Optical wave selective switch device

Abstract

The optical wave selective switch device (100) comprises a main optics assembly (102) with a plurality of lenses aligned along an optical axis (110) perpendicular to a focal plane (112). The device (100) includes a fiber array unit (106) with multiple input / output ports for laser beam signals of varying bandwidths, a switching element (104) to direct laser beams through the main optics assembly (102) to specific output ports (206), and a dispersing element (108) that separates the laser beams based on wavelength. The fiber array unit (106) and the switching element (104) are positioned at the focal plane (112) on one side of the main optics assembly (102), while the dispersing element (108) is located on the opposite side along the optical axis (110). The device (100) has a 4f architecture in a dispersion direction and a 2f architecture in a switching direction.

Description

OPTICAL WAVE SELECTIVE SWITCH DEVICETECHNICAL FIELD

[0001] The present disclosure relates generally to the field of optical switching devices and more specifically, to an optical wave selective switch device.BACKGROUND

[0002] Generally, wave selective switches are used in optical communication networks to route optical signals of different wavelengths to desired output ports. Conventionally, the wave selective switches have separate blocks for input / output fibers and the switching element (e.g., liquid crystal on silicon) . Such a conventional approach requires a large number of optical elements and a larger footprint.

[0003] Certain attempts have been made to reduce the size and number of components, but such attempts often compromise performance, such as increasing aberrations or decreasing efficiency of the dispersive element. Therefore, there exists a technical problem to provide a compact wave selective switch that can handle a large number of ports and a wide wavelength range while maintaining high optical performance.

[0004] Therefore, in light of the foregoing discussion, there exists a need to overcome the aforementioned drawbacks associated with the conventional approaches and provide a more compact, efficient, and high-performance wave selective switch.SUMMARY

[0005] The present disclosure provides an optical wave selective switch device. The present disclosure provides a solution to the existing problem of bulky and inefficient wave selective switches by combining an input / output fiber array unit and a switching element into a single main optics assembly. An aim of the present disclosure is to provide a solution that overcomes at least partially the problems encountered in the prior art and provides the optical wave selective switch device.

[0006] One or more objectives of the present disclosure are achieved by the solutions provided in the enclosed independent claims. Advantageous implementations of the present disclosure are further defined in the dependent claims.

[0007] In one aspect, the present disclosure provides an optical wave selective switch device. The optical wave selective switch device comprises a main optics assembly comprising a plurality of lenses and having a focal plane and an optical axis perpendicular to the focal plane. The optical wave selective switch device further comprises a fiber array unit comprising a plurality of input / output ports for sending / receiving laser beam signals having different bandwidths. The optical wave selective switch device further comprises a switching element for steering laser beams in a switching direction through the main optics assembly, to specific output ports of the fiber array unit. The optical wave selective switch device further comprises a dispersing element which disperses laser beam signals which are incident thereon, depending on the wavelength of the laser beam signals. The fiber array unit and the switching element are both located at the focal plane of the main optics assembly on one side, along the optical axis, of the main optics assembly. The dispersing element is located on the optical axis of the main optics assembly on the opposite side of the main optics assembly from the fiber array unit and the switching element. The device has a 4f architecture in a dispersion direction and a 2f architecture in the switching direction.

[0008] The optical wave selective switch device ingeniously combines the input / output fiber array unit and the switching element into a single shared main optics assembly, achieving a remarkable reduction in the number of required lenses. Specifically,  for the high-capacity CL band TWIN configuration with 1x64 ports, only 5 cylindrical lenses are needed in the main optics assembly to correct aberrations in separate input / output and switching blocks. The simplified layout not only enhances optical alignment and reduces manufacturing costs but also increases the efficiency of the dispersing element. By minimizing the difference between the incident angle at the grating and the diffracted bundle of rays, the device operates closer to the optimal Littrow configuration, thereby maximizing the diffraction efficiency.

[0009] In an implementation form, the switching element is a liquid crystal on silicon element.

[0010] The use of a liquid crystal on silicon element as the switching element allows for precise and independent steering of the optical signals to the desired output ports.

[0011] In another implementation form, the dispersing element is a grism element.

[0012] The use of a grism (grating-prism) as the dispersive element provides high dispersion efficiency and compactness.

[0013] In another implementation form, the main optics assembly, the switching element and the dispersing element are arranged such that laser beams diffracted at the dispersing element are passed through the main optics assembly and are focused on the switching element in separable channel slots.

[0014] Advantageously, such an arrangement of the optical wave selective switch device ensures that the diffracted beams from the dispersive element are properly focused onto separable channel slots on the switching element, enabling wavelength-based routing.

[0015] In a further implementation form, a polarization beam splitter is located between the main optics assembly and the switching element, which focuses laser beams with different polarization into different channel slots.

[0016] The polarization beam splitter allows for simultaneous operation with two orthogonal polarizations, increasing the overall capacity of the optical wave selective switch device.

[0017] In a further implementation form, the main optics assembly comprises at least 5 cylindrical lenses.

