CN107367796A - 一种波长选择开关 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种波长选择开关,其包括准直器阵列、偏振转换组件、扩束组件、衍射光栅、偏转转换组件、聚焦组件和偏转引擎,所述偏振转换组件包括偏振分光子组件、补偿块和半波片,所述偏振分光子组件将所述准直光束转换成第一光束和第二光束,其中,所述第一光束的偏振状态为第一偏振态,所述第二光束的偏振状态为第二偏振态,所述第一偏振态和所述第二偏振态相互垂直,所述第一光束和所述第二光束在偏转维度上分离;所述补偿块对所述第二光束进行光程补偿,经过所述半波片后的所述第二光束的偏振态由所述第二偏振态转换为第一偏振态。本发明实施例实现了波长选择开关器件的小型化,提高了器件性能,降低了工艺难度,节约了成本。

Description

一种波长选择开关
技术领域
本发明实施例涉及光通信技术领域,尤其涉及一种波长选择开关。
背景技术
波长选择开关是可重构光插分复用系统中的核心器件,能够实现光网络波长通道的路由功能。硅基液晶(Liquid Crystal on Silicon,LCOS)、液晶(LiquidCrystal,LC)和微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)能够实现光束的相位调整,是波长选择开关的偏转引擎。
偏振转换组件是实现波长开关的关键组件,现有技术中在偏转维度实现偏振光的上下分离技术中,通常在准直器阵列的每个输入或输出端口设置半波片实现偏振光转换,而设置半波片的工艺难度较大,调整位置困难。而现有技术中在波长维度实现偏振光的左右分离技术中,由于分离后的偏振光使得所需扩束组件、衍射光栅以及聚焦组件尺寸增加,不利于降低成本和器件小型化。
发明内容
本发明实施例提供一种波长选择开关,实现波长选择开关器件小型化,降低工艺难度,节约成本的目的。
本发明实施例提供了一种波长选择开关,包括准直器阵列、偏振转换组件、扩束组件、衍射光栅、偏转转换组件、聚焦组件和偏转引擎,其特征在于:
所述准直器阵列输入输出准直光束;
所述偏振转换组件包括偏振分光子组件、补偿块和半波片,其中,所述偏振分光子组件将所述准直光束转换成第一光束和第二光束,其中,所述第一光束的偏振状态为第一偏振态,所述第二光束的偏振状态为第二偏振态,所述第一偏振态和所述第二偏振态相互垂直,所述第一光束和所述第二光束在偏转维度上分离,偏转维度为光信号切换到不同准直器端口所在的维度;
所述补偿块对所述第二光束进行光程补偿,经过所述半波片后的所述第二光束的偏振态由所述第二偏振态转换为第一偏振态;
所述扩束组件将所述第一光束和所述第二光束分别扩束为第一椭圆光束和第二椭圆光束;
所述衍射光栅将所述第一椭圆光束和所述第二椭圆光束中不同波长的光分别在入射方向与所述衍射光栅法线组成的平面内分散开,以形成第一分光光束和第二分光光束,其中,波长散开的维度是波长维度;
所述偏转转换组件将所述第一分光光束和所述第二分光光束在所述偏转维度上准直,并会聚于偏转引擎;
所述聚焦组件将所述第一分光光束和所述第二分光光束在波长维度上聚焦,并会聚到所述偏转引擎;
所述偏转引擎对所述偏转转换组件和所述聚焦组件会聚的光束进行相位调整转换为第一反射光束和第二反射光束,控制所述第一反射光束和第二反射光束反射时的传播方向,对所述准直器阵列的输出端口进行选择。
本发明实施例提供的波长选择开关,其偏振分光子组件将准直器阵列的准直光束在偏转维度转换为偏振状态相互垂直的第一光束和第二光束,避免了将不同偏振态的第一光束和第二光束在波长维度分开导致的所需扩束组件、衍射光栅以及聚焦组件尺寸增加的缺陷。并且,通过半波片设置将第二光束的偏振状态转换为与第一光束相同的偏振状态,避免了在准直器阵列的每个输入输出端口都要设置半波片造成的工艺难度较大的缺陷。本发明实施例提供的波长选择开关有利于实现波长选择开关的器件小型化,并且降低了工艺难度,提高性能,节约了成本。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的一种波长选择开关在波长维度的光路结构示意图;
图2是本发明实施例一提供的一种波长选择开关在偏转维度的光路结构示意图;
图3是本发明实施例一提供的一种准直器阵列的输入输出端口示意图;
图4是本发明实施例一提供的一种偏振分光子组件结构示意图;
图5是本发明实施例一提供的另一种偏振分光子组件结构示意图;
图6是本发明实施例一提供的另一种偏振分光子组件结构示意图;
图7是本发明实施例一提供的另一种波长选择开关光路结构示意图;
图8是本发明实施例二提供的另一种波长选择开关在波长维度的光路结构示意图;
图9是本发明实施例二提供的另一种准直器阵列的输入输出端口示意图;
