[发明专利]基于相位光栅阵列的分辨率可调波长选择开关及控制方法

权利要求书

1.一种基于透射式相位光栅阵列的分辨率可调波长选择开关，其特征在于，所述分辨率可调波长选择开关包括：一维单模光纤阵列、微透镜阵列、偏振调整棱镜、双胶合光学傅里叶变换透镜、透射式相位衍射光栅阵列、柱面镜、液晶空间光调制器、以及图形加载控制系统；其中，所述一维单模光纤阵列包括多个沿y轴一维排列的光纤端口，一维单模光纤阵列的中心为输入光纤端口，除中心以外的其余光纤端口均为输出光纤端口；所述微透镜阵列包括多个微透镜，每一个微透镜与一维单模光纤阵列中的光纤端口严格对准并一一对应；所述透射式相位衍射光栅阵列包括多个不同周期的透射式相位衍射光栅，透射式相位衍射光栅阵列连接至图形加载控制系统，根据图形加载控制系统发出的指令实现不同周期的透射式相位衍射光栅的程控切换；沿z轴传输的连续输入光经位于一维单模光纤阵列中心的输入光纤端口输入；经位于微透镜阵列中心的微透镜汇聚后，转变为发散的高斯光束；经偏振调整棱镜将高斯光束的偏振态调整为与液晶空间光调制器的工作偏振状态一致的线偏振光；所述双胶合光学傅里叶变换透镜将高斯光束准直为平行光；再经透射式相位衍射光栅阵列中的一个透射式相位衍射光栅，将平行光中所包含的各种不同波长光在xz平面以不同的角度色散至柱面镜；所述柱面镜将色散后的不同波长光转变为沿x轴排列的相互平行的平行光束，然后投射至液晶空间光调制器上，不同波长的平行光束投射至液晶空间光调制器的不同像素区域；通过图形加载控制系统在液晶空间光调制器的不同波长所对应的像素区域上加载相位全息光栅，使不同波长的光束产生衍射效应，通过加载不同的相位全息光栅来改变一级衍射光的衍射角；调节了衍射角后的各种不同波长的一级衍射光作为返回光返回柱面镜；互相平行的返回光经柱面镜重新聚焦后，不同波长的光重新汇聚在yz平面上，但在y轴方向上不同波长的光具有不同的角度，从而沿y轴在空间上分开；经透射式相位衍射光栅阵列的同一个透射式相位衍射光栅后，由双胶合光学傅里叶变换透镜变成互相平行的平行光束，不同波长的平行光束沿y轴相互平行排列；经过偏振调整棱镜后，由微透镜阵列中相对应的微透镜耦合至一维光纤阵列中对应的输出光纤端口，从而利用在液晶空间光调制器不同的像素区域上加载相位全息光栅来调整返回光的角度，实现对任意波长通道和任意带宽光信号至特定输出光纤端口的方向指派；通过图形加载控制系统实现透射式相位衍射光栅阵列的程控切换，不同周期的透射式相位衍射光栅的色散能力不同，使得最终成像到液晶空间光调制器上的平行光束覆盖的像素区域的范围不同，从而实现波长选择开关工作波长范围、波长分辨率和波长操控精度的切换和调节。

2.如权利要求1所述的分辨率可调波长选择开关，其特征在于，进一步还包括端口光学扩束单元，位于偏振调整棱镜和双胶合光学傅里叶变换透镜之间；端口光学扩束单元将返回的相邻距离较近的平行光束扩展为相邻距离较远的平行光束。

3.如权利要求2所述的分辨率可调波长选择开关，其特征在于，所述端口光学扩束单元采用一组整形棱镜对，入射光以布儒斯特角分别入射至两块整形棱镜的斜边。

4.如权利要求2所述的分辨率可调波长选择开关，其特征在于，所述端口光学扩束单元采用望远系统型的一个凹透镜和一个凸透镜的组合，凹透镜和凸透镜的光轴与入射光的光轴重合。

5.如权利要求1所述的分辨率可调波长选择开关，其特征在于，所述液晶空间光调制器采用硅基液晶，硅基液晶的表面为二维像素阵列；通过液晶图形加载控制系统在像素上加载灰度图形，从而形成相位全息光栅，调整一级衍射光的衍射角。

6.如权利要求1所述的分辨率可调波长选择开关，其特征在于，所述一维单模光纤阵列和液晶空间光调制器分别位于双胶合光学傅里叶变换透镜的两侧焦点处；被切换进入光路中的透射式相位衍射光栅和液晶空间光调制器分别位于柱面镜的两侧焦点处。

7.如权利要求1所述的分辨率可调波长选择开关，其特征在于，所述透射式相位衍射光栅阵列采用旋转式透射式相位衍射光栅阵列，连接至光栅角度编码器，多个不同周期的透射式相位衍射光栅排列在圆周上，且在光栅角度编码器的旋转驱动下能够绕着圆心旋转。

8.如权利要求1所述的分辨率可调波长选择开关，其特征在于，所述透射式相位衍射光栅阵列采用平移式一维透射式相位衍射光栅阵列，连接至光栅角度编码器，多个不同周期的透射式相位衍射光栅沿直线排列，且在光栅位移编码器的驱动下沿直线平移。