CN110709762B - 波长选择开关、配向方向获取方法、硅基液晶及制作方法 - Google Patents

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Abstract

一种硅基液晶(1)、波长选择开关(100)、配向方向R1获取方法以及一种硅基液晶(1)制作方法。应用于波长选择开关(100)的硅基液晶(1)具有第一像素区(20)，液晶层(13)包括位于第一像素区(20)内的第一液晶(131)，在电场的控制下，第一液晶(131)在垂直于第一面板(11)的平面上发生偏转，且在平行于第一面板(11)的平面上向第一方向D1偏转，配向膜(15)包括位于第一像素区(20)内的第一部分配向膜(151)，第一部分配向膜(151)的配向方向R1相对入射光束(202)的偏振方向P1向第二方向D2偏转，第二方向D2与第一方向D1相反，以降低偏转光束(203)的损耗。硅基液晶(1)能够降低波长选择开关(100)的损耗。

Description

波长选择开关、配向方向获取方法、硅基液晶及制作方法
技术领域
本申请涉及光通信领域，特别是一种波长选择开关、一种配向方向获取方法、一种硅基液晶以及一种硅基液晶制作方法。
背景技术
随着网络流量和带宽的飞速增长，运营商对于底层的波分网络的智能调度功能的需求越来越迫切，这导致ROADM(Reconfigurable Optical Add-Drop Multiplexer，可重构光分插复用器)逐渐为越来越多的高端运营商的网络所采用。网络中引入ROADM后，运营商可以快速的提供波长级的业务，便于进行网络规划，降低运营费用，便于维护，降低维护成本。
典型的C(colorless，无色)D(directionless，无方向)C(contentionless，无阻塞)的ROADM节点由线路侧模块以及客户侧模块构成。其中，线路侧由多个波长选择开关(Wavelength selective switch，WSS)模块堆叠互连。而随着网络的扩容以及网络架构无线网格(MESH)化，ROADM节点的维度需求越来越大，也就要求波长选择开关的端口数随之增大。
然而，目前基于硅基液晶(Liquid Crystal on Silicon，LCOS)的波长选择开关由于边缘端口的损耗值远大于中心端口的损耗值，波长选择开关对系统的性能影响主要考虑最大插损端口，因此会劣化波长选择开关的性能，造成系统损耗。
发明内容
本申请实施例提供一种波长选择开关、一种配向方向获取方法、一种硅基液晶以及一种硅基液晶制作方法。
为了实现上述目的，本申请实施方式采用如下技术方案：
第一方面，本申请实施例提供一种硅基液晶，应用于波长选择开关。所述硅基液晶用于衍射呈线偏振态的入射光束以形成偏转光束。所述硅基液晶作为所述波长选择开关的光交换引擎，用于实现相位调制效应，以独立控制入射到所述硅基液晶不同区域的光束的衍射偏转方向。
所述波长选择开关还包括至少一个输入端口、至少一个与所述输入端口相对应的输出端口组、偏振转换单元、波分解复用器(例如衍射光栅)以及透镜。每个所述输出端口组中包括至少两个输出端口(例如输出光纤)。多波长信号通过所述输入端口形成输入光束。所述输入光束被所述偏振转换单元转换为与所述硅基液晶的工作偏振状态所对应的线偏振光。线偏振光入射到所述波分解复用器上，所述波分解复用器将各个波长以不同的角度分散开，而后由所述透镜将分散开的光束变为平行光束以入射到所述硅基液晶的不同位置。不同波长的光束聚焦到所述硅基液晶的不同区域并被衍射偏转，衍射后的光束经所述偏振转换单元恢复原偏振态，不同波长的光束耦合到各自的目标输出端口中。由于不同波长的光束被所述硅基液晶上的不同区域单独控制各自的衍射偏转方向，因此所述硅基液晶能够将任意波长组合切换到任一所述输出端口中。其中，所述波长选择开关还包括反射镜，所述反射镜用于反射光线。
所述硅基液晶用于衍射呈线偏振态的入射光束以形成偏转光束。所述硅基液晶包括第一面板、第二面板、液晶层、驱动电路以及两层配向膜。所述第一面板与所述第二面板相对设置。所述第一面板平行于所述第二面板。所述第一面板可为硅基晶元面板，第二面板可为透光的玻璃盖板。所述液晶层位于所述第一面板与所述第二面板之间。所述驱动电路用于产生电场以控制所述液晶层中的液晶偏转。两层所述配向膜分别位于所述液晶层的相对两侧。也即，其中一个所述配向膜位于所述液晶层与所述第一面板之间，另外一个所述配向膜位于所述液晶层与所述第二面板之间。所述配向膜用以使所述液晶层内液晶具有初始取向。
可选的，所述驱动电路包括第一电极层和第二电极层。所述第一电极层位于所述液晶层与所述第一面板之间。所述第二电极层位于所述液晶层与所述第二面板之间。具体而言，所述第一电极层形成在所述第一面板的朝向所述液晶层的一侧，所述第二电极层形成在所述第二面板的朝向所述液晶层的一侧，两层所述配向膜位于所述第一电极层和所述第二电极层之间。所述第一电极层与所述第二电极层通电时，通过垂直配向驱动方式控制所述液晶层中的液晶偏转。
当所述第一电极层和所述第二电极层上加载电压，在所述第一电极层与所述第二电极层之间形成电场时，所述液晶层中的液晶会发生偏转。在一种实施例中，所述液晶层中液晶的液晶长轴由大致平行于所述第一面板的方向向大致垂直于所述第一面板的方向偏转。在另一种实施例中，所述液晶层中液晶长轴也可由大致垂直于所述第一面板的方向向大致平行于所述第一面板的方向偏转。由于液晶是双折射材料，液晶偏转会带来等效折射率的变化，从而实现相位调制效应。同时，液晶分子偏转的角度与所述第一电极层和所述第二电极层上所加载电压的大小相关，因此可以通过加载不同的电压来实现不同的相位调制量。
所述波长选择开关需要对不同波长的光束进行输出端口切换，不同波长的光束入射到所述硅基液晶的表面时，占据不同的区域。在所述驱动电路上加载电压信息时，不同的波长通道所对应的像素区域在端口切换方向上的电压信息不同，从而形成相位周期不同的相位光栅。其中，所述相位光栅为2π阶梯变化的反射型闪耀光栅，使得光束被衍射后的光能量集中在预定的方向上，也即集中在某一光谱级(例如+1级)上，从这个方向探测时，光谱的强度最大。由于光栅的衍射效应，不同相位周期的光栅可以实现不同的衍射转角，从而实现在不同端口进行各自对应的信号输出。所述硅基液晶的衍射原理为：根据光栅方程∧1(sinθ+sinBm)＝mλ可知，其中θ为入射角度，对于信号光(m＝+1级次)，其衍射角度Bm可通过控制相位周期∧1来实现。所述输出端口组包括N个输出端口(N为大于等于2的整数)，N个输出端口所对应的偏转光束所需要的衍射角不同，例如，位于中心区域的输出端口所对应的偏转光束所需要的衍射角较小，而位于边缘区域的输出端口所对应的偏转光束所需要的衍射角则很大，越边缘的端口所需要的衍射角越大，所对应的相位光栅周期越小。由于液晶分子的扭曲效应，因此当相位光栅周期很小、电压梯度很大时，所述液晶层中的液晶分子不仅会在垂直于所述第一面板的平面发生偏转，还会在平行于所述第一面板平面内进行旋转，从而导致所述偏转光束的偏振态发生旋转，进而使得所述偏转光束产生偏振损耗和衍射不充分损耗，增加了所述波长选择开关的损耗。
