一种低功率损耗波长选择开关及其实现方法与流程

1.本发明涉及光纤通信技术领域，尤其涉及一种低功率损耗波长选择开关及其实现方法。


背景技术：

2.波长选择开关(wss)是可重构光分插复用器(roadm)的核心光器件，主要用于不同波长光信号在不同方向的切换、衰减或关断。功率损耗是wss器件的关键指标之一，直接决定roadm系统的性能优劣。wss器件功率损耗越低，则roadm系统的光信号传输交换性能越好，同时低功率损耗的wss器件也可以增加roadm系统的配置扩展性。
3.目前，商用wss器件主要采用硅基液晶(lcos)技术方案，最大端口数目1
×
32，功率损耗8.5db。该功率损耗值较大，在roadm系统组网时，需要配置光纤放大器(edfa)来减小系统的功率损耗，才能保证信号传输交换性能。这样不仅增加了系统配置的复杂程度，同时也提高成本。随着wss器件的端口数目继续增加，结构越来越复杂，其功率损耗也将进一步增大，这将阻碍roadm系统的进一步发展。
4.wss器件功率损耗较大，是其重要缺陷，会影响roadm系统的传输交换性能，提高roadm系统的配置复杂程度。想要减小wss器件的功率损耗，业内通常采用减小其内部各光学元器件损耗的方法来实现。但随着wss技术的不断发展，其内部光学元器件损耗基本已经降至极限，想要继续减小难度很大。
5.鉴于此，如何克服该现有技术所存在的缺陷，解决上述波长选择开关功率损耗大的问题，是本技术领域亟待解决的难题。


技术实现要素：

6.针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种低功率损耗波长选择开关及其实现方法，对wss器件所使用的lcos芯片增加镀膜结构，减少光信号在wss器件内部通过lcos芯片时的功率损耗，在不对现有wss器件光路结构、封装结构做出改动的同时，减小wss器件的功率损耗。这种设计便于兼容现有wss器件结构，可以较容易的实现低功率损耗的wss器件。
7.本发明实施例采用如下技术方案：
8.第一方面，本发明提供了一种低功率损耗波长选择开关，包括lcos芯片，所述lcos芯片包括信号光入射层以及信号光反射层，所述信号光反射层上存在若干沟槽，其中，所述信号光反射层的表面还设置有覆盖了所述沟槽的反射介质膜层，信号光入射时，经过信号光入射层达到反射介质膜层即发生反射并返回。
9.进一步的，所述信号光反射层包括金属反射层，所述金属反射层存在像素化设计，所述沟槽存在于像素与像素之间。
10.进一步的，所述反射介质膜层的反射率比所述金属反射层更高，以使信号光入射时在所述反射介质膜层反射，而不用进入所述金属反射层的沟槽。
11.进一步的，所述信号光入射层包括玻璃盖板以及液晶材料，其中，所述玻璃盖板面向所述液晶材料的一侧设有氧化铟锡膜层，所述液晶材料的两侧均设置有聚酰亚胺膜层，信号光入射时，依次经过玻璃盖板、氧化铟锡膜层、聚酰亚胺膜层、液晶材料、聚酰亚胺膜层，然后达到反射介质膜层即发生反射，并依次返回。
12.进一步的，所述反射介质膜层的折射率设计与所述聚酰亚胺膜层相匹配。
13.进一步的，所述lcos芯片还包括cmos电路基板，所述信号光反射层设置在所述cmos电路基板与所述信号光入射层之间。
14.进一步的，还包括光纤阵列、整形透镜一、整形透镜二、衍射光栅以及变换透镜，光纤信号从光纤阵列的中间端口输入，经过整形透镜一和整形透镜二的耦合，变换成椭圆形光斑，再经衍射光栅衍射，将不同波长的光信号在空间按不同角度分开，再经过变换透镜，将不同波长的光信号变换成光轴互相平行的信号光，垂直入射到lcos芯片，经过lcos芯片对入射的信号光进行调制，变成不同角度的光信号以用于切换。
15.第二方面，本发明提供了一种低功率损耗波长选择开关的实现方法，该方法在lcos芯片的信号光反射层的表面设置有覆盖其沟槽的反射介质膜层，以使信号光入射到lcos芯片时，经过信号光入射层后在所述反射介质膜层发生反射，避免原本入射到沟槽区域后损失的信号光能量。
