一种动态能量分配器的制作方法

本发明涉及光通讯技术领域，尤其涉及一种动态能量分配器或光开关。

背景技术：

光能量分配器（或称光开关）按照不同通道进行分配或开关在光通讯系统、光网络系统和光纤测传感中有重要的应用，主要实现光信号的切换和强度的调整。

在光纤网络中，为了将信息进行更好的分配和切换，需要将光信号传输给不同的线路，在高速光信号传递过程中，由于光电/电光转换速度慢的原因，为了实现高效的转换和传输，最好是光信号的直接切换。

根据工作原理，光开关或光能量分配器可分为机械式和非机械式，机械式主要缺点是响应速度慢，非机械式有电光、磁光和MEMS（Micro Electro Mechanical Systems微机电系统）等，但主要应用在光开关中，对光能量在多通道中动态分配的应用很少。

现有技术如专利CN103885265A中，公开了一种光开关或光可变光学衰减器采用随温度改变光折射率改变的光学元件，并利用TEC（Thermo Electric Cooler半导体致冷器）等温度控制器进行温度控制和改变，来控制光折射率方向，实现光路切换或光强衰减。其缺点是需要改变温度，响应速度慢，并且不能实现多通道间能量的动态分配。

技术实现要素：

为了克服现有技术中存在的问题，本发明提供一种能够实现多通道的光能量任意比例动态分配器。

为了实现上述发明目的，本发明公开一种动态能量分配器，其特征在于，包括：至少一分束单元，该分束单元包括一旋光晶体和分光单元，该旋光晶体用于接收一线偏振光并改变该线偏振光的能量比例；该分光单元接收该第一旋光晶体的出射光并按能量比例分离为两束偏振输出光。

更进一步地，该分束单元通过级联实现2ⁿ通道的光能量分配，n为自然数。

更进一步地，该旋光晶体为电光晶体或磁光晶体，该电光晶体根据被施加的电压大小改变该线偏振光的偏振角度；该磁光晶体根据被施加的磁场大小改变该线偏振光的偏振角度。

更进一步地，该分光单元是双折射晶体或偏振分光棱镜。

更进一步地，该双折射晶体由以下材料中的一种或多种组成：YVO4，TiO2，CaCO3，LiNbO3。

更进一步地，该动态能量分配器还包括至少一偏振片，该两束偏振输出光经该偏振片后输出。

更进一步地，该动态能量分配器还包括至少一偏振片，该2ⁿ束偏振输出光经该偏振片后输出。

更进一步地，该旋光晶体和分光单元为菱形结构，以减少光串扰。

更进一步地，该旋光晶体和分光单元的入射面包括一增透膜。

更进一步地，该2ⁿ通道中的任意一项输出的光能量分配比例为0%至100%。

与现有技术相比较，本发明的技术有点如下：

第一、本发明可以实现多通道的光能量任意比例动态分配。本发明的全部元件均为纯光学元件，因此具有响应速度快的优点。

第二、由于整个发明结构中没有机械等可移动的部件，因此具有更高的稳定性和可靠性。

第三、本发明的光输入和输出可以采用准直器实现光耦合到光纤中，可以很容易地与现有的光通讯技术相结合。

附图说明

关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。

图1是本发明所示出的动态能量分配器第一实施例的结构示意图；

图2是本发明所示出的动态能量分配器第一实施例中增加光隔离度的结构示意图；

图3是本发明所示出的动态能量分配器第二实施例的结构示意图；

图4是本发明所示出的动态能量分配器中电光晶体的曲线特性示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施例。

本发明的目的在于提供一种能够实现多通道的光能量任意比例动态分配器。

该装置的工作原理是，将入射光（线偏振光）利用在电光晶体上加不同的电压而改变光的偏振方向，通过双折射晶体后将光分离为具有一定距离的两束偏振态光，通过改变电光晶体上的电压，可以动态的改变经过双折射晶体的两束光的能量比例，从而进行入射光的能量动态分配或开关，以此类推，通过级联的方式实现多通道的能量动态分配或开关，例如16通道，32通道等等。由于整个发明结构中没有机械等可移动的部件，因此具有更高的稳定性和可靠性。

