專利名稱：光互連裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光互連裝置，它能夠在允許在光學(xué)干線網(wǎng)絡(luò)內(nèi)高速傳送信號的WDM(波分多路復(fù)用)傳輸控制裝置中改變光信號的路徑，也就是不用將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，而直接將多個(gè)輸入光信號轉(zhuǎn)換、尋址和相互連接到多個(gè)輸出光波導(dǎo)管。
在通過光纖電纜傳送信號時(shí)，傳統(tǒng)TDM(時(shí)分多路復(fù)用)系統(tǒng)只允許在一根光纖電纜上傳送一種波長的信號。相反，WDM(波分多路復(fù)用)系統(tǒng)允許在一根光纖電纜上傳送數(shù)個(gè)具有不同波長的光信號，因此允許使用已有的光纖電纜增加波帶和大幅度提高線速度。在一種使用這種WDM技術(shù)的WDM傳送裝置中，要轉(zhuǎn)換輸入光信號的路徑和輸出光信號的路徑，也就是快速相互連接這些路徑，就必須包括一個(gè)光學(xué)開關(guān)，該光學(xué)開關(guān)能夠直接對那些路徑進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換，而不必將輸入光信號轉(zhuǎn)換成電信號，然后再將電信號轉(zhuǎn)換成輸出光信號。
迄今為止，已經(jīng)存在四種類型的這種光學(xué)開關(guān)。第一種稱為“鏡型開關(guān)”，其中有一個(gè)Si基片形成的小鏡子可以轉(zhuǎn)動(dòng)或者垂直移動(dòng)，能夠使入射光以特定的角度反射從而改變其路徑。第二種稱為“平面光波導(dǎo)管型開關(guān)”，它使用一個(gè)具有一個(gè)交叉的波導(dǎo)管，其中嵌有一個(gè)加熱器，該加熱器加熱以改變?nèi)肷涔獾恼凵渎剩瑥亩淖內(nèi)肷涔獾穆窂?。第三種稱為“泡型開關(guān)”，其中加熱器由充滿一種液體的槽取代，以便通過控制槽內(nèi)氣泡的產(chǎn)生來改變?nèi)肷涔獾姆瓷浣嵌?，從而改變其路徑。第四種稱為“機(jī)械型開關(guān)”，其中光纖電纜例如用電磁鐵進(jìn)行彎曲，從而改變?nèi)肷涔獾穆窂健?br> 在這些現(xiàn)有的光學(xué)開關(guān)中，“鏡型開關(guān)”在該時(shí)刻被認(rèn)為是規(guī)模最大的，因?yàn)樗軌蛱峁装賯€(gè)信道。但是，這種要求小鏡必須轉(zhuǎn)動(dòng)或垂直移動(dòng)的開關(guān)強(qiáng)度不夠。還有一個(gè)問題是其轉(zhuǎn)換速度低，轉(zhuǎn)換需要50毫秒。另一方面，“機(jī)械型開關(guān)”在較高的轉(zhuǎn)換速度下也是可運(yùn)行的，能夠在大約10毫秒內(nèi)轉(zhuǎn)換，但是有一個(gè)問題是它只能夠提供幾個(gè)信道，因此除非是有限的小規(guī)模的使用，否則不能夠使用?！捌矫婀獠▽?dǎo)管型開關(guān)”和“泡型開關(guān)”在較高的轉(zhuǎn)換速度下也是可運(yùn)行的，可以在大約10毫秒內(nèi)轉(zhuǎn)換，并能夠提供幾十個(gè)信道。但是，采用這種要求具有一個(gè)加熱器或充滿液體的槽形成在基片內(nèi)的結(jié)構(gòu)，這些開關(guān)的強(qiáng)度或多或少還是不夠。此外，盡管這些開關(guān)內(nèi)不要求有機(jī)械運(yùn)動(dòng)，但是它們卻或多或少需要一些機(jī)械元件，因此它們存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問題。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種光互連裝置，其特征在于它包括一個(gè)形成在位于M個(gè)輸入光纖和N個(gè)輸出光纖之間的波導(dǎo)管支撐基片內(nèi)的多模式光波導(dǎo)管，所述多模式光波導(dǎo)管具有多個(gè)用于接收和引導(dǎo)所述輸入光纖發(fā)出的光束通過的輸入光波導(dǎo)管，和單一一個(gè)匯聚所述輸入光波導(dǎo)管的輸出光波導(dǎo)管；多個(gè)與所述多模式光波導(dǎo)管的所述輸入光波導(dǎo)管相關(guān)聯(lián)的電極裝置；一個(gè)在光束進(jìn)入所述多模式光波導(dǎo)管之前響應(yīng)所述光束，探測所述光束攜帶的光信號的各個(gè)地址的光地址探測器；一個(gè)響應(yīng)所述光地址探測器裝置，給所述電極裝置提供預(yù)定控制電壓的電源，結(jié)合引導(dǎo)通過所述多模式光波導(dǎo)管的激光光束、用來分別產(chǎn)生對應(yīng)于所測得的所述光信號地址的特定預(yù)選光斑圖案；一個(gè)由例如光折射晶體、光聚合物或光折射聚合物等的記錄介質(zhì)構(gòu)成的全息濾波器，其中形成有全息圖，用于分別給對應(yīng)所述光信號地址的所述光信號提供目標(biāo)；以及一個(gè)在形成所述全息濾波器的記錄介質(zhì)內(nèi)預(yù)先形成這種全息圖的記錄裝置，所述記錄裝置包括一個(gè)提供統(tǒng)一模式的激光光束的激光器單元，以及數(shù)個(gè)校準(zhǔn)和分裂激光光束的光學(xué)元件，包括一個(gè)透鏡裝置和一個(gè)分束器，以及一個(gè)光束反射鏡。
本發(fā)明的光互連裝置的特征還在于包括一種預(yù)先形成一種具有全息圖的記錄介質(zhì)的裝置，適合將輸入光分配到目標(biāo)地址，所述裝置包括一個(gè)能夠提供統(tǒng)一模式的激光光束的激光器單元，一個(gè)將激光器單元發(fā)出的激光光束校準(zhǔn)成一個(gè)統(tǒng)一校準(zhǔn)激光光束的透鏡裝置，一個(gè)將后面的激光光束分裂成兩束激光光束的分束器，以及一個(gè)反射分束器分裂的兩束激光光束中的一束激光的束反射鏡，用來照射正變成一個(gè)全息濾波器的所述記錄介質(zhì)的一個(gè)區(qū)域。
本發(fā)明的光互連裝置的特征還在于一種光學(xué)開關(guān)，該開關(guān)包括一個(gè)適于接收M個(gè)輸入光纖輸入的輸入激光光束并分別具有多個(gè)相關(guān)電極裝置的多模式光波導(dǎo)管，以及一個(gè)全息濾波器，該濾波器在多個(gè)區(qū)域內(nèi)預(yù)先形成有多個(gè)不同光斑圖案，它們分別依次與多個(gè)輸出光纖相關(guān)聯(lián)，從而給電極裝置提供多個(gè)不同的控制電壓Vi(其中i＝1，2，…，N)，在多模式光波導(dǎo)管內(nèi)形成多個(gè)不同的光斑圖案，一個(gè)所述形成的光斑圖案與在所述全息濾波器一個(gè)區(qū)域內(nèi)預(yù)先形成的所述光斑圖案的一致，允許將所述形成一致光斑圖案的所述輸入激光光束選擇性地轉(zhuǎn)換、尋址或相互連接到一個(gè)與全息濾波器的所述一致區(qū)域相關(guān)聯(lián)的所述輸出光波導(dǎo)管。
本發(fā)明的光互連裝置的特征還在于一種光學(xué)開關(guān)，它包括一個(gè)安裝在另一個(gè)頂部的多個(gè)波導(dǎo)管支撐基片，它們對應(yīng)于不同波長λi(其中i＝1，2，…，L)的光信號，其中所述每個(gè)波導(dǎo)管支撐基片都有多個(gè)電極對，有M個(gè)，每對電極相互并列布置，分別與同樣多的M個(gè)光波導(dǎo)管中的一個(gè)交叉；及一個(gè)電源裝置，用于分別給所述電極對提供不同的控制電壓。
