專利名稱：3×3自由空間光路由器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光路由器，特別是一種3X3自由空間型光路由器，能快速的實(shí)現(xiàn)6個(gè)通道中任意兩通道之間的同時(shí)無阻塞連接。適用于各種光學(xué)互連網(wǎng)絡(luò)及空間激光通信。
背景技術(shù)：
具有快速交換能力的大帶寬光學(xué)互連和光交換技術(shù)在計(jì)算機(jī)和光通信系統(tǒng)中有巨大的應(yīng)用前景，因此成為信息光學(xué)研究發(fā)展的前沿和熱點(diǎn)。光學(xué)互連網(wǎng)絡(luò)是從電子互連網(wǎng)絡(luò)引申、發(fā)展而來，由光互連及光開關(guān)陣列實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。由于電子電路帶寬“瓶頸”，限制了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的吞吐量，因此光開關(guān)對(duì)于光網(wǎng)絡(luò)的功能實(shí)現(xiàn)至關(guān)重要。光開關(guān)可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)光路由控制和光交換，取代以電子為載體的器件或系統(tǒng)，摒棄電光交換，實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的全光轉(zhuǎn)換。自由空間光學(xué)主要是用幾何光學(xué)和物理光學(xué)來實(shí)現(xiàn)，它可以充分發(fā)揮光束高帶寬大容量的特點(diǎn)，并能自由實(shí)現(xiàn)空間三維光互連。現(xiàn)有光開關(guān)方案中，信號(hào)光依次通過各級(jí)模塊，在各級(jí)相位型空間光調(diào)制器的控制下，完成最終的交換輸出，可以實(shí)現(xiàn)任意輸入端口到任意輸出端口的無阻塞光交換。參閱文獻(xiàn)(I)羅風(fēng)光，曹明翠，謝胡，周新軍，羅志祥，徐軍，4X4自由空間光開關(guān)結(jié)構(gòu)及其矩陣分析。文獻(xiàn)(2)楊俊波，蘇顯渝，與偏振無關(guān)雙向2X2和4X4自由空間光開關(guān)。但不能實(shí)現(xiàn)光信號(hào)在輸入-輸入端口，輸出-輸出端口間的交換，即不能實(shí)現(xiàn)完整的路由控制功倉泛。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種3X3自由空間光路由器，該空間光路由器在計(jì)算機(jī)的控制下，可以實(shí)現(xiàn)6個(gè)通道的任意兩通道無阻塞連接。具有高速并行、大容量、無阻塞、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、損耗小等特點(diǎn)。本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下
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一種3X3自由空間光路由器，特點(diǎn)在于其構(gòu)成包括6個(gè)光束通道、具有相同結(jié)構(gòu)的19個(gè)光開關(guān),具有相同結(jié)構(gòu)的18偏振分束器,具有相同結(jié)構(gòu)的19個(gè)電開關(guān)、一塊電路控制板、一個(gè)電源和一臺(tái)計(jì)算機(jī)，上述元部件的位置關(guān)系如下第I光束通道與第4通道光束在同一水平線上，第2光束通道與第5通道光束在同一水平線上，第3光束通道與第6通道光束在同一水平線上，沿第I光束通道進(jìn)入的光束方向依次是第I光開關(guān)、第I偏振分束器、第6偏振分束器)、第9光開關(guān)、第8偏振分束器、第10偏振分束器、第11光開關(guān)、第12偏振分束器、第16偏振分束器、第17光開關(guān)到達(dá)第4光束通道，所述的第I偏振分束器、第8偏振分束器、第12偏振分束器的分束面與所述的第I通道光束成45°夾角，所述的第6偏振分束器、第10偏振分束器、第16偏振分束器的分束面與所述的第I通道光束成135°夾角；沿第2光束通道進(jìn)入的光束方向依次是第2光開關(guān)、第2偏振分束器、第6光開關(guān)、第4偏振分束器、第8光開關(guān)、第7偏振分束器，所述的第2偏振分束器和第7偏振