具体实施方式

为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”、“第二”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面通过具体的实施例并结合附图对本申请做进一步的详细描述。

本发明给出一种磁光开关，其利用准直器、双折射晶体、半波片和法拉第旋光晶体等元件，将光纤输入任意偏振态的发散光经准直器准直成平行光束，然后经过双折射晶体分离成两个固定偏振态的子光束，再利用半波片和法拉第旋光晶体处理和改变入射光的偏振态，并结合双折射晶体进行分光，从而实现光开关切换的目的。

本发明给出的磁光开关是不可逆开关。

实施例一，本发明的磁光开关包括沿着光传播方向依次设置的一个输入准直器、一个第一双折射晶体、n级光路切换机构、一个第一半波片组件、一个第一法拉第旋光晶体、一个第二双折射晶体和2ⁿ个输出准直器，其中，n为正整数。

所述输入准直器用于将输入光纤输出的发散光束准直成平行光束。

所述第一双折射晶体用于将接收到的平行光束分解成两束偏振方向正交的子光束。

所述n级光路切换机构用于改变第一双折射晶体出射的两束子光束的偏振态并使这两束子光束的分裂光束在正向和/或反向饱和磁场作用下旋转以从2ⁿ个光束位置中的其中一个光束位置输出。

所述第一半波片组件用于接收由n级光路切换机构出射的分裂光束并改变其偏振态。

所述第一法拉第旋光晶体用于将第一半波片组件出射的两束分裂光束的偏振方向转变为相正交。

所述第二双折射晶体用于将接收到的分裂光束耦合成一束光，并使合并光束从与出射的光束位置相对应的输出准直器中传输至输出光纤。

上述n级光路切换机构至少为两级光路切换机构，每级光路切换机构的结构相同，均包括一个第二半波片组件、一个第二法拉第旋光晶体和一个第三双折射晶体，其中，第二半波片组件用于将其接收到的光束的偏振态转换成相同的偏振态；第二法拉第旋光晶体用于在磁场作用下改变其接收到的光束的偏振态，使其接收到的光束可以根据磁场方向沿着顺时针或逆时针方向进行旋转；第三双折射晶体用于将其接收到的光束成倍数分解成多个分裂光束，并依据第二法拉第旋光晶体的旋光方向，将分裂光束分配到不同的光束位置上。

如图1所示，图1为1x4磁光开关的光学部件的排列图，该磁光开关中设有两级光路切换机构，可以实现一路光到四路光的切换。

图1中，输入光纤输出的发散光经输入准直器101准直成平行光束，该平行光束11透射到第一双折射晶体111的晶体界面上，第一双折射晶体111将其接收到的平行光束11分解成两束具有固定偏振态且偏振方向正交的子光束12a和12b，两束子光束12a和12b相平行。

之后，两束子光束12a和12b进入1级光路切换机构，1级光路切换机构中的第二半波片组件121将两束子光束12a和12b的偏振态转换成相同偏振态，接着第二法拉第旋光晶体131使两束子光束12a和12b在磁场作用下进行旋转，以再次改变两束子光束12a和12b的偏振态，之后两束子光束12a和12b进入第三双折射晶体112，第三双折射晶体112将两束子光束12a和12b分解成四束分裂光束13a、13b、13e、13f，其中子光束12a分解成13a和13e，子光束12b分解成13b和13f。

之后，四束分裂光束13a、13b、13e和13f进入2级光路切换机构，2级光路切换机构中的第二半波片组件122和第二法拉第旋光晶体132再次对四个光束进行偏振态转换。偏振方向转换后的四束分裂光束13a、13b、13e、13f进入2级光路切换机构的第三双折射晶体113，第三双折射晶体113将接收到的四束光13a、13b、13e、13f分解成八束分裂光束14a、14b、14c、14d、14e、14f、14g和14h，其中，13a分解成14c和14h，13b分解成14b和14d，13e分解成14e和14g，13f分解成14a和14f。

八束分裂光束14a、14b、14c、14d、14e、14f、14g和14h再经过第一半波片组件123和第一法拉第旋光晶体133进行偏振态转换，转换之后，再进入第二双折射晶体114，第二双折射晶体114将八束分裂光束14a、14b、14c、14d、14e、14f、14g和14h合并成四个光束15b、15d、15f和15h，四个光束15b、15d、15f和15h可分别从输出准直器102、103、104和105中输入到各自对应的输出光纤中。

