光束多路切换与分时合成方法技术

本发明专利技术公开了属于光学领域的涉及基于偏振控制的一种光束多路切换与分时合成方法。利用偏振控制元件和偏振分束片两种光学元件组成的光学装置实现偏振或非偏振光的多路切换；在位置序列上，每个偏振控制元件后面主光路上放置一块偏振分束片，并和控制器共同构成一个’单刀双掷’光开关；控制器按照控制逻辑驱动偏振控制元件改变输入光束的偏振态，并通过偏振分束片将输入光束切换到输出通道上的任何一路，来完成指定的光信息处理功能。应用该技术能够开发和制造光学多路切换开关、光学多路选择器、光学分频器及光学频率合成器等光学集成器件；同时，应用该技术还能开发和制造电控激光束扫描装置；本发明专利技术结构简单、易于制造，易于使用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光学领域，具体涉及基于偏振控制的一种光束多路切换与分时合 成方法。
技术介绍
波分复用技术(WDM)广泛应用于光纤通信领域，通过多波长耦合来实现多 波长光束的合成和传输；同时，通过波长分束来实现多波长的分离和多路输出波 长选择。在网络通信中，专利W02008/031452 Al介绍了一种利用波长选择开关 (wavelength selective switch)实现多路输入切换到多路输出即路由功能的 波分复用解决方案。对于单波长非偏振光，专利US7263250 Bl描述了一种由偏振分束片、全反 镜和偏振旋转器三种光学元件组成的立方体结构的光开关，可将非偏振光切换到 "立方体"左下角的两个固定方向。本专利技术利用偏振控制元件和偏振分束片两种光学元件组成的光学装置不仅 能够实现将偏振或非偏振光的多路切换，而且能够将光束切换到空间上的任意方 向；同时，本专利技术还能够实现光束多路选择、光学分频及光学频率合成等功能。 光学多路切换开关 一路输入对应多路输出。在控制元件作用下，能将输入 的光束(或光信号)切换到多路输出中的任何一路；在功能上相当于"一"切换 "多"的光学开关。光学多路选择器多路输入对应一路输出。在控制元件作用下，能将输入的 多路激光束信号中的任何一路切换到输出端；在功能上实现"多选一"。光学分频器 一路输入对应多路(或一路)输出。设输入激光脉冲信号的重频为/，在控制元件作用下，能在多路(或一路)输出端获得重频为Z的激光束脉冲信号，n取决于控制元件的时序；在功能上实现光信号的分频。光学频率合成器多路输入对应一路输出。设多路输入端的激光脉冲信号重 频均为/，在控制元件作用下，能在输出端获得重频为"/的激光束脉冲信号，II取决于多路输入的路数；在功能上实现光束的频率合成。并可获得高的平均功率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于一种，其特征在于，利用偏 振控制元件(电光晶体)和偏振分束片两种光学元件组成的光学装置实现偏振或 非偏振光的多路切换；在位置序列上，每个偏振控制元件后面主光路上放置一块 偏振分束片，并和控制器共同构成一个'单刀双掷'光开关；控制器按照控制逻 辑驱动偏振控制元件改变输入光束的偏振态，并通过偏振分束片将输入光束切换 到输出通道上的任何一路，来完成指定的光信息处理功能。所述偏振分束片与主光轴夹角45° ，偏振分束片摆放位置绕主光轴旋转可将 输出光导向垂直或近似垂直于主光轴平面的任何方向。所述'单刀双掷'光开关在主光轴上多个级联构成了一个 <单刀多掷，光 开关，将一个输入光束切换到多个输出端中的任意一个，实现光束的多路切换， 构成光学多路切换开关；或对输入脉冲光进行脉冲选择，并切换到多个输出端中的任意一个。所述'单刀多掷'光开关，分时切换到多个输出端，实现脉冲输入光束的分 频，构成光学分频器；或将多个输入光束有选择地切换到输出端，实现光束的多 路选择，构成光学多路选择器；或将多个脉冲输入光束分时切换到输出端，实现 频率合成，构成光学频率合成器。所述多个偏振分束片构成光学装置的光输出通道；实现光束多路切换、光束 多路选择或脉冲光束分频及频率合成的光信息处理功能，从而能够开发和制造光 学多路切换开关、光学多路选择器、光学分频器及光学频率合成器等光学集成器 件；同时，应用该技术还能开发和制造电控激光束扫描装置。所述偏振控制元件为电光晶体偏振器或法拉第旋转器作为近似^波片的偏2振控制器。所述输入光束为脉冲的或连续的光束，输入光束是线偏振光，或是非偏振光. 同时，输入光束是相干光或是非相干光。所述输入光束为单波长或是多波长。