一种基于液晶光栅光开关的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及通信领域，尤其涉及一种基于液晶光栅的光开关。
【背景技术】
[0002] 在以波分复用技术（Wavelength Division Multiplexing, WDM)为基础的现有通 信网络中，网络的各个节点要完成光-电-光的转换，仍以电信号处理信息的方式进行交 换。其中的电子件在适应高速、大容量的需求上，存在着诸如带宽限制、时钟偏移、严重串 话、高功耗等缺点，由此产生了通信网中的"电子瓶颈"现象。为了解决这个问题，人们提出 了全光网（All Optical Network, AON)的概念，全光网以其良好的透明性、波长路由特性、 兼容性和可扩展性，已成为下一代高速宽带网络的首选。
[0003] 光交叉连接（Optical Cross Connection, 0XC)是全光网中的核心器件，它与光 分插复用器（Optical Add-Drop Multiplexer, 0ADM)、惨傅光纤放大器（Erbium-doped Optical Fiber Amplifier, EDFA)、衰减器、光纤等器件和设备组成了全光网络。OXC交换的 是全光信号，它在网络节点处，对指定波长进行互连，从而有效地利用波长资源，实现波长 重用，也就是使用较少数量的波长，互连较大数量的网络节点。当光纤中断或业务失效时， OXC能够自动完成故障隔离、重新选择路由和网络重新配置等操作，使业务不中断，即它具 有1?速光彳目号的路由选择、网络恢复等功能。
[0004] 目前市场上有基于液晶（Liquid Crystal, LC)和偏振分光器（Polarization Beam Splitter, PBS)的0XC，如图1所示，主要由光准直器、分束器displacer、PBS阵列、LC阵列 组成。光准直器用于输入和输出光，Displaycer用于将输入光转变为同一偏振光和将输出 端偏振光稱合进光准直器，PBS用于分、合偏振光，LC用于控制光的偏振方向。通过控制LC 阵列的电压来控制光在每一节点的偏振方向，从而实现将任意一束输入光传输到所要求的 输出端口。该技术方案装配难度大、体积大、成本高。
【发明内容】
[0005] 本发明实施例提供了一种基于液晶光栅的光开关，通过可变偏振光栅实现光交叉 互连，解决了现有技术基于LC和PBS的光交叉互连装配难度大、体积大、成本高的技术问 题。
[0006] 第一方面，本发明实施例提供了一种光交换装置，包括输入准直器、输出准直器， 还包括：输入偏振分光器、输入四分之一波片、输出四分之一波片、输出偏振分光器和NXN 液晶光栅阵列，其中，N为大于或等于2的整数；
[0007] 所述输入偏振分光器置于所述输入准直器与所述输入四分之一波片之间，用于将 来自所述输入准直器的输入光信号分成两个具有不同偏振方向的光信号，并将所述两个具 有不同偏振方向的光信号输出至所述输入四分之一波片；
[0008] 所述输入四分之一波片置于所述输入偏振分光器与所述NXN液晶光栅阵列之 间，用于接收来自所述输入偏振分光器的所述两个具有不同偏振方向的光信号，并将所述 两个具有不同偏振方向的光信号f禹合成圆偏振光，将所述圆偏振光输出到所述N X N液晶 光栅阵列；
[0009] 所述NXN液晶光栅阵列置于所述输入四分之一波片与所述输出四分之一波片之 间，用于通过NXN液晶光栅阵列中与所述输入四分之一波片对应的液晶光栅接收来自所 述输入四分之一波片的所述圆偏振光，并将所述圆偏振光通过选定的传输路径输出至选定 的输出四分之一波片；其中，所述选定的传输路径是通过设置NXN液晶光栅阵列中液晶光 栅的电压来选择的；
[0010] 所述输出四分之一波片置于所述NXN液晶光栅阵列与所述输出偏振分光器之 间，用于将来自所述NXN液晶光栅阵列的圆偏振光分成两个具有不同偏振方向的光信号， 并将所述两个具有不同偏振方向的光信号输出至所述输出偏振分光器；
[0011] 所述输出偏振分光器置于所述输出四分之一波片与所述输出准直器之间，用于将 来自所述输出四分之一波片的所述两个具有不同偏振方向的光信号f禹合进所述输出准直 器。
[0012] 在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述NXN液晶光栅阵列中液晶光栅包 括NXN可变偏振光栅、NXN可变偏振光栅/液晶片组合、NXN聚合物偏振光栅/液晶片/ 聚合物偏振光栅组合、或NXN聚合物偏振光栅/液晶片/聚合物偏振光栅/液晶片组合。