本發(fā)明的光互連裝置的特征還在于一種光學(xué)開關(guān)，包括一個(gè)設(shè)置在開關(guān)輸出側(cè)的全息濾波器，多個(gè)設(shè)置在開關(guān)輸入側(cè)用于分別引導(dǎo)多束輸入激光光束的光波導(dǎo)管，和多個(gè)與光波導(dǎo)管相關(guān)聯(lián)的電極對，以及一個(gè)用于分別給電極對提供不同控制電壓的電源，以便可以在各個(gè)波導(dǎo)管內(nèi)形成與各個(gè)激光光束相關(guān)的不同光斑圖案，在所述輸入側(cè)個(gè)別產(chǎn)生的不同光斑圖案在開關(guān)所述輸出側(cè)處的全息濾波器內(nèi)線性疊加在一起。優(yōu)選地，所述全息濾波器具有分別在多個(gè)區(qū)域內(nèi)預(yù)先形成的多個(gè)不同光斑圖案，它們依次分別與多個(gè)輸出光波導(dǎo)管相關(guān)聯(lián)，因此所述形成的光斑圖案與全息濾波器的所述區(qū)域內(nèi)預(yù)先形成的光斑圖案一致，能夠使帶有所述形成一致光斑圖案的所述輸入激光光束被選擇性地轉(zhuǎn)換、選址和相互連接到與全息濾波器的所述一致區(qū)域相關(guān)的輸出光波導(dǎo)管。優(yōu)選地，所述不同控制電壓選自二元電壓、模擬電壓以及二元電壓與模擬電壓的組合電壓。
根據(jù)本發(fā)明的這些特征，提供了一種光互連裝置，該裝置沒有機(jī)械驅(qū)動(dòng)零件或元件，并且只用光學(xué)材料制成，該裝置結(jié)構(gòu)緊湊、成本低廉，作為一種結(jié)構(gòu)簡單、可靠性和經(jīng)濟(jì)性高的穩(wěn)定裝置，能夠提供極高的轉(zhuǎn)換速度。
在方法方面，本發(fā)明還提供一種將多個(gè)輸入光波導(dǎo)管輸入的多個(gè)輸入光信號相互連接到多個(gè)輸出光波導(dǎo)管的方法，該方法包括步驟a)制備一種全息濾波器，它在具有與所述多個(gè)出口光波導(dǎo)管分別相關(guān)的一組區(qū)域內(nèi)具有一組預(yù)先形成的不同光斑的圖案；b)傳送輸入光信號，每個(gè)信號由一束激光光束攜帶并分別通過多模式光波導(dǎo)管的多個(gè)輸入通道，其中它們之上分別施加有不同的控制電壓，分別形成與那些激光光束相關(guān)的不同光斑圖案，及c)將通過所述多模式光波導(dǎo)管的各個(gè)輸入通道之后又通過單一一個(gè)輸出通道的激光光束引入所述全息濾波器內(nèi)，其中在一個(gè)全息濾波器的所述區(qū)域內(nèi)，所述形成的光斑圖案與預(yù)先形成的光斑圖案的一致使得與所述形成一致光斑圖案有關(guān)的所述輸入光信號能夠被選擇性地轉(zhuǎn)換、尋址和相互連接到與全息濾波器所述一致區(qū)域相關(guān)的所述輸出光波導(dǎo)管上。
所述預(yù)先形成的不同光斑圖案專門以全息圖的形式被預(yù)先記錄在正要變成全息濾波器的記錄介質(zhì)上，優(yōu)選通過a1)將統(tǒng)一模式的激光光束分裂成一個(gè)第一激光光束和一個(gè)第二激光光束，使這種第一激光光束通過分別施加一組不同控制電壓的所述多模式光波導(dǎo)管的輸入通道，形成多個(gè)光斑圖案，每個(gè)圖案都作為所述施加電壓的函數(shù)，將通過所述多模式光波導(dǎo)管的多束第一激光光束匯集成單一一個(gè)多模式激光光束，該激光光束與所述多個(gè)不同光斑圖案相關(guān)，并能夠引起多模式激光光束與第二激光光束在一個(gè)所述記錄介質(zhì)連續(xù)區(qū)域處相交，使它們在此相互干涉，從而將所述不同光斑圖案記錄成一組在所述區(qū)域上的全息圖形式的圖案，及a2)連續(xù)重復(fù)步驟a1)，在所述多模式光波導(dǎo)管上施加不同組的不同控制電壓，以全息圖的形式依次在所述記錄介質(zhì)內(nèi)的下一個(gè)區(qū)域連續(xù)記錄得到的各組光斑圖案，從而形成所述全息濾波器。
有利地，形成所述全息濾波器的所述記錄介質(zhì)由光折射晶體如LiNbO3、光聚合物或者光折射聚合物制成。
有利地，分別形成通過所述多模式光波導(dǎo)管的各個(gè)輸入通道的所述不同光斑圖案在進(jìn)入所述全息濾波器之前在所述多模式光波導(dǎo)管的單一一個(gè)輸出通道內(nèi)線性疊加在一起。
根據(jù)電極形狀，施加的所述電壓可以是二元電壓、模擬電壓或者二元電壓與模擬電壓的組合電壓。
根據(jù)本發(fā)明方法的這些特點(diǎn)，提供了一種可靠性和經(jīng)濟(jì)性高的方法，可以采用該方法制造一種結(jié)構(gòu)緊湊、成本低廉的光學(xué)開關(guān)，作為一種結(jié)構(gòu)簡單、可靠性和經(jīng)濟(jì)性高的穩(wěn)定裝置，它能夠提供極高的轉(zhuǎn)換速度。
另一方面，本發(fā)明還提供一種將多個(gè)輸入光波導(dǎo)管輸入的多個(gè)輸入信號相互連接到多個(gè)輸出光波導(dǎo)管的光學(xué)開關(guān)，它包括一個(gè)具有多個(gè)輸入通道的多模式光波導(dǎo)管，用于分別接收輸入光波導(dǎo)管發(fā)出的激光光束攜帶的輸入光信號；多個(gè)電極裝置，每個(gè)裝置都分別與所述多模式光波導(dǎo)管的每個(gè)入口通道相關(guān)聯(lián)；一個(gè)電源裝置，用于分別給所述電極裝置提供不同的控制電壓，以便分別形成與通過所述多模式光波導(dǎo)管入口通道的那些激光光束相關(guān)的不同光斑圖案；所述多模式光波導(dǎo)管具有單一一個(gè)匯聚所述輸入通道的輸出通道，將所述激光光束轉(zhuǎn)換成一束多模式激光光束，其中所述不同光斑圖案線性疊加在一起；以及一個(gè)全息濾波器，用于接收所述不同光斑圖案，對含有所述多模式光波導(dǎo)管發(fā)出的所述輸入光信號的所述多模式激光束進(jìn)行濾波，所述全息濾波器具有多個(gè)不同組的預(yù)先形成的不同光斑圖案，每個(gè)圖案都是全息圖，并位于具有所述相關(guān)輸出光波導(dǎo)管的濾波器的多個(gè)連續(xù)區(qū)域內(nèi)，所述全息濾波器通過全息濾波器的一個(gè)所述區(qū)域，選擇性地將所述輸入光信號轉(zhuǎn)換、尋址和相互連接到一個(gè)所述輸出光波導(dǎo)管，其中與所述輸入光信號相關(guān)的一個(gè)所述接收光斑圖案與一個(gè)所述預(yù)先形成的光斑圖案一致。
所述每組預(yù)先形成的不同光斑圖案都是全息圖形式的，預(yù)先記錄在正變成全息濾波器的記錄介質(zhì)內(nèi)，優(yōu)選通過a1)將一束激光光束分裂成一個(gè)第一激光光束和一個(gè)第二激光光束，使這種第一激光光束通過分別施加一組不同控制電壓的所述多模式光波導(dǎo)管的輸入通道，形成多個(gè)光斑圖案，各圖案均為所施電壓的函數(shù)，將通過所述多模式光波導(dǎo)管的多束第一激光光束通過所述多模式光波導(dǎo)管的單個(gè)輸出通道，匯集成單一一個(gè)多模式激光光束，該激光光束具有相關(guān)的所述多個(gè)不同光斑圖案，并能夠引起多模式激光光束與第二激光光束在一個(gè)所述記錄介質(zhì)連續(xù)區(qū)域處相交，使它們在此相互干涉，從而將所述不同光斑圖案記錄成一組在所述一個(gè)區(qū)域上的全息圖形式的圖案，及a2)連續(xù)重復(fù)步驟a1)，在所述多模式光波導(dǎo)管上施加不同組的不同控制電壓，以全息圖的形式依次在所述記錄介質(zhì)內(nèi)的下一個(gè)區(qū)域連續(xù)記錄得到的依次各組光斑圖案，從而形成所述全息濾波器。
有利地，構(gòu)成所述全息濾波器波導(dǎo)管支承基片的所述記錄介質(zhì)由非線性光晶體或光聚合物構(gòu)成。
根據(jù)本發(fā)明的這些特征，提供了一種光互連裝置，該裝置結(jié)構(gòu)緊湊、成本低廉，作為一種結(jié)構(gòu)簡單、可靠性和經(jīng)濟(jì)性高的穩(wěn)定裝置，能夠提供極高的轉(zhuǎn)換速度。
