CN209803385U - 一种基于液晶技术的2×2通道光开关 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种基于液晶技术的2×2通道光开关，包括：依次连接的第一光纤、第一准直器、第一偏振分束组件、第一液晶芯片；依次连接的第二光纤、第二准直器、第二偏振分束组件、第二液晶芯片；依次连接的第三光纤、第三准直器、第三偏振分束组件、第三液晶芯片；依次连接的第四光纤、第四准直器、第四偏振分束组件、第四液晶芯片；第一液晶芯片、第二液晶芯片、第三液晶芯片、第四液晶芯片分别与PBS晶体连接；第一光纤、第二光纤为输入光纤，第三光纤、第四光纤为输出光纤；第一光纤/第二光纤输入的光信号到达PBS晶体后，经过PBS晶体透射/反射后从第三光纤/第四光纤输出。本实用新型结构简单，体积较小，稳定性高，可靠性好。

Description

一种基于液晶技术的2×2通道光开关

技术领域

本实用新型属于光纤通信技术领域，具体属于一种基于液晶技术的2×2通道光开关。

背景技术

光开关是光通信网络中的基础光器件之一，应用范围非常广泛，种类也很多。2×2光开关是光开关众多种类中的一种，主要应用在光缆切换保护、光信号交叉连接等应用场景。目前，实现2×2光开关的技术主要有电机、光学MEMS芯片、电光晶体等。其中，基于电机技术的2×2光开关已实现批量生产和销售，但内部的运动元件影响了其性能的进一步提升，同时，基于该技术的2×2光开关尺寸较大，限制了其应用范围的深入推广。基于光学MEMS芯片的2×2光开关尺寸较小，但也存在运动元件，且不能实现全通功能的2×2光开关。基于电光晶体的2×2光开关没有运动元件，尺寸较小，但其性能对环境参数敏感，且和输入光信号的偏振态相关，成本高，尚未实现大规模的产业化应用。

公开号为CN204228996U的中国专利公开了一种2×2通道MEMS光开关，包含第一光纤、第二光纤、第三光纤、第四光纤、第一自聚焦透镜、第二自聚焦透镜及反射镜；其中反射镜置于第一自聚焦透镜和第二自聚焦透镜之间；反射镜的位置通过MEMS芯片的通电状态进行控制；在保证光学性能的前提下，减少器件体积，降低功耗，便于大规模集成使用。虽然其体积较小，但也存在运动元件，且不能实现全通功能的2×2光开关，亟需进一步改进。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种基于液晶技术的2×2通道光开关，本实用新型采用液晶芯片作为光路的偏振态转换元件，采用偏振分束器(Polarization Beam Splitter，以下简称PBS)作为光路的选择切换元件，将不同偏振态的光束传输至不同的方向上，能实现全通功能的2×2光开关。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种基于液晶技术的2×2通道光开关，包括：依次连接的第一光纤、第一准直器、第一偏振分束组件、第一液晶芯片；依次连接的第二光纤、第二准直器、第二偏振分束组件、第二液晶芯片；依次连接的第三光纤、第三准直器、第三偏振分束组件、第三液晶芯片；依次连接的第四光纤、第四准直器、第四偏振分束组件、第四液晶芯片；所述第一液晶芯片、第二液晶芯片、第三液晶芯片、第四液晶芯片分别与PBS晶体连接；

所述第一光纤、第二光纤为输入光纤，所述第三光纤、第四光纤为输出光纤；所述第一光纤输入的光信号到达PBS晶体后，经过PBS晶体透射后从第三光纤输出或者经过PBS晶体反射后从第四光纤输出；所述第二光纤输入的光信号到达PBS晶体后，经过PBS晶体透射后从第四光纤输出或者经过PBS晶体反射后从第三光纤输出。

具体地，所述PBS晶体设有第一输入端、第二输入端、第一输出端、第二输出端；所述第一输入端、第二输入端分别与第一液晶芯片、第二液晶芯片连接；所述第一输出端、第二输出端分别与第三液晶芯片、第四液晶芯片连接。

