一種基于透射式相位光柵陣列的分辨率可調波長選擇開關制造技術

本實用新型專利技術公開了一種基于透射式相位光柵陣列的分辨率可調波長選擇開關。本實用新型專利技術的分辨率可調波長選擇開關包括：一維單模光纖陣列、微透鏡陣列、偏振調整棱鏡、雙膠合光學傅里葉變換透鏡、透射式相位衍射光柵陣列、柱面鏡、液晶空間光調制器、以及圖形加載控制系統；本實用新型專利技術采用透射式相位衍射光柵陣列，利用不同周期的透射式相位衍射光柵的色散能力不同，通過具有不同周期的透射式相位衍射光柵在光路中的切換可以改變最終成像到液晶空間光調制器上平行光束的波長范圍以及由單一像素單元所決定的波長操控精度，從而實現對波長選擇開關工作波長范圍和波長分辨率的切換和調節，使波長選擇開關既能夠用于對骨干網中大帶寬高速信號的處理。

【技術實現步驟摘要】
一種基于透射式相位光柵陣列的分辨率可調波長選擇開關
本技術涉及光通信與光學信號處理領域，具體涉及一種基于透射式相位光柵陣列的分辨率可調波長選擇開關。
技術介紹
進入21世紀以來，隨著光網絡流量以10年100倍速度的持續巨幅增長，現有的電層交換技術在設備的數量與體積、信息交換容量、建設運營成本及能耗等多方面的“天花板效應”日益凸顯。構建以全光交換、多維復用、高光譜利用率超信道傳輸與交換技術以及對網絡資源的軟件動態調整為基礎的下一代低能耗和高譜效智能化全光通信網逐漸成為通信研究和產業領域的重要共識，是當前光通信
最主要的研究熱點和發展方向之一，具有極其重要的研究價值和廣闊的國際市場需求，受到了國際范圍內各研究機構以及器件與設備供應商的廣泛關注。近10余年來的研究與發展結果表明，波長選擇開關(WSS，wavelengthselectiveswitch)是目前唯一具有強大的信號處理功能的全光信號處理和全光交換設備，已經成為當前和未來對全球光網絡進行全光化和智能化改造不可或缺的重要基礎性設備。波長選擇開關通常具有一個光信號輸入端口和多個光信號輸出端口，可以實現將輸入光信號中任意一個或一組波長信號從任意輸出端口輸出的功能。利用以硅基液晶(LCoS)大規模光學集成空間光調制器芯片為驅動元件的波長選擇開關可以組成符合全光化和智能化等未來光網絡發展需求，同時具有強大全光信號處理能力的各種高性能可重構光分插復用器(ROADM)、光交叉連接(OXC)設備和光學信號處理設備。但由于衍射光柵和硅基液晶等核心光學部件若干關鍵技術指標的限制，目前商品化的波長選擇開關的波長分辨率通常大于10GHz，而且其工作波長范圍和波長分辨率是固定的，不能夠根據不同應用場景的需要進行調節，極大地限制了波長選擇開關在光纖接入網、全光正交頻分復用光通信系統等需要精細波長分辨率的各種場合的應用。同時，光譜分辨率不足也嚴重制約了目前波長選擇開關在信號時延、色散和光學傅里葉變換等方面的全光信號處理能力。因此，設法實現硅基液晶波長選擇開關的工作波長范圍和波長分辨率的靈活調諧，并盡可能地提高其波長分辨率，對于進一步拓展波長選擇開關的應用場合，大幅度提升其全光信號處理能力對于推動波長選擇開關在網絡全光化和智能化進程中的大規模應用及其在骨干網、城域網和接入網等各種速率層級的實際應用具有十分重要的商業意義和社會經濟價值。