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CN111025739B - 一种切换单元及波长选择开关 - Google Patents

一种切换单元及波长选择开关 Download PDF

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Abstract

本发明涉及光纤传输技术领域，特别是一种切换单元及波长选择开关，所述切换单元包括步骤：依次连接的第一半波长液晶、第一等间距分光镜、3/4波长液晶、以及反射棱镜；所述偏振光经第一半波长液晶后从第一等间距分光镜射出，然后经过3/4波长液晶、反射棱镜折转光路返回，第二次经过3/4波长液晶圆偏振光变为P光或S光，最后经第一等间距分光镜的射出。通过控制第一半波液晶以及3/4波长液晶的电压，可以改变入射光的偏振态。两次入射到第一等间距分光镜的入射光的偏振态同为P时，出射到通道①；同为S时，出射到通道③，若两次分别为P和S偏振态，由于第一等间距分光镜的分光间距相等，以上两个偏振态均出射到通道②。

Description

一种切换单元及波长选择开关
技术领域
本发明涉及光通信技术领域技术领域，特别是一种切换单元及波长选择开关。
背景技术
随着5G技术的发展，终端用户对带宽的需求越来越高，本来用在骨干网的技术下沉到城域网。波长选择开关(WSS)，以及RODAM技术如果应用在城域网，可以提高带宽，有潜在的使用前景。但是城域网对成本更加敏感，暂时没有大端口数的要求。所以开发低成本，低端口数WSS可以满足下一代城域网技术的要求。
现有主流WSS有LCOS，MEMS和液晶+三角形双折射晶体技术。其中LCOS成本较高，而且驱动复杂，不适合低成本要求；低成本MEMS技术的端口数有限，最大只能做到1*4，端口数增加则需要大规模MEMS阵列，成本增加明显；液晶+三角形双折射晶体方案中不同的通道位置不是等距，需要单独调节，工艺流程复杂。因此，现有方案很难满足50GHz的通道间隔，且满足城域网低成本的要求。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种切换单元及波长选择开关，解决现有的波长选择开关出现的结构复杂，成本高等问题。
本发明的技术方案如下：
本发明提供一种切换单元，其包括：依次连接的第一半波长液晶、第一等间距分光镜、3/4波长液晶、以及反射棱镜；所述偏振光经第一半波长液晶切换为P光或S光，所述P光或S光经过第一等间距分光镜之后从不同位置出射，经过3/4波长液晶变为圆偏光，再经过反射棱镜折转光路返回，第二次经过3/4波长液晶圆偏光变为P光或S光，最后经第一等间距分光镜的不同位置射出。
本发明的更进一步优选方案是：所述切换单元还包括设置在第一半波长液晶远离第一等间距分光镜一侧用于对入射光进行信号衰减的衰减组件。
本发明的更进一步优选方案是：所述衰减组件包括依次连接的第二半波长液晶和偏振镜；所述光束通过第二半波长液晶分解为P光和S光，S光经过偏振镜并射入第一半波长液晶，P光被阻挡。
本发明的更进一步优选方案是：所述第一等间距分光镜为PBS阵列或方形双折射晶体。
本发明的更进一步优选方案是：所述反射棱镜的的横截面为等腰三角形。
本发明的更进一步优选方案是：所述切换单元还包括设置在第一等间距分光镜靠近第一半波长液晶一侧的用于增加光路切换通道的通道组件。
本发明的更进一步优选方案是：所述通道组件包括依次设置的第三半波长液晶和第二等间距分光镜，所述第二等间距分光镜间距为第一等间距分光镜间距的1/2；所述偏振光经第一等间距分光镜射出后进入第三半波长液晶，通过第三半波长液晶调整偏振态后再从第二等间距分光镜上不同的位置射出。
本发明还提供一种波长选择开关，包括：设置有入射端口和多个射出端口的光纤阵列、偏振转换单元、透镜、光栅、如权利要求1-5任一所述的切换单元；其中，所述光纤阵列中入射端口的光束经过偏振转换单元后转换为两束线偏光，经过透镜成像到光栅上，不同波长分开不同的角度，再经过透镜成像到切换单元，不同波长的光被切换到不同端口，再经过相同的光路折回对应的射出端口中。
本发明的更进一步优选方案是：所述波长选择开关还包括设置在光纤阵列和偏振转换单元之间用于准直光束的透镜阵列。
本发明的更进一步优选方案是：所述波长选择开关还包括用于补偿色散的色散补偿镜。
