专利名称：高可靠性液晶阵列可变衰减器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种高可靠性液晶阵列可变衰减器。用于用单一光纤同时传输多个波长信号光的波分复用(WDM)系统。
背景技术：
光可变衰减器(VOA)是光通信系统中重要的光器件之一，长期以来，它一直停留在机械式水平，它只适合于单通道衰减方式，由于体积大不利于集成。随着DWDM系统的发展，越来越需要通道数多而体积小的光可变衰减器。传统的机械方式已不能解决这里难题。随着技术的发展，近年来，出现了各种新技术的光可变衰减器，包括MEMS技术，集成波导技术等。本专利提出采用液晶制作VOA阵列器件，它可以克服传统机械方式的体积大、速度慢的缺点，又具有MEMS等新技术功耗低，体积小控制简单的优点，并且在不增加器件体积的情况下，集成高性能的两级光功率监控功能。密集波分系统(DWDM)的通道数不断增加，可变衰减器的发展方向也将是阵列和集成。目前普遍应用的机械式衰减器，体积大，在较小的体积内做成阵列的很困难。
目前，在一根光纤中传输多个通路的密集波分系统已经得到了相当的发展和应用。而在长途光通信系统中，掺铒光纤放大器(EDFA)起着重要的作用。由于密集波分系统(DWDM)各通道的功率不均衡，掺铒光纤放大器(EDFA)的增益不均衡，波长动态可配置OADM技术，都要用到可变衰减器，进行灵活的调节，使各个通道的功率处于理想的大小。在接收机前为了保护接收机，提高动态范围，也会用到可变衰减器。
发明内容
本实用新型的目的是利用液晶在较小的体积内集成多通道可变衰减器，同时，考虑到光网络系统对光功率监控性能的要求，通过优化设计，集成了高性能光强监控模块。
本实用新型的技术方案是高可靠性液晶阵列可变衰减器的光输入、输出端是阵列形式，光衰减装置主要包括起偏器阵列、偏器阵列之后的液晶光偏振调制装置和检偏器阵列，控制装置包括在液晶光偏振调制装置前的一级监控模块阵列、在检偏器阵列后的二级监控模块阵列和控制电路。
所述的高可靠性液晶阵列可变衰减器，其二级监控是在检偏器输出端衰减光路上设置光电转换器，作为计算衰减量大小的依据。
所述的高可靠性液晶阵列可变衰减器，其液晶光偏振调制装置中的任意通道液晶的前、后一侧或两侧设置波长调制晶体波片。
所述的高可靠性液晶阵列可变衰减器，在起偏检偏装置中加入将两束偏振态垂直的线偏振光的偏振态调节成一致的晶体波片或者晶体波片组合。
所述的高可靠性液晶阵列可变衰减器，第一级监控器是一个分光器件和光电转换器。
所述的高可靠性液晶阵列可变衰减器，其特征是光输入、输出端为透镜与插针组合。
所述的高可靠性液晶阵列可变衰减器，在检偏装置前加入改变光路的反射装置。
所述的高可靠性液晶阵列可变衰减器，其液晶由低电压状态向高电压状态调节，稳定后再由高电压状态向低电压状态调节。
所述的高可靠性液晶阵列可变衰减器，其改变光路的两块反射晶体可合为一块。
本实用新型具有以下优点1.体积小；2.电压控制，无移动部件，可靠性高；3.功耗很小；4.偏振无关；5.结构对称，不需要PMD补偿；6.实现高性能双级实时监控功能；7.插损小。
图1是液晶阵列可变衰减器总体方案。
图2、图3是各个通道的衰减及监控原理图。
图4在起偏检偏装置中加入晶体波片或者晶体波片组合示意图。
图5为第一级监控由一个分光器件和光电转换器组成。
图6是在液晶光偏振调制装置后加入两个直角棱镜改变光路方向。
图7是两直角棱镜分别在液晶光偏振调制装置的两侧。
图8是用一个直角棱镜替代图6中的两个直角棱镜。
图9是反射式结构。
图10是用偏振分(合)束器代替双折射晶体进行起偏检偏。
图11、12、13是把起偏和检偏的两块晶体合为一块结构图。