具体地，所述第一偏振分束组件、第二偏振分束组件、第三偏振分束组件、第四偏振分束组件内部均设有双折射晶体和半波片；所述双折射晶体用于将输入的一束光变成两束偏振化方向互相垂直的线偏振光；所述半波片用于将两束线偏振光的偏振化方向变为一致，所述两束线偏振光中的一束穿过半波片后，其偏振化方向会旋转90度，此时，两束线偏振光的偏振化方向保持一致。

具体地，当所述第一液晶芯片掉电时，所述第一偏振分束组件输出的线偏振光穿过第一液晶芯片时，偏振化方向发生90度旋转，穿过第一液晶芯片的线偏振光经过所述PBS晶体反射后从第四光纤输出；

当所述第二液晶芯片掉电时，所述第二偏振分束组件输出的线偏振光穿过第二液晶芯片时，偏振化方向发生90度旋转，穿过第二液晶芯片的线偏振光经过所述PBS晶体反射后从第三光纤输出。

进一步地，当所述第一液晶芯片加电时，所述第一偏振分束组件输出的线偏振光穿过第一液晶芯片时，偏振化方向保持不变，穿过第一液晶芯片的线偏振光经过所述PBS晶体透射后从第三光纤输出；

当所述第二液晶芯片加电时，所述第二偏振分束组件输出的线偏振光穿过第二液晶芯片时，偏振化方向保持不变，穿过第二液晶芯片的线偏振光经过所述PBS晶体透射后从第四光纤输出；

具体地，本实用新型通过调节施加在第一液晶芯片上的电压值，即可控制从第一光纤输入的光信号，从第三光纤输出和第四光纤输出之间实现灵活切换；同理，从第二光纤输入的光信号，也可以通过调节施加在第二液晶芯片上的电压值，实现从第三光纤输出和第四光纤输出之间的灵活切换；

具体地，所述第三液晶芯片和第四液晶芯片用来选择第一光纤或第二光纤的输入信号；所述PBS晶体反射和透射的光信号偏振化方向互相垂直，但第三偏振分束组件/第四偏振分束组件仅能对固定偏振方向的光信号进行合束；因此，施加在第三液晶芯片/第四液晶芯片上的电压值要和施加在第一液晶芯片/第二液晶芯片上的电压值对应，从而实现光路选择的功能；该设计可以防止不同端口之间的光串扰，确保2×2光开关的优异指标。