[0018] The use of at least 5 cylindrical lenses in the main optics assembly provides the necessary optical power and aberration correction for high-performance operation across a wide wavelength range.

[0019] In a further implementation, the dispersing element has a diffraction grating on a back side.

[0020] Having the diffraction grating on the back side of the dispersive element enables efficient coupling of the diffracted beams back into the main optics assembly, improving overall efficiency of the optical wave selective switch device.

[0021] In a further implementation, the main optics assembly is structured so as to deliver laser beam signals from the fiber array unit to the dispersing element, and also to focus laser beam signals from the dispersing element to the switching element.

[0022] Such a dual functionality of the main optics assembly simplifies the overall design, reduces the number of components, and improves alignment and efficiency of the optical wave selective switch device.

[0023] In a further implementation, the at least 5 cylindrical lenses are made of different glasses.

[0024] Using different glasses for the cylindrical lenses helps in correcting chromatic aberrations and improving coupling efficiency across the wide wavelength range.

[0025] In a further implementation form, the diffraction grating is formed on a cylindrical surface of the dispersing element.

[0026] Forming the diffraction grating on a cylindrical surface enables 2f architecture in switching direction without extra elements / surfaces while still providing the necessary dispersion.

[0027] In a further implementation form, the lenses are arranged perpendicular to and on the optical axis.

[0028] Arranging the lenses perpendicular to the optical axis minimizes aberrations and improves overall optical performance of the optical wave selective switch device.

[0029] In a further implementation form, a micro-optics block is located between the fiber array unit and the main optics assembly including a Wollaston prism, a microlens arrays, a polarization beam combiner and a halfwave plate.

[0030] The micro-optics block enables efficient coupling of light from the fiber array unit into the main optics assembly, while also providing polarization control and beam shaping capabilities to the optical wave selective switch device.

[0031] In a further implementation form, the micro-optics block is arranged to convert a circular gaussian beam from the fiber array unit to an elliptical gaussian beam.

[0032] Converting the circular Gaussian beam from the fiber array unit to an elliptical Gaussian beam improves coupling efficiency and gives more flexibility for designing the subsequent optics.

[0033] In a further implementation form, the micro-optics block is further arranged to convert an unpolarized beam to a polarized beam.

[0034] Converting the unpolarized beam to the polarized beam is helpful for proper operation of the polarization-sensitive switching element and enables polarization-multiplexed operation.

[0035] In a further implementation form, the micro-optics block produces at least one S-polarized signal and a second micro-optics block produces at least one P-polarized signal, and the at least one S-polarized signal and the at least one P-polarized signal are combined using a polarization beam combiner.

[0036] Such a configuration allows for a twin wavelength selective switch operation, where two separate polarization channels can be processed and combined, effectively doubling the overall capacity of the optical wave selective switch device.

[0037] It is to be appreciated that all the aforementioned implementation forms can be combined.

[0038] It has to be noted that all devices, elements, circuitry, units, and means described in the present application could be implemented in the software or hardware elements or any kind of combination thereof. All steps which are performed by the various entities described in the present application as well as the functionalities described to be performed by the various entities are intended to mean that the respective entity is adapted to or configured to perform the respective steps and functionalities. Even if, in the following description of specific embodiments, a specific functionality or step to be performed by external entities is not reflected in the description of a specific detailed element of that entity which performs that specific step or functionality, it should be clear for a skilled person that these methods and functionalities can be  implemented in respective software or hardware elements, or any kind of combination thereof. It will be appreciated that features of the present disclosure are susceptible to being combined in various combinations without departing from the scope of the present disclosure as defined by the appended claims.

[0039] Additional aspects, advantages, features, and objects of the present disclosure would be made apparent from the drawings and the detailed description of the illustrative implementations construed in conjunction with the appended claims that follow.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[0040] The summary above, as well as the following detailed description of illustrative embodiments, is better understood when read in conjunction with the appended drawings. For the purpose of illustrating the present disclosure, exemplary constructions of the disclosure are shown in the drawings. However, the present disclosure is not limited to specific methods and instrumentalities disclosed herein. Moreover, those in the art will understand that the drawings are not to scale. Wherever possible, like elements have been indicated by identical numbers.

[0041] Embodiments of the present disclosure will now be described, by way of example only, with reference to the following diagrams wherein:

[0042] FIG. 1 is a diagram that depicts an optical wave selective switch device, in accordance with an embodiment of the present disclosure;

[0043] FIG. 2A is a diagram that depicts a side view of an optical wave selective switch device, in accordance with an embodiment of the present disclosure;

[0044] FIG. 2B is a diagram that depicts an isometric view of an optical wave selective switch device, in accordance with an embodiment of the present disclosure;

[0045] FIG. 3 is a diagram that depicts a micro-block optics placed between a fiber array unit (FAU) and a main optical assembly, in accordance with an embodiment of the present disclosure; and

[0046] FIG. 4 is a diagram that depicts a polarization beam splitter placed between a switching element and the main optical assembly, in accordance with an embodiment of the present disclosure.

