專利名稱：使用溫控電路來(lái)提高性能的液晶型波長(zhǎng)選擇光開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種液晶型波長(zhǎng)選擇光開關(guān)，特別是涉及一種包括有依次設(shè)置的 入射光纖、準(zhǔn)直透鏡、偏振分束器、第一衍射光柵、第一透鏡、第一液晶陣列、檢偏器、第二 液 晶陣列、偏振分束器、第二透鏡、第二衍射光柵、準(zhǔn)直透鏡組以及出射光纖的使用溫控電路 來(lái)提高性能的液晶型波長(zhǎng)選擇光開關(guān)。
背景技術(shù)：
隨著近年互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的高速增長(zhǎng)，人們對(duì)于波分系統(tǒng)升級(jí)的要求也越來(lái)越 高。而具有任意端口波長(zhǎng)任意上下功能的波長(zhǎng)選擇光開關(guān)的出現(xiàn)，正好符合了這一發(fā)展趨 勢(shì)。09年Infonetics公司最新的ROADM器件市場(chǎng)展望報(bào)告中，作為光傳送網(wǎng)的核心設(shè)備， 波長(zhǎng)選擇光開關(guān)WSS類器件的銷售情況非?？春?。WDM ROADM將會(huì)是光通信設(shè)備領(lǐng)域增長(zhǎng) 最快的種類之一，預(yù)計(jì)2008年到2013年這類設(shè)備的復(fù)合增長(zhǎng)率將達(dá)到13%。ROADM 的使用方便網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商重構(gòu) DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing，簡(jiǎn)稱DWDM)網(wǎng)絡(luò)，降低了對(duì)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃要求，增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)應(yīng)對(duì)突發(fā)情況的能 力，提升了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的效率。另外，ROADM的使用可以通過網(wǎng)關(guān)控制，提高了工作效率，降低 了維護(hù)成本。作為新一代的ROADM產(chǎn)品，WSS可以幫助網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商在波長(zhǎng)級(jí)業(yè)務(wù)上實(shí)現(xiàn)完 全的自動(dòng)化。目前主要有以下幾種WSS技術(shù)方案，分別是MEMS型WSS，LC型WSS和LCOS型WSS。MEMS型WSS —般通過光柵和MEMS反射鏡來(lái)實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)切換和衰減的功能，但WSS器 件中波長(zhǎng)數(shù)較多(52波位于IOOGHz間隔，)，而每個(gè)波長(zhǎng)需要一個(gè)MEMS反射鏡，即MEMS反 射鏡陣列，因此封裝、控制較為困難，抗振動(dòng)性較差。相對(duì)于MEMS型WSS，液晶型WSS具有較低的成本，而且由于液晶型的器件沒有移動(dòng) 的部件，可靠性較高。但液晶型WSS的難點(diǎn)在于液晶的插入損耗，響應(yīng)時(shí)間等參數(shù)都會(huì)受到 外界溫度的影響。當(dāng)液晶自身溫度較低時(shí)，液晶自身的響應(yīng)時(shí)間就會(huì)增加，影響到液晶的性 能，并且液晶自身的插入損耗也會(huì)隨著溫度產(chǎn)生變化，在不同的溫度下會(huì)造成不同的插入 損耗，引起TDL。