一种新型全光开关装置的制作方法

本发明涉及光开关领域，特别涉及一种新型全光开关装置。

背景技术：

现今社会信息，通讯技术迅速发展，传统的电子元件中由于电子传输本身具有的局限性而很难满足网络带宽发展需求。相比之下基于光波的信息传输、光通信技术克服了电子传输的诸多不足，其中光开关作为全光交换的核心元件，是光通信与光信息处理技术领域研究的热点和难点之一。现有的传统光开关大多采用热效应、磁光效应或者电光效应实现光束的选通或关闭，开关速度无法进一步突破。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种新型全光开关装置，是基于光折变晶体的光折变效应设计的全光开关装置，本装置利用光折变晶体的光折变效应来实现对光的传输路线或者集成光路的光信号进行物理切换，具有结构简单，响应速度快，易于集成等优点。

本发明的目的采用以下技术方案实现：

一种新型全光开关装置，包括信号光源、光折变晶体、第一聚焦元件、遮光元件、第二聚焦元件、目标物和控制光源，所述信号光源用于向光折变晶体发出信号光，所述控制光源用于向光折变晶体发出控制光，所述光折变晶体、第一聚焦元件、遮光元件、第二聚焦元件和目标物沿信号光的传播方向依次布置。

通过采用上述技术方案，利用光折变晶体所产生的光折变效应，利用控制光照射光折变晶体，对信号光的传输路线进行物理切换，巧妙设置遮光元件对光路进行遮挡，实现开关关闭，而无控制光射入光折变晶体时，信号光通过光折变晶体后，经过第一聚焦元件，遮光元件，第二聚焦元件，到达目标物，实现开关开启。

作为本发明的进一步改进，所述的遮光元件位于第一聚焦元件的焦平面处。通过采用上述技术方案，遮光元件位于第一聚焦元件的焦平面，一方面，在信号光未发生偏转时，有利于信号光穿过遮光板，而若信号光发生偏转，则处于该位置的遮光元件能有效地对信号光进行遮挡。

作为本发明的进一步改进，所述的遮光元件上开设有可供信号光穿过的通孔。通过采用上述技术方案，通孔的设置，有利于信号光的穿过。而其他地方，可对信号光进行遮挡。

作为本发明的进一步改进，所述通孔处于第一聚焦元件的焦点位置处。通过采用上述技术方案，信号光若未发生偏转，则在第一聚焦元件的聚焦后，会巧妙地从焦点位置处的通孔中穿过。从而经第二聚焦后到达目标物，实现开关开启。

作为本发明的进一步改进，所述通孔位于遮光元件的中心位置处。通过采用上述技术方案，有利于各部件的同心设置，可有利于光路的传播。

作为本发明的进一步改进，所述信号光单独入射光折变晶体时，信号光的光路为依次经过第一聚焦元件、遮光元件中的通孔、第二聚焦元件，到达目标物。通过采用上述技术方案，无控制光的作用时，信号光可高效地到达目标物，实现开关开启。

作为本发明的进一步改进，所述信号光和控制光同时照射光折变晶体时，信号光的光路经过光折变晶体后偏转，经过第一聚焦元件聚焦后，到达遮光元件上的非通孔处，被遮光元件遮挡。通过采用上述技术方案，控制光可控制信号光经光折变晶体后产生偏转，从而使信号光不能通过遮光元件。

作为本发明的进一步改进，沿信号光传播方向，所述的第二聚焦元件与遮光元件之间的距离为第二聚焦元件的焦距。通过采用上述技术方案，信号光若通过遮光元件上的通孔，则第二聚焦元件距离遮光元件之间为第二聚焦元件的焦距，有利于信号光通过第二聚焦元件后还原为原始的经光折变晶体后的信号光，有利于高效触发开关。

作为本发明的进一步改进，所述控制光源向光折变晶体发出的控制光的传播方向垂直于所述信号光源向光折变晶体发出的信号光的传播方向。通过采用上述技术方案，有利于控制光对光折变晶体进行照射，以对信号光进行偏转控制。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：通过改变控制光的有无，就可以实现信号光的偏转，进而可以控制开关的状态。本发明的新型全光开关装置同时具有以下优点：

