本發(fā)明涉及光通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于PLZT薄膜陣列的波長選擇裝置及方法。

背景技術(shù)：

近年來，波分復(fù)用(Wavelength division Multiplexing,WDM)技術(shù)越來越廣泛地應(yīng)用于各級光傳輸網(wǎng)絡(luò)，可重構(gòu)光分插復(fù)用器(Reconfigurable Add/Drop multiplexer,ROADM)作為WDM網(wǎng)絡(luò)中的核心光交換設(shè)備，能夠在任一端口對任意波長進行配置。而波長選擇開關(guān)(WSS)作為第三代ROADM系統(tǒng)的核心器件，在功能多樣性和穩(wěn)定性上更勝一籌，正逐步得到廣泛的應(yīng)用。

目前波長選擇開關(guān)的實現(xiàn)技術(shù)可分為三種：(1)利用微電機械系統(tǒng)(MEMS)的WSS；(2)利用液晶技術(shù)(LC)的WSS；(3)利用硅基液晶技術(shù)(LCOS)的WSS。MEMS技術(shù)端口數(shù)可擴展性好，但由于是基于平面反射鏡的機械運動，因此維持系統(tǒng)性能穩(wěn)定性比較難，功耗較大，響應(yīng)時間長；LC成本低，系統(tǒng)復(fù)雜度低，系統(tǒng)性能可靠，但插損較大，消光比不夠高，響應(yīng)時間長；LCOS通帶特性較好，但光路校準比較難，器件性能不夠穩(wěn)定，受溫度影響較大。

以上幾種技術(shù)各有優(yōu)勢，但也都存在明顯的不足。隨著光纖通信的發(fā)展，龐大的信息處理量、越來越多的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，必將要求ROADM系統(tǒng)朝著響應(yīng)時間短、插損小、功耗小、穩(wěn)定性好的方向發(fā)展。因此，需要一種新的波長選擇開關(guān)，其不僅能夠以簡單的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)波長選擇，同時在較短的時間內(nèi)響應(yīng)且降低波長選擇開關(guān)帶來的插入損耗。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于PLZT薄膜陣列的波長選擇裝置及方法，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)從任意輸入端口輸入的任意波長的光信號從任意輸出端口輸出，還能夠?qū)崿F(xiàn)從不同輸入端口輸入的不同波長的光信號從同一輸出端口輸出，同時具有較快的響應(yīng)時間和較低的插入損耗。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：

依據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種基于PLZT薄膜陣列的波長選擇裝置，包括光束輸入組件、偏振分束器、柱透鏡組件、衍射光柵組件、PLZT薄膜陣列和光束輸出組件，所述衍射光柵組件間隔設(shè)置在所述柱透鏡組件的一側(cè)，所述光束輸入組件、偏振分束器、PLZT薄膜陣列和光束輸出組件間隔設(shè)置在所述柱透鏡組件的另一側(cè)，且所述光束輸入組件和光束輸出組件均位于所述偏振分束器遠離所述柱透鏡組件一側(cè)。

由不同波長的光信號形成的光束從所述光束輸入組件沿著Z軸方向入射后依次穿過所述偏振分束器、柱透鏡組件后達到所述衍射光柵組件，并經(jīng)過所述衍射光柵組件衍射后穿過所述柱透鏡組件到達所述PLZT薄膜陣列，光束經(jīng)過所述PLZT薄膜陣列衍射后分離出至少一路特定波長的光線，且特定波長的光線穿過所述柱透鏡組件后到達所述射光柵組件，并經(jīng)過所述衍射光柵組件衍射后依次穿過所述柱透鏡組件和偏振分束器，并從所述光束輸出組件輸出。

本發(fā)明的一種基于PLZT薄膜陣列的波長選擇裝置，通過采用PLZT薄膜陣列來實現(xiàn)不同波長光信號從對應(yīng)的輸出端口輸出，PLZT薄膜材料由于具有高的電光系數(shù)和高的光學(xué)透過率，因此基于PLZT薄膜陣列的波長選擇開關(guān)響應(yīng)時間短、插入損耗小，簡化光路的同時降低成本，還具有工作電壓低、速度快、以及熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進：

進一步：所述光束輸入組件包括至少一個輸入端口，所述光束輸出組件包括至少一個輸出端口。

上述進一步方案的有益效果是：通過設(shè)置多個輸入端口和多個輸出端口可以從任意輸入端口輸入的任意波長的光信號從任意輸出端口輸出，還可以從不同輸入端口輸入的不同波長的光信號從同一輸出端口輸出，靈活設(shè)置，使用起來非常方便。

