CN114167550A - 一种一进多出的多芯光纤光开关及其设计方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种一进多出的多芯光纤光开关及其设计方法，多芯光纤阵列包括呈阵列排布的多个多芯光纤，其中一个所述多芯光纤用于输出光束；微透镜阵列包括呈阵列排布的多个小透镜，所述小透镜与所述多芯光纤一一对应，所述微透镜阵列用于将所述多芯光纤阵列输出的光束转换成空间光，并进行准直；大透镜用于对经过所述微透镜阵列输出的空间光进行汇聚；空间光相位调制器用于接收所述大透镜汇聚的空间光，对接收的空间光进行切换和光束整形处理，并将处理后的空间光返回至所述多芯光纤阵列的不同多芯光纤中。该多芯光纤光开关在光纤体积不变的前提下有更多的通道，在成本基本相同的条件下，可以实现更高的集成度，提高空间效益和成本效益。

Description

一种一进多出的多芯光纤光开关及其设计方法
技术领域
本申请涉及光通信技术领域，特别涉及一种一进多出的多芯光纤光开关及其设计方法。
背景技术
目前，光传输***的容量正在迅速接近传统单模光纤的理论容量极限。
为了适应不断增长的业务需求，相关技术提出了基于空分复用(SDM)技术的新型光纤结构，例如多芯光纤MCF，支持SDM光纤的新型光节点技术也被大量研究。这样的光节点技术包括空间超级信道和子***模块——波长交叉连接(WXC)的联合交换。然而，值得注意的是，相关技术提出的光节点技术中，所有进入节点的业务仍然在细粒度频谱域中进行处理，依然存在接近理论容量极限的问题。
多芯光纤技术进行信号路由时，也需要大量的光开关。传统的单模光开关与多芯光纤连接存在接口转换、体积冗杂问题。市场渴望可以直接利用多芯光纤进行光开关的功能器件。
发明内容
本申请实施例提供一种一进多出的多芯光纤光开关及其设计方法，在光纤体积不变的前提下有更多的通道，在成本基本相同的条件下，可以实现更高的集成度，提高空间效益和成本效益。
第一方面，提供了一种一进多出的多芯光纤光开关，其包括：
多芯光纤阵列，其包括呈阵列排布的多个多芯光纤，其中一个所述多芯光纤用于输出光束；
微透镜阵列，其包括呈阵列排布的多个小透镜，所述小透镜与所述多芯光纤一一对应，所述微透镜阵列用于将所述多芯光纤阵列输出的光束转换成空间光，并进行准直；
大透镜，其用于对经过所述微透镜阵列输出的空间光进行汇聚；
空间光相位调制器，其用于接收所述大透镜汇聚的空间光，对接收的空间光进行切换和光束整形处理，并将处理后的空间光返回至所述多芯光纤阵列的不同多芯光纤中。
一些实施例中，所述空间光相位调制器采用微机电***反射镜；或者，
所述空间光相位调制器采用硅基液晶空间光调制器，且所述多芯光纤光开关还包括偏振转换单元，所述偏振转换单元用于将所述微透镜阵列输出的空间光转换成单一偏振的空间光，并将单一偏振的空间光发送给所述大透镜。
一些实施例中，所述多芯光纤光开关还包括控制器；
当所述空间光相位调制器采用微机电***反射镜时，所述控制器与所述微机电***反射镜相连，并用于控制所述微机电***反射镜的微反射镜的角度；
当所述空间光相位调制器采用硅基液晶空间光调制器时，所述控制器与所述硅基液晶空间光调制器相连，并用于控制所述硅基液晶空间光调制器的硅基液晶LCOS灰度。
一些实施例中，所述多芯光纤阵列中，位于中间的多芯光纤用于输出光束。
一些实施例中，所述多芯光纤阵列和微透镜阵列均呈正方形阵列、圆形整列、正六边形整列或正八边形阵列。
第二方面，提供了一种一进多出的多芯光纤光开关的设计方法，其包括如下步骤：