16.进一步的，所述信号光入射层包括依次设置的玻璃盖板、氧化铟锡膜层、聚酰亚胺膜层、液晶材料、聚酰亚胺膜层，所述信号光反射层包括金属反射层，所述沟槽存在于所述金属反射层的像素与像素之间，信号光入射时，依次经过玻璃盖板、氧化铟锡膜层、聚酰亚胺膜层、液晶材料、聚酰亚胺膜层，然后达到反射介质膜层即发生反射，并依次返回。
17.进一步的，所述反射介质膜层的反射率比所述金属反射层更高，所述反射介质膜层的折射率设计与所述聚酰亚胺膜层相匹配。
18.与现有技术相比，本发明实施例的有益效果在于：对波长选择开关所使用的lcos芯片增加镀膜结构，减少光信号在波长选择开关内部通过lcos芯片的功率损耗，在不对现有波长选择开关的光路结构、封装结构做出改动的同时，减小波长选择开关的功率损耗。这种设计便于兼容现有波长选择开关结构，可以较容易的实现低功率损耗的波长选择开关。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
20.图1为本发明实施例1所述的现有wss器件使用的lcos芯片结构示意图；
21.图2为本发明实施例1所述的一种低功率损耗波长选择开关使用的lcos芯片结构示意图；
22.图3为本发明实施例1所述的一种低功率损耗波长选择开关的光学系统原理图。
具体实施方式
23.在本发明的描述中，术语“内”、“外”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”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，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不应当理解为对本发明的限制。
24.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
25.现有技术方案的波长选择开关(下面简称为wss器件)，功率损耗较大。采用减小内部光学元器件损耗的方法降低wss器件损耗，基本已达极限。这将限制更高维度wss器件的实现和roadm系统的进一步发展。
26.如图1所示，为现有wss器件使用lcos芯片结构示意图，该lcos芯片共分为7层结构，依次为玻璃盖板101、氧化铟锡(ito)膜层107、聚酰亚胺(pi)膜层102、液晶材料103、聚酰亚胺膜层102、金属反射层104、cmos电路基板105。其中，氧化铟锡膜层107是镀膜在玻璃盖板101面向液晶材料103的一侧，两层聚酰亚胺膜层102分别镀膜在液晶材料103的两侧。信号光入射至lcos芯片时，从玻璃盖板101外侧射入，依次经过玻璃盖板101、氧化铟锡膜层107、聚酰亚胺膜层102、液晶材料103、聚酰亚胺膜层102，然后经过金属反射层104反射，再依次返回。在上述过程中，由于lcos芯片的金属反射层104存在像素化设计，像素与像素之间存在沟槽106，当信号光在金属反射层反射时，沟槽106区域的信号光将发生损失。
27.针对现有技术方案的缺陷，本发明的实施例提出了一种创新性的技术方案，不通过减小内部光学元器件损耗的方法来降低wss器件损耗，而是从其切换单元(也即lcos芯片)入手，通过对lcos芯片增加镀膜结构，减小光信号在wss器件内部通过lcos芯片时的功率损耗，从而有效减小wss器件的功率损耗。这样不改变现有wss器件光路结构和封装结构，在减小wss器件功率损耗的同时，可以较容易的兼容现有wss器件结构。
28.实施例1
