一种基于硅基液晶的波长选择开关制造技术

一种基于硅基液晶的波长选择开关，属于光交换器件，解决现有基于硅基液晶的波长选择开关输出端口数量受到限制的问题。本发明专利技术由设置在光路上的输入单模光纤、偏振转换组件、反射镜、傅里叶透镜、衍射光栅、硅基液晶相位空间光调制器、自聚焦准直透镜阵列和输出二维单模光纤阵列构成。本发明专利技术对需要交换的光束利用硅基液晶相位空间光调制器实现二维偏转，使波长选择开关输出光纤阵列的光束由一维向二维转化，能够大幅度增加波长选择开关输出端口的数量，与现有基于LCOS的波长选择开关相比，端口数量至少能够增加K倍，且具有体积小，控制灵活、方便的特点，从而能够提高整个光交叉互连网络的灵活性，可满足大规模光交叉互连网络的需求。

【技术实现步骤摘要】
一种基于硅基液晶的波长选择开关
本专利技术属于光通信领域，特别是光交换器件。
技术介绍
在光通信网络中，可重构光分插复用器(ROADM)是波分复用(WDM)系统网络节点中的重要子系统。ROADM需要相当数量的波长选择开关(WSS)对上、下游模块与其他节点相互连接的输入、输出端口进行光互连，ROADM未来的发展首先需要波长选择开关(WSS)的发展，为了更好满足通信光网络的组网需求，未来波长选择开关(WSS)可能会需要更多的端口来支持波长的上下路。依赖于WDM-ROADM光设备市场的快速增长，Infonetics机构预测从2012到2017年，WSS器件的收入增速可能达到20％。因此，围绕WSS的光通信技术正在掀起全球范围内的研究热潮，世界上很多光通信巨头都投入大量的人力和物力对波长选择开关(WSS)进行研究，已经研发出了很多成型的商品。国内外实现WSS的主要技术手段包括微机电系统(MEMS)转镜技术、数字微镜器件(DMD)技术、液晶(LC)技术和硅基液晶(LCOS)技术。2006年，澳大利亚EnganaPty公司的GlennBaxter等人首先将LCOS技术引进WSS领域，基于硅基液晶(LCOS)的WSS因可选择的输出端口多而成为该领域研究的新热点。现有基于硅基液晶的波长选择开关大多是基于一维光束偏转，单个基于LCOS的1×N波长选择开关(WSS)端口数量大多不会超过9个切换端口，输出端口数量受到限制，仅能够实现1×9的波长选择功能，无法满足可重构光网络日益增长的需求。
技术实现思路
本专利技术提供一种基于硅基液晶的波长选择开关，解决现有基于硅基液晶的波长选择开关输出端口数量受到限制的问题。本专利技术所提供的一种基于硅基液晶的波长选择开关，由设置在光路上的输入单模光纤(SMF)、偏振转换组件、反射镜、傅里叶透镜、衍射光栅、LCOS相位空间光调制器、自聚焦准直透镜阵列和输出二维单模光纤阵列构成，其特征在于：入射的WDM光束经过输入单模光纤输入后，通过输入自聚焦准直透镜之后变成平行光束，通过偏振转换组件成为线偏振光，再经过反射镜反射到傅里叶透镜，经过傅里叶透镜聚焦到衍射光栅上，由衍射光栅以不同的角度进行分光，经过傅里叶透镜聚焦到反射镜，由反射镜反射到LCOS相位空间光调制器的液晶面板上，LCOS相位空间光调制器对入射光斑进行相位调制，形成所需的液晶闪耀光栅，实现光束的衍射偏转，从而控制光束的偏转方向；从LCOS相位空间光调制器出射的衍射偏转光束，经过反射镜反射后，经过傅里叶透镜变成平行光束，再次到达衍射光栅处，沿着与第一次入射到衍射光栅的光平行的方向，再次被反射到傅里叶透镜，经过傅里叶透镜再次变成平行光到达反射镜，由反射镜反射至偏振转换组件，通过偏振转换组件恢复原有的偏振态，经过自聚焦准直透镜阵列被耦合进输出二维单模光纤阵列80中期望的单模光纤输出端口，实现不同波长光束的选路功能。