提供多芯光纤阵列和微透镜阵列，其中，多芯光纤阵列包括呈阵列排布的多个多芯光纤，其中一个所述多芯光纤输出光束，所述微透镜阵列包括呈阵列排布的多个小透镜，所述小透镜与所述多芯光纤一一对应；
利用所述微透镜阵列，将所述多芯光纤阵列输出的光束转换成空间光，并进行准直；
利用大透镜，对经过所述微透镜阵列输出的空间光进行汇聚；
利用空间光相位调制器，接收所述大透镜汇聚的空间光，对接收的空间光进行切换和光束整形处理，并将处理后的空间光返回至所述多芯光纤阵列的不同多芯光纤中。
一些实施例中，所述空间光相位调制器采用微机电***反射镜；或者，
所述空间光相位调制器采用硅基液晶空间光调制器，且所述设计方法还包括：利用偏振转换单元，将所述微透镜阵列输出的空间光转换成单一偏振的空间光，并将单一偏振的空间光发送给所述大透镜。
一些实施例中，所述设计方法还包括：
当所述空间光相位调制器采用微机电***反射镜时，控制所述微机电***反射镜的微反射镜的角度；
当所述空间光相位调制器采用硅基液晶空间光调制器时，控制所述硅基液晶空间光调制器的硅基液晶LCOS灰度。
一些实施例中，所述多芯光纤阵列中，位于中间的多芯光纤输出光束。
一些实施例中，所述多芯光纤阵列和微透镜阵列均呈正方形阵列、圆形整列、正六边形整列或正八边形阵列。
本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：
本申请提供的一进多出的多芯光纤光开关及其设计方法，在光纤体积不变的前提下有更多的通道，在成本基本相同的条件下，可以实现更高的集成度，提高空间效益和成本效益。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一进多出的多芯光纤光开关示意图。
图中：1、多芯光纤阵列；10、多芯光纤；2、微透镜阵列；20、小透镜；3、大透镜；4、空间光相位调制器。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
参见图1所示，本申请实施例提供了一种一进多出的多芯光纤光开关，该多芯光纤光开关包括多芯光纤阵列1、微透镜阵列2、大透镜3和空间光相位调制器4。
多芯光纤阵列1包括呈阵列排布的多个多芯光纤10，该阵列可以采用正方形阵列、圆形整列、正六边形整列或正八边形阵列，或者其他的形状的阵列，只需要是对称排列形成的阵列都可以，多芯光纤10可以采用等间距方式进行排布。
在多芯光纤阵列1的所有多芯光纤10中，其中一个多芯光纤10用于输出光束，为了保证经过空间光相位调制器4调制后的空间光能够顺利进入对应的多芯光纤10中，位于中间的多芯光纤10用于输出光束，比如，图1中多芯光纤阵列1有9根多芯光纤10，并成3×3排列，其中第二排第二列的多芯光纤10用来输出光束。
微透镜阵列2包括呈阵列排布的多个小透镜20，小透镜20与多芯光纤10一一对应，微透镜阵列2的阵列形式与多芯光纤阵列1所采用的阵列形式相同，微透镜阵列2用于将多芯光纤阵列1输出的光束转换成空间光，并进行准直。
大透镜3用于对经过微透镜阵列2输出的空间光进行汇聚。
空间光相位调制器4用于接收大透镜3汇聚的空间光，对接收的空间光进行切换和光束整形处理，并将处理后的空间光返回至多芯光纤阵列1的不同多芯光纤10中。
其中，空间光相位调制器4有多种选择，比如，空间光相位调制器4可以采用微机电***反射镜。
再比如，空间光相位调制器4可以采用硅基液晶空间光调制器，在采用硅基液晶空间光调制器时，需要配合使用偏振转换单元，利用偏振转换单元将微透镜阵列2输出的空间光转换成单一偏振的空间光，并将单一偏振的空间光发送给大透镜3。
进一步地，多芯光纤光开关还包括控制器。
