光学系统中像差校正的系统的方法技术方案

本文描述的为用于光学系统的衍射光栅(1)。该衍射光栅包括基底(2)和横穿基底设置在光栅轮廓中的一组细长的衍射元件(3)。该光栅轮廓给予光束预定的相变，以至少部分地校正存在于光学系统中的光束的光学像差。

Method of aberration correction system in optical system

【技术实现步骤摘要】
光学系统中像差校正的系统的方法本申请是分案申请。本申请的原案为进入中国国家阶段的PCT专利申请，原案的PCT申请号为PCT/US2014/038517，申请日为2014年5月17日；原案的国际公开号为WO2014/189801A1，国际公开日为2014年11月27日；原案的中国专利申请号：201480029312.3，进入中国国家阶段日为2015年11月20日。原案的说明书全文提供如下以供参考。
本专利技术涉及光学像差校正，并且尤其涉及校正波长选择开关装置中的光学像差的衍射光栅。尽管本文将描述于本申请特别相关的一些实施例，但是应理解的是本申请不局限于这样的应用领域，其可以应用于更广泛的环境。
技术介绍
贯穿说明书的
技术介绍
的任何讨论不应被认为是承认这样的技术是在本领域中被广泛已知的或构成了本领域中公知常识的一部分。由于各种形式的光学像差，所以光学系统固有地在信号信息方面遭受损失。在比较小、比较简单的光学装置中，光束可沿着接近平行于光轴的轨道传播。在这些“近轴的”构造中，像差是微弱的并且在实际中一般可忽略。然而，当更复杂的装置被建立以完成高级功能时，离轴和在近轴之外的区域传播光束的需要变得日益重要。在这些“更高阶的光学器件”的情况下，若干单色光学像差变得更加明显。特别地，光学元件的焦平面的离轴曲率变成了值得关心的事。球面像差和光学彗发像差也是如此。像差的程度大体上与系统中光束的尺寸和轮廓有关。在波长选择开关(WSS)装置中，重塑光束轮廓以使其高度不对称通常是有利的。例如，在硅基液晶(LCOS)基底开关中，细长的光束轮廓有利于同时高效地开关多个波长通道。更大和更不对称的光束比更小的对称的光束一般会经历更高的像差。特定的WSS设计的不对称特性意味着在开关引擎(LCOS、MEMs镜等)上入射的射束点可具有显著的像差，包括光束彗发像差。当追求更小的射束点以获得更锋利的通道的努力增加时，这些像差限制了这些离轴系统的潜能。在分光仪型光束系统中，像差校正通常通过移动到双镜闪耀式光栅(Czerny-Turner)系统中来进行。该系统为每个镜面反射提供大小相等且方向相反的像差，以允许对称的高斯射点被聚焦在像平面处。这种类型的解决方案在WSS系统中是可能的，但其伴随着弊端：第二镜面增加系统的成本；该设计为光学机构创造了更大的空间覆盖区域；并且光学校准过程更加复杂。所有这些与新的WSS产品的设计目标背离。
技术实现思路
在本专利技术的优选方式中，本专利技术的目的是提供在光学系统中进行像差校正的系统和方法。根据本专利技术的第一方面，其提供了用于光学系统中的衍射光栅，该光栅包括一组间隔开的衍射线，所述衍射线被构造为：在入射光束中空间地分隔出波长通道，并且还给予所述光束预定的相变，以至少部分地校正存在于该光学系统中的所述光束的光学像差。该组衍射线优选地限定相位轮廓，该相位轮廓使所述光学系统给光束的像差至少部分地反向。相邻衍射线的间距优选地基于存在于所述光学系统中的光束的光学像差根据沿衍射维度在光栅上的位置而改变。衍射线优选具有曲率，该曲率基于存在于光学系统中的光束的光学像差在光栅上变化。光束的光学像差优选地包括光束的光学彗发像差和球面像差中的一个或两个。根据本专利技术的第二方面，其提供了光学开关，包括：用于入射输入光束的至少一个输入端口；用于接收输出光束的至少一个输出端口；开关光学器件，用于沿着至少一个输入端口和至少一个输出端口之间的预定路径选择性地开关光束；以及衍射元件，该衍射元件被构造用于：i.在光束中空间地分隔出波长通道；ii.给波长通道强加预定的相变，以至少部分地校正输入光束的光学像差。根据本专利技术的第三方面，其提供了用于光学系统的产生像差校正相位轮廓的方法，该方法包括如下步骤：a)在光学系统模型中，在第一预定点处插入相位操作元件，可变的相位操作元件具有可控的相位轮廓；b)测量位于光学系统中的第二预定点处的光束的特性；并且c)改变相位操作元件的相位轮廓，以使得被测量的光束的特性基本上匹配预定的参考光束的特性。步骤b)优选地包括计算位于光学系统中的预定点处的光束的M2值的步骤。步骤c)优选地包括改变相位轮廓以基本上最小化M2值之和的步骤。相位轮廓表示为多项式。最小化M2值之和的步骤优选地通过选择性地修改多项式的权重项而被执行。参考光束的特性优选地表示为理想高斯光束。第三方面的方法优选地还包括如下步骤：d)将相位轮廓转换为相应的衍射光栅轮廓。第三方面的方法优选地还包括如下步骤：e)将光栅轮廓写在衍射光栅基底上。第一预定点优选地位于或邻近于光学系统中衍射光栅的位置。第二预定点优选地位于或邻近于光学系统中的开关装置。根据本专利技术的第四方面，其提供了减少波长选择开关中的光束的光学像差的方法，该方法包括如下步骤：利用衍射相位校正元件，以使所述开关给予所述光束的像差效应基本上反向。衍射相位校正元件优选地为衍射光栅，该衍射光栅具有多个间隔开的衍射线，并且其中该衍射线定义了轮廓，该轮廓使光束的像差效应基本上反向。衍射线的间距优选地被规定为给予光束预定的相变。根据本专利技术的第五方面，其提供了用于光学系统的相位校正元件，该元件包括一组相位操作元件，其中该操作元件给予光束预定的相变，以至少部分地校正存在于光学系统中的光束的光学像差。根据本专利技术的第六方面，其提供了衍射光栅，该衍射光栅具有光栅轮廓，该轮廓被构造为衍射光束并且强加相变至光束以至少部分地校正光束的光学像差。附图说明现在，将仅通过示例的方式参照附图描述本专利技术的优选实施例，其中：图1示出了具有被构造为校正光学像差的光栅轮廓的示例性的衍射光栅；图2示意性地示出了示例性的WSS装置的光学布局；图3示出了分别具有8GHz、12GHz和16GHz的射束点尺寸(带宽)的三个示例性的高斯滤波器形状的图形；图4示出了在示例性的模型WSS装置的像平面中的射束点的辐照度(功率)和相位图；图5示出了用于图2的模型WSS装置的滤波器形状的图形；图6示出了被执行以确定需要的衍射光栅轮廓的步骤的示例性的工艺流程，该轮廓补偿光学系统中的像差；图7示出了示例的相位轮廓的图形，该轮廓在模拟的WSS系统中的平面中被计算；图8示出了在进行相位像差校正和不进行相位像差校正两种情况下通过模拟的WSS系统的成像光束的辐照度轮廓的图形；图9示出了在进行相位像差校正和不进行相位像差校正两种情况下通过该模拟的WSS的成像光束的相位轮廓的图形；图10示出了在未施加像差校正的情况下模拟WSS装置的总体滤波器形状的图形；和图11示出了在施加了像差校正的情况下模拟WSS装置的总体滤波器形状的图形。具体实施方式本文中，将具体参照校正波长选择开关(WSS)装置中的光学像差来描述本专利技术的实施例。然而，本领域技术人员将理解本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于光学系统的衍射光栅，该光栅包括一组间隔开的衍射线，该衍射线被构造为：在入射光束中空间地分隔出波长通道，并且还给予所述光束预定的相变，以至少部分地校正存在于所述光学系统中的光束的光学像差。/n

