[发明专利]基于偏振分束双衍射光栅的多端口波长选择开关及其方法

权利要求书

1.一种基于偏振分束双衍射光栅的多端口波长选择开关，其特征在于，所述多端口波长选择开关包括：一维单模光纤阵列、微透镜阵列、双胶合透镜、偏振分束组合、第一透射式相位衍射光栅、第二透射式相位衍射光栅、柱面镜、液晶空间光调制器以及液晶图形加载控制系统；其中，所述液晶空间光调制器连接至液晶图形加载控制系统；所述一维单模光纤阵列包括沿y轴一维排列的多个光纤端口，一维单模光纤阵列的中心为输入光纤端口，除中心以外的其余光纤端口均为输出光纤端口；所述微透镜阵列包括多个微透镜，每一个微透镜与一维单模光纤阵列中的光纤端口严格对准并一一对应；沿z轴传输的连续的输入光经位于一维单模光纤阵列中心的输入光纤端口输入；经位于微透镜阵列中心的微透镜汇聚后，转变为发散的高斯光束；由双胶合透镜将发散的高斯光束进行准直为平行光；再经偏振分束组合将平行光分成第一光束与第二光束，第一和第二光束均为S偏振并保持平行沿z轴传播，沿x方向上分开具有距离差，分别入射到第一和第二透射式相位衍射光栅，第一和第二透射式相位衍射光栅沿z轴具有距离差，对偏振分束组合分光时第一光束与第二光束走过的不同光程进行补偿；第一和第二透射式相位光栅分别对第一光束和第二光束中所包含的各种不同波长光在xz平面以不同的角度色散至柱面镜；柱面镜的光轴位于第一光束和第二光束的中间，柱面镜将第一光束和第二光束色散后的不同波长的光转变为相互平行的平行光束，并将光束中单一波长光的圆形光斑压窄为椭圆光斑，然后投射至液晶空间光调制器上，同一光束中的不同波长的平行光束投射至液晶空间光调制器的不同像素区域，第一和第二光束中相同波长的光束投射至液晶空间光调制器的相同像素区域；通过液晶图形加载控制系统在液晶空间光调制器的不同波长所对应的像素区域上加载相位全息光栅，使不同波长的光束的反射光在yz平面上产生衍射效应，通过加载不同的相位全息光栅来改变反射光中一级光衍射角的角度；调节了衍射角后的各个不同波长的第一光束的一级衍射光沿着第二光束到达液晶空间光调制器的方向返回；调节了衍射角后的各个不同波长的第二光束的一级衍射光沿着第一光束到达液晶空间光调制器的方向返回；第一光束的返回光经柱面镜后，经第二透射式相位衍射光栅逆色散，至偏振分束组合；第二光束的返回光经柱面镜后，经第一透射式相位衍射光栅逆色散，至偏振分束组合；偏振分束组合进行合束，合束后由双胶合透镜补偿色差并在yz平面上与入射光束保持平行，在双胶合透镜前不同波长的光在y轴方向上具有不同的角度，通过双胶合透镜后变成互相平行的平行光束，不同波长的平行光束沿y轴相互平行排列；然后传播到微透镜阵列上，由微透镜阵列中相对应的微透镜耦合至一维光纤阵列中对应的输出光纤端口，从而利用在液晶空间光调制器不同的像素区域上加载相位全息光栅来调整返回光中不同波长光的一级衍射光的衍射角，实现对任意波长通道和任意带宽光信号至特定输出光纤端口的方向指派，在不影响y轴方向上端口数量和尺寸的情况下完成了对两个偏振态的独立转换，并利用第一和第二透射式相位衍射光栅沿z轴的前后摆放位置来补偿偏振分束时两束光不同的光程差，利用一个柱面镜使第一和第二光束共用液晶空间光调制器的同一区域并使两束光的反射光形成完全对称的回路，两束光互为回路，从而两束光的光程相同。

2.如权利要求1所述的多端口波长选择开关，其特征在于，所述偏振分束组合采用偏振分束棱镜、光路转换镜和半波片的组合；其中，由双胶合透镜将发散的高斯光束进行准直为平行光，经偏振分束棱镜将平行光分成第一光束与第二光束，第一光束为S偏振态沿x轴传播，第二光束为P偏振态沿z轴传播；第一光束通过光路转换镜反射沿z轴传播，第二光束沿z轴通过半波片转换为S偏振态；或者，偏振分束组合采用双折射晶体和半波片的组合；其中，由双胶合透镜将发散的高斯光束进行准直为平行光，经双折射晶体后，产生两束平行传输的光束，第一光束为S偏振，第二光束为P偏振，第二光束再经半波片后转换为S偏振。

3.如权利要求2所述的多端口波长选择开关，其特征在于，所述光路转换镜采用反射镜或直角棱镜。

4.如权利要求1所述的多端口波长选择开关，其特征在于，所述液晶空间光调制器采用硅基液晶LCoS，LCoS的表面为二维像素阵列；通过液晶图形加载控制系统在像素上加载灰度图形，从而形成相位全息光栅，对入射到相应像素上的光束产生衍射效应，通过控制加载的相位全息光栅实现调整一级衍射光衍射角的作用。

5.如权利要求1所述的多端口波长选择开关，其特征在于，所述微透镜阵列和液晶空间光调制器分别位于双胶合透镜两侧的焦平面上。