[发明专利]一种基于胆甾相液晶的阵列光开关、其制备方法及对光路开关态切换的方法

说明书

本发明提供了一种基于胆甾相液晶的阵列光开关、其制备方法及对光路开关态切换的方法。所述光开关包括光控取向膜，和设置在所述光控取向膜一侧的胆甾相液晶薄膜；所述光控取向膜的分子指向矢方向呈周期性渐变分布；所述胆甾相液晶薄膜中靠近所述光控取向膜的一层液晶分子的指向矢分布与所述光控取向膜的分子指向矢分布相同。所述光开关是通过先在透明基板一侧形成光控取向膜，然后取向处理，形成预设的分子指向矢分布，最后涂布胆甾相液晶材料，自组装成胆甾相液晶薄膜的方法制备得到。本发明提供的光开关具有驱动光功率低、能够动态操控且稳定调节、开关效率高、整合度好的优点。

技术领域

本发明属于光开关技术领域，具体涉及一种基于胆甾相液晶的阵列光开关、其制备方法及对光路开关态切换的方法。

背景技术

随着光通信技术的不断发展，光开关技术得到了充分的发展。网络的全光覆盖技术已经成为未来的发展趋势。光开关作为控制光路连通和断开的中重要器件也显得越来越重要。光开关本身也由原来最初的低速、高损耗、低集成度向着高速、低损耗、高集成的方向发展。光开关作为光信息交换的核心器件，主要负责对光学系统或集成光路中的光信号进行模式转换或者逻辑操作，在实现动态光路径管理、光网络的故障保护、波长动态分配等方面发挥重要作用，可以有效提高光学系统的灵活性。

光开关按照结构原理可以分为电光开关、磁光开关和热光开关。传统的电光开关虽然可以实现超高速的调控而被广泛利用，但是被使用环境所限制，尤其在波导中其电光效应较弱，且一般而言设备比较占用空间、器件较长；传统式机械光学开关有着不受光波长的影响、介质损耗比较小、不受偏振的影响等优点；磁光开关在响应速度上仅次于电光开关且串扰小但是存在不容易被集成化的问题而被限制了大面积推广使用；其他一些光开关多少存在着类似工艺复杂、制作成本高、导热能力差等问题。因此，对于光开关的研究和改良优化已经日益成为光通信领域的一个热点。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于胆甾相液晶的阵列光开关、其制备方法及对光路开关态切换的方法。该光开关具有驱动光功率低、能够动态操控且稳定调节、开关效率高、整合度好的优点。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种基于胆甾相液晶的阵列光开关，包括光控取向膜，和设置在所述光控取向膜一侧的胆甾相液晶薄膜；

所述光控取向膜的分子指向矢方向呈周期性渐变分布；

所述胆甾相液晶薄膜中靠近所述光控取向膜的一层液晶分子的指向矢分布与所述光控取向膜的分子指向矢分布相同。

本发明提供的基于胆甾相液晶的阵列光开关创造性地利用光敏胆甾相液晶在发生光致异构化过程中产生不同的衍射分布这一原理实现了光路切换的功能。胆甾相液晶具有分层结构，层与层之间会择优取向旋转一个固定角度，从而形成螺旋排列的结构，在使用不同光波段进行照射时液晶分子发生旋转，进而能够对光进行调制。通过进一步对液晶分子进行取向操作，能够实现对光在二维空间的连续调控和操纵，从而实现光的开关态切换。这种光开关对光响应调节保持较高灵敏度的同时，所需的驱动力小且制备简单。

本发明提供的光开关中，靠近光控取向膜的液晶分子被光控取向膜锚定，因此其指向矢分布与光控取向膜相同；靠近空气的液晶分子会因空气的强锚定作用而垂直于薄膜面排列；中间的液晶分子则在两端液晶分子的作用下自组装排布。

作为本发明的优选技术方案，所述光开关包括透明基板、设置在所述透明基板一侧的光控取向膜，以及设置在所述光控取向膜远离所述透明基板一侧的胆甾相液晶薄膜。

作为本发明的优选技术方案，所述光控取向膜的厚度为30-50nm。

优选地，所述胆甾相液晶薄膜的厚度为25-30μm。