衍射光栅的光纤光开关制造技术

一种衍射光栅的光纤光开关，其特征在于沿光的传输方向依次包括：输入光纤（２）、输入耦合透镜（３）、一对透光的正位相板（４０１）和负位相板（４０２）组成的互补位相板（４）、输出耦合透镜（７）和输出光纤组（８），所述的负位相板（４０２）与移动器（５）相连，一编程控制装置（６）操控该移动器（５）推动该负位相板（４０２），使其中心轴线相对于正位相板（４０１）的中心轴线平行移动，所述的输出光纤组（８）的端面在同一直线上，各光纤的轴线平行且垂直于互补位相板（４）的端面。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种衍射光栅的光纤光开关，特别是涉及一种基于塔尔波特位相编码位相板的光纤光开关。
技术介绍
随着科学技术的发展，人们对通信容量有不断增长的巨大市场需求。光纤通信以其高速、大容量、保密性好、低成本等优点，超越了传统的电缆通信，是二十一世纪通信技术发展的方向。光通信产业的迅速发展对光无源器件的需求急速增加。而光开关在光通信中有着非常广泛的应用。光开关是一种具有一个或多个可选择的传输端口、可对光传输线路或集成光路中的光信号进行相互转换或逻辑操作的器件。端口即指连接于光器件中允许光输入或输出的光纤或光纤连接器。光开关可用于光纤通信系统、光纤网络系统、光纤测量或仪器以及光纤传感系统，起开关切换作用。机械式光开关的优点是插入损耗较低、隔离度高以及不受偏振和波长的影响等。但它们的不足之处是开关时间较长，有些还存在回跳抖动和重复性较差的问题。非机械式光开关相对于机械式光开关具有较高的开关速率，但它们的插入损耗大，隔离度低。在先技术(Architectural Design for Multistage 2-D MEMS Optical Switches，Gangxiang Shen，Tee Hiang etc.，Journal of Lightwave Technology，Volume 20，Issue 2，178 February 2002)中提出了用微机械加工技术(MEMS)制造光开关的技术，克服传统光开关的缺点。问题是通过MEMS技术来制造的光开关目前正在研制之中，而且系统性能不稳定，成本太高。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种容易制造、性能可靠、有实用价值的衍射光栅的光纤光开关，其核心部分是基于衍射光学的位相板。该光开关能够实现大输出端口数目的1×N光开关，该光开关具有插入损耗低、隔离度高、性能稳定、体积小和重量轻的优点，非常适合作光通信开关使用。本专利技术的技术解决方案如下一种衍射光栅的光纤光开关，其特征在于沿光的传输方向依次包括输入光纤、输入耦合透镜、一对透光的正位相板和负位相板组成的互补位相板、输出耦合透镜和输出光纤组，所述的负位相板与移动器相连，一编程控制装置操控该移动器推动该负位相板的中心轴线相对于正位相板的中心轴线平行移动，所述的输出光纤组的端面在同一直线上，各光纤的轴线平行且垂直于互补位相板的端面。所述的互补位相板的正位相板是一块表面带有周期重复的、正二次位相函数分布的S≥1个正栅线，所述的负位相板是相对于正位相板的正栅线的表面上带有相同周期重复的、负二次位相函数分布的S≥1个负栅线，正位相板与负位相板平行并列置放且可平行移动。所述的互补位相板可以是正负菲涅耳波带片编码的位相片、或透镜编码的位相片、或互补的塔尔波特位相编码的位相片。所述的正位相板和负位相板也可以是一对互补的塔尔波特位相编码的位相片，每一条栅线相当于一个周期d，每周期内的分割数M由下式决定偶数M时，位相分布函数为 奇数M时，位相分布函数为 其中二次位相分布的特征函数r由下式决定p×r＝kr×M+1，(3)式中p，r和M为大于等于1的正整数，kr为大于或等于零的整数。该光开关能够实现大输出端口数目的1×N光开关，该光开关具有插入损耗低、隔离度高、性能稳定、体积小和重量轻的优点，非常适合作光通信开关使用。附图说明图1本专利技术的位相板在光开关中使用的示意图。