專利名稱：使用溫控電路來提高性能的液晶型波長選擇光開關(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 來提高性能的液晶型波長選擇光開關(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，人們對于波分系統(tǒng)升級的要求也越來越 高。而具有任意端口波長任意上下功能的波長選擇光開關(guān)的出現(xiàn)，正好符合了這一發(fā)展趨 勢。09年Infonetics公司最新的ROADM器件市場展望報(bào)告中，作為光傳送網(wǎng)的核心設(shè)備， 波長選擇光開關(guān)WSS類器件的銷售情況非?？春?。WDM ROADM將會是光通信設(shè)備領(lǐng)域增長 最快的種類之一，預(yù)計(jì)2008年到2013年這類設(shè)備的復(fù)合增長率將達(dá)到13%。ROADM 的使用方便網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商重構(gòu) DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing，簡稱DWDM)網(wǎng)絡(luò)，降低了對網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃要求，增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)應(yīng)對突發(fā)情況的能 力，提升了整個網(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)營商在波長級業(yè)務(wù)上實(shí)現(xiàn)完 全的自動化。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反射鏡來實(shí)現(xiàn)波長切換和衰減的功能，但WSS器 件中波長數(shù)較多(52波位于IOOGHz間隔，)，而每個波長需要一個MEMS反射鏡，即MEMS反 射鏡陣列，因此封裝、控制較為困難，抗振動性較差。相對于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 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)時間等參數(shù)都會受到 外界溫度的影響。當(dāng)液晶自身溫度較低時，液晶自身的響應(yīng)時間就會增加，影響到液晶的性 能，并且液晶自身的插入損耗也會隨著溫度產(chǎn)生變化，在不同的溫度下會造成不同的插入 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的使用溫控電路來提高性能的液晶型波長選擇光開關(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、一對準(zhǔn)直 透鏡以及一對出射光纖，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使該光路在變動的環(huán)境溫度下可以保持在一個設(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提高性能的液晶型波長選擇光開關(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 一對準(zhǔn)直透鏡214 —對出射光纖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選擇光開關(guān)，包含多個波長的信號光 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)直透鏡后的信號光的光斑擴(kuò)大， 并 經(jīng)過一個偏振分束器轉(zhuǎn)換為線偏光，然后入射到第一個衍射光柵上，信號光經(jīng)過第一個衍 射光柵后，不同波長的光以不同的角度出射，并由后方的透鏡進(jìn)行聚焦，然后不同波長的光 分別入射到透鏡后方的第一個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的光相位發(fā)生改變，從而造成該波長的光的偏振態(tài)發(fā)生 偏轉(zhuǎn)，然后經(jīng)過第一個液晶陣列后面的檢偏器實(shí)現(xiàn)該波長信號光的衰減，經(jīng)過衰減的信號 光再入射到第二個液晶陣列對應(yīng)的液晶單元上，通過改變液晶單元的電壓來控制該波長信 號光的偏振態(tài)是否偏轉(zhuǎn)90度，然后經(jīng)過第二個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穩(wěn)定的溫度，這樣2個液晶陣列就可以在不 同的環(huán)境溫度下都處于一個穩(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、一對準(zhǔn)直透鏡213以及一對出射光纖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 使該光路在變動的環(huán)境溫度下可以保持在一個設(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)來實(shí)現(xiàn)。本實(shí)用新型工作過程如下多個波長的信號光從入射光纖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，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)了該波長信號光的衰減。經(jīng)過衰減的信號光再入射到第二液晶陣列209對應(yīng)的液晶單元上，通過改變液晶 單元的電壓來控制該波長信號光的偏振態(tài)是否偏轉(zhuǎn)90度，這樣可以將不同波長的信號光 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，不同波長的信號光由于不同的線偏振態(tài)被分在了 2個分離的光路中，從而實(shí)現(xiàn)了不 同波長信號光傳輸光路的切換。經(jīng)過切換的信號光經(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) 由一對準(zhǔn)直透鏡213聚焦入射到對應(yīng)的一對出射光纖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個液 晶陣列就在不同的環(huán)境溫度下都處于一個穩(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)、一對準(zhǔn)直透鏡(213)以及一對出射光纖(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)連接在一個使該光路在變動的環(huán)境溫度下可以保持在一個設(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、一對準(zhǔn)直透鏡以及一對出射光纖，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使該光路在變動的環(huán)境溫度下可以保持在一個設(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)的波長選擇光開關(guān)的性能。
文檔編號G02F1/133GK201740945SQ20102012673
公開日2011年2月9日 申請日期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 申請人:武漢光迅科技股份有限公司