一種波長選擇開關的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明提供一種波長選擇開關（WavelengthSelectiveSwitch,簡稱WS巧裝置， 本發(fā)明屬于光通信領域。
【背景技術】
[0002] 波長選擇開關具有任意端口波長任意上下的功能，是R0ADM系統中的重要光器 件。而為了支持更高調制速率、更多網絡通道數化及更高的網絡靈活性，人們將目光轉向了 帶寬可調的波長選擇開關。為了實現帶寬可調，眾多光器件廠商開始研制基于液晶技術的 波長選擇開關。
[0003] 目前基于液晶技術的波長選擇開關主要有如下幾種實現形式：
[0004] 基于LC0S(LiquidCrystalOnSilicon)的波長選擇開關，Finisar和 Santee兩家公司均是采用此方案，可參見美國專利申請公開文件US20060067611A1和 US20130128215A1。該方案通過加電使得對應區(qū)域的像素單元呈現周期性的相位變化，從而 產生光柵的衍射特性，通過調節(jié)相位周期便可控制光的偏轉角度。該方案光路結構簡單，只 需要一片LC0S忍片即可實現多端口輸出。缺點是驅動電路復雜，而且LC0S忍片制造難度 大，故而運種忍片獲得渠道非常有限，忍片成本也非常高。
[0005] 液晶單元陣列+雙折射模角片方案的波長選擇開關，CoA化a公司即采用此方案， 可參見美國專利申請公開文件US20080087378A1。每一層液晶+雙折射模角片可W控制兩 個光路狀態(tài)，N層即可獲得2N個光路狀態(tài)，即2N個輸出端口。隨著輸出端口增加，液晶層 數也要增加，運將導致液晶部分的封裝難度增加，光路的帶寬指標也會劣化。
[0006] 液晶單元陣列+液晶偏振光柵方案的波長選擇開關，可參見華為公司的專利申請 公開文件CN103703405A，申請公布日2014. 04. 02。液晶偏振光柵的光配向層經過了相干光 束曝光，可W使得不同偏振態(tài)的入射光W不同的衍射級次衍射。該方案最多可實現3N個端 口輸出，但同樣需要多層液晶單元疊加。

【發(fā)明內容】

[0007] 本發(fā)明的目的是針對現有技術方案的不足，提出一種結構簡單的波長選擇開關裝 置。
[0008] 本發(fā)明技術方案實現的原理具體如下：各通道光信號的衰減和關斷化lock)由 ECB(電控雙折射）液晶單元陣列+檢偏器的結構來實現，通過設置該ECB液晶單元的控制 電壓來調節(jié)〇、e光分量的相位差，當相位差在0~n范圍內變化時，透過檢偏器的光強在 零衰減和block間變化。各通道光信號在輸出端口間的切換由另一片ECB液晶單元陣列來 實現，該ECB液晶單元陣列的初始光軸方向設定原則是使得整個加電過程中信號光的偏振 態(tài)不發(fā)生改變，所加電壓量只改變通過該ECB液晶單元的信號光的相位，與各個波長通道 對應的ECB液晶單元內的液晶像素的相位分布圖案呈現透鏡特性，通過改變相位圖案的透 鏡中屯、來實現光線在端口切換方向的角度偏轉，從而進行出射端口的選擇，相位圖案所對 應的電壓可提前獲得，當需要改變相位圖案的透鏡中屯、時，則將相位圖案中屯、對應的電壓 設置到不同的像素單元。
[0009] 本發(fā)明采用的技術方案是：
