CN103217820A

CN103217820A - 一种功率可调的光分路器

Info

Publication number: CN103217820A
Application number: CN2013101404703A
Authority: CN
Inventors: 傅正华
Original assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Current assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Priority date: 2013-04-22
Filing date: 2013-04-22
Publication date: 2013-07-24
Anticipated expiration: 2033-04-22
Also published as: CN103217820B

Abstract

本发明实施例公开了一种功率可调的光分路器，包括：输入端口、输出端口、液晶平板和电控模块；每个输入端口和输出端口分别至少对应一个电极对；输入端口，用于使光信号输入到液晶平板；液晶平板包括液晶层和电极；液晶层，用于使从输入端口输入的光信号按照预定路径传输至输出端口；电控模块，用于分别给电极对施加电压，每个电极对形成的电场穿过液晶层，电控模块控制施加在电极对上的电压大小来改变液晶的折射率以使在液晶层传输的输入光信号的功率在输出端口实现功率的重新分配；输出端口，用于使光信号从液晶平板输出。该光分路器可以实现大波长范围的分光。并且液晶分光器的分光比例可以实现全范围覆盖。

Description

一种功率可调的光分路器

技术领域

本发明涉及光网络系统技术领域，更具体地说，涉及一种功率可调的光分路器。

背景技术

光网络系统需要将光信号进行耦合、分支、分配，这就需要光分路器来实现。光分路器又称分光器，是光纤链路中最重要的无源器件之一。光分路技术是将光功率进行分配或者重新组合。光分路技术主要应用于分光检测、信号广播、信号备份以及相位调整等场景。

随着平面光波导回路（PLC，Planner Wavelength Circuit）的发展，光分路器的用量会越来越大。

今后光网络将会向着智能化管理发展，因此，光分路器的使用将会使光网络的管理和控制由“被动”变为“主动”。光分路器将很大程度地提升网络的容错和容量，并在组网和管理上节约很多成本。

下面介绍现有技术中的两种光分路器的实现方式。

参见图1，该图为现有技术中的熔融拉锥光分路器示意图。

熔融拉锥技术是采用两根光纤的纤芯熔化逼近的方式实现光功率在两根光纤中重新分配。

如图1所示，输入端口和输出端口都是两根光纤，而在中间部位（包括拉锥区和耦合区）是熔化在一起的，在中间部位实现了两根光纤上传输的信号是融合在一起的。输入端口的两根光纤上的光功率与输出端口的两根光纤上的光功率可以不同，从而实现光功率的重新分配。

参见图2，该图为现有技术中的SiO2平面光波导回路分路器示意图。

SiO2平面光波导回路（PLC，Planner Wavelength Circuit）技术采用在基底上制作光通路，并预做“人”字形的分路结构，从而使光功率“劈开”来实现光功率的重新分配。

如图2所示，输入端是一根光通路，输出端是多根光通路，这样在输出端实现了输入端光功率的重新分配。

然而，图1和图2所示的光分路器是固定型分光，即分开后的光功率是固定的，不能实现光功率的自由分配。

下面介绍现有技术中的另外一种光分路器。

参见图3，该图为现有技术中提供的采用多模干涉技术的光分路器。

多模干涉（MMI，Multimode Interference）技术采用一个多模干涉区域，使光功率在多个输出端口的功率不一样。通过干涉区域加电场（中间长方形的部分全部是干涉区，阴影部分是加在上面的电极部分）的方法，使干涉效果发生变化，从而导致输出端口的功率发生变化，从而实现功率可调。

但是，MMI的光分路器的结构实现比较复杂，电场控制困难，制作成本比较高。并且，MMI与波长相关，不同波长的功率输出比例不同，不能实现宽谱等功率分光。由于干涉效应与波长相关，只有特定的波长特性才能实现相应的干涉效果，其他波长不能在这个状态有同样的特性。另外，MMI的分光路器的功率分光范围受限，不能实现大分光比，如0%和100%分光。

综上所述，如何提供一种光分路器，具有功率可调、具有宽光谱范围以及全分光比例的特点，是本领域技术人员需要解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种功率可调的光分路器，其功率可调，具有宽光谱范围以及全分光比例的特点。