另一方面，本發(fā)明還提供一種將多個(gè)輸入光波導(dǎo)管輸入的多個(gè)輸入信號相互連接到多個(gè)輸出光波導(dǎo)管的光學(xué)開關(guān)，它包括一個(gè)具有多個(gè)輸入通道的多模式光波導(dǎo)管，用于分別接收輸入光波導(dǎo)管發(fā)出的激光光束攜帶的輸入光信號；多個(gè)電極裝置，每個(gè)裝置都分別與所述多模式光波導(dǎo)管的每個(gè)入口通道相關(guān)聯(lián)；一個(gè)電源裝置，分別用于給所述電極裝置提供一組不同的控制電壓，以便分別形成與通過所述多模式光波導(dǎo)管入口通道的那些激光光束相關(guān)的不同光斑圖案；所述多模式光波導(dǎo)管具有單一一個(gè)匯聚所述輸入通道的輸出通道，將所述激光光束轉(zhuǎn)換成一束多模式激光光束，其中所述不同光斑圖案線性疊加在一起；一個(gè)全息濾波器，用于接收所述不同光斑圖案，對含有所述多模式光波導(dǎo)管發(fā)出的所述輸入光信號進(jìn)行濾波，所述全息濾波器具有多個(gè)不同組的預(yù)先形成的不同光斑圖案，每組圖案都是全息圖，并位于與所述相關(guān)輸出光波導(dǎo)管的濾波器有關(guān)的多個(gè)連續(xù)區(qū)域內(nèi)，所述全息濾波器通過全息濾波器的一個(gè)所述區(qū)域，選擇性地將所述輸入光信號轉(zhuǎn)換、尋址和相互連接到一個(gè)所述輸出光波導(dǎo)管，在所述區(qū)域，與所述輸入光信號相關(guān)的一個(gè)所述接收光斑圖案與一個(gè)所述預(yù)先形成的光斑圖案一致；一組波導(dǎo)管支撐基片，它們一個(gè)安裝在另一個(gè)頂部，數(shù)量與攜帶輸入光信號的不同波長(λ1，λ2，…，λL)對應(yīng)，所述每個(gè)波導(dǎo)管支撐基片內(nèi)都形成有一個(gè)所述的多模式光波導(dǎo)管；以及一組全息濾波器板，它們一個(gè)安裝在另一個(gè)頂部，數(shù)量與所述波導(dǎo)管支撐基片的數(shù)量對應(yīng)，所述每個(gè)全息濾波器板均與所述全息濾波器共同構(gòu)成，并分別附著在所述每個(gè)波導(dǎo)管支撐基片上，因此所述全息濾波器和所述波導(dǎo)管支撐基片內(nèi)的所述多模式光波導(dǎo)管的單個(gè)輸出通道以及附著在一起的所述全息濾波器板相互連通。該波導(dǎo)管支撐基片優(yōu)選由光折射晶體如晶片形式的的LiNbO3或者具有幾層聚合物層的Si基片構(gòu)成。
在此情況下，所述預(yù)先形成的每組不同光斑圖案專門以全息圖的形式被預(yù)先記錄在正要變成全息濾波器的記錄介質(zhì)上，優(yōu)選通過a1)使激光光束分裂成第一激光光束和第二激光光束，使第一激光光束通過分別施加一組不同控制電壓的所述多模式光波導(dǎo)管的輸入通道，形成多個(gè)光斑圖案，個(gè)圖案均為所施電壓的函數(shù)，將通過所述多模式光波導(dǎo)管的多束第一激光光束通過所述多模式光波導(dǎo)管的單個(gè)輸出通道，匯集成一個(gè)多模式激光光束，該激光光束具有相關(guān)的所述多個(gè)不同光斑圖案，并能夠引起多模式激光光束與第二激光光束在一個(gè)所述記錄介質(zhì)連續(xù)區(qū)域處相交，使它們在此相互干涉，從而將所述不同光斑圖案記錄成一組在所述一個(gè)區(qū)域上的全息圖形式的圖案，及a2)連續(xù)重復(fù)步驟a1)，在所述多模式光波導(dǎo)管上施加不同組的不同控制電壓，以全息圖的形式依次在所述記錄介質(zhì)內(nèi)的下一個(gè)區(qū)域連續(xù)記錄得到的依次各組光斑圖案，從而形成所述全息濾波器。
有利地，該光學(xué)裝置還包括第一組和第二組AWG(排列波導(dǎo)管線柵)型轉(zhuǎn)換器，分別連接有第一和第二組光纖電纜，并且分別形成在各組AWG板內(nèi)，所述每個(gè)第一和第二組AWG板并列布置，布置方向與一個(gè)疊置于另一個(gè)頂部的所述波導(dǎo)管支撐基片/全息濾波器板的安裝方向呈橫向，其中所述第一組AWG轉(zhuǎn)換器在接收到所述第一組光纖電纜發(fā)出的混合波長也就是含有不同波長(λ1，λ2，…，λL)的多組輸入光通信信號時(shí)，能夠分別將它們轉(zhuǎn)換成多組光信號，其中每組光信號都具有相同的波長(λ1，λ2，…，λL)以便進(jìn)入每個(gè)所述波導(dǎo)管支撐基片內(nèi)所述多模式光波導(dǎo)管的輸入通道內(nèi)，所述第二組AWG轉(zhuǎn)換器在接收到所述每個(gè)全息濾波器板內(nèi)所述全息濾波器發(fā)出的多組輸出光信號時(shí)，其中每組輸出光信號具有相同的波長(λ1，λ2，…，λL)，能夠分別將它們轉(zhuǎn)換成多組混合波長也就是具有不同波長(λ1，λ2，…，λL)的光信號，這些信號分別通過所述第二組光纖電纜輸出。
有利地，該光學(xué)裝置還包括第二組波導(dǎo)管支撐基片，它們一個(gè)安裝在另一個(gè)頂部，數(shù)量與攜帶輸入光信號的不同波長(λ1，λ2，…，λL)對應(yīng)，所述每個(gè)波導(dǎo)管支撐基片內(nèi)都形成有一個(gè)所述的多模式光波導(dǎo)管；及第二組全息濾波器板，它們一個(gè)安裝在另一個(gè)頂部，數(shù)量與所述第二組波導(dǎo)管支撐基片的數(shù)量對應(yīng)，所述每個(gè)全息濾波器板內(nèi)形成有第二全息濾波器，并分別與所述每個(gè)波導(dǎo)管支撐基片相互附著，因此所述全息濾波器和所述第二組波導(dǎo)管支撐基片內(nèi)的所述多模式光波導(dǎo)管以及附著在一起的所述全息濾波器板相互連通，其中所述第二組的AWG型轉(zhuǎn)換器接收來自所述第二組的光纖的混合波長(λ1，λ2，…，λL)的多組輸入光通信信號，分別將它們轉(zhuǎn)換成多組光信號，其中每組光信號都具有相同的波長(λ1，λ2，…，λL)以便進(jìn)入第二組的所述一個(gè)波導(dǎo)管支撐基片內(nèi)的所述多模式光波導(dǎo)管的輸入通道內(nèi)，所述第一組內(nèi)的AWG板接收來自所述第二組的所述一個(gè)全息濾波器板內(nèi)全息濾波器的波長(λ1，λ2，…，λL)相同的多組輸出光通信信號，分別將它們轉(zhuǎn)換成混合波長的多組光信號，其中每組光信號都具有不同的波長(λ1，λ2，…，λL)，這些信號竟分別通過所述第一組的光纖電纜輸出。采用上述構(gòu)成，本發(fā)明的裝置能夠在第一和第二組光纖電纜之間雙向工作。
根據(jù)本發(fā)明的這些特征，提供了一種光互連裝置，該裝置結(jié)構(gòu)緊湊、成本低廉，作為一種結(jié)構(gòu)簡單、可靠性和經(jīng)濟(jì)性高的穩(wěn)定裝置，能夠提供極高的轉(zhuǎn)換速度。
多模式光波導(dǎo)管4的數(shù)量與不同的波長(λ1，λ2，…，λL)的數(shù)量相對應(yīng)，他們每個(gè)都形成在一個(gè)波導(dǎo)管支撐薄基片或板3內(nèi)，基片或板例如由非線性光折射晶體LiNbO3構(gòu)成。基片3還可以是有幾層聚合物的一種Si基片，能夠產(chǎn)生電光效果。每個(gè)多模式光波導(dǎo)管4都有M個(gè)用于引導(dǎo)相同波長λ1的M個(gè)光信號的輸入通道4in，如圖所示，這些輸入通道4in在波導(dǎo)管板3內(nèi)匯聚成單一一個(gè)輸出通道4out。每個(gè)輸入通道4in都有一對布置在其兩側(cè)的電極(10，10a)，用于將電源8的電壓施加在其一部分上，這樣的形式對于形成通過它的光斑圖案是最佳的。如圖所示，電極對的一個(gè)電極10布置在每個(gè)輸入通道4in之上，然后形成三角形或鋸齒形的形狀。如果在電極對上施加電壓，那么通過電極10下面的輸入通道4in的一束激光光束9a根據(jù)給定條件電光地產(chǎn)生一個(gè)特定光斑圖案。這種光斑圖案主要取決于電極10的結(jié)構(gòu)，施加的電壓和光波導(dǎo)管4的光學(xué)性能。因此，由于施加的電壓的作用，能夠形成一個(gè)特定的光斑圖案。除非外部環(huán)境發(fā)生變化，否則產(chǎn)生的光斑圖案不隨時(shí)間變化。因此，該裝置是一種結(jié)構(gòu)簡單、可靠性和經(jīng)濟(jì)性高的穩(wěn)定裝置。