1、采用光折变晶体对光的偏转实现光的开关动作，响应时间快；

2、本装置采用全光控制光的开关状态，无需外加任何电场，磁场等，故操作简单，易于集成；

3、装置结构简单，稳定性好，整套装置只需要少数的光学元件即可实现光的开关过程，结构简单，稳定性好。

附图说明

图1为本发明提供的一种新型全光开关装置在开关开启状态下的原理示意图；

图2为本发明提供的一种新型全光开关装置在开关关闭状态下的原理示意图。

图中：1、信号光源；2、光折变晶体；3、第一聚焦元件；4、遮光元件；5、第二聚焦元件；6、目标物；7、控制光源；8、信号光；9、控制光。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“右”、“上”、“垂直”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

本实施例提供一种新型全光开关装置，参阅图1和图2，包括信号光源1、光折变晶体2、第一聚焦元件3、遮光元件4、第二聚焦元件5、目标物6和控制光源7，所述信号光源1用于向光折变晶体2发出信号光8，所述控制光源7用于向光折变晶体2发出控制光9，所述光折变晶体2、第一聚焦元件3、遮光元件4、第二聚焦元件5和目标物6沿信号光8的传播方向依次布置。具体的，如图1，信号光源1处于最左侧(即最前端)，信号光源1由前向后发射信号光8，光折变晶体2位于信号光源1的右侧(即后端)，第一聚焦元件3处于光折变晶体2的右侧，遮光元件4处于第一聚焦元件3的右侧，第二聚焦元件5处于遮光元件4的右侧，目标物6处于第二聚焦元件5的右侧，即目标物6处于最后端。控制光源7处于光折变晶体2的上侧。

遮光元件4位于第一聚焦元件3的焦平面处。遮光元件4上开设有可供信号光8穿过的通孔。通孔处于第一聚焦元件3的焦点位置处。通孔位于遮光元件4的中心位置处。

沿信号光8传播方向，所述的第二聚焦元件5与遮光元件4之间的距离为第二聚焦元件5的焦距。控制光源7向光折变晶体2发出的控制光9的传播方向垂直于所述信号光源1向光折变晶体2发出的信号光8的传播方向。

全光开关的设计原理是基于光折变效应对信号光的偏转。当光入射到光折变晶体上时，晶体中的施主杂质通过吸收光子而被电离，产生激发载流子，也就是说在导带中产生出电子或在价带中产生空穴；其次，通过漂移、扩散或光生伏打效应的作用，光激发载流子被扫进介质的暗区而被重新俘获，这时，介质内部形成了与光强的空间分布相对应的空间电荷场；最后，空间电荷场通过光电效应在介质内部形成了与光强对应的空间分布对应的折射率的变化。其具体的开关方式如下：

如图1所示，在只有信号光源1发出的信号光8入射，且无控制光源7发出的控制光9照射的情况下，未在光折变晶体2中产生激发载流子，故没有光折变效应，信号光8没有发生偏转，信号光8从光折变晶体2中沿光轴方向出射依次经过第一聚焦元件3，遮光元件4中通孔，第二聚焦元件5，最终到达目标物6，实现开关开启。

如图2所示，在有信号光源1发出的信号光8入射，且控制光源7发出的控制光9同时照射的情况下，光折变晶体2中产生激发载流子，通过漂移、扩散以及光生伏打效应的作用，被重新俘获，建立空间电荷场，形成折射率变化。从而信号光源1发出的信号光8经过光折变晶体2后，信号光8从晶体中出射方向会发生偏转，不再沿光轴传播，经第一聚焦元件3聚焦后，不通从遮光元件4中的通孔处穿出，而被遮光元件4的非通孔处遮挡，而无法到达目标物，实现开关关闭。

综上所述，本发明全光开关装置针对现有开关技术工艺复杂等问题，采用全光结构进行控制，具有结构简单，响应速度快，易于集成等特点，可对光路起到快速切换的功能，以此来大幅减小开关速度。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。