本发明实施例提供一种功率可调的光分路器，包括：输入端口、输出端口、液晶平板和电控模块；每个所述输入端口和输出端口分别至少对应一个电极对；

所述输入端口，用于使光信号输入到所述液晶平板；

所述液晶平板包括液晶层和电极；

所述液晶层，用于使从输入端口输入的光信号按照预定路径传输至输出端口；

所述电控模块，用于分别给所述电极对施加电压，每个电极对形成的电场穿过所述液晶层，所述电控模块控制施加在所述电极对上的电压大小来改变液晶的折射率以使在液晶层传输的输入光信号的功率在所述输出端口实现功率的重新分配；

所述输出端口，用于使光信号从所述液晶平板输出。

同现有技术相比，本发明实施例中，由液晶作为导光介质，每个输入端口和输出端口分别至少对应一个电极对，电控模块分别给每个电极对施加电压，每个电极对形成的电场穿过所述液晶层，所述电控模块控制施加给电极对上的电压来改变液晶折射率，以使波导结构发生变化，从而使输入光信号的功率在输出端口实现功率的重新分配，实现功率可调。由于液晶波导分光原理是物理波导分光，对波长不敏感，不像现有技术中MMI与波长相关。因此，本发明的光分路器可以实现大波长范围的分光。并且液晶分光器的分光比例可以实现全范围覆盖，可以从100%-0%以及50%-50%（两个端口的分光比例）的自由分配。由于液晶平板不需要预成型为波导结构，只需要在液晶平板上制作电极对，这样实现简单，控制方便，成本较低。并且该光分路器只需要制作电极对来实现波导结构，制作集成的电极对就可以实现器件的集成。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中的熔融拉锥光分路器示意图；

图2为现有技术中的SiO2平面光波导回路分路器示意图；

图3是现有技术中提供的采用多模干涉技术的光分路器；

图4是本发明提供的功率可调的光分路器实施例一示意图；

图5是本发明提供的光分路器的主视图；

图6是图5中A向的主视图；

图7是本发明提供的光分路器实施例二结构示意图；

图8是本图7中B向的主视图；

图9是本图8中圆圈部分的局部放大图；

图10是本发明提供的光分路器实施例三的结构示意图；

图11是本发明提供的光分路器实施例四的结构示意图；

图12是本发明提供的上下电极的光分路器的示意图；

图13是本发明提供的左右电极的光分路器的示意图；

图13a是本发明提供的光分路器中既包括上下电极又包括左右电极的示意图；

图14是本发明提供的光分路器中没有电场时光传输的示意图；

图15是图14对应的侧面剖视图；

图16是本发明提供的Y型电极结构示意图；

图17是本发明提供的光分路器的又一实施例示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种功率可调的光分路器，采用液晶作为导光介质，通过控制施加在电极上的电压来改变液晶折射率实现波导结构变化，从而实现光功率的可调，该光分路器的分光比例大，可以从100%-0%以及50%-50%的自由分配。并且由于液晶波导分光原理是物理波导分光，对波长不敏感，从而可以实现大波长范围的分光。并且液晶平板不需要预成型为波导结构，只需要制作电极，这样实现简单，成本低。

为了便于对本发明实施例技术方案的充分理解，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。

参见图4，该图为本发明提供的功率可调的光分路器实施例一示意图。

本实施例提供的功率可调的光分路器，包括：输入端口100、液晶平板200、输出端口300和电控模块400；每个所述输入端口100和输出端口300分别至少对应一个电极对；

所述输入端口100，用于使光信号输入到所述液晶平板200；

所述液晶平板200包括液晶层和电极；

所述液晶层，用于使从输入端口100输入的光信号按照预定路径传输至输出端口300；

所述电控模块400，用于分别给所述电极对施加电压，每个电极对形成的电场穿过所述液晶层，所述电控模块400控制施加在所述电极对上的电压大小来改变液晶的折射率以使在液晶层传输的输入光信号的功率在所述输出端口300实现功率的重新分配；

所述输出端口300，用于使光信号从所述液晶平板200输出。

本发明实施例提供的光分路器，由液晶作为导光介质，每个输入端口和输出端口分别至少对应一个电极对，电控模块分别给每个电极对施加电压，每个电极对形成的电场穿过所述液晶层，所述电控模块控制施加给电极对上的电压来改变液晶折射率，以使波导结构发生变化，从而使输入光信号的功率在输出端口实现功率的重新分配，实现功率可调。由于液晶波导分光原理是物理波导分光，对波长不敏感，不像现有技术中MMI与波长相关。因此，本发明的光分路器可以实现大波长范围的分光。并且液晶分光器的分光比例可以实现全范围覆盖，可以从100%-0%以及50%-50%的自由分配。由于液晶平板不需要预成型为波导结构，只需要在液晶平板上制作电极对，这样实现简单，控制方便，成本较低。并且该光分路器只需要制作电极对来实现波导结构，制作集成的电极对就可以实现器件的集成。

