CN113156675B - 硅基液晶的驱动方法、相位调节装置、驱动设备和芯片 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种硅基液晶的驱动方法、一种相位调制装置、一种硅基液晶驱动设备和芯片，应用于包含硅基液晶的波长选择开关中。所述硅基液晶上有入射光束射入并形成至少一个光斑，在光斑上的至少一个第一区域上加载第一电压使第一区域的相位调制深度为第一调制深度，在光斑上至少一个第二区域上加载第二电压使第二区域的相位调制深度为第二调制深度，第二调制深度大于第一调制深度，第一调制深度和第二调制深度用于对入射到硅基液晶的光束进行相位调制。

Description

硅基液晶的驱动方法、相位调节装置、驱动设备和芯片
技术领域
本申请涉及光通信领域，尤其涉及一种硅基液晶的驱动方法、相位调节装置、驱动设备和芯片。
背景技术
随着网络流量和带宽的飞速增长，运营商对于底层的波分网络的智能调度功能的需求越来越迫切，这导致ROADM(Reconfigurable Optical Add-Drop Multiplexer，可重构光分插复用器)逐渐为越来越多的高端运营商的网络所采用。网络中引入ROADM后，运营商可以快速的提供波长级的业务，便于进行网络规划，降低运营费用，便于维护，降低维护成本。
典型的C(colorless，无色)D(directionless，无方向)C(contentionless，无阻塞)的ROADM节点由线路侧模块以及客户侧模块构成。其中，线路侧模块由多个波长选择开关(Wavelength selective switch，WSS)模块堆叠互连。
硅基液晶(Liquid Crystal on Silicon，LCOS)是波长选择开关的核心器件，随着技术发招要求LCOS对入射光束的衍射角增加，现有LCOS的驱动方法在增加衍射角时无法满足插入损耗指标或带来串扰。
发明内容
鉴于此，本申请实施例提供了一种硅基液晶的驱动方法、驱动电路、驱动设备和芯片，可以有效的减弱高调处理带来的串扰光的干扰，同时还可以移动串扰光的位置，可以使输出端口避免串扰光的干扰。
第一方面，本申请实施例公开了一种硅基液晶的驱动方法，应用于包含硅基液晶的波长选择开关中，所述硅基液晶上有入射光束射入并形成至少一个光斑，所述方法包括：
在上述光斑上的至少一个第一区域上加载第一电压使第一区域的相位调制深度为第一调制深度，在上述光斑上至少一个第二区域上加载第二电压使第二区域的相位调制深度为第二调制深度，所述光斑包括所述至少一个第一区域和所述至少一个第二区域，第二调制深度大于第一调制深度,所述第一调制深度和第二调制深度用于对入射光束进行相位调制。
一种可能的设计中，每两个相邻的所述第二区域之间有一个或多个所述第一区域。
一种可能的设计中，在所述光斑上的所述至少一个第一区域对应的第一电极和第二电极之间加载所述第一电压使所述第一区域的相位调制深度为所述第一调制深度，所述第一电极和所述第二电极之间有液晶层；在所述光斑上的所述至少一个第二区域对应的第三电极和第四电极之间加载所述第二电压使所述第二区域的相位调制深度为所述第二调制深度，所述第三电极和所述第四电极之间有液晶层。
一种可能的设计中，上述第一调制深度为2π，第二调制深度为4π。
第二方面，本申请实施例还公开了一种硅基液晶的驱动电路，该驱动电路应用于包含硅基液晶的波长选择开关中，该驱动电路包括电极层和集成电路模块，该驱动电路包括电极层和集成电路模块。集成电路模块用于控制加载在电极层上的电压，具体包括：
集成电路模块用于控制在上述光斑上的至少一个第一区域对应的电极层上加载第一电压使所述第一区域的相位调制深度为第一调制深度；
集成电路模块还用于控制在上述光斑上至少一个第二区域对应的电极层上加载第二电压使所述第二区域的相位调制深度为第二调制深度，所述光斑包括上述至少一个第一区域和至少一个第二区域，第二调制深度大于第一调制深度。
第三方面，本申请实施例公开了一种相位调制装置，应用于波长选择开关中，该相位调制装置包括硅基液晶和驱动电路，硅基液晶上有光束射入并形成至少一个光斑，其特征在于，
该驱动电路用于在所述光斑上的至少一个第一区域加载第一电压使所述第一区域的相位调制深度为第一调制深度；
该驱动电路还用于在所述光斑上至少一个第二区域加载第二电压使所述第二区域的相位调制深度为第二调制深度，所述光斑包括所述至少一个第一区域和所述至少一个第二区域，第二调制深度大于所述第一调制深度，第一调制深度和第二调制深度用于对所述光束进行相位调制。
