一种双模一体化电控液晶光开关阵列的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于光通信技术领域，更具体地，涉及一种适用于宽带及较强束传输功率，电驱控方式灵活，结构灵巧，价格相对低廉的光开关。
【背景技术】
[0002]迄今为止，光开关在光纤数据传输、光纤传感与测量等技术领域获得广泛应用，已发展出多种类型的商用架构和驱控方式，包括机械式光开关、微机电(MEMS)光开关以及光调制光开关等典型类别。表征光开关的技术参数诸如:插入损耗、光回波损耗、光隔离度、光串扰以及消光比等也已达到较高水平。应用显示，机械式光开关具有插入损耗相对较低，光隔离度较高，对偏振和波谱行为不敏感，制作技术较为成熟，成本和价格相对低廉等特点，目前广泛应用于常规光接入网、光传输网以及功能性光路中。近些年仍在快速发展的MEMS光开关，以其低插损、低串扰、低偏振敏感性、高光隔离度和消光比，微秒级开关时长，小/微型化的结构形态和尺寸，易于大规模集成，易与其它光学、光电或电子机械结构耦合，易于整合进光链路中等特性，在光路切换、光通信链路的联通与隔离等方面显示明显优势。目前仍受到高度关注的光调制光开关则以其最显著的皮秒级开关时间特征，已在一些高端和科研领域展示应用前景。随着光通信主干网和接入网技术在全球网络信息的传输、分发、交换、隔离及安全性考量等方面的重要性日益增强，对光开关的性能指标要求也在逐年提升。光开关技术获得持续快速发展的驱动要素主要表现在以下方面:(一)适应超高速、超大容量、超宽带光网及光链路的开关需求；(二)在插入损耗、消光比、偏振适应性、光隔离、光串扰以及开关速度等方面继续获得改善与增强；(三)进一步降低开关的驱控复杂度与信号功耗；(四)进一步提高与光纤/簇的光耦合效率；(五)有更为紧凑和灵巧的形貌与结构并易于大规模集成；(六)进一步降低器件的制作和使用成本。
[0003]尽管目前光开关技术在器件种类、性能指标和应用方面已获得长足进步，针对日益凸显的大数据、云计算、物联网、光局域网及纤光功能化感测网等新兴需求，在需要应对超高速超大数据量的光输运，执行基于光纤的网络保护，光信号路由迂回、恢复及多路并行控制，网络化光纤远程监控，皮秒级甚至更快的光路切换，全光层的路由与波长选择及光路自愈保护等方面，仍显示能力欠缺。归结起来主要有:(一)机械式光开关其光切换时间在毫秒级，插入损耗仍显大，隔离度仍然不足，驱控操作繁杂，外形和结构尺寸大，难以综合成大规模的开关矩阵，无法彻底清除回跳抖动和重复性差等问题，难以适应未来的高速大容量光网；(二)MEMS光开关则主要因微光学反射镜的机械惯性使其开关动作的执行周期无法被进一步压缩并存在成本方面的问题；(三)光调制光开关基于各异的控光属性，如材料的场致折射率或偏振变动所导引的光传输特性改变，在极小空域内所构造的特殊光学干涉、衍射、频谱分离或光强调变等功能引发的光输运通路的接通与关闭，具有控制和调变相对复杂，技术指标参差不齐，生产和使用成本较高等缺陷或不足；(四)其他诸如电光、热光、磁光、声光、光子晶体或表面等离激元等开关功能类型，则主要基于控光材料的热物性或声致或其它特殊物理效应导致的材料折射率变动或特殊光场构建，形成特定的光分布与输运形态实现开关操作，尚难以商业化。
【实用新型内容】
[0004]针对现有技术的以上缺陷，本实用新型提供了一种双模一体化电控液晶光开关阵列，包括电控液晶聚光微透镜阵列与电控液晶散光微透镜阵列，所述电控液晶聚光微透镜阵列在一组双路时序电信号作用下对入射光波实施可调焦聚光操作，所述电控液晶散光微透镜阵列在另一组双路时序电信号作用下对入射光束实施可控光发散程度的散光操作，所述液晶聚光微透镜阵列对入射波束的电控可调焦聚光模式，构成光开关的开启态，所述液晶散光微透镜阵列对入射波束的电控可调光发散程度散光模式，构成光开关的关闭态。
[0005]优选地，通过在阵列化排布的液晶微光学结构上加载相互匹配的双路时序电驱控信号，将其转换为液晶聚光微透镜阵列/液晶散光微透镜阵列;通过更换所加载的双路时序电驱控信号，完成聚光微透镜与散光微透镜间的模式转换，实现光开关的开启与关闭切换。
[0006]优选地，通过分别调变所述电控液晶聚光微透镜阵列/电控液晶散光微透镜阵列的聚光/散光效能，完成不同光强纤光束间的电控接通与关闭切换。