参见图5，该图为本发明提供的光分路器的主视图。

图5所示的是整个光分路器的主视图，该图中以输入端口为一个光路，输出端口为两个光路为例。

中间是光路部分以及封装500。

需要说明的是，光路部分包括液晶平板，还可以包括电控部分，电控部分可以与液晶平板封装在一起，也可以位于封装外，即所述电控模块与所述光分路器封装分离设置，所述电控模块与所述电极对通过电极引线连接。

参见图6，该图为图5中A向的主视图。

从图6所示的A向图中可以看出，光分路器的底面上还包括四个固定连接柱G，另外还有电信号连接口D，以实现电控模块的通电。

图5中的输入端口为一个光路，输出端口为两个光路，在本发明实施例中，不具体限定输入端口和输出端口的光路个数，可以理解的是，所述输入端口至少为一个，所述输出端口至少为两个；

或者，所述输入端口至少为两个，所述输出端口至少为一个。

参见图7，该图为本发明提供的光分路器实施例二立体图。

以一个输入端口100和两个输出端口301和302为例进行介绍。还包括液晶平板200和电控模块400。

参见图8，该图为图7中B向的主视图。

参见图9，该图为图8中圆圈部分的局部放大图。

下面结合图7-9来详细介绍本发明提供的光分路器实施例二的结构。

首先需要说明的是，本发明实施例提供的光分路器中的所述电极对为上下电极对，或为左右电极对；该光分路器中只包括所述上下电极对、或只包括所述左右电极对，或既包括上下电极对又包括左右电极对；

当所述电极对为上下电极对时，上下电极对中的上电极布置于所述上包层上面或上包层中；上下电极对中的下电极与所述上电极对称布置于所述基底层下面或基底层中；

当所述电极对为左右电极对时，左右电极对中的左右电极水平布置于所述上包层上面或上包层中；或者，左右电极对中的左右电极水平布置于所述基底层下面或基底层中。

当电极对制作在基底层中或者上包层中时，可以在硅中注入As、P、B、Sb、A1等离子直接成型。当电极对制作在基底层下面或者上包层上面时，可以由金属线直接敷制在上面形成电极对。

所述上包层和基底层可以为二氧化硫或硅。

图7-图9中的电极对以上下电极对为例进行说明。如图9中包括两对电极对，分别为两个上电极（P1和P3），两个下电极（P2和P4），上下电极成对对称设置。

本实施例中的所述液晶平板还包括：上包层S和基底层J；

所述上包层S位于所述液晶层Y的上面；

所述基底层J位于所述液晶层Y的下面。

所述上包层S和基底层J用于封装所述液晶层Y；当光信号传输到上包层S时，上包层S用于将该光信号全反射至液晶层Y中；当光信号传输到基底层J时，基底层J用于将该光信号全反射至液晶层Y中。

需要说明的是，图7-9中的上电极位于所述上包层S的上面，所述下电极位于所述基底层J中。

当所述电极对单独为上下电极对或者单独为左右电极对时，该光分路器还包括偏振片；

所述偏振片的偏振方向与电极对产生的电场的方向相同。

由于图7-9提供的光分路器中的电极单独为上下电极对，因此需要设置偏振片Z，如图7所示，在输入端口100和液晶平板之间设置偏振片Z。

需要说明的是，实际工作应用中，光分路器中的电场方向垂直于光传输的方向。

本实施例中，输入的光信号可以通过透镜耦合进液晶层，也可以通过端面与液晶平板端面直接对接的方式将光信号耦合进液晶层。

可以理解的是，输入的光信号必须在液晶波导中传输，液晶波导位于电极对之间，所以输入端口的位置需要满足输入的光信号与液晶波导的位置偏差小于光斑的1/10。如果输入的光信号的光斑为10um，那么输入的光信号和液晶波导位置偏差应该在1um之内。如果输入端口与液晶平板端面直接耦合，则可以认为输入部分与电极延长线重合。即输入部分和对接的液晶平板中的电极，可以连成一条直线。