分束器的分束面與第2光束通道的光束成成135°夾角，所述的第4偏振分束器的分束面與第2光束通道的光束成45°夾角；沿第3光束通道進(jìn)入的光束方向依次是第3光開關(guān)、第3偏振分束器、第7光開關(guān)、第5偏振分束器、第9偏振分束器、第10光開關(guān)、第11偏振分束器、第15偏振分束器、第14光開關(guān)、第18偏振分束器和第19光開關(guān)到達(dá)第6光束通道,所述的第9偏振分束器、第15偏振分束器和第18偏振分束器的分束面與第3光束通道的光束成45°夾角，所述的第3偏振分束器、第5偏振分束器和第11偏振分束器的分束面與第3光束通道的光束成135°夾角；在所述的第I偏振分束器的反射光方向經(jīng)第4光開關(guān)、第2偏振分束器、第5光開關(guān)入射所述的第3偏振分束器；所述的第4偏振分束器的反射光束垂直入射到第5偏振分束器；所述的第6偏振分束器的反射光束垂直入射到第7偏振分束器；所述的第8偏振分束器的反射光束垂直入射到第9偏振分束器；所述的第10偏振分束器的反射光束垂直入射到第11偏振分束器；所述的第12偏振分束器的反射光束垂直入射到第13偏振分束器，經(jīng)第13偏振分束器的反射光束依次經(jīng)過第12光開關(guān)、第14偏振分束器、第13光開關(guān)、經(jīng)第17偏振分束器的透射光束垂直入射并通過第18光開關(guān)后進(jìn)入第5光束通道；所述的第13偏振分束器和第17偏振分束器的分束面與第5光束通道的光束成135°夾角，所述的第14偏振分束器的分束面的分束面與第5光束通道的光束成45°夾角；所述的第14偏振分束器的反射光束垂直入射到第15偏振分束器；經(jīng)第16偏振分束器的反射光束依次垂直入射到第15光開關(guān)、第17偏振分束器、第16光開關(guān)和第18偏振分束器；上述元部件都集成在所述的電路控制板上，每一個(gè)光開關(guān)的一端與所述的電源相連，另一端通過一個(gè)相應(yīng)的電開關(guān)接所述的電源的另一端，所有電開關(guān)的控制端通過數(shù)據(jù)線與所述的計(jì)算機(jī)的輸出端連接。本發(fā)明3X3自由空間光路由器的工作情況如下初始狀態(tài)，所有開關(guān)均斷開。首先確定需要連接的通道，輸入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)按程序根據(jù)連接的通道確定流經(jīng)的光開關(guān)及對(duì)應(yīng)流經(jīng)光開關(guān)的狀態(tài)，根據(jù)流經(jīng)光開關(guān)的狀態(tài)通過命令設(shè)置其對(duì)應(yīng)的電開關(guān)的通斷，實(shí)現(xiàn)通道的連接。只根據(jù)程序設(shè)定流經(jīng)開關(guān)，對(duì)于未流經(jīng)開關(guān)保持?jǐn)嚅_狀態(tài)。本發(fā)明的技術(shù)效果如下本發(fā)明是一種3X3自由空間光路由器，通過計(jì)算機(jī)對(duì)光開關(guān)的控制，實(shí)現(xiàn)了 6個(gè)通道任意兩通道同時(shí)連接無阻塞。本發(fā)明具有光開關(guān)矩陣的路由控制功能，能夠?qū)崿F(xiàn)光網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)路由。具有大容量、無阻塞，響應(yīng)速度快，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能量損耗低，易安裝等優(yōu)點(diǎn)，適用于各種光學(xué)互連網(wǎng)絡(luò)。
圖1是本發(fā)明3X3自由空間光路由器的光路結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明3X3自由空間光路由器的電結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明3X3自由空間光路由器的工作流程圖