优选地，所述光开关为4个方向出纤；

所述第一光纤、第一准直器、第一偏振分束组件、第一液晶芯片位于所述PBS晶体左侧；

所述第二光纤、第二准直器、第二偏振分束组件、第二液晶芯片位于所述PBS晶体上方；

所述第三光纤、第三准直器、第三偏振分束组件、第三液晶芯片位于所述PBS晶体右侧；

所述第四光纤、第四准直器、第四偏振分束组件、第四液晶芯片位于所述PBS晶体下方。

优选地，所述光开关为2个方向出纤；

所述第一光纤、第一准直器、第一偏振分束组件、第一液晶芯片位于所述PBS晶体左侧；

所述第二光纤、第二准直器、第二偏振分束组件、第二液晶芯片位于所述PBS晶体左侧；

所述第三光纤、第三准直器、第三偏振分束组件、第三液晶芯片位于所述PBS晶体右侧；

所述第四光纤、第四准直器、第四偏振分束组件、第四液晶芯片位于所述PBS晶体右侧；

具体地，所述第二液晶芯片与PBS晶体之间设有第一反射镜；所述第四液晶芯片与PBS晶体之间设有第二反射镜。

优选地，所述光开关为1个方向出纤；

所述第一光纤、第一准直器、第一偏振分束组件、第一液晶芯片位于所述PBS晶体左侧；

所述第二光纤、第二准直器、第二偏振分束组件、第二液晶芯片位于所述PBS晶体左侧；

所述第三光纤、第三准直器、第三偏振分束组件、第三液晶芯片位于所述PBS晶体左侧；

所述第四光纤、第四准直器、第四偏振分束组件、第四液晶芯片位于所述PBS晶体左侧；

具体地，所述第二液晶芯片与PBS晶体之间设有第三反射镜，所述第三液晶芯片与PBS晶体之间设有第四反射镜、第五反射镜；所述第四液晶芯片与PBS晶体之间设有第六反射镜。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：(1)本实用新型采用液晶芯片作为光路的偏振态转换元件，采用PBS晶体作为光路的选择切换元件，将不同偏振态的光束传输至不同的方向上，能实现全通功能的2×2光开关；(2)本实用新型的光开关内无运动部件，所有的元件都是固定不动的，稳定性高，可靠性好；(3)本实用新型采用的元件均为成熟工艺元件，制作流程和工艺简单，成本较低，具有较高的性价比优势；(4)本实用新型整体模块的尺寸较小，有助于推动2×2光开关的进一步应用和推广。

附图说明

图1为本实用新型实施例1中一种基于液晶技术的2×2通道光开关4个方向出纤的结构示意框图；

图2为本实用新型实施例2中一种基于液晶技术的2×2通道光开关2个方向出纤的结构示意框图；

图3为本实用新型实施例3中一种基于液晶技术的2×2通道光开关同方向出纤的结构示意框图；

图中：1、第一光纤；2、第二光纤；3、第三光纤；4、第四光纤；5、第一准直器；6、第一偏振分束组件；7、第一液晶芯片；8、PBS晶体；9、第二准直器；10、第二偏振分束组件；11、第二液晶芯片；12、第三准直器；13、第三偏振分束组件；14、第三液晶芯片；15、第四准直器；16、第四偏振分束组件；17、第四液晶芯片；18、第一反射镜；19、第二反射镜；20、第三反射镜；21、第四反射镜；22、第五反射镜；23、第六反射镜。

具体实施方式

下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本实用新型的光开关在实际使用时，不同的应用场景对2×2光开关的出纤方向有不同的要求，有的要求四个方向出纤，有的要求两个方向出纤，还有的要求同方向出纤。本实用新型基于液晶芯片，整体尺寸比较小，可利用光路反射镜，实现不同方向出纤的功能。

实施例1

如图1所示，本实施例提供了一种基于液晶技术的2×2通道光开关，本实施例的光开关为4个方向出纤；包括：依次连接的第一光纤1、第一准直器5、第一偏振分束组件6、第一液晶芯片7；依次连接的第二光纤2、第二准直器9、第二偏振分束组件10、第二液晶芯片11；依次连接的第三光纤3、第三准直器12、第三偏振分束组件13、第三液晶芯片14；依次连接的第四光纤4、第四准直器15、第四偏振分束组件16、第四液晶芯片17；所述第一液晶芯片7、第二液晶芯片11、第三液晶芯片14、第四液晶芯片17分别与PBS晶体8连接；

所述第一光纤1、第二光纤2为输入光纤，所述第三光纤3、第四光纤4为输出光纤；所述第一光纤1输入的光信号到达PBS晶体8后，经过PBS晶体8透射后从第三光纤3输出或者经过PBS晶体8反射后从第四光纤4输出；所述第二光纤2输入的光信号到达PBS晶体8后，经过PBS晶体8透射后从第四光纤4输出或者经过PBS晶体8反射后从第三光纤3输出。

优选地，所述第一光纤1、第一准直器5、第一偏振分束组件6、第一液晶芯片7位于所述PBS晶体8左侧；

所述第二光纤2、第二准直器9、第二偏振分束组件10、第二液晶芯片11位于所述PBS晶体8上方；

所述第三光纤3、第三准直器12、第三偏振分束组件13、第三液晶芯片14位于所述PBS晶体8右侧；

所述第四光纤4、第四准直器15、第四偏振分束组件16、第四液晶芯片17位于所述PBS晶体8下方。

具体地，所述PBS晶体8设有第一输入端、第二输入端、第一输出端、第二输出端；所述第一输入端、第二输入端分别与第一液晶芯片7、第二液晶芯片11连接；所述第一输出端、第二输出端分别与第三液晶芯片14、第四液晶芯片17连接。

