[发明专利]具有椭圆光束的自由空间多路传送切换器

权利要求书

1.一种自由空间多路传送切换器(MCS)，包括：

输入端口阵列，其包括用于发射光束的输入端口；

输出端口阵列，其包括N(N>1)个输出端口；

分束器，其光学地设置在所述输入端口阵列和所述输出端口阵列之间，所述分束器将所述光束在分离方向上分离为至少N个部分；

偏转器阵列，其光学地设置在所述分束器和所述输出端口阵列之间，

所述偏转器阵列包括沿阵列方向排列的N个偏转器，

所述N个偏转器中的每一个偏转器具有基本上垂直于所述分离方向的切换方向，并且，

所述N个偏转器中的每一个具有有效区域，所述有效区域在所述阵列方向中具有一尺寸，该尺寸匹配入射在其上的所述N个部分中的一部分在阵列方向中的尺寸；

第一光束成形光学器件以及第二光束成形光学器件，所述第一光束成形光学器件光学地设置在所述输入端口阵列和所述分束器之间，所述第二光束成形光学器件光学地设置在所述输出端口阵列和所述偏转器阵列之间，

所述第一光束成形光学器件成形所述光束，并在所述分束器处形成第一椭圆光斑，

所述第一椭圆光斑的长轴基本上垂直于所述切换方向；以及

角度偏移(ATO)元件，其光学地设置在所述分束器和所述偏转器阵列之间，

其中，所述分束器和所述偏转器阵列各自被布置，以使得所述角度偏移元件将来自所述分束器的光束的至少N个部分中的每一部分引导至所述N个偏转器中的不同偏转器，

在所述偏转器处，所述至少N个部分的每一部分具有第二椭圆光斑，所述第二椭圆光斑具有基本上平行于所述切换方向的长轴。

2.根据权利要求1所述的自由空间多路传送切换器，其中，所述第一椭圆光斑的长轴的长度至少比所述第一椭圆光斑的短轴的长度大四倍，并且，所述第二椭圆光斑的长轴的长度至少比所述第二椭圆光斑的短轴的长度大四倍。

3.根据权利要求1所述的自由空间多路传送切换器，其中，所述分束器是衍射分束器。

4.根据权利要求1所述的自由空间多路传送切换器，其中，N大于或等于16。

5.根据权利要求1所述的自由空间多路传送切换器，其中，所述自由空间多路传送切换器包括至少16个输入端口或至少16个输出端口。

6.根据权利要求1所述的自由空间多路传送切换器，其中，所述角度偏移元件包括凸透镜、梯度折射率透镜、或凹面镜中的一个。

7.根据权利要求1所述的自由空间多路传送切换器，其中，所述角度偏移元件包括至少一个球面透镜或非球面透镜。

8.根据权利要求1所述的自由空间多路传送切换器，其中，所述角度偏移元件具有一焦距，该焦距基本上等于所述第一椭圆光斑的长轴的瑞利长度乘以所述第一椭圆光斑的短轴的瑞利长度之积的平方根。

9.根据权利要求1所述的自由空间多路传送切换器，其中，所述第一光束成形光学器件和所述第二光束成形光学器件中的每一个包括：

柱面透镜；

柱面反射镜；或

第一和第二变形棱镜。

10.根据权利要求1所述的自由空间多路传送切换器，其中，所述偏转器阵列包括一维倾斜微机电系统(MEMS)微型反射镜的一维(1D)阵列、一维切换液晶相元件的一维阵列、或液晶偏振转动元件和偏振分离元件的一维阵列中的一种。

11.根据权利要求1所述的自由空间多路传送切换器，其中，所述N个偏转器的每一个偏转器是一维的倾斜微机电系统(MEMS)微型反射镜，所述偏转器的在所述切换方向的尺寸大于在所述阵列方向的尺寸。

12.根据权利要求11所述的自由空间多路传送切换器，其中，每一个微机电系统微型反射镜在所述阵列方向上的尺寸是在所述第二椭圆光斑的短轴的1/e²强度半径的2.4至4.0倍之间。