CN201740945U - 使用温控电路来提高性能的液晶型波长选择光开关 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种通过温控提高液晶性能的波长选择光开关，包括有依次设置的入射光纤、准直透镜、第一偏振分束器、第一衍射光栅、第一透镜、第一液晶阵列、检偏器、第二液晶阵列、第二偏振分束器、第二透镜、第二衍射光栅、一对准直透镜以及一对出射光纤，所述的第一偏振分束器的出射光侧设置有一半波片，所述的第一液晶阵列和第二液晶阵列连接在一个使该光路在变动的环境温度下可以保持在一个设定温度下的温度控制单元。本实用新型有效地利用温控电路与液晶阵列相结合的方式，提高了液晶阵列的响应速度并完全消除TDL。在同等液晶阵列制作工艺水平下，提高了基于液晶阵列技术的波长选择光开关的性能。

Description

使用温控电路来提高性能的液晶型波长选择光开关 

技术领域

本实用新型涉及一种液晶型波长选择光开关，特别是涉及一种包括有依次设置的入射光纤、准直透镜、偏振分束器、第一衍射光栅、第一透镜、第一液晶阵列、检偏器、第二液晶阵列、偏振分束器、第二透镜、第二衍射光栅、准直透镜组以及出射光纤的使用温控电路来提高性能的液晶型波长选择光开关。 

背景技术

随着近年互联网数据业务的高速增长，人们对于波分系统升级的要求也越来越高。而具有任意端口波长任意上下功能的波长选择光开关的出现，正好符合了这一发展趋势。09年Infonetics公司最新的ROADM器件市场展望报告中，作为光传送网的核心设备，波长选择光开关WSS类器件的销售情况非常看好。WDM ROADM将会是光通信设备领域增长最快的种类之一，预计2008年到2013年这类设备的复合增长率将达到13％。 

ROADM的使用方便网络运营商重构DWDM(Dense Wavelength Division Multiplexing，简称DWDM)网络，降低了对网络的规划要求，增强了网络应对突发情况的能力，提升了整个网络的效率。另外，ROADM的使用可以通过网关控制，提高了工作效率，降低了维护成本。作为新一代的ROADM产品，WSS可以帮助网络运营商在波长级业务上实现完全的自动化。 

目前主要有以下几种WSS技术方案，分别是MEMS型WSS，LC型WSS和LCOS型WSS。 

MEMS型WSS一般通过光栅和MEMS反射镜来实现波长切换和衰减的功能，但WSS器件中波长数较多(52波位于100GHz间隔，)，而每个波长需要一个MEMS反射镜，即MEMS反射镜阵列，因此封装、控制较为困难，抗振动性较差。 

相对于MEMS型WSS，液晶型WSS具有较低的成本，而且由于液晶型的器件没有移动的部件，可靠性较高。但液晶型WSS的难点在于液晶的插入损耗，响应时间等参数都会受到外界温度的影响。当液晶自身温度较低时，液晶自身的响应时间就会增加，影响到液晶的性能，并且液晶自身的插入损耗也会随着温度产生变化，在不同的温度下会造成不同的插入损耗，引起TDL。 

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种能够提高液晶阵列的响应速度并完全消除TDL的使用温控电路来提高性能的液晶型波长选择光开关。 

本实用新型所采用的技术方案是：一种通过温控提高液晶性能的波长选择光开关，包括有依次设置的入射光纤、准直透镜、第一偏振分束器、第一衍射光栅、第一透镜、第一液晶阵列、检偏器、第二液晶阵列、第二偏振分束器、第二透镜、第二衍射光栅、一对准直透镜以及一对出射光纤，所述的第一偏振分束器的出射光侧设置有一半波片，所述的第一液晶阵列和第二液晶阵列连接在一个使该光路在变动的环境温度下可以保持在一个设定温度下的温 度控制单元。 

所述的温控单元包括有控制电路，分别与控制电路相连接的第一加热单元、第二加热单元、第一热传感部件以及第二热传感部件，其中，所述的第一加热单元与第一热传感部件之间连接第一液晶阵列，所述的第二加热单元与第二热传感部件之间连接第二液晶阵列。 

所述的第一热传感部件是通过导热胶粘接在第一液晶阵列上，第二热传感部件是通过导热胶粘接在第二液晶阵列上。 

所述的第一热传感部件和第二热传感部件是热传感器或热敏电阻。 

所述的第一加热单元和第二加热单元结构相同，均包括有发热部件和设置在发热部件上面用于放置第一液晶阵列或第二液晶阵列的导热部件，其中，所述的发热部件与控制电路相连，所述的第一液晶阵列或第二液晶阵列是通过导热胶粘接在导热部件上。 