需要说明的是，输出端口的位置关系与输入端口相同，也可以认为是与电极延长线重合。

下面结合附图介绍在不同类的液晶中，偏振片的设置。

需要说明的是，以下图10和图11中的液晶的材料为蓝相液晶，受电场影响的部分，折射率会增加，形成与电极形状接近的一个通路。

参见图10，该图为本发明提供的光分路器实施例三的结构示意图。

图10所示的是正单轴蓝相液晶对应的光分路器中偏振片的设置方向。

需要说明的是，正单轴蓝相液晶中，电场方向上蓝相液晶Y的折射率增加，这样光斑G在液晶区域传输时，需要光的偏振方向与折射率增加的方向相同，则要求偏振片Z的偏振方向与折射率增加的方向相同，即偏振片Z的偏振方向与电场的方向相同。

图10中仅有一对上下电极对，分别为上电极P1和下电极P2。

参见图11，该图为本发明提供的光分路器实施例四的结构示意图。

图11所示的是负单轴蓝相液晶对应的光分路器中偏振片的设置方向。

需要说明的是，负单轴蓝相液晶Y中，电场方向上蓝相液晶的折射率减小，这样要求光斑G在两个电场之间传输，图11中光斑G的位置在两个电场之间。图11中有两对上下电极对，分别为上电极P1和P3，下电极P2和P4。同时光的偏振方向与折射率减小的方向相同，即要求偏振片Z的偏振方向与折射率减小的方向相同，即偏振片Z的偏振方向与电场的方向相同。

前面已经介绍过了，当所述电极为单独为上下电极对或者单独为左右电极对时，该光分路器还包括偏振片；所述偏振片的偏振方向与电极对产生的电场的方向相同。下面结合附图来详细说明一下。

参见图12，该图为本发明提供的上下电极的光分路器的示意图。

如果光分路器中的电极为单独的上下电极对，如图包括两对上下电极对，分别为上电极P1和P3，下电极P2和P4；则需要在输入端口和液晶平板之间设置偏振片。

本实施例中的光分路器包括上包层S、液晶层Y和基底层J。

上下电极对产生的电场方向为上下方向，因此，偏振片的方向也应该设置为上下方向。

参见图13，该图为本发明提供的左右电极的光分路器的示意图。

如果光分路器中的电极为单独的左右电极对，如图所示，包括两对左右电极对，分别为第一左电极P1、第二左电极P3；第一右电极P2、第二右电极P4；其中，P1和P2成对设置，P3和P4成对设置；则需要在输入端口和液晶平板之间设置偏振片。

左右电极对产生的电场方向为左右方向，因此，偏振片的方向也应该设置为左右方向。

参见图13a，该图为本发明提供的光分路器中既包括上下电极对又包括左右电极对的示意图。

但是，需要指出的是，如果光分路器中的电极对包括上下电极对和左右电极对，并且左右电极对和上下电极对均上电，则液晶波导没有偏振选择性，可以不必设置偏振片，可以实现无偏振传输。图13中包括两对上下电极对，分别为上电极P1和P3，下电极P2和P4；左电极P5和P7，右电极P6和P8。

下面结合附图来介绍本发明实施例提供的光分路器的工作原理。

参见图14，该图为本发明提供的光分路器中没有电场时光传输的示意图。

光信号从输入端口100进入液晶层，图中仅示出了两个上电极P1和P3（下面的两个电极没有显示）；当两对电极对，均没有上电时，液晶层是一个均匀的结构，没有形成束缚光的波导结构，光信号在液晶层内处于发散的状态，如图14所示，阴影部分是光能量扩散区域。在输出端口的两个输出端301和302不能接收到集中光功率的光信号。

当图14中的两对电极对均上电时，施加在电极对上的电压形成的电池穿过液晶，将会使液晶折射率发生变化，导致电场区域内的液晶折射率比其他区域的高，从而形成波导结构。即，传输芯层折射率高于包层折射率，如图15所示。

参见图15，图15是图14对应的侧面剖视图。

该光分路器包括两对上下电极对，如图所示，分别为上电极P1、下电极P2和上电极P3、下电极P4。电压V1施加在上电极P1和下电极P2这对电极对上。电压V2施加在上电极P3和下电极P4这对电极对上。

从图15中可以看出，光在高折射率区域内进行传播，这样光不会进行发散，光信号沿着这个通路传输，达到波导的效果。

下面介绍电压使液晶折射率发生改变的原理，公式如下：

Δn=n_e-n_o=λKE² （1）

公式（1）中，Δn表示折射率的变化量；n_o表示材料正常折射率；n_e表示材料的反常折射率；λ是入射光的波长，K是Kerr常数，E是外加电场。

但外加电压作用于液晶材料上，使材料折射率由n_o向n_e变化，导致折射率变化，从而与未加电压区域的液晶形成折射率差，这样波导结构形成。下面介绍一种使用本发明以上实施例提供的光分路器将光功率一分为二的电极对形式。