图10是本发明实施例二提供的另一种波长选择开关光路结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是,此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明,而非对本发明的限定。另外还需要说明的是,为了便于描述,附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
实施例一
本发明实施例一提供一种波长选择开关,如图1和图2所示的波长选择开关的光路结构示意图,其中,图1是该波长选择开关的波长维度光路结构示意图,图2是该波长选择开关的偏转维度光路结构示意图。该波长选择开关,包括准直器阵列11、偏振转换组件12、扩束组件13、衍射光栅14、偏转转换组件15、聚焦组件16和偏转引擎17,其中:
准直器阵列11用于输入输出准直光束;
偏振转换组件12包括偏振分光子组件121、补偿块122和半波片123,其中,偏振分光子组件121将准直光束转换成第一光束和第二光束,其中,第一光束的偏振状态为第一偏振态,第二光束的偏振状态为第二偏振态,第一偏振态和第二偏振态相互垂直,第一光束和第二光束在偏转维度上分离,偏转维度为光信号切换到不同准直器端口所在的维度;
补偿块122对第二光束进行光程补偿,经过半波片123后的所述第二光束的偏振态由第二偏振态转换为第一偏振态;
扩束组件13将第一光束和第二光束分别扩束为第一椭圆光束和第二椭圆光束;
衍射光栅14将第一椭圆光束和第二椭圆光束中不同波长的光分别在入射方向与衍射光栅法线组成的平面内分散开,以形成第一分光光束和第二分光光束,其中,波长散开的维度是波长维度;
偏转转换组件15将第一分光光束和第二分光光束在偏转维度上准直,并会聚于偏转引擎;
聚焦组件16将第一分光光束和第二分光光束在波长维度上聚焦,并会聚到偏转引擎17;
偏转引擎17对偏转转换组件15和聚焦组件16会聚的光束进行相位调整转换为第一反射光束和第二反射光束,控制第一反射光束和第二反射光束反射时的传播方向,对准直器阵列11的输出端口进行选择。
本发明实施例一中,偏振分光子组件在偏转维度上将准直光束转换为偏振状态相互垂直的第一光束和第二光束,避免了将不同偏振态的第一光束和第二光束在波长维度分开导致的所需扩束组件、衍射光栅以及聚焦组件尺寸增加的缺陷。并且,通过半波片设置将第二光束的偏振状态转换为与第一光束相同的偏振状态,避免了在准直器阵列的每个输入输出端口都要设置半波片造成的工艺难度较大的缺陷。本发明实施例提供的波长选择开关有利于实现波长选择开关的器件小型化,并且降低了工艺难度,提高性能,节约了成本。
进一步的,图3是本发明实施例一提供的一种准直器阵列的输入输出端口示意图,如图3所示,准直器阵列11包括至少一个端口组,其中,每个端口组包括输入端口111和输出端口112,输入端口111和输出端口112在偏转维度上设置为一列。
进一步的,图4是本发明实施例一提供的一种偏振分光子组件结构示意图,如图4所示,偏振分光子组件121包括分光元件1211和反射元件1212,其中,分光元件1211包括偏振分光棱镜(Polarization Beam Splitter,PBS)或沃拉斯顿棱镜,反射元件1212包括反射棱镜、分光棱镜或平面反射镜。
优选的,分光元件1211是PBS,PBS可以将第一光束在PBS界面不改变方向地直接出射,而第二光束则在PBS界面发生全反射。
优选的,反射元件1212是反射棱镜。在PBS界面全反射的第二光束经过反射棱镜的反射面使第二光束的传播方向平行于第一光束。
进一步的,图5是本发明实施例一提供的另一种偏振分光子组件结构示意图,如图5所示,偏振分光子组件121可以是由两个分光元件1211组成。
进一步的,图6是本发明实施例一提供的另一种偏振分光子组件结构示意图,如图6所示,偏振分光子组件121为双折射晶体1213,双折射晶体将第一光束和第二光束在偏转维度分开的距离不小于准直器阵列的高度。
进一步的,偏振转换组件12还可以设置于扩束组件13和衍射光栅14之间。
进一步的,扩束组件13包括至少一个第一柱面透镜,第一柱面透镜的屈光力方向在波长维度上。
进一步的,偏转转换组件15包括至少一个第二柱面透镜,第二柱面透镜的屈光方向在偏转维度上。
进一步的,聚焦组件16包括至少一个第三柱面透镜,第三柱面透镜的屈光方向在波长维度上。
进一步的,偏转引擎是LCOS空间光相位调制器、LC或MEMS。
进一步的,衍射光栅14可以是透射式衍射光栅或者反射式衍射光栅,也可以是棱栅,如图7所示,以反射式衍射光栅为例,示出了波长选择开关的光路。
实施例二