所述的发热部件采用半导体致冷器。 

所述的导热部件采用采用热膨胀系数与玻璃相同的材料。 

所述的导热部件采用可伐合金。 

本实用新型的使用温控电路来提高性能的液晶型波长选择光开关，具有如下特点： 

1、有效地利用温控电路与液晶阵列相结合的方式，提高了液晶阵列的响应速度并完全消除TDL。 

2、在同等液晶阵列制作工艺水平下，提高了基于液晶阵列技术的波长选择光开关的性能。 

附图说明

图1是本实用新型的整体结构示意图； 

图2是本实用新型中温度控制单元的结构示意图； 

图3是本实用新型中加热单元的结构示意图。 

其中： 

201：入射光纤            202：准直透镜 

203：第一偏振分束器      204：半波片 

205：第一衍射光栅        206：第一透镜 

207：第一液晶阵列        208：检偏器 

209：第二液晶阵列        210：第二偏振分束器 

211：第二透镜            212：第二衍射光栅 

213：一对准直透镜        214：一对出射光纤 

215：发热部件            216：导热部件 

217：第一热传感部件      218：温控单元 

219：控制电路            220：第二热传感部件 

221：第一加热单元        222：第二加热单元 

具体实施方式

下面结合附图给出具体实施例，进一步说明本实用新型的通过温控提高液晶性能的波长 选择光开关是如何实现的。 

本实用新型的通过温控提高液晶性能的波长选择光开关，包含多个波长的信号光经过一根光纤的传输后进入准直透镜进行准直，经过准直透镜后的信号光的光斑扩大，并经过一个偏振分束器转换为线偏光，然后入射到第一个衍射光栅上，信号光经过第一个衍射光栅后，不同波长的光以不同的角度出射，并由后方的透镜进行聚焦，然后不同波长的光分别入射到透镜后方的第一个液晶阵列的不同液晶单元上，通过改变某一液晶单元上的电压，使得经过液晶单元的某一波长的光相位发生改变，从而造成该波长的光的偏振态发生偏转，然后经过第一个液晶阵列后面的检偏器实现该波长信号光的衰减，经过衰减的信号光再入射到第二个液晶阵列对应的液晶单元上，通过改变液晶单元的电压来控制该波长信号光的偏振态是否偏转90度，然后经过第二个液晶阵列后面的偏振分束器进行不同偏振态传输光路的切换，经由透镜聚焦后入射到第二个衍射光栅上，最后经由透镜聚焦入射到不同的出射端口。其中，2个液晶阵列都放置在加热元件上，通过加热元件上的传感器反馈和温控电路的控制，保证了加热元件处于一个稳定的温度，这样2个液晶阵列就可以在不同的环境温度下都处于一个稳定的高温状态，从而提高了液晶阵列的响应速度，并消除了由于温度不稳定而造成的TDL。 

如图1所示，本实用新型的通过温控提高液晶性能的波长选择光开关，包括有依次设置的入射光纤201、准直透镜202、第一偏振分束器203、第一衍射光栅205、第一透镜206、第一液晶阵列207、检偏器208、第二液晶阵列209、第二偏振分束器210、第二透镜211、第二衍射光栅212、一对准直透镜213以及一对出射光纤214，所述的第一偏振分束器203的出射光侧设置有一半波片204，所述的第一液晶阵列207和第二液晶阵列209连接在一个使该光路在变动的环境温度下可以保持在一个设定温度下的温度控制单元218。 

如图2所示，所述的温控单元218包括有控制电路219，分别与控制电路219相连接的第一加热单元221、第二加热单元222、第一热传感部件217以及第二热传感部件220，其中，所述的第一加热单元221与第一热传感部件217之间连接第一液晶阵列207，所述的第二加热单元222与第二热传感部件220之间连接第二液晶阵列209。 

所述的第一热传感部件217和第二热传感部件220是热传感器或热敏电阻。所述的第一热传感部件217是通过导热胶粘接在第一液晶阵列207上，第二热传感部件220是通过导热胶粘接在第二液晶阵列209上。 

所述的第一加热单元221和第二加热单元222结构相同。如图3所示，所述的第一加热单元221和第二加热单元222均包括有发热部件215和设置在发热部件215上面用于放置第一液晶阵列207或第二液晶阵列209的导热部件216，其中，所述的发热部件215与控制电路219相连，所述的第一液晶阵列207或第二液晶阵列209是通过导热胶粘接在导热部件216上。所述的发热部件215的作用是产生热量，可以采用半导体致冷器(TEC)。所述的导热部件216的作用是均匀传导热量并且能平稳的放置光学元件，采用导热率高，热膨胀系数相当于玻璃的材料。所述的导热部件216可以采用可伐合金(KOVAR)。 

