一種混合集成電控液晶光開關陣列的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于光通信技術領域，更具體地，涉及一種混合集成電控液晶光開關陣列。
【背景技術】
[0002]目前獲得廣泛應用的光纖通信技術，以光為信息載體，以光纖為傳輸媒介，通過在光纖中傳輸光波信號來輸運語音、圖像及數據信息。具有傳輸容量大和保密性好等特點，已成為全球最主要的有線通信手段。光開關是光纖通信系統(tǒng)中的重要功能組件，具有一個或多個可供選擇的傳輸窗口與通道，主要完成光纖或光纜間的光信號有序接入、通斷與互聯(lián)，以及對光傳輸鏈路中的光信號執(zhí)行相互轉接操作。迄今為止，光開關已成為光傳輸和光接口網絡中的基礎性功能組件。目前常用的光開關包括:(一)機械式光開關，(二)微機電(MEMS)光開關，(二)功能性光調制光開關等。表征光開關的關鍵性參數包括:插入損耗、光信號回波損耗、光隔離度、光串擾以及消光比等。實用化光開關一般均具有成本和功耗相對較低、結構尺寸小、對光纖的光輸運指標要求盡可能低等特征。應用顯示，機械式光開關其插入損耗相對較低，光隔離度較高，不受光束的偏振和波譜特性影響，性能指標已漸趨穩(wěn)定，通常情況下其結構尺寸相對較大，多用于非通信光網中。得益于近些年微電子技術的快速發(fā)展，目前仍在持續(xù)進步的MEMS光開關，則主要用于光通路交換、光接續(xù)或光束定向投送鏈路中。其控光交換主要基于電磁驅動的微反射鏡的插入或定向傾斜來導引光束進入多向離散配置的輸出波導或光纖中。通過密集排布多個獨立受控微反射鏡組，入射光束被導向特定方向，實現(xiàn)鏈路通斷。插入損耗相對較低，光隔離度和消光比較高，與出入端光纖或波導具有較高的耦合效能和微秒級的開關響應時間，易于封裝，但存在一定程度的光串擾。典型的光(波導)調制光開關，目前多見于一些高端應用，其開關時間具有皮秒級的發(fā)展?jié)摿?，但插入損耗、消光比、偏振損耗和串擾等仍無法同時獲得優(yōu)化?？傊槍Σ煌膽眯枨蠛徒洕惺苣芰?，目前的光開關在如上所述的性能指標方面仍在進一步提升中。
[0003]綜上所述，現(xiàn)有的主流光開關技術在應對目前高強度大數據輸運光束方面仍存在缺陷，主要表現(xiàn)在以下方面:(一)機械式光開關其毫秒級的開關時間過長，插入損耗仍顯大，隔離度不足；(二)MEMS光開關由于需要通過微功能結構的機械移動來調節(jié)束傳輸，存在機械移動慣性所引發(fā)的開關動作相對遲緩、周期長、插入損耗仍未達到理想情況、隔離度仍顯不足等問題；(三)常規(guī)電光開關一般通過利用材料的電光或電吸收效應，在電場作用下改變其折射率、光束相位或偏振態(tài)，基于光干涉、衍射或偏振等改變光強或彎折光路，光學結構和參數的調變與固化復雜，操控難度相對較大，不同類型的開關參數參差不齊，難以統(tǒng)籌兼顧且成本較高；(四)定向耦合型光開關一般通過耦合波導實現(xiàn)光功率的周期性轉換，諸如典型的M-Z型干涉式及波導型M-Z干涉式光開關，其結構和配置復雜，控制和變動因素多以及存在成本方面的問題；(五)偏振調制型光開關，主要針對偏振度較高的傳輸波場，包括常規(guī)的液晶偏振光開關等；(六)典型的熱光開關基于熱效應所導致的介質物性溫度依賴關系，使傳輸介質折射率變化及延遲光相位，具有較大熱慣性，常用于穩(wěn)態(tài)或緩變場合；(七)典型的聲光開關基于聲波在材料中的機械應變使其折射率產生周期性變化來形成布拉格光柵從而衍射特定波長波束，鑒于聲波的低頻特性主要用于長波長的束通斷操作?？傊?，發(fā)展適用于較強束傳輸功率，結構小/微型化，插入損耗低、光隔離度和消光比高，價格相對低廉的光開關架構，仍是目前進一步發(fā)展光開關技術的熱點和難點問題，受到廣泛關注和重視。

【發(fā)明內容】

[0004]針對現(xiàn)有技術的以上缺陷，本發(fā)明提供了一種混合集成電控液晶光開關陣列，其目的在于，通過順序加載電驅控信號所形成的液晶聚光微透鏡陣列及液晶散光微透鏡陣列分別與液晶相移板所形成的開啟態(tài)與關閉態(tài)，完成不同強度光束其傳輸通道的電控開啟與關閉，此外，本發(fā)明的陣列具有所適用的波譜范圍寬，波束強度可變動范圍大，易與光纖或光纜耦合等優(yōu)點。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種混合集成電控液晶光開關陣列，包括電控液晶聚光微透鏡陣列和電控液晶散光微透鏡陣列，液晶聚光微透鏡陣列在不同均方幅度的電驅控信號作用下對入射光束實施可調焦聚光操作，它在斷電態(tài)下為延遲光波相位的液晶相移板;液晶散光微透鏡陣列在不同均方幅度的電驅控信號作用下對入射光束實施可控發(fā)散程度的散光操作，它在斷電態(tài)下為延遲光波相位的液晶相移板；電控液晶聚光微透鏡陣列與液晶散光微透鏡陣列被斷電后轉換成的液晶相移板形成光開關的開啟態(tài)，電控液晶散光微透鏡陣列與液晶聚光微透鏡陣列被斷電后轉換成的液晶相移板形成光開關的關閉態(tài);通過分別電控調變液晶聚光微透鏡陣列及液晶散光微透鏡陣列的聚光和散光效能，完成不同強度波束其傳輸通路的開啟與關閉切換。