圖3是表示電光電極對10之間和每個(gè)與其對應(yīng)的多模式波導(dǎo)管輸入通道4之間的位置關(guān)系的橫剖正視圖，這樣很容易理解他們是怎樣形成的，以及怎樣相互配置，其中反電極10a作為一個(gè)公用接地電極。圖4是一幅平面圖，展示出每一自光纖輸入的激光束，怎樣產(chǎn)生一個(gè)由電極10決定的特定光斑圖案，通過多模式光波導(dǎo)管4的特定輸入通道4in，且變成多模式的，通過多模式光波導(dǎo)管4的單一輸出通道4out的該激光束被引入全息濾波器5，這樣容易理解形成在多模式光波導(dǎo)管4的每個(gè)特定輸入通道4in內(nèi)的光斑圖案，容易理解形成在多模式光波導(dǎo)管4的每個(gè)特定輸入通道4in內(nèi)的光斑圖案怎樣在多模式光波導(dǎo)管4的單個(gè)輸出通道4out內(nèi)怎樣疊加在一起，然后又進(jìn)入完成本發(fā)明光學(xué)開關(guān)的全息濾波器5內(nèi)。
圖5是一幅示意圖，表示怎樣設(shè)置光學(xué)系統(tǒng)來制造用于本發(fā)明的光互連裝置的全息濾波器5。這里制造了全息濾波器5，以便在該裝置中結(jié)合光轉(zhuǎn)換功能。為此，提供了一種光學(xué)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個(gè)激光器單元6，一個(gè)透鏡7a，一個(gè)分束器7b，以及一個(gè)安裝于一個(gè)鏡驅(qū)動(dòng)單元7d上的反射鏡7c，該鏡驅(qū)動(dòng)單元用于平行于全息濾波器5雙向推動(dòng)反射鏡7c，在形成全息濾波器5的記錄材料內(nèi)完成和記錄全息圖。由于在光互連裝置開始工作之前在該系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行操作，因此形成和記錄全息圖所需要的時(shí)間無論如何也不影響用光互連裝置進(jìn)行的光通信的轉(zhuǎn)換速度。為此，該方法中使用的激光器單元6不必具有很高的輸出功率，形成全息濾波器5的記錄介質(zhì)不必很靈敏。因此，本發(fā)明的特點(diǎn)是經(jīng)濟(jì)效率很高，并且全息濾波器5的材料可以有很多選擇。
下面將參照圖5描述本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例，其中的光學(xué)系統(tǒng)用于制造本發(fā)明的相互連接裝置的全息濾波器5。在制造全息濾波器5的方法步驟中，一幅全息圖被記錄在一種例如含有光折射晶體、光聚合物或光折射聚合物的用于形成全息濾波器5的記錄介質(zhì)內(nèi)。為此，由一個(gè)分束器7b將激光器單元6傳送和透鏡7a校準(zhǔn)為固定統(tǒng)一直徑的光通信帶內(nèi)一種波長的激光光束9分裂成用來照射記錄介質(zhì)的第一和第二校準(zhǔn)光束9a和9b。每個(gè)通過透鏡組7e的第一校準(zhǔn)光束9a直接通過輸入光纖1被輸入多模式波導(dǎo)管4的一個(gè)輸入通道4in內(nèi)，最后到達(dá)形成全息濾波器5的記錄介質(zhì)。第二校準(zhǔn)光束9b由安裝于可平行于全息濾波器5移動(dòng)的鏡驅(qū)動(dòng)單元7d的反射鏡7c反射，驅(qū)動(dòng)單元7d用于確定反射鏡7c的位置，以便反射的第二光束9b入射在用于照射形成全息濾波器5的記錄介質(zhì)的特定區(qū)域。這樣，由單個(gè)光源分裂形成的和沿兩個(gè)不同光學(xué)路徑前進(jìn)的第一和第二光束9a和9b在記錄介質(zhì)的這樣一個(gè)特定區(qū)域內(nèi)相交并相互干涉，從而形成一幅全息圖。因此，本發(fā)明的相互連接裝置所需的一組全息圖能夠被預(yù)先記錄在全息濾波器5內(nèi)。
下面將進(jìn)一步詳細(xì)描述在形成全息濾波器5的記錄介質(zhì)內(nèi)記錄這種全息圖的技術(shù)。在光折射材料中形成各種光斑圖案的基礎(chǔ)技術(shù)是電極10的具體形狀和其子元件的具體數(shù)量，以及施加在電極10上用于確定一個(gè)具體光斑圖案的具體電壓V。此外，要建立轉(zhuǎn)換條件，直到在光折射材料內(nèi)形成一組這樣的彼此間隔一定距離的全息圖。按照這種方式形成全息濾波器5能夠允許選擇性地確定輸出光路。由于全息圖的形成不是在上述通信過程中完成的，因此對他們的形成或消除沒有臨時(shí)限制。
一旦按照這種方式形成全息濾波器5，那么只需要簡單地從光互連裝置的通信系統(tǒng)中拆除激光器單元6、透鏡系統(tǒng)7a、分束器7b、反射鏡7c和鏡驅(qū)動(dòng)元件7d，而將其其余的零件或部件保持不動(dòng)。這樣就使該裝置成為一種結(jié)構(gòu)簡單、容易維修和更加經(jīng)濟(jì)的系統(tǒng)。
下面將接著描述構(gòu)成本發(fā)明的光互連裝置核心的轉(zhuǎn)換功能。其基本原理是在任何輸入光斑圖案和任何存儲于全息圖中的光斑圖案之間的圖案匹配與不匹配。這由下面的交叉相關(guān)函數(shù)給出Ci，j＝Pi×Pj其中Pi是第i個(gè)光斑圖案，Pj是第j個(gè)存儲光斑圖案，其中i＝1，2，…，N，j＝1，2，…，N。由于統(tǒng)計(jì)正交性，如果Pi＝Pj那么Pi和Pj之間的統(tǒng)計(jì)相關(guān)系數(shù)Ci，j變?yōu)?(最大)，否則為0(最小)。這意味著如果Pi＝Pj，那么可以選擇性地將第i個(gè)輸入相互連接到與輸入光斑圖案Pi一致有關(guān)的第j個(gè)光斑圖案Pj的第j個(gè)輸出上。
圖6表示制造這種全息濾波器采用的原理示意圖。第一全息圖H1可以如下地記錄在正變成全息濾波器5的記錄介質(zhì)上參照圖6，例如假定在多模式光波導(dǎo)管4內(nèi)，由施加電壓為V11的通過第一輸入波導(dǎo)管通道4in的激光光束攜帶的輸入光信號I1形成第一光斑圖案，由施加電壓為V12的通過第二輸入波導(dǎo)管通道4in的激光光束攜帶的輸入光信號I2形成第二光斑圖案，以此類推，由施加電壓為V1M的通過第M輸入波導(dǎo)管通道4in的激光光束攜帶的輸入光信號I1M形成第M光斑圖案。這M個(gè)光斑圖案分別由SI1，V12，…，SIM，V1M表示，他們在多模式波導(dǎo)管4的單個(gè)輸出波導(dǎo)管通道4out中耦合在一起，然后以多模式光斑圖案S1＝SI1，V11+SI2，V12，…，SIM，V1M的形式進(jìn)入記錄介質(zhì)5。那些輸入信號I1，I2，…，IM中的每一個(gè)都是一個(gè)激光器單元6發(fā)出的一束激光光束9a攜帶的光信號，其中光束由分束器7b分裂，并通過施加了相關(guān)電壓的多模式波導(dǎo)管4的輸入波導(dǎo)管通道4in。因此，攜帶組合光斑圖案S1＝SI1， V11+SI2，V12，…，SIM，V1M的多模式光在形成H1＝(SI1，V11+SI2，V12，…，SIM，V1M)*R1形式的全息圖H1的記錄介質(zhì)的一個(gè)H1區(qū)域內(nèi)，與作為分裂配對物的激光器單元6發(fā)出的一束參考光R1相交或者相干涉。第二全息圖H2同樣形成在記錄介質(zhì)5上與第一全息圖區(qū)域相鄰的第二全息圖區(qū)域。在此情況下，假定給第一、第二、…第M輸入光信號I1、I2、…IM的輸入通道4in1，4in2，…4inM分別施加電壓V21，V22，…V2M。那么就能夠看到獲得了所示的S2＝SI2，V21+SI2，V22，…，SIM，V2M形式的多模式光斑圖案且第二全息圖繼而為H2＝(SI2，V21+SI2，V22，…，SIM，V2M)*R1。按照這種方式，在形成全息濾波器5的記錄介質(zhì)內(nèi)就形成和記錄了所需的數(shù)量為N的一組全息圖。