[0047] In the accompanying drawings, an underlined number is employed to represent an item over which the underlined number is positioned or an item to which the underlined number is adjacent. A non-underlined number relates to an item identified by a line linking the non-underlined number to the item. When a number is non-underlined and accompanied by an associated arrow, the non-underlined number is used to identify a general item at which the arrow is pointing.DETAILED DESCRIPTION OF EMBODIMENTS

[0048] The following detailed description illustrates embodiments of the present disclosure and ways in which they can be implemented. Although some modes of carrying out the present disclosure have been disclosed, those skilled in the art would recognize that other embodiments for carrying out or practicing the present disclosure are also possible.

[0049] FIG. 1 is a diagram that depicts an optical wave selective switch device, in accordance with an embodiment of the present disclosure. With reference to FIG. 1, there is shown an optical wave selective switch device 100 (herein after referred to as the device 100) . The device 100 comprises a main optics assembly 102, a switching element 104, a fiber array unit (FAU) 106 and a dispersing element 108.

[0050] The main optics assembly 102 refers to a collection of optical components designed to manipulate and control light within any optical system. The main optics assembly 102 comprises a plurality of lenses. The main optics assembly 102 have a focal plane 112 and an optical axis 110 perpendicular to the focal plane. 112. The main optics assembly 102 include a variety of lenses and other optical elements arranged in a specific configuration to achieve desired optical functions, such as focusing, collimating, or directing light beams. The main optics assembly 102 perform focusing and collimating the light. Further, the main optics assembly 102 may perform light path management i.e. the main optics assembly 102 manages the light path, ensuring that light passes through the same optical elements multiple times (quadrupole pass) . Furthermore, the main optics assembly 102 is designed to minimize optical aberrations, ensuring that the light is accurately directed and focused within the device 100. The optical axis 110 is a central line that defines the path along which light travels through the optical elements and the focal plane 112 is a plane where light is focused, and key components like the switching element 104 and output plane of the FAU 106 are positioned in the focal plane 112 to ensure proper light manipulation.

[0051] The device 100 comprises the switching element 104 for steering laser beams in a switching direction through the main optics assembly, to specific output ports of the fiber array unit 106. The switching element 104 in optical systems is a component designed to control the direction and path of light signals within the device 100. The switching element 104 allows for the routing of light from one input port to one or multiple output ports, effectively managing the flow of optical signals in a controlled manner. In accordance with an embodiment, the switching element 104 is a liquid crystal on silicon element. The liquid crystal on silicon element is a reflective spatial light modulator that can steer light beams by applying specific phase masks. The switching element 104 such as Liquid Crystal on Silicon (LCoS) adjusts the phase of the incoming light, allowing the LCoS to direct the incoming light to the desired output port based on the configured phase pattern.

[0052] The FAU 106 comprises a plurality of input / output ports for sending / receiving laser beam signals having different bandwidths. The FAU 106 serves as the input / output interface for the device 100, where the FAU 106 sends and receives laser beams with different wavelengths. The FAU 106 is aligned with the main optics assembly 102 and other components like the switching element 104 and the dispersing element 108 to ensure efficient signal routing and minimal optical losses. Further, the FAU 106 plays an important role in the multiplexing and demultiplexing of optical signals, allowing the device 100 to handle multiple wavelengths and channels simultaneously.

[0053] The device 100 further comprises the dispersing element 108 which disperses laser beam signals which are incident thereon, depending on the wavelength of the laser beam signals. The dispersing element 108 is an optical component used in the device 100 to separate light into its constituent wavelengths or spectral components. The dispersing element 108 operates on the principle of dispersion, where different wavelengths of light beams are refracted or diffracted at different angles, effectively spreading out the light spectrum. In accordance with an embodiment, the dispersing element 108 is a grism element. The grism element is an optical component that combines the properties of a diffraction grating and a prism. The grism element is used to disperse light into its constituent wavelengths with high efficiency and precision. The grism element effectively disperses the input laser beam into its constituent wavelengths, allowing for precise routing of different wavelengths to specific output ports. The grism element’s ability to combine dispersion and refraction in a single element helps in reducing the overall footprint of the device 100, contributing to a more compact and efficient design. Further, by minimizing aberrations and maximizing dispersion efficiency, the grism element enhances the overall performance of the wavelength-selective switch (WSS) , ensuring high coupling efficiency and precise wavelength control.

