CN106199841A - 一种液晶型波长选择开关 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种液晶型波长选择开关，包括依次排列的准直输入输出装置(101)、起偏分束装置(102)、扩束装置(103)、分光光栅(104)、聚焦装置(105)、补偿型液晶衰减切换装置(106)，所述补偿型液晶衰减切换装置(106)包括液晶衰减组件(201)、液晶切换组件(202)、反射镜(203)，其特征在于：所述反射镜(203)的长边方向分布粘接有热膨胀系数与所述反射镜(203)不同的金属条组件，所述金属条组件在温度变化时发生弯曲形变而带动反射镜(203)曲率发生变化，形成与液晶芯片有效区域变化相抵消的面镜形状。本发明装置克服了液晶芯片本身的温度相关性，提高了模块的温度稳定性，且实现手段简单易行。

Description

一种液晶型波长选择开关

技术领域

本发明涉及一种光通信器件，具体涉及一种液晶型波长选择开关，本发明属于光通信领域。

背景技术

目前的波长选择开关主要有如下三种实现形式：基于MEMS、基于LCOS和基于液晶型式，其中，基于液晶的波长选择开关，由于其具有稳定性好、工艺成熟、成本低等优势而备受青睐。

基于液晶的波长选择开关包含一个核心装置——液晶衰减切换装置，用来实现输出端口的选择和输出光功率的调节。该装置包含一层实现衰减的液晶芯片以及一层或多层实现切换的液晶芯片。鉴于液晶芯片的制作工艺特点，液晶芯片会呈现出温度特征：高温时液晶区域变凸，低温时变凹。该特征会使得光学系统的焦距随着温度发生变化，而液晶芯片为细长条形，其凹凸变化对光路焦距的影响主要体现在短边方向，即端口切换方向，故温度变化时，系统的插损和端口间距等指标会随着发生变化，这就造成模块的温度稳定性变差。故在进行系统设计时就必须将液晶芯片的这一温度特性考虑进来，以提高模块的整体性能指标。

发明内容

本发明提出一种温度性能稳定的液晶型波长选择开关，通过在光路设计时对液晶芯片的温度特性所引起的参数变化进行设计补偿，大大改善了模块的温度性能指标，从而最终提高了产品性能。

本发明技术方案实现的原理具体如下：高温时，液晶芯片的有效区域变凸，相当于给光学系统的聚焦装置增加了一组凸透镜，此时若反射镜变成一定曲率的凹面镜，则可将液晶芯片引入的焦距变化抵消掉，反之亦然。如此一来，液晶芯片的温度相关性就不会影响系统的光学指标。

本发明采用的技术方案是：

一种液晶型波长选择开关，包括依次排列的准直输入输出装置、起偏分束装置、扩束装置、分光光栅、聚焦装置、补偿型液晶衰减切换装置，所述补偿型液晶衰减切换装置包括液晶衰减组件、液晶切换组件、反射镜，所述反射镜的长边方向分布粘接有热膨胀系数与所述反射镜不同的金属条组件，所述金属条组件在温度变化时发生弯曲形变而带动反射镜曲率发生变化，形成与液晶芯片有效区域变化相抵消的面镜形状。

高温时，液晶芯片发生凸透镜效应，此时金属条组件设置为带动所述反射镜形成对液晶芯片的凸透镜效应进行抵消的凹面镜；低温时，液晶芯片发生凹透镜效应，此时金属条组件设置为带动反射镜形成对液晶芯片的凹透镜效应进行抵消的凸面镜。