为了实现上述发明目的，本发明提供一种动态能量分配器或光开关，包括用于改变光偏振态的电光晶体，利用电压驱动电光晶体产生的旋光特性将输入的线偏振光偏振方向进行动态的改变，用于偏振分光的双折射晶体或偏振分光棱镜，将入射到其上的偏振光根据偏振态分为两种线偏振光，并且两种线偏振光分开一定的距离或角度，通过上述两个器件的级联组合，实现不同通道数目的动态能量分配器或光开关，通过分别调整电光晶体上的电压进行光偏振方向进行不同程度的旋转，并结合双折射晶体或偏振分光棱镜的分光作用，实现通道间的能量比例任意分配。

特别地，为了适应不同偏振态的光输入，在光输入前可以利用双折射晶体对入射光进行偏振处理。另外，为了提高光能量分配的隔离度和减小能量损耗，可以在所有光学件表面镀增透膜或者将光学器件做成菱形状，并在双输出端加入偏振片进行隔离。详细方法见实施例中的说明。

为了应用在光通讯中，光输入和输出可以采用准直器实现光耦合到光纤中。

图1为本发明动态能量分配器或光开关实施例1的结构示意图，输入光101为线偏振光，线偏振光101经过电光晶体102后的偏振态与加在电光晶体102上的电压有关，可以通过改变加在电光晶体102上的电压大小改变入射光101的偏振态，双折射晶体103根据入射光的偏振态将入射光分离为寻常光104和非寻常光105两束有一定间距的偏振光，这两束偏振光再次经过电光晶体106,107进行光的偏振态改变，经过双折射晶体108将两束光束分离为4束，以此类推经过电光晶体109和双折射晶体110后，可以实现1分8的光束分束，从而实现光能量在8路中的动态分配或光开关，最终实现8路光输出112，为了提高光隔离度可以在光输出前端加偏振片111或者在电光晶体102、106、107、109等和双折射晶体103、108、110等上面镀增透膜处理。

并通过以上原理的级联方式，可以实现1分N的光束分束。

偏振光104和105分开的距离与双折射晶体103的晶轴方向，材料和厚度有关，例如采用ADP晶体，寻常光折射率No＝1.5246，非寻常光折射率Ne＝1.4792，光轴与表面成45度角，入射光垂直表面入射，厚度为1mm，则寻常光和非寻常光在晶体内部的夹角为分开的距离为tan0.9413°X1＝0.016mm。

图2是本发明动态能量分配器或光开关实施例1中增加光隔离度的结构示意图，为了增加隔离度，防止光信号在通道间串扰，可以将电光晶体202和双折射晶体203设计为菱形结构，以减小器件反射面引起的通道间的光串扰。201为输入光，202为电光晶体，203为双折射晶体，204为寻常光，205为非寻常光。

图3是本发明动态能量分配器或光开关实施例2的结构示意图，输入光301为线偏振光，线偏振光301经过电光晶体302后的偏振态与加在电光晶体302上的电压有关，可以通过改变加在电光晶体302上的电压大小改变入射光301的偏振态，偏振分光棱镜PBS 303根据入射光的偏振态将入射光分离为P光304和S光305两束光，这两束偏振光再次分别经过电光晶体306、308后进行光的偏振态改变，经过偏振分光棱镜309、307后将光束分离为4束，可以实现1分4的光束分束，以此类推通过相同原理的级联方式，可以实现1分N的光束分束，从而实现光能量在N路中的动态分配或光开关，最终实现N路光输出304，为了提高光隔离度可以在光输出前端加偏振片或者在电光晶体302、306、308等和偏振分光棱镜303、307、309等上面镀增透膜处理。

图4是本发明动态能量分配器或光开关实施例中电光晶体的曲线特性示意图，入射光经过电光晶体后的偏振角度改变量随着电光晶体上所加电压的增加而变大，在应用中为了实现光能量的分配和开关，需要将光偏振态变化量改变最小90度，这与电光晶体的材料，体积和所加电压大小有关

本说明书中所述的只是本发明的较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。