[0054] The device 100 has a 4f architecture in a dispersion direction and a 2f architecture in the switching direction. In an implementation, the main optics assembly 102 of the device 100, has the 4f architecture (acts as a 4f optical system) in the dispersion direction, ensuring diffraction-limited performance and minimizing aberrations. The dispersion direction refers  to the direction in which the dispersing element 108 separates the different wavelengths of the incoming laser beam signals. The 4f optical system refers to a specific optical configuration where the total optical path length between the input and output planes is four times the focal length (f) of the lenses used. In an implementation, the term "4f" implies the 4f optical system such as, a first lens is used to collimate the input laser beam, creating a parallel bundle of rays, a second lens is placed at a distance of 2f from the first lens, where f is the focal length of the second lens, a third lens is placed at a distance of 2f from the second lens. The output plane (or image plane) is located at a distance of 2f from the third lens. The 4f optical system forms an image of the input plane at the output plane with a magnification determined by the focal lengths of the plurality of lenses used. The 4f optical system provides telecentric imaging, meaning that chief laser beams at the input and output planes are parallel to the optical axis that is beneficial for applications that require uniform illumination or imaging over a large field of view. By carefully designing the plurality of lenses, the 4f optical system may be optimized to minimize various optical aberrations, such as spherical aberration, coma, and astigmatism, leading to improved image quality. Further, the configuration of the 4f optical system can be scaled to different sizes and wavelengths by adjusting the focal lengths of the optical elements while maintaining the 4f ratio. In the dispersion direction, the 4f architecture is implemented to properly focus the dispersed wavelength channels onto separable channel slots on the switching element 104. The 4f architecture ensures that the diffracted beams from the dispersing element 108 are accurately focused and spatially separated on the switching element 104.

[0055] In an implementation, the main optics assembly 102 of the device 100, has the 2f architecture (acts as a 2f optical system) in the switching direction. The switching direction refers to the direction in which the switching element 104 steers or switches the individual wavelength channels to their respective output ports. The 2f optical system refers to a simpler configuration where the separation between two lenses (or lens groups) is twice the focal length (2f) of one of the lenses (or lens groups) . The 2f optical system is used for magnification or demagnification of an object or image. In the switching direction, the 2f architecture is implemented to enable the switching element 104 to steer or switch the individual wavelength channels to the desired output ports of the FAU 106. The 2f architecture allows for independent control and routing of each wavelength channel in the switching direction. The combination of two architectures (4f in the dispersion direction and 2f in the switching direction) enables the switch device 100 to efficiently separate, focus, and route the different wavelength channels, while maintaining a compact and integrated design of the device 100.

[0056] In operation, as the laser beams enter the main optics assembly 102, the plurality of lenses within the main optics assembly 102 manipulate the laser beams to maintain intensity and quality of the laser beams. The process involves collimating the laser beams to ensure that the laser beams are parallel and then focusing the laser beams towards the dispersing element 108. The plurality of lenses is precisely aligned to minimize aberrations and optimize quality of the laser beams. Further, the dispersing element 108 spectrally separates the input laser beams into different wavelength channels. When laser beams pass through the dispersing element 108, the laser beams are dispersed or split into constituent wavelengths. The separation creates a spatial dispersion pattern where each wavelength channel is projected onto a different position along the focal plane 112 of the main optics assembly 102. The dispersing element 108 is designed to effectively separate wavelengths based on spectral properties of the laser beams, preparing the laser beams for selective routing.

[0057] The separated wavelength channels propagate back through the main optics assembly 102 and are focused onto the switching element 104. Each wavelength channel interacts with the switching element 104, where precise phase modulation patterns are applied. The precise phase modulation patterns effectively steer or redirect the wavelength channels towards the desired output ports in the FAU 106 along the switching direction (i.e., X-axis) . The switching element 104 provides independent control over each wavelength channel, allowing dynamic and reconfigurable switching operations. The FAU 106 and the switching element 104 are both located at the focal plane 112 of the main optics assembly 102 on one side, along the optical axis 110, of the main optics assembly 102. Placing the FAU 106 and the switching element 104 at the  focal plane 112 ensures that the laser beams passing through the FAU 106 and the switching element 104 are at their most focused state in the dispersion direction. The focused laser beam maximizes the efficiency of the device 100 by minimizing insertion losses. Being at the focal plane 112 allows for precise control and manipulation of the laser beams. The precise control is essential for accurate steering and routing of the laser beams, ensuring that the laser beams are directed to the desired output ports. Further, having the FAU 106 and the switching element 104 at the same focal plane 112 simplifies the optical design of the device 100 by reducing the complexity of alignment procedures and minimizes the number of optical elements required, leading to a more compact and cost-effective design. The precise alignment and positioning of the FAU 106 and the switching element 104 optimize the overall performance of the optical wave selective switch device 100 resulting in better signal routing, higher throughput, and improved reliability of the device 100.

[0058] After passing through the switching element 104, the steered wavelength channels propagate through the main optics assembly 102 once more. The plurality of lenses within the main optics assembly 102 re-image and couple the wavelength channels back into the corresponding output fibers in the FAU 106 ensuring that each wavelength channel is efficiently coupled to its designated output port, completing the switching process.

[0059] The dispersing element 108 is located on the optical axis of the main optics assembly 102 on the opposite side of the main optics assembly 102 from the fiber array unit 106 and the switching element 104. Placing the dispersing element 108 symmetrically opposite to the FAU 106 and the switching element 104 helps maintain optical symmetry in the device 100. The optical symmetry reduces optical aberrations and ensures uniform performance across all wavelengths and channels.