图中的位相板4(包括401，402)只画了三个周期，实际上可重复多个周期。图2一维位相板401和402分布示意图，d为其分布的周期，一个周期被均匀分割成M等分，每个等分的位相函数(k)由公式(1-3)决定，所以最小位相宽度为d/M。如图所示为模拟M＝8时位相板的剖面图，{(k)}＝{9π/8，4π/8，π/8，0，π/8，4π/8，9π/8，0}；图中的位相板4(包括401，402)只画了两个周期，实际上可有重复多个周期。图3本专利技术的位相板4进行光开关的动态描述示意图。图4纵坐标为插入损耗IL，横坐标为位相板402的移动量Δ。图示曲线为M＝8时，插入损耗IL随移动量Δ的增加而增加的关系曲线图。图5纵坐标为插入损耗IL，横坐标为位相板4的每周期内的分隔数M。图示曲线为位移板402移动量Δ＝1固定时，插入损耗IL随M的增加而减少的关系曲线图具体实施方式先请参阅图1，本专利技术的衍射光栅的光纤光开关，其构成是沿光的传输方向依次包括1是单色光源(中心波长为1550nm)，2为输入光纤，3是输入耦合透镜，4是本专利技术的一对互补位相板，它由二次位相函数分布的正位相板401和负位相板402组成，401和402之间的移动将导致光束的偏转，5是移动器，6是编程控制装置，7是输出耦合透镜，8是输出光纤组。所述的负位相板402与移动器5相连，一编程控制装置6操控该移动器5推动该负位相板402的中心轴线相对于正位相板401的中心轴线平行移动，所述的输出光纤组8的端面在同一直线上，各光纤的轴线平行且垂直于互补位相板4的端面。很显然，移动器5也可与正位相板401相连，在编程控制装置6操控下移动器5推动正位相板401移动，实现光束的偏转。所述的一对互补编码的位相板，例如正负菲涅耳波带片(或透镜)编码的位相片，也可以是一对互补的塔尔波特位相编码的位相板。有关正负菲涅耳透镜编码的微光学扫描器的工作可参见在先技术M.E.Motamedi，A.P.Andrews，W.J.Gunning，M.Khoshnevisan，Miniaturizedmicro-optical scanners，Opt.Eng.，1994，33(11)3616-3623。有关塔尔波特编码的微光学扫描器可参见在先技术用于光束扫描器的位相板，周常河，刘立人，席鹏，申请号01113052.0。由于塔尔波特位相编码的优点，本专利技术重点说明其在光纤光开关中的应用。这是一种新型的二次位相编码的结构，会显著提高光开关的性能，降低成本，有很好的实用价值。我们的方案可以实现大N数目的开关，克服了由多个1×2开关通过级联方式构成1×N光开关的损耗较大的缺点。本专利技术的位相板在光开关中使用过程的描述如图1所示。本专利技术的位相板4是由一对透光的正负位相板401和402构成。所说的正位相板401是板的一个表面带有周期重复的、相位二次位相函数分布的s≥1个正栅线4011，所说的负位相板402是相对正位相板401带有正栅线4011表面上带有周期重复的、负二次位相函数分布的s≥1个负栅线4021。正位相板401上的正栅线4011对这负位相板402的负栅线4021的一面。正位相板401与负位相板402平行并列置放，两者之间有一间距Du，这一间距是非常小的。例如Du≥0.5微米左右，只要这两个板401和402可相互移动即可。负位相板402的中心轴线O2O2相对于正位相板401的中心轴线O1O1是可以平行移动的，即负位相板402(也可以是正位相板401)上带有编程控制移动装置6控制的移动器5。所说的每一条正或负的栅线4011，4021相当于一个周期d，每个周期内分割成M等分，一个周期内含有L个位相台阶数，每个位相台阶的宽度均相等。因此相邻两个位相台阶厚度差表示为hk-hk-1=r(2k+1)Mλ(n-1),]]&g本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周常河，赵欣，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：