29.针对上述情况，本发明的优选实施例1提出一种低功率损耗波长选择开关，通过对lcos芯片内部增加镀膜结构，减小光信号在wss器件内部通过lcos芯片的功率损耗，从而有效减小wss器件的功率损耗。如图2所示，本优选实施例的低功率损耗波长选择开关使用的lcos芯片结构包括信号光入射层以及信号光反射层，所述信号光反射层上存在若干沟槽206，其中，所述信号光反射层的表面还设置有覆盖了所述沟槽206的反射介质膜层207，信号光入射时，经过信号光入射层达到反射介质膜层207即发生反射并返回。
30.在本优选实施例中，低功率损耗波长选择开关使用的lcos芯片结构还包括cmos电路基板205，所述信号光反射层设置在所述cmos电路基板205与所述信号光入射层之间。信号光入射层、信号光反射层、cmos电路基板形成完整的lcos芯片结构。
31.在本优选实施例中，所述信号光反射层包括金属反射层204，所述金属反射层204存在像素化设计，所述沟槽206存在于像素与像素之间。本优选实施例的反射介质膜层207的反射率比所述金属反射层204更高，以使信号光入射时在所述反射介质膜层207反射，而不用进入所述金属反射层204的沟槽206。这里的反射介质膜层207让入射的信号光不用进入金属反射层204以及金属反射层204之间的沟槽，而像素化的金属反射层204则不需要再进行反射光的功能，只需提供施加电场的功能。反射介质膜层207通常不是导体材料，所以无法直接完全替代金属反射层204。
32.在本优选实施例中，上述信号光入射层包括玻璃盖板201以及液晶材料203，其中，所述玻璃盖板201面向所述液晶材料203的一侧设有氧化铟锡膜层208，所述液晶材料203的两侧均设置有聚酰亚胺膜层202，信号光入射时，依次经过玻璃盖板201、氧化铟锡膜层208、聚酰亚胺膜层202、液晶材料203、聚酰亚胺膜层202，然后达到反射介质膜层207即发生反射，并依次返回。其中，玻璃盖板201用于与反射介质膜层207一起约束液晶材料203层；氧化铟锡膜层208为透明电极材料，用于使信号光透过，同时对液晶材料203施加电场；聚酰亚胺膜层202用于对液晶材料203分子进行定向；液晶材料203受聚酰亚胺膜层202定向及电场控制作用，液晶分子发生定向旋转，对信号光进行相位调制；反射介质膜层207用于对信号光进行反射。在本优选实施例中，所述反射介质膜层207的折射率设计与所述聚酰亚胺膜层202相匹配，该匹配最好是两者的折射率相同，但在实际制造以及使用过程中，很难做到完全相同，所以两者的折射率只需匹配到一个可以接受的范围内即可，该范围可根据需求自行制定。
33.对于本优选实施例的上述结构，可以看出其在现有wss器件使用lcos芯片结构基础上，在金属反射层204表面增加了反射介质膜层207，其折射率设计与聚酰亚胺膜层202匹配，反射率比金属反射层更高。同时，反射介质膜层207覆盖了金属反射层204像素化设计的沟槽206，避免了原本入射到沟槽206区域损失的信号光能量。因此，当信号光入射至本实施例wss器件使用镀膜结构的locs芯片时，依次通过玻璃盖板201、氧化铟锡膜层208、聚酰亚胺膜层202、液晶材料203、聚酰亚胺膜层202，再经过反射介质膜层207即发生反射，并依次返回，其功率损耗更小。
34.以上为本优选实施例提供的低功率损耗波长选择开关的lcos芯片的结构描述，在此基础上，如图3所示，本优选实施例的低功率损耗波长选择开关还包括光纤阵列301、整形透镜一302、整形透镜二303、衍射光栅304以及变换透镜305，加上lcos芯片306，组成本优选实施例低功率损耗波长选择开关的基本结构，参考图3，本优选实施例的wss光学系统原理如下：光纤信号从光纤阵列301的中间端口输入，经过整形透镜一302和整形透镜二303的耦合，变换成椭圆形光斑，再经衍射光栅304衍射，将不同波长的光信号在空间按不同角度分开，再经过变换透镜305，将不同波长的光信号变换成光轴互相平行的信号光，垂直入射到lcos芯片306，经过lcos芯片对入射的信号光进行调制，变成不同角度的光信号以用于切换。