【技术特征摘要】
20130522 US 61/826,4861.用于光学系统的衍射光栅，该光栅包括一组间隔开的衍射线，该衍射线被构造为：在入射光束中空间地分隔出波长通道，并且还给予所述光束预定的相变，以至少部分地校正存在于所述光学系统中的光束的光学像差。


2.根据权利要求1所述的衍射光栅，其中，该组衍射线限定相位轮廓，该相位轮廓使该光学系统施加给光束的像差至少部分地反向。


3.根据权利要求2所述的衍射光栅，其中，相邻的衍射线的间距基于存在于所述光学系统中的光束的光学像差而根据沿衍射维度在所述光栅上的位置而变化。


4.根据权利要求2或3所述的衍射光栅，其中，所述衍射线具有曲率，该曲率基于存在于所述光学系统中的光束的光学像差而在光栅上变化。


5.根据上述权利要求中任一项所述的衍射光栅，其中，光束的光学像差包括光束的光学彗发像差和球面像差中的一个或两个。


6.一种光学开关，包括：
用于入射输入光束的至少一个输入端口；
用于接收输出光束的至少一个输出端口；
开关光学器件，用于沿所述至少一个输入端口与所述至少一个输出端之间的预定路径选择性地开关所述光束；以及
衍射元件，所述衍射元件被构造用于：
i.在所述光束中空间地分隔出波长通道；
ii.将预定的相变强加给所述波长通道，以至少部分地校正所述输入光束的光学像差。


7.一种用于光学系统中的产生像差校正的相位轮廓的方法，该方法包括如下步骤：
a)在该光学系统的模型中，在第一预定点插入相位操作元件，可变的相位操作元件具有可控的相位轮廓；
b)测量位于所述光学系统中的第二预定点处光束的特性；并且
c)改变所述相位操作元件的相位轮廓，以使得测量的光束的特性基本上匹配预定的参考光束的特性。


8.根据权利要求7所述的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢克·斯图尔特，格伦·韦恩·巴克斯特，史蒂文·詹姆斯·弗里斯特，
申请(专利权)人：菲尼萨公司，
类型：发明
国别省市：美国;US