图2a和图2b为1x4磁光开关的侧视图和俯视图。

结合图2a和图2b可知，输入光纤准直器101的光束11进入双折射晶体111之后分解两个子光束12a和12b位于同一竖直平面内且子光束12a位于子光束12b的上方，子光束12a和12b可视为一组光束，这组光束经过半波片组件121和法拉第旋光晶体131偏振转换后，由双折射晶体112分解成两组光束(13a和13b为一组，13a和13b位于同一竖直平面内且13a位于13b的上方；13e和13f为一组，13e和13f位于同一竖直平面内且13e位于13f的上方)，即双折射晶体112将子光束12a和12b分解成位于第1位置和第第3位置的两组光束。这两组光束再次经过半波片组件122和法拉第旋光晶体132偏振转换后，由双折射晶体113分解成四组光束(14a和14b为一组，14a和14b位于同一竖直平面内且14a位于14b的上方；14c和14d为一组，14c和14d位于同一竖直平面内且14c位于14d的上方；14e和14f为一组，14e和14f位于同一竖直平面内且14e位于14f的上方；14g和14h为一组，14g和14h位于同一竖直平面内且14g位于14h的上方)，这四组光束所在的光束位置分别定为ch1、ch2、ch3和ch4，即双折射晶体113将第1位置的光束分解成第1位置和第2位置的光束，将第3位置的光束分解成第3位置和第4位置的光束。之后这四组光束进入双折射晶体114再次合束成4束光，由4个输出准直器接收。

实际使用过程中，根据实际需求，可通过改变1级光路切换机构和2级光路切换机构中外加的磁场方向，来实现光束在四个输出准直器之间的切换，以实现光路切换的目的。

如上述所述，2级光路切换机构可以实现路信号到四路信号的切换，按此方法，3级光路切换机构可以实现由一路信号到八路信号的切换。因此，可根据实际需求，在2级光路切换机构和第一半波片组件123之间增加3级或4级或更多的光路切换机构，以实现更多路数的光路切换(一路光信号到2ⁿ路信号的切换)，如1x6,1x8,1x16磁光开关。

下面通过1x4磁光开关为例详细说明其光路切换过程。图3a、图3b、图3c和图3d为1x4磁光开关的右视图，各图中从左到右给出了各个光束从每个元件输出之后的偏振方向。

假设1级光路切换机构中法拉第旋光晶体上加载的是正向磁场、2级光路切换机构中法拉第旋光晶体上加载的也是正向磁场，第一法拉第旋光晶体133上加载的是正向磁场，则光束传输过程如下：

如图3a所示，输入准直器101输出的平行光束11的偏振方向为任意偏振，包括水平和竖直方向两个分量；该平行光束进入第一双折射晶体111之后分解成两个线偏振的子光束12a、12b，其偏振方向分别为水平方向和竖直方向；

之后子光束12a和12b分别进入1级光路切换机构中的半波片组件121的两个子件121a和121b，121a和121b为半波片，其光轴方向分别为22.5度和-22.5度，经过半波片组件121之后，子光束12a和12b的偏振方向相同，均为45度；之后子光束12a和12b都经过法拉第旋光晶体131，偏振方向均逆时针方向旋转45度，子光束12a和12b的偏振方向均变成竖直方向；之后子光束12a和12b进入双折射晶体112，由于光束的偏振方向为竖直方向，光束不发生偏折，双折射晶体112仅输出子光束13a和13b，子光束13a和13b位于第一光束位置Ch1，偏振方向还是竖直方向；

之后子光束13a和13b进入2级光路切换机构中的半波片组件122的子件半波片122a，其光轴方向为67.5度，经过半波片组件122之后，子光束13a和13b的偏振方向变为45度；之后经过法拉第旋光晶体132，偏振方向逆时针方向旋转45度，子光束13a和13b的偏振方向均变成竖直方向；之后子光束13a和13b进入双折射晶体113，由于光束的偏振方向为竖直方向，光束不发生偏折，双折射晶体113仅输出子光束14a和14b，子光束14a和14b位于第一光束位置Ch1，偏振方向还是竖直方向；

之后子光束14a和14b分别进入第一半波片组件123的两个子件半波片123a和123b，123a和123b的光轴方向不同，分别为67.5度和-67.5度，经过半波片组件123之后，子光束14a和14b的偏振方向不相同，分别为45度和-45度；之后经过第一法拉第旋光晶体133，偏振方向逆时针方向旋转45度，子光束14a和14b的偏振方向分别为变成竖直方向和水平方向；之后子光束14a和14b进入第二双折射晶体114，子光束14a向下偏折，两个子光束合成一束光束15b，最后光束15b由第一输出准直器102接收，完成了光信号从输入准直器101到第一输出准直器102的传输。

假设1级光路切换机构中法拉第旋光晶体上加载的是正向磁场、2级光路切换机构中法拉第旋光晶体上加载的是反向磁场、第一法拉第旋光晶体133上加载的是正向磁场，则光束传输过程如下：

如图3b所示，输入准直器101输出的平行光束11的偏振方向为任意偏振，包括水平和竖直方向两个分量；进入第一双折射晶体111之后分解成两个线偏振的子光束12a和12b，其偏振方向分别为水平方向和竖直方向；

