[實用新型]一種雙模一體化電控液晶光開關陣列

有效

• 申請號: 201521014239.0
• 申請日: 2015-12-08
• 公開（公告）號: CN205263447U
• 公開（公告）日: 2016-05-25
• 發明（設計）人: 張新宇;樊迪;雷宇;信釗煒;魏冬;桑紅石;王海衛;謝長生
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G02F1/29
• 分類號: G02F1/29;G02F1/133
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 朱仁玲

技術領域

本實用新型屬于光通信技術領域，更具體地，涉及一種適用于寬帶及 較強束傳輸功率，電驅控方式靈活，結構靈巧，價格相對低廉的光開關。

背景技術

迄今為止，光開關在光纖數據傳輸、光纖傳感與測量等技術領域獲得 廣泛應用,已發展出多種類型的商用架構和驅控方式，包括機械式光開關、 微機電(MEMS)光開關以及光調制光開關等典型類別。表征光開關的技 術參數諸如：插入損耗、光回波損耗、光隔離度、光串擾以及消光比等也 已達到較高水平。應用顯示，機械式光開關具有插入損耗相對較低，光隔 離度較高，對偏振和波譜行為不敏感，制作技術較為成熟，成本和價格相 對低廉等特點，目前廣泛應用于常規光接入網、光傳輸網以及功能性光路 中。近些年仍在快速發展的MEMS光開關，以其低插損、低串擾、低偏振 敏感性、高光隔離度和消光比，微秒級開關時長，小/微型化的結構形態和 尺寸，易于大規模集成，易與其它光學、光電或電子機械結構耦合，易于 整合進光鏈路中等特性，在光路切換、光通信鏈路的聯通與隔離等方面顯 示明顯優勢。目前仍受到高度關注的光調制光開關則以其最顯著的皮秒級 開關時間特征，已在一些高端和科研領域展示應用前景。隨著光通信主干 網和接入網技術在全球網絡信息的傳輸、分發、交換、隔離及安全性考量 等方面的重要性日益增強，對光開關的性能指標要求也在逐年提升。光開 關技術獲得持續快速發展的驅動要素主要表現在以下方面：(一)適應超高 速、超大容量、超寬帶光網及光鏈路的開關需求；(二)在插入損耗、消光 比、偏振適應性、光隔離、光串擾以及開關速度等方面繼續獲得改善與增 強；(三)進一步降低開關的驅控復雜度與信號功耗；(四)進一步提高與光 纖/簇的光耦合效率；(五)有更為緊湊和靈巧的形貌與結構并易于大規模集 成；(六)進一步降低器件的制作和使用成本。

盡管目前光開關技術在器件種類、性能指標和應用方面已獲得長足進 步，針對日益凸顯的大數據、云計算、物聯網、光局域網及纖光功能化感 測網等新興需求，在需要應對超高速超大數據量的光輸運，執行基于光纖 的網絡保護，光信號路由迂回、恢復及多路并行控制，網絡化光纖遠程監 控，皮秒級甚至更快的光路切換，全光層的路由與波長選擇及光路自愈保 護等方面，仍顯示能力欠缺。歸結起來主要有：(一)機械式光開關其光 切換時間在毫秒級，插入損耗仍顯大，隔離度仍然不足，驅控操作繁雜， 外形和結構尺寸大，難以綜合成大規模的開關矩陣，無法徹底清除回跳抖 動和重復性差等問題，難以適應未來的高速大容量光網；(二)MEMS光開 關則主要因微光學反射鏡的機械慣性使其開關動作的執行周期無法被進一 步壓縮并存在成本方面的問題；(三)光調制光開關基于各異的控光屬性， 如材料的場致折射率或偏振變動所導引的光傳輸特性改變，在極小空域內 所構造的特殊光學干涉、衍射、頻譜分離或光強調變等功能引發的光輸運 通路的接通與關閉，具有控制和調變相對復雜，技術指標參差不齊，生產 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關功能類型，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導致的材料折射率變動或特殊光場構建，形成 特定的光分布與輸運形態實現開關操作，尚難以商業化。

實用新型內容

針對現有技術的以上缺陷，本實用新型提供了一種雙模一體化電控液 晶光開關陣列，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序電信號作用下對入射光波實 施可調焦聚光操作，所述電控液晶散光微透鏡陣列在另一組雙路時序電信 號作用下對入射光束實施可控光發散程度的散光操作，所述液晶聚光微透 鏡陣列對入射波束的電控可調焦聚光模式，構成光開關的開啟態，所述液 晶散光微透鏡陣列對入射波束的電控可調光發散程度散光模式，構成光開 關的關閉態。

優選地，通過在陣列化排布的液晶微光學結構上加載相互匹配的雙路 時序電驅控信號，將其轉換為液晶聚光微透鏡陣列/液晶散光微透鏡陣列； 通過更換所加載的雙路時序電驅控信號，完成聚光微透鏡與散光微透鏡間 的模式轉換，實現光開關的開啟與關閉切換。

優選地，通過分別調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，完成不同光強纖光束間的電控接通與關閉切換。