基于微變形鏡的波長選擇開關(guān)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于微變形鏡的波長選擇開關(guān)用于實現(xiàn)不同波長光信號從光纖陣列對應(yīng)的輸出端口輸出。波長選擇開關(guān)包括第一柱透鏡、第二柱透鏡、反射式衍射光柵、第三柱透鏡及微變形透鏡。第二柱透鏡設(shè)置在第一柱透鏡與反射式衍射光柵之間，第三柱透鏡設(shè)置在微變形鏡與反射式衍射光柵之間。在第一方向，第一柱透鏡對光纖陣列產(chǎn)生的光進行放大，經(jīng)衍射光柵反射后以不同角度出射后再經(jīng)第三柱透鏡將不同波長投射至微變形鏡不同區(qū)域。在第二方向，光線兩次經(jīng)過第二柱透鏡投射在微變形鏡上，通過改變微變形鏡上每個像素相位實現(xiàn)不同波長切換到光纖陣列的對應(yīng)輸出端口，第一方向與第二方向互相垂直。該選擇開關(guān)采用微變形鏡，光路簡單、光損耗較小。
【專利說明】基于微變形鏡的波長選擇開關(guān)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光通信領(lǐng)域，尤其涉及基于微變形鏡的波長選擇開關(guān)。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，波分復(fù)用(Wavelengthdivision Multiplexing, WDM)技術(shù)越來越廣泛的被應(yīng)用于各級光傳輸網(wǎng)絡(luò)，可重構(gòu)光分插復(fù)用器(Reconf igurable Add/Dropmultiplexer, 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。波長選擇開關(guān)(Wavelength Selective Switch, WSS)是用來實現(xiàn)動態(tài)可重構(gòu)光分插復(fù)用的技術(shù)，通常在波長選擇開關(guān)中采用娃基液晶(Liquid Crystal onSilicon, LCOS)以實現(xiàn)通道中心頻率和通道帶寬靈活可調(diào)，滿足運營商對下一代網(wǎng)絡(luò)中帶寬靈活的ROADM的需求。
[0003]然而，硅基液晶是偏振相關(guān)器件，基于硅基液晶的WSS中必須采用消偏振器件來適應(yīng)硅基液晶的偏振相關(guān)性，導(dǎo)致光路較復(fù)雜，同時成本增加。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，本發(fā)明提供一種能簡化光路、降低成本的基于微變形鏡的波長選擇開關(guān)。
[0005]一種基于微變形鏡的波長選擇開關(guān)，其用于實現(xiàn)不同波長光信號從一個光纖陣列對應(yīng)的輸出端口輸出。所述波長選擇開關(guān)包括一個第一柱透鏡、一個第二柱透鏡、一個反射式衍射光柵、一個第三柱透鏡及一個微變形透鏡。所述第二柱透鏡設(shè)置在所述第一柱透鏡與所述反射式衍射光柵之間，所述第三柱透鏡設(shè)置在所述微變形鏡與所述反射式衍射光柵之間。在第一方向，所述第一柱透鏡對所述光纖陣列產(chǎn)生的光進行放大，經(jīng)所述衍射光柵反射后以不同角度出射后再經(jīng)所述第三柱透鏡將不同波長投射在所述微變形鏡的不同區(qū)域。在第二方向，光線兩次經(jīng)過所述第二柱透鏡投射在所述微變形鏡上，通過改變微變形鏡上每個像素的相位實現(xiàn)不同波長切換到所述光纖陣列的對應(yīng)輸出端口，所述第一方向與所述第二方向互相垂直。
[0006]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的基于微變形鏡的波長選擇開關(guān)，通過采用微變形鏡來實現(xiàn)不同波長光信號從對應(yīng)的輸出端口輸出，在微變形鏡的表面鍍膜用以實現(xiàn)入射光的高反特性，減小在光調(diào)制過程中的光波損耗以減小插損，省去復(fù)雜的偏振分集系統(tǒng)，簡化光路的同時降低成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1是本發(fā)明實施方式的基于微變形鏡的波長選擇開關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0008]圖2是圖1的光路中傅里葉系統(tǒng)的示意圖。
[0009]圖3圖1的微變形鏡的相位調(diào)制等效圖。
