本技術(shù)屬于光纖通信領(lǐng)域，更具體地，涉及基于二維棱鏡組的緊湊型矩陣光開關(guān)和光通信設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、隨著5g通信的推廣應(yīng)用和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)流量迅速增長(zhǎng)，作為互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施之一的數(shù)據(jù)中心，規(guī)模越來越大且業(yè)務(wù)越來越繁忙。數(shù)據(jù)中心繼導(dǎo)入光纖互連技術(shù)之后，正在引入大規(guī)模矩陣光開關(guān)（>100×100端口）以提升訪問效率。

2、近兩年，為支撐人工智能的發(fā)展，人們正在大量建設(shè)算力中心，在算力中心的各個(gè)計(jì)算單元之間，需要通過大規(guī)模的矩陣光開關(guān)實(shí)時(shí)交換數(shù)據(jù)，以提升并行計(jì)算的效率。

3、大規(guī)模的矩陣光開關(guān)在數(shù)據(jù)中心和算力中心有著廣泛的應(yīng)用需求，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模矩陣光開關(guān)的技術(shù)方案非常多，而具有實(shí)用前景技術(shù)方案只有三種：1）directlight技術(shù)，通過壓電材料驅(qū)動(dòng)兩個(gè)微透鏡陣列后面的光纖實(shí)現(xiàn)光路切換；2）3d?mems技術(shù)，通過兩個(gè)mems微鏡陣列實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的光路切換；3）硅基液晶（lcos）技術(shù)，通過兩個(gè)純相位調(diào)制的lcos芯片實(shí)現(xiàn)光束偏轉(zhuǎn)和光路切換。第一種方案能實(shí)現(xiàn)大端口數(shù)的矩陣光開關(guān)，但驅(qū)動(dòng)復(fù)雜且驅(qū)動(dòng)電壓高；第二種方案具有光路簡(jiǎn)單和損耗小的優(yōu)點(diǎn)，但mems芯片成本高且成品率低。

4、第三種方案，控制光束偏轉(zhuǎn)的lcos芯片一種全固態(tài)元件，整個(gè)矩陣光開關(guān)中沒有任何機(jī)械動(dòng)作件，因此具有可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。此外，lcos芯片比第一種方案中的壓電驅(qū)動(dòng)器和第二種方案中的mems芯片成本低得多，且驅(qū)動(dòng)電壓更低，驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單。

5、如圖1所示，lcos矩陣光開關(guān)通常由光學(xué)前端、lcos芯片、凹面反射鏡、lcos芯片和光學(xué)后端五部分組成，在一個(gè)平面內(nèi)構(gòu)成w型光路。為了避免光學(xué)前端、凹面反射鏡和光學(xué)后端之間的相互干涉，需要增大光束在兩個(gè)lcos芯片上的入射角，造成光開關(guān)尺寸過大，且光束以大角度斜入射在lcos芯片上會(huì)降低衍射效率，增加光開關(guān)的損耗。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本技術(shù)的目的在于提供基于二維棱鏡組的緊湊型矩陣光開關(guān)和光通信設(shè)備，旨在解決現(xiàn)有矩陣光開關(guān)為平面w型光路造成光開關(guān)尺寸過大、衍射效率低造成光開關(guān)損耗大的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，第一方面，本技術(shù)提供了一種基于二維棱鏡組的緊湊型矩陣光開關(guān)，包括沿三維w型光路依次設(shè)置的光學(xué)前端、第一二維棱鏡組、第一lcos芯片、凹面反射鏡、第二二維棱鏡組、第二lcos芯片和光學(xué)后端；

3、第一lcos芯片和第二lcos芯片均設(shè)置在凹面反射鏡的焦面上，三者共同構(gòu)成2f光學(xué)系統(tǒng)；

4、所述第一二維棱鏡組與第二二維棱鏡組結(jié)構(gòu)一致，其中，第一二維棱鏡組通過xz平面上的折射對(duì)光學(xué)前端各端口偏振分集后的兩束相互平行線偏光施加xz平面內(nèi)的額外偏轉(zhuǎn)，通過yz平面上的折射對(duì)光學(xué)前端各端口偏振分集后的兩束相互平行線偏光施加yz平面內(nèi)的額外偏轉(zhuǎn)，第二二維棱鏡組通過xz平面上的折射對(duì)被凹面反射鏡反射后的線偏光施加xz平面內(nèi)的額外偏轉(zhuǎn)，使其校正至相互平行，通過yz平面上的折射對(duì)被凹面反射鏡反射后的線偏光施加yz平面內(nèi)的額外偏轉(zhuǎn)，使其與光學(xué)前端輸出光平行；

5、在第一lcos芯片和第二lcos芯片均未加驅(qū)動(dòng)電壓的前提下，來自光學(xué)前端各端口偏振分集產(chǎn)生的兩組平行光束依次經(jīng)過第一二維棱鏡組兩個(gè)維度的折射、第一lcos芯片反射、凹面反射鏡反射和第二二維棱鏡組兩個(gè)維度的折射后，分別入射于第二lcos芯片的上下半?yún)^(qū)的中心位置。