一种可能的设计中，每两个相邻的所述第二区域之间有一个或多个所述第一区域。
一种可能的设计中，驱动电路包括第一电极和第二电极，在光斑上的至少一个第一区域上对应的第一电极和第二电极之间加载第一电压使第一区域的相位调制深度为第一调制深度；在光斑上的至少一个第二区域上对应的第一电极和第二电极之间加载第二电压使第二区域的相位调制深度为第二调制深度，第一电极和第二电极之间有液晶层。
第四方面，本申请实施例公开了一种硅基液晶的驱动设备，应用于包含硅基液晶的波长选择开关中，所述硅基液晶上有入射光束射入并形成至少一个光斑，该驱动设备包括：通信接口以及耦合到所述通信接口的处理器；
所述处理器用于：
在所述光斑上的至少一个第一区域上加载第一电压使所述第一区域的相位调制深度为第一调制深度，在所述光斑上至少一个第二区域上加载第二电压使所述第二区域的相位调制深度为第二调制深度，所述光斑包括所述至少一个第一区域和所述至少一个第二区域，所述第二调制深度大于所述第一调制深度。
第五方面，本申请实施例公开了一种芯片，应用于包含硅基液晶的波长选择开关中，应用于包含硅基液晶的波长选择开关中，所述硅基液晶上有入射光束射入并形成至少一个光斑，其特征在于，所述芯片包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序指令，所述处理器用于所述计算机程序指令以使所述芯片执行第一方面中任意一种方法。
第六方面，本申请实施例公开了一种计算机程序产品，当计算机程序产品在计算机上运行时，使得计算机执行上述第一方面中任意一种方法
附图说明
图1为本申请提供的一种波长选择开关100的结构示意图；
图2为本申请提供的一种硅基液晶1的结构示意图；
图3为本申请实施例公开的一种硅基液晶驱动方法流程图；
图4a为本申请实施例公开的一种高调区域和低调区域排列示意图；
图4b为本申请实施例公开的另一种高调区域和低调区域排列示意图；
图5为本申请实施例公开的一种硅基液晶的驱动电路示意图；
图6为本申请实施例公开的一种硅基液晶的相位调制装置示意图；
图7为本申请实施例公开的一种硅基液晶的驱动设备示意图；
图8为本申请实施例公开的一种芯片的示意图。
具体实施方式
下面结合本申请实施例中的附图对本申请实施例进行描述。
请参阅图1，图1所示的波长选择开关(Wavelength selective switch，WSS)100为本申请实施例的应用场景。该波长选择开关100可应用于ROADM(Reconfigurable OpticalAdd-Drop Multiplexer，可重构光分插复用器)中。上述波长选择开关100包括硅基液晶1，该硅基液晶1(Liquid Crystal on Silicon，LCOS)作为上述波长选择开关100的光交换引擎，用于实现相位调制效应，以控制入射到上述硅基液晶1不同区域的光束的衍射偏转方向。
波长选择开关100还包括至少一个输入端口101(例如输入光纤)、至少一个与输入端口101相对应的输出端口组、偏振转换单元103、波分解复用器(wavelength divisionmultiplexer,WDM)104(例如衍射光栅)以及透镜105。每个上述输出端口组中包括至少两个输出端口102(例如输出光纤)。如图1所示，图中光束传输路径为均可逆路径。多波长信号通过上述输入端口101形成输入光束。输入光束被偏振转换单元103转换为与硅基液晶1的工作偏振状态所对应的线偏振光。线偏振光入射到波分解复用器104上，波分解复用器104将各个波长以不同的角度分散开，而后由透镜105将分散开的光束变为平行光束以入射到硅基液晶1的不同位置。不同波长的光束聚焦到硅基液晶1的不同区域并被衍射偏转，衍射后的光束经偏振转换单元103恢复原偏振态，不同波长的光束耦合到各自的目标输出端口102中。由于不同波长的光束被硅基液晶1上的不同区域单独控制各自的衍射偏转方向，因此硅基液晶1能够将任意波长组合切换到任一上述输出端口102中。其中，上述波长选择开关100还包括反射镜106，该反射镜106用于反射光线。