圖7表示將輸入光信號選擇性地光轉(zhuǎn)換為所需輸出的衍射原理圖。假定分別在輸入光信號I1和I2的單一模式波導(dǎo)管4in和4out的電極10和10a上施加電壓V21和V12。那么可以看到該多模式光的多模式光斑圖案采用S＝SI1，V21+SI2，V12+…，的形式進(jìn)入具有第一和第二全息圖H1＝(SI1，V11+SI1，V12…，SIM，V1M)*R1以及H2＝(SI2，V21+SI2，V22…，SIM，V2M)*R1的全息濾波器5中，結(jié)果，多模式光中的輸入信號成分I1和I2通過全息濾波器5內(nèi)的第二和第一全息圖H2，H1被濾除，因此本轉(zhuǎn)換成分別與第二和第一全息圖H2和H1有關(guān)的輸出光波導(dǎo)管O2和O1。也就是說，通過記錄全息圖的全息濾波器5的多模式光在使用上述相交系數(shù)的區(qū)域被衍射，從而允許其衍射信號成分選擇性地轉(zhuǎn)換成分別與這些區(qū)域有關(guān)的輸出波導(dǎo)管。因此，對與輸入光信號的多模式光波導(dǎo)管4的輸入通道4in有關(guān)的電極(10，10a)上的電壓進(jìn)行控制，在采用那些控制電壓形成光斑圖案時(shí)，就能夠從與記錄全息圖有關(guān)的輸出波導(dǎo)管中選出這些光信號。在此情況下，每個(gè)電壓可以以二元形式即ON(1)和OFF(0)的形式、模擬形式或者二元與模擬的組合形式提供。
再參見

圖1，因此提供了一種光地址探測器14，它響應(yīng)于由分色鏡13反射的數(shù)量為M的輸入光束，用于分別探測這些輸入光束攜帶的光信號的各個(gè)地址。該光地址探測器14連接電源8，是由電源8提供的對應(yīng)于這些信號地址的電壓分別輸入到通過多模式光波導(dǎo)管4的數(shù)量為M的輸入通道4in的光束上。其中光信號的每個(gè)地址或目標(biāo)在這里都由一個(gè)特定的光斑圖案代表，因此要求一個(gè)特定的電壓，用于產(chǎn)生一種與存儲在全息濾波器5的特定全息圖內(nèi)的特定光斑圖案一致的光斑圖案，也就是信號目標(biāo)或輸出。
本發(fā)明提供了一種將多個(gè)輸入光波導(dǎo)管輸入的多個(gè)輸入信號相互連接到多個(gè)輸出光波導(dǎo)管的光學(xué)開關(guān)包括一種光學(xué)開關(guān)。該光學(xué)開關(guān)包括多個(gè)具有多個(gè)輸入通道4in和單一一個(gè)匯聚輸入通道4in的輸出通道4out的多模式光波導(dǎo)管4，輸入通道4in用于分別接收輸入光波導(dǎo)管發(fā)出的激光光束(9a)攜帶的輸入光信號。多個(gè)電極裝置(10，10a)，每個(gè)裝置都分別與所述多模式光波導(dǎo)管4的每個(gè)入口通道4in相關(guān)聯(lián)。一個(gè)電源裝置8，用于分別給所述電極裝置(10，10a)提供不同的控制電壓(V1，V2，V3…)，以便分別形成與通過所述多模式光波導(dǎo)管4入口通道4in的那些激光光束相關(guān)的不同光斑圖案。激光光束(9a)在多模式光波導(dǎo)管的單一一個(gè)輸出通道4out轉(zhuǎn)換成一束多模式激光光束，其中不同的光斑圖案線性疊加成一個(gè)多模式光斑圖案。此外，還包括一個(gè)全息濾波器5，該濾波器用于接收該含有不同光斑圖案的多模式光斑圖案，對含有來自多模式光波導(dǎo)管4的輸入光信號的多模式激光光束進(jìn)行濾波，該全息濾波器5含有多個(gè)預(yù)先形成的多模式光斑圖案，每個(gè)圖案H1，H2，…HN都是全息圖，并位于具有所述相關(guān)輸出光波導(dǎo)管的濾波器的多個(gè)連續(xù)區(qū)域內(nèi)，所述全息濾波器5通過全息濾波器的一個(gè)所述區(qū)域，選擇性地將所述輸入光信號轉(zhuǎn)換、尋址和相互連接到一個(gè)所述輸出光波導(dǎo)管，其中在該區(qū)域內(nèi)與所述輸入光信號相關(guān)的一個(gè)所述接收光斑圖案與一個(gè)所述預(yù)先形成的光斑圖案一致。
優(yōu)選地，該光學(xué)裝置還包括一組波導(dǎo)管支撐基片3，它們一個(gè)安裝在另一個(gè)頂部，數(shù)量與攜帶輸入光信號的不同波長(λ1，λ2，…，λL)對應(yīng)，所述每個(gè)波導(dǎo)管支撐基片3內(nèi)都形成有一個(gè)所述的多模式光波導(dǎo)管4，該波導(dǎo)管4包括一個(gè)輸出通道4out和匯聚成該單一一個(gè)輸出通道4out的多個(gè)輸入通道4in；及一組全息濾波器板，它們一個(gè)安裝在另一個(gè)頂部，數(shù)量與所述波導(dǎo)管支撐基片3的數(shù)量對應(yīng)。每個(gè)全息濾波器板內(nèi)形成有一個(gè)全息濾波器5，并分別附著在每個(gè)波導(dǎo)管支撐基片3上，因此所述全息濾波器5和波導(dǎo)管支撐基片3內(nèi)的多模式光波導(dǎo)管4’以及附著在一起的所述全息濾波器板相互連通。
上述光學(xué)開關(guān)如圖1和8所示可以連接在分別連接有第一和第二組光纖電纜的第一組和第二組AWG(排列波導(dǎo)管線柵)型耦合器/分頻器(轉(zhuǎn)換器)12，12’之間。這些AWG型轉(zhuǎn)換器分別形成在各組AWG板內(nèi)，每組AWG板并列布置，布置方向與一個(gè)疊置于另一個(gè)頂部的所述波導(dǎo)管支撐基片/全息濾波器板的安裝方向呈橫向。因此第一組AWG轉(zhuǎn)換器12在接收到第一組光纖電纜發(fā)出的混合波長也就是含有不同波長(λ1，λ2，…，λL)的多組輸入光通信信號時(shí)，能夠分別將它們轉(zhuǎn)換成多組光信號，其中每組光信號都具有相同的波長(λ1，λ2，…，λL)，以便進(jìn)入每個(gè)波導(dǎo)管支撐基片3內(nèi)所述多模式光波導(dǎo)管4的輸入通道4in內(nèi)，第二組AWG轉(zhuǎn)換器12’在接收到每個(gè)全息濾波器板內(nèi)所述全息濾波器5發(fā)出的波長(λ1，λ2，…，λL)相同的多組輸出光信號時(shí)，能夠分別將它們轉(zhuǎn)換成多組混合波長也就是具有不同波長(λ1，λ2，…，λL)的光信號，這些信號分別通過所述第二組光纖電纜輸出。
因此，如圖1所示，在第一和第二組AWG(排列波導(dǎo)管線柵)型耦合器/分頻器(轉(zhuǎn)換器)12，12’之間還可以優(yōu)選設(shè)置有另一個(gè)或第二個(gè)光學(xué)開關(guān)，該光學(xué)開關(guān)包括第二組波導(dǎo)管支撐基片3，它們一個(gè)安裝在另一個(gè)頂部，數(shù)量與攜帶輸入光信號的不同波長(λ1，λ2，…，λL)對應(yīng)。第二組波導(dǎo)管支撐基片3與第一組波導(dǎo)管支撐基片一樣，每個(gè)波導(dǎo)管支撐基片內(nèi)都形成有一個(gè)多模式光波導(dǎo)管4，該波導(dǎo)管4包括一組匯聚成單一一個(gè)輸出通道4out的輸入通道4in。還包括第二組全息濾波器板，它們一個(gè)安裝在另一個(gè)頂部，數(shù)量與波導(dǎo)管支撐基片3的數(shù)量對應(yīng)，這些全息濾波器板與第一組全息濾波器板相同，其中每個(gè)全息濾波器板內(nèi)形成有一個(gè)全息濾波器5，并分別附著在每個(gè)波導(dǎo)管支撐基片3上，因此全息濾波器5和第二組波導(dǎo)管支撐基片內(nèi)的多模式光波導(dǎo)管4以及附著在一起的第二組全息濾波器板相互連通。因此，第二組的AWG型轉(zhuǎn)換器12’接收來自所述第二組的光纜的混合波長(λ1，λ2，…，λL)的多組輸入光通信信號，分別將它們轉(zhuǎn)換成每組光信號都具有相同波長(λ1，λ2，…，λL)的多組光信號，以便進(jìn)入第二組的所述一個(gè)波導(dǎo)管支撐基片3內(nèi)的所述多模式光波導(dǎo)管4的輸入通道4in內(nèi)，第一組12內(nèi)的AWG板接收來自所述第二組的所述一個(gè)全息濾波器板內(nèi)全息濾波器5的波長(λ1，λ2，…，λL)相同的多組輸出光通信信號，分別將它們轉(zhuǎn)換成混合波長的多組光信號，其中每組光信號都具有不同的波長(λ1，λ2，…，λL)，這些信號分別通過所述第一組的光纖電纜輸出。采用上述構(gòu)成，本發(fā)明的裝置能夠雙向工作。
