专利名称：光开关的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于光通讯领域的光开关，尤其是关于一种非机械式光开关。
背景技术：
光开关是一种对光传输线路或集成光路中各信道进行相互转换或逻辑操作的无源器件，其广泛应用于光纤通信系统、光纤网络系统、光纤测量系统以及光纤传感系统中，是光通信领域中的关键光学器件之一。
根据光开关的工作原理，可将它分为机械式光开关和非机械式光开关两大类。机械式光开关利用机械、电磁方式使光纤或光学元件发生移动，从而实现光束在不同输出端口之间的切换。
美国专利第5,724,165号揭示了一种现有的光开关40。参照图5a和图5b，该光开关40包括两个输入端口41、42、三个双折射元件401、403、407、两个偏振旋转阵列402、406、一个偏振分束器404、一个棱镜405和两个输出端口43、44。该光开关通过偏振旋转阵列402、406的旋转来实现光路的切换。参照图5a，当两个偏振旋转阵列402、406处于第一状态时，从第一输入端口41发出的入射光依次通过第一双折射元件401、第一偏振旋转阵列402、第二双折射元件403、棱镜405、第二偏振旋转阵列406和第三双折射元件407，并从第二输出端口44输出。从第二输入端口42发出的入射光依次通过第一双折射元件401、第一偏振旋转阵列402、第二双折射元件403、棱镜405、偏阵分束器404、第二偏振旋转阵列406和第三双折射元件407，并从第一输出端口43输出。参照图5b，当两个偏振旋转阵列402、406处于第二状态时，从第一输入端口41发出的入射光依次通过第一双折射元件401、第一偏振旋转阵列402、第二双折射元件403、偏振分束器404、第二偏振旋转阵列406和第三双折射元件407，并从第一输出端口43输出。从第二输入端口42发出的入射光依次通过第一双折射元件401、第一偏振旋转阵列402、第二双折射元件403、棱镜405、第二偏振旋转阵列406和第三双折射元件407，并从第二输出端口44输出。
但是，该现有的光开关具有一些缺陷。首先，由于该光开关40的光路切换通过旋转偏振旋转阵列402、403来实现，使得光开关的操作复杂。其次，光从输入端到输出端需经过的元件较多，从而使得光开关的光学性能变差，例如，光衰减较大。
发明内容本发明的目的在于提供一种不需移动任何光学元件以及光学性能较佳的光开关。
为实现本发明的目的，本发明光开关包括第一偏振分束器、第二偏振分束器、两液晶片和两反射棱镜。第一偏振分束器将入射光分为两束相互垂直的线偏振光，此两束线偏振光分别通过一液晶片和一反射棱镜，通过控制液晶片的通电状态可控制通过液晶片的线偏振光的偏振状态，从而实现此两束线偏振光经第二偏振分束器合成的输出光从不同的输出端口射出。
与现有技术相比，本发明通过控制液晶片的通电状态来实现光路的切换，其不需移动任何光学元件以实现光路的切换，从而使得操作简单，且光从输入端到输出端需经过的元件较少，从而使得光开关的光学性能较佳。
图1是本发明光开关的立体图。
图2a-2d是图1所示光开关的光路示意图。
图3是本发明光开关的另一个实施方案的立体图。
图4是本发明光开关的又一个实施方案的立体图。
图5a-5b是现有光开关的示意图。
具体实施方式
请参照图1，本发明光开关10包括一第一偏振分束器101、一第一液晶片103、一第二液晶片106、一第一三角棱镜102、一第二三角棱镜105和一第二偏振分束器104。光开关10可使从两输入端口11和12发出的输入光选择性地传输至两输出端口13和14。
本发明光开关10的第一偏振分束器101用来分光，第二偏振分束器104用来合光。偏振分束器101、104之结构相同，皆由两块三角形玻璃片通过胶黏结而成。偏振分束器101、104由BK7、SF5或其它光学玻璃材料制成，且其外表面涂有改善偏振分束器光学性能的抗反射膜。当光入射至第一偏振分束器101时，在两玻璃片的胶粘处被分为两束相互垂直的线偏振光水平线偏振光和垂直线偏振光，且垂直线偏振光被胶粘处反射，水平线偏振光透过胶粘处。两束线偏振光分别从第一偏振分束器101的两表面射出。当两束相互垂直的线偏振光分别从第二偏振分束器104的两特定表面射入时，垂直线偏振光于胶粘处被反射，且与透过的水平线偏振光合成一束光。