[0060] In an implementation, positioning the dispersing element 108 away from the FAU 106 and the switching element 104 reduces the potential for interference between different wavelength channels. The separation helps maintain the integrity of the dispersed beams and prevents cross-talk or signal contamination between different wavelength channels. Further, by placing the dispersing element 108 on the opposite side of the main optics assembly 102, the optical path for the dispersed laser beams is simplified. The straightforward optical path minimizes the complexity of the device 100 and facilitates easier alignment and calibration procedures. Physically separating the dispersing element 108 from the FAU 106 and the switching element 104 helps in reducing crosstalk between different wavelength channels. The separation minimizes unwanted interactions between laser beams and enhances the signal-to-noise ratio of the device 100.

[0061] In accordance with an embodiment, the main optics assembly 102, the switching element 104, and the dispersing element 108 are arranged such that laser beams diffracted at the dispersing element 108 are passed through the main optics assembly 102 and are focused on the switching element 104 in separable channel slots. In an implementation, the laser beams from the fiber array unit (FAU) 106 pass through the main optics assembly 102 and get dispersed by the dispersing element 108. Further, the laser beams pass back through the main optics assembly 102 to be focused on the switching element 104 in separable channel slots corresponding to different wavelengths. By focusing the dispersed wavelengths onto separate channel slots on the switching element 104, the switching element 104 can independently steer each wavelength channel to the desired output port. Such an arrangement enables efficient wavelength-based routing and switching of optical signals in a compact and integrated design while maintaining high optical performance and efficiency of the device 100.

[0062] In accordance with an embodiment, the main optics assembly 102 is structured so as to deliver laser beam signals from the fiber array unit 106 to the dispersing element 108, and also to focus laser beam signals from the dispersing element 108 to the switching element 104. In an implementation, the main optics assembly 102 is designed to perform both the functions of delivering the laser beams from the FAU 106 to the dispersing element 108, and also focusing the diffracted beams from the dispersing element 108 onto the switching element 104. The main optics assembly 102 is implemented to enable a more compact and integrated design with fewer optical elements, while still maintaining high optical performance and efficiency.  The main optics assembly 102 eliminates the need for separate input / output and switching blocks, reducing complexity and improving alignment of the device 100.

[0063] The device 100 ingeniously combines the input / output fiber array unit 106 and the switching element 104 into a single shared main optics assembly 102, achieving a remarkable reduction in the number of required lenses. Specifically, for the high-capacity CL band TWIN configuration with 1x64 ports, only 5 cylindrical lenses are needed in the main optics assembly 102, as opposed to the numerous lenses required in prior art approaches to correct aberrations in separate input / output and switching blocks. The simplified layout of the device 100 not only enhances optical alignment and reduces manufacturing costs but also increases the efficiency of the dispersing element 108. By minimizing the difference between the incident angle at the grating and the diffracted bundle of rays, the device 100 operates closer to the optimal Littrow configuration, thereby maximizing the diffraction efficiency.

[0064] Moreover, the device's 100 design results in a substantially reduced footprint, with the optics fitting within a compact volume (e.g. 90x110x10 mm3, which is approximately half the size expected without the present disclosure) . The compact form factor is particularly advantageous in space-constrained applications. Additionally, the device 100 exhibits remarkable scalability, seamlessly accommodating various port configurations, including 4, 9, 20, 32, and 64 ports, thereby offering flexibility and adaptability to diverse network requirements.

[0065] FIG. 2A is a diagram that depicts a side view of the optical wave selective switch device, in accordance with an embodiment of the present disclosure. FIG. 2A is described in conjunction with elements from FIG. 1. With reference to FIG. 2A, diagram 200A shows a side view of the device 100, showing the overall arrangement and optical path of the laser beams in the dispersion direction (YOZ) . The diagram 200A comprises a glass block 202, at least 5 cylindrical lenses 204A-204E, input / output port 206 of the FAU 106, channels 208, the switching element 104, and the dispersing element 108.

[0066] In an implementation, the glass block 202 may be a polarization beam splitter. The polarization beam splitter (PBS) is located between the main optics assembly 102 and the switching element 104. The PBS focuses the S-polarized and P-polarized beams from the two separate micro-optics blocks (for TWIN WSS operation) into different channel slots on the switching element 104.

[0067] In accordance with an embodiment, the main optics assembly 102 comprises at least 5 cylindrical lenses 204A-204E. The at least 5 cylindrical lenses 204A-204E are implemented to provide the necessary optical power and aberration correction for high-performance operation across a wide wavelength range (for example, wavelength range (CL band) , from 1.5245 to 1.6267 um) . By using the at least 5 cylindrical lenses 204A-204E in the main optics assembly 102, the device 100 enables efficient coupling and focusing of the optical laser beams, while minimizing aberrations and maintaining high optical quality over the entire operating wavelength range.