所述硅基液晶具有第一像素区。所述第一像素区内具有多个第一子像素区，不同波长的入射光束入射到不同的所述子像素区中。所述液晶层包括位于所述第一像素区内的第一液晶。所述第一液晶是指所述液晶层的位于所述第一像素区内的所有液晶。在所述电场的控制下，所述第一液晶在垂直于所述第一面板的平面上发生偏转。此时，所述硅基液晶在所述第一像素区形成相位周期不同的多个第一相位光栅，所述多个第一相位光栅与所述多个第一子像素区一一对应，所述多个第一相位光栅用于分别衍射不同波长的所述入射光束，以使不同波长的所述入射光束各自发生偏转以形成衍射偏转方向不同的所述偏转光束。在所述电场的控制下，所述第一液晶还在平行于所述第一面板的平面上向第一方向偏转。此时，由于相位周期不同、电压梯度不同，因此所述第一液晶位于不同所述第一子像素区内的不同部分所发生偏转的角度不同，但偏转方向相同，均向所述第一方向发生偏转。所述配向膜包括位于所述第一像素区内的第一部分配向膜。所述第一部分配向膜的配向方向相对所述入射光束的偏振方向向第二方向偏转。所述第二方向与所述第一方向相反，以降低所述偏转光束的损耗。
在本实施例中，由于所述配向膜的所述第一部分配向膜的配向方向相对所述入射光束的偏振方向向第二方向偏转，所述第二方向与所述第一方向相反，因此当所述硅基液晶通电、所述第一液晶在平行于所述第一面板的平面上向第一方向偏转时，所述第一液晶由所述配向膜所带来的初始取向抵消了其在平行于所述第一面板的平面上的至少部分偏转角度，从而减小了所述第一液晶与所述入射光束的偏振方向之间的偏转角，降低了所述偏转光束的偏振态的旋转角度，使得所述偏转光束的偏振损耗和衍射不充分损耗较低，所述波长选择开关的损耗较小，优化了所述波长选择开关的性能。
可以理解的是，所述配向膜的配向方向可通过现有的配向工艺(例如摩擦配向、化学配向或光配向等)实现，无需增加任何硬件设备，因此无额外的成本。同时，也不需要改变所述硅基液晶的制备流程，仅需要改变配向工艺中的参数，因此可实现性强，成本低，适用范围广。所述配向方向为所述配向膜中聚合物分子的取向。所述配向方向影响所述液晶层中液晶的初始取向。在一种实施例中，所述配向膜的所述第一部分配向膜采用摩擦配向方式进行配向。摩擦配向方式所采用的摩擦滚筒(rubbing roller)的摩擦前进方向与所述第一部分配向膜的配向方向相同。所述第二方向与所述第一方向相反，是指两个方向的偏转趋势相反，例如所述第二方向为逆时针偏转，则所述第一方向为顺时针偏转，反之亦然。
可选的，在所述硅基液晶上施加工作电压时，所述第一液晶在垂直于所述第一面板的平面上发生偏转，且在平行于所述第一面板的平面上向第一方向偏转，从而使所述第一像素区形成相位周期不同的多个第一相位光栅。所述工作电压与所述多个第一相位光栅的相位周期所对应。提供一测试硅基液晶，所述测试硅基液晶与所述硅基液晶的区别点在于配向膜的配向方向不同。所述测试硅基液晶的配向膜沿初始方向配向，所述测试硅基液晶具有测试液晶。对所述测试硅基液晶施加与所述工作电压相同的测试电压，使得所述测试液晶发生与所述第一液晶相同的偏转动作，通过检测所述测试液晶所发生的偏转方向获得与该方向相反的第二方向，所述第一部分配向膜的配向方向依据所述第二方向进行设计。
具体而言，所述第一液晶在所述电场的控制下形成多个第一相位光栅，所述第一部分配向膜的配向方向获取方法包括：
提供测试硅基液晶，所述测试硅基液晶的配向膜沿初始方向配向；
在所述测试硅基液晶上加载测试电压，以形成测试相位光栅，所述测试相位光栅与所述第一相位光栅相同；
向所述测试硅基液晶发射线偏振的入射光束，所述入射光束的偏振方向与所述初始方向相同；
检测被所述测试硅基液晶衍射出的偏转光束的偏振方向为测试方向；以及
获得所述第一部分配向膜的配向方向，所述第一部分配向膜的配向方向相对所述初始方向的偏转方向与所述测试方向相对所述初始方向的偏转方向相反。
在一种可选实施例中，所述第一液晶在所述电场的控制下形成多个第一相位光栅。所述多个第一相位光栅中相位周期最小的相位光栅为第一边缘相位光栅。在所述多个第一相位光栅中，所述第一边缘相位光栅所对应的所述偏转光束的衍射角最大，以输入到最边缘的所述输出端口。在所述驱动电路的电场下，用于形成所述第一边缘相位光栅的液晶(以下简称第一边缘液晶，为所述第一液晶的一部分)向所述第一方向偏转第一角度。用于形成除所述第一边缘相位光栅以外的其他所述第一相位光栅的液晶(以下简称第一非边缘液晶，为所述第一液晶的一部分)向所述第一方向偏转的角度均小于所述第一角度。所述第一部分配向膜的配向方向与所述入射光束的偏振方向之间形成第二角度。所述第二角度依据所述第一角度进行设计，所述第二角度接近所述第一角度。在一种实施例中，所述第二角度与所述第一角度的比为0.8～1.2。例如，所述第二角度与所述第一角度相等。
在本实施例中，由于所述第二角度接近所述第一角度，因此当所述硅基液晶通电、所述第一液晶在平行于所述第一面板的平面上向第一方向偏转时，用于所述第一边缘液晶由所述配向膜所带来的初始取向完全或几乎完全地抵消了其在平行于所述第一面板的平面上的偏转角度。由于所述第一边缘相位光栅所衍射出的偏转光束的偏振方向不发生旋转，从而避免产生偏振损耗和衍射不充分损耗，使得所述波长选择开关的最边缘的所述输出端口的损耗降低，从而平衡了所述波长选择开关的各个输出端口的损耗，使得所述波长选择开关的整体损耗较小，优化了所述波长选择开关的性能。
可以理解的是，由于所述配向膜的所述第一部分配向膜的配向方向一样，所述第一非边缘液晶向所述第一方向偏转的角度均小于所述第一角度，因此当所述硅基液晶通电、所述第一液晶在平行于所述第一面板的平面上向第一方向偏转时，所述第一非边缘液晶由所述配向膜的所述第一部分配向膜所带来的初始取向不仅抵消了其在平行于所述第一面板的平面上的偏转角度，而且使得所述第一非边缘液晶的液晶长轴方向与所述入射光束的偏转方向之间形成夹角，除所述第一边缘相位光栅以外的其他所述第一相位光栅所衍射出的偏转光束的偏振方向发生旋转，从而产生了偏振损耗和衍射不充分损耗。并且，所需衍射角越小的偏振光束因所述配向膜所产生的损耗越大。然而，由于光束在所述波长选择开关的传输过程中还存在其他损耗(例如硅基液晶的衍射损耗、系统耦合损耗、各组件传输损耗、模块装配损耗等)，并且需要大衍射转角的边缘输出端口(对应于所述第一边缘液晶)的损耗远大于需要小衍射转角的中间输出端口(对应于所述第一非边缘液晶)的损耗，因此即使由中间输出端端口输出的光束存在偏振损耗和衍射不充分损耗，中间输出端口输出的光束在所述波长选择开关中的总损耗也小于或大致等于边缘输出端口输出的光束在所述波长选择开关中的总损耗，所述波长选择开关的各个端口的损耗均衡，从而实现最优的系统性能。由于所述硅基液晶能够均衡所述波长选择开关的各个所述输出端口所对应的光束的损耗，因此有利于所述波长选择开关的多输出端口设计。
