一種雙模一體化電控液晶光開(kāi)關(guān)陣列的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于光通信技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種適用于寬帶及較強(qiáng)束傳輸功率，電驅(qū)控方式靈活，結(jié)構(gòu)靈巧，價(jià)格相對(duì)低廉的光開(kāi)關(guān)。
【背景技術(shù)】
[0002]迄今為止，光開(kāi)關(guān)在光纖數(shù)據(jù)傳輸、光纖傳感與測(cè)量等技術(shù)領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用，已發(fā)展出多種類型的商用架構(gòu)和驅(qū)控方式，包括機(jī)械式光開(kāi)關(guān)、微機(jī)電(MEMS)光開(kāi)關(guān)以及光調(diào)制光開(kāi)關(guān)等典型類別。表征光開(kāi)關(guān)的技術(shù)參數(shù)諸如:插入損耗、光回波損耗、光隔離度、光串?dāng)_以及消光比等也已達(dá)到較高水平。應(yīng)用顯示，機(jī)械式光開(kāi)關(guān)具有插入損耗相對(duì)較低，光隔離度較高，對(duì)偏振和波譜行為不敏感，制作技術(shù)較為成熟，成本和價(jià)格相對(duì)低廉等特點(diǎn)，目前廣泛應(yīng)用于常規(guī)光接入網(wǎng)、光傳輸網(wǎng)以及功能性光路中。近些年仍在快速發(fā)展的MEMS光開(kāi)關(guān)，以其低插損、低串?dāng)_、低偏振敏感性、高光隔離度和消光比，微秒級(jí)開(kāi)關(guān)時(shí)長(zhǎng)，小/微型化的結(jié)構(gòu)形態(tài)和尺寸，易于大規(guī)模集成，易與其它光學(xué)、光電或電子機(jī)械結(jié)構(gòu)耦合，易于整合進(jìn)光鏈路中等特性，在光路切換、光通信鏈路的聯(lián)通與隔離等方面顯示明顯優(yōu)勢(shì)。目前仍受到高度關(guān)注的光調(diào)制光開(kāi)關(guān)則以其最顯著的皮秒級(jí)開(kāi)關(guān)時(shí)間特征，已在一些高端和科研領(lǐng)域展示應(yīng)用前景。隨著光通信主干網(wǎng)和接入網(wǎng)技術(shù)在全球網(wǎng)絡(luò)信息的傳輸、分發(fā)、交換、隔離及安全性考量等方面的重要性日益增強(qiáng)，對(duì)光開(kāi)關(guān)的性能指標(biāo)要求也在逐年提升。光開(kāi)關(guān)技術(shù)獲得持續(xù)快速發(fā)展的驅(qū)動(dòng)要素主要表現(xiàn)在以下方面:(一)適應(yīng)超高速、超大容量、超寬帶光網(wǎng)及光鏈路的開(kāi)關(guān)需求；(二)在插入損耗、消光比、偏振適應(yīng)性、光隔離、光串?dāng)_以及開(kāi)關(guān)速度等方面繼續(xù)獲得改善與增強(qiáng)；(三)進(jìn)一步降低開(kāi)關(guān)的驅(qū)控復(fù)雜度與信號(hào)功耗；(四)進(jìn)一步提高與光纖/簇的光耦合效率；(五)有更為緊湊和靈巧的形貌與結(jié)構(gòu)并易于大規(guī)模集成；(六)進(jìn)一步降低器件的制作和使用成本。
[0003]盡管目前光開(kāi)關(guān)技術(shù)在器件種類、性能指標(biāo)和應(yīng)用方面已獲得長(zhǎng)足進(jìn)步，針對(duì)日益凸顯的大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、光局域網(wǎng)及纖光功能化感測(cè)網(wǎng)等新興需求，在需要應(yīng)對(duì)超高速超大數(shù)據(jù)量的光輸運(yùn)，執(zhí)行基于光纖的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)，光信號(hào)路由迂回、恢復(fù)及多路并行控制，網(wǎng)絡(luò)化光纖遠(yuǎn)程監(jiān)控，皮秒級(jí)甚至更快的光路切換，全光層的路由與波長(zhǎng)選擇及光路自愈保護(hù)等方面，仍顯示能力欠缺。