在WSS中实现偏振转化的光学器件、偏振转化器、WSS结构的制作方法

本实用新型涉及光学器件领域，尤其是在WSS中实现偏振转化的光学器件、偏振转化器、 WSS结构。

背景技术：

波长选择开关(Wavelength Selection Switch，WSS)是新一代ROADM技术的核心器件，其实现方案有MEMS和PLC两种，其中前者凭借其低插损，高带宽的优异性能占据主流的商用市场，其简要结构如图1所示，偏振转化器作为其中不可或缺的一个元件，传统的方案是双折射晶体9加波片10的构成形式，原理如图2所示，光通过双折射晶体(通常是方解石或者YVO4)分为O光和E光，二者呈正交偏振态且以特定角度走离，走离后的E光再经过一个1/2波片，将偏振态转为和O光一致，最终合光，实现将随机偏振光转化为单一的线偏振光的功能，这种方案是靠走离角分光，走离角较小的情况下，晶体就要足够“长”，同时考虑多通道应用，则晶体就要足够“宽”，综合考虑晶体就要生长得更大更均匀，这就增加了晶体的工艺难度和成本；使其在进一步拓展应用和开发上存在了技术上的局限约束。

技术实现要素：

针对现有技术的情况，本实用新型的目的在于提供一种结构简单、实施可靠且体积小、易加工、低成本和拓展应用便利的在WSS中实现偏振转化的光学器件、偏振转化器、WSS 结构。

为了实现上述的技术目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种在WSS中实现偏振转化的光学器件，其包括透光玻璃、半波片和偏振分光棱镜，所述的偏振分光棱镜中设有将其出射面分为上下部分的偏振分光膜，所述的透光玻璃设于偏振分光棱镜出射面的上部，所述的半波片设于偏振分光棱镜出射面的下部，所述偏振分光棱镜的下端面设有反射膜；

当信号光由偏振分光棱镜的入射面水平射入至偏振分光膜上时，被分为偏振态不同的P 光和S光，其中，P光透过偏振分光膜并从出射面上部透过透光玻璃水平射出；S光被偏振分光膜反射并射入到偏振分光棱镜下端面，继而被其下端面的反射膜再次反射，且射入到出射面下部的半波片上，经过半波片后的S光偏振态发生改变，转化为P光并水平输出，实现将信号光转化为单一线偏振光。

进一步，所述的半波片和透光玻璃均为胶合固定在偏振分光棱镜上形成一体。

进一步，所述的反射膜为偏振分光膜或高反膜，所述偏振分光棱镜的上端面设有偏振分光膜或高反膜。

一种在WSS中实现偏振转化的偏振转化器，其包括由若干个上述所述的光学器件相互叠置形成的偏振分光棱镜组，光学器件的出射面设有半波片的部分均位于同一侧，设有透光玻璃的部分亦均位于同一侧，所述的偏振转化器还包括准直光纤阵列和光束压缩透镜，所述的偏振分光棱镜组设于准直光纤阵列和光束压缩透镜之间，且准直光纤阵列输出的光信号分别对应偏振分光棱镜组的其中一光学器件的入射面；

当准直光线阵列将若干光信号对应传输至偏振分光棱镜组的光学器件的入射面时，光信号被转化为单一线偏振光并水平输出，然后再射入至光束压缩透镜，由光束压缩透镜将同一光学器件输出的两束水平信号光转化成具有一定夹角的两束光且形成共聚焦点。

进一步，所述的偏振分光棱镜组为2^N个光学器件相互叠置形成，其中N为大于1的整数。

进一步，所述的准直光纤阵列由若干根光纤和与光纤一一对应且正对设置的若干个自聚焦透镜组成。

进一步，所述的准直光纤阵列由若干个光纤和与光纤一一对应连接的若干个光纤准直器组成。

一种基于MEMS微镜阵列的WSS结构，其包括上述所述的偏振转化器，其还包括分析透镜、衍射光栅和MEMS微镜阵列，所述的偏振转化器、分析透镜、衍射光栅依序设置，所述的MEMS微镜阵列设于分析透镜接近偏振转化器的端面一侧；

当光信号输入偏振转化器后，光信号被偏振转化器转化成单一线偏振的信号光并射入分析透镜后，形成准直光束，然后射入到衍射光栅上，其中，不同波长的信号光被衍射光栅衍射成不同角度并反射回分析透镜上，再经分析透镜射出后，入射至MEMS微镜阵列的不同透镜单元上，MEMS微镜阵列上的透镜单元形成与入射至其表面的不同波长的信号光相适应的偏转角度，将不同波长的信号光被反射回分析透镜并依序经由衍射光栅、分析透镜后，射回偏振转化器，并由偏振转化器将射回的光信号转化回原偏振态并耦合进对应的输出端口。

一种波长选择开关，其包括上述所述的一种基于MEMS微镜阵列的WSS结构。

一种光学系统，其包括上述所述的一种波长选择开关。

采用上述的技术方案，本实用新型相较于现有技术而言，其具有的有益效果为：通过对半波片和偏振分光棱镜的有机结合，形成一种新颖的光学器件，该器件可以实现将随机偏振光转化为单一偏振光的功能，与传统波长选择开关中的晶体加波片的结构相比，具有低成本、易加工、可扩展等优点，在WSS领域具有广阔的商用前景，另外，采用偏振分光棱镜加半波片的形式组成的光学器件还具有结构简单且尺寸可以做大，不存在晶体中存在的尺寸瓶颈问题，通过镀膜和装配，光束偏离和IL也能控制得很小，性能和成本上都大大优于传统的晶体加波片方案，而且可以将其叠置作为多通道的偏振转化器进行应用，并可将该偏振转化器用于波长选择开关(WSS)中。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步的阐述：

