鏡陣列70由8X8個(gè)自聚焦準(zhǔn)直透鏡構(gòu)成8行8 列的自聚焦準(zhǔn)直透鏡矩陣，如圖2 (B)所示，所述輸出二維單模光纖陣列80為8行8列的單 模光纖矩陣，其中一行包括7根單模光纖，其余各行均包括8根單模光纖，所述輸入單模光 纖10插入8行8列的單模光纖矩陣中僅包括7根單模光纖的一行，使得輸入單模光纖10 和輸出二維單模光纖陣列80構(gòu)成8行8列的組合單模光纖矩陣，組合單模光纖矩陣排列方 式與所述自聚焦準(zhǔn)直透鏡陣列70相同，其中每個(gè)單模光纖與自聚焦準(zhǔn)直透鏡陣列70中的 每個(gè)自聚焦準(zhǔn)直透鏡一一對(duì)應(yīng)，所述輸入單模光纖1〇與處于自聚焦準(zhǔn)直透鏡陣列中心位 置即第5行第4個(gè)輸入自聚焦準(zhǔn)直透鏡71對(duì)應(yīng)，每個(gè)單模光纖和所述輸入單模光纖10端 口均位于自聚焦準(zhǔn)直透鏡陣列中的自聚焦準(zhǔn)直透鏡的同一垂直焦平面上。
[0039] 如圖3所示，自聚焦準(zhǔn)直透鏡71主要用于將從輸入端單模光纖10出射的光束變 成平行光束，保證WDM光束平行入射到反射型衍射光柵。
[0040] 液晶分子具有兩個(gè)折射率，在電學(xué)領(lǐng)域稱為電介質(zhì)的各向異性，而在光學(xué)領(lǐng)域稱 為雙折射。偏振光的振動(dòng)只在一個(gè)方向，也就是僅在一個(gè)偏振面上。如果將這個(gè)偏振面注 入到一種具有慢速軸和快速軸的介質(zhì)中，這個(gè)偏振面就會(huì)發(fā)生旋轉(zhuǎn)。據(jù)上所述，LCOS相位 空間光調(diào)制器對(duì)光的偏振態(tài)有要求，如果不加偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，則光傳輸系統(tǒng)中的偏振態(tài)是 未知并且不可控的。因此，需要在光路中加入偏振轉(zhuǎn)換組件，目的是把入射的WDM光束變成 線偏振光。
[0041] 如圖4所示，所述偏振轉(zhuǎn)換組件20由第一方解石棱鏡21、第二方解石棱鏡22和第 一半波片23、第二半波片24組成，第一方解石棱鏡21將輸入光分成偏振態(tài)垂直的兩路光， 其中一路被第一半波片23旋轉(zhuǎn)90度送至第二方解石棱鏡22,另一路被第二半波片24旋轉(zhuǎn) 90度送至第二方解石棱鏡22,兩路通過(guò)第二方解石棱鏡22都被變成統(tǒng)一偏振方向的一束 線偏振光；這種結(jié)構(gòu)使得光功率的損耗也會(huì)較小。
[0042] 如圖5所示，任意平行的光束通過(guò)傅里葉透鏡40后，會(huì)被聚焦到傅里葉透鏡40的 焦平面。本發(fā)明中，入射WDM光束通過(guò)輸入端準(zhǔn)直透鏡71會(huì)變成平行光束，意味著WDM光 束中每個(gè)波長(zhǎng)的光束入射到衍射光柵50的入射角是相同的。平行的WDM光束通過(guò)衍射光 柵50后，不同波長(zhǎng)的光束衍射出射方向會(huì)不同，不同波長(zhǎng)的光束會(huì)被傅里葉透鏡40會(huì)聚到 LCOS相位空間光調(diào)制器60的液晶面板61上面的不同位置處。
[0043] 如圖6㈧所示，平行的WDM光束入射到反射型衍射光柵50之后，不同單波長(zhǎng)的光 束會(huì)沿著不同的衍射方向出射，這樣就實(shí)現(xiàn)了入射WDM光束的解調(diào)。如圖6(B)所示，通過(guò) LCOS偏振控制的不同波長(zhǎng)的光束入射到反射型衍射光柵上面，衍射之后可以沿著相同的角 度出射。
[0044] 本實(shí)施例的衍射光柵50采用反射型衍射光柵，反射型和透射型衍射光柵的原理 相同，因此，在這里僅介紹反射型衍射光柵。反射型衍射光柵入射光束和衍射光束在光柵面 的同一側(cè)，入射光束經(jīng)過(guò)反射型衍射光柵，不同頻率成分的光以不同的角度衍射。根據(jù)夫瑯 和費(fèi)理論，一束平行光垂直地入射到平面反射光柵上，經(jīng)各縫衍射后向各方向傳播。衍射角 適合如下條件：
[0045] dsin Θ = m λ，m = 0、1、2......;
