【技术实现步骤摘要】
本申请属于光纤通信领域，更具体地，涉及基于棱镜组的大端口数矩阵光开关和光通信设备。
技术介绍
1、随着5g通信的推广应用和移动互联网的发展，网络流量迅速增长，作为互联网基础设施之一的数据中心，规模越来越大且业务越来越繁忙。数据中心继导入光纤互连技术之后，正在引入大规模矩阵光开关（>100×100端口）以提升访问效率，其在数据中心和算力中心有着广泛的应用需求。
2、实现大规模矩阵光开关的技术方案非常多，而具有实用前景技术方案只有三种：1）directlight技术，通过压电材料驱动两个微透镜阵列后面的光纤实现光路切换；2）3dmems技术，通过两个mems微镜阵列实现大规模的光路切换；3）硅基液晶（lcos）技术，通过两个纯相位调制的lcos芯片实现光束偏转和光路切换。第一种方案能实现大端口数的矩阵开关，但驱动复杂且驱动电压高；第二种方案具有光路简单和损耗小的优点，但mems芯片成本高且成品率低；第三种方案，控制光束偏转的lcos芯片一种全固态元件，整个矩阵开关中没有任何机械动作件，因此具有可靠性高的优点。此外，lcos芯片比第一种方案中的压电驱动器和第二种方案中的mems芯片成本低得多，且驱动电压更低，驱动设计更简单。
3、在lcos矩阵光开关中，lcos芯片通过衍射效应对光束进行偏转，实现端口之间的光路切换。该方案的缺点是：lcos芯片对光束的偏转角稍小（增大偏转角会降低衍射效率，从而增加损耗），从而制约了矩阵光开关的端口数。
技术实现思路
1、针对
2、为实现上述目的，第一方面，本申请提供了一种基于棱镜组的大端口数矩阵光开关，包括沿平面w型光路依次设置的光学前端、第一棱镜组、第一lcos芯片、凹面反射镜、第二棱镜组、第二lcos芯片和光学后端；
3、第一lcos芯片和第二lcos芯片均设置在凹面反射镜的焦面上，三者共同构成2f光学系统；
4、所述第一棱镜组与第二棱镜组结构一致，前者通过xz平面上的折射对光学前端各端口偏振分集后的两束相互平行线偏光施加额外偏转，后者通过xz平面上的折射对被凹面反射镜反射后的线偏光施加额外偏转，使其校正至相互平行；
5、在第一lcos芯片和第二lcos芯片均未加驱动电压的前提下，来自光学前端各端口偏振分集产生的两组平行光束依次经过第一棱镜组折射、第一lcos芯片反射、凹面反射镜反射和第二棱镜组折射后，分别入射于第二lcos芯片的上下半区的中心位置。
6、优选地，所述第一棱镜组和第一lcos芯片之间的距离取值范围为[0,1mm]，第二棱镜组和第二lcos芯片之间的距离取值范围为[0,1mm]。
7、优选地，所述大端口数矩阵光开关中，所述第一棱镜组、第一lcos芯片和凹面反射镜之间，需同时满足以下两个条件：
8、
9、
10、其中，为光学前端x方向端口行数，为第一lcos芯片上分配给单个端口的像素区域边长，为第一lcos芯片的长度，为凹面反射镜的焦距，为入射光与第一棱镜组入射面法线的夹角，为出射光与第一棱镜组出射面法线的夹角，为第一棱镜组的折射率。
11、优选地，所述第一棱镜组由两片相同的四棱镜胶合而成，在侧视角度下，所述四棱镜为直角梯形，两个四棱镜的直角厚端对齐，构成的第一棱镜组为屋脊形。
12、优选地，所述第一棱镜组由两片相同的三棱镜构成，在侧视角度下，所述三棱镜为直角三角形，两个三棱镜的薄端对齐，构成的第一棱镜组为v形。
13、优选地，所述棱镜组的最薄处的厚度不低于0.3mm。
14、优选地，所述第一棱镜组在俯视角度下为矩形，该矩形的长度比第一lcos芯片的长度大至少2mm，该矩形的宽度比第一lcos芯片的宽度大至少2mm。
15、优选地，所述光学前端包括二维准直器阵列、偏振分光棱镜、补偿块和半波片；其中，
16、二维准直器阵列包括多个端口，每个端口用于将光纤输出端的小光斑发散光束变换成大光斑的准直光束，进入偏振分光棱镜；
17、偏振分光棱镜，用于透射p波，且用于反射s波，以将入射的一束随机偏振光通过偏振分光后，得到两束相互平行、偏振态正交的线偏光，其中一束光经过补偿块补偿两束光的光程差、经过半波片后偏振态旋转90°，最终两束光相互平行且偏振态相同，实现偏振分集。
18、优选地，第一lcos芯片上对应区块产生的x方向最大衍射偏转角度，y方向最大衍射偏转角度，其中，为凹面反射镜的焦距，表示光学前端x方向端口行数，表示光学前端y方向端口列数，为第一lcos芯片上分配给单个端口的像素区域边长，为光学前端的端口数，为第一lcos芯片上分配给单个端口的像素区域尺寸。