35.本优选实施例的设计思路就是采用低损耗的镀膜结构lcos芯片代替现有普通lcos芯片，在不改变wss器件光路结构和和封装结构的前提下，降低wss器件功率损耗，提升roadm系统的整体性能。
36.综上所述，本优选实施例对波长选择开关所使用的lcos芯片增加镀膜结构，减少光信号在波长选择开关内部通过lcos芯片的功率损耗，在不对现有波长选择开关的光路结构、封装结构做出改动的同时，减小波长选择开关的功率损耗。这种设计便于兼容现有波长选择开关结构，可以较容易的实现低功率损耗的波长选择开关。
37.实施例2
38.本发明实施例2提供一种低功率损耗波长选择开关的实现方法，通过该方法来实现如实施例1所述的低功率损耗波长选择开关。参考图2，本实施例的方法具体为：在原有的lcos芯片的信号光反射层的表面设置有覆盖其沟槽206的反射介质膜层207，以使信号光入
射到lcos芯片时，经过信号光入射层后在所述反射介质膜层207发生反射，避免原本入射到沟槽206区域后损失的信号光能量。
39.上述方法中，所述原有的lcos芯片即包括信号光入射层、信号光反射层、基板层。其中，信号光入射层从外至内依次包括玻璃盖板201、氧化铟锡膜层208、聚酰亚胺膜层202、液晶材料203、聚酰亚胺膜层202，信号光反射层包括金属反射层204，基板层包括cmos电路基板205，金属反射层204上因为像素设计的缘故，在像素与像素之间具备一些沟槽206，信号光入射到原有的lcos芯片时，先是依次经过玻璃盖板201、氧化铟锡膜层208、聚酰亚胺膜层202、液晶材料203、聚酰亚胺膜层202，然后达到金属反射层204进行反射，因为沟槽206的缘故，射到沟槽206区域的信号光将发生损失。而本实施例在金属反射层204的表面镀膜有反射介质膜层207，且反射介质膜层207覆盖金属反射层204的沟槽206，这样一来，信号光再入射到本实施例的lcos芯片时，先是依次经过玻璃盖板201、氧化铟锡膜层208、聚酰亚胺膜层202、液晶材料203、聚酰亚胺膜层202，然后达到反射介质膜层207即进行反射，避免了原本入射到沟槽206区域后损失的信号光能量。
40.本实施例中，所述反射介质膜层207的反射率比所述金属反射层204更高，以使信号光入射时在所述反射介质膜层207反射，而不用进入所述金属反射层204的沟槽206。所述反射介质膜层207的折射率设计与所述聚酰亚胺膜层202相匹配。
41.上面所述的对lcos芯片的增加反射介质膜层207的镀膜改进方法也即本实施例提供的低功率损耗波长选择开关的实现方法，而对于波长选择开关的其他部件，如光纤阵列、整形透镜、衍射光栅以及变换透镜等，则不需要进行改变。
42.综上所述，本实施例提供的一种低功率损耗波长选择开关的实现方法，通过对波长选择开关所使用的lcos芯片增加镀膜结构，减少光信号在波长选择开关内部通过lcos芯片的功率损耗，在不对现有波长选择开关的光路结构、封装结构做出改动的同时，减小波长选择开关的功率损耗。这种设计便于兼容现有波长选择开关结构，可以较容易的实现低功率损耗的波长选择开关。
43.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种低功率损耗波长选择开关，其特征在于，包括lcos芯片(306)，所述lcos芯片(306)包括信号光入射层以及信号光反射层，所述信号光反射层上存在若干沟槽(206)，其中，所述信号光反射层的表面还设置有覆盖了所述沟槽(206)的反射介质膜层(207)，信号光入射时，经过信号光入射层达到反射介质膜层(207)即发生反射并返回。2.根据权利要求1所述的低功率损耗波长选择开关，其特征在于，所述信号光反射层包括金属反射层(204)，所述金属反射层(204)存在像素化设计，所述沟槽(206)存在于像素与像素之间。3.