所述的波长选择开关，其特征在于：所述自聚焦准直透镜阵列由K×L个自聚焦准直透镜构成K行L列的自聚焦准直透镜矩阵，各行均包括L个自聚焦准直透镜，1≤K≤385，5≤L≤1999；处于自聚焦准直透镜阵列中心位置的自聚焦准直透镜作为输入自聚焦准直透镜，K×L个自聚焦准直透镜均位于同一垂直平面；所述输出二维单模光纤阵列为K行L列的单模光纤矩阵，其中一行包括L－1根单模光纤，其余各行均包括L根单模光纤，所述输入单模光纤插入K行L列的单模光纤矩阵中仅包括L－1根单模光纤的一行，使得输入单模光纤和输出二维单模光纤阵列构成K行L列的组合单模光纤矩阵，组合单模光纤矩阵排列方式与所述自聚焦准直透镜阵列相同，其中每个单模光纤与自聚焦准直透镜阵列中的每个自聚焦准直透镜一一对应，所述输入单模光纤与所述输入自聚焦准直透镜对应，每个单模光纤和所述输入单模光纤端口均位于自聚焦准直透镜阵列中的自聚焦准直透镜的同一垂直焦平面上。所述K、L满足条件：K×D≤2Ftan(arcsin(λ/d))，且K/L≤tan(arcsin(λ/d))，其中，D为输出二维单模光纤阵列中每个单模光纤纤芯的直径，F为傅里叶透镜焦距，λ为入射波长，d为LCOS液晶相位空间光调制器像素尺寸；所述自聚焦准直透镜阵列中心位置为其第X行第Y个自聚焦准直透镜，当K为奇数时，X＝(K+1)/2，当K为偶数时，X＝K/2或K/2+1；当L为奇数时，Y＝(L+1)/2，当L为偶数时，Y＝L/2或L/2+1。所述偏振转换组件由第一方解石棱镜、第二方解石棱镜和第一半波片、第二半波片组成，第一方解石棱镜将输入光分成偏振态垂直的两路光，其中一路被第一半波片旋转90度送至第二方解石棱镜，另一路被第二半波片旋转90度送至第二方解石棱镜，两路通过第二方解石棱镜都被变成统一偏振方向的一束线偏振光。所述LCOS相位空间光调制器由液晶面板和驱动电路构成，当一束光聚焦于液晶面板的任意位置，其光斑覆盖了多个液晶像素，通过液晶驱动电路给像素电极施加电压，使各电极所对应液晶的折射率发生变化，从而使相位发生变化，在包含光斑所在区域的一个范围内形成所需要的闪耀光栅，使入射光按指定的方向进行一级波长闪耀，从而达到光束偏转的目的。通过LCOS偏振控制的衍射光束入射到衍射光栅的角度能够被控制，可以通过向光斑覆盖下的LCOS像素加载不同电压来实现。本专利技术以硅基液晶(LCOS)相位空间光调制器(SLM)为核心，对需要交换的光束利用LCOS相位空间光调制器实现二维偏转，使波长选择开关(WSS)输出光纤阵列的光束由一维向二维转化，能够大幅度增加波长选择开关输出端口的数量，与现有基于LCOS的波长选择开关(WSS)结构相比，端口数量至少能够增加K倍，且具有体积小，控制灵活、方便的特点，从而能够提高整个光交叉互连(OXC)网络的灵活性，可满足大规模光交叉互连网络的需求。附图说明图1为本专利技术结构示意图；图2(A)为本专利技术实施例1的自聚焦准直透镜阵列和输出二维单模光纤阵列位置示意图；图2(B)为本专利技术实施例2的组合单模光纤矩阵示意图；图3为准直透镜工作时的光路示意图；图4为偏振转换组件示意图；图5为傅里叶透镜工作时的光路示意图；图6(A)、图6(B)为衍射光栅工作方式示意图；图7为二维液晶像素结构及工作方式；图8为M＝4时，LCOS相位等效示意图；图9为LCOS用于WSS选路原理示意图；图10为LCOS加载电压后的等效相位示意图；图11为第二次入射到衍射光栅上的光束分布示意图。具体实施方式以下结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。如图1所示，本专利技术由设置在光路上的输入单模光纤10(SMF)、偏振转换组件20、反射镜30、傅里叶透镜40、衍射光栅50、LCOS相位空间光调制器60、自聚焦准直透镜阵列70和输出二维单模光纤阵列80构成：入射的WDM光束经过输入单模光纤10输入后，通过输入自聚焦准直透镜之后变成平行光束，通过偏振转换组件20成为线偏振光，再经过反射镜30反射到傅里叶透镜40，经过傅里叶透镜40聚焦到衍射光栅50上，由衍射光栅50以不同的角度进行分光，经过傅里叶透镜40聚焦到反射镜30，由反射镜30反射到LCOS相位空间光调制器60的液晶面板上，LCOS相位空间光调制器60对