当空间光相位调制器4采用微机电***反射镜时，控制器与微机电***反射镜相连，并用于控制微机电***反射镜的微反射镜的角度。
当空间光相位调制器4采用硅基液晶空间光调制器时，控制器与硅基液晶空间光调制器相连，并用于控制硅基液晶空间光调制器的硅基液晶LCOS灰度。
参见图1所示，本实施例中一进多出的多芯光纤光开关的工作过程为：多芯光纤阵列1的其中一个多芯光纤10输出光束，该光束经过微透镜阵列2后转换成空间光并被准直，再被大透镜3进行汇聚，形成的光斑大小刚好与空间光相位调制器4的芯片相匹配，也即若空间光相位调制器4采用微机电***反射镜时，该光斑与微机电***反射镜的微反射镜大小匹配，若空间光相位调制器4采用硅基液晶空间光调制器时，该光斑与硅基液晶空间光调制器控制光斑偏转的有效面积大小匹配。控制微机电***反射镜的微反射镜的角度或者控制硅基液晶空间光调制器的硅基液晶LCOS灰度，使得空间光反射回大透镜3和微透镜阵列2，最后进入多芯光纤阵列1的不同多芯光纤10中。
本申请提供的一进多出的多芯光纤光开关，在光纤体积不变的前提下有更多的通道，在成本基本相同的条件下，可以实现更高的集成度，提高空间效益和成本效益。
参见图1所示，本申请实施例还提供了一种一进多出的多芯光纤光开关的设计方法，该设计方法包括如下步骤：
101：提供多芯光纤阵列1和微透镜阵列2，其中，多芯光纤阵列1包括呈阵列排布的多个多芯光纤10，该阵列可以采用正方形阵列、圆形整列、正六边形整列或正八边形阵列，或者其他的形状的阵列，只需要是对称排列形成的阵列都可以，多芯光纤10可以采用等间距方式进行排布，在多芯光纤阵列1的所有多芯光纤10中，其中一个多芯光纤10输出光束，为了保证经过空间光相位调制器4调制后的空间光能够顺利进入对应的多芯光纤10中，位于中间的多芯光纤10用于输出光束，比如，图1中多芯光纤阵列1有9根多芯光纤10，并成3×3排列，其中第二排第二列的多芯光纤10用来输出光束。
微透镜阵列2包括呈阵列排布的多个小透镜20，小透镜20与多芯光纤10一一对应，微透镜阵列2的阵列形式与多芯光纤阵列1所采用的阵列形式相同。
102：利用微透镜阵列2，将多芯光纤阵列1输出的光束转换成空间光，并进行准直。
103：利用大透镜3，对经过微透镜阵列2输出的空间光进行汇聚。
104：利用空间光相位调制器4，接收大透镜3汇聚的空间光，对接收的空间光进行切换和光束整形处理，并将处理后的空间光返回至多芯光纤阵列1的不同多芯光纤10中。
进一步地，空间光相位调制器4有多种选择，比如，空间光相位调制器4采用微机电***反射镜。
再比如，空间光相位调制器4采用硅基液晶空间光调制器，在采用硅基液晶空间光调制器时，设计方法还包括：利用偏振转换单元，将微透镜阵列2输出的空间光转换成单一偏振的空间光，并将单一偏振的空间光发送给大透镜3。
进一步地，设计方法还包括：
当空间光相位调制器4采用微机电***反射镜时，控制微机电***反射镜的微反射镜的角度；
当空间光相位调制器4采用硅基液晶空间光调制器时，控制硅基液晶空间光调制器的硅基液晶LCOS灰度。
本申请提供的一进多出的多芯光纤光开关的设计方法，在光纤体积不变的前提下有更多的通道，在成本基本相同的条件下，可以实现更高的集成度，提高空间效益和成本效益。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种一进多出的多芯光纤光开关，其特征在于，其包括：
多芯光纤阵列(1)，其包括呈阵列排布的多个多芯光纤(10)，其中一个所述多芯光纤(10)用于输出光束；