如上所述，本發(fā)明提供了一種結(jié)構(gòu)非常緊湊、轉(zhuǎn)換速度非常高和成本低廉的光學(xué)開關(guān)。該光學(xué)開關(guān)能夠?qū)⑤斎牍饫w相互連接到輸出光纖上，能夠以極高的轉(zhuǎn)換速度在輸入和輸出光纖之間相互連接數(shù)量為M×N×L(其中M和N分別是輸入和輸出光纖的數(shù)量，L是波長數(shù)量)的光信號，該轉(zhuǎn)換速度通過根據(jù)需要使用電光效應(yīng)形成和轉(zhuǎn)換光斑圖案和簡單地使輸入光信號通過具有預(yù)先形成的全息濾波器的光學(xué)開關(guān)獲得。光學(xué)開關(guān)內(nèi)預(yù)先形成的全息濾波器的有利優(yōu)點(diǎn)在于在其工作時(shí)，其工作過程或預(yù)先在記錄介質(zhì)內(nèi)記錄全息圖的過程絕對不影響光學(xué)開關(guān)的轉(zhuǎn)換操作。可以置備和存儲對應(yīng)于需求光斑圖案組數(shù)的各組全息圖的大量全息濾波器。因此，該光學(xué)開關(guān)可以攜帶幾百到幾千個(gè)信道，足以滿足超大規(guī)模WDM傳送系統(tǒng)的需求。該光學(xué)開關(guān)還非常緊湊，總尺寸例如為6.5cm×6.5cm×2.5cm。該光學(xué)開關(guān)的轉(zhuǎn)換速度高達(dá)一次轉(zhuǎn)換的時(shí)間周期短到1-2毫秒，因此它能夠迅速向前發(fā)展，建立下一代光電子網(wǎng)絡(luò)。
盡管這里已經(jīng)參照特定的實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員還很容易想到很多種變化，對其進(jìn)行刪除和增加，但是這些變化都不超出本發(fā)明的本質(zhì)范圍。因此，應(yīng)該理解，本發(fā)明不限于上述特殊實(shí)施例，而是包括所附權(quán)利要求書中涉及的所有可能的實(shí)施例和所有等效替換。
權(quán)利要求
1.一種光互連裝置，其特征在于它包括一個(gè)形成在位于M個(gè)輸入光纖(1)和N個(gè)輸出光纖(2)之間的波導(dǎo)管支撐基片(3)內(nèi)的多模式光波導(dǎo)管(4，4’)，所述多模式光波導(dǎo)管具有多個(gè)用于分別接收和引導(dǎo)所述輸入光纖(1)發(fā)出的光束通過的輸入光波導(dǎo)管(4)，和單一一個(gè)匯聚所述輸入光波導(dǎo)管(4)的輸出光波導(dǎo)管(4’)；多個(gè)分別與所述多模式光波導(dǎo)管的所述輸入光波導(dǎo)管(4)相關(guān)聯(lián)的電極裝置(10，10a)；一個(gè)在光束進(jìn)入所述多模式光波導(dǎo)管(4，4’)之前響應(yīng)所述光束，探測所述光束攜帶的光信號的各個(gè)地址的光地址探測器裝置(14)；一個(gè)響應(yīng)所述光地址探測器裝置(14)，給所述電極裝置(10，10a)提供預(yù)定控制電壓(V1，V2，…，VN)的電源(8)，用來分別產(chǎn)生與所述被引導(dǎo)通過所述多模式光波導(dǎo)管(4，4’)的激光光束有關(guān)的、對應(yīng)于所述光信號探測地址特定預(yù)選光斑圖案；一個(gè)由記錄介質(zhì)如光折射晶體、光聚合物或光折射聚合物構(gòu)成的全息濾波器(5)，其中形成有多個(gè)全息圖(H1，H2，…，HN)，用于分別給對應(yīng)所述光信號地址的所述光信號提供目標(biāo)；以及一個(gè)在形成所述全息濾波器(5)的記錄介質(zhì)內(nèi)預(yù)先形成這種全息圖的記錄裝置，所述記錄裝置包括一個(gè)提供統(tǒng)一模式的激光光束的激光器單元(6)，以及數(shù)個(gè)校準(zhǔn)和分裂激光光束的光學(xué)元件，包括一個(gè)透鏡裝置(7a)和一個(gè)分束器(7b)，以及一個(gè)光束反射鏡(7c)。
2.一種光互連裝置，其特征還在于包括一種預(yù)先形成一種具有全息圖(H1，H2，…，HN)的記錄介質(zhì)的裝置，適合將輸入光應(yīng)用到目標(biāo)地址，所述裝置包括一個(gè)能夠提供統(tǒng)一模式的激光光束(9)的激光器單元(6)，一個(gè)將激光器單元(6)發(fā)出的激光光束(9)校準(zhǔn)成一個(gè)統(tǒng)一校準(zhǔn)激光光束的透鏡裝置(7a)，一個(gè)將后面的激光光束分裂成兩束激光光束(9a，9b)的分束器(7b)，以及一個(gè)反射分束器(7b)分裂的兩束校準(zhǔn)激光光束中的一束激光(9b)的束反射鏡(7c)，用來照射正變成一個(gè)全息濾波器(5)的所述記錄介質(zhì)的一個(gè)區(qū)域。
3.一種光互連裝置，其特征在于一種光學(xué)開關(guān)，該開關(guān)包括一個(gè)適于接收M個(gè)輸入光纖(1)輸入的輸入激光光束(9a)的多模式光波導(dǎo)管(4，4’)，并分別具有多個(gè)相關(guān)的電極裝置(10)，以及一個(gè)全息濾波器(5)，該濾波器在多個(gè)區(qū)域內(nèi)分別預(yù)先形成有多個(gè)不同光斑圖案，它們分別依次與多個(gè)輸出光纖(2)相關(guān)聯(lián)，從而給電極裝置(10)提供多個(gè)不同的控制電壓Vi(其中i＝1，2，…，N)，在多模式光波導(dǎo)管(4，4’)內(nèi)形成多個(gè)不同的光斑圖案，一個(gè)所述形成的光斑圖案與在所述全息濾波器(5)一個(gè)區(qū)域內(nèi)預(yù)先形成的所述光斑圖案的一致，允許將所述形成一致光斑圖案的所述輸入激光光束(9a)選擇性地轉(zhuǎn)換、尋址或相互連接到一個(gè)與全息濾波器(5)的所述一致區(qū)域相關(guān)聯(lián)的所述輸出光纖(2)。
4.一種光互連裝置，其特征在于一種光學(xué)開關(guān)，它包括一個(gè)安裝在另一個(gè)頂部的多個(gè)波導(dǎo)管支撐基片(3)，它們對應(yīng)于不同波長λi(其中i＝1，2，…，L)的光信號，其中所述每個(gè)波導(dǎo)管支撐基片(3)都有多個(gè)電極對(10，10a)，有M個(gè)，每對電極(10，10a)相互并列布置，分別與同樣多的M個(gè)光波導(dǎo)管(4，4’)中的一個(gè)交叉，及一個(gè)分別給所述電極對提供不同的控制電壓的電源裝置(8)，用于分別給所述電極對提供不同的控制電壓。
5.一種光互連裝置，其特征在于一種光學(xué)開關(guān)，包括一個(gè)設(shè)置在開關(guān)輸出側(cè)的全息濾波器(5)，多個(gè)設(shè)置在開關(guān)輸入側(cè)用于分別引導(dǎo)多束輸入激光光束(9a)的光波導(dǎo)管(4)，多個(gè)與光波導(dǎo)管(4)相關(guān)聯(lián)的電極對(10，10a)，以及一個(gè)用于分別給電極對(10，10a)提供不同控制電壓的電源(8)，以便可以在各個(gè)波導(dǎo)管(4)內(nèi)形成與各個(gè)激光光束(9a)相關(guān)的不同光斑圖案，在所述輸入側(cè)個(gè)別產(chǎn)生的不同光斑圖案在開關(guān)所述輸出側(cè)處的全息濾波器(5)內(nèi)線性疊加在一起。
6.如權(quán)利要求5所述的光互連裝置，其特征在于所述全息濾波器(5)有分別在多個(gè)區(qū)域內(nèi)預(yù)先形成的多個(gè)不同光斑圖案，它們依次分別與多個(gè)輸出光波導(dǎo)管相關(guān)聯(lián)，因此所述形成的光斑圖案與全息濾波器(5)的所述區(qū)域內(nèi)預(yù)先形成的光斑圖案一致，能夠與所述形成的一致的光斑圖案有關(guān)的所述輸入激光光束(9a)被選擇性地轉(zhuǎn)換、選址和相互連接到與全息濾波器的所述一致區(qū)域相關(guān)的輸出光波導(dǎo)管(2)。
7.如權(quán)利要求5或6所述的光互連裝置，其特征在于所述不同控制電壓選自二元電壓、模擬電壓以及二元電壓與模擬電壓的組合電壓。