[0068] In accordance with an embodiment, the at least 5 cylindrical lenses 204A-204E are made of different glasses. In an implementation, the at least 5 cylindrical lenses 204A-204E are made of different glasses, such as F_SILICA, SILICON, and N-BK10. Different glasses for the at least 5 cylindrical lenses 204A-204E are used for correcting chromatic aberrations and improving image quality across the wide wavelength range (CL band) that the device 100 is designed to operate in. By using different glasses for the at least 5 cylindrical lenses 204A-204E, the device 100 enables better correction of chromatic aberrations, resulting in improved image quality and optical performance over the entire operating wavelength range.

[0069] In accordance with an embodiment, the lenses 204A-204E are arranged perpendicular to and on the optical axis 110. In an implementation, the at least 5 cylindrical lenses 204A-204E are perpendicular to the optical axis 110 to minimize optical aberrations in the device 100. The perpendicular arrangement of the at least 5 cylindrical lenses 204A-204E on the optical  axis 110 is implemented to minimize aberrations and improve overall optical performance of the device 100. By arranging the lenses perpendicular to the optical axis 110, the device 100 reduces off-axis aberrations, such as coma and astigmatism, resulting in improved image quality and optical performance of the device 100.

[0070] In accordance with an embodiment, the dispersing element 108 has a diffraction grating on a back side. In an implementation, the dispersing element 108 has a diffraction grating on the back side. In an example, the diffraction grating is made with a groove's density of 2.2 ln / um. Having the diffraction grating on the back side of the dispersing element 108 enables efficient coupling of the diffracted laser beams back into the main optics assembly 102, allowing for efficient diffraction and coupling of the optical laser beams, resulting in improved overall optical efficiency and performance of the device 100.

[0071] The dotted lines in the diagram 200A represent the optical path of the laser beams pointing in the channels 208, that follow the quadruple pass design. The laser beams from the output port 206 of the fiber array unit 106 first pass through the main optics assembly 102 and then get dispersed by the dispersing element 108 in the dispersion direction (YOZ) . The dispersed laser beams then pass back through the main optics assembly 102 and get focused onto separable channel slots on the switching element 104.

[0072] In an example, only 5 channels 208 and one output port 206 are shown in FIG. 3. The 5 channels 208 may correspond to wavelengths such as 1.52450 um, 1.54390 um, 1.57395 um, 1.61051 um, and 1.62671 um. The device 100 may comprise up to 250 channels covering CL spectral bandwidth and up to 64 output ports placed in a line together. In an implementation, a pitch between ports may be 80 um.

[0073] In accordance with an embodiment, the diffraction grating is formed on a cylindrical surface of the dispersing element 108.

[0074] In an implementation, the diffraction grating is formed directly on the cylindrical surface of the dispersing element 108. Forming the diffraction grating on the cylindrical surface of the dispersing element 108 enables a more compact and integrated design of the device 100, without compromising the dispersion performance in the switching direction.

[0075] In an alternate embodiment, other surfaces near the dispersion element 108 are made as cylindrical / toroidal surfaces with power in the switching direction. In an example, a back surface of the lens 204E is made toroidal having curvatures in both dispersion and switching planes. Also, a front surface of the dispersion element 108 (GRISM) is made as a cylindrical surface with power in the switching plane. Such a case with specific parameters, materials, and radii of components of the device 100 are listed in the table 1.

[0076] Table 1

[0077] FIG. 2B is a diagram that depicts an isometric view of an optical wave selective switch device, in accordance with an embodiment of the present disclosure. With reference to FIG. 2B, diagram 200B provides a comprehensive representation of the overall arrangement and optical path of the laser beams within the device 100. The diagram 200B comprises the fiber array unit (FAU) 106, the main optics assembly 102 consisting of at least 5 cylindrical lenses arranged in a curved configuration, the switching element 104, and the dispersing element 108.

[0078] The FAU 106 serves as the input / output port, where the laser beams are initially emitted or received. The main optics assembly 102 is responsible for providing optical power and aberration correction for high-performance operation across a wide wavelength range. The dispersing element 108 has a diffraction grating on its back side facing the main optics assembly 102. The diffraction grating is designed to disperse the laser beams in the dispersion direction (YOZ) as the laser beams pass through the main optics assembly 102. The switching element 104 is where the dispersed laser beams are focused onto separable channel slots. The switching element 104 allows the laser beams to pass through in a quadruple pass design.

[0079] The dotted lines in the diagram 200B represent the optical path of the laser beams pointing in the channels 208. The beams initially pass through the main optics assembly 102, get dispersed by the dispersing element 108 in the dispersion direction, pass back through the main optics assembly 102, and are focused onto the switching element 104. Such quadruple pass design ensures efficient coupling and focusing of the optical laser beams while minimizing aberrations and maintaining high optical quality over the entire operating wavelength range.

[0080] FIG. 3 is a diagram that depicts a micro-optics block placed in between a fiber array unit (FAU) and a main optical assembly, in accordance with an embodiment of the present disclosure. With reference to FIG. 3, there is shown a micro-optics block 300 that is placed in between the FAU 106 and the main optical assembly 102.