请结合参阅图2，图2所示的硅基液晶1为本申请实施例可能应用的硬件系统，可应用于上述波长选择开关100中。上述硅基液晶1用于衍射呈线偏振态的入射光束以形成偏转光束。硅基液晶1是偏振敏感器件，只能在一个偏振方向工作(即工作偏振方向)，上述入射到硅基液晶1的光束的偏振方向为硅基液晶1的工作偏振方向。硅基液晶1包括第一面板11、第二面板12、液晶层13、驱动电路14以及两层配向膜(Alignment Film)15。第一面板11与第二面板12相对设置。第一面板11平行于第二面板12。第一面板11可为硅基晶元面板(silicon backplane)，第二面板12可为透光的玻璃盖板(glass substrate)。液晶层13位于第一面板11与第二面板12之间。驱动电路14用于产生电场以控制液晶层13中的液晶偏转。两层配向膜15分别位于液晶层13的相对两侧。也即，其中一个上述配向膜15位于液晶层13与第一面板11之间，另外一个配向膜15位于液晶层13与第二面板12之间。上述配向膜15用以使液晶层13内液晶具有初始取向。
驱动电路14包括第一电极141和第二电极142。第一电极141位于液晶层13与第一面板11之间。第二电极142位于液晶层13与第二面板12之间。第一电极141与第二电极142通电时，通过垂直配向(Vertically-aligned，VA)驱动方式控制上述液晶层13中的液晶偏转。当上述第一电极141和第二电极142上加载电压，在第一电极141与第二电极142之间形成电场时，液晶层13中的液晶会发生偏转。液晶分子偏转的角度与上述第一电极141和上述第二电极142上所加载电压的大小相关，因此可以通过加载不同的电压来实现不同的相位调制量。
由于硅基液晶包括很多像素点，每个光栅段都由一些像素点组成，每个像素点可以配置各自的相位，即每个像素点均可配置各自的相位调制量，将硅基液晶中的像素点配置成相位调制量呈周期变化的形式，即可使该硅基液晶1具备闪耀光栅的功能。其中，在某一光栅段所包括的所有像素点中，相位调制量相差的最大值即为相位调制深度，例如，在光栅段中相位调制量是从0-2π变化的，则相位调制深度为2π。相位调制深度也可以理解为，当入射光束垂直入射硅基液晶上时，在硅基上加的最大的电压范围下，光离开液晶层时的相位差就是该硅基液晶的调制深度。
硅基液晶实现光路切换时，每一个像素加载一个不同的电压，从而产生阶梯形状的相位，并呈现周期变化。当光打到硅基液晶表面时，满足如下关系式d*sinθ＝λ，其中，d是一个周期的像素个数乘以像素长度，θ是偏转角度，λ是波长。对于相同的衍射角，一个周期内像素个数越多，衍射损耗越小。对于相同的硅基芯片，衍射角越大，像素个数越少，衍射损耗越大。
目前业界比较常用相位调制深度2π的硅基液晶。随着近些年技术发展要求LCOS衍射角变大，其单个周期内的像素就会减少，衍射损耗也会增大。为了满足衍射损耗指标，本申请实施例采用最大相位调制深度提升的硅基液晶，例如，可以是最大相位调制深度为4π的硅基液晶。
值得注意的是，本申请实施例将硅基液晶的相位调制处理分为低调处理和高调处理。低调处理和高调处理均是相对而言，本申请在此定义低调处理为硅基液晶采用的相位调制深度为第一调制深度，高调处理为硅基液晶采用的相位调制深度为第二调制深度，其中，第二调制深度大于第一调制深度。优选地，第一调制深度为2π，第二调制深度为4π。
硅基液晶高调处理可以实现衍射角增加的情况下，像素点个数远远多于低调处理时的像素点个数，同时衍射损耗相对低调处理也大大降低。但高调处理过程中，会带来较强的串扰光的干扰。对于同一最大相位调制深度的硅基液晶，例如4π，可以在一部分区域采用2π相位调制深度处理，在另一部分区域采用4π的相位调制深度处理，即硅基液晶相位调制深度可以是不超过其最大相位调制深度中任一种调制深度。
本申请的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序，应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以本申请未描述的顺序实施。
图3为本申请实施例公开的一种硅基液晶驱动方法流程图。如图3所示，该硅基液晶驱动方法可用于包含硅基液晶的波长选择开关中，所述硅基液晶上有入射光束射入并形成至少一个光斑，所述方法包括：
S301、在所述光斑上的至少一个第一区域上进行低调处理，在上述光斑的至少一个第二区域进行高调处理。
具体地，在第一区域进行低调处理，也即在第一区域上加载第一电压使所述第一区域的相位调制深度为第一调制深度。在第二区域进行高调处理，也即在第二区域上加载第二电压使所述第二区域的相位调制深度为第二调制深度，所述光斑覆盖区域包括所述至少一个第一区域和所述至少一个第二区域，第二调制深度大于第一调制深度。