图14是对图13和图9的结构运用方式进行一个说明，即用一个环行器把输入光和输出光进行分离。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型输入端主要由多个准直器或者准直器阵列或透镜与插针组合，输入端101把光纤中的信号光导入，依次通过起偏器阵列102，一级监控模块阵列103，液晶光偏振调制装置104，检偏器阵列105，分成信号光和衰减光两部分，衰减光最终达到二级监控模块阵列106，处理后的信号光则由多个准直器或者准直器阵列107导出，从而完成对光信号的衰减处理。在104上，通过对液晶屏的分块设计，通过控制液晶上下两个导电玻璃上的电压，我们可以非常灵活的控制各个元素的液晶分子状态，从而达到单独控制各通道的衰减量。
对于各个通道的衰减及监控原理，在图2中有详细示意。光通过准直器201导入后，经过起偏器202(双折射晶体、偏振分束器等)分成两束偏振态互相垂直的线偏振光，入射光的偏振状态对分成两束偏振光的总量不产生影响，只对各个分量产生影响，通过一级光强监控模块203(其位置可以与晶体202互换，如图3所示，达到的是同样的功能)，取出一定比例的光转换为电信号，对电信号测量，即可得到未衰减前的光功率大小。未被取出的光通过液晶光偏振调制装置204，在204上，利用液晶的电光效应，通过施加不同的电压，从而改变两束线偏振光的偏振态，偏振态被改变后的两束光通过检偏器205(双折射晶体，偏振合束器等)，把需要的分量偏振光合束，再通过准直器207导出。而不需要的分量偏振光则与导出光分离，通过二级监控模块，把衰减掉的光转换成电信号，测量电信号即可得到衰减量的大小。通过两级监控装置，能够有效的对光衰减前后的功率大小进行监控，与普通的光可变衰减器加两级光功率监控器件相比，既减小了体积，同时由于有效的利用了被衰减光，在第二级监控时对有用光完全没有插入损耗，因此很好的减小了整个器件的插损。另外，由于液晶分子状态在不同电压下运动是一个连续的过程，因此，对于衰减量的控制也能够做到连续可调。
为了进一步提高整个器件的光学性能，特别是偏振相关方面的性能，在起偏检偏装置中可以做一定的改进。如图4中，加入晶体波片或者晶体波片组合411，把两束偏振态垂直的线偏振光的偏振态调节成一致，这样减小由于偏振态不同而带来的偏振相关损耗。在检偏前利用晶体波片或者晶体波片组合412把411引起的变化补偿掉，从而其他特性上与原光路完全一致。
在监控方面，第一级监控需要用到一个分光器件，图5中的分束器501就是完成这个功能，分出少量光通过光电转换器502转换成电信号。第二级监控则直接把衰减的不需要的光进行光电转换即可。在这里，由于引入光电转换装置，因此为了保证器件的寿命和可靠性，最好能够按照有源光电器件的封装方法和要求进行全密封器件封装。同时，透镜和插针的运用可以替代准直器，这种结构能够有效的减小器件的体积。
通过改装，把透射式结构改装成反射式结构，实现单边出纤。图6中的装置就是在液晶光偏振调制装置604后加入两个直角棱镜608、609，从而改变光路方向。图7也是一样，不过两直角棱镜708、709分别在液晶光偏振调制装置704的两侧，这对器件结构的设计有一定的影响。同样，图8中的直角棱镜807可以替代图6中的两个直角棱镜608、609，实现相同的功能。
另外，图9是反射式结构，准直器或透镜+插针901导入输入光，双折射晶体902起偏，光电转换903一级监控，液晶调制装置904对偏振光调制，双折射晶体905检偏，光电转换装置906实现二级监控，利用反射片931在原导出光路上把需要的光反射回入射准直器(插针+透镜)，即入射光和出射光在同一根光纤上，与环行器结合，同样能够完成衰减器的功能，原理结构功能与前述完全一致。
同时，如图10所示，用PBS同样能够实现相同的方案。准直器或透镜+插针1001导入输入光，PBS1002起偏，光电转换1003一级监控，液晶调制装置1004对偏振光调制，PBS1005检偏，光电转换装置1006实现二级监控，准直器或透镜+插针1007导出所需光信号。