[0007]优选地，所述液晶聚光微透镜阵列和所述液晶散光微透镜阵列均为MX N元，其中，M、N均为大于I的整数，各单元液晶聚光微透镜/散光微透镜的填充系数均低于40%。
[0008]优选地，所述基于电控液晶聚光微透镜阵列和电控液晶散光微透镜阵列的电控液晶光开关阵列也为M X N元。
[0009]优选地，还包括陶瓷外壳，其中，所述电控液晶聚光微透镜阵列/电控液晶散光微透镜阵列置于陶瓷外壳内，所述源于阵列化排布的液晶微光学结构的每单元液晶聚光微透镜/散光微透镜有相同光轴，所述电控液晶聚光微透镜阵列/电控液晶散光微透镜阵的光入射面通过所述陶瓷外壳的正面开孔裸露在外，所述电控液晶聚光微透镜阵列/电控液晶散光微透镜阵的光出射面通过所述陶瓷外壳的背面开孔裸露在外。
[0010]优选地，在所述阵列化液晶微光学结构上设有第一端口和第一指示灯，第二端口和第二指示灯，所述第一端口用于接入外部设备向所述用于形成液晶聚光微透镜/散光微透镜的阵列化液晶微光学结构上输入的一路电驱控信号，所述第一指示灯用于指示所述电控液晶聚光微透镜阵列/散光微透镜阵列是否处在正常的电驱控信号输入状态，所述第二端口用于接入外部设备向所述用于形成液晶聚光微透镜阵列/散光微透镜阵列的阵列化液晶微光学结构上输入的另一路电驱控信号，所述第二指示灯用于指示所述电控液晶聚光微透镜阵列/散光微透镜是否处在正常的电驱控信号输入状态。
[0011]优选地，在陶瓷外壳的侧面设有一个小三角形符号，用以指示光开关的光出射面位置。
[0012]总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果:
[0013]1、本实用新型中，光开关的聚光/散光操作通过同一块被加电驱控的功能化液晶微光学结构实现，结构简单，易与其他光学、光电或电子学结构耦合；
[0014]2、本实用新型通过合理匹配和调节所加载的双路电驱控信号控制光传输通路的通断以及根据光强对光通断效能进行微调，具有控制灵活以及适应性强的优点；
[0015]3、由于通过功能化薄膜液晶调控光束弯折，本实用新型具有适用于宽波谱范围的特点；
[0016]4、本实用新型所具有的微型化集成结构及平面端面展现较强的结构适应性，可以灵活插入光路中或整合进光学链路中；
[0017]5、本实用新型制作成本低，价格相对低廉。
【附图说明】
[0018]图1是本实用新型实施例的一种双模一体化电控液晶光开关阵列的正侧面结构示意图；
[0019]图2是本实用新型实施例的一种双模一体化电控液晶光开关阵列的背侧面结构示意图；
[0020]图3是本实用新型实施例的一种双模一体化电控液晶光开关阵列的工作原理图；[0021 ]图4是本实用新型实施例的一种双模一体化电控液晶光开关阵列的排布示意图。
[0022]在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中:
[0023]1-陶瓷外壳，2-第一端口，3-第一指示灯，4-第二指示灯，5-第二端口，6-光出射面指示符号，7-光入射面，8-光出射面指示符号。
【具体实施方式】
[0024]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0025]图1是本实用新型实施例的一种双模一体化电控液晶光开关阵列的正侧面结构示意图，图2是本实用新型实施例的一种双模一体化电控液晶光开关阵列的背侧面结构示意图。如图所示，阵列化排布的液晶微光学结构在加电态下所形成的电控液晶聚光微透镜阵列/电控液晶散光微透镜阵列置于陶瓷外壳I内，电控液晶聚光/散光微透镜阵列的光入射面通过陶瓷外壳I的正面开孔裸露在外，电控液晶聚光/散光微透镜阵列的光出射面通过陶瓷外壳I的背面开孔裸露在外。
[0026]图3是本实用新型实施例的一种双模一体化电控液晶光开关阵列的工作原理图。如图所示，阵列化排布的液晶微光学结构由封装在顶层混合集成电极和底层面电极间的微米级厚度液晶材料构成。顶层混合集成电极包括上下两层电极，其中的上层电极是面电极，下层电极是阵列化微孔形电极，相互间通过电隔离层实现电隔绝，各微孔中心垂线与对应各微孔的聚光微透镜/散光微透镜的光轴重合。分别加载在顶层混合集成电极中的上层电极和底