[发明专利]用于光通信中的动态光耦合器

说明书

技术领域：

本发明涉及一种用于光通信中的动态光耦合器，特别是涉及一种基于微小衍射光学元件的适合于较大数目的动态光耦合和光分束。

背景技术：

随着科学技术的发展，人们对通信容量有不断增长的巨大市场需求。光纤通信以其高速、大容量、保密性好、低成本等优点，超越了传统的电缆通信，是二十一世纪通信技术发展的方向。光在光纤中能以光速高速传输信息，采用密集波分复用技术可以在一根光纤中传输多路信息，目前由电子学来处理高速、大容量的光信息已成了光通信技术发展的瓶颈，因此，如何实现一路到多路及多路到一路的动态光耦合技术，是目前光通信中最需要的基本功能之一，成为解决光通信技术发展瓶颈的关键问题。

光通信中的光交换技术是目前光纤通信技术中最需要的基本功能，目前光通信中的分束多数是光线拉锥结构，熔融结构，可方便的实现两个光纤的合束，其优点是设计结构简单，便于加工制造，缺点是熔融拉锥结构数目不宜很大，完全不适合于大数目的光纤的合束与分束。

衍射光学元件具有体积小、重量轻的优点，非常适合于在光通信开关中使用。在先技术[1](参见J.J.Pan and T.Zhu，“1×N fiber coupler employingdiffractive optical element”，Electronics Letters 35，No.4，324-325(1999))曾提出用衍射光学元件实现1×N光纤耦合结构，但他们并没提出动态光耦合的结构，而且它的结构只能实现分束功能，并不能实现并束功能，也不能实现分束与并束之间的转换。

发明内容：

本发明基于偶数型达曼光栅的内在结构，即半周期的π位相反转特性，提出一种具有开关型分束器与耦合器功能的动态光耦合器，即本发明的器件既可实现分束功能，又可实现多光束的合束功能。

如图1所示，本发明的动态光耦合器包括输入光纤组1，准直透镜组2，由两个互补的正位相板301和负位相板302构成的位相板3，会聚透镜4和输出光纤组5。其中输入光纤组1放置在准直透镜组2的前焦面上，位相板3置于准直透镜组2的后焦面上，也是会聚透镜4的前焦面上，输出光纤组5置于会聚透镜4的后焦面上。正位相板301或者负位相板302带有移动器6。

所说的构成位相板3的两个互补的正位相板301和负位相板302的位相是0和π，或者是0和π/2。

其中移动器6是推动两正负位相板301、302之间的相互移动，正负位相板301和302之间无移动时，相当于一个普通的二值位相达曼光栅，来自输入光纤组1的光束经过准直透镜组2准直再经过位相板3和会聚透镜4后，将被均匀相等地衍射到输出光纤组5中。当移动器6推动负位相板302(或301)移动半个周期后，正负位相板301与302的位相之和为零，因此，来自输入光纤组1的光将全部地被会聚透镜4收聚到放在会聚透镜4焦点处的输出光纤组5的一根光纤中，实现了合束的功能。

下面简单地介绍一下达曼光栅的特性，以及如何利用达曼光栅的特性实现本发明的功能。有关达曼光栅的设计细节可参阅在先技术[2](Changhe Zhou，and Liren Liu，“Numerical study of Dammann array illuminators”，Appl.Opt.34，5961-5969(1995))。