在一种可选实施例中，所述硅基液晶还具有第二像素区。此时，所述输入端口的数量为至少两个，所述输出端口组的数量为至少两个，两个所述输入端口的光束分别在所述第一像素区和所述第二像素区上发生衍射偏转后，分别进入两组所述输出端口组的不同输出端口中。所述第二像素区内具有多个第二子像素，不同波长的入射光束入射到不同的所述子像素区中。所述液晶层还包括位于所述第二像素区内的第二液晶。所述第二液晶是指所述液晶层的位于所述第二像素区内的所有液晶。在所述电场的控制下，所述第二液晶在垂直于所述第一面板的平面上发生偏转。此时，所述硅基液晶在所述第二像素区形成相位周期不同的多个第二相位光栅，所述多个第二相位光栅与所述多个第二子像素区一一对应，所述多个第二相位光栅用于分别衍射不同波长的所述入射光束，以使不同波长的所述入射光束各自发生偏转以形成衍射偏转方向不同的所述偏转光束。在所述电场的控制下，所述第二液晶在平行于所述第一面板的平面上向第三方向偏转。此时，由于相位周期不同、电压梯度不同，因此所述第二液晶位于不同所述第二子像素区内的不同部分所发生偏转的角度不同，但偏转方向相同，均向所述第三方向发生偏转。所述配向膜还包括位于所述第二像素区内的第二部分配向膜。所述第二部分配向膜的配向方向相对所述光束的偏振方向向第四方向偏转。所述第四方向与所述第三方向相反，以降低所述偏转光束的损耗。
在本实施例中，由于所述配向膜的所述第二部分配向膜的配向方向相对所述入射光束的偏振方向向第四方向偏转，所述第四方向与所述第三方向相反，因此当所述硅基液晶通电、所述第二液晶在平行于所述第一面板的平面上向第三方向偏转时，所述第二液晶由所述配向膜所带来的初始取向抵消了其在平行于所述第一面板的平面上的至少部分偏转角度，从而减小了所述第二液晶与所述入射光束的偏振方向之间的偏转角，降低了所述偏转光束的偏振态的旋转角度，使得所述偏转光束的偏振损耗和衍射不充分损耗较低，所述波长选择开关的损耗较小，优化了所述波长选择开关的性能。
可以理解的是，所述硅基液晶能够同时对两个所述输入端口(例如第一输入端口和第二输入端口)所产生的入射光束进行衍射偏转，从而形成两部分偏转光束，并分别输入到两个所述输出端口组(例如第一输出端口组和第二输出端口组)中。由于所述配向膜的所述第一部分配向膜依据所述第一像素区中所述第一液晶的偏转情况进行设计，所述第二部分配向膜依据所述第二像素区中的所述第二液晶的偏转情况进行设计，因此所述第一部分配向膜和所述第二部分配向膜能够满足各自像素区内液晶的初始取向需求，互不影响，使得所述硅基液晶能够满足更多数量的输出端口组的需求。
在一种可选实施例中，所述第二液晶在所述电场的控制下形成多个第二相位光栅。所述多个第二相位光栅中相位周期最小的相位光栅为第二边缘相位光栅。在所述多个第二相位光栅中，所述第二边缘相位光栅所对应的所述偏转光束的衍射角最大，以输入到最边缘的所述输出端口。在所述驱动电路的电场下，用于形成所述第二边缘相位光栅的液晶(以下简称第二边缘液晶，为所述第二液晶的一部分)向所述第三方向偏转第三角度。用于形成除所述第二边缘相位光栅以外的其他所述第二相位光栅的液晶(以下简称第二非边缘液晶，为所述第二液晶的一部分)向所述第三方向偏转的角度均小于所述第三角度。所述第二部分配向膜的配向方向与所述光束的偏振方向之间形成第四角度。所述第四角度依据所述第三角度进行设计，所述第四角度接近所述第三角度。在一种实施例中，所述第四角度与所述第三角度的比为0.8～1.2。例如，所述第四角度与所述第三角度相等。
在本实施例中，由于所述第四角度接近所述第三角度，因此当所述硅基液晶通电、所述第二液晶在平行于所述第一面板的平面上向第三方向偏转时，用于所述第二边缘液晶由所述配向膜所带来的初始取向完全或几乎完全地抵消了其在平行于所述第一面板的平面上的偏转角度。由于所述第二边缘相位光栅所衍射出的偏转光束的偏振方向不发生旋转，从而避免产生偏振损耗和衍射不充分损耗，使得所述波长选择开关的最边缘的所述输出端口的损耗降低，从而平衡了所述波长选择开关的各个输出端口的损耗，使得所述波长选择开关的整体损耗较小，优化了所述波长选择开关的性能。
在一种可选实施例中，所述第三方向与所述第一方向相反。例如，所述第一输入端口所形成的输入光束在所述第一像素区所产生的多个第一相位光栅上发生向上的衍射偏转，以使形成的偏转光束输入第一输出端口组。所述第二输入端口所形成的输入光束在所述第二像素区所产生的多个第二相位光栅上发生向下的衍射偏转，以使形成的偏转光束输入第二输出端口组。在本实施例中，所述硅基液晶能够满足不同偏转方向的衍射需求。
所述配向膜的所述第一部分配向膜和所述第二部分配向膜采用摩擦配向方式进行配向时，摩擦配向方式所采用的摩擦滚筒(rubbing roller)在所述第一部分配向膜的摩擦前进方向与所述第一部分配向膜的配向方向相同，在所述第二部分配向膜的摩擦前进反向与所述第二部分配向膜的配向方向相同。
在一种可选实施例中，所述第三方向与所述第一方向相同。所述第二液晶在所述电场的控制下形成多个第二相位光栅，所述多个第二相位光栅中相位周期最小的相位光栅为第二边缘相位光栅，用于形成所述第二边缘相位光栅的液晶向所述第三方向偏转第三角度，所述第三角度与所述第一角度相同，所述第二部分配向膜的配向方向与所述第一部分配向膜的配向方向相同。在本实施例中，对应与所述第一像素区的第一输出端口组和对应与所述第二像素区的第二输出端口组的设计可以相同，也可以不同。例如，在所需要的最大衍射角相同的情况下，输出端口的数量可以不同。或者，在所需要的最大衍射角相同、输出端口的数量也相同的情况下，部分端口所需要的衍射角不同。可以理解的是，由于所述第二部分配向膜的配向方向与所述第一部分配向膜的配向方向，因此能够简化所述配向膜的配向工艺、降低所述配向膜的配向成本。
在一种可选实施例中，所述硅基液晶还可包括第三像素区，以满足第三输入端口、第三输出端口组的衍射偏转需求。所述第三像素区所对应的配向膜的第三部分配向膜的设计方法参考所述第一部分配向膜和/或所述第二部分配向膜的设计方法。当然，所述硅基液晶还可包括更多的像素区。
第二方面，本申请实施例提供还一种波长选择开关，包括上述硅基液晶。所述波长选择开关的输出端口损耗较低，各个输出端口之间的损耗较为均衡，所述波长选择开关的系统损耗较低。
第三方面，本申请实施例还提供一种配向方向获取方法，应用于硅基液晶的配向膜。可通过所述配向方向获取方法获取上述实施例所述配向膜的所述第一部分配向膜、所述第二部分配向膜及所述第三部分配向膜的配向方向。
配向方向获取方法包括：
提供测试硅基液晶，所述测试硅基液晶的配向膜沿初始方向配向。
在所述测试硅基液晶上加载测试电压，以形成测试相位光栅。
向所述测试硅基液晶发射线偏振的入射光束，所述入射光束的偏振方向与所述初始方向相同。输入的光束经起偏器调整形成呈线偏振态的入射光束，所述起偏器的偏振方向与所述初始方向相同。
