[发明专利]一种基于相变材料的空间光调制系统

说明书

本发明公开了一种基于相变材料的空间光调制系统，包括：输入系统，用于将输入光输入到相变材料调制单元阵列；相变材料调制单元阵列，由相变调制单元在平面排列形成，用于对所述输入光的相位和振幅特性进行二维空间分布调制；光寻址器与电寻址电路，与所述相变材料调制单元阵列相连，用于在外部信号的控制下对相变材料调制单元阵列内的每一个相变调制单元独立寻址并控制；输出系统，与所述相变材料调制单元阵列相连，用于将被所述相变材料调制单元阵列调控的光场输出。相变调制单元主要功能层为相变材料层，给相变材料施加一定的电/光刺激，可以改变相变材料的光学特性。通过一定设计的材料厚度、结构可实现对输入光相位和振幅的调控。

技术领域

本发明属于微电子/光电子技术领域，尤其涉及一种基于相变材料的空间光调制系统。

背景技术

空间光调制器(SLM)是指在电信号或光信号的主动控制下，通过一定的器件结构来调制光波的振幅、相位等特征，从而将一定的信息写入射入光波当中。一般来说，空间光调制器含有许多独立的单元(像素)，在空间排列成一维或二维阵列，每个单元可被独立控制，从而控制输出光在空间的分布。空间光调制器被广泛应用在显示、投影、光学信息处理等领域内，而且SLM还是光计算、光学神经网络系统当中的构造单元与核心器件。

按空间光调制器的信号源来分类，SLM分为光寻址与电寻址两类，如果按照SLM读出信号的方式来分类，可分为透射型和反射型。最常见的空间光调制器有液晶空间光调制器(LC-SLM)、数字微反射镜器件(DMD)。一般来说，液晶空间光调制器通过电信号或光信号来改变液晶材料的光学性质而从达到调制入射光的目的。而数字微反射镜器件是依靠微机电系统(MEMS)来控制微镜旋转从而调制光波振幅。

随着光技术的发展，对空间光调制器的要求也越来越高。在很多应用当中(比如在光计算、光通信领域内)，需要分辨率更高、速度更快、可靠性更好的空间光调制器来提高处理信息的能力。目前市面上的液晶空间光调制器虽然技术成熟，但由于受制于液晶材料本身的一些特点，其相应速度还是较慢，响应时间还在毫秒级别，而且其单个单元(像素)面积也无法做到很小(横向尺寸2um以上)。数字微反射镜器件更是由于其复杂的MEMS结构，像素单元尺寸较大(5.4um以上)，而且其制作难度较大，成本较高，可靠性一般。而且数字微反射镜只能调制光的振幅信息，无法调制相位、偏振等光波信息，应用受限。

相变材料，是指具有多种可变的非晶态、多晶态等相态，并能够在不同相态之间进行可逆的快速转变。在不同相态下，其光学特性包括折射率与吸收系数具有相当大的差异，其电学特性主要表现为电阻值也有相当大的差异。在近30年，相变材料被广泛于多媒体光学存储，如DVD中；近10年间，随着微电子技术的发展，相变材料开始被应用于高速非易失性存储器中。相变材料大致可分为两种，一种是以二氧化钒(VO₂)为代表的易失性相变材料，为单稳态，在不同的温度下只有一种稳定的相态，要想维持对应的相态，需要不断提供能量来维持其状态。另一种是以硫系相变材料((例如Ge₂Sb₂Te₅、Sb₂S₃等)为代表，具有非易失性，具有多稳态，一个稳定的非晶态，一个或多个稳定的晶态，在电学或光学刺激下可实现可逆的转换。切换速度在纳秒级别(10ns-30ns)。

基于以上内容，在本发明中，提出了基于相变材料实现高分辨率，高速空间光调制器结构。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种基于相变材料的空间光调制系统，以解决现有存在的速度慢、分辨率较低、响应时间长的问题。

为了达到上述目的，本发明实施例所采用的技术方案是：一种基于相变材料的空间光调制系统，包括：

输入系统，用于将输入光输入到相变材料调制单元阵列；

相变材料调制单元阵列，由相变调制单元在平面排列形成，用于对所述输入光的相位和振幅特性进行二维空间分布调制；