19、为实现上述目的，第二方面，本申请提供了一种光通信设备，包括如第一方面所述的大端口数矩阵光开关和电路控制板；所述电路控制板，用于为所述大端口数矩阵光开关中的第一lcos芯片和第二lcos芯片提供相位调控信号。
20、总体而言，通过本申请所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
21、本申请提供一种基于棱镜组的大端口数矩阵光开关和光通信设备，通过在第一lcos芯片和第二lcos芯片前分别设置一个棱镜组，第一lcos芯片前的棱镜组通过xz平面上的折射对光学前端各端口偏振分集后的两束相互平行线偏光施加额外偏转，从而降低第一lcos芯片的偏转角要求，第二lcos芯片前的棱镜组通过xz平面上的折射对被凹面反射镜反射后的线偏光施加额外偏转，使其校正至相互平行，从而抵消前者施加的额外偏转，降低第二lcos芯片的偏转角要求，进一步增加衍射效率，减小矩阵开关的损耗。或者说，在lcos芯片的衍射偏转角一定的情况下，这种光学设计，可以实现更多端口数的矩阵开关。
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1.一种基于棱镜组的大端口数矩阵光开关，其特征在于，包括沿平面W型光路依次设置的光学前端、第一棱镜组、第一LCOS芯片、凹面反射镜、第二棱镜组、第二LCOS芯片和光学后端；
2.如权利要求1所述的大端口数矩阵光开关，其特征在于，所述第一棱镜组和第一LCOS芯片之间的距离取值范围为[0,1mm]，第二棱镜组和第二LCOS芯片之间的距离取值范围为[0,1mm]。
3.如权利要求1所述的大端口数矩阵光开关，其特征在于，所述大端口数矩阵光开关中，所述第一棱镜组、第一LCOS芯片和凹面反射镜之间，需同时满足以下两个条件：
4.如权利要求3所述的大端口数矩阵光开关，其特征在于，所述第一棱镜组由两片相同的四棱镜胶合而成，在侧视角度下，所述四棱镜为直角梯形，两个四棱镜的直角厚端对齐，构成的第一棱镜组为屋脊形。
5.如权利要求3所述的大端口数矩阵光开关，其特征在于，所述第一棱镜组由两片相同的三棱镜构成，在侧视角度下，所述三棱镜为直角三角形，两个三棱镜的薄端对齐，构成的第一棱镜组为V形。
6.如权利要求1所述的大端口数矩阵光开关，其特征在于
7.如权利要求1所述的大端口数矩阵光开关，其特征在于，所述第一棱镜组在俯视角度下为矩形，该矩形的长度比第一LCOS芯片的长度大至少2mm，该矩形的宽度比第一LCOS芯片的宽度大至少2mm。
8.如权利要求1所述的大端口数矩阵光开关，其特征在于，所述光学前端包括二维准直器阵列、偏振分光棱镜、补偿块和半波片；其中，
9.如权利要求1所述的大端口数矩阵光开关，其特征在于，第一LCOS芯片上对应区块产生的x方向最大衍射偏转角度，y方向最大衍射偏转角度，其中，为凹面反射镜的焦距，表示光学前端x方向端口行数，表示光学前端Y方向端口列数，为第一LCOS芯片上分配给单个端口的像素区域边长。
10.一种光通信设备，其特征在于，包括如权利要求1至9任意一项所述的大端口数矩阵光开关和电路控制板；
...【技术特征摘要】
1.一种基于棱镜组的大端口数矩阵光开关，其特征在于，包括沿平面w型光路依次设置的光学前端、第一棱镜组、第一lcos芯片、凹面反射镜、第二棱镜组、第二lcos芯片和光学后端；
2.如权利要求1所述的大端口数矩阵光开关，其特征在于，所述第一棱镜组和第一lcos芯片之间的距离取值范围为[0,1mm]，第二棱镜组和第二lcos芯片之间的距离取值范围为[0,1mm]。
3.如权利要求1所述的大端口数矩阵光开关，其特征在于，所述大端口数矩阵光开关中，所述第一棱镜组、第一lcos芯片和凹面反射镜之间，需同时满足以下两个条件：
4.如权利要求3所述的大端口数矩阵光开关，其特征在于，所述第一棱镜组由两片相同的四棱镜胶合而成，在侧视角度下，所述四棱镜为直角梯形，两个四棱镜的直角厚端对齐，构成的第一棱镜组为屋脊形。
5.如权利要求3所述的大端口数矩阵光开关，其特征在于，所述第一棱镜组由两片相同的三棱镜构成，在侧视角度下，所述三棱镜为直角三角形，两个...
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