为了得到更紧凑的结构，降低材料的成本，我们可以把分开的两块晶体合为一块，充分利用有效的材料资源。其具体结构见图11、图12，这样得到的器件体积更小，并且是反射式结构，其实是图7结构的浓缩。当耦合封装工艺不能达到过小的间隙时，可以利用一块平行棱镜把入射光和出射光的距离调节到合适的位置，从而解决工艺上可能遇到的问题，另外也可以加入一楔角片，改变光路方向，利用一个双芯准直器(或双芯插针+透镜)耦合导出，其监控部件1103、1106可以放在准直器或透镜+插针1101、1107与晶体1102之间，监控装置的结构与前面提到的相同。同样，图13的结构是图9结构中的光路进行改变，同一端口输入输出，图14的结构对图13和图9的结构运用方式进行一个说明，即用一个环行器把输入光和输出光进行分离。这在大规模运用到上述阵列结构中有很大的优越性。同样，在图12、13中通过准直器或透镜+插针1201、1207、1301把光导入和导出，通过一级监控装置1203、1303，然后分别先后在通过双折射晶体1202、1302及小三角棱镜1208、1308，液晶光调制装置1204、1304，小三角棱镜1209、1309，光路反射后再通过同一块晶体1202、1302进行检偏，图12与图11的区别在于加入平行四边形棱镜把出射光路与入射光路分开，从而有利于器件的封装，1205为二级监控装置。图13中则是利用反射片1331进行原路返回，1305是实现二级光路监控的光电转换装置。
图14中，1402为环行器，1401为单口输入输出式衰减器。
对于液晶光偏振调制装置，我们可以采用TN型液晶结构、液晶相位延迟结构、TN+晶体玻片结构、相位延迟液晶结构+晶体波片结构、铁电液晶等等。在不同的结构，可以得到波长相关和波长无关的衰减方式，不同的结构有不同的用途，波长相关的结构不光可以看成是一个衰减器，同时也可以视为一个简单的整形滤波器。在实现调整DWDM系统的光谱上有利用价值。同时，它又可以作为动态增益均衡结构的基础部件。
权利要求1.一种高可靠性液晶阵列可变衰减器，主要包括光输入端、光衰减装置、控制装置和光输出端，其特征是光输入、输出端为阵列形式，光衰减装置主要包括起偏器阵列、偏器阵列之后的液晶光偏振调制装置和检偏器阵列，控制装置包括在液晶光偏振调制装置前的一级监控模块阵列、在检偏器阵列后的二级监控模块阵列和控制电路。
2.根据权利要求1所述的高可靠性液晶阵列可变衰减器，其特征在于二级监控是在检偏器输出端衰减光路上设置光电转换器，作为计算衰减量大小的依据。
3.根据权利要求1或2所述的高可靠性液晶阵列可变衰减器，其特征是液晶光偏振调制装置中的任意通道液晶的前或后侧设置波长调制晶体波片。
4.根据权利要求1或2所述的高可靠性液晶阵列可变衰减器，其特征是液晶光偏振调制装置中的任意通道液晶的前和后侧设置波长调制晶体波片。
5.根据权利要求1或2所述的高可靠性液晶阵列可变衰减器，其特征是在起偏检偏装置中加入将两束偏振态垂直的线偏振光的偏振态调节成一致的晶体波片或者晶体波片组合。
6.根据权利要求1或2所述的高可靠性液晶阵列可变衰减器，其特征是第一级监控由一个分光器件和光电转换器组成。
7.根据权利要求1或2所述的高可靠性液晶阵列可变衰减器，其特征是光输入、输出端为透镜与插针组合。
8.根据权利要求1或2所述的高可靠性液晶阵列可变衰减器，其特征是在检偏装置前加入改变光路的反射装置。
9. 根据权利要求8所述的高可靠性液晶阵列可变衰减器，其特征是改变光路的两块反射晶体合为一块。
专利摘要本实用新型提供一种高可靠性液晶阵列可变衰减器，光输入、输出端是阵列形式，光衰减装置主要包括起偏器阵列、液晶光偏振调制装置和检偏器阵列，控制装置包括一级监控模块阵列、二级监控模块阵列和控制电路。二级监控是在检偏器输出端衰减光路上设置光电转换器，作为计算衰减量大小的依据。液晶光偏振调制装置中的任意通道液晶的前和、或后侧设置波长调制晶体波片。在起偏检偏装置中加入将两束偏振态垂直的线偏振光的偏振态调节成一致的晶体波片或者晶体波片组合。
文档编号H04J14/02GK2596384SQ0229063
公开日2003年12月31日 申请日期2002年12月26日 优先权日2002年12月26日
发明者梁庆华, 李建, 张勇, 张宇烨, 马琨, 胡强高, 许远忠 申请人:武汉光迅科技有限责任公司