检测被所述测试硅基液晶衍射出的偏转光束的偏振方向为测试方向，通过旋转检偏器，记录+1级衍射光强度最大时的角度，通过所述角度获得所述测试方向。
获得所述硅基液晶的配向膜的配向方向，所述配向方向相对所述初始方向的偏转方向与所述测试方向相对所述初始方向的偏转方向相反。换言之，若所述测试方向相对所述初始方向向第一方向偏转，则所述配向方向相对所述初始方向向第二方向偏转，所述第二方向与所述第一方向相反。
在本实施例中，通过检测所述偏转光束的偏转方向获得所述配向膜的配向方向，获取方法效率高、且准确度高，并且依据不同的衍射偏转需求获得各自对应的所述配向膜的配向方向，灵活度高、适用范围广。
在一种可选实施例中，所述测试硅基液晶具有衍射转向方向相同的相位周期范围。换言之，所述测试硅基液晶用于形成衍射转向方向相同的多个相位光栅，这些相位光栅所对应的相位周期共同形成所述相位周期范围。所述测试相位光栅的相位周期为所述相位周期范围中的最小值。依据光栅方程，衍射角越大则相位周期越小，因此所述相位周期范围中的最小值对应于产生最大衍射角的相位光栅，选择对应于最大衍射角的相位光栅作为所述测试限位光栅，能够更准确地获得所述偏转光束的偏振方向和偏转角度，从而有利于提高所述配向方向获取方法的准确度。
在一种可选实施例中，所述测试方向与所述初始方向之间形成第一角度。所述配向方向与所述初始方向之间形成第二角度。所述第二角度接近所述第一角度。在一种实施例中，所述第二角度与所述第一角度的比为0.8～1.2。例如，所述第二角度与所述第一角度相等。由于所述第二角度接近所述第一角度，因此采用所述配向方向的所述配向膜能够使所述硅基液晶的液晶具有更佳的初始取向，以抵消液晶在平行于所述第一面板的平面上的偏转角度，使得衍射角最大的所述偏转光束的偏振方向不发生旋转，从而避免产生偏振损耗和衍射不充分损耗，使得所述波长选择开关的最边缘的所述输出端口的损耗降低，从而平衡了所述波长选择开关的各个输出端口的损耗，使得所述波长选择开关的整体损耗较小，优化了所述波长选择开关的性能。
第四方面，本申请实施例还提供一种硅基液晶制作方法。所述硅基液晶制作方法可用于制作上述实施例中所述硅基液晶。所述硅基液晶用于衍射呈线偏振态的入射光束以形成偏转光束。所述硅基液晶制作方法包括：
采用上述实施例所述的配向方向获取方法获得所述配向方向，其中，所述配向方向相对所述入射光束的偏振方向向第二方向偏转；
提供第一面板，在所述第一面板上涂覆第一层配向膜，并对所述第一层配向膜进行配向，使得所述第一层配向膜的配向方向相对所述入射光束的偏振方向向第二方向偏转；
提供第二面板，在所述第二面板上涂覆第二层配向膜，并对所述第二层配向膜进行配向，所述第二层配向膜的配向方向与所述第一层配向膜的配向方向相同；
对盒所述第一面板和所述第二面板，并在所述第一面板与所述第二面板之间填充液晶层，以形成所述硅基液晶，其中，所述第一面板上的电路与所述第二面板上的电路共同构成驱动电路，所述液晶层中液晶在所述驱动电路所产生的电场下，在垂直于所述第一面板的平面上发生偏转，且在平行于所述第一面板的平面上向第一方向偏转，所述第一方向与所述第二方向相反。
在本实施例中，由于所述第一层配向膜和所述第二层配向膜的配向方向相对所述入射光束的偏振方向向第二方向偏转，所述第二方向与所述第一方向相反，因此当所述硅基液晶通电、所述液晶层中液晶在平行于所述第一面板的平面上向第一方向偏转时，所述液晶层中液晶由所述配向膜所带来的初始取向抵消了其在平行于所述第一面板的平面上的至少部分偏转角度，从而减小了所述液晶层中液晶与所述入射光束的偏振方向之间的偏转角，降低了所述偏转光束的偏振态的旋转角度，使得所述偏转光束的偏振损耗和衍射不充分损耗较低，所述波长选择开关的损耗较小，优化了所述波长选择开关的性能。
其中，可先对盒所述第一面板和所述第二面板、后填充所述液晶层，也可先在所述第一面板上通过胶框围设出液晶填充区域，在所述液晶填充区域中填充液晶形成液晶层后，对盒所述第一面板和所述第二面板。
在一种可选实施例中，所述第一层配向膜的配向方向获取方法包括：
提供测试硅基液晶，所述测试硅基液晶的配向膜沿初始方向配向；
在所述测试硅基液晶上加载测试电压，以形成测试相位光栅；
向所述测试硅基液晶发射线偏振的入射光束，所述入射光束的偏振方向与所述初始方向相同；
检测被所述测试硅基液晶衍射出的偏转光束的偏振方向为测试方向；以及
获得所述第一层配向膜的配向方向，所述第一层配向膜的配向方向相对所述初始方向的偏转方向与所述测试方向相对所述初始方向的偏转方向相反。
在本实施例中，通过检测所述偏转光束的偏转方向获得所述第一层配向膜的配向方向，获取方法效率高、且准确度高，并且依据不同的衍射偏转需求获得各自对应的配向膜的配向方向，灵活度高、适用范围广。
其中，所述测试硅基液晶具有衍射转向方向相同的相位周期范围，所述测试相位光栅的相位周期为所述相位周期范围中的最小值。依据光栅方程，衍射角越大则相位周期越小，因此所述相位周期范围中的最小值对应于产生最大衍射角的相位光栅，选择对应于最大衍射角的相位光栅作为所述测试限位光栅，能够更准确地获得所述偏转光束的偏振方向和偏转角度，从而有利于提高所述配向方向获取方法的准确度。
其中，所述测试方向与所述初始方向之间形成第一角度，所述配向方向与所述初始方向之间形成第二角度，所述第二角度与所述第一角度的比为0.8～1.2。例如，所述第二角度与所述第一角度相等。由于所述第二角度接近所述第一角度，因此采用所述配向方向的所述配向膜能够使所述硅基液晶的液晶具有更佳的初始取向，以抵消液晶在平行于所述第一面板的平面上的偏转角度，使得衍射角最大的所述偏转光束的偏振方向不发生旋转，从而避免产生偏振损耗和衍射不充分损耗，使得所述波长选择开关的最边缘的所述输出端口的损耗降低，从而平衡了所述波长选择开关的各个输出端口的损耗，使得所述波长选择开关的整体损耗较小，优化了所述波长选择开关的性能。
附图说明
图1是本申请实施例提供的一种波长选择开关的示意图；
图2是图1所示波长选择开关的硅基液晶的结构示意图；
图3是图2所示硅基液晶中液晶转动示意图；
图4是入射光束在图2所示硅基液晶上的排布及衍射示意图；
图5是图4中区域B1的相位光栅示意图；
图6是图4中区域B2的相位光栅示意图；
图7是图4中区域B3的相位光栅示意图；
图8是图2所示硅基液晶的一种使用状态示意图；
图9是图8中沿Ⅸ-Ⅸ处的结构示意图；
图10是图9中第一液晶中第一边缘液晶通电时的偏转示意图；
图11是图8中配向膜的第一部分配向膜的配向示意图；
图12是图9中第二液晶中第二边缘液晶通电时的偏转示意图；
图13是图8中配向膜的第一部分配向膜和第二部分配向膜的配向示意图；
图14是图1所示波长选择开关的一种实施方式的示意图；
图15是本申请实施例提供的一种配向方向获取方法的示意图。
具体实施方式
下面结合本申请实施例中的附图对本申请实施例进行描述。
