[发明专利]与光学微机电系统装置一起使用的成像技术

说明书

技术领域

本发明涉及光学微机电系统(MEMS)装置的技术，并且尤其涉及使用MEMS装置的全光学开关。

背景技术

全光学开关的一个解决方案使用两个MEMS装置，每个包括一个可倾斜微反射镜如小反射镜阵列，能够反射光，这里是指感兴趣波长的任何辐射，无论其是否位于可见光谱。通过使用第一光学MEMS装置上的与输入光纤相连的第一微反射镜使光转向与输出光纤相连的第二光学MEMS装置上的第二微反射镜，为从一个输入源如光纤到一个输出如输出光纤的光建立一条光路。然后第二微反射镜使光转向输出光纤。与系统相连的每个光纤看作系统的一个端口，输入光纤为输入端口，输出光纤为输出端口。

使用MEMS装置的全光学开关技术的一个问题是，为了增加系统中的端口数，即光纤数，需要增加用于执行开关功能的微反射镜数。在如上所述的现有技术中，第一光学MEMS装置包括结合在其上的所有第一微反射镜，第二光学MEMS装置包括结合在其上的所有第二微反射镜。由于光学MEMS装置的尺寸是光学MEMS装置上的微反射镜数的正函数，并且所需的微反射镜数与全光学开关中可用的最大端口数成正比，因此增加全光学开关中可用的最大端口数需要使用一个更大的光学MEMS装置。

不幸地，制造能力及大组件尺寸的限制有效地将目前的光学MEMS装置限制到1296个微反射镜。此外，即使微反射镜尺寸可以被有效地缩小，仍存在一个问题即需要将控制信号引到每个微反射镜。这些控制信号占据光学MEMS装置的大量空间，将因此导致光学MEMS装置变得极大。此外，每个微反射镜有控制信号，必须从其基底引出到光学MEMS装置。为了进行这些连接，光学MEMS装置上需要额外的大量空间。

由于所有这些空间要求，光学MEMS芯片相当大，并且因此，由于制造能力限制，能够置于单个光学MEMS装置上的微反射镜数是有限的。微反射镜数的限制也限制了全光学开关的端口数。

此外，目前可用的微反射镜具有有限的有效倾斜范围。有效范围的限制进一步限制了使用这种光学MEMS装置的全光学开关中可实现的端口数，因为第一光学MEMS装置上的每个微反射镜必须能够使入射到其上的光引向第二光学MEMS装置上的每个微反射镜。这样引导光的能力是微反射镜有效倾斜范围的函数。换句话说，较大的有效倾斜角允许每个微反射镜在较大范围引导其光。对于作为光学开关布置的光学MEMS装置，所需的最大倾斜角是用于光学MEMS装置的对角上的微反射镜之间的连接。例如，第一MEMS装置的右上角的微反射镜必须将光引向第二MEMS装置的左下角的微反射镜，它要求最倾斜。因此，光学开关中能够使用的微反射镜阵列的尺寸受到其光学MEMS装置的有效倾斜范围的限制。

虽然增大两个光学MEMS装置之间的间隔距离能够减小所需的倾斜角，允许不改变微反射镜的有效倾斜范围而使用较大的微反射镜阵列，但是这样做的缺点是增大了光束衍射，因此需要使用较大直径的微反射镜或者导致一些光的损耗。由于在现有技术下使用较大的微反射镜需要额外的空间，这样做增大了光学MEMS装置上微反射镜之间的距离，对于相同数量的微反射镜，进一步增大了光学MEMS装置的尺寸。由于增大光学MEMS装置的尺寸，因此需要更大的倾斜角以耦合相对的光学MEMS装置的对角。因此，本质上，由于有限的可用的倾斜角，相对的光学MEMS装置的额外间隔无助于增加端口数。

发明内容

我们已经认识到，当足够大的微反射镜阵列可以构造但是可用的倾斜角不够，使得不是所有的微反射镜都可以耦合在一起时，通过以有效地组合每个第一与第二光学装置的至少一个微反射镜的倾斜角的方式，将光学MEMS装置之一的至少一部分成像到第二光学MEMS装置所在的一个不同的位置，可以克服由光学MEMS装置的尺寸和/或有效倾斜范围的限制造成的全光学开关中端口数的限制。在系统的一个实施例中，成像系统复制来自第一微反射镜的光的反射角，这可以使用一个远心系统，也称为4f系统来实现。通过压缩光路，例如，使用合适的常规反射镜，和/或使用折叠装置，即仅有一个MEMS装置级，具有通过使用至少一个常规反射镜进行输入和输出的双重任务的装置，可以减小装置的实际尺寸。