[0046] 其中m為衍射級(jí)次，λ為波長(zhǎng)，Θ為衍射角，d為光柵常數(shù)。
[0047] 如圖7所示，所述LCOS相位空間光調(diào)制器60由液晶面板61和驅(qū)動(dòng)電路62構(gòu)成， 當(dāng)一束光聚焦于LCOS面板的任意位置，其光斑覆蓋了多個(gè)液晶像素，通過(guò)液晶驅(qū)動(dòng)電路給 像素電極施加電壓，使各電極所對(duì)應(yīng)液晶的折射率發(fā)生變化，從而使相位發(fā)生變化，在包含 光斑所在區(qū)域的一個(gè)范圍內(nèi)形成所需要的閃耀光柵，使入射光按指定的方向進(jìn)行一級(jí)波長(zhǎng) 閃耀，從而達(dá)到光束偏轉(zhuǎn)的目的。LCOS加載電壓后相位變化公式為：
[0048]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于硅基液晶的波長(zhǎng)選擇開(kāi)關(guān)，由設(shè)置在光路上的輸入單模光纖（10)、偏振轉(zhuǎn) 換組件（20)、反射鏡（30)、傅里葉透鏡（40)、衍射光柵（50)、LCOS相位空間光調(diào)制器（60)、 自聚焦準(zhǔn)直透鏡陣列（70)和輸出二維單模光纖陣列（80)構(gòu)成，其特征在于： 入射的WDM光束經(jīng)過(guò)輸入單模光纖（10)輸入后，通過(guò)輸入自聚焦準(zhǔn)直透鏡之后變成 平行光束，通過(guò)偏振轉(zhuǎn)換組件（20)成為線偏振光，再經(jīng)過(guò)反射鏡（30)反射到傅里葉透鏡 (40)，經(jīng)過(guò)傅里葉透鏡（40)聚焦到衍射光柵（50)上，由衍射光柵（50)以不同的角度進(jìn)行 分光，經(jīng)過(guò)傅里葉透鏡（40)聚焦到反射鏡（30)，由反射鏡（30)反射到LCOS相位空間光調(diào) 制器（60)的液晶面板上，LCOS相位空間光調(diào)制器（60)對(duì)入射光斑進(jìn)行相位調(diào)制，形成所 需的液晶閃耀光柵，實(shí)現(xiàn)光束的衍射偏轉(zhuǎn)，從而控制光束的偏轉(zhuǎn)方向； 從LCOS相位空間光調(diào)制器（60)出射的衍射偏轉(zhuǎn)光束，經(jīng)過(guò)反射鏡（30)反射后，經(jīng)過(guò) 傅里葉透鏡（40)變成平行光束，再次到達(dá)衍射光柵（50)處，沿著與第一次入射到衍射光柵 的光平行的方向，再次被反射到傅里葉透鏡（40)，經(jīng)過(guò)傅里葉透鏡再次變成平行光到達(dá)反 射鏡（30)，由反射鏡（30)反射至偏振轉(zhuǎn)換組件（20)，通過(guò)偏振轉(zhuǎn)換組件（20)恢復(fù)原有的 偏振態(tài)，經(jīng)過(guò)自聚焦準(zhǔn)直透鏡陣列（70)被耦合進(jìn)輸出二維單模光纖陣列（80)中期望的單 模光纖輸出端口，實(shí)現(xiàn)不同波長(zhǎng)光束的選路功能。
2. 如權(quán)利要求1所述的波長(zhǎng)選擇開(kāi)關(guān)，其特征在于： 所述自聚焦準(zhǔn)直透鏡陣列（70)由KXL個(gè)自聚焦準(zhǔn)直透鏡構(gòu)成K行L列的自聚焦準(zhǔn)直 透鏡矩陣，各行均包括L個(gè)自聚焦準(zhǔn)直透鏡，1彡K彡385,5彡L彡1999 ;處于自聚焦準(zhǔn)直 透鏡陣列中心位置的自聚焦準(zhǔn)直透鏡作為輸入自聚焦準(zhǔn)直透鏡（71)，KXL個(gè)自聚焦準(zhǔn)直 透鏡均位于同一垂直平面； 所述輸出二維單模光纖陣列（80)為K行L列的單模光纖矩陣，其中一行包括L-1根 單模光纖，其余各行均包括L根單模光纖，所述輸入單模光纖（10)插入K行L列的單模光 纖矩陣中僅包括L-1根單模光纖的一行，使得輸入單模光纖（10)和輸出二維單模光纖陣列 (80)構(gòu)成K行L列的組合單模光纖矩陣，組合單模光纖矩陣排列方式與所述自聚焦準(zhǔn)直透 鏡陣列（70)相同，其中每個(gè)單模光纖與自聚焦準(zhǔn)直透鏡陣列（70)中的每個(gè)自聚焦準(zhǔn)直透 鏡一一對(duì)應(yīng)，所述輸入單模光纖（10)與所述輸入自聚焦準(zhǔn)直透鏡（71)對(duì)應(yīng)，每個(gè)單模光纖 和所述輸入單模光纖（10)端口均位于自聚焦準(zhǔn)直透鏡陣列中的自聚焦準(zhǔn)直透鏡的同一垂 直焦平面上。