具体地，所述第一偏振分束组件6、第二偏振分束组件10、第三偏振分束组件13、第四偏振分束组件16内部均设有双折射晶体和半波片；所述双折射晶体用于将输入的一束光变成两束偏振化方向互相垂直的线偏振光；所述半波片用于将两束线偏振光的偏振化方向变为一致，所述两束线偏振光中的一束穿过半波片后，其偏振化方向会旋转90度，此时，两束线偏振光的偏振化方向保持一致。

具体地，当所述第一液晶芯片7掉电时，所述第一偏振分束组件6输出的线偏振光穿过第一液晶芯片7时，偏振化方向发生90度旋转，穿过第一液晶芯片7的线偏振光经过所述PBS晶体8反射后从第四光纤4输出；

当所述第二液晶芯片11掉电时，所述第二偏振分束组件10输出的线偏振光穿过第二液晶芯片11时，偏振化方向发生90度旋转，穿过第二液晶芯片11的线偏振光经过所述PBS晶体8反射后从第三光纤3输出。

进一步地，当所述第一液晶芯片7加电时，所述第一偏振分束组件6输出的线偏振光穿过第一液晶芯片7时，偏振化方向保持不变，穿过第一液晶芯片7的线偏振光经过所述PBS晶体8透射后从第三光纤3输出；

当所述第二液晶芯片11加电时，所述第二偏振分束组件10输出的线偏振光穿过第二液晶芯片11时，偏振化方向保持不变，穿过第二液晶芯片11的线偏振光经过所述PBS晶体8透射后从第四光纤4输出；

具体地，本实用新型通过调节施加在第一液晶芯片7上的电压值，即可控制从第一光纤1输入的光信号，从第三光纤3输出和第四光纤4输出之间实现灵活切换；同理，从第二光纤2输入的光信号，也可以通过调节施加在第二液晶芯片11上的电压值，实现从第三光纤3输出和第四光纤4输出之间的灵活切换；

具体地，所述第三液晶芯片14和第四液晶芯片17用来选择第一光纤1或第二光纤2的输入信号；所述PBS晶体8反射和透射的光信号偏振化方向互相垂直，但第三偏振分束组件13/第四偏振分束组件16仅能对固定偏振方向的光信号进行合束；因此，施加在第三液晶芯片14/第四液晶芯片17上的电压值要和施加在第一液晶芯片7/第二液晶芯片11上的电压值对应(即，当所述第一液晶芯片7掉电时，所述PBS晶体8会反射穿过第一液晶芯片7的光信号，此时，所述第四液晶芯片17也需要掉电；当所述第一液晶芯片7加电时，所述PBS晶体8会透射穿过第一液晶芯片7的光信号，此时，所述第三液晶芯片14也需要加电；同理，当所述第二液晶芯片11掉电时，所述PBS晶体8会反射穿过第二液晶芯片11的光信号，此时，所述第三液晶芯片14也需要掉电；当所述第二液晶芯片11加电时，所述PBS晶体8会透射穿过第二液晶芯片11的光信号，此时，所述第四液晶芯片17也需要加电)，从而实现光路选择的功能；该设计可以防止不同端口之间的光串扰，确保2×2光开关的优异指标。