之后子光束12a和12b分别进入1级光路切换机构中的半波片组件121的两个子件121a和121b，121a和121b为半波片，其光轴方向分别为22.5度和-22.5度，经过半波片组件121之后，子光束12a和12b的偏振方向相同，均为45度；之后子光束12a和12b都经过法拉第旋光晶体131，偏振方向均逆时针方向旋转45度，子光束12a和12b的偏振方向均变成竖直方向；之后子光束12a和12b进入双折射晶体112，由于光束的偏振方向为竖直方向，光束不发生偏折，双折射晶体112仅输出子光束13a和13b，子光束13a和13b位于第一光束位置Ch1，偏振方向还是竖直方向；

之后子光束13a和13b进行2级光路切换机构中的半波片组件122的子件半波片122a，其光轴方向为67.5度，经过半波片组件122之后，子光束13a和13b的偏振方向变为45度；之后经过法拉第旋光晶体132，偏振方向顺时针方向旋转45度，子光束13a和13b的偏振方向均变成水平方向；之后子光束13a和13b进入双折射晶体113，由于光束的偏振方向为水平方向，两个光束都向右偏折，输出子光束14c和14d，处于第二光束位置Ch2，偏振方向还是水平方向；

之后子光束14c和14d分别进入第一半波片组件123的两个子件半波片123c和123d，123c和123d的光轴方向不同，分别为22.5度和-22.5度，经过第一半波片组件123之后，子光束14c和14d的偏振方向不相同，分别为45度和-45度；之后经过第一法拉第旋光晶体133，偏振方向均逆时针方向旋转45度，子光束14c和14d的偏振方向分别为变成竖直方向和水平方向；之后子光束14c和14d进入第二双折射晶体114，子光束14c向下偏折，两个子光束合成一束光束15d，最后光束15d由第二输出准直器103接收，完成了光信号从输入准直器101到第二输出准直器103的传输。

假设1级光路切换机构中法拉第旋光晶体上加载的是反向磁场、2级光路切换机构中法拉第旋光晶体上加载的是正向磁场、第一法拉第旋光晶体133上加载的是反向磁场，则光束传输过程如下：

如图3c所示，输入准直器101输出的平行光束11的偏振方向为任意偏振，包括水平和竖直方向两个分量；进入第一双折射晶体111之后分解成两个线偏振的子光束12a和12b，其偏振方向分别为水平方向和竖直方向；

之后子光束12a和12b分别进入1级光路切换机构中的半波片组件121的两个子件121a和121b，121a和121b为半波片，其光轴方向分别为22.5度和-22.5度，经过半波片组件121之后，子光束12a和12b的偏振方向相同，均为45度；之后子光束12a和12b都经过法拉第旋光晶体131，偏振方向顺时针方向旋转45度，子光束12a和12b的偏振方向均变成水平方向；之后子光束12a和12b进入双折射晶体112，由于光束的偏振方向为水平方向，两个子光束都向右偏折，输出子光束13e和13f，子光束13e和13f位于第三光束位置Ch3，偏振方向还是水平方向；

之后子光束13e和13f进行2级光路切换机构中的半波片组件122的子件半波片122b，其光轴方向为22.5度，经过半波片组件122之后，子光束13e和13f的偏振方向变为45度；之后经过法拉第旋光晶体132，偏振方向逆时针方向旋转45度，子光束13e和13f的偏振方向均变成竖直方向；之后子光束13e和13f进入双折射晶体113，由于光束的偏振方向为竖直方向，光束不偏折，输出子光束14e和14f，子光束14e和14f位于第三光束位置Ch3，偏振方向还是竖直方向；

之后子光束14e和14f分别进入半波片组件123的两个半波片子件123e和123f，123e和123f的光轴方向不同，分别为-67.5度和67.5度，经过第一半波片组件123之后，子光束14e和14f的偏振方向不相同，分别为-45度和45度；之后经过第一法拉第旋光晶体133，偏振方向均顺时针方向旋转45度，子光束14e和14f的偏振方向分别为变成竖直方向和水平方向；之后子光束14e和14f进入第二双折射晶体114，由于子光束14e向下偏折，两个子光束合成一束光束15c，最后光束15c由第三输出准直器104接收，完成了光信号从输入准直器101到第三输出准直器104的传输。

假设1级光路切换机构中法拉第旋光晶体上加载的是反向磁场、2级光路切换机构中法拉第旋光晶体上加载的也是反向磁场、第一法拉第旋光晶体133上加载的是反向磁场，则光束传输过程如下：

如图3d所示，输入准直器101输出的平行光束11的偏振方向为任意偏振，包括水平和竖直方向两个分量；该平行光束11进入双折射晶体111之后分解成两个线偏振的子光束12a和12b，其偏振方向分别为水平方向和竖直方向；