入射光斑进行相位调制，形成所需的液晶闪耀光栅，实现光束的衍射偏转，从而控制光束的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于硅基液晶的波长选择开关，由设置在光路上的输入单模光纤(10)、偏振转换组件(20)、反射镜(30)、傅里叶透镜(40)、衍射光栅(50)、LCOS相位空间光调制器(60)、自聚焦准直透镜阵列(70)和输出二维单模光纤阵列(80)构成，其特征在于：入射的WDM光束经过输入单模光纤(10)输入后，通过输入自聚焦准直透镜之后变成平行光束，通过偏振转换组件(20)成为线偏振光，再经过反射镜(30)反射到傅里叶透镜(40)，经过傅里叶透镜(40)聚焦到衍射光栅(50)上，由衍射光栅(50)以不同的角度进行分光，经过傅里叶透镜(40)聚焦到反射镜(30)，由反射镜(30)反射到LCOS相位空间光调制器(60)的液晶面板上，LCOS相位空间光调制器(60)对入射光斑进行相位调制，形成所需的液晶闪耀光栅，实现光束的衍射偏转，从而控制光束的偏转方向；从LCOS相位空间光调制器(60)出射的衍射偏转光束，经过反射镜(30)反射后，经过傅里叶透镜(40)变成平行光束，再次到达衍射光栅(50)处，沿着与第一次入射到衍射光栅的光平行的方向，再次被反射到傅里叶透镜(40)，经过傅里叶透镜再次变成平行光到达反射镜(30)，由反射镜(30)反射至偏振转换组件(20)，通过偏振转换组件(20)恢复原有的偏振态，经过自聚焦准直透镜阵列(70)被耦合进输出二维单模光纤阵列(80)中期望的单模光纤输出端口，实现不同波长光束的选路功能。...

【技术特征摘要】
1.一种基于硅基液晶的波长选择开关，由设置在光路上的输入单模光纤(10)、偏振转换组件(20)、反射镜(30)、傅里叶透镜(40)、衍射光栅(50)、LCOS相位空间光调制器(60)、自聚焦准直透镜阵列(70)和输出二维单模光纤阵列(80)构成；入射的WDM光束经过输入单模光纤(10)输入后，通过输入自聚焦准直透镜之后变成平行光束，通过偏振转换组件(20)成为线偏振光，再经过反射镜(30)反射到傅里叶透镜(40)，经过傅里叶透镜(40)聚焦到衍射光栅(50)上，由衍射光栅(50)以不同的角度进行分光，经过傅里叶透镜(40)聚焦到反射镜(30)，由反射镜(30)反射到LCOS相位空间光调制器(60)的液晶面板上，LCOS相位空间光调制器(60)对入射光斑进行相位调制，形成所需的液晶闪耀光栅，实现光束的衍射偏转，从而控制光束的偏转方向；从LCOS相位空间光调制器(60)出射的衍射偏转光束，经过反射镜(30)反射后，经过傅里叶透镜(40)变成平行光束，再次到达衍射光栅(50)处，沿着与第一次入射到衍射光栅的光平行的方向，再次被反射到傅里叶透镜(40)，经过傅里叶透镜再次变成平行光到达反射镜(30)，由反射镜(30)反射至偏振转换组件(20)，通过偏振转换组件(20)恢复原有的偏振态，经过自聚焦准直透镜阵列(70)被耦合进输出二维单模光纤阵列(80)中期望的单模光纤输出端口，实现不同波长光束的选路功能；所述自聚焦准直透镜阵列(70)由K×L个自聚焦准直透镜构成K行L列的自聚焦准直透镜矩阵，各行均包括L个自聚焦准直透镜，1≤K≤385，5≤L≤1999；处于自聚焦准直透镜阵列中心位置的自聚焦准直透镜作为输入自聚焦准直透镜(71)，K×L个自聚焦准直透镜均位于同一垂直平面；所述输出二维单模光纤阵列(80)为K行L列的单模光纤矩阵，其中一行包括L－1根单模光纤，其余各行均包括L根单模光纤，所述输入单模光纤(10)插入K行L列的单模光纤矩阵中仅包括L－1根单模光纤的...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗风光，杨东堂，敬泽安，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42