优选地，第一调制深度为2π，第一区域通常也可以称为低调区域；第二调制深度为4π。，第二区域也可以称为高调区域。
可选地，每两个相邻的所述第二区域之间有一个或多个所述第一区域。例如，如图4a所示，每两个高调区域中有一个低调区域；如图4b所示，每两个高调区域中有两个低调区域。实际中还可能存在其他的高调区域和低调区域的排列方式，应理解，建立在本方案基础上可以实现发明目的的各种可能的高调区域和低调区域的其他组合应属于本申请的保护范围内。
具体地，在所述光斑上的所述至少一个第一区域对应的两个电极之间加载所述第一电压使所述第一区域的相位调制深度为第一调制深度，两个电极之间有液晶层；
在所述光斑上的所述至少一个第二区域对应的另两个电极之间加载所述第二电压使所述第二区域的相位调制深度为第二调制深度，另两个电极之间有液晶层。
本申请实施例公开的硅基液晶驱动方法通过高调区域和低调区域的混合编排，可以实现有效的减弱高调处理带来的串扰光的干扰，同时还可以移动串扰光的位置，可以使输出端口避免串扰光的干扰。
图5为本申请实施例公开的一种驱动电路500，应用于包含硅基液晶的波长选择开关中,所述硅基液晶上有入射光束射入并形成至少一个光斑，该驱动电路包括电极层501和集成电路模块502。集成电路模块502用于控制加载在电极层501上的电压，具体包括：
集成电路模块502用于控制在上述光斑上的至少一个第一区域对应的电极层上加载第一电压使所述第一区域的相位调制深度为第一调制深度；
集成电路模块502还用于控制在上述光斑上至少一个第二区域对应的电极层上加载第二电压使所述第二区域的相位调制深度为第二调制深度，所述光斑包括上述至少一个第一区域和至少一个第二区域，第二调制深度大于第一调制深度。
可选地，每两个相邻的所述第二区域之间有一个或多个所述第一区域。
可选地，该电极层501包括第一电极和第二电极，通过第一电极和第二电极加载上述第一电压或第二电压。例如，在所述光斑上的第一区域上对应的第一电极和第二电极之间加载第一电压使所述第一区域的相位调制深度为第一调制深度，第一电极和第二电极之间有液晶层。
图6为本申请实施例公开的一种相位调制装置600，应用于波长选择开关中，该相位调制装置包括硅基液晶601和驱动电路602，硅基液晶上有光束射入并形成至少一个光斑，
该驱动电路用于在光斑上的至少一个第一区域加载第一电压使所述第一区域的相位调制深度为第一调制深度；
该驱动电路还用于在光斑上至少一个第二区域加载第二电压使所述第二区域的相位调制深度为第二调制深度，第二调制深度大于所述第一调制深度，第一调制深度和第二调制深度用于对所述光束进行相位调制。
该硅基液晶601可以是图2所示的硅基液晶1，该驱动电路602可以是图5所示的驱动电路500。
可选地，每两个相邻的第二区域之间有一个或多个第一区域。
可选地，驱动电路602包括第一电极和第二电极，在光斑上的至少一个第一区域上对应的第一电极和第二电极之间加载第一电压使第一区域的相位调制深度为第一调制深度，第一电极和第二电极之间有液晶层，液晶层属于硅基液晶的一部分。
图7为本申请实施例公开的一种硅基液晶的驱动设备700，应用于包含硅基液晶的波长选择开关中，所述硅基液晶上有入射光束射入并形成至少一个光斑，该驱动设备包括：通信接口701以及耦合到所述通信接口的处理器702；
处理器702用于：
在光斑上的至少一个第一区域上加载第一电压使第一区域的相位调制深度为第一调制深度，在光斑上至少一个第二区域上加载第二电压使第二区域的相位调制深度为第二调制深度，第二调制深度大于所述第一调制深度。
图8为本申请实施例公开的一种芯片800，应用于波长选择开关中，所述硅基液晶上有入射光束射入并形成至少一个光斑，所述芯片包括存储器801和处理器802，存储器801存储有计算机程序指令，处理器802用于所述计算机程序指令以使所述芯片执行上述任意一种硅基液晶的驱动方法。
本申请中的各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，尤其，对于图5～图7实施例而言，由于基于图3～图4b对应的实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见图3～图4b对应实施例的部分说明即可。
本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，包括计算机可读指令，当计算机读取并执行上述计算机可读指令时，使得计算机执行上述处理器所执行的方法。