光开关10的液晶片103、106与一控制中心(图未示)电性连接。控制中心控制该液晶片103、106的通电状态，从而控制通过各液晶片103、106的线偏振光的偏振状态。当液晶片处于开的状态，即处于通电的状态时，通过液晶片的线偏振光偏振状态不改变。当液晶片处于关的状态，即处于不通电的状态时，通过液晶片的线偏振光偏振状态改变，垂直线偏振光通过液晶片后变为水平线偏振光，水平线偏振光通过液晶片后变为垂直线偏振光。
本发明光开关10的第一偏振分束器101、第一三角棱镜102、第二偏振分束器104和第二三角棱镜105按顺时针方向排布在一长方形的四个顶点上。第一液晶片103位于第一三角棱镜102和第二偏振分束器104之间。第二液晶片106位于第一偏振分束器101和第二三角棱镜105之间。两输入端口11和12分别邻接于第一偏振分束器101的两表面，两输出端口13和14分别邻接于第二偏振分束器104的两表面。从输入端口11、12发出的入射光经由光开关10选择性地传输至输出端口13、14。为了使从第二偏振分束器104出射的光精确的传输至输出端口13、14，在第二偏振分束器104与输出端口13、14之间分别设置一由聚焦透镜107和渐变梯度折射率透镜108构成的聚焦次组合，且聚焦透镜107邻近第二偏振分束器104，渐变梯度折射率透镜108邻近输出端口13、14。
请参照图2a-2d，揭示了光开关10的光路图。图2a和图2b分别揭示了光开关10处于第一状态时的光路图。光开关10的两液晶片103、106处于开的状态，即液晶片处于通电的状态。从第一端口11发出的输入光束111输入光开关10的第一偏振分束器101的第一表面1011，由于偏振分束器的作用，其分为两束线偏振光112、113。第一线偏振光112为垂直线偏振光，从第一偏振分束器101的第三表面1013射出。第二线偏振光113为水平线偏振光，从第一偏振分束器101的第四表面1014射出。因液晶片103、106处于开的状态，经由第一三角棱镜102反射的第一线偏振光112通过第一液晶片103后，其偏振态不变，仍为垂直偏振光，且其入射至第二偏振分束器104的第三表面1043。同理，第二线偏振光113通过第二液晶片106后，其偏振态不变，仍为水平偏振光。其经第二三角棱镜105反射后入射至第二偏振分束器104的第四表面1044。第二偏振分束器104将此两束线偏振光合成一束光116，且从第二偏振分束器104的第一表面1041射出，进一步输至第一输出端口13。同理，从第二输入端口12发出的入射光121通过第一偏振分束器101时被分为垂直线偏振光123和水平线偏振光122。此两束线偏振光123、122分别通过液晶片106和103，其偏振状态不变。当此两束偏振光123、122分别传输至第二偏振分束器104时，两束光合成一束输出光126，且从偏振分束器104的第二表面1042射出，进一步从第二输出端口14输出。
图2c和图2d分别提示了光开关处于第二状态时的光路图。光开关10的两液晶片103、106处于关的状态，即液晶片处于未通电的状态。从第一端口11发出的输入光束111输入光开关10的第一偏振分束器101的第一表面1011，由于偏振分束器的作用，其分为垂直线偏振光112和水平线偏振光113。因液晶片103、106处于关的状态，垂直线偏振光112经过第一液晶片103后，变为水平线偏振114，水平线偏振113经过第一液晶片106后，变为垂直线偏振光115。两线偏振光114、115分别入射至第二偏振分束器104的第三表面1043和第四表面1044。第二偏振分束器104将此两束线偏振光114、115合成一束光117，其从第二偏振分束器104的第二表面1042射出，进一步输至第二输出端口14。从第二输入端口12发出的入射光121通过第一偏振分束器101时被分为垂直线偏振光123和水平线偏振光122，两束线偏振光分别通过液晶片106和103，其偏振状态改变，分别变为水平线偏振光125和垂直线偏振光124。当此两束线偏振光125、124传输至第二偏振分束器104时，两束光合成一束光127，且从偏振分束器的第一表面1041射出，进一步从第一输出端口13输出。
