明实施例二的一种基于可变偏振光栅的光交换装置的具体结构示意 图。如图3所示，本发明实施例二的基于可变偏振光栅的光交换装置，包括：输入准直器 101、输入偏振分光器201、输入四分之一波片301、NXN可变偏振光栅401阵列、输出四分 之一波302、输出偏振分光器202、输出准直器102。其中：
[0084] 输入准直器101，用于接收从光纤输入的光信号，把光纤输入的光信号进行光束整 形，输出至输入偏振分光器201。具体已在上述图2本发明第一实施例中详述，在此不累述。
[0085] 输入偏振分光器201，用于对来自输入准直器101的输入光信号分成两个具有不 同偏振方向的光信号，并将所述具有两个不同偏振方向的光信号输出至输入四分之一波片 301。具体已在上述图2本发明第一实施例中详述，在此不累述。
[0086] 输入四分之一波片301，用于接收来自输入偏振分光器201的两个具有不同偏振 方向的光信号，并将其转化为圆偏振光，将所述圆偏振光输出至NXN可变偏振光栅401阵 列。
[0087] NXN可变偏振光栅401阵列置于输入四分之一波片301和输出四分之一波片302 之间，用于接收来自输入四分之一波片301的圆偏振光，通过改变NXN可变偏振光栅401 阵列的电压来选择光的传输路径，输出至选定的输出四分之一波片302。
[0088] 在具体应用中，NXN可变偏振光栅401阵列中可变偏振光栅（Switchable Polarization Grating, SPG)的结构和制作工艺与传统液晶片（Liquid Crystal, LC)的制 作很接近。主要差别在于液晶对准层的制作。Nematic(向列型）LC的对准层一般用尼龙 布对玻璃表面的聚合物层刷擦而成或者用单光束曝光而成。如图4所7K，SPG的液晶对准 层则是由两束紫外相干偏振光对聚合物层曝光而成，如图4(b)上方的两列光束，其中一束 光为右旋偏振光，而另一束为左旋偏振光。液晶对准层如图4包括玻璃基板，光取向层和电 极，当液晶被注入两玻璃基板间后，液晶分子取向按曝光后在对准层形成的全息图样排列。 如图5所示，在SPG两端不加电压时，液晶分子形成液晶光栅，可对入射光进行衍射。如图 6所示，当SPG两端电压大于或等于第一阈值电压V th时，液晶分子向电场方向偏转，光栅效 应消失。其中，所述第一阈值电压由所选液晶分子以及可变偏振光栅的结构决定。
[0089] 具体的，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；
[0090] 在NXN个可变偏振光栅中，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。
[0091] SPG只有0级、+1级和-1级三个衍射级次。根据入射光的偏振态不同，偏振分光 器和四分之一波片可以将入射光分解成左旋圆偏振光和右旋圆偏振光，然后左旋圆偏振光 和右旋圆偏振光分别被SPG衍射到± 1级，如图7所示。具体的，当SPG两端电压大于或等 于第一阈值电压Vth时，任何偏振态的入射光经过SPG后偏振态不变，传播方向不变；当SPG 两端电压小于第一阈值电压Vth时，例如，V = 0V，右旋圆偏光被衍射到+1级，变成左旋圆偏 光，左旋圆偏光被衍射到-1级，变成右旋圆偏光。
[0092] 具体的，以4x4光交换装置为例，如图3所示，(：1、02、03、04端口为入射端口；01、 02、03、04端口为输出端口；如要实现(：1-03,02-01，03-02,04-04交叉连接，需要按照表1 设置SPG电压。例如，要实现C1-03,只需将位于Cl和03交叉点的SPG加零电压，其余SPG 加高电压，具体的，所述高电压大于或等于阈值电压Vth。这样，光从Cl的准直器输入，通过 两片SPG后传输方向不变，再经过第三片SPG(电压为0V)后被衍射而偏向03,而后耦合进 03的准直器。从而实现了 Cl到03的光传输。
[0093] 表 1 实现 Cl-03, C2-01, C3-02, C4-04 的 SPG 电压设置
[0094]
