[实用新型]一种双模一体化电控液晶光开关阵列

说明书

技术领域

本实用新型属于光通信技术领域，更具体地，涉及一种适用于宽带及 较强束传输功率，电驱控方式灵活，结构灵巧，价格相对低廉的光开关。

背景技术

迄今为止，光开关在光纤数据传输、光纤传感与测量等技术领域获得 广泛应用,已发展出多种类型的商用架构和驱控方式，包括机械式光开关、 微机电(MEMS)光开关以及光调制光开关等典型类别。表征光开关的技 术参数诸如：插入损耗、光回波损耗、光隔离度、光串扰以及消光比等也 已达到较高水平。应用显示，机械式光开关具有插入损耗相对较低，光隔 离度较高，对偏振和波谱行为不敏感，制作技术较为成熟，成本和价格相 对低廉等特点，目前广泛应用于常规光接入网、光传输网以及功能性光路 中。近些年仍在快速发展的MEMS光开关，以其低插损、低串扰、低偏振 敏感性、高光隔离度和消光比，微秒级开关时长，小/微型化的结构形态和 尺寸，易于大规模集成，易与其它光学、光电或电子机械结构耦合，易于 整合进光链路中等特性，在光路切换、光通信链路的联通与隔离等方面显 示明显优势。目前仍受到高度关注的光调制光开关则以其最显著的皮秒级 开关时间特征，已在一些高端和科研领域展示应用前景。随着光通信主干 网和接入网技术在全球网络信息的传输、分发、交换、隔离及安全性考量 等方面的重要性日益增强，对光开关的性能指标要求也在逐年提升。光开 关技术获得持续快速发展的驱动要素主要表现在以下方面：(一)适应超高 速、超大容量、超宽带光网及光链路的开关需求；(二)在插入损耗、消光 比、偏振适应性、光隔离、光串扰以及开关速度等方面继续获得改善与增 强；(三)进一步降低开关的驱控复杂度与信号功耗；(四)进一步提高与光 纤/簇的光耦合效率；(五)有更为紧凑和灵巧的形貌与结构并易于大规模集 成；(六)进一步降低器件的制作和使用成本。

尽管目前光开关技术在器件种类、性能指标和应用方面已获得长足进 步，针对日益凸显的大数据、云计算、物联网、光局域网及纤光功能化感 测网等新兴需求，在需要应对超高速超大数据量的光输运，执行基于光纤 的网络保护，光信号路由迂回、恢复及多路并行控制，网络化光纤远程监 控，皮秒级甚至更快的光路切换，全光层的路由与波长选择及光路自愈保 护等方面，仍显示能力欠缺。归结起来主要有：(一)机械式光开关其光 切换时间在毫秒级，插入损耗仍显大，隔离度仍然不足，驱控操作繁杂， 外形和结构尺寸大，难以综合成大规模的开关矩阵，无法彻底清除回跳抖 动和重复性差等问题，难以适应未来的高速大容量光网；(二)MEMS光开 关则主要因微光学反射镜的机械惯性使其开关动作的执行周期无法被进一 步压缩并存在成本方面的问题；(三)光调制光开关基于各异的控光属性， 如材料的场致折射率或偏振变动所导引的光传输特性改变，在极小空域内 所构造的特殊光学干涉、衍射、频谱分离或光强调变等功能引发的光输运 通路的接通与关闭，具有控制和调变相对复杂，技术指标参差不齐，生产 和使用成本较高等缺陷或不足；(四)其他诸如电光、热光、磁光、声光、 光子晶体或表面等离激元等开关功能类型，则主要基于控光材料的热物性 或声致或其它特殊物理效应导致的材料折射率变动或特殊光场构建，形成 特定的光分布与输运形态实现开关操作，尚难以商业化。

实用新型内容

针对现有技术的以上缺陷，本实用新型提供了一种双模一体化电控液 晶光开关阵列，包括电控液晶聚光微透镜阵列与电控液晶散光微透镜阵列， 所述电控液晶聚光微透镜阵列在一组双路时序电信号作用下对入射光波实 施可调焦聚光操作，所述电控液晶散光微透镜阵列在另一组双路时序电信 号作用下对入射光束实施可控光发散程度的散光操作，所述液晶聚光微透 镜阵列对入射波束的电控可调焦聚光模式，构成光开关的开启态，所述液 晶散光微透镜阵列对入射波束的电控可调光发散程度散光模式，构成光开 关的关闭态。

优选地，通过在阵列化排布的液晶微光学结构上加载相互匹配的双路 时序电驱控信号，将其转换为液晶聚光微透镜阵列/液晶散光微透镜阵列； 通过更换所加载的双路时序电驱控信号，完成聚光微透镜与散光微透镜间 的模式转换，实现光开关的开启与关闭切换。

优选地，通过分别调变所述电控液晶聚光微透镜阵列/电控液晶散光微 透镜阵列的聚光/散光效能，完成不同光强纤光束间的电控接通与关闭切换。