一種高速光開關(guān)器件制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)適用于光網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)交換技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種高速光開關(guān)器件，包括：N路輸入端口、數(shù)字微鏡器件DMD、閃耀光柵組和N路輸出端口；N路輸入端口用于產(chǎn)生N路平行光束并以預(yù)設(shè)角度入射到DMD上各自對應(yīng)的N塊特定子區(qū)域以發(fā)生衍射，每一路輸入光束的衍射?1級經(jīng)過所述閃耀光柵組后同對應(yīng)的衍射﹢1級被傳輸?shù)剿鯪路輸出端口的預(yù)先指定輸出端口；特定子區(qū)域加載有特定的全息圖，以調(diào)制每一路輸入光束的衍射﹢1級到預(yù)先指定的輸出端口；所述閃耀微光柵組在預(yù)設(shè)位置，用于使經(jīng)過的衍射－1級光束與+1級方向上的光束重合，并耦合入輸出端口。本發(fā)明專利技術(shù)提供的技術(shù)能將輸入信號高速切換至指定的輸出端口，并實(shí)現(xiàn)光開關(guān)衍射效率的提升。

A high speed optical switching device

The invention is applicable to optical network node data exchange technology, provides a high speed optical switch devices, including: N input port, digital micromirror device DMD, blazed grating group and N output port; N input port is used to generate N parallel beam and the preset angle incident to block the stator N area DMD corresponding to the diffraction, diffraction each input beam 1 through the grating group with corresponding diffraction + 1 is transmitted to the N output port of the pre specified output port; a unique sub region loaded with particular holograms, with each diffraction modulation input beam + 1 level to the output port specified in advance; the light shine gate group in the preset position, for the 1 level after the diffraction beam and the +1 direction of the beam overlap, and coupled into the output port. The technique provided by the invention can switch the input signal to the specified output port at high speed, and realize the enhancement of the diffraction efficiency of the optical switch.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種高速光開關(guān)器件
本專利技術(shù)屬于光網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)交換
，尤其涉及一種高速光開關(guān)器件。
技術(shù)介紹