[0081] In accordance with an embodiment, a micro-optics block 300 is located between the fiber array unit 106 and the main optics assembly 102 including a Wollaston prism 306, a microlens arrays 302, a polarization beam combiner 312, and an optical element 308 that adds half wave delay in a one of the two beams separated by the Wollaston prism 306. The micro-optics block 300 is placed between the FAU 106 and the main optics assembly 102. The micro-optics block includes the Wollaston prism 306, the microlens arrays 302, the polarization beam combiner 312, and the optical element 308 that refers to a plate having half part of back surface working as a half-wave plate. The Wollaston prism 306 refers to an optical element that splits an incoming light beam into two orthogonally polarized outgoing beams. The Wollaston prism 306 is used to separate or combine polarization states. The microlens arrays 302 refers to arrays of tiny lenses, typically used for beam shaping, collimating, or focusing light from optical fibers or other sources. The polarization beam combiner 312 refers to an optical component, likely a polarizing beam splitter cube or plate, that combines or splits beams of different polarizations (e.g., S and P polarizations) . The optical element 308 introduces (λ / 2) optical path difference in one of the splitted beams, thereby  the optical element 308 converts the unpolarized source into either S or P polarized. Having two such sources with orthogonal polarizations and combining them with the polarization beam combiner 312 makes the TWIN.

[0082] The micro-optics block 300 further includes a first cylindrical lens 304, and a second cylindrical lens 310. The micro-optics block 300 is implemented to enable efficient coupling of light from the fiber array unit 106 into the main optics assembly 102, while also providing polarization control and beam shaping capabilities. The micro-optics block 300 allows for efficient coupling of the input beams from the fiber array unit 106, while also enabling polarization control, beam shaping, and polarization multiplexing (for TWIN WSS operation) , improving the overall performance and functionality of the device 100.

[0083] In accordance with an embodiment, the micro-optics block is arranged to convert a circular gaussian beam from the fiber array unit 106 to an elliptical gaussian beam. In an implementation, the micro-optics block allows to convert the circular gaussian beam from the FAU 106 into the elliptical gaussian beam. Converting the circular Gaussian beam from the FAU 106 to an elliptical Gaussian beam is implemented to improve coupling efficiency and reduce aberrations in the subsequent optics. By converting the circular gaussian beam to the elliptical gaussian beam, the device 100 improves the coupling efficiency of the input beams into the main optics assembly 102, while also reducing aberrations and improving overall image quality and optical performance of the device 100.

[0084] In accordance with an embodiment, the micro-optics block is further arranged to convert an unpolarized beam to a polarized beam. In an implementation, the micro-optics block allows to convert unpolarized beam into an S or P polarized beam. Converting the unpolarized beam to a polarized beam is implemented for proper operation of the polarization-sensitive switching element 104 (LCoS) and enables polarization-multiplexed operation of the device 100. The technical effect of polarizing the input beam is that it enables the use of polarization-based switching and routing mechanisms, allowing for efficient and independent control of orthogonal polarization channels, effectively doubling the overall capacity of the device 100.

[0085] In accordance with an embodiment, the micro-optics block 300 produces at least one S-polarized signal 314 and a second micro-optics block produces at least one P-polarized signal 316, and the at least one S-polarized signal 314 and the at least one P-polarized signal 316 are combined using a polarization beam combiner 312. The micro-optics block 300 is implemented to enable a twin wavelength selective switch operation, where two separate polarization channels can be processed and combined, effectively doubling the overall capacity of the device 100. By enabling the micro-optics block 300 in the device 100, the device 100 allows for simultaneous processing and combining of two orthogonal polarization channels (Sand P) , resulting in a higher overall capacity and throughput for the device 100.

[0086] FIG. 4 is a diagram that depicts a polarization beam splitter placed between a switching element and the main optical assembly, in accordance with an embodiment of the present disclosure. With reference to FIG. 4, there is shown the polarization beam splitter (PBS) 400 that is placed in between the switching element 104 and the main optical assembly 102 of the device 100. The PBS 400 comprises a polarisation splitter 402, Quarter-Wave Plate (QWP) + Mirror 404, and a mirror 406. The polarisation splitter 402 refers to a polarisation mirror or coating that reflects one polarization state (e.g. s-polarization) and transmits the orthogonal polarization state (e.g. p-polarization) . The QWP refers to a birefringent optical element that introduces a quarter-wave (λ / 4) optical path difference between orthogonal polarization components. The QWP is combined with the mirror to rotate the polarization state of the reflected beam. The mirror 406 refers to a regular mirror that reflects the light beam towards the switching element 104 after the polarization state has been modified by the QWP + Mirror 404. A path 408 represents a path for the combined polarization states towards the switching element 104 from the micro-optics block 416. A path 410 represents a path for one polarization state (e.g. s-polarized) from the micro- optics block 416. A path 412 represents a path for the orthogonal polarization state (e.g. p-polarized) from the micro-optics block 416. A path 414 represents a path for another polarization state received from the second micro-optics block 418. In accordance with an embodiment, a polarization beam splitter 400 is located between the main optics assembly 102 and the switching element 104, which focuses laser beams with different polarization into different channel slots. In an implementation, the polarization beam splitter (PBS) 400 is introduced between the main optics assembly 102 and the switching element 104. The PBS 400 is used to focus the S-polarized and P-polarized laser beams from the two separate micro-optics blocks 300 (for TWIN WSS operation) into different channel slots on the switching element 104. The PBS 400 is implemented to enable simultaneous operation with two orthogonal polarizations, effectively doubling the overall capacity of the device 100. By using the PBS 400, the device 100 allows for polarization-multiplexed operation, where two separate polarization channels can be processed and switched independently, increasing the overall capacity and throughput of the device 100.