本发明的有益效果是：通过控制第一半波液晶以及3/4波长液晶的电压，可以改变入射光的偏振态。两次入射到第一等间距分光镜的入射光的偏振态同为P时，出射到通道①；同为S时，出射到通道③，若两次分别为P和S偏振态，由于第一等间距分光镜的分光间距相等，以上两个偏振态均出射到通道②，即通过控制第一半波液晶以及3/4波长液晶的电压可实现3路光路的切换，具有结构简单，工艺流程简单的特点。
附图说明
图1是本发明实施例的三通道切换单元(PBS阵列)的结构示意图；
图2是本发明实施例的三通道切换单元(双折射晶体)的结构示意图；
图3是本发明实施例的六通道切换单元(PBS阵列)的结构示意图；
图4是本发明实施例的波长选择开关的结构示意图；
图5是本发明实施例的透镜整列和偏振转换单元的放大视图。
具体实施方式
本发明提供一种切换单元及波长选择开关，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供的一种切换单元100，一并参见图1至图5，其包括依次连接的第一半波长液晶1、第一等间距分光镜2、3/4波长液晶3、以及反射棱镜4；所述偏振光经第一半波长液晶1切换为P光或S光，所述P光或S光经过第一等间距分光镜2之后从不同位置出射，经过3/4波长液晶3变为圆偏光，再经过反射棱镜4折转光路返回，第二次经过3/4波长液晶圆偏光变为P光或S光，最后再次经第一等间距分光镜2的不同位置射出。通过控制第一半波液晶1以及3/4波长液晶3的电压，可以改变入射光的偏振态。两次入射到第一等间距分光镜2的入射光的偏振态同为P时，出射到通道①；同为S时，出射到通道③，若两次分别为P和S偏振态，由于第一等间距分光镜2的出光间距相等，以上两个偏振态均出射到通道②；即通过控制第一半波液晶以及3/4波长液晶的电压可实现3路光路的切换，具有结构简单，无需单独调节，工艺流程简单的特点。
进一步的，所述切换单元100还包括设置在第一半波长液晶1远离第一等间距分光镜2一侧用于对入射光进行信号衰减的衰减组件5。具体的，所述衰减组件5包括依次连接的第二半波长液晶51和偏振镜52；所述光束通过第二半波长液晶51分解为P光和S光，S光经过偏振镜52并射入第一半波长液晶1，P光被阻挡。通过增加衰减组件5对入射光进行信号衰减，可以保证切换单元100的正常工作，提高切换单元100工作的稳定性。
进一步的，所述第一等间距分光镜2为PBS阵列21或方形双折射晶体22。通过PBS阵列21或方形双折射晶体22即可实现等距分光，其中，PBS阵列21具有成本低的特点。
具体的，所述反射棱镜4的的横截面为等腰三角形。与不能对入射光进行全反射的普通棱镜相比，等腰直角三角形状的反射棱镜4可以对入射光线进行全反射，减少光信号的损耗，保证传递效率。
更进一步的，请参照图3，所述切换单元100还包括设置在第一等间距分光镜2靠近第一半波长液晶1一侧的用于增加光路切换通道的通道组件6。通过增加通道组件6，可以由于提高可切换的通道数，提高切换单元100的工作效果。具体的，所述通道组件6包括依次设置的第三半波长液晶61和第二等间距分光镜62，所述第二等间距分光镜62间距为第一等间距分光镜2间距的1/2；所述偏振光经第一等间距分光镜2射出后进入第三半波长液晶61，通过第三半波长液晶61调整偏振态后再从第二等间距分光镜62上不同的位置射出。通过将通道组件6设置为第三半波长液晶61和第二等间距分光镜62，其中第二等间距分光镜62间距为第一等间距分光镜2间距的1/2，即可实现三通道到六通道的转化，结构简单，生产成本低。在另外的实施例中，可以通过调节第二等间距分光镜62的分光距离从而增加通道的数量，例如设置第二等间距分光镜62的间距与第一等间距分光镜2间距相同时，可增加一个通道，即从三通道变成四通道。而通过调节第二等间距分光镜62的分光间距，还可以实现五通道的变化。
其中，所述第二等间距分光镜62的结构与第一等间距分光镜2相似，为PBS阵列或方形双折射晶体，不同点在于，第二等间距分光镜62的分光间距为第一等间距分光镜2间距的1/2。其中，所述PBS阵列21由多块PBS晶体组成，通过设置PBS晶体之间的间距可设置分光的间距。所述方形双折射晶体22的分光间距由方形双折射晶体22的厚度决定。
更进一步的，所述通道组件6设置有多个，所述多个通道组件6依次连接。本发明的通道组件6可根据用户的实际需求进行设置，当用户的端口需求较大时，可设置多个通道组件6进行端口的扩充，生产成本低，有效的提高用户体验。例如，设置两个通道组件6时，其中一个通道组件6的间距为第一等间距分光镜2的1/2，另一个的间距为第一等间距分光镜2的1/4，即可以实现12通道的端口转换，方便快捷。