光交換技術(shù)作為全光網(wǎng)絡(luò)中的核心技術(shù)之一，在光傳送網(wǎng)與數(shù)據(jù)中心中各種不同的交換原理與實(shí)現(xiàn)光交換的技術(shù)被廣泛的應(yīng)用。不同原理的光交換技術(shù)具有不同的特性，適用于不同的場合。光交換技術(shù)的核心是在光網(wǎng)絡(luò)鏈路的節(jié)點(diǎn)處，直接在光域內(nèi)將信號切換至不同的輸出端口，中間沒有光到電、電再到光的過程。在現(xiàn)有的光交換技術(shù)中，自由空間光交換技術(shù)以整個(gè)光通道作為交換粒度，具有可靠性高、交換速度快、交換粒度大等優(yōu)點(diǎn)，可極大地提高交換節(jié)點(diǎn)速度和容量。另外，自由空間光交換過程不受波導(dǎo)的約束，利用諸如透鏡，分束等全息光學(xué)元件的折射、衍射等效應(yīng)能改變光在空間的傳輸方向，使得光束從一個(gè)陣列平面尋徑到另一個(gè)陣列平面，從而實(shí)現(xiàn)不同端口之間的光交換。但是由于普通信號光束并不具備可區(qū)分性，所以現(xiàn)有的光交換技術(shù)必須將各路光在空間上分開進(jìn)行處理，這也就嚴(yán)格限制了光交換端口的可拓展性和光交換端口空間密度的提升，這也與未來光交換要求支持更多的光交換端口、更高密度端口集成化是相互矛盾的?；诠饨粨Q技術(shù)，對光開關(guān)的研究，隨著不同的器件材料、工作原理等被挖掘，現(xiàn)有商用的光開關(guān)呈現(xiàn)出多元化發(fā)展的態(tài)勢。比較常見的如MEMs機(jī)械光開關(guān)，MEMs通常是在硅基上制造的微型可移動反射鏡，其大小在幾百微米到幾毫米范圍，一個(gè)單一的硅基片提供大量的反射鏡，并能被制作與封裝成陣列。而啟動這些反射鏡的技術(shù)往往包括電磁、靜電或者壓電等方法，這些反射鏡能從一個(gè)位置偏轉(zhuǎn)到另一個(gè)位置，從而實(shí)現(xiàn)對入射光束的方向控制，但是在較大的偏轉(zhuǎn)范圍內(nèi)進(jìn)行控制是比較有難度的，現(xiàn)在則多用模擬數(shù)控反射鏡、萬向反射鏡或者三維反射鏡，每一路能實(shí)現(xiàn)無阻塞1×n的開關(guān)效應(yīng)，雖然MEMs開關(guān)技術(shù)具有潛力構(gòu)建大規(guī)模的光開關(guān)解決方案，但是其交換的速度一直局限在幾十毫秒量級，而對數(shù)據(jù)中心這種要求高速光交換的需求是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足夠的。同樣，現(xiàn)用于大數(shù)據(jù)中心的開關(guān)機(jī)制，主要是依賴于硅基液晶光調(diào)制，主要的器件基于硅基液晶作為動態(tài)衍射元件，根據(jù)自身的液晶元間隙，使用偏振效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)開關(guān)功能。在適當(dāng)設(shè)計(jì)的液晶元上外加電壓，就能使通過液晶元的光偏振而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)或者不旋轉(zhuǎn)，然后結(jié)合利用無源偏振分束器和合束器就能形成偏振無關(guān)的光開關(guān)，但是其開關(guān)時(shí)間仍然在幾毫秒量級。這些重構(gòu)時(shí)間造成的光損失往往亟需縮減，這也是未來高速光領(lǐng)域開關(guān)的首要需求。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)所要解決的技術(shù)問題在于提供一種高速光開關(guān)器件，旨在將輸入信號高速切換至指定的輸出端口，并實(shí)現(xiàn)光開關(guān)衍射效率的提升。本專利技術(shù)提供了一種高速光開關(guān)器件，包括：N路輸入端口、數(shù)字微鏡器件DMD、閃耀光柵組和N路輸出端口；其中，所述DMD上分布有與N路平行輸入光束一一對應(yīng)的特定子區(qū)域；所述N路輸入端口用于以預(yù)設(shè)角度產(chǎn)生N路平行光束照射到所述DMD上各自對應(yīng)的特定子區(qū)域以發(fā)生衍射，每一路衍射光束均被衍射為0、±1的級次分布；每一路輸入光束的衍射－1級經(jīng)過所述閃耀光柵組后同對應(yīng)的衍射+1級被傳輸?shù)剿鯪路輸出端口的預(yù)先指定輸出端口；所述特定子區(qū)域加載有特定的全息圖，以調(diào)制每一路輸入光束的衍射+1級到預(yù)先指定的輸出端口；所述閃耀光柵設(shè)置于預(yù)設(shè)位置，用于使經(jīng)過的衍射－1級光束與+1級方向上的光束重合，并耦合入輸出端口。