所述金属条组件由沿反射镜的长边方向的多个金属条平行排列组合而成，所述金属条的长边沿反射镜的短边方向设置。

所述金属条密集排布设置时，其间隔不超过所述金属条宽度的一半。

所述金属条弯曲形变时的刚度设计与金属的弹性模量、尺寸设置为如下关系：式中EI为弯曲刚度，E为弹性模量，b为金属条宽度，h为金属条高度。

所述金属条与反射镜之间进一步粘接设置有使反射镜曲率发生调整的玻璃条。

所述玻璃条的一面粘接在所述反射镜上，其另一面粘接在所述金属条上。

在金属条组件中，所述一侧的若干金属条上粘接同金属条大小相同的玻璃条，另一侧的若干个金属条的两端粘接两个分离设置的玻璃条。

其中所述液晶衰减组件包括液晶芯片和检偏器，所述液晶切换组件包括液晶芯片和偏振分束器。

本发明具有的优点是：

本发明装置克服了液晶芯片本身的温度相关性，提高了模块的温度稳定性，且实现手段简单易行。

附图说明

图1、本发明的波长选择光开关光路结构图；

图2、本发明补偿型液晶衰减切换装置结构图；

图3、本发明粘接有金属片补偿结构的反射镜示意图；

图4a～4b、本发明液晶芯片变形补偿原理图；

图5、本发明金属片补偿结构中的粘接块分布图；

其中：

101：准直输入输出装置； 102：起偏分束装置；

103：扩束装置； 104：分光光栅；

105：聚焦装置； 106：补偿型液晶衰减切换装置；

201：液晶衰减组件； 202：液晶切换组件；

203：反射镜； 204：金属条；

205：玻璃条；

具体实施方式

以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明。

本发明所提供的液晶型波长选择开关在波长分布平面即光栅分光平面的具体光路结构如图1所示，其中准直输入输出装置101、起偏分束装置102、扩束装置103、分光光栅104、聚焦装置105、补偿型液晶衰减切换装置106依次排列，其光路过程具体如下：输入光信号经过准直输入输出装置101准直后，由起偏分束装置102转换成线偏光，再经过扩束装置103进行扩束，扩束后的光束经过分光光栅104分光后，各个波长对应的单通道光信号再由聚焦装置105聚焦到补偿型液晶衰减切换装置106进行衰减量调节以及输出端口选择。

其中,所述补偿型液晶衰减切换装置106如图2所示，由液晶衰减组件201、液晶切换组件202、反射镜203以及若干金属条204组成，金属条204形成金属条组件。液晶衰减组件201包括ECB液晶芯片和检偏器，液晶切换组件202由多层TN液晶芯片+偏振分束器组成，各个组件用胶粘接在一起。

所述金属条204的长边沿反射镜203的短边方向(X轴方向)设置，并与反射镜203用胶粘接在一起，如图3所示。

液晶芯片为细长条形，液晶芯片变形的影响主要体现在短边方向，即端口切换方向(X轴方向)。液晶芯片变形补偿原理，在高温时如图4a所示，液晶芯片的有效区域变凸，相当于给光学系统的聚焦装置增加了一组凸透镜，而如图3所示的反射镜+金属条结构则可使得反射镜203在高温时变成一定曲率的凹面镜，其原因是所述的金属条204的热膨胀系数比反射镜203的热膨胀系数大，当温度升高时，热变形将导致反射镜203变成凹面，而图3所示的金属条204的分布方式使得反射镜203凹面沿反射镜203短边方向(X轴方向)的曲率远大于沿长边方向(Y轴方向)的曲率，近似为以反射镜203长边方向(Y轴方向)为轴的圆柱面；在低温时如图4b所示，与图4a相反，液晶芯片有效区域变凹，反射镜203则变凸。按照这一规律，反射镜203和金属条204选择一定的材质搭配，并对金属条204的分布方式和尺寸进行设计，则可以实现温度变化时液晶芯片的凸透镜效应与反射镜203的凹面镜效应刚好抵消，反之亦然。

反射镜203的曲率除了与温差成正比外，还与金属条204的热膨胀系数、弯曲刚度以及金属条204的分布和尺寸相关。金属条204的热膨胀系数越大，则反射镜203曲率越大；金属条204的弯曲刚度越大，则反射镜203曲率越大,金属条204的弯曲刚度与金属的弹性模量、尺寸相关，其关系式为其中EI为弯曲刚度，E为弹性模量，b为金属条宽度，h为金属条高度。金属条204密集排布，金属条204之间间隔不超过金属条204宽度的一半。

