液晶技术在光通信中的应用

前 言
随着光通信的不断高速发展，系统对光器件的性能要求越来越趋于多样化，液晶以本身特有的特点在众多新技术中存活下来并不断的成熟，目前，国外很多公司基于液晶的技术平台开发推出了一系列的动态可调的商用新产品。液晶技术有着自身很明显的优点：小体积的阵列集成，大的电光系数，很低的电压驱动，低功耗，现有技术成熟，制作成本低，无运动部件的实现动态调节。
从目前较成熟的技术应用上分类，液晶器件主要可以分为波长无关的光功率控制器件、波长相关的光功率控制器件及偏振控制器件三大类。下面我们分别进行讨论。
波长无关的光功率控制器件


这类器件包括：通常意义上的光可变衰减器（VOA）、光功率分配器（Tunable splitter）、光开关（OS）等。这类器件很大程度是基于液晶对光的偏振态进行调制，再通过检偏装置最终实现光功率的控制。图1为此种器件的基本原理图，很显然，与显示技术领域的原理是一致的，都是液晶调制器对通过起偏装置后两组线偏振光的偏振态进行调制，然后再经过检偏装置，把调制后的偏振光进行偏振重组，最后得到所需要的光功率输出。基于这个结构原理，可以通过构建不同的偏振装置与相应的液晶调制器配合，得到需要的性能参数。目前，国外对液晶VOA的开发已经很成熟了，多家公司都能提供这种产品，例如：Chorum、Lightwave 2020、Spectra switch、CoAdna Photonics等。国内相关开发最早的是武汉邮科院，早在上世纪80年代末期就开始了相关的研究，经过长期的积累，此类产品已达到国外的先进商用水平，并把这种产品成功应用到Configurable Optical Add/drop Multiplexer(COADM)、VOA+MUX(VMUX)等设计中。图2中，a为COADM的设计方案，b为VMUX后再加一个合波器组成的光功率均衡设计方案，VOA、OS都是DWDM系统中的关键器件。Tunable splitter则是实现一种动态可调光耦合器的效果，取代目前的静态耦合器，为光网络的进一步拓展和维护提供光功率重新分配，这对发展FTTH和CATV有重要的意义。


对于偏振态不确定的光系统，光器件必须要做到偏振无关的光学性能，但是，有些时候由于系统中光偏振态稳定性，偏振相关的液晶光器件也就有其特殊的用武之地。并且，由于不需要起偏装置，器件的体积、集成度和成本上都大大降低。这类器件主要用于激光器前，或者与激光器进行集成。图3为集成了偏振相关液晶VOA（PVOA）的激光器结构示意图。