進(jìn)一步地，當(dāng)切換某一所述特定子區(qū)域中的全息圖時(shí)，照射至該特定子區(qū)域的輸入光束可傳輸至與所切換的全息圖相對應(yīng)的輸出端口。進(jìn)一步地，所述閃耀光柵組包括N×N片閃耀光柵，所述N×N片閃耀光柵均設(shè)置于衍射光束的－1級匹配的光束方向位置，而+1級次光束方向作為信道方向；當(dāng)將一路輸入光束切換到N路輸出端口中的任一指定輸出端口時(shí)，經(jīng)過衍射后，該路衍射光束的－1級次光束經(jīng)過N×N片閃耀光柵中對應(yīng)的1片閃耀光柵后，在空間上與+1級次方向上的光束重合，從而使信道方向上的能量疊加，重合點(diǎn)即為所述指定輸出端口的耦合點(diǎn)。進(jìn)一步地，所述高速光開關(guān)器件還包括：聚焦透鏡，所述聚焦透鏡置于所述DMD和所述閃耀光柵之間，用于對從所述DMD衍射輸出的衍射光束進(jìn)行聚焦。進(jìn)一步地，所述高速光開關(guān)器件還包括N個(gè)平行的準(zhǔn)直器，所述N個(gè)平行的準(zhǔn)直器設(shè)置于所述N路輸入端口的位置，每一路光束經(jīng)過所述準(zhǔn)直器后會變?yōu)槠叫泄馐?，所述N路平行光束平行。進(jìn)一步地，所述準(zhǔn)直器孔徑為3mm。進(jìn)一步地，所述高速光開關(guān)器件還包括激光器、光耦合器，所述光耦合器通過N條光纖與所述N個(gè)準(zhǔn)直器連接；所述激光器發(fā)出的激光經(jīng)過所述光耦合器后被分為N路信號，所述N路信號經(jīng)過光纖被傳輸?shù)剿鯪個(gè)準(zhǔn)直器。本專利技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比，有益效果在于：本專利技術(shù)提供的一種高速光開關(guān)器件，將平行傳輸?shù)募す夤馐丈涞紻MD上加載有全息圖的特定子區(qū)域，激光光束經(jīng)過所述全息圖調(diào)制后，+1級次衍射光束作為信道被衍射到指定輸出端口；而－1級次衍射光束經(jīng)過閃耀光柵組后同對應(yīng)的衍射﹢1級次方向上的光束重合，能量發(fā)生疊加，并被傳輸?shù)剿鯪路輸出端口的預(yù)先指定輸出端口；本專利技術(shù)提供的技術(shù)，一方面，使用的DMD器件具有22KHz的切換頻率，切換速率是現(xiàn)有可用技術(shù)的百倍級，并能大大降低切換限制和切換過程中的數(shù)據(jù)丟失；另一方面，利用閃耀光柵組提升了DMD切換過程的衍射效率。附圖說明圖1是本專利技術(shù)實(shí)施例提供的高速光開關(guān)器件的原理示意圖；圖2是本專利技術(shù)實(shí)施例提供的2×2端口的高速光開關(guān)器件的示意圖；圖3(a)是本專利技術(shù)實(shí)施例提供的高速光開關(guān)器件中的DMD的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3(b)是本專利技術(shù)實(shí)施例提供的一路輸入光束經(jīng)過DMD衍射后的0、±1級次分布示意圖；圖3(c)是本專利技術(shù)實(shí)施例提供的DMD經(jīng)拓展后的拓展參照示意圖；圖4(a)是本專利技術(shù)實(shí)施例提供的閃耀光柵組的表面微結(jié)構(gòu)示意圖；圖4(b)是本專利技術(shù)實(shí)施例提供的由DMD衍射輸出的光束經(jīng)過所設(shè)計(jì)閃耀光柵的示意圖；圖5(a)是本專利技術(shù)實(shí)施例提供的2×2端口的高速光開關(guān)切換過程示意圖；圖5(b)是本專利技術(shù)實(shí)施例提供的2×2端口的高速光開關(guān)未加閃耀光柵時(shí)輸入1－輸出1、輸入1－輸出2、輸入2－輸出2、輸入2－輸出1時(shí)CCD上呈現(xiàn)的示意圖；圖5(c)是本專利技術(shù)實(shí)施例提供的2×2端口的高速光開關(guān)加閃耀光柵時(shí)輸入1－輸出1、輸入1－輸出2、輸入2－輸出2、輸入2－輸出1時(shí)CCD上呈現(xiàn)的示意圖；圖5(d)是本專利技術(shù)實(shí)施例提供的光開關(guān)器件未加閃耀光柵和加入閃耀光柵時(shí)，在輸出端口平面用CCD所接收的一路衍射光束的圖樣的對比示意圖。