[0095] 本4x4光交换装置具有光分插复用（Add-Drop)功能，如图3所示，AU A2、A3、A4 端口为插入端口，用于往光路中插入一个或多个波长；Dl、D2、D3、D4端口为分出端口，用于 从光路中分出一个或多个波长。例如，要实现Cl-02, C2-03, C3-D3, C4-01，A4-04功能，其 中，将C3送到Drop端口 D3,同时将A4加入到输出端口 04,按表2设置SPG的电压即可实 现。
[0096] 表 2 实现 Cl-02, C2-03, C3-D3, C4-01, A4-04 的 SPG 电压设置
[0097]
[0098] 输出四分之一波片302，用于接收来自NX N可变偏振光栅401阵列的光信号，并将 其转化为两个具有不同偏振方向的光信号，将所述具有两个不同偏振方向的光信号输出至 偏振分光器202。具体已在上述图2本发明第一实施例中详述，在此不累述。
[0099] 输出偏振分光器202,用于接收来自所述具有两个不同偏振方向的光信号进行偏 振耦合并输出至输出准直器102。输出偏振分光器202可以通过多种技术实现，例如通过双 折射晶体、偏振多层膜、高分子膜、石英玻璃刻蚀等来实现。具体已在上述图2本发明第一 实施例中详述，在此不累述。
[0100] 输出准直器102,用于接收来自输出偏振分光器202的光信号，将接收的光信号耦 合到光纤中进行输出。具体已在上述图2本发明第一实施例中详述，在此不累述。
[0101] 本发明实施例提供了一种基于液晶光栅的光交换装置，包括：输入准直器101、输 入偏振分光器201、输入四分之一波片301、NXN可变偏振光栅401阵列、输出四分之一波 片302、输出偏振分光器202、输出准直器102。通过设置可变偏振光栅401的电压，来选择 光信号的传输路径，使得光信号输出至选定输出端。这种光交换装置结构简单、尺寸小、成 本低。
[0102] 实施例三
[0103] 图8是本发明实施例三的一种基于可变偏振光栅/液晶片的光交换装置的具体结 构示意图。如图8所示，本发明实施例三的基于可变偏振光栅/液晶片的光交换装置，包括： 输入准直器101、输入偏振分光器201、输入四分之一波片301、NXN可变偏振光栅401/液 晶片402阵列、输出四分之一波片302、输出偏振分光器202、输出准直器102。
[0104] 本实施例与实施例二方案类似，只是在每个可变偏振光栅401后增加了一个液晶 片402,形成可变偏振光栅401/液晶片402组合。通过对NXN可变偏振光栅401/液晶片 402阵列电压的控制，使串扰光的圆偏振态与信号光的圆偏振态相反。经过输出四分之一波 片302后，串扰光的偏振态与信号光的偏振态垂直，从而被输出端的输出偏振分光器所阻 断。这样，就可将信噪比大大的提高。
[0105] 具体的，液晶片402在本实施例的光交换装置中主要是用来控制光的偏振态。可 选的，液晶片的对准方法可以是电控双折射（Electrically Controlled Birefringence, ECB)型或垂直排列（Vertical Alignment，VA)型。其中，ECB型液晶，V < Vth2时，例如，V =0V，为双折射晶体；V > Vth2时，无双折射效应。VA型液晶，V < Vth2时，例如，V = 0V，无 双折射效应；V彡Vth2时，为双折射晶体。其中，Vth2为第二阈值电压，第二阈值电压V th2由 液晶片中液晶分子和液晶片的结构所决定。
[0106] 以VA型为例，如图9所示，VA型液晶的工作原理是，当所加电压大于或等于第二 阈值电压V th2时，左旋圆偏振光输入，则输出为右旋圆偏振光，右旋圆偏振光输入，则输出为 左旋圆偏振光。当所加电压小于第二阈值电压时，例如V = 0V，输出光与输入光的偏振态一 致。
[0107] 如图10所7K，光经SPG后，信号光和串扰光的偏振方向相同，因而，在实施例二中， 来自其他SPG的串扰光（cross-talk)会耦合进信号光通道，从而降低信噪比。本发明实施 例在SPG片后加一液晶片LC402,如图10,通过设置液晶片电压，可使串扰光的圆偏振态始 终与信号光的圆偏振态相反。这样，经过输出四分之一波片后，串扰光的偏振态与信号光的 偏振态垂直，从而被输