实施例2

如图2所示，本实施例提供了一种基于液晶技术的2×2通道光开关，本实施例的光开关为2个方向出纤；本实施例与上述实施例1的区别点在于，本实施例中：

所述第一光纤1、第一准直器5、第一偏振分束组件6、第一液晶芯片7位于所述PBS晶体8左侧；

所述第二光纤2、第二准直器9、第二偏振分束组件10、第二液晶芯片11位于所述PBS晶体8左侧；

所述第三光纤3、第三准直器12、第三偏振分束组件13、第三液晶芯片14位于所述PBS晶体8右侧；

所述第四光纤4、第四准直器15、第四偏振分束组件16、第四液晶芯片17位于所述PBS晶体8右侧；

具体地，所述第二液晶芯片11与PBS晶体8之间设有第一反射镜18；所述第四液晶芯片17与PBS晶体8之间设有第二反射镜19。

所述第一反射镜18用于将第二液晶芯片11输出的向右的光信号变为向下的光信号，再从PBS晶体8上方的第二输入端输入PBS晶体8；所述第二反射镜19用于将所述PBS晶体8下方的第二输出端输出的向下的光信号变为向右的光信号，再输入第四液晶芯片17；

进一步地，所述第一反射镜18、第二反射镜19与水平方向的夹角均为45度；本实施例通过反射镜改变光信号传输方向，可以实现2×2光开关2个方向出纤，极大地缩减了2×2光开关的体积。

实施例3

如图3所示，本实施例提供了一种基于液晶技术的2×2通道光开关，本实施例的光开关为同方向出纤；本实施例与上述实施例1、实施例2的区别点在于，本实施例中：

所述第一光纤1、第一准直器5、第一偏振分束组件6、第一液晶芯片7位于所述PBS晶体8左侧；

所述第二光纤2、第二准直器9、第二偏振分束组件10、第二液晶芯片11位于所述PBS晶体8左侧；

所述第三光纤3、第三准直器12、第三偏振分束组件13、第三液晶芯片14位于所述PBS晶体8左侧；

所述第四光纤4、第四准直器15、第四偏振分束组件16、第四液晶芯片17位于所述PBS晶体8左侧；

具体地，所述第二液晶芯片11与PBS晶体8之间设有第三反射镜20，所述第三液晶芯片14与PBS晶体8之间设有第四反射镜21、第五反射镜22；所述第四液晶芯片17与PBS晶体8之间设有第六反射镜23。

所述第三反射镜20用于将第二液晶芯片11输出的向右的光信号变为向下的光信号，再从PBS晶体8上方的第二输入端输入PBS晶体8；所述第四反射镜21用于将所述PBS晶体8右侧的第一输出端输出的向右的光信号变为向下的光信号，所述第五反射镜22用于将所述第四反射镜21反射的向下的光信号变为向左的光信号，再输入第三液晶芯片14；所述第六反射镜23用于将所述PBS晶体8下方的第二输出端输出的向下的光信号变为向左的光信号，再输入第四液晶芯片17。

具体地，所述第三反射镜20、第四反射镜21与水平方向的夹角为45度，所述第五反射镜22、第六反射镜23与水平方向的夹角为-45度。本实施例通过设置多个反射镜改变光信号传输方向，可以实现2×2光开关同方向出纤，进一步缩减了2×2光开关的体积。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种基于液晶技术的2×2通道光开关，其特征在于，包括：依次连接的第一光纤、第一准直器、第一偏振分束组件、第一液晶芯片；依次连接的第二光纤、第二准直器、第二偏振分束组件、第二液晶芯片；依次连接的第三光纤、第三准直器、第三偏振分束组件、第三液晶芯片；依次连接的第四光纤、第四准直器、第四偏振分束组件、第四液晶芯片；所述第一液晶芯片、第二液晶芯片、第三液晶芯片、第四液晶芯片分别与PBS晶体连接；

所述第一光纤、第二光纤为输入光纤，所述第三光纤、第四光纤为输出光纤；所述第一光纤输入的光信号到达PBS晶体后，经过PBS晶体透射后从第三光纤输出或者经过PBS晶体反射后从第四光纤输出；所述第二光纤输入的光信号到达PBS晶体后，经过PBS晶体透射后从第四光纤输出或者经过PBS晶体反射后从第三光纤输出。