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是，提供一種能夠提高液晶陣列的響應(yīng)速度并完 全消除TDL的使用溫控電路來(lái)提高性能的液晶型波長(zhǎng)選擇光開關(guān)。本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是一種通過溫控提高液晶性能的波長(zhǎng)選擇光開 關(guān)，包括有依次設(shè)置的入射光纖、準(zhǔn)直透鏡、第一偏振分束器、第一衍射光柵、第一透鏡、第 一液晶陣列、檢偏器、第二液晶陣列、第二偏振分束器、第二透鏡、第二衍射光柵、一對(duì)準(zhǔn)直 透鏡以及一對(duì)出射光纖，所述的第一偏振分束器的出射光側(cè)設(shè)置有一半波片，所述的第一 液晶陣列和第二液晶陣列連接在一個(gè)使該光路在變動(dòng)的環(huán)境溫度下可以保持在一個(gè)設(shè)定 溫度下的溫度控制單元。[0009]所述的溫控單元包括有控制電路，分別與控制電路相連接的第一加熱單元、第二 加熱單元、第一熱傳感部件以及第二熱傳感部件，其中，所述的第一加熱單元與第一熱傳感 部件之間連接第一液晶陣列，所述的第二加熱單元與第二熱傳感部件之間連接第二液晶陣 列。所述的第一熱傳感部件是通過導(dǎo)熱膠粘接在第一液晶陣列上，第二熱傳感部件是 通過導(dǎo)熱膠粘接在第二液晶陣列上。所述的第一熱傳感部件和第二熱傳感部件是熱傳感器或熱敏電阻。所述的第一加熱單元和第二加熱單元結(jié)構(gòu)相同，均包括有發(fā)熱部件和設(shè)置在發(fā)熱 部件上面用于放置第一液晶陣列或第二液晶陣列的導(dǎo)熱部件，其中，所述的發(fā)熱部件與控 制電路相連，所述的第一液晶陣列或第二液晶陣列是通過導(dǎo)熱膠粘接在導(dǎo)熱部件上。所述的發(fā)熱部件采用半導(dǎo)體致冷器。所述的導(dǎo)熱部件采用采用熱膨脹系數(shù)與玻璃相同的材料。所述的導(dǎo)熱部件采用可伐合金。本實(shí)用新型的使用溫控電路來(lái)提高性能的液晶型波長(zhǎng)選擇光開關(guān)，具有如下特占.
^ \\\ ·1、有效地利用溫控電路與液晶陣列相結(jié)合的方式，提高了液晶陣列的響應(yīng)速度并 完全消除TDL。2、在同等液晶陣列制作工藝水平下，提高了基于液晶陣列技術(shù)的波長(zhǎng)選擇光開關(guān) 的性能。

圖1是本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型中溫度控制單元的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實(shí)用新型中加熱單元的結(jié)構(gòu)示意圖。其中201 入射光纖202 準(zhǔn)直透鏡203 第一偏振分束器 204 半波片205 第一衍射光柵206 第一透鏡207 第一液晶陣列208 檢偏器209 第二液晶陣列210 第二偏振分束器211 第二透鏡212 第二衍射光柵213 一對(duì)準(zhǔn)直透鏡214 —對(duì)出射光纖215 發(fā)熱部件216 導(dǎo)熱部件217:第一熱傳感部件 218:溫控單元219:控制電路220:第二熱傳感部件221 第一加熱單元222 第二加熱單元
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖給出具體實(shí)施例，進(jìn)一步說明本實(shí)用新型的通過溫控提高液晶性能的波長(zhǎng)選擇光開關(guān)是如何實(shí)現(xiàn)的。