请参阅图1，本申请实施例提供一种波长选择开关(Wavelength selectiveswitch，WSS)100。所述波长选择开关100可应用于ROADM(Reconfigurable Optical Add-Drop Multiplexer，可重构光分插复用器)中。所述波长选择开关100包括硅基液晶1，所述硅基液晶1(Liquid Crystal on Silicon，LCOS)作为所述波长选择开关100的光交换引擎，用于实现相位调制效应，以独立控制入射到所述硅基液晶1不同区域的光束的衍射偏转方向。
所述波长选择开关100还包括至少一个输入端口101(例如输入光纤)、至少一个与所述输入端口101相对应的输出端口组、偏振转换单元103、波分解复用器104(例如衍射光栅)以及透镜105。每个所述输出端口组中包括至少两个输出端口102(例如输出光纤)。如图1所示，图中光束传输路径为均可逆路径。多波长信号通过所述输入端口101形成输入光束。所述输入光束被所述偏振转换单元103转换为与所述硅基液晶1的工作偏振状态所对应的线偏振光。线偏振光入射到所述波分解复用器104上，所述波分解复用器104将各个波长以不同的角度分散开，而后由所述透镜105将分散开的光束变为平行光束以入射到所述硅基液晶1的不同位置。不同波长的光束聚焦到所述硅基液晶1的不同区域并被衍射偏转，衍射后的光束经所述偏振转换单元103恢复原偏振态，不同波长的光束耦合到各自的目标输出端口102中。由于不同波长的光束被所述硅基液晶1上的不同区域单独控制各自的衍射偏转方向，因此所述硅基液晶1能够将任意波长组合切换到任一所述输出端口102中。其中，所述波长选择开关100还包括反射镜106，所述反射镜106用于反射光线。
请结合参阅图2，本申请实施例还提供一种硅基液晶1，可应用于所述波长选择开关100。所述硅基液晶1用于衍射呈线偏振态的入射光束以形成偏转光束。所述硅基液晶1是偏振敏感器件，只能在一个偏振方向工作(即工作偏振方向)，所述入射光束的偏振方向为所述硅基液晶1的工作偏振方向。所述硅基液晶1包括第一面板11、第二面板12、液晶层13、驱动电路14以及两层配向膜(Alignment Film)15。所述第一面板11与所述第二面板12相对设置。所述第一面板11平行于所述第二面板12。所述第一面板11可为硅基晶元面板(silicon backplane)，第二面板12可为透光的玻璃盖板(glass substrate)。所述液晶层13位于所述第一面板11与所述第二面板12之间。所述驱动电路14用于产生电场以控制所述液晶层13中的液晶偏转。两层所述配向膜15分别位于所述液晶层13的相对两侧。也即，其中一个所述配向膜15位于所述液晶层13与所述第一面板11之间，另外一个所述配向膜15位于所述液晶层13与所述第二面板12之间。所述配向膜15用以使所述液晶层13内液晶具有初始取向。
可选的，所述驱动电路14包括第一电极层141和第二电极层142。所述第一电极层141位于所述液晶层13与所述第一面板11之间。所述第二电极层142位于所述液晶层13与所述第二面板12之间。具体而言，所述第一电极层141形成在所述第一面板11的朝向所述液晶层13的一侧，所述第二电极层142形成在所述第二面板12的朝向所述液晶层13的一侧，两层所述配向膜15位于所述第一电极层141和所述第二电极层142之间。所述第一电极层141与所述第二电极层142通电时，通过垂直配向(Vertically-aligned，VA)驱动方式控制所述液晶层13中的液晶偏转。
请结合参阅图2和图3，当所述第一电极层141和所述第二电极层142上加载电压，在所述第一电极层141与所述第二电极层142之间形成电场时，所述液晶层13中的液晶会发生偏转(偏转平面为图3中XY平面，也即垂直于所述第一面板11的平面)。在一种实施例中，所述液晶层13中液晶由图3中左图的状态偏转为图3中右图的状态，也即液晶长轴由大致平行于所述第一面板11的方向向大致垂直于所述第一面板11的方向偏转，本申请以此为例进行说明。在另一种实施例中，所述液晶层13中液晶长轴也可由大致垂直于所述第一面板11的方向向大致平行于所述第一面板11的方向偏转。由于液晶是双折射材料，液晶偏转会带来等效折射率的变化，从而实现相位调制效应。同时，液晶分子偏转的角度与所述第一电极层141和所述第二电极层142上所加载电压的大小相关，因此可以通过加载不同的电压来实现不同的相位调制量。
请结合参阅图3至图5，所述波长选择开关100需要对不同波长的光束进行输出端口102切换，不同波长的光束入射到所述硅基液晶1的表面时，占据不同的区域。如图4所示，入射光束A1对应的波长通道占据区域B1的像素，入射光束A2对应的波长通道占据区域B2的像素，入射光束A3对应的波长通道占据区域B3的像素，入射光束A1、入射光束A2及入射光束A3的波长彼此不同。在所述驱动电路14上加载电压信息时，不同的波长通道所对应的像素区域在Z方向(端口切换方向)上的电压信息不同，从而形成在Z方向上相位周期不同的相位光栅。其中，所述相位光栅为2π阶梯变化的反射型闪耀(blaze)光栅，使得光束被衍射后的光能量集中在预定的方向上，也即集中在某一光谱级(例如+1级)上，从这个方向探测时，光谱的强度最大。区域B1的相位光栅如图5所示，区域B2的相位光栅如图6所示，区域B3的相位光栅如图7所示，三个相位光栅的周期各不相同，闪耀角各不相同。由于光栅的衍射效应，不同相位周期的光栅可以实现不同的衍射转角，从而实现在不同端口进行各自对应的信号输出。如图4所示，入射光束A1被衍射后形成偏转光束C1，入射光束A2被衍射后形成偏转光束C2，入射光束A3被衍射后形成偏转光束C3，偏转光束C1、偏转光束C2及偏转光束C3的衍射角各不相同。所述硅基液晶1的衍射原理为：根据光栅方程∧1(sinθ+sinBm)＝mλ可知，其中θ为入射角度，对于信号光(m＝+1级次)，其衍射角度Bm可通过控制相位周期∧1来实现。所述输出端口组包括N个输出端口102(N为大于等于2的整数)，N个输出端口102所对应的偏转光束所需要的衍射角不同，例如，位于中心区域的输出端口102所对应的偏转光束所需要的衍射角较小，而位于边缘区域的输出端口102所对应的偏转光束所需要的衍射角则很大，越边缘的端口所需要的衍射角越大，所对应的相位光栅周期越小。由于液晶分子的扭曲效应，因此当Z方向上的相位光栅周期很小、电压梯度很大时，所述液晶层13中的液晶分子不仅会在XY平面发生偏转，还会在XZ平面(也即平行于所述第一面板11的平面)内进行旋转，从而导致所述偏转光束的偏振态发生旋转，进而使得所述偏转光束产生偏振损耗和衍射不充分损耗，增加了所述波长选择开关100的损耗。