请参照图3，为了增加光开关的输出端口，可将多个光开关10组合构成一组合光开关20。组合光开关20通过将前一级光开关10的两输出端口分别与一后一级光开关10的一输入端口相连而构成，从而具有两个输入端口和四个输出端口。可以理解地，可在组合光开关20的基础上进一步串联光开关10以增加输出端口。
请参照图4，为了增加光开关的输入端口和输出端口，可将两组合光开关20并列组合构成一多层组合光开关30。本多层组合光开关30具有四个输入端口和八个输出端口。
如上所述的光开关10中，液晶片的位置可以有多种情况，例如，第一液晶片103可位于第一偏振分束器101和第一三角棱镜102之间，第二液晶片106可位于第二偏振分束器104和第二三角棱镜105之间。此外，三角棱镜102、105为用于改变自第一偏振分束器发出的光的光路的光路改变装置，该光路改变装置亦可由其它能使光路方向改变的光学元件代替，或采用光导引装置(如光纤)实现光路方向改变。
权利要求
1.一种光开关，包括一第一输入端口、一第一偏振分束器、一第一偏振转换元件、一第二偏振转换元件、一第二偏振分束器和两个输出端口，其特征在于该第一、第二偏振转换元件为液晶元件，从第一输入端口发出的光通过第一偏振分束器时被分为两束偏振光，各自通过一液晶元件后输至第二偏振分束器并合成一束输出光，当两液晶元件均处于第一状态时，从第一输入端口发出的输入光从第一输出端输出，当两液晶元件均处于第二状态时，从第一输入端口发出的输入光从第二输出端输出。
2.如权利要求1所述的光开关，其特征在于该光开关进一步包括一第二输入端口，从第二输入端口发出的光通过第一偏振分束器时被分为两束偏振光，各自通过一液晶元件后输至第二偏振分束器并合成一束输出光，当液晶元件处于第一状态时，从第二输入端口发出的输出光从第二输出端输出，当液晶元件处于第二状态时，从第二输入端口发出的输出光从第一输出端输出。
3.如权利要求1或2所述的光开关，其特征在于该光开关进一步包括一光路改变装置，用于改变自第一偏振分束器发出的两束偏振光的光路方向。
4.如权利要求3所述的光开关，其特征在于该光路改变装置包括一第一反射元件和一第二反射元件，该反射元件为三角棱镜，置于两偏振分束器之间。
5.如权利要求2所述的光开关，其特征在于第一偏振分束器将从第一和第二输入端口发出的输入光分别分成一束垂直线偏振光和一束水平线偏振光。
6.如权利要求5所述的光开关，其特征在于第一和第二偏振分束器由BK7、SF5或其它光学玻璃材料制成，且其外表面涂有改善偏振分束器光学性能的抗反射膜。
7.如权利要求1或2所述的光开关，其特征在于液晶元件的第一状态和第二状态分别对应液晶元件的通电和未通电的状态，当液晶元件处于通电状态时，自第一偏振分束器发出的偏振光通过该液晶元件时，偏振态不变，而当液晶元件处于未通电状态时，自第一偏振分束器发出的偏振光通过该液晶元件时，偏振态改变。
8.如权利要求7所述的光开关，其特征在于该液晶元件接至一中央处理器，该中央处理器用来控制液晶元件的通电状态。
9.如权利要求1或2所述的光开关，其特征在于其进一步包括两个会聚组合，其分别位于输出端口与第二偏振分束器之间。
10.如权利要求9所述的光开关，其特征在于任一会聚组合皆包括一会聚透镜和一梯度渐变折射率透镜，该会聚透镜邻近第二偏振分束器，该梯度渐变折射率透镜邻近输出端口。
全文摘要
一种光开关，包括第一偏振分束器、第二偏振分束器、两液晶片和两反射棱镜。第一偏振分束器将入射光分为两束相互垂直的线偏振光，此两束线偏振光分别通过一液晶片和一反射棱镜，通过控制液晶片的通电状态可控制通过液晶片的线偏振光的偏振状态，从而实现此两束线偏振光经第二偏振分束器合成的输出光从不同的输出端口输出。
文档编号G02F1/13GK1488962SQ0213494
公开日2004年4月14日 申请日期2002年10月10日 优先权日2002年10月10日
发明者戴书麟 申请人:鸿富锦精密工业(深圳)有限公司, 鸿海精密工业股份有限公司