本實(shí)用新型的通過溫控提高液晶性能的波長(zhǎng)選擇光開關(guān)，包含多個(gè)波長(zhǎng)的信號(hào)光 經(jīng)過一根光纖的傳輸后進(jìn)入準(zhǔn)直透鏡進(jìn)行準(zhǔn)直，經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡后的信號(hào)光的光斑擴(kuò)大， 并 經(jīng)過一個(gè)偏振分束器轉(zhuǎn)換為線偏光，然后入射到第一個(gè)衍射光柵上，信號(hào)光經(jīng)過第一個(gè)衍 射光柵后，不同波長(zhǎng)的光以不同的角度出射，并由后方的透鏡進(jìn)行聚焦，然后不同波長(zhǎng)的光 分別入射到透鏡后方的第一個(gè)液晶陣列的不同液晶單元上，通過改變某一液晶單元上的電 壓，使得經(jīng)過液晶單元的某一波長(zhǎng)的光相位發(fā)生改變，從而造成該波長(zhǎng)的光的偏振態(tài)發(fā)生 偏轉(zhuǎn)，然后經(jīng)過第一個(gè)液晶陣列后面的檢偏器實(shí)現(xiàn)該波長(zhǎng)信號(hào)光的衰減，經(jīng)過衰減的信號(hào) 光再入射到第二個(gè)液晶陣列對(duì)應(yīng)的液晶單元上，通過改變液晶單元的電壓來(lái)控制該波長(zhǎng)信 號(hào)光的偏振態(tài)是否偏轉(zhuǎn)90度，然后經(jīng)過第二個(gè)液晶陣列后面的偏振分束器進(jìn)行不同偏振 態(tài)傳輸光路的切換，經(jīng)由透鏡聚焦后入射到第二個(gè)衍射光柵上，最后經(jīng)由透鏡聚焦入射到 不同的出射端口。其中，2個(gè)液晶陣列都放置在加熱元件上，通過加熱元件上的傳感器反饋 和溫控電路的控制，保證了加熱元件處于一個(gè)穩(wěn)定的溫度，這樣2個(gè)液晶陣列就可以在不 同的環(huán)境溫度下都處于一個(gè)穩(wěn)定的高溫狀態(tài)，從而提高了液晶陣列的響應(yīng)速度，并消除了 由于溫度不穩(wěn)定而造成的TDL。如圖1所示，本實(shí)用新型的通過溫控提高液晶性能的波長(zhǎng)選擇光開關(guān)，包括有依 次設(shè)置的入射光纖201、準(zhǔn)直透鏡202、第一偏振分束器203、第一衍射光柵205、第一透鏡 206、第一液晶陣列207、檢偏器208、第二液晶陣列209、第二偏振分束器210、第二透鏡211、 第二衍射光柵212、一對(duì)準(zhǔn)直透鏡213以及一對(duì)出射光纖214，所述的第一偏振分束器203 的出射光側(cè)設(shè)置有一半波片204，所述的第一液晶陣列207和第二液晶陣列209連接在一個(gè) 使該光路在變動(dòng)的環(huán)境溫度下可以保持在一個(gè)設(shè)定溫度下的溫度控制單元218。如圖2所示，所述的溫控單元218包括有控制電路219，分別與控制電路219相連 接的第一加熱單元221、第二加熱單元222、第一熱傳感部件217以及第二熱傳感部件220， 其中，所述的第一加熱單元221與第一熱傳感部件217之間連接第一液晶陣列207，所述的 第二加熱單元222與第二熱傳感部件220之間連接第二液晶陣列209。所述的第一熱傳感部件217和第二熱傳感部件220是熱傳感器或熱敏電阻。所述 的第一熱傳感部件217是通過導(dǎo)熱膠粘接在第一液晶陣列207上，第二熱傳感部件220是 通過導(dǎo)熱膠粘接在第二液晶陣列209上。所述的第一加熱單元221和第二加熱單元222結(jié)構(gòu)相同。如圖3所示，所述的第 一加熱單元221和第二加熱單元222均包括有發(fā)熱部件215和設(shè)置在發(fā)熱部件215上面用 于放置第一液晶陣列207或第二液晶陣列209的導(dǎo)熱部件216，其中，所述的發(fā)熱部件215 與控制電路219相連，所述的第一液晶陣列207或第二液晶陣列209是通過導(dǎo)熱膠粘接在 導(dǎo)熱部件216上。所述的發(fā)熱部件215的作用是產(chǎn)生熱量，可以采用半導(dǎo)體致冷器(TEC)。 所述的導(dǎo)熱部件216的作用是均勻傳導(dǎo)熱量并且能平穩(wěn)的放置光學(xué)元件，采用導(dǎo)熱率高， 熱膨脹系數(shù)相當(dāng)于玻璃的材料。所述的導(dǎo)熱部件216可以采用可伐合金(KOVAR)。所述控制電路219可以采用MCS-51系列單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。