本发明实施例二提供另一种波长选择开关,作为上述实施例的另外一种实施方式。图8是本发明实施例二提供的另一种波长选择开关在波长维度的光路结构示意图,如图8所示,在该波长选择开关中,设置扩束组件13为至少两个第一柱面透镜131。设置准直器阵列11的输入端口111和输出端口112在波长维度上并排设置为两列,其中一列作为输入端口111,另外一列作为输出端口112,如图9所示,示出了本发明实施例二提供的另一种准直器阵列的输入输出端口示意图。
优选的,衍射光栅14是反射式光栅或者棱栅,如图10所示,图10以反射式衍射光栅为例,示出了波长选择开关的光路。
本发明实施例二通过准直器阵列和扩束元件的设置,从输入端口阵列的任意输入端口输入的光信号,经过LCOS空间光调制器在偏转维度上调整反射角度,会耦合进输出端口阵列中的目标端口。反之亦然。通过这种放置方法能实现N×M的波长选择开关,实现从多个输入准直器端口的输入信号自由切换到目标输出准直器端口,使波长选择开关的端口设置更加灵活。
注意,上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解,本发明不限于这里所述的特定实施例,对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此,虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明,但是本发明不仅仅限于以上实施例,在不脱离本发明构思的情况下,还可以包括更多其他等效实施例,而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种波长选择开关,包括准直器阵列、偏振转换组件、扩束组件、衍射光栅、偏转转换组件、聚焦组件和偏转引擎,其特征在于:
所述准直器阵列输出准直光束;
所述偏振转换组件包括偏振分光子组件、补偿块和半波片,其中,所述偏振分光子组件将所述准直光束转换成第一光束和第二光束,其中,所述第一光束的偏振状态为第一偏振态,所述第二光束的偏振状态为第二偏振态,所述第一偏振态和所述第二偏振态相互垂直,所述第一光束和所述第二光束在偏转维度上分离,偏转维度为光信号切换到不同准直器端口所在的维度;
所述补偿块对所述第二光束进行光程补偿,经过所述半波片后的所述第二光束的偏振态由所述第二偏振态转换为第一偏振态;
所述扩束组件将所述第一光束和所述第二光束分别扩束为第一椭圆光束和第二椭圆光束;
所述衍射光栅将所述第一椭圆光束和所述第二椭圆光束中不同波长的光分别在入射方向与所述衍射光栅法线组成的平面内分散开,以形成第一分光光束和第二分光光束,其中,各个波长散开的维度是波长维度;
所述偏转转换组件将所述第一分光光束和所述第二分光光束在所述偏转维度上准直,并会聚于偏转引擎;
所述聚焦组件将所述第一分光光束和所述第二分光光束在波长维度上聚焦,并会聚到所述偏转引擎;
所述偏转引擎对所述偏转转换组件和所述聚焦组件会聚的光束进行相位调整转换为第一反射光束和第二反射光束,控制所述第一反射光束和第二反射光束反射时的传播方向,对所述准直器阵列的输出端口进行选择。
2.根据权利要求1所述的波长选择开关,其特征在于,所述准直器阵列包括至少一个端口组,其中,每个所述端口组包括输入端口和输出端口,所述输入端口和所述输出端口在所述偏转维度上设置为一列。
3.根据权利要求2所述的波长选择开关,其特征在于,所述准直器阵列的输入端口和输出端口在所述波长维度上并排设置,其中,所述输入端口和所述输出端口分别设置为一列。
4.根据权利要求1所述的波长选择开关,其特征在于,所述偏振分光子组件包括分光元件和反射元件,其中,所述分光元件包括偏振分光棱镜PBS或沃拉斯顿棱镜,所述反射元件包括反射棱镜、分光棱镜或平面反射镜。
5.根据权利要求4所述的波长选择开关,其特征在于,所述偏振分光子组件为双折射晶体,所述双折射晶体将所述第一光束和所述第二光束在所述偏转维度分开的距离不小于准直器阵列的高度。
6.根据权利要求1所述的波长选择开关,其特征在于,所述偏振转换组件设置于所述扩束组件和所述衍射光栅之间。
7.根据权利要求1所述的波长选择开关,其特征在于,所述扩束组件包括至少一个第一柱面透镜,所述第一柱面透镜的屈光力方向在所述波长维度上。
8.根据权利要求1所述的波长选择开关,其特征在于,所述偏转转换组件包括至少一个第二柱面透镜,所述第二柱面透镜的屈光方向在所述偏转维度上。
9.根据权利要求1所述的波长选择开关,其特征在于,所述聚焦组件包括至少一个第三柱面透镜,所述第三柱面透镜的屈光方向在所述波长维度上。
10.根据权利要求1所述的波长选择开关,其特征在于,所述偏转引擎是硅基液晶LCOS、空间光相位调制器、液晶LC或微机电系统MEMS。
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