進一步：所述柱透鏡組件包括Y軸柱透鏡和X軸柱透鏡，所述X軸柱透鏡設(shè)置在所述Y軸柱透鏡與所述衍射光柵組件之間，且從所述光束輸入組件入射的光線依次經(jīng)過所述Y軸柱透鏡和X軸柱透鏡后到達所述衍射光柵組件，再經(jīng)過所述衍射光柵組件衍射后依次穿過所述X軸柱透鏡和Y軸柱透鏡后達到所述PLZT薄膜陣列。

上述進一步方案的有益效果是：通過所述Y軸柱透鏡和X軸柱透鏡可以對從所述光束輸入組件入射的光束經(jīng)過所述偏振分束器轉(zhuǎn)化為線偏振光束后分別進行Y向擴束處理和X向擴束處理，以便線偏正光束到達所述衍射光柵后在所述衍射光柵上的光斑足夠大，從而提高衍射效率。

進一步：所述Y軸柱透鏡的數(shù)量為兩個，所述X軸柱透鏡的數(shù)量為一個，且兩個所述Y軸柱透鏡均位于所述X軸柱透鏡遠離所述衍射光柵組件的一側(cè)，且從所述光束輸入組件入射的光束依次經(jīng)過其中一個所述Y軸柱透鏡與X軸柱透鏡后到達所述衍射光柵組件，再經(jīng)過所述衍射光柵組件衍射后依次穿過所述X軸柱透鏡和另一個Y軸柱透鏡后達到所述PLZT薄膜陣列。

上述進一步方案的有益效果是：通過上述方式可以使得入射至所述衍射光柵組件的線偏振光束和從所述衍射光柵組件出射的線偏振光束分別通過兩個所述Y軸柱透鏡先擴束后聚束，方便在所述衍射光柵上的光斑足夠大，從而提高衍射效率，由于所述X軸柱透鏡更靠近所述衍射光柵組件，入射至 所述衍射光柵的線偏正光束和從所述衍射光柵出射的線偏振光束比較接近，可以使用同一個X軸柱透鏡。

進一步：所述PLZT薄膜陣列包括多個陣列設(shè)置的格點單元，每行/列格點單元均施加有相等的電壓，且相鄰兩行/列格點單元之間的電壓差相等。

上述進一步方案的有益效果是：通過在所述PLZT薄膜陣列上的格點單元上施加電壓可以改變其相位排列，使得光束達到所述PLZT薄膜陣列后產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)角并分離出特定波長的光信號。

依據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種基于PLZT薄膜陣列的波長選擇方法，包括如下步驟：

步驟1：將由不同波長的光信號形成的光束從光束輸入組件入射后，經(jīng)過偏振分束器處理，形成線偏正光束并穿過柱透鏡組件后傳播至衍射光柵組件；

步驟2：所述偏振光經(jīng)過所述衍射光柵組件衍射后穿過所述柱透鏡組件到達PLZT薄膜陣列；

步驟3：經(jīng)過衍射后的線偏正光束經(jīng)過所述PLZT薄膜陣列調(diào)制后分離出至少一路特定波長的光線，且特定波長的光線反向依次穿過所述柱透鏡組件、衍射光柵組件、柱透鏡組件和偏振分束器，并從光束輸出組件輸出。

本發(fā)明的一種基于PLZT薄膜陣列的波長選擇方法，通過所述衍射光柵組件將不同波長的先偏振光進行分離，并通過控制所述PLZT薄膜陣列上格點單元的相位排序從而控制特定波長的線偏正光從所述光束輸出組件輸出，實現(xiàn)了波長的選擇，

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進：

進一步：所述步驟1中，形成線偏正光束后，所述線偏正光束還經(jīng)過柱透鏡組件進行擴束處理；所述步驟2中，所述偏振光經(jīng)過所述衍射光柵組件衍射后經(jīng)過所述柱透鏡組件進行聚束處理。

進一步：所述步驟1中，所述柱透鏡組件包括Y軸柱透鏡和X軸柱透鏡，所述線偏正光束依次經(jīng)過所述Y軸柱透鏡和X軸柱透鏡進行Y向擴束和X向擴束并到達所述衍射光柵組件；所述步驟2中，所述偏振光經(jīng)過所述衍射光柵組件衍射后依次經(jīng)過所述X軸柱透鏡和Y軸柱透鏡進行X向聚束和Y向聚束并到達所述PLZT薄膜陣列。

上述進一步方案的有益效果是：通過上述方式可以對從所述光束輸入組件入射的光束經(jīng)過所述偏振分束器轉(zhuǎn)化為線偏振光束后分別進行Y向擴束處理和X向擴束處理，以便線偏正光束到達所述衍射光柵后在所述衍射光柵上的光斑足夠大，從而提高衍射效率。

