動(dòng)的衍射光學(xué)器件(RDOE)。
37.按照權(quán)利要求36所述的方法，其中，基本上是扁平的和圓形的可選擇性移動(dòng)的板件，設(shè)置為所述RDOE，所述板件具有外周邊和軸線(xiàn)，所述各立柱圍繞所述周邊設(shè)置，所述板件可圍繞所述軸線(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)。
38.按照權(quán)利要求37所述的方法，還包括以下步驟(c)設(shè)置第一透鏡組件，用于把各輸入信號(hào)的所述信號(hào)源聚焦到所述RDOE上；以及(d)設(shè)置第二透鏡組件，用于把來(lái)自所述RDOE的所述分配的輸出光信號(hào)聚焦到所述輸出位置上。
39.按照權(quán)利要求36所述的方法，其中，所述RDOE包括恒定間距的全息衍射光柵且所述RDOE具有軸線(xiàn)，所述RDOE可圍繞所述軸線(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)以便在所述各輸出位置之間分配所述輸出光信號(hào)。
全文摘要
公開(kāi)了一種用于通信用途,諸如切換(加/減)、多路復(fù)用和多路分接的方法和裝置。輸入光信號(hào)(10)的信號(hào)源(70、72、74、76)被引導(dǎo)到可移動(dòng)的衍射光學(xué)器件或MDOE(12)上。每一光信號(hào)具有特定的波長(zhǎng)。MDOE產(chǎn)生并在各輸出位置(88、90)之間分配輸出光信號(hào)(92、94)。
文檔編號(hào)G02B5/32GK1375064SQ00812976
公開(kāi)日2002年10月16日 申請(qǐng)日期2000年8月10日 優(yōu)先權(quán)日1999年8月11日
發(fā)明者杰斐遜·E·奧德納, 埃利奧特·S·拉科奧夫, 唐納德·L·卡倫, 肯·G·沃森 申請(qǐng)人:拉科奧夫顯示器公司