為解決波長選擇開關波長分辨率不足這一技術問題，以色列希伯來大學在ECOC’2015和AdvancedPhotonics’2015等兩個國際學術會議上報道了采用專門研制的高色散波導光柵路由器代替傳統的面刻劃閃耀光柵作為色散元件，實現了波長分辨率為1GHz的高分辨率波長選擇開關并應用于子載波間隔為1GHz的全光正交頻分復用光信號的產生以及子載波信號的上下話路與交換(“Realizationofsub-1GHzresolutionphotonicspectralprocessorsforflexibleopticalnetworks”,ECOC’2015；“FineResolutionOpticalProcessorsforSub-ChannelAdd-DropMultiplexingNetworks”,paperNeM4F.1,AdvancedPhotonics’2015)。這項研究工作充分凸顯了提高波長選擇開關分辨率的重要意義和應用潛力。其不足之處是使設備的端口數和可用工作波長范圍等另外兩個重要技術指標均受到了相當大的制約。采用該技術方案僅可實現具有一個輸入端口和一個輸出端口的波長選擇開關，同時設備的工作波長范圍也僅有20GHz，基本不具備實際應用價值。
技術實現思路
針對目前波長選擇開關所存在的光譜分辨率不足以及工作波長范圍與分辨率不可調節等兩個技術問題，本技術提出一種基于透射式相位光柵陣列的分辨率可調波長選擇開關。本技術的基于透射式相位光柵陣列的分辨率可調波長選擇開關包括：一維單模光纖陣列、微透鏡陣列、偏振調整棱鏡、雙膠合光學傅里葉變換透鏡、透射式相位衍射光柵陣列、柱面鏡、液晶空間光調制器、以及圖形加載控制系統；其中，光路的傳播方向沿z軸，沿著光路的傳播方向依次放置一維單模光纖陣列、微透鏡陣列、偏振調整棱鏡、雙膠合光學傅里葉變換透鏡、透射式相位衍射光柵陣列、柱面鏡和液晶空間光調制器；一維單模光纖陣列包括多個沿y軸一維排列的光纖端口，光纖端口的方向沿z軸，一維單模光纖陣列的中心為輸入光纖端口，除中心以外的其余光纖端口均為輸出光纖端口；微透鏡陣列包括多個微透鏡，每一個微透鏡與一維單模光纖陣列中的光纖端口嚴格對準并一一對應；柱面鏡的柱鏡軸與y軸平行；透射式相位衍射光柵陣列包括多個不同周期的透射式相位衍射光柵，透射式相位衍射光柵陣列連接至圖形加載控制系統；液晶空間光調制器連接至液晶圖形加載控制系統；透射式相位衍射光柵陣列中的一個透射式相位衍射光柵位于光路上；一維單模光纖陣列和液晶空間光調制器分別位于雙膠合光學傅里葉變換透鏡的兩側焦點處；位于光路上的透射式相位衍射光柵和液晶空間光調制器分別位于柱面鏡的兩側焦點處。沿z軸傳輸的連續輸入光經位于一維單模光纖陣列中心的輸入光纖端口輸入；經位于微透鏡陣列中心的微透鏡匯聚后，轉變為略微發散的高斯光束；經偏振調整棱鏡將高斯光束的偏振態調整為與液晶空間光調制器的工作偏振狀態一致的線偏振光；雙膠合光學傅里葉變換透鏡將高斯光束準直為平行光；再經透射式相位衍射光柵陣列中的一個透射式相位衍射光柵，將平行光中所包含的各種不同波長光在xz平面以不同的角度色散至柱面鏡；柱面鏡將色散后的不同波長光轉變為沿x軸排列的相互平行的平行光束，然后投射至液晶空間光調制器上，不同波長的平行光束投射至液晶空間光調制器的不同像素區域；通過圖形加載控制系統在液晶空間光調制器的不同波長所對應的像素區域上加載相位全息光柵，使不同波長的光束產生衍射效應，通過加載不同的相位全息光柵來改變一級衍射光的衍射角；調節了衍射角后的各種不同波長的一級衍射光作為返回光返回柱面鏡；互相平行的返回光經柱面鏡重新聚焦后，不同波長的光重新匯聚在yz平面上，但在y軸方向上不同波長的光具有不同的角度，從而沿y軸在空間上分開；經透射式相位衍射光柵陣列的同一個透射式相位衍射光柵后，由雙膠合光學傅里葉變換透鏡變成互相平行的平行光束，不同波長的平行光束沿y軸相互平行排列；經過偏振調整棱鏡后，由微透鏡陣列中相對應的微透鏡耦合至一維光纖陣列中對應的輸出光纖端口，從而利用在液晶空間光調制器不同的像素區域上加載相位全息光柵來調整返回光的角度，實現對任意波長通道和任意帶寬光信號至特定輸出光纖端口的方向指派；通過圖形加載控制系統實現透射式相位衍射光柵陣列的程控切換，不同周期的透射式相位衍射光柵的色散能力不同，使得最終成像到液晶空間光調制器上的平行光束覆蓋的像素區域的范圍不同，從而實現波長選擇開關工作波長范圍、波長分辨率和波長操控精度的切換和調節。