8.一種將多個(gè)輸入光波導(dǎo)管輸入的多個(gè)輸入光信號相互連接到多個(gè)輸出光波導(dǎo)管的方法，其特征在于，該方法包括步驟a)制備一種全息濾波器，它在具有分別相關(guān)的所述多個(gè)出口光波導(dǎo)管的一組區(qū)域內(nèi)具有一組預(yù)先形成的不同光斑的圖案；b)傳送輸入光信號，每個(gè)信號由一束激光光束攜帶并分別通過多模式光波導(dǎo)管的多個(gè)輸入通道，其中它們之上分別施加有不同的控制電壓，以分別形成與那些激光光束相關(guān)的不同光斑圖案，以及c)將通過所述多模式光波導(dǎo)管的各個(gè)輸入通道之后又通過單一一個(gè)輸出通道的激光光束引入所述全息濾波器內(nèi)，其中在一個(gè)全息濾波器的所述區(qū)域內(nèi)，所述形成的光斑圖案與預(yù)先形成的光斑圖案的一致，使得與所述形成一致光斑圖案有關(guān)的所述輸入光信號能夠被選擇性地轉(zhuǎn)換、尋址和相互連接到與全息濾波器所述一致區(qū)域相關(guān)的所述輸出光波導(dǎo)管上。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，其中所述預(yù)先形成的不同光斑圖案以全息圖的形式通過以下步驟被預(yù)先記錄在正要變成全息濾波器的記錄介質(zhì)上a1)將統(tǒng)一模式的激光光束分裂成一個(gè)第一激光光束和一個(gè)第二激光光束，使這種第一激光光束通過分別施加一組不同控制電壓的所述多模式光波導(dǎo)管的輸入通道，形成多個(gè)光斑圖案，每個(gè)圖案都作為所述施加電壓的函數(shù)，將通過所述多模式光波導(dǎo)管的多束第一激光光束匯集成單一一個(gè)多模式激光光束，該激光光束具有相關(guān)的所述多個(gè)不同光斑圖案，并能夠引起多模式激光光束與第二激光光束在一個(gè)所述記錄介質(zhì)連續(xù)區(qū)域處相交，使它們在此相互干涉，從而將所述不同光斑圖案記錄成一組在所述區(qū)域上的全息圖形式的圖案，以及a2)連續(xù)重復(fù)步驟a1)，在所述多模式光波導(dǎo)管上施加不同組的不同控制電壓，以全息圖的形式依次在所述記錄介質(zhì)內(nèi)的下一個(gè)區(qū)域連續(xù)記錄得到的各組光斑圖案，從而形成所述全息濾波器。
10.如權(quán)利要求8或9所述的方法，其特征在于，其中形成所述全息濾波器的所述記錄介質(zhì)的材料選自光折射晶體、光聚合物或者光折射聚合物。
11.如權(quán)利要求8或9的方法，其特征在于，其中分別形成通過所述多模式光波導(dǎo)管的各個(gè)輸入通道的分別形成的所述不同光斑圖案在進(jìn)入所述全息濾波器之前，在所述多模式光波導(dǎo)管的單一一個(gè)輸出通道內(nèi)線性疊加在一起。
12.如權(quán)利要求8或9所述的方法，其特征在于，其中所述電壓是二元電壓。
13.如權(quán)利要求8或9所述的方法，其特征在于，其中所述電壓是模擬電壓。
14.如權(quán)利要求8或9所述的方法，其特征在于，其中所述電壓是二元電壓和模擬電壓的組合電壓。
15.一種將多個(gè)輸入光波導(dǎo)管輸入的多個(gè)輸入信號相互連接到多個(gè)輸出光波導(dǎo)管的光學(xué)開關(guān)，其特征在于，它包括一個(gè)具有多個(gè)輸入通道的多模式光波導(dǎo)管，用于分別接收輸入光波導(dǎo)管發(fā)出的激光光束攜帶的輸入光信號；多個(gè)電極裝置，每個(gè)裝置都分別與所述多模式光波導(dǎo)管的每個(gè)入口通道相關(guān)聯(lián)；一個(gè)電源裝置，用于分別給所述電極裝置提供不同的控制電壓，以便分別形成與通過所述多模式光波導(dǎo)管入口通道的那些激光光束相關(guān)的不同光斑圖案；所述多模式光波導(dǎo)管具有單一一個(gè)匯聚所述輸入通道的輸出通道，將所述激光光束轉(zhuǎn)換成一束多模式激光光束，且其中所述不同光斑圖案線性疊加在一起；以及一個(gè)全息濾波器，用于接收所述不同光斑圖案，對含有所述多模式光波導(dǎo)管發(fā)出的所述輸入光信號進(jìn)行濾波，所述全息濾波器具有多個(gè)不同組的預(yù)先形成的不同光斑圖案，每個(gè)圖案都是全息圖，并位于具有所述相關(guān)輸出光波導(dǎo)管的濾波器的多個(gè)連續(xù)區(qū)域內(nèi)，所述全息濾波器通過全息濾波器的一個(gè)所述區(qū)域，選擇性地將所述輸入光信號轉(zhuǎn)換、尋址和相互連接到一個(gè)所述輸出光波導(dǎo)管，其中與所述輸入光信號相關(guān)的一個(gè)所述接收光斑圖案與一個(gè)所述預(yù)先形成的光斑圖案一致。
16.如權(quán)利要求15所述的光學(xué)開關(guān)，其特征在于，其中所述每組預(yù)先形成的不同光斑圖案都是全息圖形式的，通過以下步驟預(yù)先記錄在正變成全息濾波器的記錄介質(zhì)內(nèi)a1)將一束激光光束分裂成一個(gè)第一激光光束和一個(gè)第二激光光束，使這種第一激光光束通過分別被施加一組不同控制電壓的所述多模式光波導(dǎo)管的輸入通道，形成多個(gè)光斑圖案，每個(gè)圖案是所施電壓的函數(shù)，將通過所述多模式光波導(dǎo)管的單一輸出通道的多束第一激光光束匯集成一個(gè)多模式激光光束，該激光光束具有相關(guān)的所述多個(gè)不同光斑圖案，并能夠引起多模式激光光束與第二激光光束在一個(gè)所述記錄介質(zhì)連續(xù)區(qū)域處相交，使它們在此相互干涉，從而將所述不同光斑圖案記錄成一組在所述一個(gè)區(qū)域上的全息圖形式的圖案，以及a2)連續(xù)重復(fù)步驟a1)，在所述多模式光波導(dǎo)管的輸出通道上施加不同組的不同控制電壓，以全息圖的形式依次在所述記錄介質(zhì)內(nèi)的下一個(gè)區(qū)域連續(xù)記錄得到的依次各組光斑圖案，從而形成所述全息濾波器。
17.一種將多個(gè)輸入光波導(dǎo)管輸入的多個(gè)輸入信號相互連接到多個(gè)輸出光波導(dǎo)管的光學(xué)開關(guān)，其特征在于，它包括一個(gè)具有多個(gè)輸入通道的多模式光波導(dǎo)管，用于分別接收輸入光波導(dǎo)管發(fā)出的激光光束攜帶的輸入光信號；多個(gè)電極裝置，每個(gè)裝置都分別與所述多模式光波導(dǎo)管的每個(gè)入口通道相關(guān)聯(lián)；一個(gè)電源裝置，分別用于給所述電極裝置提供一組不同的控制電壓，以便分別形成與通過所述多模式光波導(dǎo)管入口通道的那些激光光束相關(guān)的不同光斑圖案；所述多模式光波導(dǎo)管具有單一一個(gè)匯聚所述輸入通道的輸出通道，將所述激光光束轉(zhuǎn)換成一束多模式激光光束，且其中所述不同光斑圖案線性疊加在一起；一個(gè)全息濾波器，用于接收所述不同光斑圖案，對含有所述多模式光波導(dǎo)管發(fā)出的所述輸入光信號進(jìn)行濾波，所述全息濾波器具有多個(gè)不同組的預(yù)先形成的不同光斑圖案，每組圖案都是全息圖，并位于具有所述相關(guān)輸出光波導(dǎo)管的濾波器的多個(gè)連續(xù)區(qū)域內(nèi)，所述全息濾波器通過全息濾波器的一個(gè)所述區(qū)域，選擇性地將所述輸入光信號轉(zhuǎn)換、尋址和相互連接到一個(gè)所述輸出光波導(dǎo)管，其中與所述輸入光信號相關(guān)的一個(gè)所述接收光斑圖案與一個(gè)所述預(yù)先形成的光斑圖案一致；一組波導(dǎo)管支撐基片，它們一個(gè)安裝在另一個(gè)頂部，數(shù)量與攜帶輸入光信號的不同波長(λ1，λ2，…，λL)對應(yīng)，所述每個(gè)波導(dǎo)管支撐基片內(nèi)都形成有一個(gè)所述的多模式光波導(dǎo)管；以及一組全息濾波器板，它們一個(gè)安裝在另一個(gè)頂部，數(shù)量與所述波導(dǎo)管支撐基片的數(shù)量對應(yīng)，所述每個(gè)全息濾波器板內(nèi)形成有所述全息濾波器，并分別附著在所述每個(gè)波導(dǎo)管支撐基片上，因此所述全息濾波器和所述波導(dǎo)管支撐基片內(nèi)所述多模式光波導(dǎo)管的單個(gè)輸出通道以及附著在一起的所述全息濾波器板相互連通。