進一步：所述步驟3中，通所述PLZT薄膜陣列包括多個陣列設(shè)置的格點單元，每行/列格點單元均施加有相等的電壓，且相鄰兩行/列格點單元之間的電壓差相等。

上述進一步方案的有益效果是：通過在所述PLZT薄膜陣列上的格點單元上施加電壓可以改變其相位排列，使得光束達到所述PLZT薄膜陣列后產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)角并分離出特定波長的光信號。

進一步：所述步驟3中，分離出的光線的波長λ與所述PLZT薄膜陣列的相位級次M之間的關(guān)系式為：

${\mathrm{\β}}_{max}={\sin }^{-1}\left(\frac{\mathrm{\λ}}{Md}\right)$

其中，β為線偏振光束在所述PLZT薄膜陣列上的偏轉(zhuǎn)角，d為格點單元的直徑；通過控制加在所述PLZT薄膜陣列上每一行/列的電壓控制所述PLZT薄膜陣列的相位級次M。

上述進一步方案的有益效果是：通過上述方式可以調(diào)整所述PLZT薄膜陣列上的每行/列格點單元的電壓，可以改變所述PLZT薄膜陣列的相位級次M，從而可以將特定波長的光信號偏轉(zhuǎn)合適的角度并從所述光束輸出組件輸 出，實現(xiàn)特定波長的光信號的選擇。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的一種基于PLZT薄膜陣列的波長選擇裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的PLZT薄膜陣列結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明的一種基于PLZT薄膜陣列的波長選擇方法流程示意圖；

圖4為本發(fā)明的PLZT薄膜陣列的相位調(diào)制等效示意圖。

附圖中，各標號所代表的部件列表如下：

1、光束輸入組件，2、偏振分束器，4、衍射光柵組件，5、PLZT薄膜陣列，6、光束輸出組件；

31、Y軸柱透鏡，32、X軸柱透鏡。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。

實施例一、一種基于PLZT薄膜陣列的波長選擇裝置，下面將結(jié)合圖1對本實施例的一種基于PLZT薄膜陣列的波長選擇裝置進行詳細介紹。

如圖1所示，一種基于PLZT薄膜陣列的波長選擇裝置，包括光束輸入組件1、偏振分束器2、柱透鏡組件、衍射光柵組件4、PLZT薄膜陣列5和光束輸出組件6，所述衍射光柵組件4間隔設(shè)置在所述柱透鏡組件的一側(cè)，所述光束輸入組件1、偏振分束器2、PLZT薄膜陣列5和光束輸出組件6間隔設(shè)置在所述柱透鏡組件的另一側(cè)，且所述光束輸入組件1和光束輸出組件6均位于所述偏振分束器2遠離所述柱透鏡組件一側(cè)。

所述光束輸入組件1用于供不同波長的光信號形成的偏振光束輸入；所述偏振分束器2用于將輸入的光束轉(zhuǎn)化為線偏振光束；所述柱透鏡組件用于 對線偏振光進行擴束或聚束處理，并根據(jù)波長來復(fù)用擴束或聚束后的反射光；所述衍射光柵組件4用于將從所述柱透鏡組件復(fù)用后反射的不同波長的光以不同的角度出射；所述PLZT薄膜陣列5用于使得特定波長的光信號衍射并產(chǎn)生一定的偏轉(zhuǎn)量，并送所述光束輸出組件6輸出。

由不同波長的光信號形成的光束從所述光束輸入組件1沿著Z軸方向入射后依次穿過所述偏振分束器2、柱透鏡組件后達到所述衍射光柵組件4，并經(jīng)過所述衍射光柵組件4衍射后穿過所述柱透鏡組件到達所述PLZT薄膜陣列5，光束經(jīng)過所述PLZT薄膜陣列5衍射后分離出至少一路特定波長的光線，且特定波長的光線穿過所述柱透鏡組件后到達所述射光柵組件4，并經(jīng)過所述衍射光柵組件4衍射后依次穿過所述柱透鏡組件和偏振分束器2，并從所述光束輸出組件6輸出。

本實施例中，所述光束輸入組件1包括至少一個輸入端口，所述光束輸出組件6包括至少一個輸出端口。通過設(shè)置多個輸入端口和多個輸出端口可以從任意輸入端口輸入的任意波長的光信號從任意輸出端口輸出，還可以從不同輸入端口輸入的不同波長的光信號從同一輸出端口輸出，靈活設(shè)置，使用起來非常方便。

