一种双向光切换的系统和方法、双向光开关的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种双向光切换的系统，包括掺Er3+透明材料、多个不同波长的激光器、多个镜片光学元件、多个探测器；所述多个激光器发出的多路激光经镜片光学元件聚焦到掺Er3+透明材料上后，经镜片光学元件后由分别由多个探测器检测光通量，得到透过率；控制激光器的开启和关闭，使同一时间只有一路激光经过掺Er3+透明材料；通过切换不同波长激光器的工作状态，实现双向光切换。本发明还公开了一种双向光切换的方法和双向光开关。本发明通过控制不同波长的激光透过掺Er3+透明材料，实现双向光切换，简单方便。
【专利说明】
一种双向光切换的系统和方法、双向光开关
技术领域
[0001 ]本发明涉及光信息处理技术领域，特别涉及一种双向光切换的系统和方法、双向光开关。
【背景技术】
[0002]随着现代信息化进程的加快，传统的电子信息处理已经不能满足人们日益生产生活的需要。在信息处理中，光子拥有比电子更多的优势，如:光学响应速度快、低串扰、几乎不受环境消相干作用的影响，并且集成深度高，易实现量子化。因此光子将成为未来光信息处理发展的重心课题。
[0003]光信息处理技术发展的最终目的是实现全光网络，这也就促使人们研究材料的光学非线性特性来实现光路切换，以便应用于未来的全光开关。过去几十年里，人们主要集中在材料的光学非线性特征研究。从20世纪90年代开始，Er3+掺杂材料的光学非线性开始受到人们的青睐，尤其以日本丰田工业大学的Yoshinobu Maeda等人研究颇多。
【发明内容】
[0004]为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的之一在于提供一种双向光切换的系统，可通过控制不同波长的激光透过掺Er3+透明材料，实现双向光切换。
[0005]本发明的目的之二在于提供一种双向光切换的方法。
[0006]本发明的目的之三在于提供一种双向光开关。
[0007]本发明的目的通过以下技术方案实现:
[0008]一种双向光切换的系统，包括掺Er3+透明材料、多个不同波长的激光器、多个镜片光学元件、多个探测器；
[0009]所述多个激光器发出的多路激光经镜片光学元件聚焦到掺Er3+透明材料上后，经镜片光学元件后分别由多个探测器检测光通量，得到透过率；
[0010]控制激光器的开启和关闭，使同一时间只有一路激光经过掺Er3+透明材料;通过切换不同波长激光器的工作状态，实现双向光切换。
[0011 ] 所述激光器包括第一激光器、第二激光器、第三激光器；
[0012]所述镜片光学元件包括第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜、第一二色镜、第二二色镜、第一透镜、第二透镜、第三二色镜和第四二色镜；
[0013]所述探测器包括第一探测器、第二探测器、第三探测器；
[0014]所述激光器、镜片光学元件、掺Er3+透明材料和探测器按照几何光学光路走向排列，最终使所有激光都聚焦成同一个光斑到掺Er3+透明材料；
[0015]所述第一激光器发出的激光依次经第一反射镜、第二反射镜、第一二色镜、第二二色镜、第一透镜、第二透镜、第三二色镜后为第一探测器所接收；
[0016]所述第二激光器发出的激光依次经第三反射镜、第一二色镜、第二二色镜、第一透镜、第二透镜、第三二色镜、第四二色镜后为第二探测器所接收；
[0017]所述第三激光器发出的激光依次经第四反射镜、第二二色镜、第一透镜、第二透镜、第三二色镜、第四二色镜后为第三探测器所接收。
[0018]所述第一激光器、第二激光器、第三激光器分别为808nm激光器、980nm激光器、1550nm激光器。
[0019]所述掺Er3+透明材料为Er3+掺杂的玻璃、光纤、微晶玻璃、透明晶体、透明陶瓷、透明薄膜、有机-无机复合透明体中的任何一种。
[0020 ] 一种双向光切换的方法，利用不同波长的近红外波长激光透过掺Er3+透明材料的透过率不同，实现激光信号的正反调制，实现双向光切换。
[0021]一种双向光开关，包括掺Er3+透明材料。
[0022]与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果:
[0023](I)本发明的双向光切换的系统，利用激光器、反射镜、二色镜、透镜和探测器等光学元件搭建简易的光学非线性测试系统，便于快速、简单地测试不同近红外激光透过该透明材料的输入输出功率，通过计算透过样品的近红外功率输出与输入做比，即可获得不同近红外激光的非线性透过率随输入功率变化的曲线，实现不同近红外激光波长依赖下的反饱和吸收、平衡常数及饱和吸收特性等可调的非线性透过率变化曲线，成功演示了双向光切换。
[0024](2)本发明的双向光切换的方法，基于同一种具有固定组成的掺Er3+透明材料在不同激光调节下可实现不同方向的非线性透过率变化性能，利用不同波长的近红外波长激光透过Er3+透明材料的透过率不同，实现激光信号的正反调制，实现双向光切换。
[0025](3)本发明的双向光开关，利用不同波长的近红外波长激光透过Er3+透明材料的透过率不同，实现激光信号的正反调制，实现双向光切换。
【附图说明】
[0026]图1为本发明的实施例的双向光切换的系统的组成示意图。
[0027]图2(a)为808nm激光作用掺Er3+透明微晶玻璃时的微观动力学能级跃迀示意图。
[0028]图2(b)为980nm激光作用掺Er3+透明微晶玻璃时的微观动力学能级跃迀示意图。
[0029]图2(c)为1550nm激光作用掺Er3+透明微晶玻璃时的微观动力学能级跃迀示意图。
[0030]图3为当808nm激光作用掺Er3+透明微晶玻璃时，其光学非线性透过率曲线图。
[0031]图4为当980nm激光作用掺Er3+透明微晶玻璃时，其光学非线性透过率曲线图。
[0032]图5为当1550nm激光作用掺Er3+透明微晶玻璃时，其光学非线性透过率曲线图。
[0033]图6为本发明的实施例的双向光切换的系统进行双向光切换的演示结果图。
【具体实施方式】
[0034]下面结合实施例，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
[0035]实施例
[0036]如图1所示，本实施的双向光切换的系统，包括掺Er3+透明材料1、808nm激光器2、980nm激光器3、1550nm激光器4、第一反射镜5、第二反射镜6、第三反射镜7、第四反射镜8、第一二色镜9、第二二色镜10、第一透镜11、第二透镜12、第三二色镜13和第四二色镜14;用于探测808nm激光信号的探测器15、用于探测980nm激光信号的探测器16、用于探测1550nm激光信号的探测器17。激光器、上述的镜片光学元件、掺Er3+透明材料和探测器按照几何光学光路走向排列，最终使所有激光都聚焦成同一个光斑到掺Er3+透明材料;控制激光器的开启和关闭，使同一时间只有一路激光经过掺Er3+透明材料;通过切换不同波长激光器的工作状态，实现双向光切换。
[0037]所述掺Er3+透明材料可为Er3+掺杂的玻璃、光纤、微晶玻璃、透明晶体、透明陶瓷、透明薄膜、有机-无机复合透明体中的任何一种。
[0038]本发明的原理为:根据Er3+在不同近红外波长激光作用下，可产生不同的能级跃迀形式，从而出现不同的非线性吸收特性。如图2(a)?(c)所示，在808nm激发下，由于激发态吸收过程明显，激发态吸收截面大于基态吸收截面，容易出现反饱和吸收特性;在980nm激发下，由于受激发射过程的存在，使得激发态吸收过程有所抑制，最终使得激发态吸收截面和基态吸收截面趋于平衡状态，进而容易出现处于平衡常数的透过率曲线;在1550nm激发下，由于受激发射过程起主导作用，激发态吸收截面小于基态吸收截面，容易出现反饱和吸收特性。
[0039]基于Er3+在不同近红外波长激光作用时，掺Er3+的透明微晶玻璃将呈现不同的光学非线性透过率变化特性。采用本实施的双向光切换的系统测试得到的不同近红外波长激光作用Er3+的透明微晶玻璃后的光学非线性透过率，具体过程如下:
[0040](I)开启808nm激光器，不放置样品时，改变808nm激光功率，测得一系列激光输入信号。然后放置掺杂Er3+摩尔浓度分别为O %，I %，3 %和5 %的样品，相应改变808nm激光功率，测得一系列激光输出信号。将激光输出信号与输入信号作比，所得比值随激光输入功率变化即可获得一条曲线。如图3所示，当808nm激光作用掺Er3+的透明微晶玻璃时，其光学非线性透过率曲线呈现反饱和吸收特性。