6、優(yōu)選地，緊湊型矩陣光開關(guān)中，所述第一二維棱鏡組、第一lcos芯片和凹面反射鏡之間，需同時(shí)滿足以下四個(gè)條件：

7、

8、

9、

10、

11、其中，為光學(xué)前端x方向端口行數(shù)，為第一lcos芯片上分配給單個(gè)端口的像素區(qū)域邊長(zhǎng)，為第一lcos芯片的長(zhǎng)度，為凹面反射鏡的焦距，為入射光與第一二維棱鏡組入射面法線在x方向的夾角，為出射光與第一二維棱鏡組出射面法線在x方向的夾角，為第一二維棱鏡組的折射率，為凹面反射鏡與光學(xué)前端進(jìn)行折疊時(shí)需要折疊的長(zhǎng)度，為入射光與第一二維棱鏡組入射面法線在y方向的夾角，為出射光與第一二維棱鏡組出射面法線在y方向的夾角。

12、優(yōu)選地，所述第一二維棱鏡組均為一體式結(jié)構(gòu)，其側(cè)視角度為屋脊棱鏡，俯視角度為楔形棱鏡；或者，其側(cè)視角度為兩片相同的三棱鏡薄端對(duì)齊，俯視角度為楔形棱鏡。

13、優(yōu)選地，所述第一二維棱鏡組均由兩片一維棱鏡組合而成，其中一片的側(cè)視角度為屋脊棱鏡，俯視角度為平板玻璃，另一片的側(cè)視角度為平板玻璃，俯視角度為楔形棱鏡；或者，其中一片的側(cè)視角度為兩片相同的三棱鏡薄端對(duì)齊，俯視角度為平板玻璃，另一片的側(cè)視角度為平板玻璃，俯視角度為楔形棱鏡。

14、優(yōu)選地，所述第一二維棱鏡組均為一體式結(jié)構(gòu)，其俯視角度為楔形棱鏡，側(cè)視角度為兩片楔角不同的四棱鏡厚端對(duì)齊薄端。

15、優(yōu)選地，所述第一二維棱鏡組均由兩片一維棱鏡組合而成，其中的一片側(cè)視角度為屋脊棱鏡，俯視角度為平板玻璃，另一片的側(cè)視角度為楔形棱鏡，俯視角度為楔形棱鏡；或者，其中一片的側(cè)視角度為兩片相同的三棱鏡薄端對(duì)齊，俯視角度為平板玻璃，另一片的側(cè)視角度為楔形棱鏡，俯視角度為楔形棱鏡。

16、優(yōu)選地，光學(xué)前端和光學(xué)后端并列設(shè)置，并合并成一個(gè)光學(xué)前端。

17、優(yōu)選地，兩個(gè)lcos芯片并列設(shè)置，并合并成一個(gè)lcos芯片。

18、優(yōu)選地，第一lcos芯片上對(duì)應(yīng)區(qū)塊產(chǎn)生的x方向最大衍射偏轉(zhuǎn)角度，y方向最大衍射偏轉(zhuǎn)角度，其中，為凹面反射鏡的焦距，表示光學(xué)前端x方向端口行數(shù)，表示光學(xué)前端y方向端口列數(shù)，為第一lcos芯片上分配給單個(gè)端口的像素區(qū)域邊長(zhǎng)，為光學(xué)前端的端口數(shù)，為第一lcos芯片上分配給單個(gè)端口的像素區(qū)域尺寸。

19、為實(shí)現(xiàn)上述目的，第二方面，本技術(shù)提供了一種光通信設(shè)備，包括如第一方面所述的緊湊型矩陣光開關(guān)和電路控制板；所述電路控制板用于為所述緊湊型矩陣光開關(guān)中的第一lcos芯片和第二lcos芯片提供相位調(diào)控信號(hào)。

20、總體而言，通過本技術(shù)所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果：

21、本技術(shù)提供一種基于二維棱鏡組的緊湊型矩陣光開關(guān)和光通信設(shè)備，通過在兩個(gè)lcos芯片前面各設(shè)置一個(gè)二維棱鏡組，二維棱鏡同時(shí)具有x方向上的楔角和y方向上的楔角，可對(duì)光束產(chǎn)生兩個(gè)維度的折射，第一二維棱鏡組通過xz平面上的折射對(duì)光學(xué)前端各端口偏振分集后的兩束相互平行線偏光施加xz平面內(nèi)的額外偏轉(zhuǎn)，以降低第一lcos芯片的偏轉(zhuǎn)角要求，第二二維棱鏡組通過xz平面上的折射對(duì)被凹面反射鏡反射后的線偏光施加xz平面內(nèi)的額外偏轉(zhuǎn)，使其校正至相互平行，抵消前者施加的額外偏轉(zhuǎn)，以降低第二lcos芯片的偏轉(zhuǎn)角要求，光束在lcos芯片上的入射角度減小，衍射效率增加，從而減小矩陣光開關(guān)的損耗；第一二維棱鏡組通過yz平面上的折射對(duì)光學(xué)前端各端口偏振分集后的兩束相互平行線偏光施加yz平面內(nèi)的額外偏轉(zhuǎn)，第二二維棱鏡組通過yz平面上的折射對(duì)被凹面反射鏡反射后的線偏光施加yz平面內(nèi)的額外偏轉(zhuǎn)，使其與光學(xué)前端輸出光平行，兩者相配合將矩陣開關(guān)的整個(gè)光路由平面結(jié)構(gòu)折疊成三維結(jié)構(gòu)，光開關(guān)的結(jié)構(gòu)更加緊湊。