液晶技術(shù)在光通信中的應(yīng)用

前 言
隨著光通信的不斷高速發(fā)展，系統(tǒng)對光器件的性能要求越來越趨于多樣化，液晶以本身特有的特點(diǎn)在眾多新技術(shù)中存活下來并不斷的成熟，目前，國外很多公司基于液晶的技術(shù)平臺開發(fā)推出了一系列的動(dòng)態(tài)可調(diào)的商用新產(chǎn)品。液晶技術(shù)有著自身很明顯的優(yōu)點(diǎn)：小體積的陣列集成，大的電光系數(shù)，很低的電壓驅(qū)動(dòng)，低功耗，現(xiàn)有技術(shù)成熟，制作成本低，無運(yùn)動(dòng)部件的實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。
從目前較成熟的技術(shù)應(yīng)用上分類，液晶器件主要可以分為波長無關(guān)的光功率控制器件、波長相關(guān)的光功率控制器件及偏振控制器件三大類。下面我們分別進(jìn)行討論。
波長無關(guān)的光功率控制器件


這類器件包括：通常意義上的光可變衰減器（VOA）、光功率分配器（Tunable splitter）、光開關(guān)（OS）等。這類器件很大程度是基于液晶對光的偏振態(tài)進(jìn)行調(diào)制，再通過檢偏裝置最終實(shí)現(xiàn)光功率的控制。圖1為此種器件的基本原理圖，很顯然，與顯示技術(shù)領(lǐng)域的原理是一致的，都是液晶調(diào)制器對通過起偏裝置后兩組線偏振光的偏振態(tài)進(jìn)行調(diào)制，然后再經(jīng)過檢偏裝置，把調(diào)制后的偏振光進(jìn)行偏振重組，最后得到所需要的光功率輸出�；�于這個(gè)結(jié)構(gòu)原理，可以通過構(gòu)建不同的偏振裝置與相應(yīng)的液晶調(diào)制器配合，得到需要的性能參數(shù)。目前，國外對液晶VOA的開發(fā)已經(jīng)很成熟了，多家公司都能提供這種產(chǎn)品，例如：Chorum、Lightwave 2020、Spectra switch、CoAdna Photonics等。國內(nèi)相關(guān)開發(fā)最早的是武漢郵科院，早在上世紀(jì)80年代末期就開始了相關(guān)的研究，經(jīng)過長期的積累，此類產(chǎn)品已達(dá)到國外的先進(jìn)商用水平，并把這種產(chǎn)品成功應(yīng)用到Configurable Optical Add/drop Multiplexer(COADM)、VOA+MUX(VMUX)等設(shè)計(jì)中。圖2中，a為COADM的設(shè)計(jì)方案，b為VMUX后再加一個(gè)合波器組成的光功率均衡設(shè)計(jì)方案，VOA、OS都是DWDM系統(tǒng)中的關(guān)鍵器件。Tunable splitter則是實(shí)現(xiàn)一種動(dòng)態(tài)可調(diào)光耦合器的效果，取代目前的靜態(tài)耦合器，為光網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)一步拓展和維護(hù)提供光功率重新分配，這對發(fā)展FTTH和CATV有重要的意義。


對于偏振態(tài)不確定的光系統(tǒng)，光器件必須要做到偏振無關(guān)的光學(xué)性能，但是，有些時(shí)候由于系統(tǒng)中光偏振態(tài)穩(wěn)定性，偏振相關(guān)的液晶光器件也就有其特殊的用武之地。并且，由于不需要起偏裝置，器件的體積、集成度和成本上都大大降低。這類器件主要用于激光器前，或者與激光器進(jìn)行集成。圖3為集成了偏振相關(guān)液晶VOA（PVOA）的激光器結(jié)構(gòu)示意圖。