3. 如權(quán)利要求2所述的波長(zhǎng)選擇開(kāi)關(guān)，其特征在于： 所述K、L滿足條件： KXD < 2Ftan (arcsin (人 /d))，且 K/L < tan (arcsin (人 /d))， 其中，D為輸出二維單模光纖陣列中每個(gè)單模光纖纖芯的直徑，F(xiàn)為傅里葉透鏡焦距， 入為入射波長(zhǎng)，d為L(zhǎng)COS液晶相位空間光調(diào)制器像素尺寸； 所述自聚焦準(zhǔn)直透鏡陣列中心位置為其第X行第Y個(gè)自聚焦準(zhǔn)直透鏡， 當(dāng)K為奇數(shù)時(shí)，X = (K+1) /2,當(dāng)K為偶數(shù)時(shí)，X = K/2或K/2+1 ; 當(dāng)L為奇數(shù)時(shí)，Y = (L+1)/2,當(dāng)L為偶數(shù)時(shí)，Y = L/2或L/2+1。
4. 如權(quán)利要求1、2或3所述的波長(zhǎng)選擇開(kāi)關(guān)，其特征在于： 所述偏振轉(zhuǎn)換組件（20)由第一方解石棱鏡（21)、第二方解石棱鏡（22)和第一半波片 (23)、第二半波片（24)組成，第一方解石棱鏡（21)將輸入光分成偏振態(tài)垂直的兩路光，其 中一路被第一半波片（23)旋轉(zhuǎn)90度送至第二方解石棱鏡（22)，另一路被第二半波片（24) 旋轉(zhuǎn)90度送至第二方解石棱鏡（22)，兩路通過(guò)第二方解石棱鏡（22)都被變成統(tǒng)一偏振方 向的一束線偏振光。
5.如權(quán)利要求4所述的波長(zhǎng)選擇開(kāi)關(guān)，其特征在于： 所述LCOS相位空間光調(diào)制器（60)由液晶面板（61)和驅(qū)動(dòng)電路（62)構(gòu)成，當(dāng)一束光 聚焦于液晶面板（61)的任意位置，其光斑覆蓋多個(gè)液晶像素，通過(guò)液晶驅(qū)動(dòng)電路（62)給像 素電極施加電壓，使各電極所對(duì)應(yīng)液晶的折射率發(fā)生變化，從而使相位發(fā)生變化，在包含光 斑所在區(qū)域的一個(gè)范圍內(nèi)形成所需要的閃耀光柵，使入射光按指定的方向進(jìn)行一級(jí)波長(zhǎng)閃 耀，從而達(dá)到光束偏轉(zhuǎn)的目的。
【專利摘要】一種基于硅基液晶的波長(zhǎng)選擇開(kāi)關(guān)，屬于光交換器件，解決現(xiàn)有基于硅基液晶的波長(zhǎng)選擇開(kāi)關(guān)輸出端口數(shù)量受到限制的問(wèn)題。本發(fā)明由設(shè)置在光路上的輸入單模光纖、偏振轉(zhuǎn)換組件、反射鏡、傅里葉透鏡、衍射光柵、硅基液晶相位空間光調(diào)制器、自聚焦準(zhǔn)直透鏡陣列和輸出二維單模光纖陣列構(gòu)成。本發(fā)明對(duì)需要交換的光束利用硅基液晶相位空間光調(diào)制器實(shí)現(xiàn)二維偏轉(zhuǎn)，使波長(zhǎng)選擇開(kāi)關(guān)輸出光纖陣列的光束由一維向二維轉(zhuǎn)化，能夠大幅度增加波長(zhǎng)選擇開(kāi)關(guān)輸出端口的數(shù)量，與現(xiàn)有基于LCOS的波長(zhǎng)選擇開(kāi)關(guān)相比，端口數(shù)量至少能夠增加K倍，且具有體積小，控制靈活、方便的特點(diǎn)，從而能夠提高整個(gè)光交叉互連網(wǎng)絡(luò)的靈活性，可滿足大規(guī)模光交叉互連網(wǎng)絡(luò)的需求。
【IPC分類】G02B6-35, G02B6-32, G02B6-293
【公開(kāi)號(hào)】CN104597572
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510022874
【發(fā)明人】羅風(fēng)光, 楊東堂, 敬澤安
【申請(qǐng)人】華中科技大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年5月6日
【申請(qǐng)日】2015年1月16日