2.根据权利要求1所述的一种基于液晶技术的2×2通道光开关，其特征在于，所述PBS晶体设有第一输入端、第二输入端、第一输出端、第二输出端；所述第一输入端、第二输入端分别与第一液晶芯片、第二液晶芯片连接；所述第一输出端、第二输出端分别与第三液晶芯片、第四液晶芯片连接。

3.根据权利要求1所述的一种基于液晶技术的2×2通道光开关，其特征在于，所述第一偏振分束组件、第二偏振分束组件、第三偏振分束组件、第四偏振分束组件内部均设有双折射晶体和半波片；所述双折射晶体用于将输入的一束光变成两束偏振化方向互相垂直的线偏振光；所述半波片用于将两束线偏振光的偏振化方向变为一致。

4.根据权利要求1所述的一种基于液晶技术的2×2通道光开关，其特征在于，当所述第一液晶芯片掉电时，所述第一偏振分束组件输出的线偏振光穿过第一液晶芯片时，偏振化方向发生90度旋转，穿过第一液晶芯片的线偏振光经过所述PBS晶体反射后从第四光纤输出；

当所述第二液晶芯片掉电时，所述第二偏振分束组件输出的线偏振光穿过第二液晶芯片时，偏振化方向发生90度旋转，穿过第二液晶芯片的线偏振光经过所述PBS晶体反射后从第三光纤输出。

5.根据权利要求1所述的一种基于液晶技术的2×2通道光开关，其特征在于，当所述第一液晶芯片加电时，所述第一偏振分束组件输出的线偏振光穿过第一液晶芯片时，偏振化方向保持不变，穿过第一液晶芯片的线偏振光经过所述PBS晶体透射后从第三光纤输出；

当所述第二液晶芯片加电时，所述第二偏振分束组件输出的线偏振光穿过第二液晶芯片时，偏振化方向保持不变，穿过第二液晶芯片的线偏振光经过所述PBS晶体透射后从第四光纤输出。

6.根据权利要求1所述的一种基于液晶技术的2×2通道光开关，其特征在于，所述光开关为4个方向出纤；

所述第一光纤、第一准直器、第一偏振分束组件、第一液晶芯片位于所述PBS晶体左侧；

所述第二光纤、第二准直器、第二偏振分束组件、第二液晶芯片位于所述PBS晶体上方；

所述第三光纤、第三准直器、第三偏振分束组件、第三液晶芯片位于所述PBS晶体右侧；

所述第四光纤、第四准直器、第四偏振分束组件、第四液晶芯片位于所述PBS晶体下方。

7.根据权利要求1所述的一种基于液晶技术的2×2通道光开关，其特征在于，所述光开关为2个方向出纤；

所述第一光纤、第一准直器、第一偏振分束组件、第一液晶芯片位于所述PBS晶体左侧；

所述第二光纤、第二准直器、第二偏振分束组件、第二液晶芯片位于所述PBS晶体左侧；

所述第三光纤、第三准直器、第三偏振分束组件、第三液晶芯片位于所述PBS晶体右侧；

所述第四光纤、第四准直器、第四偏振分束组件、第四液晶芯片位于所述PBS晶体右侧；

所述第二液晶芯片与PBS晶体之间设有第一反射镜；所述第四液晶芯片与PBS晶体之间设有第二反射镜。

8.根据权利要求1所述的一种基于液晶技术的2×2通道光开关，其特征在于，所述光开关为1个方向出纤；

所述第一光纤、第一准直器、第一偏振分束组件、第一液晶芯片位于所述PBS晶体左侧；

所述第二光纤、第二准直器、第二偏振分束组件、第二液晶芯片位于所述PBS晶体左侧；

所述第三光纤、第三准直器、第三偏振分束组件、第三液晶芯片位于所述PBS晶体左侧；

所述第四光纤、第四准直器、第四偏振分束组件、第四液晶芯片位于所述PBS晶体左侧；

所述第二液晶芯片与PBS晶体之间设有第三反射镜，所述第三液晶芯片与PBS晶体之间设有第四反射镜、第五反射镜；所述第四液晶芯片与PBS晶体之间设有第六反射镜。