[0010]主要元件符號說明[0011]光纖陣列110
[0012]微球透鏡陣列 120
[0013]第一柱透鏡 140a
[0014]第二柱透鏡150
[0015]第三柱透鏡 140b
[0016]虛擬組合透鏡 150’
[0017]反射式衍射光柵160
[0018]微變形鏡180
[0019]如下【具體實施方式】將結(jié)合上述附圖進一步說明本發(fā)明。
【具體實施方式】
[0020]請參閱圖1，本實施方式提供的基于微變形鏡的波長選擇開關(guān)100用于實現(xiàn)不同波長光信號從一個光纖陣列110對應(yīng)的輸出端口輸出。所述波長選擇開關(guān)100包括一個微球透鏡陣列120、一個第一柱透鏡140a、一個第二柱透鏡150、一個反射式衍射光柵160、一個第三柱透鏡140b及一個微變形鏡180。所述光纖陣列110、所述微球透鏡陣列120、所述第一柱透鏡140a，所述第二柱透鏡150及所述反射式衍射光柵160依次設(shè)置，所述第三柱透鏡140b設(shè)置在反射式衍射光柵160與所述微變形鏡180之間。本實施方式中，建立如圖1所示的坐標(biāo)系，其中，X為第一方向，y為第二方向。
[0021]請一并參閱圖2，本實施方式中，光學(xué)系統(tǒng)中波長切換原理如下:
[0022]光信號經(jīng)過光纖陣列110的輸入端進入光學(xué)系統(tǒng)，光束經(jīng)微球透鏡120進行準(zhǔn)直。本實施方式中，光束為相同波長的光。如圖2 (a)所不,光線傳播方向為z軸，y方向為垂直于Xz平面。在第一方向，也即X方向，微球透鏡120與第一柱透鏡140a構(gòu)成望遠鏡型擴束系統(tǒng)，對X方向的光斑進行放大，以便在反射式衍射光柵160上的光斑足夠大，從而提高衍射效率。在X方向。經(jīng)過反射式衍射光柵160反射后的不同波長的光將會以不同角度出射至第三柱透鏡140b，第三柱透鏡140b將不同波長投射在微變形鏡180的不同區(qū)域。
[0023]如圖(2) b所示，在第二方向，也即y方向，由于光線兩次經(jīng)第二柱透鏡150，此時構(gòu)成一個虛擬組合透鏡150’(虛擬組合透鏡150’在實際中不存在)，微球透鏡陣列120與虛擬組合透鏡150’構(gòu)成一個望遠鏡擴束系統(tǒng)，以使投射至微變形鏡180上的光斑足夠大，能夠增大衍射效率。光線在X方向與I方向的光程滿足以下條件:
[0024]f1+f2+f2+f3+f3=fi+f4+f4 ；
[0025]其中，f,為微透鏡陣列120的焦距，f2為第一柱透鏡140a的焦距，f3為第三柱透鏡140b的焦距，f4為虛擬組合透鏡150’的焦距。
[0026]請一并參閱圖3，微變形鏡180上的每個像素單元的相位通過靜電力驅(qū)動每個單元的前后移動可以改變?nèi)肷涔獾墓獠ㄏ辔?，通過構(gòu)造微變形鏡上像素的相位排列，使其作用等同于衍射光柵，也就是說，使得微變形鏡180某一列的像素相位呈現(xiàn)如圖3所示的數(shù)值，將這一數(shù)值的相位通過驅(qū)動電路發(fā)送到微變形，180來驅(qū)動各像素單元的前后移動以執(zhí)行相應(yīng)的行程。
[0027]如圖(2) c所示，在y方向，虛擬組合透鏡150’擔(dān)任光路系統(tǒng)的切換功能，微變形鏡180通過改變相應(yīng)波長對應(yīng)的每個像素的相位，使得該波長以一定角度從微變形鏡180反射出射，經(jīng)虛擬組合透鏡150’后經(jīng)光纖陣列110相應(yīng)的輸出端口輸出，實現(xiàn)任意波長的光切換至任意輸出端口。改變微變形鏡180上每個像素的相位可以實現(xiàn)任意波長切換到任意輸出端口。
[0028]本實施方式中，微變形鏡180滿足以下公式條件:
[0029](I) η λ =Md (sin a+sin β )；
[0030]( 2 ) ^max =sin

Md.[0031]其中，光信號的入射角為α，光信號在微變形鏡180表面的衍射角為β，所述微變形鏡180的像素大小為d，λ為光信號波長，β —微變形鏡180的最大衍射角，f為光路中傅里葉系統(tǒng)的焦距，η為衍射級次，M為所述微變形鏡的相位級次。其中，d的數(shù)值是微變形鏡180最初設(shè)計時設(shè)定好的產(chǎn)品參數(shù)。本實施方式中，M為4，也即相位級次為4級，圖3為相位級次為4的相位圖。