歸結(jié)起來(lái)主要有:(一)機(jī)械式光開(kāi)關(guān)其光切換時(shí)間在毫秒級(jí)，插入損耗仍顯大，隔離度仍然不足，驅(qū)控操作繁雜，外形和結(jié)構(gòu)尺寸大，難以綜合成大規(guī)模的開(kāi)關(guān)矩陣，無(wú)法徹底清除回跳抖動(dòng)和重復(fù)性差等問(wèn)題，難以適應(yīng)未來(lái)的高速大容量光網(wǎng)；(二)MEMS光開(kāi)關(guān)則主要因微光學(xué)反射鏡的機(jī)械慣性使其開(kāi)關(guān)動(dòng)作的執(zhí)行周期無(wú)法被進(jìn)一步壓縮并存在成本方面的問(wèn)題；(三)光調(diào)制光開(kāi)關(guān)基于各異的控光屬性，如材料的場(chǎng)致折射率或偏振變動(dòng)所導(dǎo)引的光傳輸特性改變，在極小空域內(nèi)所構(gòu)造的特殊光學(xué)干涉、衍射、頻譜分離或光強(qiáng)調(diào)變等功能引發(fā)的光輸運(yùn)通路的接通與關(guān)閉，具有控制和調(diào)變相對(duì)復(fù)雜，技術(shù)指標(biāo)參差不齊，生產(chǎn)和使用成本較高等缺陷或不足；(四)其他諸如電光、熱光、磁光、聲光、光子晶體或表面等離激元等開(kāi)關(guān)功能類型，則主要基于控光材料的熱物性或聲致或其它特殊物理效應(yīng)導(dǎo)致的材料折射率變動(dòng)或特殊光場(chǎng)構(gòu)建，形成特定的光分布與輸運(yùn)形態(tài)實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)操作，尚難以商業(yè)化。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷，本實(shí)用新型提供了一種雙模一體化電控液晶光開(kāi)關(guān)陣列，包括電控液晶聚光微透鏡陣列與電控液晶散光微透鏡陣列，所述電控液晶聚光微透鏡陣列在一組雙路時(shí)序電信號(hào)作用下對(duì)入射光波實(shí)施可調(diào)焦聚光操作，所述電控液晶散光微透鏡陣列在另一組雙路時(shí)序電信號(hào)作用下對(duì)入射光束實(shí)施可控光發(fā)散程度的散光操作，所述液晶聚光微透鏡陣列對(duì)入射波束的電控可調(diào)焦聚光模式，構(gòu)成光開(kāi)關(guān)的開(kāi)啟態(tài)，所述液晶散光微透鏡陣列對(duì)入射波束的電控可調(diào)光發(fā)散程度散光模式，構(gòu)成光開(kāi)關(guān)的關(guān)閉態(tài)。
[0005]優(yōu)選地，通過(guò)在陣列化排布的液晶微光學(xué)結(jié)構(gòu)上加載相互匹配的雙路時(shí)序電驅(qū)控信號(hào)，將其轉(zhuǎn)換為液晶聚光微透鏡陣列/液晶散光微透鏡陣列;通過(guò)更換所加載的雙路時(shí)序電驅(qū)控信號(hào)，完成聚光微透鏡與散光微透鏡間的模式轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)光開(kāi)關(guān)的開(kāi)啟與關(guān)閉切換。
[0006]優(yōu)選地，通過(guò)分別調(diào)變所述電控液晶聚光微透鏡陣列/電控液晶散光微透鏡陣列的聚光/散光效能，完成不同光強(qiáng)纖光束間的電控接通與關(guān)閉切換。
[0007]優(yōu)選地，所述液晶聚光微透鏡陣列和所述液晶散光微透鏡陣列均為MX N元，其中，M、N均為大于I的整數(shù)，各單元液晶聚光微透鏡/散光微透鏡的填充系數(shù)均低于40%。
[0008]優(yōu)選地，所述基于電控液晶聚光微透鏡陣列和電控液晶散光微透鏡陣列的電控液晶光開(kāi)關(guān)陣列也為M X N元。
[0009]優(yōu)選地，還包括陶瓷外殼，其中，所述電控液晶聚光微透鏡陣列/電控液晶散光微透鏡陣列置于陶瓷外殼內(nèi)，所述源于陣列化排布的液晶微光學(xué)結(jié)構(gòu)的每單元液晶聚光微透鏡/散光微透鏡有相同光軸，所述電控液晶聚光微透鏡陣列/電控液晶散光微透鏡陣的光入射面通過(guò)所述陶瓷外殼的正面開(kāi)孔裸露在外，所述電控液晶聚光微透鏡陣列/電控液晶散光微透鏡陣的光出射面通過(guò)所述陶瓷外殼的背面開(kāi)孔裸露在外。
[0010]優(yōu)選地，在所述陣列化液晶微光學(xué)結(jié)構(gòu)上設(shè)有第一端口和第一指示燈，第二端口和第二指示燈，所述第一端口用于接入外部設(shè)備向所述用于形成液晶聚光微透鏡/散光微透鏡的陣列化液晶微光學(xué)結(jié)構(gòu)上輸入的一路電驅(qū)控信號(hào)，所述第一指示燈用于指示所述電控液晶聚光微透鏡陣列/散光微透鏡陣列是否處在正常的電驅(qū)控信號(hào)輸入狀態(tài)，所述第二端口用于接入外部設(shè)備向所述用于形成液晶聚光微透鏡陣列/散光微透鏡陣列的陣列化液晶微光學(xué)結(jié)構(gòu)上輸入的另一路電驅(qū)控信號(hào)，所述第二指示燈用于指示所述電控液晶聚光微透鏡陣列/散光微透鏡是否處在正常的電驅(qū)控信號(hào)輸入狀態(tài)。