本申请实施例还提供了一种包含指令的计算机程序产品，当计算机程序产品在计算机上运行时，使得计算机执行上述处理器所执行的方法。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储介质(ROM/RAM、磁碟、光盘)中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。所以，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
最后应说明的是：以上上述仅为本申请的具体实施方式，本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种硅基液晶的驱动方法，所述硅基液晶上有光束射入并形成至少一个光斑，其特征在于，所述方法包括：
在所述光斑上的至少一个第一区域上加载第一电压使所述第一区域的相位调制深度为第一调制深度，在所述光斑上至少一个第二区域上加载第二电压使所述第二区域的相位调制深度为第二调制深度，所述第二调制深度大于所述第一调制深度，所述第一调制深度和第二调制深度用于对入射到硅基液晶的光束进行相位调制；每两个相邻的所述第二区域之间有一个或多个所述第一区域。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述光斑上的所述至少一个第一区域上加载第一电压使所述第一区域的相位调制深度为第一调制深度，包括：
在所述光斑上的所述至少一个第一区域对应的第一电极和第二电极之间加载所述第一电压使所述第一区域的相位调制深度为所述第一调制深度，所述第一电极和所述第二电极之间有液晶层；
所述在所述光斑上所述至少一个第二区域上加载第二电压使所述第二区域的相位调制深度为第二调制深度，包括：
在所述光斑上的所述至少一个第二区域对应的第三电极和第四电极之间加载所述第二电压使所述第二区域的相位调制深度为所述第二调制深度，所述第三电极和所述第四电极之间有液晶层。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第一调制深度为2π，所述第二调制深度为4π。
4.一种相位调制装置，所述相位调制装置包括硅基液晶和驱动电路，所述硅基液晶上有光束射入并形成至少一个光斑，其特征在于，
所述驱动电路用于在所述光斑上的至少一个第一区域加载第一电压使所述第一区域的相位调制深度为第一调制深度；
所述驱动电路还用于在所述光斑上至少一个第二区域加载第二电压使所述第二区域的相位调制深度为第二调制深度，所述光斑包括所述至少一个第一区域和所述至少一个第二区域，所述第二调制深度大于所述第一调制深度，所述第一调制深度和第二调制深度用于对所述光束进行相位调制；每两个相邻的所述第二区域之间有一个或多个所述第一区域。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述驱动电路包括第一电极和第二电极，
所述驱动电路用于在所述光斑上的所述至少一个第一区域加载第一电压使所述第一区域的相位调制深度为第一调制深度，具体包括：
在所述光斑上的所述至少一个第一区域上对应的所述第一电极和所述第二电极之间加载所述第一电压使所述第一区域的相位调制深度为所述第一调制深度，所述第一电极和所述第二电极之间有液晶层，所述液晶层位于所述硅基液晶上。
6.一种硅基液晶的驱动设备，所述硅基液晶上有光束射入并形成至少一个光斑，其特征在于，包括：通信接口以及耦合到所述通信接口的处理器；
所述处理器用于：
在所述光斑上的至少一个第一区域上加载第一电压使所述第一区域的相位调制深度为第一调制深度，在所述光斑上至少一个第二区域上加载第二电压使所述第二区域的相位调制深度为第二调制深度所述第二调制深度大于所述第一调制深度，所述第一调制深度和第二调制深度用于对入射到硅基液晶的光束进行相位调制；每两个相邻的所述第二区域之间有一个或多个所述第一区域。
7.一种包含硅基液晶的芯片，所述硅基液晶上有光束射入并形成至少一个光斑，其特征在于，所述芯片包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序指令，所述处理器用于所述计算机程序指令以使所述芯片执行权利要求1至3中任意一种所述方法。
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