具體實(shí)施方式為了使本專利技術(shù)的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本專利技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本專利技術(shù)，并不用于限定本專利技術(shù)。本專利技術(shù)的主要實(shí)現(xiàn)思想為：將N路并行傳輸?shù)臏?zhǔn)直激光信號按預(yù)設(shè)角度照射到DMD鏡面面板上，每一束光束分別對應(yīng)DMD上預(yù)設(shè)的加載有全息圖的特定子區(qū)域，經(jīng)過全息圖被衍射到預(yù)先指定輸出端口對應(yīng)的區(qū)域并實(shí)現(xiàn)耦合；同時(shí)在耦合前端預(yù)設(shè)位置安置所設(shè)計(jì)的閃耀光柵，使得從DMD衍射輸出的±1級次在空間上疊加，從而實(shí)現(xiàn)該交換技術(shù)衍射效率的提升；并且，通過切換某一所述特定子區(qū)域中的全息圖，可使照射至該特定子區(qū)域的輸入光束傳輸至與所切換的全息圖相對應(yīng)的輸出端口。下面具體介紹這種高速光開關(guān)器件，結(jié)合圖1所示，所述高速光開關(guān)器件包括：N路輸入端口(圖中僅本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種高速光開關(guān)器件，其特征在于，包括：N路輸入端口、數(shù)字微鏡器件DMD、閃耀光柵組和N路輸出端口；其中，所述DMD上分布有與N路平行輸入光束一一對應(yīng)的特定子區(qū)域；所述N路輸入端口用于以預(yù)設(shè)角度產(chǎn)生N路平行光束照射到所述DMD上各自對應(yīng)的特定子區(qū)域以發(fā)生衍射，每一路衍射光束均被衍射為0、±1的級次分布，其中，衍射－1級經(jīng)過所述閃耀光柵組后同對應(yīng)的衍射+1級被傳輸?shù)剿鯪路輸出端口的預(yù)先指定輸出端口；所述特定子區(qū)域加載有特定的全息圖，以調(diào)制每一路輸入光束的衍射+1級到預(yù)先指定的輸出端口；所述閃耀光柵設(shè)置于預(yù)設(shè)位置，用于使經(jīng)過的衍射－1級光束與+1級方向上的光束重合，并耦合入輸出端口。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種高速光開關(guān)器件，其特征在于，包括：N路輸入端口、數(shù)字微鏡器件DMD、閃耀光柵組和N路輸出端口；其中，所述DMD上分布有與N路平行輸入光束一一對應(yīng)的特定子區(qū)域；所述N路輸入端口用于以預(yù)設(shè)角度產(chǎn)生N路平行光束照射到所述DMD上各自對應(yīng)的特定子區(qū)域以發(fā)生衍射，每一路衍射光束均被衍射為0、±1的級次分布，其中，衍射－1級經(jīng)過所述閃耀光柵組后同對應(yīng)的衍射+1級被傳輸?shù)剿鯪路輸出端口的預(yù)先指定輸出端口；所述特定子區(qū)域加載有特定的全息圖，以調(diào)制每一路輸入光束的衍射+1級到預(yù)先指定的輸出端口；所述閃耀光柵設(shè)置于預(yù)設(shè)位置，用于使經(jīng)過的衍射－1級光束與+1級方向上的光束重合，并耦合入輸出端口。2.如權(quán)利要求1所述的高速光開關(guān)器件，其特征在于，當(dāng)切換某一所述特定子區(qū)域中的全息圖時(shí)，照射至該特定子區(qū)域的輸入光束可傳輸至與所切換的全息圖相對應(yīng)的輸出端口。3.如權(quán)利要求2所述的高速光開關(guān)器件，其特征在于，所述閃耀光柵組包括N×N片閃耀光柵，所述N×N片閃耀光柵均設(shè)置于衍射光束的－1級匹配的光束方向位置，而+1級次光束方向作為信道方向；當(dāng)將...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：袁小聰，楊傳武，雷霆，高社成，袁陽勝，喬文，
申請(專利權(quán))人：深圳大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：廣東,44