请结合参阅图8至图11，所述硅基液晶1具有第一像素区20。所述第一像素区20内具有多个第一子像素区201，不同波长的入射光束202入射到不同的第一子像素区201中。所述液晶层13包括位于所述第一像素区20内的第一液晶131。所述第一液晶131是指所述液晶层13的位于所述第一像素区20内的所有液晶。在所述电场的控制下，所述第一液晶131在垂直于所述第一面板11的平面上发生偏转。此时，所述硅基液晶1在所述第一像素区20形成相位周期不同的多个第一相位光栅，所述多个第一相位光栅与所述多个第一子像素区201一一对应，所述多个第一相位光栅用于分别衍射不同波长的所述入射光束202，以使不同波长的所述入射光束202各自发生偏转以形成衍射偏转方向不同的所述偏转光束203。如图10所示，在所述电场的控制下，所述第一液晶131还在平行于所述第一面板11的平面上向第一方向D1偏转。此时，由于相位周期不同、电压梯度不同，因此所述第一液晶131位于不同所述第一子像素区201内的不同部分所发生偏转的角度不同，但偏转方向相同，均向所述第一方向D1发生偏转。所述配向膜15包括位于所述第一像素区20内的第一部分配向膜151。所述第一部分配向膜151的配向方向R1相对所述入射光束202的偏振方向P1向第二方向D2偏转。所述第二方向D2与所述第一方向D1相反，以降低所述偏转光束203的损耗。
在本实施例中，由于所述配向膜15的所述第一部分配向膜151的配向方向R1相对所述入射光束202的偏振方向P1向第二方向D2偏转，所述第二方向D2与所述第一方向D1相反，因此当所述硅基液晶1通电、所述第一液晶131在平行于所述第一面板11的平面上向第一方向D1偏转时，所述第一液晶131由所述配向膜15所带来的初始取向抵消了其在平行于所述第一面板11的平面上的至少部分偏转角度，从而减小了所述第一液晶131与所述入射光束202的偏振方向之间的偏转角，降低了所述偏转光束203的偏振态的旋转角度，使得所述偏转光束203的偏振损耗和衍射不充分损耗较低，所述波长选择开关100的损耗较小，优化了所述波长选择开关100的性能。
可以理解的是，所述配向膜15的配向方向可通过现有的配向工艺(例如摩擦配向、化学配向或光配向等)实现，无需增加任何硬件设备，因此无额外的成本。同时，也不需要改变所述硅基液晶1的制备流程，仅需要改变配向工艺中的参数，因此可实现性强，成本低，适用范围广。所述配向方向为所述配向膜15中聚合物分子的取向。所述配向方向影响所述液晶层13中液晶的初始取向。在一种实施例中，如图11所示，所述配向膜15的所述第一部分配向膜151采用摩擦配向方式进行配向。摩擦配向方式所采用的摩擦滚筒(rubbing roller)的摩擦前进方向与所述第一部分配向膜151的配向方向R1相同，摩擦前进方向与所述入射光束202的偏振方向P1之间形成夹角。所述第二方向D2与所述第一方向D1相反，是指两个方向的偏转趋势相反。如图10和图11所示，若所述第一方向D1为逆时针偏转，则所述第二方向D2为顺时针偏转，反之亦然。
可选的，请结合参阅图8至图11以及图15，在所述硅基液晶1上施加工作电压V时，所述第一液晶131在垂直于所述第一面板11的平面上发生偏转，且在平行于所述第一面板11的平面上向第一方向D1偏转，从而使所述第一像素区20形成相位周期不同的多个第一相位光栅。所述工作电压V与所述多个第一相位光栅的相位周期所对应。提供一测试硅基液晶5，所述测试硅基液5与所述硅基液晶1的区别点在于配向膜的配向方向不同。所述测试硅基液晶5的配向膜沿初始方向配向，所述测试硅基液晶5具有测试液晶。对所述测试硅基液晶5施加与所述工作电压V相同的测试电压V’，使得所述测试液晶发生与所述第一液晶131相同的偏转动作，通过检测所述测试液晶所发生的偏转方向获得与该方向相反的第二方向，所述第一部分配向膜151的配向方向R1依据所述第二方向进行设计。
具体而言，所述第一液晶131在所述电场的控制下形成多个第一相位光栅，所述第一部分配向膜151的配向方向获取方法包括：
提供测试硅基液晶5，所述测试硅基液晶5的配向膜沿初始方向配向。
在所述测试硅基液晶5上加载测试电压V’，以形成测试相位光栅，所述测试相位光栅与所述第一相位光栅相同。所述测试电压V’与对所述硅基液晶的所述第一液晶所施加的工作电压V相同。
向所述测试硅基液晶5发射线偏振的入射光束51，所述入射光束51的偏振方向与所述初始方向相同。输入的光束经起偏器53调整形成呈线偏振态的入射光束51，所述起偏器53的偏振方向与所述初始方向相同。
检测被所述测试硅基液晶5衍射出的偏转光束52的偏振方向为测试方向。所述测试方向相对所述初始方向发生偏转。其中，通过旋转检偏器54，记录+1级衍射光强度最大时的角度，通过所述角度获得所述测试方向。由于所述测试电压V’与所述工作电压V相同，因此所述测试方向相对于所述初始方向发生偏转的方向与所述第一方向相同，也即与所述硅基液晶的所述第一液晶131在所述电场下所发生的偏转方向相同。
获得所述第一部分配向膜151的配向方向，所述第一部分配向膜151的配向方向相对所述初始方向的偏转方向与所述测试方向相对所述初始方向的偏转方向相反。换言之，所述测试方向相对所述初始方向偏转的方向的相反方向为第二方向，所述配向方向相对所述初始方向向第二方向偏转。
可选的，请结合参阅图8至图11，所述第一液晶131在所述电场的控制下形成多个第一相位光栅。所述多个第一相位光栅中相位周期最小的相位光栅为第一边缘相位光栅。在所述多个第一相位光栅中，所述第一边缘相位光栅所对应的所述偏转光束203的衍射角最大，以输入到最边缘的所述输出端口102。在所述驱动电路14的电场下，用于形成所述第一边缘相位光栅的液晶(以下简称第一边缘液晶，为所述第一液晶131的一部分)向所述第一方向偏转第一角度α(如图10所示)。用于形成除所述第一边缘相位光栅以外的其他所述第一相位光栅的液晶(以下简称第一非边缘液晶，为所述第一液晶131的一部分)向所述第一方向偏转的角度均小于所述第一角度α。所述第一部分配向膜151的配向方向R1与所述入射光束202的偏振方向P1之间形成第二角度β(如图11所示)。所述第二角度β依据所述第一角度α进行设计，所述第二角度β接近所述第一角度α。在一种实施例中，所述第二角度β与所述第一角度α的比为0.8～1.2。例如，所述第二角度β与所述第一角度α相等。
在本实施例中，由于所述第二角度β接近所述第一角度α，因此当所述硅基液晶1通电、所述第一液晶131在平行于所述第一面板11的平面上向第一方向偏转时，用于所述第一边缘液晶由所述配向膜15所带来的初始取向完全或几乎完全地抵消了其在平行于所述第一面板11的平面上的偏转角度。由于所述第一边缘相位光栅所衍射出的偏转光束203的偏振方向不发生旋转，从而避免产生偏振损耗和衍射不充分损耗，使得所述波长选择开关100的最边缘的所述输出端口102的损耗降低，从而平衡了所述波长选择开关100的各个输出端口102的损耗，使得所述波长选择开关100的整体损耗较小，优化了所述波长选择开关100的性能。