图1为基于MEMS微镜阵列的WSS结构简要示意图；

图2为现有技术中采用晶体加波片的偏振分光光学器件简要结构示意图；

图3为本实用新型方案的光学器件的简要实施结构之一的示意图；

图4为本实用新型方案的若干个光学器件进行叠置的其中一视角剖切示意图；

图5为本实用新型方案的若干个光学器件进行叠置的另一视角结构示意图；

图6为将本实用新型方案应用于在WSS中实现偏振转化的偏振转化器的实施示意图。

具体实施方式

参见3所示，本实用新型在WSS中实现偏振转化的光学器件，其包括透光玻璃4、半波片3和偏振分光棱镜1，所述的偏振分光棱镜1中设有将其出射面分为上下部分的偏振分光膜2，所述的透光玻璃4设于偏振分光棱镜1出射面的上部，所述的半波片3设于偏振分光棱镜1出射面的下部，所述偏振分光棱镜1的下端面设有反射膜；

当信号光由偏振分光棱镜1的入射面水平射入至偏振分光膜2上时，被分为偏振态不同的P光和S光，其中，P光透过偏振分光膜2并从出射面上部透过透光玻璃水平射出；S光被偏振分光膜2反射并射入到偏振分光棱镜1下端面，继而被其下端面的反射膜再次反射，且射入到出射面下部的半波片3上，经过半波片3后的S光偏振态发生改变，转化为P光并水平输出，实现将信号光转化为单一线偏振光。

其中作为半波片3和透光玻璃4的一种固定形式，进一步，所述的半波片3和透光玻璃4 均为胶合固定在偏振分光棱镜1上形成一体。

进一步，所述的反射膜为偏振分光膜或高反膜，所述偏振分光棱镜的上端面设有偏振分光膜或高反膜，当反射膜采用偏振分光膜时，可以便于多个光学器件进行叠置组合成一个阵列结构，结合如图4或5所示。

图3所示结构的简要加工方法如下：

1.设计&加工PBS

PBS的作用是将随机偏振光分为S光和P光，其中S光反射，P光透射，通过镀膜实现；本专利定义Rs>99.8％，Tp>98％@1525～1568nm。

2.设计&加工半波片

半波片的作用是将S光转化为P光；本专利采用石英晶体，延迟度控制在 1/2Lambda+/-1/500Lambda@1545nm，加工时注意控制平行度和透过波前。

3.设计&加工普通玻璃片

普通玻璃片与半波片相对，不改变偏振态即可；本专利采用均匀性较好的H-K9L优等品，加工时注意控制平行度和透过波前。

4.胶合

胶合步骤是将上述三种元件用折射率匹配的胶水贴合起来，首先是PBS阵列的胶合(根据通道数量贴合不同单元的PBS)，然后再贴合上普通玻璃片和半波片。

5.镀膜

镀膜是在出射面和入射面完成的，目的是减少IL，注意以长条的状态镀膜以节约成本。

6.切割

切割是最后一道工序，将上述胶合镀膜后的长条进行切割，最终成为成品；切割注意崩边和侧垂控制，以保证更大的CA。

参见图6所示，其示出了本实用新型光学器件应用于在WSS中实现偏振转化的偏振转化器，其包括由若干个上述所述的光学器件71相互叠置形成的偏振分光棱镜组7，光学器件71 的出射面设有半波片的部分均位于同一侧，设有透光玻璃的部分亦均位于同一侧，所述的偏振转化器还包括准直光纤阵列和光束压缩透镜3，所述的准直光纤阵列由若干根光纤1和与光纤1一一对应且正对设置的若干个自聚焦透镜2组成；但准直光纤阵列的实施形式并不局限于这一种，还可以由若干个光纤和与光纤一一对应连接的若干个光纤准直器组成；所述的偏振分光棱镜7组设于准直光纤阵列和光束压缩透镜3之间，且准直光纤阵列输出的光信号分别对应偏振分光棱镜组7的其中一光学器件71的入射面；

当准直光线阵列将若干光信号对应传输至偏振分光棱镜组7的光学器件71的入射面时，光信号被转化为单一线偏振光并水平输出，然后再射入至光束压缩透镜，由光束压缩透镜将同一光学器件输出的两束水平信号光转化成具有一定夹角的两束光且形成共聚焦点。

其中，偏振分光棱镜组7中的光学器件71数量可根据需要进行设置，所述的偏振分光棱镜组7可以为2^N个光学器件71相互叠置形成，其中N为大于1的整数。

在图6基础上，结合图1，将图6的实施结构替换图1中标号为1、2的部件，形成新的基于MEMS微镜阵列的WSS结构，其包括上述所述的偏振转化器，其还包括分析透镜4、衍射光栅5和MEMS微镜阵列6，所述的偏振转化器、分析透镜4、衍射光栅5依序设置，所述的MEMS微镜阵列6设于分析透镜4接近偏振转化器的端面一侧；

当光信号输入偏振转化器后，光信号被偏振转化器转化成单一线偏振的信号光并射入分析透镜4后，形成准直光束，然后射入到衍射光栅5上，其中，不同波长的信号光被衍射光栅5衍射成不同角度并反射回分析透镜4上，再经分析透镜4射出后，入射至MEMS微镜阵列6的不同透镜单元上，MEMS微镜阵列6上的透镜单元形成与入射至其表面的不同波长的信号光相适应的偏转角度，将不同波长的信号光被反射回分析透镜并依序经由衍射光栅5、分析透镜4后，射回偏振转化器，并由偏振转化器将射回的光信号转化回原偏振态并耦合进对应的输出端口。

本实用新型方案的光学器件所形成的偏振转化器并不局限与上述所述的拓展，其还可以进一步扩大用于波长选择开关或光学系统中。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。