[发明专利]一种基于液晶包层聚合物光波导的可调光衰减器

说明书

技术领域

本发明属于光电子器件领域，具体涉及一种基于液晶包层聚合物光波导的可调光衰减器。

背景技术

可调光衰减器(Variable Optical Attenuator, VOA) 是光通信系统中不可或缺的关键器件。VOA的主要功能是用来减低光信号或者平衡通道间光功率的差异。特别是随着密集波分复用(DWDM)技术和EDFA在光通信系统中的应用，在多个光信号传输通道上必须进行增益平坦化或者信道功率均衡，在光接收器端要进行动态饱和的控制，这些都使得VOA成为其中不可或缺的关键器件。VOA已成为构成动态信道均衡器(DCE)、可调功率光复用器(VMUX)、光分插复用器(OADM)等光器件的核心部件。

目前常见的VOA技术包括机械式VOA技术、MEMS技术及集成光波导技术等。机械式VOA是较为传统的解决方案，到目前为止，已经在系统中应用的VOA大多是采用机械方式来实现的。这类光衰减器具有工艺成熟、光学特性好、低损耗、偏振相关损耗小、无需温控等优点，但其缺点在于体积较大、组件多且结构复杂、响应速度不高且不利于与其它器件实现集成。利用MEMS技术，可以减小器件的尺寸，但是MEMS的机械磨损较大，而且调制速度较慢，同样不易于与其它器件实现集成化。

液晶材料近年来受到广泛关注，其对近红外光波长有高穿透率，同时液晶元件有着很大的工作带宽与制作小型化的优势。传统的基于液晶材料的VOA利用液晶对O光和E光的响应不同，结合双折射晶体来实现光衰减器功能，体积较大，无法实现集成化。随着光通信系统越来越复杂，VOA的发展趋势是：多通道、小体积、低成本、高集成、响应时间快、易于与其他光器件集成。相比之下，集成光波导VOA的优势日益显现：低插入损耗、成本低、体积小、无活动部件、稳定性好、利于实现模块集成等优点。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于液晶包层聚合物光波导的可调光衰减器，结合聚合物光波导的集成化优势及液晶的可调谐特性，实现可调光衰减功能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

本发明采用垂直方向的电极结构，具体包括硅衬底、下电极、二氧化硅下包层、聚合物光波导芯层、液晶下定向层、液晶间隔物层、液晶层、液晶上定向层、上电极；硅衬底为重掺杂的硅材料，电导率达到2×10^-2Ω·cm以上；硅衬底正上方利用化学气相沉积生长7～10μm厚的二氧化硅下包层，其折射率为1.45；硅衬底正下方利用化学电镀方式电镀有一层金属镍，该层金属镍作为下电极，且下电极的厚度为300nm～1μm;二氧化硅下包层的上表面通过干法刻蚀得到宽3 μm，厚2.5 μm的凹槽，然后通过旋涂匀胶将芯层聚合物材料嵌入二氧化硅包层上表面的凹槽中，从而形成聚合物光波导芯层；所述的二氧化硅下包层、聚合物光波导芯层共同形成平顶式倒脊形波导结构；聚合物光波导芯层的上表面旋涂一层300nm厚的聚甲基丙烯酸甲酯，作为液晶下定向层，所述的聚甲基丙烯酸甲酯折射率为1.48。

上电极的材料为ITO玻璃，其下表面同样旋涂一层300nm厚的聚甲基丙烯酸甲酯，作为液晶上定向层，液晶上定向层下表面与液晶下定向层上表面之间通过多个直径为6～8μm的二氧化硅小球作间隔物，隔出液晶间隔物层，所述的液晶间隔物层为两端开放的筒形，且其横截面为矩形；所述的二氧化硅小球混合在紫外固化胶中，并将硅衬底、下电极、二氧化硅下包层、聚合物光波导芯层、液晶下定向层、液晶上定向层、上电极固定在紫外光中曝光，使液晶上定向层下表面与液晶下定向层通过液晶间隔物层粘合固定；然后再利用毛细现象，将单轴正性向列相液晶注入液晶间隔物层形成的两端开放的筒形内，形成液晶层。

所述的光波导芯层聚合物材料选用SU-8-2005，该材料为MicroChem公司产品，使用环戊酮稀释到23%，其折射率为1.575。

所述的单轴正性向列相液晶的型号为TEB30A。

本发明工作过程如下：