为了对液晶芯片的温度形变进行补偿，首先需要通过光学手段设计测试光路，测试液晶芯片的温度变化特征，然后再对反射镜+金属条结构的参数进行设计，以达到完全补偿。若液晶芯片本身结构是各处均匀的，则按照图3均匀分布金属条204；若液晶芯片本身结构不均匀，则可以在金属条204与反射镜203之间设置玻璃条205，玻璃条205的一面粘接在反射镜203上，其对面粘接在金属条204上，金属条204与反射镜203之间的玻璃条205分布会影响反射镜曲率，例如，图5中右边的金属条上粘接了一块玻璃条205，大小与金属条204相同，左边在金属条204的两端粘接了两个小块的玻璃条205，那么在高温时，反射镜203右边的曲率大于左边的曲率，设计中根据液晶需要的补偿曲率，对金属条204选择适当的热膨胀系数、弯曲刚度、玻璃条的分布形式以满足要求。

虽然本发明已经详细地示出并描述了一个相关的特定的实施例参考，但本领域的技术人员应该能够理解，在不背离本发明的精神和范围内可以在形式上和细节上作出各种改变。这些改变都将落入本发明的权利要求所要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种液晶型波长选择开关，包括依次排列的准直输入输出装置(101)、起偏分束装置(102)、扩束装置(103)、分光光栅(104)、聚焦装置(105)、补偿型液晶衰减切换装置(106)，所述补偿型液晶衰减切换装置(106)包括液晶衰减组件(201)、液晶切换组件(202)、反射镜(203)，其特征在于：所述反射镜(203)的长边方向分布粘接有热膨胀系数与所述反射镜(203)不同的金属条组件，所述金属条组件在温度变化时发生弯曲形变而带动反射镜(203)曲率发生变化，形成与液晶芯片有效区域变化相抵消的面镜形状。

2.根据权利要求1所述的一种液晶型波长选择开关，其特征在于：高温时，液晶芯片发生凸透镜效应，此时金属条组件设置为带动所述反射镜(203)形成对液晶芯片的凸透镜效应进行抵消的凹面镜；低温时，液晶芯片发生凹透镜效应，此时金属条组件设置为带动反射镜(203)形成对液晶芯片的凹透镜效应进行抵消的凸面镜。

3.根据权利要求2所述的一种液晶型波长选择开关，其特征在于：所述金属条组件由沿反射镜(203)的长边方向的多个金属条(204)平行排列组合而成，所述金属条(204)的长边沿反射镜(203)的短边方向设置。

4.根据权利要求3所述的一种液晶型波长选择开关，其特征在于：所述金属条(204)密集排布设置时，其间隔不超过所述金属条(204)宽度的一半。

5.根据权利要求4所述的一种液晶型波长选择开关，其特征在于：所述金属条(204)弯曲形变时的刚度设计与金属的弹性模量、尺寸设置为如下关系：式中EI为弯曲刚度，E为弹性模量，b为金属条宽度，h为金属条高度。

6.根据权利要求1或2所述的一种液晶型波长选择开关，其特征在于：所述金属条(204)与反射镜(203)之间进一步粘接设置有使反射镜曲率发生调整的玻璃条。

7.根据权利要求6所述的一种液晶型波长选择开关，其特征在于：所述玻璃条的一面粘接在所述反射镜(203)上，其另一面粘接在所述金属条(204)上。

8.根据权利要求7所述的一种液晶型波长选择开关，其特征在于：在金属条组件中，所述一侧的若干金属条(204)上粘接同金属条(204)大小相同的玻璃条，另一侧的若干个金属条(204)的两端粘接两个分离设置的玻璃条。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的一种液晶型波长选择开关，其特征在于：其中所述液晶衰减组件(201)包括液晶芯片和检偏器，所述液晶切换组件(202)包括液晶芯片和偏振分束器。