本专利技术的有益效果是提供了基于偏振控制的光束多路切换与分时合成技术， 通过该技术能够实现光束多路切换、光束多路选择、脉冲光束分频及频率合成等 光信息处理功能，应用该技术能够开发和制造光学多路切换开关、光学多路选择 器、光学分频器及光学频率合成器等光学集成器件；同时，应用该技术还能开发 和制造电控激光束扫描装置；本专利技术结构简单、易于制造，易于使用。附图说明图l、图2是本专利技术的原理框图。图3、图4和图5是本专利技术的实施例示意图；具体实施方式本专利技术的目的在于一种。基于偏振控制的光束多路切换技术，主要包括偏振控制元件、偏振分束片、和控制器。本专利技术在具 体实施方式中采用电光晶体的j波片作为偏振控制元件，同时采用激光器作为光束源，以此为例来阐述本专利技术的设计思想，并不用以局限本专利技术。凡在本专利技术的 精神和原则之内所做的任何修改、等同替换等，均应包含在本专利技术的保护范围之 内。以下结合附图对本专利技术的具体实施过程作进一步的说明本专利技术的光束多路切换技术的原理框图如图l所示，光学多路切换开关仅由 图1中实线各部分组成；光学分频器包括图1中的实线和虚线部分。光束多路切换由控制驱动器l生成'单刀多掷'的光开关4所需的控制逻 辑状态，并通过控制驱动器1对电光晶体施加半波电压C/^来控制光开关4的取向，进而可将作为输入光的第一光束3切换到输出端作为输出光的第二光束5、 第三光束6、直到第m光束m上的任意一个光输出端，从而实现光束的多路切换， 构成光学多路切换开关。光学分频对于固定重频/的脉冲序列，控制驱动器1设定分频系数n并生 成'单刀多掷'的光开关4所需的控制时序；探测器2对输入光的第一光束3进 行脉冲采样并将采样电信号送入控制驱动器1;控制驱动器1根据分频系数n、脉冲采样信号和控制时序，有选择地将输入光的第一光束3脉冲切换到指定的输 出端作为输出光的第二光束5、第三光束6、直到第m光束m中的任意一个光输出端上，实现单一输出的Z分频；也可以有选择地将输入光脉冲分时切换到输出端输出光的第二光束5、第三光束6、直到第m光束m中的任意几个光输出端上，实现多路输出的Z分频。本专利技术的光束分时合成技术的原理框图如图2所示，光学多路选择器仅由图 2中实线各部分组成；光学频率合成器包括图2中的实线和虚线部分。光束多路选择器光束进出方向与图1所示的光学多路切换开关和光学分频 器的光束进出方向相反；同样由控制驱动器l生成'单刀多掷'光开关4所需的 控制时序，并通过控制驱动器1对电光晶体施加半波电压C/,"来控制光开关4的 取向，进而将图2上所示的作为输入光束的第二光束5、第三光束6、直到第m 光束中的任意一个切换到输出端作为输出光的第一光束3，从而实现光束的多路 选择，构成光学多路选择器。光学频率合成对于多路输入固定重频的脉冲序列，控制驱动器l生成频率 合成时序，并据此生成^单刀多掷'光开关4所需的控制时序；探测器2对作为 输入光束的第二光束5、第三光束6、直到第m光束进行脉冲采样并将釆样电信 号送入控制驱动器l;控制驱动器1根据脉冲采样信号和控制时序，有选择地将 多路输入光束脉冲切换到指定的输出端作为输出光的第一光束3，实现光学频率 合成。图2是按照光束可逆原则设计，与图1相比，不同点在于 一是应用上光的 输入、输出反向，即多路输入对应一路输出；二是实现的功能不同。偏振控制元 件和偏振分束片在功能上同样构成'单刀双掷'的光开关4，通过这些切换单元 可将多路输入中的任何一路切换到输出端；也可将多路输入光束分时切换到输出端。图3所示为图1所示的光束多路切换技术原理的具体实施例示意图，光学多路切换开关仅由图3中实线各本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光束多路切换与分时合成方法，其特征在于，利用偏振控制元件和偏振分束片两种光学元件组成的光学装置实现偏振或非偏振光的多路切换；在位置序列上，每个偏振控制元件后面主光路上放置一块偏振分束片，并和控制器共同构成一个‘单刀双掷’光开关；控制器按照控制逻辑驱动偏振控制元件改变输入光束的偏振态，并通过偏振分束片将输入光束切换到输出通道上的任何一路，来完成指定的光信息处理功能。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：巩马理，王巍，张海涛，闫平，柳强，黄磊，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]