[发明专利]一种空间相位调制器及其制备方法

说明书

一种空间相位调制器及其制备方法。该空间相位调制器包括对盒的第一基板(70)及第二基板(10)，以及设置在两个基板之间的液晶层(40)。第一基板(70)朝向液晶层(40)的一面层叠设置有透明电极层(60)及第一对准导向层(50)，第二基板(10)朝向液晶层(40)的一面层叠设置有电极层(20)及绝缘介质玻璃层(30)，绝缘介质玻璃层(30)朝向液晶层(40)的一面具有斜锯齿结构(321)，锯齿结构(321)作为第二对准导向层与第一对准导向层(50)配合控制液晶层(40)的液晶分子的偏转方向。

技术领域

本发明涉及到通信领域，尤其涉及到一种空间相位调制器及其制备方法。

背景技术

LCoS(Liquid Crystal on Silicon)，即液晶附硅，也叫空间相位调制器，是一种基于反射模式，尺寸非常小的矩阵液晶装置。通常，单片空间相位调制器上由数百万个像素点(pixel)构成，每个像素的大小为几个或者几十个微米。通过控制每个像素点上的电压值，来实现空间相位调制器的不同功能。空间相位调制器最开始的应用主要在显示领域，与其它液晶显示技术相比，基于空间相位调制器的显示设备更容易实现高的分辨率和充分的色彩表现。随着对空间相位调制器的研究逐渐深入，其应用范围也不断扩大。特别近几年，空间相位调制器作为一种新型的光学引擎，已经逐渐应用于光通信领域：包括WSS、色散补偿、光学整形等等。

与显示领域应用不同的是，在通信中的应用主要是基于空间相位调制器的相位调制效应。LCoS作为SLM(空间相位调制器)，实现对空间光的相位控制，从而实现空间相位调制器的相应功能。传统的空间相位调制器如图1所示，其物理结构从上到下依次包括表面玻璃层1、公共ITO电极层2、上对准导向层3、液晶分子层4、下对准导向层5、电极层6以及硅基背板7。当在电极层6以及公共ITO电极层2之间施加电压后，液晶分子在电场的作用下产生偏转，不同的电压会产生不同的偏转角度。同时，由于液晶分子材料的双折射效应，分子材料的不同偏角意味着不同的双折射率以及光程。因此，当入射光进入液晶层的不同位置时，由于加载的电压不同而产生不同的光相位延迟量，从而实现对入射光的空间相位调制效应。

在空间相位调制器的有源区域有一层镀铝电极，大小对应于空间相位调制器的每个像素点(pixel)。由于每个像素点上所加的电压值是不一样的，因此，在相邻的像素点之间，需要一个空闲(gap)区域来隔离两个像素点之间的电场干扰，而空闲区域的材料为硅，对于入射光基本不反射。这样一来，当光入射至空间相位调制器的背板时，入射在镀铝电极上的部分能够得到大部分反射(通常＞96％)，而入射至gap区域的光将大部分被吸收而损耗掉。当gap减小时，可以提高器件反射率，但是由于边沿场效应使得两个相邻像素点的串扰增加，影响器件性能。因此，在空间相位调制器器件设计时，需要在损耗及串扰之间作一个平衡，保证器件的综合性能。当空间相位调制器用于光通信领域时，空间相位调制器损耗的提升必然会带来器件的额外损耗，需要增加光放大器的增益值，而这样会带来更大的放大器噪声，影响系统传输性能。因此，在通信领域应用时，空间相位调制器的器件损耗显得更加尤为重要。以目前商用的产品为例，其用于通信波段的产品的填充率(定义为电极区域与整个像素点区域的比值)为87％，器件的反射率为60％。这样，仅由反射率带来的损耗就达到2.2dB。因此，当空间相位调制器作为光学开关引擎用于光模块(如WSS)时，由空间相位调制器部件带来的损耗就将达到3dB左右，而传统的MEMS光学引擎损耗＜1dB。因此，基于该空间相位调制器的光学器件，在器件损耗方面性能将受到影响。