進一步，本技術還包括端口光學擴束單元，位于偏振調整棱鏡和雙膠合光學傅里葉變換透鏡之間；端口光學擴束單元將返回的相鄰距離較近的平行光束擴展為相鄰距離較遠的平行光束。端口光學擴束單元采用一組整形棱鏡對，入射光以布儒斯特角分別入射至兩塊本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于透射式相位光柵陣列的分辨率可調波長選擇開關，其特征在于，所述分辨率可調波長選擇開關包括：一維單模光纖陣列、微透鏡陣列、偏振調整棱鏡、雙膠合光學傅里葉變換透鏡、透射式相位衍射光柵陣列、柱面鏡、液晶空間光調制器、以及圖形加載控制系統；其中，光路的傳播方向沿z軸，沿著光路的傳播方向依次放置一維單模光纖陣列、微透鏡陣列、偏振調整棱鏡、雙膠合光學傅里葉變換透鏡、透射式相位衍射光柵陣列、柱面鏡和液晶空間光調制器；所述一維單模光纖陣列包括多個沿y軸一維排列的光纖端口，光纖端口的方向沿z軸，一維單模光纖陣列的中心為輸入光纖端口，除中心以外的其余光纖端口均為輸出光纖端口；所述微透鏡陣列包括多個微透鏡，每一個微透鏡與一維單模光纖陣列中的光纖端口嚴格對準并一一對應；所述柱面鏡的柱鏡軸與y軸平行；所述透射式相位衍射光柵陣列包括多個不同周期的透射式相位衍射光柵，透射式相位衍射光柵陣列連接至圖形加載控制系統；所述液晶空間光調制器連接至液晶圖形加載控制系統；所述透射式相位衍射光柵陣列中的一個透射式相位衍射光柵位于光路上；一維單模光纖陣列和液晶空間光調制器分別位于雙膠合光學傅里葉變換透鏡的兩側焦點處；位于光路上的透射式相位衍射光柵和液晶空間光調制器分別位于柱面鏡的兩側焦點處。...

【技術特征摘要】
1.一種基于透射式相位光柵陣列的分辨率可調波長選擇開關，其特征在于，所述分辨率可調波長選擇開關包括：一維單模光纖陣列、微透鏡陣列、偏振調整棱鏡、雙膠合光學傅里葉變換透鏡、透射式相位衍射光柵陣列、柱面鏡、液晶空間光調制器、以及圖形加載控制系統；其中，光路的傳播方向沿z軸，沿著光路的傳播方向依次放置一維單模光纖陣列、微透鏡陣列、偏振調整棱鏡、雙膠合光學傅里葉變換透鏡、透射式相位衍射光柵陣列、柱面鏡和液晶空間光調制器；所述一維單模光纖陣列包括多個沿y軸一維排列的光纖端口，光纖端口的方向沿z軸，一維單模光纖陣列的中心為輸入光纖端口，除中心以外的其余光纖端口均為輸出光纖端口；所述微透鏡陣列包括多個微透鏡，每一個微透鏡與一維單模光纖陣列中的光纖端口嚴格對準并一一對應；所述柱面鏡的柱鏡軸與y軸平行；所述透射式相位衍射光柵陣列包括多個不同周期的透射式相位衍射光柵，透射式相位衍射光柵陣列連接至圖形加載控制系統；所述液晶空間光調制器連接至液晶圖形加載控制系統；所述透射式相位衍射光柵陣列中的一個透射式相位衍射光柵位于光路上；一維單模光纖陣列和液晶空間光調制器分別位于雙膠合光學傅里葉變換透鏡的兩側焦點處；位于光路上的透射式相位衍射光柵和液晶空間光調制器分別位于柱面鏡的兩側焦點處。2.如權利要求1所述的分辨率可調波長選擇開關，其特征在于，進一...

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳根祥，高云舒，陳笑，宋菲君，王義全，張策，官家祥，張穎，
申請(專利權)人：中央民族大學，
類型：新型
國別省市：北京,11