[0006]優(yōu)選地，所述電控液晶聚光微透鏡陣列和所述電控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;各單元液晶聚光微透鏡和液晶散光微透鏡的填充系數均低于40%，即每單元液晶微透鏡僅將投射到其光軸周圍的光束執(zhí)行匯聚或發(fā)散操作的光作用區(qū)域面積占微透鏡光入射面積的比值低于40%。
[0007]優(yōu)選地，所述電控液晶聚光微透鏡由封裝在頂面微孔形電極與底面公共電極間的微米級厚度液晶材料構成，所述電控液晶散光微透鏡由封裝在頂面公共電極與底面環(huán)微孔形電極間的微米級厚度液晶材料構成，微孔、環(huán)微孔及面電極的中心垂線與與所對應的液晶聚光微透鏡和液晶散光微透鏡的光軸重合。
[0008]優(yōu)選地，所述由電控液晶聚光微透鏡陣列和電控液晶散光微透鏡陣列混合集成構成的電控液晶光開關陣列也為MXN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位于所述電控液晶散光微透鏡陣列的前方并同軸順序置于陶瓷外殼內，每單元液晶聚光微透鏡與每單元液晶散光微透鏡的光軸重合;所述電控液晶聚光微透鏡陣列的光入射面通過所述陶瓷外殼的正面開孔裸露在外，所述電控液晶散光微透鏡陣列的光出射面通過所述陶瓷外殼的背面開孔裸露在外。
[0010]優(yōu)選地，所述電控液晶聚光微透鏡陣列上設有第一端口和第一指示燈，所述第一端口用于接入外部設備向所述液晶聚光微透鏡陣列輸入的電驅控信號，所述第一指示燈用于指示所述電控液晶聚光微透鏡陣列是否處在正常的電驅控信號輸入狀態(tài)；
[0011 ]優(yōu)選地，所述電控液晶散光微透鏡陣列上設有第二端口和第二指示燈，所述第二端口用于接入外部設備向所述液晶散光微透鏡陣列輸入的電驅控信號，所述第二指示燈用于指示所述電控液晶散光微透鏡陣列是否處在正常的電驅控信號輸入狀態(tài)。
[0012]優(yōu)選地，所述在陶瓷外殼的上右兩個側面結合部靠近光出射面的上側面一端設有一個小三角形符號，用以指示光開關的光出射面位置。
[0013]通過本發(fā)明所構思的以上技術方案與現(xiàn)有技術相比，具有以下有益效果:
[0014]1、基于電驅控信號控制光傳輸通路的通斷，具有電子學控制方式靈活多樣，易與其他光學、光電或電子學結構耦合的優(yōu)點；
[0015]2、由于對偏振或非偏振光束均具有調變作用，具有波束的偏振適應性好的特點；
[0016]3、由于通過功能化薄膜液晶執(zhí)行光束的電控彎折，具有適應于較寬波譜以及較大束強度變動范圍的特點；
[0017]4、開關的微型化的集成結構及平面端面展現(xiàn)較好的結構適應性，可以靈活插入光路中或整合進光學鏈路中；
[0018]5、制作成本低，價格相對低廉。
【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明實施例的一種混合集成電控液晶光開關陣列的正面(光入射面)結構示意圖；
[0020]圖2是本發(fā)明實施例的一種混合集成電控液晶光開關陣列的背面(光出射面)結構示意圖；
[0021]圖3是本發(fā)明實施例的一種混合集成電控液晶光開關陣列的工作原理圖；
[0022]圖4是本發(fā)明實施例的一種混合集成電控液晶光開關陣列的光纖束親合與光束通道通斷示意圖。
[0023]在所有附圖中，相同的附圖標記用來表示相同的元件或結構，其中:
[0024]1-陶瓷外殼，2-第一端口，3-第一指示燈，4-第二端口，5_第二指示燈，6-光出射面指示符號，7-光入射面，8-光出射面。
【具體實施方式】
[0025]為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。
[0026]圖1是本發(fā)明實施例的一種混合集成電控液晶光開關陣列的正面(光入射面)結構示意圖，圖2是本發(fā)明實施例的一種混合集成電控液晶光開關陣列的背面(光出射面)結構示意圖。如圖所示，電控液晶聚光微透鏡陣列和電控液晶散光微透鏡陣列被同光軸混合集成后置于陶瓷外殼I內，其中，電控液晶聚光微透鏡陣列位于電控液晶散光微透鏡陣列的前方，電控液晶聚光微透鏡陣列的光入射面通過陶瓷外殼I的正面開孔裸露在外，電控液晶散光微透鏡陣列的光出射面通過陶瓷外殼I的背面開孔裸露在外。
[0027]圖3是本發(fā)明實施例的一種混合集成電控液晶光開關陣列的工作原理圖。如圖所示，通過混合集成上下兩層液晶微光學結構形成光開關的基本功能單元。上層液晶微光學結構由封裝在頂面微孔形電極與底面公共電極間的微米級厚度液晶材料構成，下層液晶微光學結構由封裝在頂面公共電極與底面環(huán)微孔形電極間的微米級厚度液晶材料構成，微孔