[0032]當(dāng)光波要從不同的端口出射時，只需要改變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。而這一值可由公式(2)計算出的M來控制變形鏡來實現(xiàn)。也就是說，要改變β的數(shù)值可以通過改變M的數(shù)值來實現(xiàn)，要輸出到不同的端口只要β的值和端口所對應(yīng)的角度數(shù)值相同即可。
[0033]不同波長光信號從微變形鏡出射時的偏轉(zhuǎn)角度為P,f*tanP是不同波長光信號在光纖陣列端口處的偏移。當(dāng)希望某一波段的光信號輸出到光纖陣列110的某個輸出端口時，調(diào)節(jié)該波長光信號對應(yīng)微變形鏡180區(qū)域像素的相位排列，β隨之改變，從而f -tan^隨之改變，也就使該波長從對應(yīng)的輸出端口輸出。
[0034]進一步，為了減小基于微變形鏡的波長選擇開關(guān)100的光波損耗，可在微變形鏡180的表面鍍膜用以實現(xiàn)入射光的高反特性，改善在光調(diào)制過程中的光波損耗，同時使微變形鏡180的光波前響應(yīng)實現(xiàn)與偏振無關(guān)的響應(yīng)。
[0035]本發(fā)明提供的基于微變形鏡的波長選擇開關(guān)100，通過采用微變形鏡180來實現(xiàn)不同波長光信號對應(yīng)的輸出端口輸出，省去復(fù)雜的偏振分集系統(tǒng)，簡化光路，在微變形鏡180的表面鍍膜用以實現(xiàn)入射光的高反特性，減小在光調(diào)制過程中的光波損耗以減小插損。
[0036]可以理解的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思做出其他各種相應(yīng)的改變與變形，而所有這些改變與變形都應(yīng)屬于本發(fā)明權(quán)利要求的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種基于微變形鏡的波長選擇開關(guān)，其用于實現(xiàn)不同波長光信號從一個光纖陣列對應(yīng)的輸出端口輸出，所述波長選擇開關(guān)包括一個第一柱透鏡、一個第二柱透鏡、一個反射式衍射光柵、一個第三柱透鏡及一個微變形透鏡，所述第二柱透鏡設(shè)置在所述第一柱透鏡與所述反射式衍射光柵之間，所述第三柱透鏡設(shè)置在所述微變形鏡與所述反射式衍射光柵之間，在第一方向，所述第一柱透鏡對所述光纖陣列產(chǎn)生的光進行放大，經(jīng)所述衍射光柵反射后以不同角度出射后再經(jīng)所述第三柱透鏡將不同波長投射在所述微變形鏡的不同區(qū)域，在第二方向，光線兩次經(jīng)過所述第二柱透鏡投射在所述微變形鏡上，通過改變微變形鏡上每個像素的相位實現(xiàn)不同波長切換到所述光纖陣列的對應(yīng)輸出端口，所述第一方向與所述第二方向互相垂直。
2.如權(quán)利要求1所述的基于微變形鏡的波長選擇開關(guān)，其特征在于，所述波長選擇開關(guān)還包括一個微球透鏡陣列，所述微球透鏡陣列設(shè)置在所述光纖陣列與所述第一柱透鏡之間，在第一方向用于將從所述光纖陣列輸出的光線準(zhǔn)直射入所述第一柱透鏡，在第二方向用于將從從所述微變形鏡反射的光經(jīng)所述第二柱透鏡后耦合至所述光纖陣列的輸出端口輸出。
3.如權(quán)利要求2所述的基于微變形鏡的波長選擇開關(guān)，其特征在于，光線兩次經(jīng)過所述第二柱透鏡以使所述第二柱透鏡構(gòu)成一個虛擬組合透鏡，光線在所述第一方向與所述第二方向的光程滿足以下條件:
f1+f2+f2+f3+f3=f1+f4+f4 ； 其中，為所述微透鏡陣列的焦距，f2為所述第一柱透鏡的焦距，f3為所述第三柱透鏡的焦距，f4為虛擬組合透鏡的焦距。
4.如權(quán)利要求1所述的基于微變形鏡的波長選擇開關(guān)，其特征在于，所述微變形鏡的表面還包括一層膜以實現(xiàn)入射光的高反特性。
5.如權(quán)利要求1所述的基于微變形鏡的波長選擇開關(guān)，其特征在于，所述微變形鏡滿足以下公式條件:.
(1)η λ =Md (sin a +sin β )； (2)/Οη ?
Md.5 其中，光信號的入射角為α，光信號在所述微變形鏡表面的衍射角為β，所述微變形鏡像素大小為d，λ為光信號波長，所述微變形鏡的最大衍射角，f為光路中傅里葉系統(tǒng)的焦距，η為衍射級次，M為所述微變形鏡的相位級次。
【文檔編號】G02B6/293GK103472538SQ201310419592
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月13日
【發(fā)明者】李淼峰, 邱英, 尤全, 劉子晨, 謝德權(quán), 楊奇 申請人:武漢郵電科學(xué)研究院