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的3X3自由空間光路由器作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。請(qǐng)參閱圖1和圖2，圖1是本發(fā)明3X3自由空間光路由器的光路結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是本發(fā)明3X3自由空間光路由器的電結(jié)構(gòu)示意圖，由圖可見，本發(fā)明3X3自由空間光路由器，構(gòu)成包括6個(gè)光束通道、具有相同結(jié)構(gòu)的19個(gè)光開關(guān)，具有相同結(jié)構(gòu)的18偏振分束器，具有相同結(jié)構(gòu)的19個(gè)電開關(guān)、一塊電路控制板7、一個(gè)電源和一臺(tái)計(jì)算機(jī)，上述元部件的位置關(guān)系如下第I光束通道I與第4通道光束4在同一水平線上，第2光束通道2與第5通道光束5在同一水平線上，第3光束通道3與第6通道光束6在同一水平線上，沿第I光束通道I進(jìn)入的光束方向依次是第I光開關(guān)kl、第I偏振分束器p1、第6偏振分束器p6、第9光開關(guān)k9、第8偏振分束器p8、第10偏振分束器plO、第11光開關(guān)kll、第12偏振分束器pl2、第16偏振分束器pl6、第17光開關(guān)kl7到達(dá)第4光束通道4，所述的第I偏振分束器p1、第8偏振分束器p8、第12偏振分束器pl2的分束面與所述的第I光束通道的光束成45°夾角，所述的第6偏振分束器p6、第10偏振分束器plO、第16偏振分束器pl6的分束面與所述的第I光束通道的光束成135°夾角；沿第2光束通道2進(jìn)入的光束方向依次是第2光開關(guān)k2、第2偏振分束器p2、第6光開關(guān)k6、第4偏振分束器p4、第8光開關(guān)k8、第7偏振分束器p7,所述的第2偏振分束器p2和第7偏振分束器p7的分束面與第2光束通道2的光束成成135°夾角，所述的第4偏振分束器P4的分束面與第2光束通道2的光束成45°夾角；沿第3光束通道3進(jìn)入的光束方向依次是第3光開關(guān)k3、第3偏振分束器p3、第7光開關(guān)k7、第5偏振分束器p5、第9偏振分束器p9、第10光開關(guān)klO、第11偏振分束器pll、第15偏振分束器pl5、第14光開關(guān)kl4、第18偏振分束器pl8和第19光開關(guān)kl9到達(dá)第6光束通道6,所述的第9偏振分束器p9、第15偏振分束器pl5和第18偏振分束器pl8的分束面與第3光束通道3的光束成45°夾角，所述的第3偏振分束器p3、第5偏振分束器p5和第11偏振分束器pll的分束面與第3光束通道3的光束成135°夾角；在所述的第I偏振分束器pi的反射光方向經(jīng)第4光開關(guān)k4、第2偏振分束器p2、第5光開關(guān)k5入射所述的第3偏振分束器p3 ；所述的第4偏振分束器p4的反射光束垂直入射到第5偏振分束器p5 ；所述的第6偏振分束器p6的反射光束垂直入射到第7偏振分束器p7 ；所述的第8偏振分束器p8的反射光束垂直入射到第9偏振分束器p9 ；所述的第10偏振分束器plO的反射光束垂直入射到第11偏振分束器Pll ；所述的第12偏振分束器pl2的反射光束垂直入射到第13偏振分束器pl3，經(jīng)第13偏振分束器pl3的反射光束依次經(jīng)過第12光開關(guān)kl2、第14偏振分束器pl4、第13光開關(guān)kl3、經(jīng)第17偏振分束器pl7的透射光束垂直入射并通過第18光開關(guān)kl8后進(jìn)入第5光束通道5 ;
所述的第13偏振分束器pl3和第17偏振分束器pl7的分束面與第5光束通道5的光束成135°夾角，所述的第14偏振分束器pl4的分束面與第5光束通道5的光束成45°夾角；所述的第14偏振分束器pl4的反射光束垂直入射到第15偏振分束器pl5 ；經(jīng)第16偏振分束器pl6的反射光束依次垂直入射到第15光開關(guān)kl5、第17偏振分束器pl7、第16光開關(guān)kl6和第18偏振分束器pl8 ；上述元部件都集成在所述的電路控制板7上，每一個(gè)光開關(guān)的一端連電源，另一端通過一個(gè)相應(yīng)的電開關(guān)接所述的電源的另一端，所有電開關(guān)的控制端通過數(shù)據(jù)線與所述的計(jì)算機(jī)的輸出端連接。圖1為本發(fā)明的研制實(shí)施的示意圖，信號(hào)光束可以是高斯光束或平面波，以第I光束通道I與第2光束通道2連接，同時(shí)第3光束通道3與第5光束通道5連接，第4光束通道4與第6光束通道6連接為例進(jìn)行說明。從第I光束通道I入射的信號(hào)光垂直入射到第I光開關(guān)kl，通過對(duì)第I光開關(guān)kl加半波電壓實(shí)現(xiàn)對(duì)光束偏振態(tài)調(diào)制，使信號(hào)偏振態(tài)為S偏振，經(jīng)第I偏振分束器Pl反射后，入射到第4光開關(guān)k4,對(duì)第4光開關(guān)k4的半波電壓控制,使信號(hào)光偏振態(tài)保持S偏振,經(jīng)第2偏振分束器p2反射后，經(jīng)第2光開關(guān)k2到達(dá)第2光束通道2。