根据权利要求2所述的低功率损耗波长选择开关，其特征在于，所述反射介质膜层(207)的反射率比所述金属反射层(204)更高，以使信号光入射时在所述反射介质膜层(207)反射，而不用进入所述金属反射层(204)的沟槽(206)。4.根据权利要求1所述的低功率损耗波长选择开关，其特征在于，所述信号光入射层包括玻璃盖板(201)以及液晶材料(203)，其中，所述玻璃盖板(201)面向所述液晶材料(203)的一侧设有氧化铟锡膜层(208)，所述液晶材料(203)的两侧均设置有聚酰亚胺膜层(202)，信号光入射时，依次经过玻璃盖板(201)、氧化铟锡膜层(208)、聚酰亚胺膜层(202)、液晶材料(203)、聚酰亚胺膜层(202)，然后达到反射介质膜层(207)即发生反射，并依次返回。5.根据权利要求4所述的低功率损耗波长选择开关，其特征在于，所述反射介质膜层(207)的折射率设计与所述聚酰亚胺膜层(202)相匹配。6.根据权利要求1所述的低功率损耗波长选择开关，其特征在于，所述lcos芯片(306)还包括cmos电路基板(205)，所述信号光反射层设置在所述cmos电路基板(205)与所述信号光入射层之间。7.根据权利要求1-6任一所述的低功率损耗波长选择开关，其特征在于，还包括光纤阵列(301)、整形透镜一(302)、整形透镜二(303)、衍射光栅(304)以及变换透镜(305)，光纤信号从光纤阵列(301)的中间端口输入，经过整形透镜一(302)和整形透镜二(303)的耦合，变换成椭圆形光斑，再经衍射光栅(304)衍射，将不同波长的光信号在空间按不同角度分开，再经过变换透镜(305)，将不同波长的光信号变换成光轴互相平行的信号光，垂直入射到lcos芯片(306)，经过lcos芯片对入射的信号光进行调制，变成不同角度的光信号以用于切换。8.一种低功率损耗波长选择开关的实现方法，其特征在于，在lcos芯片的信号光反射层的表面设置有覆盖其沟槽(206)的反射介质膜层(207)，以使信号光入射到lcos芯片时，经过信号光入射层后在所述反射介质膜层(207)发生反射，避免原本入射到沟槽(206)区域后损失的信号光能量。9.根据权利要求8所述的低功率损耗波长选择开关的实现方法，其特征在于，所述信号光入射层包括依次设置的玻璃盖板(201)、氧化铟锡膜层(208)、聚酰亚胺膜层(202)、液晶材料(203)、聚酰亚胺膜层(202)，所述信号光反射层包括金属反射层(204)，所述沟槽(206)存在于所述金属反射层(204)的像素与像素之间，信号光入射时，依次经过玻璃盖板(201)、氧化铟锡膜层(208)、聚酰亚胺膜层(202)、液晶材料(203)、聚酰亚胺膜层(202)，然后达到反射介质膜层(207)即发生反射，并依次返回。10.根据权利要求8-9任一所述的低功率损耗波长选择开关的实现方法，其特征在于，所述反射介质膜层(207)的反射率比所述金属反射层(204)更高，所述反射介质膜层(207)
的折射率设计与所述聚酰亚胺膜层(202)相匹配。

技术总结
本发明涉及光纤通信技术领域，尤其涉及一种低功率损耗波长选择开关及其实现方法，该波长选择开关包括LCOS芯片，LCOS芯片包括信号光入射层以及信号光反射层，信号光反射层上存在若干沟槽，其中，信号光反射层的表面还设置有覆盖了沟槽的反射介质膜层，信号光入射时，经过信号光入射层达到反射介质膜层即发生反射并返回。本发明对WSS器件所使用的LCOS芯片增加镀膜结构，减少光信号在WSS器件内部通过LCOS芯片时的功率损耗，在不对现有WSS器件光路结构、封装结构做出改动的同时，减小WSS器件的功率损耗。这种设计便于兼容现有WSS器件结构，可以较容易的实现低功率损耗的WSS器件。可以较容易的实现低功率损耗的WSS器件。可以较容易的实现低功率损耗的WSS器件。


技术研发人员：杨睿 杨柳 郭金平 王凡 禤颖仪 吕程
受保护的技术使用者：武汉光迅科技股份有限公司
技术研发日：2022.01.06
技术公布日：2023/7/22