可以理解的是，由于所述配向膜15的所述第一部分配向膜151的配向方向一样，所述第一非边缘液晶向所述第一方向偏转的角度均小于所述第一角度α，因此当所述硅基液晶1通电、所述第一液晶131在平行于所述第一面板11的平面上向第一方向D1偏转时，所述第一非边缘液晶由所述配向膜15的所述第一部分配向膜151所带来的初始取向不仅抵消了其在平行于所述第一面板11的平面上的偏转角度，而且使得所述第一非边缘液晶的液晶长轴方向与所述入射光束202的偏转方向之间形成夹角，除所述第一边缘相位光栅以外的其他所述第一相位光栅所衍射出的偏转光束203的偏振方向发生旋转，从而产生了偏振损耗和衍射不充分损耗。并且，所需衍射角越小的偏振光束因所述配向膜15所产生的损耗越大。然而，由于光束在所述波长选择开关100的传输过程中还存在其他损耗(例如硅基液晶1的衍射损耗、系统耦合损耗、各组件传输损耗、模块装配损耗等)，并且需要大衍射转角的边缘输出端口102(对应于所述第一边缘液晶)的损耗远大于需要小衍射转角的中间输出端口102(对应于所述第一非边缘液晶)的损耗，因此即使由中间输出端端口输出的光束存在偏振损耗和衍射不充分损耗，中间输出端口102输出的光束在所述波长选择开关100中的总损耗也小于或大致等于边缘输出端口102输出的光束在所述波长选择开关100中的总损耗，所述波长选择开关100的各个端口的损耗均衡，从而实现最优的系统性能。由于所述硅基液晶1能够均衡所述波长选择开关100的各个所述输出端口102所对应的光束的损耗，因此有利于所述波长选择开关100的多输出端口102设计。例如，所述波长输出端口102可为1(输入)×20(输出)、1(输入)×40(输出)等。
作为一种可选实施例，请结合参阅图8、图9、图12以及图13，所述硅基液晶1还具有第二像素区30。此时，所述输入端口101的数量为至少两个，所述输出端口组的数量为至少两个，两个所述输入端口101的光束分别在所述第一像素区20和所述第二像素区30上发生衍射偏转后，分别进入两组所述输出端口组的不同输出端口102中。所述第二像素区30内具有多个第二子像素区301，不同波长的入射光束302入射到不同的所述第二子像素区301中。所述液晶层13还包括位于所述第二像素区30内的第二液晶132。所述第二液晶132是指所述液晶层13的位于所述第二像素区30内的所有液晶。在所述电场的控制下，所述第二液晶132在垂直于所述第一面板11的平面上发生偏转。此时，所述硅基液晶1在所述第二像素区30形成相位周期不同的多个第二相位光栅，所述多个第二相位光栅与所述多个第二子像素区301一一对应，所述多个第二相位光栅用于分别衍射不同波长的所述入射光束302，以使不同波长的所述入射光束302各自发生偏转以形成衍射偏转方向不同的所述偏转光束303。如图12所示，在所述电场的控制下，所述第二液晶132在平行于所述第一面板11的平面上向第三方向D3偏转。此时，由于相位周期不同、电压梯度不同，因此所述第二液晶132位于不同所述第二子像素区301内的不同部分所发生偏转的角度不同，但偏转方向相同，均向所述第三方向D3发生偏转。所述配向膜15还包括位于所述第二像素区30内的第二部分配向膜152。如图13所示，所述第二部分配向膜152的配向方向R2相对所述入射光束302的偏振方向P2向第四方向D4偏转。所述第四方向D4与所述第三方向D3相反，以降低所述偏转光束303的损耗。
在本实施例中，由于所述配向膜15的所述第二部分配向膜152的配向方向R2相对所述入射光束302的偏振方向P2向第四方向D4偏转，所述第四方向D4与所述第三方向D3相反，因此当所述硅基液晶1通电、所述第二液晶132在平行于所述第一面板11的平面上向第三方向D3偏转时，所述第二液晶132由所述配向膜15所带来的初始取向抵消了其在平行于所述第一面板11的平面上的至少部分偏转角度，从而减小了所述第二液晶132与所述入射光束302的偏振方向P2之间的偏转角，降低了所述偏转光束303的偏振态的旋转角度，使得所述偏转光束303的偏振损耗和衍射不充分损耗较低，所述波长选择开关100的损耗较小，优化了所述波长选择开关100的性能。
可以理解的是，如图14所示，所述硅基液晶1能够同时对两个所述输入端口101(例如第一输入端口1011和第二输入端口1012)所产生的入射光束进行衍射偏转，从而形成两部分偏转光束，并分别输入到两个所述输出端口组(例如第一输出端口组1021和第二输出端口组1022)中。所述第一输入端口1011的光束所占据的所述硅基液晶1的像素区域与所述第二输入端口1012的光束所占据的所述硅基液晶1的像素区域不同。
由于所述配向膜15的所述第一部分配向膜151依据所述第一像素区20中所述第一液晶131的偏转情况进行设计，所述第二部分配向膜152依据所述第二像素区30中的所述第二液晶132的偏转情况进行设计，因此所述第一部分配向膜151和所述第二部分配向膜152能够满足各自像素区内液晶的初始取向需求，互不影响，使得所述硅基液晶1能够满足更多数量的输出端口组的需求。
可选的，请结合参阅图8、图9、图12以及图13，所述第二液晶132在所述电场的控制下形成多个第二相位光栅。所述多个第二相位光栅中相位周期最小的相位光栅为第二边缘相位光栅。在所述多个第二相位光栅中，所述第二边缘相位光栅所对应的所述偏转光束303的衍射角最大，以输入到最边缘的所述输出端口102。在所述驱动电路14的电场下，用于形成所述第二边缘相位光栅的液晶(以下简称第二边缘液晶，为所述第二液晶132的一部分)向所述第三方向D3偏转第三角度γ。用于形成除所述第二边缘相位光栅以外的其他所述第二相位光栅的液晶(以下简称第二非边缘液晶，为所述第二液晶132的一部分)向所述第三方向D3偏转的角度均小于所述第三角度γ。所述第二部分配向膜152的配向方向R2与所述光束的偏振方向P2之间形成第四角度δ。所述第四角度δ依据所述第三角度γ进行设计，所述第四角度δ接近所述第三角度γ。在一种实施例中，所述第四角度δ与所述第三角度γ的比为0.8～1.2。例如，所述第四角度δ与所述第三角度γ相等。
在本实施例中，由于所述第四角度δ接近所述第三角度γ，因此当所述硅基液晶1通电、所述第二液晶132在平行于所述第一面板11的平面上向第三方向D3偏转时，用于所述第二边缘液晶由所述配向膜15所带来的初始取向完全或几乎完全地抵消了其在平行于所述第一面板11的平面上的偏转角度。由于所述第二边缘相位光栅所衍射出的偏转光束303的偏振方向P2不发生旋转，从而避免产生偏振损耗和衍射不充分损耗，使得所述波长选择开关100的最边缘的所述输出端口102的损耗降低，从而平衡了所述波长选择开关100的各个输出端口102的损耗，使得所述波长选择开关100的整体损耗较小，优化了所述波长选择开关100的性能。
在一种实施例中，请结合参阅图8、图10以及图12至图14，所述第三方向D3与所述第一方向D1相反。例如，所述第一输入端口1011所形成的输入光束202在所述第一像素区20所产生的多个第一相位光栅上发生向上的衍射偏转，以使形成的偏转光束203输入第一输出端口组1021。所述第二输入端口1012所形成的输入光束302在所述第二像素区30所产生的多个第二相位光栅上发生向下的衍射偏转，以使形成的偏转光束303输入第二输出端口组1022。在本实施例中，所述硅基液晶1能够满足不同偏转方向的衍射需求。
