[发明专利]一种折叠型M×N端口波长选择开关的实现方法

说明书

本发明公开了一种折叠型M×N端口波长选择开关的实现方法。本发明沿着光束传输方向依次包括：一维单模光纤准直器阵列、短焦柱面镜、第一长焦柱面镜、反光镜、透射式相位衍射光栅、第二长焦柱面镜、液晶空间光调制器以及液晶图形加载控制系统；本发明通过在光学系统中利用巧妙的折叠结构使入射光与出射光使用同一套光学元件，该结构使光信号的输入端口与输出端口在空间排布上保持一致，节约空间的同时提高了端口利用率；采用复合液晶芯片使液晶空间光调制器的工作面积成倍提高，大大扩展了可容纳端口的数量；因此采取以上结构与设计能够实现波长选择开关M×N端口数量的大幅增加。

技术领域

本发明涉及光通信与光学信号处理领域，具体涉及一种折叠型M×N端口波长选择开关的实现方法。

背景技术

近年来，5G接入网、多媒体业务与人工智能等技术的兴起促进了光网络带宽需求的持续增长，由于传统光通信网内各个交换节点使用的光-电-光转换技术会受到电子迁移速率的限制，在高速通信过程中传统光通信网会出现带宽限制、响应速度慢、时钟偏移、高功耗等“电子瓶颈”现象而逐渐无法满足未来通信网中交换容量的巨幅攀升，因此构建下一代基于波长交换的智能化全光网是未来通信网发展“光进电退”的必然趋势。在全光网的建设中，波长选择开关作为全光交换节点的核心器件，能够最大化利用光纤的带宽资源且不受电器件响应速度的限制，在大大提高信号传输吞吐量的同时还能够对不同速率、协议、调制频率与制式的信号同时兼容并保证传输质量。近10余年来的研究与发展结果表明，波长选择开关(WSS，wavelength selective switch)是目前唯一具有强大信号处理功能的全光信号处理与交换设备，已成为当前和未来对全球光网络进行全光化和智能化改造不可或缺的重要基础性设备，受到了国际范围内各研究机构以及器件与设备供应商的广泛关注。

作为光交换节点中核心器件的M×N端口的波长选择开关通常具有M个光信号输入端口和N个光信号输出端口，可以实现将M个输入端口的某个端口光信号中任意一个或一组波长信号从N个输出端口中的任意一个或多个端口输出的功能。近年来国内外主要研究机构包括Finisar、Lumentum、华为等公司都已将利用液晶空间光调制器搭建M×N端口的波长选择开关纳入了主要研发计划，但目前为止尚无商品化的M×N端口的波长选择开关，M×N端口波长选择开关技术方案中面临着液晶芯片尺寸限制、输入/输出端口相互独立导致的端口数量不足、光路结构复杂、插入损耗大等关键技术难题，目前尚无令人满意的技术方案和实验结果。

发明内容

针对目前已有M×N端口WSS技术方案中液晶芯片尺寸限制、输入/输出端口相互独立导致的端口数量不足、光路结构复杂、插入损耗大等关键技术难题，本发明提出了一种折叠型M×N端口波长选择开关的实现方法。

本发明的折叠型M×N端口波长选择开关的实现方法，包括以下步骤：

1)光路搭建：

a)沿着光束传输方向依次设置：一维单模光纤准直器阵列、短焦柱面镜、第一长焦柱面镜、反光镜、透射式相位衍射光栅、第二长焦柱面镜、液晶空间光调制器以及液晶图形加载控制系统；

b)一维单模光纤准直器阵列中包括M+N个单模光纤准直器，所有单模光纤准直器沿x轴方向排列成一维阵列，M个单模光纤准直器作为输入端口，N个单模光纤准直器作为输出端口，每个输入端口和输出端口的光束传输方向均沿z轴方向；

c)短焦柱面镜和第一长焦柱面镜的母线均位于xz平面上，z轴分别穿过短焦柱面镜与第一长焦柱面镜的母线，短焦柱面镜和第一长焦柱面镜组成光学4f系统；

d)透射式相位衍射光栅的表面沿其中线平分为两个相同且对称的第一透射区域和第二透射区域，透射式相位衍射光栅的中线沿x轴方向，第一透射区域的中线与第一长焦柱面镜的母线居中对齐，第一透射区域的中线沿x轴方向；

e)透射式相位衍射光栅表面的中线与第二长焦柱面镜的母线和液晶空间光调制器表面的中线居中对齐；