具體地，所述柱透鏡組件包括Y軸柱透鏡31和X軸柱透鏡32，所述X軸柱透鏡32設(shè)置在所述Y軸柱透鏡31與所述衍射光柵組件4之間，且從所述光束輸入組件1入射的光線依次經(jīng)過所述Y軸柱透鏡31和X軸柱透鏡32后到達所述衍射光柵組件4，再經(jīng)過所述衍射光柵組件4衍射后依次穿過所述X軸柱透鏡32和Y軸柱透鏡31后達到所述PLZT薄膜陣列5。

通過所述Y軸柱透鏡31和X軸柱透鏡32可以對從所述光束輸入組件1入射的光束經(jīng)過所述偏振分束器2轉(zhuǎn)化為線偏振光束后分別進行Y向擴束處理和X向擴束處理，以便線偏正光束到達所述衍射光柵106后在所述衍射光柵106上的光斑足夠大，從而提高衍射效率。

優(yōu)選地，所述Y軸柱透鏡31的數(shù)量為兩個，所述X軸柱透鏡32的數(shù)量為一個，且兩個所述Y軸柱透鏡31均位于所述X軸柱透鏡31遠離所述衍射光柵組件4的一側(cè)，且從所述光束輸入組件1入射的光束依次經(jīng)過其中一個所述Y軸柱透鏡31a與X軸柱透鏡32后到達所述衍射光柵組件4，再經(jīng)過所述衍射光柵組件4衍射后依次穿過所述X軸柱透鏡32和另一個Y軸柱透鏡31b后達到所述PLZT薄膜陣列5。

通過上述方式可以使得入射至所述衍射光柵組件4的線偏振光束和從所述衍射光柵組件4出射的線偏振光束分別通過兩個所述Y軸柱透鏡31先擴束后聚束，方便在所述衍射光柵106上的光斑足夠大，從而提高衍射效率，由于所述X軸柱透鏡32更靠近所述衍射光柵組件4，入射至所述衍射光柵106的線偏正光束和從所述衍射光柵106出射的線偏振光束比較接近，可以使用同一個X軸柱透鏡。

當(dāng)然，為了增強所述X軸柱透鏡32對線偏振光束的擴束和聚束效果，所述X軸柱透鏡32的數(shù)量也可以為兩個，并分別對線偏振光束分別進行擴束和聚束處理，這里比對其數(shù)量進行限定。

如圖2所示，本實施例中，所述PLZT薄膜陣列5包括多個陣列設(shè)置的格點單元，每行/列格點單元均施加有相等的電壓，且相鄰兩行/列格點單元之間的電壓差相等。通過在所述PLZT薄膜陣列5上的格點單元上施加電壓可以改變其相位排列，使得光束達到所述PLZT薄膜陣列5后產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)角并分離出特定波長的光信號。

本發(fā)明的一種基于PLZT薄膜陣列的波長選擇裝置，通過采用PLZT薄膜陣列來實現(xiàn)不同波長光信號從對應(yīng)的輸出端口輸出，PLZT薄膜材料由于具有高的電光系數(shù)和高的光學(xué)透過率，因此基于PLZT薄膜陣列的波長選擇開關(guān)響應(yīng)時間短、插入損耗小，簡化光路的同時降低成本，還具有工作電壓低、速度快、以及熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點。

實施例二、一種基于PLZT薄膜陣列的波長選擇方法，下面將結(jié)合圖3對本實施例的一種基于PLZT薄膜陣列的波長選擇方法進行詳細介紹。

如圖3所示，一種基于PLZT薄膜陣列的波長選擇方法，包括如下步驟：

步驟1：將由不同波長的光信號形成的光束從光束輸入組件1入射后，經(jīng)過偏振分束器2處理，形成線偏正光束穿過柱透鏡組件后并傳播至衍射光柵組件4；

步驟2：所述偏振光經(jīng)過所述衍射光柵組件4衍射后穿過所述柱透鏡組件到達PLZT薄膜陣列5；

步驟3：經(jīng)過衍射后的線偏正光束經(jīng)過所述PLZT薄膜陣列5調(diào)制后分離出至少一路特定波長的光線，且特定波長的光線沿著光路反向依次穿過所述柱透鏡組件、衍射光柵組件4、柱透鏡組件和偏振分束器2，并從光束輸出組件6輸出。

本實施例中，所述步驟1中，形成線偏正光束后，所述線偏正光束還經(jīng)過柱透鏡組件進行擴束處理；所述步驟2中，所述偏振光經(jīng)過所述衍射光柵組件4衍射后經(jīng)過所述柱透鏡組件進行聚束處理。