请参照图4至图5，本发明实施例还提供一种波长选择开关，包括：设置有入射端口(图中未示出)和多个射出端口(图中未示出)的光纤阵列200、偏振转换单元300、透镜400、光栅500、如以上任一所述的切换单元100；其中，所述光纤阵列200中的光束经过偏振转换单元300后转换为两束线偏光，经过透镜400成像到光栅500上，不同波长分开不同的角度，再经过透镜400成像到切换单元100，不同波长的光被切换到不同端口，再经过相同的光路折回对应的射出端口中。本发明通过采用切换单元100可以实现更加低成本的实现光路切换，结构简单。
具体的，所述波长选择开关还包括设置在光纤阵列200和偏振转换单元300之间用于准直光束的透镜阵列600。本实施例中，所述透镜整列600中透镜的透镜数量与光纤阵列200中的光纤数量相对应，通过透镜与光纤即可组成准直器，对光束进行准直，保证波长选择开关的工作效果。
具体的，所述波长选择开关还包括用于补偿色散的色散补偿镜700。通过增加色散补偿镜700可以用于补偿色散，保证波长选择开关的工作效果。
本发明采用波长液晶加PBS阵列的方式进行光路转换，相对于现有技术的优势在于：
1、大尺寸的PBS阵列价格远远低于同尺寸的双折射晶体；
2、本发明多端口等间距依赖于PBS阵列厚度精度，而双折射晶体的间距依赖楔角的角度，而PBS阵列的厚度控制精度远远高于晶体角度精度，因此本发明更加容易实现等间距，生产难度低；
3、可以用端面平行的方形双折射晶体代替PBS阵列，但分开同样间距，PBS阵列所需厚度远远小于双折射晶体，光路更短，光斑更小则WSS的带宽参数更好；
4、可通过增加通道组件6实现更多通道的转化，生产成本低。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所述这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种切换单元，其特征在于，包括：依次连接的第一半波长液晶、第一等间距分光镜、3/4波长液晶、以及反射棱镜，所述反射棱镜的横截面为等腰三角形；偏振光经第一半波长液晶切换为P光或S光，所述P光或S光经过第一等间距分光镜之后从不同位置出射，经过3/4波长液晶变为圆偏光，再经过反射棱镜折转光路返回，第二次经过3/4波长液晶圆偏光变为P光或S光，最后再次经第一等间距分光镜的不同位置射出。
2.根据权利要求1所述的切换单元，其特征在于，所述切换单元还包括设置在第一半波长液晶远离第一等间距分光镜一侧用于对入射光进行信号衰减的衰减组件。
3.根据权利要求2所述的切换单元，其特征在于，所述衰减组件包括依次连接的第二半波长液晶和偏振镜；光束通过第二半波长液晶分解为P光和S光，S光经过偏振镜并射入第一半波长液晶，P光被阻挡。
4.根据权利要求1所述的切换单元，其特征在于，所述第一等间距分光镜为PBS阵列或方形双折射晶体。
5.根据权利要求1-4任一所述的切换单元，其特征在于，所述切换单元还包括设置在第一等间距分光镜靠近第一半波长液晶一侧的用于增加光路切换通道的通道组件。
6.根据权利要求5所述的切换单元，其特征在于，所述通道组件包括依次设置的第三半波长液晶和第二等间距分光镜，所述第二等间距分光镜的间距为第一等间距分光镜间距的1/2；所述偏振光经第一等间距分光镜射出后进入第三半波长液晶，通过第三半波长液晶调整偏振态后再从第二等间距分光镜上不同的位置射出。
7.一种波长选择开关，其特征在于，包括：设置有入射端口和多个射出端口的光纤阵列、偏振转换单元、透镜、光栅、如权利要求1-6任一所述的切换单元；其中，所述光纤阵列中入射端口的光束经过偏振转换单元后转换为两束线偏光，经过透镜成像到光栅上，不同波长分开不同的角度，再经过透镜成像到切换单元，不同波长的光被切换到不同端口，再经过相同的光路折回对应的射出端口中。
8.根据权利要求7所述的波长选择开关，其特征在于，所述波长选择开关还包括设置在光纤阵列和偏振转换单元之间用于准直光束的透镜阵列。
9.根据权利要求7所述的波长选择开关，其特征在于，所述波长选择开关还包括用于补偿色散的色散补偿镜。
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