参见图16，该图为本发明提供的Y型电极结构示意图。

Y型电极可以做成上下叠加的结构，并在两个电极之间进行绝缘，这样两个电极上下电压可以分别进行控制，并且相互进行没有电磁干扰。

在两个电极的Y型交叉口，由于两个电压形成的电场有互相作用的效应，使其对应的下面区域的液晶折射率会相互改变，即改变分支电压，进而导致波导结构发生改变，同时改变了两个波导结构的干扰效应，使两个分支上的功率分配发生变化。

下面介绍使用本发明以上实施例提供的光分路器实现光功率分配为100%和0%的，以及50%和50%方式。

参见图17，该图为本发明提供的光分路器的又一实施例示意图。

该实施例中的光分路器采用两对上下电极对，上电极分别为电极P1和电极P3（下电极图中未示出）。

如果只在其中的一对电极对上电，例如仅给电极P1及其对应的下电极上电，例如，电压为V1，则会在输出端301得到100%功率的光信号，而在输出端302得到0%功率的光信号。反之亦然。

如果，同时给两对上下电极对均上电，并且施加的电压一样，例如，给电极P3及其对应的下电极施加的电压为V2，并且V1=V2。那么，在输出端301和输出端302将会分别得到50%和50%功率的光信号。

可以理解的是，如果设置V1和V2不相等，则可以在电极的交叉口处形成不同的耦合功率，导致进入两个分支的功率不相等。进而使光信号在两个光纤上的功率就不相等。这样可以通过电控模块，改变施加在两对电极对上的电压的大小，控制两个输出端的分光比例，即光功率的分配。

综上所述，本发明以上实施例提供的光分路器，可以实现任意分光比例的调节，调节范围较宽，并且可以通过调节施加电压即可实现，方便简单。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明实施例的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明实施例将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种功率可调的光分路器，其特征在于，包括：输入端口、输出端口、液晶平板和电控模块；每个所述输入端口和输出端口分别至少对应一个电极对；

所述输入端口，用于使光信号输入到所述液晶平板；

所述液晶平板包括液晶层和电极；

所述输出端口，用于使光信号从所述液晶平板输出。

2.根据权利要求1所述的功率可调的光分路器，其特征在于，所述输入端口至少为一个，所述输出端口至少为两个；

3.根据权利要求1所述的功率可调的光分路器，其特征在于，所述液晶层的材料为蓝相液晶。

4.根据权利要求1所述的功率可调的光分路器，其特征在于，所述液晶平板还包括：位于所述液晶层上面的上包层和位于所述液晶层下面的基底层；

所述上包层和基底层用于封装所述液晶层；当光信号传输到上包层时，上包层用于将该光信号全反射至液晶层中；当光信号传输到基底层时，基底层用于将该光信号全反射至液晶层中。

5.根据权利要求4所述的功率可调的光分路器，其特征在于，所述电极对为上下电极对，或为左右电极对；该光分路器中只包括所述上下电极对、或只包括所述左右电极对，或既包括上下电极对又包括左右电极对；

6.根据权利要求5所述的功率可调的光分路器，其特征在于，当该光分路器中只包括上下电极对或只包括左右电极对时，该光分路器还包括偏振片；

所述偏振片的偏振方向与电极对产生的电场的方向相同。

7.根据权利要求1所述的功率可调的光分路器，其特征在于，所述输入端口和输出端口由光纤实现；

或者，

所述输入端口和输出端口由平面光波导实现。

8.根据权利要求1所述的功率可调的光分路器，其特征在于，所述电极对为行波电极，或者为点阵电极。

9.根据权利要求1所述的功率可调的光分路器，其特征在于，所述电控模块，用于控制施加在所述电极对上的电压大小，具体为：

所述控制模块具体用于通过改变控制信号来使施加在所述电极对上的电压发生变化，所述控制信号为数字信号或者为模拟信号。

10.根据权利要求1所述的功率可调的光分路器，其特征在于，所述电控模块位于光分路器封装内部；

或者，所述电控模块与所述光分路器封装分离设置，所述电控模块与所述电极对通过电极引线连接。