具體地，所述步驟1中，所述柱透鏡組件包括Y軸柱透鏡31和X軸柱透鏡32，所述線偏正光束依次經(jīng)過所述Y軸柱透鏡31和X軸柱透鏡32進行Y向擴束和X向擴束并到達所述衍射光柵組件4；所述步驟2中，所述偏振光經(jīng)過所述衍射光柵組件4衍射后依次經(jīng)過所述X軸柱透鏡32和Y軸柱透鏡31進行X向聚束和Y向聚束并到達所述PLZT薄膜陣列5。

通過上述方式可以對從所述光束輸入組件1入射的光束經(jīng)過所述偏振分束器2轉(zhuǎn)化為線偏振光束后分別進行Y向擴束處理和X向擴束處理，以便線偏正光束到達所述衍射光柵106后在所述衍射光柵106上的光斑足夠大，從而提高衍射效率。

本實施例中，所述步驟3中，通所述PLZT薄膜陣列5包括多個陣列設(shè) 置的格點單元，每行/列格點單元均施加有相等的電壓，且相鄰兩行/列格點單元之間的電壓差相等。通過在所述PLZT薄膜陣列5上的格點單元上施加電壓可以改變其相位排列，使得光束達到所述PLZT薄膜陣列5后產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)角并分離出特定波長的光信號。

PLZT材料因其具有二次電光效應(yīng)，施加電場E將產(chǎn)生雙折射:

$\mathrm{\Δ}n=\frac{1}{2}{n_0}^3{\mathrm{RE}}^2$

其中n₀是PLZT材料零場折射率,R是二次電光系數(shù),E是電場強度，Δn為折射率的變化。

折射率的變化將引起相位的改變，由此得出PLZT薄膜陣列的電壓變化引起相位改變的關(guān)系：

$\mathrm{\Φ}=\frac{2\mathrm{\π}}{\mathrm{\λ}}\×l\×\mathrm{\Δ}n=\frac{\mathrm{\π}l}{\mathrm{\λ}}{n_0}^{3}R{\left(\frac{U}{l}\right)}^2$

Φ為入射光通過電光材料所引起的相位延遲，λ為入射光波長，l為通過光方向的厚度。

通過調(diào)整施加到PLZT薄膜陣列的不同區(qū)域內(nèi)的各個格點單元上的電壓，來改變所述區(qū)域內(nèi)的格點單元的相位排列，使得PLZT薄膜陣列的所述區(qū)域變成衍射光柵，利用衍射來從光束中分離至少一個光信號，從而實現(xiàn)波長的選擇。而PLZT薄膜具有較大的二次電光系數(shù)和光學(xué)透明度，因此，PLZT薄膜陣列對光路偏轉(zhuǎn)所需響應(yīng)時間短、驅(qū)動電壓小、精度高?；赑LZT薄膜陣列的以上優(yōu)點，本發(fā)明人提出了根據(jù)本發(fā)明實施例的基于PLZT薄膜陣列的波長選擇開關(guān)。

本實施例中，所述步驟3中，分離出的光線的波長λ與所述PLZT薄膜陣列5的相位級次M之間的關(guān)系式為：

${\mathrm{\β}}_{max}={\sin }^{-1}\left(\frac{\mathrm{\λ}}{Md}\right)$

其中，β為線偏振光束在所述PLZT薄膜陣列5上的偏轉(zhuǎn)角，d為格點單元的直徑；通過控制加在所述PLZT薄膜陣列5上每一行/列的電壓控制所述PLZT薄膜陣列5的相位級次M。

通過上述方式可以調(diào)整所述PLZT薄膜陣列5上的每行/列格點單元的電壓，可以改變所述PLZT薄膜陣列5的相位級次M，從而可以將特定波長的光信號偏轉(zhuǎn)合適的角度并從所述光束輸出組件6輸出，實現(xiàn)特定波長的光信號的選擇。

如圖4所示，所述PLZT薄膜陣列5的相位級次M等于4，當(dāng)特定波長的光信號要從不同的端口出射時，只需要改變線偏振光束在所述PLZT薄膜陣列5上的偏轉(zhuǎn)角β的數(shù)值，使β的數(shù)值為對應(yīng)端口的角度數(shù)值即可。即通過控制所述PLZT薄膜陣列5的相位級次M來實現(xiàn)。

本發(fā)明的一種基于PLZT薄膜陣列的波長選擇方法，通過所述衍射光柵組件4將不同波長的先偏振光進行分離，并通過控制所述PLZT薄膜陣列5上格點單元的相位排序從而控制特定波長的線偏正光從所述光束輸出組件6輸出，實現(xiàn)了波長的選擇，

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。