[0087] Modifications to embodiments of the present disclosure described in the foregoing are possible without departing from the scope of the present disclosure as defined by the accompanying claims. Expressions such as “including” , “comprising” , “incorporating” , “have” , “is” used to describe, and claim the present disclosure are intended to be construed in a non-exclusive manner, namely allowing for items, components or elements not explicitly described also to be present. Reference to the singular is also to be construed to relate to the plural. The word “exemplary” is used herein to mean “serving as an example, instance, or illustration” . Any embodiment described as “exemplary” is not necessarily to be construed as preferred or advantageous over other embodiments or to exclude the incorporation of features from other embodiments. The word “optionally” is used herein to mean “is provided in some embodiments and not provided in other embodiments” . It is appreciated that certain features of the present disclosure, which are, for clarity, described in the context of separate embodiments, may also be provided in combination in a single embodiment. Conversely, various features of the invention, which are, for brevity, described in the context of a single embodiment, may also be provided separately or in any suitable combination or as suitable in any other described embodiment of the disclosure.

Claims

1.An optical wave selective switch device (100) comprising:a main optics assembly (102) comprising a plurality of lenses and having a focal plane (112) and an optical axis (110) perpendicular to the focal plane (112) ;a fiber array unit (106) comprising a plurality of input / output ports for sending / receiving laser beam signals having different bandwidths;a switching element (104) for steering laser beams in a switching direction through the main optics assembly (102) , to specific output ports (206) of the fiber array unit (106) ; anda dispersing element (108) which disperses laser beam signals which are incident thereon, depending on the wavelength of the laser beam signals;wherein the fiber array unit (106) and the switching element (104) are both located at the focal plane (112) of the main optics assembly (102) on one side, along the optical axis (110) of the main optics assembly (102) ;wherein the dispersing element (108) is located on the optical axis (110) of the main optics assembly (102) on the opposite side of the main optics assembly (102) from the fiber array unit (106) and the switching element (104) ; andwherein the device (100) has a 4f architecture in a dispersion direction and a 2f architecture in the switching direction.2.The device (100) of claim 1, wherein the switching element (104) is a liquid crystal on silicon element.3.The device (100) of claim 1, wherein the dispersing element (108) is a grism element.4.The device (100) of claim 1, wherein the main optics assembly (102) , the switching element (104) and the dispersing element (108) are arranged such that laser beams diffracted at the dispersing element (108) are passed through the main optics assembly (102) and are focused on the switching element (104) in separable channel slots.5.The device (100) of claim 1, wherein a polarization beam splitter (400) is located between the main optics assembly (102) and the switching element (104) , which focuses laser beams with different polarization into different channel slots.6.The device (100) of claim 1, wherein the main optics assembly (102) comprises at least 5 cylindrical lenses (204A-204E) .7.The device (100) of claim 1, wherein the dispersing element (108) has a diffraction grating on a back side.8.The device (100) of claim 1, wherein the main optics assembly (102) is structured so as to deliver laser beam signals from the fiber array unit (106) to the dispersing element (108) , and also to focus laser beam signals from the dispersing element (108) to the switching element (104) .9.The device (100) of claim 6, wherein the at least 5 cylindrical lenses (204A-204E) are made of different glasses.10.The device (100) of claim 7, wherein the diffraction grating is formed on a cylindrical surface of the dispersing element (108) .11.The device (100) of claim 6, wherein the lenses are arranged perpendicular to and on the optical axis (110) .12.The device (100) of claim 1, wherein a micro-optics block (300) is located between the fiber array unit (106) and the main optics assembly (102) including a Wollaston prism (306) , a microlens arrays (302) , a polarization beam combiner (312) , and a halfwave plate (308) .13.The device (100) of claim 12, wherein the micro-optics block (300) is arranged to convert a circular gaussian beam from the fiber array unit (106) to an elliptical gaussian beam.14.The device (100) of claim 13, wherein the micro-optics block (300) is further arranged to convert an unpolarized beam to a polarized beam.15.The device (100) of claim 12, wherein the micro-optics block (300) produces at least one S-polarized signal (314) and a second micro-optics block produces at least one P-polarized signal (316) , and the at least one S-polarized signal (314) and the at least one P-polarized signal (316) are combined using the polarization beam combiner (312).

Images