本實(shí)用新型工作過程如下多個(gè)波長(zhǎng)的信號(hào)光從入射光纖201端口入射，并由準(zhǔn)直透鏡202準(zhǔn)直，在經(jīng)過準(zhǔn)直 透鏡202后的信號(hào)光的光斑擴(kuò)大，然后入射到第一偏振分束器203上面。在經(jīng)過第一偏振分束器203后，任意偏振態(tài)的信號(hào)光轉(zhuǎn)換偏振態(tài)互相垂直的兩路線偏光，其中一路經(jīng)由一個(gè)粘在偏振分束器后面的半波片204后其偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)90度，變?yōu)榕c另一路偏振態(tài)相同的線 偏光，這樣在經(jīng)過偏振分束器后任意偏振態(tài)的信號(hào)光都轉(zhuǎn)換為了同一種線偏光，其偏振態(tài) 與后面的檢偏器208通光軸平行。然后經(jīng)過偏振處理的信號(hào)光入射到第一衍射光柵205上，經(jīng)過第一衍射光柵205 衍射后，不同波長(zhǎng)的光以不同的角度出射，并由后方的第一透鏡206進(jìn)行聚焦，然后不同波 長(zhǎng)的光分別入射到第一透鏡206后方的第一液晶陣列207的不同液晶單元上。這時(shí)，通過 改變第一液晶陣列207上某一液晶單元的電壓，使得經(jīng)過該液晶單元的某一波長(zhǎng)的光的兩 偏振分量之間的相位差發(fā)生改變，從而造成該線偏光的偏振態(tài)發(fā)生偏轉(zhuǎn)(但仍維持為線偏 光)。偏振態(tài)發(fā)生偏轉(zhuǎn)的信號(hào)光由于與第一液晶陣列207后面的檢偏器208的通光軸產(chǎn)生 夾角，從而實(shí)現(xiàn)了該波長(zhǎng)信號(hào)光的衰減。經(jīng)過衰減的信號(hào)光再入射到第二液晶陣列209對(duì)應(yīng)的液晶單元上，通過改變液晶 單元的電壓來(lái)控制該波長(zhǎng)信號(hào)光的偏振態(tài)是否偏轉(zhuǎn)90度，這樣可以將不同波長(zhǎng)的信號(hào)光 轉(zhuǎn)換為兩種互相垂直的線偏振態(tài)。這樣在經(jīng)過第二液晶陣列209后面的第二偏振分束器 210后，不同波長(zhǎng)的信號(hào)光由于不同的線偏振態(tài)被分在了 2個(gè)分離的光路中，從而實(shí)現(xiàn)了不 同波長(zhǎng)信號(hào)光傳輸光路的切換。經(jīng)過切換的信號(hào)光經(jīng)過第二透鏡聚焦211后入射到第二衍射光柵212上，最后經(jīng) 由一對(duì)準(zhǔn)直透鏡213聚焦入射到對(duì)應(yīng)的一對(duì)出射光纖214的端口。在上述工作過程中，第一液晶陣列207和第二液晶陣列209上的熱傳感器或熱敏 電阻反饋采樣數(shù)據(jù)給控制電路219，控制電路219通過采樣數(shù)據(jù)來(lái)分析當(dāng)前溫度值，并以此 控制發(fā)熱部件(TEC) 215的輸出功率，使得TEC輸出的功率正好達(dá)到第一液晶陣列207和第 二液晶陣列209所要求的溫度值。在WSS中使用這樣的溫度控制單元，就可以使得2個(gè)液 晶陣列就在不同的環(huán)境溫度下都處于一個(gè)穩(wěn)定的高溫狀態(tài)，從而提高了液晶陣列的響應(yīng)速 度，并消除了由于液晶陣列溫度不穩(wěn)定造成的TDL。
權(quán)利要求一種通過溫控提高液晶性能的波長(zhǎng)選擇光開關(guān)，包括有依次設(shè)置的入射光纖(201)、準(zhǔn)直透鏡(202)、第一偏振分束器(203)、第一衍射光柵(205)、第一透鏡(206)、第一液晶陣列(207)、檢偏器(208)、第二液晶陣列(209)、第二偏振分束器(210)、第二透鏡(211)、第二衍射光柵(212)、一對(duì)準(zhǔn)直透鏡(213)以及一對(duì)出射光纖(214)，所述的第一偏振分束器(203)的出射光側(cè)設(shè)置有一半波片(204)，其特征在于，所述的第一液晶陣列(207)和第二液晶陣列(209