18.如權(quán)利要求17的光學(xué)裝置，其特征在于，其中所述波導(dǎo)管支撐基片和全息濾波器板都由LiNbO3構(gòu)成。
19.如權(quán)利要求17的光學(xué)裝置，其特征在于，還包括第一組和第二組AWG(排列波導(dǎo)管線柵)型轉(zhuǎn)換器，分別連接有第一和第二組光纖電纜，并且分別形成在各組AWG板內(nèi)，所述每個(gè)第一和第二組AWG板并列布置，布置方向橫向于一個(gè)疊置于另一個(gè)頂部的所述波導(dǎo)管支撐基片/全息濾波器板的安裝方向，其中所述第一組AWG轉(zhuǎn)換器在接收到所述第一組光纖電纜發(fā)出的混合波長也就是含有不同波長(λ1，λ2，…，λL)的多組輸入光通信信號時(shí)，能夠分別將它們轉(zhuǎn)換成多組光信號，其中每組光信號都具有相同的波長(λ1，λ2，…，λL)以便進(jìn)入每個(gè)所述波導(dǎo)管支撐基片內(nèi)所述多模式光波導(dǎo)管的輸入通道內(nèi)，及所述第二組AWG轉(zhuǎn)換器在接收到所述每個(gè)全息濾波器板內(nèi)的所述全息濾波器發(fā)出的多組輸出光信號時(shí)，其中每組輸出光信號具有相同的波長(λ1，λ2，…，λL)，能夠分別將它們轉(zhuǎn)換成多組混合波長也就是具有不同波長(λ1，λ2，…，λL)的光信號，這些信號分別通過所述第二組光纖電纜輸出。
20.如權(quán)利要求19的光學(xué)裝置，其特征在于，還包括第二組波導(dǎo)管支撐基片，它們一個(gè)安裝在另一個(gè)頂部，數(shù)量與攜帶輸入光信號的不同波長(λ1，λ2，…，λL)對應(yīng)，所述每個(gè)第二組波導(dǎo)管支撐基片內(nèi)都形成有一個(gè)所述的多模式光波導(dǎo)管；及第二組全息濾波器板，它們一個(gè)安裝在另一個(gè)頂部，數(shù)量與所述波導(dǎo)管支撐基片的數(shù)量對應(yīng)，所述每個(gè)全息濾波器板內(nèi)形成有所述全息濾波器，并分別附著在所述每個(gè)波導(dǎo)管支撐基片上，因此所述全息濾波器和所述波導(dǎo)管支撐基片內(nèi)所述多模式光波導(dǎo)管以及附著在一起的所述全息濾波器板相互連通，其中所述第二組的AWG型轉(zhuǎn)換器接收來自所述第二組的光纖電纜的混合波長(λ1，λ2，…，λL)的多組輸入光通信信號，分別將它們轉(zhuǎn)換成多組光信號，其中每組光信號都具有相同的波長(λ1，λ2，…，λL)以便進(jìn)入第二組的所述一個(gè)波導(dǎo)管支撐基片內(nèi)的所述多模式光波導(dǎo)管的輸入通道內(nèi)，及所述第一組內(nèi)的AWG型轉(zhuǎn)換器接收來自所述第二組的所述一個(gè)全息濾波器板內(nèi)的全息濾波器的波長(λ1，λ2，…，λL)相同的多組輸出光通信信號，分別將它們轉(zhuǎn)換成混合波長的多組光信號，其中每組光信號都具有不同的波長(λ1，λ2，…，λL)，這些信號分別通過所述第一組的光纖電纜輸出。
21.如權(quán)利要求20所述的光學(xué)裝置，其特征在于，其中所述波導(dǎo)管支撐基片和全息濾波器板都由LiNbO3構(gòu)成。
22.如權(quán)利要求17所述的光學(xué)裝置，其特征在于，其中所述預(yù)先形成的每組不同光斑圖案專門以全息圖的形式被預(yù)先記錄在正要變成全息濾波器的記錄介質(zhì)上，優(yōu)選通過a1)使激光光束分裂成第一激光光束和第二激光光束，使第一激光光束通過分別被施加一組不同控制電壓的所述多模式光波導(dǎo)管的輸入通道，形成多個(gè)光斑圖案，每個(gè)圖案是所施電壓的函數(shù)，將通過所述多模式光波導(dǎo)管的單個(gè)輸出通道的多束第一激光光束匯集成一個(gè)多模式激光光束，該激光光束具有相關(guān)的所述多個(gè)不同光斑圖案，并能夠引起多模式激光光束與第二激光光束在一個(gè)所述記錄介質(zhì)連續(xù)區(qū)域處相交，使它們在此相互干涉，從而將所述不同光斑圖案記錄成一組在所述一個(gè)區(qū)域上的全息圖形式的圖案，及a2)連續(xù)重復(fù)步驟a1)，在所述多模式光波導(dǎo)管的輸入通道上施加不同組的不同控制電壓，以全息圖的形式依次在所述記錄介質(zhì)內(nèi)的下一個(gè)區(qū)域連續(xù)記錄得到的依次各組光斑圖案，從而形成所述全息濾波器。
23.如權(quán)利要求17所述的光學(xué)裝置，其特征在于，還包括一個(gè)在光束進(jìn)入所述多模式光波導(dǎo)管的輸入通道之前響應(yīng)所述光束，探測所述光束攜帶的光信號的各個(gè)地址的光地址探測器，其中所述電源裝置響應(yīng)探測的光信號地址，適合給所述電極裝置提供預(yù)定控制電壓的電源，用來分別產(chǎn)生與引導(dǎo)通過所述多模式光波導(dǎo)管的輸入通道的激光光束有關(guān)的、對應(yīng)于所述光信號探測地址特定預(yù)選光斑圖案，所述特定光斑圖案與所述全息濾波器內(nèi)每個(gè)全息圖的所述預(yù)先形成的光斑圖案相互關(guān)聯(lián)。
24.如權(quán)利要求15所述的光學(xué)裝置，其特征在于，還包括一個(gè)在光束進(jìn)入所述多模式光波導(dǎo)管的輸入通道之前響應(yīng)所述光束，探測所述光束攜帶的光信號的各個(gè)地址的光地址探測器，其中所述電源裝置響應(yīng)探測的光信號地址，適合給所述電極裝置提供預(yù)定控制電壓的電源，用來分別產(chǎn)生與引導(dǎo)通過所述多模式光波導(dǎo)管的輸入通道的激光光束有關(guān)的、對應(yīng)于所述光信號探測地址特定預(yù)選光斑圖案，所述特定光斑圖案與所述全息濾波器內(nèi)每個(gè)全息圖的所述預(yù)先形成的光斑圖案相互關(guān)聯(lián)。
25.一種將多個(gè)輸入光波導(dǎo)管輸入的多個(gè)輸入光信號相互連接到多個(gè)輸出光波導(dǎo)管的方法，其特征在于，該方法包括步驟a)制備一種具有一系列全息圖的全息濾波器，它在具有分別相關(guān)的所述多個(gè)出口光波導(dǎo)管的一組區(qū)域內(nèi)具有一組預(yù)先形成的不同光斑的圖案；b)探測激光光束攜帶的輸入光信號的各個(gè)地址；c)通過使這些激光光束通過設(shè)置有多個(gè)電極裝置的所述輸入通道，引導(dǎo)激光光束分別通過具有多個(gè)輸入通道和單一一個(gè)輸出通道的多模式波導(dǎo)管，同時(shí)在所述電極裝置上施加預(yù)選控制電壓，用來分別產(chǎn)生與引導(dǎo)通過所述多模式光波導(dǎo)管的輸入通道的激光光束有關(guān)的、對應(yīng)于所述光信號探測地址特定預(yù)選光斑圖案，d)將通過所述多模式光波導(dǎo)管的各個(gè)輸入通道之后又通過單一一個(gè)輸出通道的激光光束引入所述全息濾波器內(nèi)，其中所述特定光斑圖案與所述全息濾波器內(nèi)每個(gè)全息圖的所述預(yù)先形成的光斑圖案相互關(guān)聯(lián)。
全文摘要
本方面公開了一種用于將來自輸入光纜的光信號相互連接到輸出光纜的光學(xué)開關(guān)，利用一個(gè)具有一組預(yù)先形成的不同光斑圖案的全息濾波器(5)，其中每個(gè)圖案都是全息圖(H
文檔編號G02B5/32GK1449150SQ03121599
公開日2003年10月15日 申請日期2003年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月1日
發(fā)明者杉山晃也, 井上光輝, 申東鶴, 益田齊 申請人:天馬網(wǎng)絡(luò)株式會社, 株式會社T.S.光子