所述控制电路219可以采用MCS-51系列单片机来实现。 

本实用新型工作过程如下： 

多个波长的信号光从入射光纤201端口入射，并由准直透镜202准直，在经过准直透镜 202后的信号光的光斑扩大，然后入射到第一偏振分束器203上面。在经过第一偏振分束器203后，任意偏振态的信号光转换偏振态互相垂直的两路线偏光，其中一路经由一个粘在偏振分束器后面的半波片204后其偏振态旋转90度，变为与另一路偏振态相同的线偏光，这样在经过偏振分束器后任意偏振态的信号光都转换为了同一种线偏光，其偏振态与后面的检偏器208通光轴平行。 

然后经过偏振处理的信号光入射到第一衍射光栅205上，经过第一衍射光栅205衍射后，不同波长的光以不同的角度出射，并由后方的第一透镜206进行聚焦，然后不同波长的光分别入射到第一透镜206后方的第一液晶阵列207的不同液晶单元上。这时，通过改变第一液晶阵列207上某一液晶单元的电压，使得经过该液晶单元的某一波长的光的两偏振分量之间的相位差发生改变，从而造成该线偏光的偏振态发生偏转(但仍维持为线偏光)。偏振态发生偏转的信号光由于与第一液晶阵列207后面的检偏器208的通光轴产生夹角，从而实现了该波长信号光的衰减。 

经过衰减的信号光再入射到第二液晶阵列209对应的液晶单元上，通过改变液晶单元的电压来控制该波长信号光的偏振态是否偏转90度，这样可以将不同波长的信号光转换为两种互相垂直的线偏振态。这样在经过第二液晶阵列209后面的第二偏振分束器210后，不同波长的信号光由于不同的线偏振态被分在了2个分离的光路中，从而实现了不同波长信号光传输光路的切换。 

经过切换的信号光经过第二透镜聚焦211后入射到第二衍射光栅212上，最后经由一对准直透镜213聚焦入射到对应的一对出射光纤214的端口。 

在上述工作过程中，第一液晶阵列207和第二液晶阵列209上的热传感器或热敏电阻反馈采样数据给控制电路219，控制电路219通过采样数据来分析当前温度值，并以此控制发热部件(TEC)215的输出功率，使得TEC输出的功率正好达到第一液晶阵列207和第二液晶阵列209所要求的温度值。在WSS中使用这样的温度控制单元，就可以使得2个液晶阵列就在不同的环境温度下都处于一个稳定的高温状态，从而提高了液晶阵列的响应速度，并消除了由于液晶阵列温度不稳定造成的TDL。 

Claims (7)

1.一种通过温控提高液晶性能的波长选择光开关，包括有依次设置的入射光纤(201)、准直透镜(202)、第一偏振分束器(203)、第一衍射光栅(205)、第一透镜(206)、第一液晶阵列(207)、检偏器(208)、第二液晶阵列(209)、第二偏振分束器(210)、第二透镜(211)、第二衍射光栅(212)、一对准直透镜(213)以及一对出射光纤(214)，所述的第一偏振分束器(203)的出射光侧设置有一半波片(204)，其特征在于，所述的第一液晶阵列(207)和第二液晶阵列(209)连接在一个使该光路在变动的环境温度下可以保持在一个设定温度下的温度控制单元(218)，所述的温控单元(218)包括有控制电路(219)，分别与控制电路(219)相连接的第一加热单元(221)、第二加热单元(222)、第一热传感部件(217)以及第二热传感部件(220)，其中，所述的第一加热单元(221)与第一热传感部件(217)之间连接第一液晶阵列(207)，所述的第二加热单元(222)与第二热传感部件(220)之间连接第二液晶阵列(209)。

2.根据权利要求1所述的通过温控提高液晶性能的波长选择光开关，其特征在于，所述的第一热传感部件(217)是通过导热胶粘接在第一液晶阵列(207)上，第二热传感部件(220)是通过导热胶粘接在第二液晶阵列(209)上。

3.根据权利要求1所述的通过温控提高液晶性能的波长选择光开关，其特征在于，所述的第一热传感部件(217)和第二热传感部件(220)是热传感器或热敏电阻。

4.根据权利要求1所述的通过温控提高液晶性能的波长选择光开关，其特征在于，所述的第一加热单元(221)和第二加热单元(222)结构相同，均包括有发热部件(215)和设置在发热部件(215)上面用于放置第一液晶阵列(207)或第二液晶阵列(209)的导热部件(216)，其中，所述的发热部件(215)与控制电路(219)相连，所述的第一液晶阵列(207)或第二液晶阵列(209)是通过导热胶粘接在导热部件(216)上。

5.根据权利要求4所述的通过温控提高液晶性能的波长选择光开关，其特征在于，所述的发热部件(215)采用半导体致冷器。

6.根据权利要求4所述的通过温控提高液晶性能的波长选择光开关，其特征在于，所述的导热部件(216)采用热膨胀系数与玻璃相同的材料。

7.根据权利要求6所述的通过温控提高液晶性能的波长选择光开关，其特征在于，所述的导热部件(216)采用可伐合金。 

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