從第3光束通道3入射的信號(hào)垂直入射到第3光開關(guān)k3，通過對(duì)第3光開關(guān)k3加半波電壓實(shí)現(xiàn)對(duì)光束偏振態(tài)調(diào)制，使信號(hào)光偏振態(tài)為P偏振，經(jīng)第3偏振分束器p3透射后，入射到第7光開關(guān)k7，通過對(duì)第7光開關(guān)k7的半波電壓控制，使信號(hào)光偏振態(tài)保持P偏振，依次經(jīng)第5偏振分束器p5和第9偏振分束器p9透射入射到第10光開關(guān)klO，通過對(duì)第10光開關(guān)klO加半波電壓,使信號(hào)光偏振態(tài)為S偏振,經(jīng)第11偏振分束器pll反射后垂直入射到第10偏振分束器plO，經(jīng)第10偏振分束器plO反射后入射第11光開關(guān)kll，對(duì)第11光開關(guān)kll的半波電壓控制,使信號(hào)光偏振態(tài)保持S偏振,依次經(jīng)第12偏振分束器pl2和第13偏振分束器pl3反射后,入射到第12光開關(guān)kl2,經(jīng)第12光開關(guān)kl2對(duì)信號(hào)光偏振態(tài)的控制，使信號(hào)光偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)為P偏振，P偏振信號(hào)光依次經(jīng)第14偏振分束器pl4、第13光開關(guān)kl3、第17偏振分束器pl7、第18光開關(guān)kl8透射，到達(dá)第5光束通道5。從第4光束輸出通道4輸入的信號(hào)光垂直入射到第17光開關(guān)kl7,通過對(duì)第17光開關(guān)kl7加半波電壓實(shí)現(xiàn)對(duì)光束偏振態(tài)調(diào)制,使信號(hào)光偏振態(tài)為S偏振,經(jīng)第16偏振分束器pl6反射后，入射到第15光開關(guān)kl5,通過對(duì)第15光開關(guān)kl5加半波電壓,使信號(hào)光偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)為P偏振，經(jīng)第17偏振分束器pl7透射后，入射到第16光開關(guān)kl6，通過對(duì)第16光開關(guān)kl6加半波電壓,使信號(hào)光偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)為S偏振,經(jīng)第18偏振分束器pl8反射后入射到第19光開關(guān)kl9，到達(dá)第6光束通道6。以上僅為6個(gè)通道任意兩通道連接的一種組合，本發(fā)明通過對(duì)各光開關(guān)施加半波電壓，選擇任意兩通道為輸入輸出通道，可以實(shí)現(xiàn)同時(shí)連接無阻塞。本發(fā)明共有15種連接方式，每一種連接方式對(duì)應(yīng)的開關(guān)控制狀態(tài)列表如下為了簡(jiǎn)化表述,表中Ti 一第i光束通道；Ki 一第i光開關(guān)K ；pi 一第i偏振分束器，對(duì)應(yīng)開關(guān)狀態(tài)對(duì)開關(guān)加半波電壓記為1，不加半波電壓記為O。1、Tl與T2連接，同時(shí)T3與T4連接，T5與T6連接
權(quán)利要求
1.一種3X3自由空間光路由器，特征在于其構(gòu)成包括6個(gè)光束通道、18個(gè)偏振分束器、19個(gè)光開關(guān)和19個(gè)電開關(guān)集成在一塊電路控制板上,每一個(gè)光開關(guān)的一端連電源，另一端通過一個(gè)相應(yīng)的電開關(guān)接所述的電源的另一端，所有電開關(guān)的控制端通過數(shù)據(jù)線與所述的計(jì)算機(jī)的輸出端連接，上述元部件的位置關(guān)系如下第I光束通道(I)與第4通道光束(4)在同一水平線上，第2光束通道(2)與第5通道光束(5)在同一水平線上，第3光束通道(3)與第6通道光束(6)在同一水平線上，沿第 