[0041 ] (2)开启980nm激光器，不放置样品时，改变980nm激光功率，测得一系列激光输入信号。然后放置掺杂Er3+摩尔浓度分别为O %，I %，3 %和5 %的样品，相应改变980nm激光功率，测得一系列激光输出信号。将激光输出信号与输入信号作比，所得比值随激光输入功率变化即可获得一条曲线。如图4所示，当980nm激光作用掺Er3+的透明微晶玻璃时，其光学非线性透过率曲线趋于平衡常数状态。
[0042](3)开启1550nm激光器，不放置样品时，改变1550nm激光功率，测得一系列激光输入信号。然后放置掺杂Er3+摩尔浓度分别为O %，I %，3 %和5 %的样品，相应改变1550nm激光功率，测得一系列激光输出信号。将激光输出信号与输入信号作比，所得比值随激光输入功率变化即可获得一条曲线。如图5所示，当1550nm激光作用掺Er3+的透明微晶玻璃时，其光学非线性透过率曲线呈现饱和吸收特性。
[0043]本实施例的双向光切换的方法，基于本实施例的双向光切换的系统，利用不同波长的近红外波长激光透过Er3+透明材料的透过率不同，实现激光信号的正反调制，实现双向光切换。具体过程如下:
[0044]通过快速地切换808，980，1550nm激光，获取透过具有固定组成的掺Er3+的透明微晶玻璃的光学非线性透过率，由于以上三种近红外波长激光透过样品后不同的透过率，进而可以进行正反双向光切换。如图6所示，切实可行的双向光切换得到了演示验证。
[0045]本实施例的双向光开关，包括掺Er3+透明材料，利用不同波长的近红外波长激光透过Er3+透明材料的透过率不同，实现激光信号的正反调制，实现双向光切换。
[0046]上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种双向光切换的系统，其特征在于，包括掺Er3+透明材料、多个不同波长的激光器、多个镜片光学元件、多个探测器； 所述多个激光器发出的多路激光经镜片光学元件聚焦到掺Er3+透明材料上后，经镜片光学元件后由分别由多个探测器检测光通量，得到透过率； 控制激光器的开启和关闭，使同一时间只有一路激光经过掺Er3+透明材料;通过切换不同波长激光器的工作状态，实现双向光切换。2.根据权利要求1所述的双向光切换的系统，其特征在于， 所述激光器包括第一激光器、第二激光器、第三激光器； 所述镜片光学元件包括第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜、第一二色镜、第二二色镜、第一透镜、第二透镜、第三二色镜和第四二色镜； 所述探测器包括第一探测器、第二探测器、第三探测器； 所述激光器、镜片光学元件、掺Er3+透明材料和探测器按照几何光学光路走向排列，最终使所有激光都聚焦成同一个光斑到掺Er3+透明材料； 所述第一激光器发出的激光依次经第一反射镜、第二反射镜、第一二色镜、第二二色镜、第一透镜、第二透镜、第三二色镜后为第一探测器所接收； 所述第二激光器发出的激光依次经第三反射镜、第一二色镜、第二二色镜、第一透镜、第二透镜、第三二色镜、第四二色镜后为第二探测器所接收； 所述第三激光器发出的激光依次经第四反射镜、第二二色镜、第一透镜、第二透镜、第三二色镜、第四二色镜后为第三探测器所接收。3.根据权利要求2所述的双向光切换的系统，其特征在于，所述第一激光器、第二激光器、第三激光器分别为808nm激光器、980nm的激光器、1550nm激光器。4.根据权利要求2所述的双向光切换的系统，其特征在于，所述掺Er3+透明材料为Er3+掺杂的玻璃、光纤、微晶玻璃、透明晶体、透明陶瓷、透明薄膜、有机-无机复合透明体中的任何一种。5.—种双向光切换的方法，其特征在于，利用不同波长的近红外波长激光透过Er3+透明材料的透过率不同，实现激光信号的正反调制，实现双向光切换。6.—种双向光开关，其特征在于，包括掺Er3+透明材料。
【文档编号】H01S3/10GK105870773SQ201610363456
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年5月26日
【发明人】邱建荣, 陈智, 张航, 陈秋群
【申请人】华南理工大学