之后子光束12a和12b分别进入1级光路切换机构中的半波片组件121的两个子件121a和121b，121a和121b为半波片，其光轴方向分别为22.5度和-22.5度，经过半波片组件121之后，子光束12a和12b的偏振方向相同，均为45度；之后子光束12a和12b都经过法拉第旋光晶体131，偏振方向顺时针方向旋转45度，子光束12a和12b的偏振方向均变成水平方向；之后子光束12a和12b进入双折射晶体112，由于光束的偏振方向为水平方向，两个子光束都向右偏折，输出子光束13e和13f，子光束13e和13f位于第三位置Ch3，偏振方向还是水平方向；

之后子光束13e和13f进入2级光路切换机构中的半波片组件122的子件半波片122b，其光轴方向为22.5度，经过半波片组件122之后，子光束13e和13f的偏振方向变为45度；之后经过法拉第旋光晶体132，偏振方向顺时针方向旋转45度，子光束13e和13f的偏振方向均变成水平方向；之后子光束13e和13f进入双折射晶体113，由于光束的偏振方向为水平方向，两个子光束都向右偏折，输出子光束14g和14h，子光束14g和14h位于第四位置Ch4，偏振方向还是水平方向；

之后子光束14g和14h分别进入第一半波片组件123的两个半波片子件123g和123h，123g和123h的光轴方向不同，分别为-22.5度和22.5度，经过半波片组件123之后，子光束14g和14h的偏振方向不相同，分别为-45度和45度；之后经过第一法拉第旋光晶体133，偏振方向均顺时针方向旋转45度，子光束14g和14h的偏振方向分别为变成竖直方向和水平方向；之后子光束14g和14h进入第二双折射晶体114，由于子光束14g向下偏折，两个子光束合成一束光束15d，最后光束15d由第四输出准直器105接收，完成了光信号从输入准直器101到第四输出准直器105的传输。

实施例二，本实施例的磁光开关省略掉第一法拉第旋光晶体133，通过改变第一半波片组件123中各个子件的光轴方向来实现光束(光信号)从一个输入准直器到2ⁿ个输出准直器之间的切换，即本实施例中的磁光开关包括沿着光传播方向依次设置的一个输入准直器、一个第一双折射晶体、n级光路切换机构、一个第一半波片组件、一个第二双折射晶体和2ⁿ个输出准直器，其中，n为正整数。

具体地，以1x4磁光开关为例，在不使用第一法拉第旋光晶体133的情况下，通过改变第一半波片组件123中各个子件的光轴方向来实现光信号从输入准直器101到四个输出准直器102、103、104和105之间的切换。

本实施例中，其他具体实时方式与实施例一相同，在此不再具体赘述。

实施例三，本实施例的磁光开关中，其2级光路切换机构中的法拉第旋光晶体132均由多个子法拉第旋光晶体组成，以使双折射晶体112分解的四个分裂光束可以从其各自对应的子法拉第旋光晶体中通过。

本实施例中，其他具体实时方式与实施例一相同，在此不再具体赘述。

实施例四，本实施例的磁光开关中，其2级光路切换机构中的双折射晶体113均可由二个双折射晶体113a和113b组成，两个双折射晶体113a和113b分别将两个光束位置ch1和ch3的光分解成四个光束位置Ch1、Ch2、Ch3和Ch4的光。

本实施例中，其他具体实时方式与实施例一相同，在此不再具体赘述。

实施例五，本实施例的磁光开关中，其第一法拉第旋光晶体133由两个或多个子法拉第旋光晶体组成，以使双折射晶体113分解的八个分裂光束可以从其各自对应的子法拉第旋光晶体中通过。

本实施例中，其他具体实时方式与实施例一相同，在此不再具体赘述。

实施例六，本实施例的磁光开关中，其第二双折射晶体114可由多个(二个或三个或四个)双折射晶体组成，分别对应不同光束位置上的光束，以将各光束位置上的两束光合成一束光。

本实施例中，其他具体实时方式与实施例一相同，在此不再具体赘述。

实施例六，本实施例的磁光开关中，其双折射晶体111、112、113和114中的一部分或全部可更换成如图4b所示的基于偏振分光膜的偏振分光器。

本实施例中，其他具体实时方式与实施例一相同，在此不再具体赘述。

实施例七，本实施例的磁光开关中，其每级光路切换机构中的第二半波片组件的位置与第二法拉第旋光晶体的位置可互换，通过改变第二半波片组件中各个子件的光轴方向或者切换第二法拉第旋光晶体的状态来实现光束(光信号)从一个输入准直器到2n个输出准直器之间的切换。

本实施例中，其他具体实时方式与实施例一相同，在此不再具体赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。