)連接在一個(gè)使該光路在變動(dòng)的環(huán)境溫度下可以保持在一個(gè)設(shè)定溫度下的溫度控制單元(218)，所述的溫控單元(218)包括有控制電路(219)，分別與控制電路(219)相連接的第一加熱單元(221)、第二加熱單元(222)、第一熱傳感部件(217)以及第二熱傳感部件(220)，其中，所述的第一加熱單元(221)與第一熱傳感部件(217)之間連接第一液晶陣列(207)，所述的第二加熱單元(222)與第二熱傳感部件(220)之間連接第二液晶陣列(209)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過溫控提高液晶性能的波長(zhǎng)選擇光開關(guān)，其特征在于，所 述的第一熱傳感部件(217)是通過導(dǎo)熱膠粘接在第一液晶陣列(207)上，第二熱傳感部件 (220)是通過導(dǎo)熱膠粘接在第二液晶陣列(209)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過溫控提高液晶性能的波長(zhǎng)選擇光開關(guān)，其特征在于，所 述的第一熱傳感部件(217)和第二熱傳感部件(220)是熱傳感器或熱敏電阻。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過溫控提高液晶性能的波長(zhǎng)選擇光開關(guān)，其特征在于，所 述的第一加熱單元(221)和第二加熱單元(222)結(jié)構(gòu)相同，均包括有發(fā)熱部件(215)和設(shè) 置在發(fā)熱部件(215)上面用于放置第一液晶陣列(207)或第二液晶陣列(209)的導(dǎo)熱部件 (216)，其中，所述的發(fā)熱部件(215)與控 制電路(219)相連，所述的第一液晶陣列(207)或 第二液晶陣列(209)是通過導(dǎo)熱膠粘接在導(dǎo)熱部件(216)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的通過溫控提高液晶性能的波長(zhǎng)選擇光開關(guān)，其特征在于，所 述的發(fā)熱部件(215)采用半導(dǎo)體致冷器。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的通過溫控提高液晶性能的波長(zhǎng)選擇光開關(guān)，其特征在于，所 述的導(dǎo)熱部件(216)采用熱膨脹系數(shù)與玻璃相同的材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的通過溫控提高液晶性能的波長(zhǎng)選擇光開關(guān)，其特征在于，所 述的導(dǎo)熱部件(216)采用可伐合金。
專利摘要本實(shí)用新型公開一種通過溫控提高液晶性能的波長(zhǎng)選擇光開關(guān)，包括有依次設(shè)置的入射光纖、準(zhǔn)直透鏡、第一偏振分束器、第一衍射光柵、第一透鏡、第一液晶陣列、檢偏器、第二液晶陣列、第二偏振分束器、第二透鏡、第二衍射光柵、一對(duì)準(zhǔn)直透鏡以及一對(duì)出射光纖，所述的第一偏振分束器的出射光側(cè)設(shè)置有一半波片，所述的第一液晶陣列和第二液晶陣列連接在一個(gè)使該光路在變動(dòng)的環(huán)境溫度下可以保持在一個(gè)設(shè)定溫度下的溫度控制單元。本實(shí)用新型有效地利用溫控電路與液晶陣列相結(jié)合的方式，提高了液晶陣列的響應(yīng)速度并完全消除TDL。在同等液晶陣列制作工藝水平下，提高了基于液晶陣列技術(shù)的波長(zhǎng)選擇光開關(guān)的性能。
文檔編號(hào)G02F1/133GK201740945SQ20102012673
公開日2011年2月9日 申請(qǐng)日期2010年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月10日
發(fā)明者劉 文, 張博, 張玓 申請(qǐng)人:武漢光迅科技股份有限公司