[0010] 一種波長選擇開關，其特征在于：包括準直輸入輸出裝置、起偏分束裝置、擴束裝 置、分光裝置、聚焦裝置、衰減液晶單元陣列、切換液晶單元陣列、反射裝置；其中，準直輸入 輸出裝置用于輸入光信號準直；起偏分束裝置用于將準直輸入輸出裝置的光轉換成線偏 光；
[0011] 擴束裝置用于將起偏分束裝置的線偏光進行擴束；分光裝置用于將經擴束裝置擴 束的光束分光成按波長分布的單通道光信號；聚焦裝置用于將經過分光裝置后的通道光信 號聚焦到衰減液晶單元陣列W及將各端口光信號平行的回到準直輸入輸出裝置；衰減液晶 單元陣列包括第二ECB液晶單元陣列和檢偏器，第二ECB液晶單元陣列由對應波長通道的 ECB液晶單元組成，衰減液晶單元陣列通過改變通過ECB液晶單元的信號光的0、e光分量 的相位差來實現調節(jié)各個波長通道光信號的衰減量；切換液晶單元陣列包括第一ECB液晶 單元陣列，第一ECB液晶單元陣列由對應波長通道的ECB液晶單元組成，所述ECB液晶單元 的端口切換方向劃分成多個像素單元，每個像素單元的相位由電壓調節(jié)，各個波長通道對 應的ECB液晶單元內的像素單元的相位組成具有透鏡特性的相位分布圖案，所述切換液晶 單元陣列通過電壓調節(jié)改變相位圖案的透鏡中屯、將通過衰減液晶單元陣列的光線在端口 切換方向發(fā)生角度偏轉；反射裝置用于反射切換液晶單元陣列選擇的端口光信號至準直輸 入輸出裝置對應的端口。
[0012] 所述切換液晶單元陣列與衰減液晶單元陣列按照對應的通道中屯、對齊。
[0013] 所述切換液晶單元陣列中第一ECB液晶單元陣列的初始光軸方向與衰減液晶單 元陣列中的檢偏器透光軸方向平行。
[0014] 所述聚焦裝置由分光柱透鏡和切換柱透鏡組成。
[0015] 所述衰減液晶單元陣列中的第二ECB液晶單元陣列的初始光軸方向與入射光的 偏振方向夾角為45°。
[0016] 所述衰減液晶單元陣列中的檢偏器透光軸方向與其入射光的偏振方向平行或垂 直。
[0017] 所述準直輸入輸出裝置采用準直器陣列。
[001引所述切換液晶單兀陣列的ECB'濃晶的最大相位差An?d需滿足：An?d=D2/ (2 ?f)，D為設置的ECB液晶單元在端口切換方向的口徑直徑，f為ECB液晶單元在端口切 換方向所形成的透鏡焦距，An為ECB液晶的主折射率之差，d為液晶厚度。
[0019] 所述切換液晶單元陣列的每個液晶單元按照使所述波長選擇開關的相位精度要 求來劃分像素單元，且W兩倍的像素單元數目劃分液晶單元等效透鏡的相位。
[0020] -種波長選擇開關，包括衰減液晶單元陣列和切換液晶單元陣列；其中，所述衰減 液晶單元陣列用于對入射所述切換液晶單元陣列的光線的區(qū)域進行選擇；所述切換液晶單 元陣列為ECB液晶單元陣列，所述ECB液晶單元陣列劃分成若干個像素單元，通過設置不同 電壓來調節(jié)各個所述像素單元的相位W使得所述像素單元組成的相位圖案呈現透鏡特性， 通過改變由所述相位圖案形成的等效透鏡的中屯、位置來偏轉透過所述切換液晶單元陣列 的光線，從而進行出射端口的選擇。
[0021] 本發(fā)明具有如下優(yōu)點：
[0022] 1、本發(fā)明波長選擇開關裝置所用液晶單元陣列成本低，驅動簡單；
[0023] 2、本發(fā)明波長選擇開關裝置中用于實現端口選擇的液晶單元陣列不需要使用多 層，從而避免了對帶寬指標的劣化。
【附圖說明】
[0024] 圖1、本發(fā)明的波長選擇光開關光路結構圖；
[002引圖2a~圖2c、本發(fā)明端口切換工作示意圖；
[0026] 圖3、本發(fā)明液晶單元陣列示意圖；