[0013] 结合第一方面，或者第一种可能的实现方式中的任意一种可能的实现方式，在第 二种可能的实现方式中，
[0014] 对于NXN个可变偏振光栅中任一可变偏振光栅，当所述任一可变偏振光栅两端 所加电压小于第一阈值电压时，所述任一可变偏振光栅中的液晶分子形成液晶光栅，对入 射光进行衍射；当所述任一可变偏振光栅两端电压大于或等于第一阈值电压时，所述液晶 分子向由所述任一可变偏振光栅两端电压造成的电场方向偏转，光栅效应消失；
[0015] 在NXN可变偏振光栅中，不需要对入射光进行偏转的可变偏振光栅两端电压被 设置为大于或等于第一阈值电压；需要对入射光进行偏转的可变偏振光栅两端电压被设置 为小于第一阈值电压；其中，所述需要对入射光进行偏转的可变偏振光栅为与所述输入四 分之一波片对应并且与所述输出四分之一波片对应的可变偏振光栅，所述不需要对入射光 进行偏转的可变偏振光栅为NXN可变偏振光栅阵列中除所述需要对入射光进行偏转的可 变偏振光栅之外的可变偏振光栅。
[0016] 结合第一方面第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，所述需要对 入射光进行偏转的可变偏振光栅两端电压被设置为零。
[0017] 结合第一方面第二种或第三种可能的实现方式中，在第四种可能的实现方式中， 当所述任一可变偏振光栅两端所加电压小于第一阈值电压时，所述任一可变偏振光栅有〇 级、+1级和-1级三个衍射级次；入射的右旋圆偏振光被所述任一可变偏振光衍射到+1级， 变成左旋圆偏振光；入射的左旋圆偏振光被所述任一可变偏振光衍射到-1级，变成右旋圆 偏振光。
[0018] 结合第一方面第二到第四种中任意一种可能的实现方式，在第五种可能的实现方 式中，输出信号光的圆偏振态与输出串扰光的圆偏振态相反；其中，通过设置所述液晶片两 端的电压来控制入射所述液晶片的光信号的偏振态。
[0019] 结合第一方面第五种可能的实现方式，在第六种可能的实现方式中，
[0020] 当任一液晶片所加电压小于第二阈值电压时，所述任一液晶片的输出光与所述任 一液晶片的输入光偏振态一致；
[0021] 当所述任一液晶片所加电压大于或等于第二阈值电压时，
[0022] 若左旋圆偏振光输入所述任一液晶片，则所述任一液晶片输出右旋圆偏振光；
[0023] 若右旋圆偏振光输入所述任一液晶片，则所述任一液晶片输出左旋圆偏振光。
[0024] 结合第一方面第五种可能的实现方式，在第七种可能的实现方式中，
[0025] 当任一液晶片所加电压大于或等于第二阈值电压时，所述任一液晶片的输出光与 所述液晶片的输入光偏振态一致；
[0026] 当所述任一液晶片所加电压小于第二阈值电压时，
[0027] 若左旋圆偏振光输入所述任一液晶片，则所述任一液晶片输出右旋圆偏振光；
[0028] 若右旋圆偏振光输入所述任一液晶片，则所述任一液晶片输出左旋圆偏振光。
[0029] 结合第一方面，或者第一种可能的实现方式中的任意一种可能的实现方式，在第 八种可能的实现方式中，任一聚合物偏振光栅/液晶片/聚合物偏振光栅组合包括：第一聚 合物偏振光栅、第一液晶片和第二聚合物偏振光栅；
[0030] 所述第一聚合物偏振光栅与第二聚合物偏振光栅均为固定光栅；
[0031] 若输入右旋圆偏振光，则被所述第一聚合物偏振光栅或第二聚合物偏振光栅衍射 到+1级，输出左旋圆偏振光；若输入左旋圆偏振光，则被所述第一聚合物偏振光栅或第二 聚合物偏振光栅衍射到-1级，输出右旋圆偏振光；
[0032] 所述第一液晶片，用于通过设置所述第一液晶片两端的电压来控制入射所述液晶 片的光信号的偏转。
[0033] 结合第一方面第八种可能的实现方式，在第九种可能的实现方式中，
[0034] 当所述第一液晶片所加电压大于或等于第二阈值电压时，
[0035] 若左旋圆偏振光输入所述第一液晶片，则所述第一液晶片输出右旋圆偏振光；
[0036] 若右旋圆偏振光输入所述第一液晶片，则所述第一液晶片输出左旋圆偏振光。
[0037] 不需要对入射光进行偏转的所述第一液晶片两端电压被设置为小于所述第二阈 值电压；需要对入射光进行偏转的所述第一液晶片两端电压被设置为大于或等于所述第二 阈值电压；其中，所述需要对入射光进行偏转的所述第一液晶片为与所述输入四分之一波 片对应并且与所述输出四分之一波片对应的所述第一液晶片，所述不