[发明专利]一种高速光开关器件

说明书

本发明适用于光网络节点数据交换技术领域，提供了一种高速光开关器件，包括：N路输入端口、数字微镜器件DMD、闪耀光栅组和N路输出端口；N路输入端口用于产生N路平行光束并以预设角度入射到DMD上各自对应的N块特定子区域以发生衍射，每一路输入光束的衍射‑1级经过所述闪耀光栅组后同对应的衍射﹢1级被传输到所述N路输出端口的预先指定输出端口；特定子区域加载有特定的全息图，以调制每一路输入光束的衍射﹢1级到预先指定的输出端口；所述闪耀微光栅组在预设位置，用于使经过的衍射－1级光束与+1级方向上的光束重合，并耦合入输出端口。本发明提供的技术能将输入信号高速切换至指定的输出端口，并实现光开关衍射效率的提升。

技术领域

本发明属于光网络节点数据交换技术领域，尤其涉及一种高速光开关器件。

背景技术

光交换技术作为全光网络中的核心技术之一，在光传送网与数据中心中各种不同的交换原理与实现光交换的技术被广泛的应用。不同原理的光交换技术具有不同的特性，适用于不同的场合。光交换技术的核心是在光网络链路的节点处，直接在光域内将信号切换至不同的输出端口，中间没有光到电、电再到光的过程。在现有的光交换技术中，自由空间光交换技术以整个光通道作为交换粒度，具有可靠性高、交换速度快、交换粒度大等优点，可极大地提高交换节点速度和容量。另外，自由空间光交换过程不受波导的约束，利用诸如透镜，分束等全息光学元件的折射、衍射等效应能改变光在空间的传输方向，使得光束从一个阵列平面寻径到另一个阵列平面，从而实现不同端口之间的光交换。但是由于普通信号光束并不具备可区分性，所以现有的光交换技术必须将各路光在空间上分开进行处理，这也就严格限制了光交换端口的可拓展性和光交换端口空间密度的提升，这也与未来光交换要求支持更多的光交换端口、更高密度端口集成化是相互矛盾的。

基于光交换技术，对光开关的研究，随着不同的器件材料、工作原理等被挖掘，现有商用的光开关呈现出多元化发展的态势。比较常见的如MEMs机械光开关，MEMs通常是在硅基上制造的微型可移动反射镜，其大小在几百微米到几毫米范围，一个单一的硅基片提供大量的反射镜，并能被制作与封装成阵列。而启动这些反射镜的技术往往包括电磁、静电或者压电等方法，这些反射镜能从一个位置偏转到另一个位置，从而实现对入射光束的方向控制，但是在较大的偏转范围内进行控制是比较有难度的，现在则多用模拟数控反射镜、万向反射镜或者三维反射镜，每一路能实现无阻塞1×n的开关效应，虽然MEMs开关技术具有潜力构建大规模的光开关解决方案，但是其交换的速度一直局限在几十毫秒量级，而对数据中心这种要求高速光交换的需求是远远不足够的。同样，现用于大数据中心的开关机制，主要是依赖于硅基液晶光调制，主要的器件基于硅基液晶作为动态衍射元件，根据自身的液晶元间隙，使用偏振效应来实现开关功能。在适当设计的液晶元上外加电压，就能使通过液晶元的光偏振而产生旋转或者不旋转，然后结合利用无源偏振分束器和合束器就能形成偏振无关的光开关，但是其开关时间仍然在几毫秒量级。这些重构时间造成的光损失往往亟需缩减，这也是未来高速光领域开关的首要需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种高速光开关器件，旨在将输入信号高速切换至指定的输出端口，并实现光开关衍射效率的提升。

本发明提供了一种高速光开关器件，包括：N路输入端口、数字微镜器件DMD、闪耀光栅组和N路输出端口；其中，所述DMD上分布有与N路平行输入光束一一对应的特定子区域；

所述N路输入端口用于以预设角度产生N路平行光束照射到所述DMD上各自对应的特定子区域以发生衍射，每一路衍射光束均被衍射为0、±1的级次分布；每一路输入光束的衍射－1级经过所述闪耀光栅组后同对应的衍射+1级被传输到所述N路输出端口的预先指定输出端口；

所述特定子区域加载有特定的全息图，以调制每一路输入光束的衍射+1级到预先指定的输出端口；

所述闪耀光栅设置于预设位置，用于使经过的衍射－1级光束与+1级方向上的光束重合，并耦合入输出端口。