[0011]優(yōu)選地，在陶瓷外殼的側(cè)面設(shè)有一個(gè)小三角形符號(hào)，用以指示光開(kāi)關(guān)的光出射面位置。
[0012]總體而言，通過(guò)本實(shí)用新型所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果:
[0013]1、本實(shí)用新型中，光開(kāi)關(guān)的聚光/散光操作通過(guò)同一塊被加電驅(qū)控的功能化液晶微光學(xué)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易與其他光學(xué)、光電或電子學(xué)結(jié)構(gòu)耦合；
[0014]2、本實(shí)用新型通過(guò)合理匹配和調(diào)節(jié)所加載的雙路電驅(qū)控信號(hào)控制光傳輸通路的通斷以及根據(jù)光強(qiáng)對(duì)光通斷效能進(jìn)行微調(diào)，具有控制靈活以及適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)；
[0015]3、由于通過(guò)功能化薄膜液晶調(diào)控光束彎折，本實(shí)用新型具有適用于寬波譜范圍的特點(diǎn)；
[0016]4、本實(shí)用新型所具有的微型化集成結(jié)構(gòu)及平面端面展現(xiàn)較強(qiáng)的結(jié)構(gòu)適應(yīng)性，可以靈活插入光路中或整合進(jìn)光學(xué)鏈路中；
[0017]5、本實(shí)用新型制作成本低，價(jià)格相對(duì)低廉。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例的一種雙模一體化電控液晶光開(kāi)關(guān)陣列的正側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例的一種雙模一體化電控液晶光開(kāi)關(guān)陣列的背側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例的一種雙模一體化電控液晶光開(kāi)關(guān)陣列的工作原理圖；[0021 ]圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例的一種雙模一體化電控液晶光開(kāi)關(guān)陣列的排布示意圖。
[0022]在所有附圖中，相同的附圖標(biāo)記用來(lái)表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中:
[0023]1-陶瓷外殼，2-第一端口，3-第一指示燈，4-第二指示燈，5-第二端口，6-光出射面指示符號(hào)，7-光入射面，8-光出射面指示符號(hào)。
【具體實(shí)施方式】
[0024]為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。此外，下面所描述的本實(shí)用新型各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0025]圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例的一種雙模一體化電控液晶光開(kāi)關(guān)陣列的正側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例的一種雙模一體化電控液晶光開(kāi)關(guān)陣列的背側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，陣列化排布的液晶微光學(xué)結(jié)構(gòu)在加電態(tài)下所形成的電控液晶聚光微透鏡陣列/電控液晶散光微透鏡陣列置于陶瓷外殼I內(nèi)，電控液晶聚光/散光微透鏡陣列的光入射面通過(guò)陶瓷外殼I的正面開(kāi)孔裸露在外，電控液晶聚光/散光微透鏡陣列的光出射面通過(guò)陶瓷外殼I的背面開(kāi)孔裸露在外。
[0026]圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例的一種雙模一體化電控液晶光開(kāi)關(guān)陣列的工作原理圖。如圖所示，陣列化排布的液晶微光學(xué)結(jié)構(gòu)由封裝在頂層混合集成電極和底層面電極間的微米級(jí)厚度液晶材料構(gòu)成。頂層混合集成電極包括上下兩層電極，其中的上層電極是面電極，下層電極是陣列化微孔形電極，相互間通過(guò)電隔離層實(shí)現(xiàn)電隔絕，各微孔中心垂線與對(duì)應(yīng)各微孔的聚光微透鏡/散光微透鏡的光軸重合。分別加載在頂層混合集成電極中的上層電極和底