[0027] 圖4、本發(fā)明像素單元編號規(guī)則示意圖；
[0028] 圖5、本發(fā)明液晶單元等效透鏡的口徑說明示意圖；
[0029] 圖6a、本發(fā)明液晶單元內的相位設置圖；
[0030] 圖6b、本發(fā)明液晶單元內的電壓設置圖；
[0031] 圖7a~圖7c、本發(fā)明切換液晶單元的S種狀態(tài)工作原理示意圖；
[003引其中：
[0033] 101:準直器陣列； 102 :起偏分束器；
[0034] 103:擴束系統； 104 :分光光柵；
[003引 105:分光柱透鏡； 106 :切換柱透鏡；
[003引 107 :衰減液晶單元陣列；108:切換液晶單元陣列；
[0037] 109:反射鏡；
【具體實施方式】
[003引W下結合實施例和附圖對本發(fā)明作進一步說明。
[0039] 本發(fā)明所適用的波長選擇開關在波長分布平面即光柵分光平面的光路結構圖具 體如圖1所示，準直器陣列101、起偏分束器102、擴束系統103、分光光柵104、分光柱透鏡 105、切換柱透鏡106、衰減液晶單元陣列107、切換液晶單元陣列108和反射鏡109依次排 列，其光路過程具體如下：輸入光信號經過準直器陣列101準直后，由起偏分束器102轉換 成線偏光，再經過擴束系統103進行擴束，擴束光束經過分光光柵104分光成按波長分布的 單通道光信號，經過分光光柵104后的通道光信號由分光柱透鏡105和切換柱透鏡106聚 焦到衰減液晶單元陣列107進行衰減量的調節(jié)，再由切換液晶單元陣列108選擇不同的端 口輸出。
[0040] 所述衰減液晶單元陣列107由ECB(電控雙折射）液晶單元陣列+檢偏器構成，所 述衰減液晶單元陣列107中的ECB液晶單元陣列的初始光軸方向（即液晶面板的摩擦方 向）與入射光的偏振方向夾角為45°，所述ECB液晶單元陣列中的每一個ECB液晶單元對 應一個波長通道，所述衰減液晶單元陣列107中的檢偏器透光軸方向與入射光的偏振方向 或平行（此時波長選擇開關斷電時為block狀態(tài)）或垂直（此時波長選擇開關斷電時有光 輸出）。通過設置該ECB液晶單元的控制電壓來調節(jié)入射光0、e光分量的相位差，當相位 差為0時入射光經過該ECB液晶單元后的偏振態(tài)不發(fā)生改變，若檢偏器透光軸方向與入射 光的偏振方向平行，則此時相應通道光信號為零衰減，若檢偏器透光軸方向與入射光的偏 振方向垂直，則相應通道光信號為block狀態(tài)；當相位差為31時入射光經過該ECB液晶單 元后的偏振方向轉90°，若檢偏器透光軸方向與入射光的偏振方向平行，貝Ij此時相應通道 光信號為block狀態(tài)，若檢偏器透光軸方向與入射光的偏振方向垂直，貝Ij相應通道光信號 為零衰減；當相位差在0~n范圍內變化時，可實現對入射通道光信號不同程度的衰減。
[0041] 所述切換液晶單元陣列108為一個ECB液晶單元陣列，并與所述衰減液晶單元陣 列107按照對應的通道中屯、進行對齊。所述切換液晶單元陣列108中的ECB液晶單元陣列 的初始光軸方向（即液晶面板的摩擦方向）與所述衰減液晶單元陣列107中的檢偏器透光 軸方向平行，該光軸方向設置使得在整個加電過程中信號光的偏振態(tài)不發(fā)生改變，所加電 壓量只改變通過該ECB液晶單元的信號光的相位。所述切換液晶單元陣列108中的每一個 ECB液晶單元對應一個波長通道，并在端口