I光束通道(I)進(jìn)入的光束方向依次是第I光開關(guān)(kl)、第I偏振分束器(pi)、第6偏振分束器(p6)、第9光開關(guān)(k9)、第8偏振分束器(p8)、第10偏振分束器(plO)、第11光開關(guān) (kll)、第12偏振分束器(pi2)、第16偏振分束器(pl6)、第17光開關(guān)(kl7)到達(dá)第4光束通道(4)，所述的第I偏振分束器(pi)、第8偏振分束器(p8)、第12偏振分束器(pl2)的分束面與所述的第I光束成45°夾角，所述的第6偏振分束器(p6)、第10偏振分束器(plO)、 第16偏振分束器(pl6)的分束面與所述的第I光束成135°夾角；沿第2光束通道(2)進(jìn)入的光束方向依次是第2光開關(guān)(k2)、第2偏振分束器(p2)、 第6光開關(guān)(k6)、第4偏振分束器(p4)、第8光開關(guān)(k8)、第7偏振分束器(p7),所述的第 2偏振分束器(p2)和第7偏振分束器(p7)的分束面與第2光束通道(2)的光束成135° 夾角，所述的第4偏振分束器(p4)的分束面與第2光束通道(2)的光束成45°夾角；沿第3光束通道(3)進(jìn)入的光束方向依次是第3光開關(guān)(k3)、第3偏振分束器(p3)、 第7光開關(guān)(k7)、第5偏振分束器(p5)、第9偏振分束器(p9)、第10光開關(guān)(klO)、第11 偏振分束器(pi I)、第15偏振分束器(pl5)、第14光開關(guān)(kl4)、第18偏振分束器(pl8)和第19光開關(guān)(kl9)到達(dá)第6光束通道￠)，所述的第9偏振分束器(p9)、第15偏振分束器 (P15)和第18偏振分束器(pl8)的分束面與第3光束通道(3)的光束成45°夾角，所述的第3偏振分束器(p3)、第5偏振分束器(p5)和第11偏振分束器(piI)的分束面與第3光束通道⑶的光束成135°夾角；在所述的第I偏振分束器(pl)的反射光方向經(jīng)第4光開關(guān)(k4)、第2偏振分束器 (p2)、第5光開關(guān)(k5)入射所述的第3偏振分束器(p3)；所述的第4偏振分束器(p4)的反射光束垂直入射到第5偏振分束器(p5)；所述的第6偏振分束器(p6)的反射光束垂直入射到第7偏振分束器(p7)；所述的第8偏振分束器(p8)的反射光束垂直入射到第9偏振分束器(p9)；所述的第10偏振分束器(plO)的反射光束垂直入射到第11偏振分束器(Pll)；所述的第12偏振分束器(pl2)的反射光束垂直入射到第13偏振分束器(pl3)，經(jīng)第 13偏振分束器(pl3)的反射光束依次經(jīng)過第12光開關(guān)(kl2)、第14偏振分束器(pl4)、第 13光開關(guān)(kl3)、經(jīng)第17偏振分束器(pl7)的透射光束垂直入射并通過第18光開關(guān)(kl8) 后進(jìn)入第5光束通道(5)；所述的第13偏振分束器(pl3)和第17偏振分束器(pl7)的分束面與第5光束通道(5)的光束成135°夾角，所述的第14偏振分束器(pl4)的分束面與第5光束通道(5)的光束成45°夾角；所述的第14偏振分束器(pl4)的反射光束垂直入射到第15偏振分束器(pl5)；經(jīng)第16偏振分束器(pl6)的反射光束依次垂直入射到第15光開關(guān)(kl5)、第17偏振分束器(pl7)、第16光開關(guān)(kl6)和第18偏振分束器(pl8)。
全文摘要
一種3×3自由空間光路由器，構(gòu)成包括6個(gè)光束通道、18個(gè)偏振分束器、19個(gè)光開關(guān)和19個(gè)電開關(guān)集成在一塊電路控制板、上，每一個(gè)光開關(guān)的一端連電源，另一端通過一個(gè)相應(yīng)的電開關(guān)接所述的電源的另一端，所有電開關(guān)的控制端通過數(shù)據(jù)線與所述的計(jì)算機(jī)的輸出端連接。計(jì)算機(jī)通過對(duì)信號(hào)光偏振態(tài)的控制，可以實(shí)現(xiàn)6個(gè)通道中任意兩通道之間的無阻塞連接。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、響應(yīng)速度快、無阻塞、高速并行和大容量等優(yōu)點(diǎn)，適用于各種光學(xué)互連網(wǎng)絡(luò)。
文檔編號(hào)G02B6/35GK103048739SQ20131001624
公開日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2013年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月16日
發(fā)明者侯培培, 孫建鋒, 職亞楠, 王利娟, 劉立人 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所