微透镜阵列(2)，其包括呈阵列排布的多个小透镜(20)，所述小透镜(20)与所述多芯光纤(10)一一对应，所述微透镜阵列(2)用于将所述多芯光纤阵列(1)输出的光束转换成空间光，并进行准直；
大透镜(3)，其用于对经过所述微透镜阵列(2)输出的空间光进行汇聚；
空间光相位调制器(4)，其用于接收所述大透镜(3)汇聚的空间光，对接收的空间光进行切换和光束整形处理，并将处理后的空间光返回至所述多芯光纤阵列(1)的不同多芯光纤(10)中。
2.如权利要求1所述的一进多出的多芯光纤光开关，其特征在于：
所述空间光相位调制器(4)采用微机电***反射镜；或者，
所述空间光相位调制器(4)采用硅基液晶空间光调制器，且所述多芯光纤光开关还包括偏振转换单元，所述偏振转换单元用于将所述微透镜阵列(2)输出的空间光转换成单一偏振的空间光，并将单一偏振的空间光发送给所述大透镜(3)。
3.如权利要求2所述的一进多出的多芯光纤光开关，其特征在于：
所述多芯光纤光开关还包括控制器；
当所述空间光相位调制器(4)采用微机电***反射镜时，所述控制器与所述微机电***反射镜相连，并用于控制所述微机电***反射镜的微反射镜的角度；
当所述空间光相位调制器(4)采用硅基液晶空间光调制器时，所述控制器与所述硅基液晶空间光调制器相连，并用于控制所述硅基液晶空间光调制器的硅基液晶LCOS灰度。
4.如权利要求1所述的一进多出的多芯光纤光开关，其特征在于：所述多芯光纤阵列(1)中，位于中间的多芯光纤(10)用于输出光束。
5.如权利要求1所述的一进多出的多芯光纤光开关，其特征在于：所述多芯光纤阵列(1)和微透镜阵列(2)均呈正方形阵列、圆形整列、正六边形整列或正八边形阵列。
6.一种一进多出的多芯光纤光开关的设计方法，其特征在于，其包括如下步骤：
提供多芯光纤阵列(1)和微透镜阵列(2)，其中，多芯光纤阵列(1)包括呈阵列排布的多个多芯光纤(10)，其中一个所述多芯光纤(10)输出光束，所述微透镜阵列(2)包括呈阵列排布的多个小透镜(20)，所述小透镜(20)与所述多芯光纤(10)一一对应；
利用所述微透镜阵列(2)，将所述多芯光纤阵列(1)输出的光束转换成空间光，并进行准直；
利用大透镜(3)，对经过所述微透镜阵列(2)输出的空间光进行汇聚；
利用空间光相位调制器(4)，接收所述大透镜(3)汇聚的空间光，对接收的空间光进行切换和光束整形处理，并将处理后的空间光返回至所述多芯光纤阵列(1)的不同多芯光纤(10)中。
7.如权利要求6所述的一进多出的多芯光纤光开关的设计方法，其特征在于：
所述空间光相位调制器(4)采用微机电***反射镜；或者，
所述空间光相位调制器(4)采用硅基液晶空间光调制器，且所述设计方法还包括：利用偏振转换单元，将所述微透镜阵列(2)输出的空间光转换成单一偏振的空间光，并将单一偏振的空间光发送给所述大透镜(3)。
8.如权利要求7所述的一进多出的多芯光纤光开关的设计方法，其特征在于，所述设计方法还包括：
当所述空间光相位调制器(4)采用微机电***反射镜时，控制所述微机电***反射镜的微反射镜的角度；
当所述空间光相位调制器(4)采用硅基液晶空间光调制器时，控制所述硅基液晶空间光调制器的硅基液晶LCOS灰度。
9.如权利要求6所述的一进多出的多芯光纤光开关的设计方法，其特征在于：所述多芯光纤阵列(1)中，位于中间的多芯光纤(10)输出光束。
10.如权利要求6所述的一进多出的多芯光纤光开关的设计方法，其特征在于：所述多芯光纤阵列(1)和微透镜阵列(2)均呈正方形阵列、圆形整列、正六边形整列或正八边形阵列。
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