如图13所示，所述配向膜15的所述第一部分配向膜151和所述第二部分配向膜152采用摩擦配向方式进行配向时，摩擦配向方式所采用的摩擦滚筒(rubbing roller)在所述第一部分配向膜151的摩擦前进方向与所述第一部分配向膜151的配向方向R1相同，在所述第二部分配向膜152的摩擦前进方向与所述第二部分配向膜152的配向方向R2相同。
在另一种实施例中，所述第三方向D3与所述第一方向D1相同。所述第二液晶132在所述电场的控制下形成多个第二相位光栅，所述多个第二相位光栅中相位周期最小的相位光栅为第二边缘相位光栅，用于形成所述第二边缘相位光栅的液晶向所述第三方向D3偏转第三角度γ，所述第三角度γ与所述第一角度α相同，所述第二部分配向膜152的配向方向R2与所述第一部分配向膜151的配向方向R1相同。在本实施例中，对应与所述第一像素区20的第一输出端口组1021和对应与所述第二像素区30的第二输出端口组1022的设计可以相同，也可以不同。例如，在所需要的最大衍射角相同的情况下，输出端口102的数量可以不同。或者，在所需要的最大衍射角相同、输出端口102的数量也相同的情况下，部分端口所需要的衍射角不同。可以理解的是，由于所述第二部分配向膜152的配向方向R2与所述第一部分配向膜151的配向方向R1相同，因此能够简化所述配向膜15的配向工艺、降低所述配向膜15的配向成本。
作为一种可选实施例，所述硅基液晶1还可包括第三像素区40，以满足第三输入端口、第三输出端口组的衍射偏转需求。所述第三像素区40所对应的配向膜15的第三部分配向膜153的设计方法参考所述第一部分配向膜151和/或所述第二部分配向膜152的设计方法。当然，所述硅基液晶1还可包括更多的像素区。
请一并参阅图1和图15，本申请还提供一种配向方向获取方法，应用于硅基液晶1的配向膜15。可通过所述配向方向获取方法获取上述实施例所述配向膜15的所述第一部分配向膜151、所述第二部分配向膜152及所述第三部分配向膜153的配向方向。
所述配向方向获取方法包括：
S01：提供测试硅基液晶5，所述测试硅基液晶5的配向膜沿初始方向配向。以1×40的波长选择开关所对应的测试硅基液晶5为例，所述测试硅基液晶5所需要提供的最大衍射角度为4°。
S02：在所述测试硅基液晶5上加载测试电压，以形成测试相位光栅。加载所述测试电压后的所述测试硅基液晶5形成周期为6的闪耀光栅，对应于4°的衍射角度。
S03：向所述测试硅基液晶5发射线偏振的入射光束51，所述入射光束51的偏振方向与所述初始方向相同。输入的光束经起偏器53调整形成呈线偏振态的入射光束51，所述起偏器53的偏振方向与所述初始方向相同。
S04：检测被所述测试硅基液晶5衍射出的偏转光束52的偏振方向为测试方向。通过旋转检偏器54，记录+1级衍射光强度最大时的角度，通过所述角度获得所述测试方向。
S05：获得所述硅基液晶1的配向膜15的配向方向，所述配向方向相对所述初始方向的偏转方向与所述测试方向相对所述初始方向的偏转方向相反。换言之，若所述测试方向相对所述初始方向向第一方向偏转，则所述配向方向相对所述初始方向向第二方向偏转，所述第二方向与所述第一方向相反。
在本实施例中，所述配向方向获取方法通过检测所述偏转光束52的偏转方向获得所述配向膜15的配向方向，获取方法效率高、且准确度高，并且依据不同的衍射偏转需求获得各自对应的所述配向膜15的配向方向，灵活度高、适用范围广。
作为一种可选实施例，所述测试硅基液晶5具有衍射转向方向相同的相位周期范围。换言之，所述测试硅基液晶5用于形成衍射转向方向相同的多个相位光栅，这些相位光栅所对应的相位周期共同形成所述相位周期范围。所述测试相位光栅的相位周期为所述相位周期范围中的最小值。依据光栅方程，衍射角越大则相位周期越小，因此所述相位周期范围中的最小值对应于产生最大衍射角的相位光栅，选择对应于最大衍射角的相位光栅作为所述测试限位光栅，能够更准确地获得所述偏转光束52的偏振方向和偏转角度，从而有利于提高所述配向方向获取方法的准确度。
可选的，所述测试方向与所述初始方向之间形成第一角度。所述配向方向与所述初始方向之间形成第二角度。所述第二角度接近所述第一角度。在一种实施例中，所述第二角度与所述第一角度的比为0.8～1.2。例如，所述第二角度与所述第一角度相等。由于所述第二角度接近所述第一角度，因此采用所述配向方向的所述配向膜15能够使所述硅基液晶1的液晶具有更佳的初始取向，以抵消液晶在平行于所述第一面板11的平面上的偏转角度，使得衍射角最大的所述偏转光束52的偏振方向不发生旋转，从而避免产生偏振损耗和衍射不充分损耗，使得所述波长选择开关100的最边缘的所述输出端口102的损耗降低，从而平衡了所述波长选择开关100的各个输出端口102的损耗，使得所述波长选择开关100的整体损耗较小，优化了所述波长选择开关100的性能。
在所述配向方向获取方法中，还可通过准直透镜55、球面镜56及空间探测器57辅助测试，以获得更准确的配向方向。
请结合参阅图1至图15，本申请实施例还提供一种硅基液晶制作方法。所述硅基液晶制作方法可用于制作上述实施例中所述硅基液晶1。所述硅基液晶1用于衍射呈线偏振态的入射光束以形成偏转光束。所述硅基液晶制作方法包括：
提供第一面板11，在所述第一面板11上涂覆第一层配向膜，并对所述第一层配向膜进行配向，使得所述第一层配向膜的配向方向相对所述入射光束的偏振方向向第二方向偏转。
提供第二面板12，在所述第二面板12上涂覆第二层配向膜，并对所述第二层配向膜进行配向，所述第二层配向膜的配向方向与所述第一层配向膜的配向方向相同。
以及，对盒所述第一面板11和所述第二面板12，并在所述第一面板11与所述第二面板12之间填充液晶层13，以形成所述硅基液晶1，其中，所述第一面板11上的电路与所述第二面板12上的电路共同构成驱动电路14，所述液晶层13中液晶在所述驱动电路14所产生的电场下，在垂直于所述第一面板11的平面上发生偏转，且在平行于所述第一面板11的平面上向第一方向偏转，所述第一方向与所述第二方向相反。
在本实施例中，由于所述第一层配向膜和所述第二层配向膜的配向方向相对所述入射光束的偏振方向向第二方向偏转，所述第二方向与所述第一方向相反，因此当所述硅基液晶1通电、所述液晶层13中液晶在平行于所述第一面板11的平面上向第一方向偏转时，所述液晶层13中液晶由所述第一层配向膜和所述第二层配向膜所带来的初始取向抵消了其在平行于所述第一面板11的平面上的至少部分偏转角度，从而减小了所述液晶层13中液晶与所述入射光束的偏振方向之间的偏转角，降低了所述偏转光束的偏振态的旋转角度，使得所述偏转光束的偏振损耗和衍射不充分损耗较低，所述波长选择开关的损耗较小，优化了所述波长选择开关的性能。
其中，可先对盒所述第一面板11和所述第二面板12、后填充所述液晶层13，也可先在所述第一面板12上通过胶框围设出液晶填充区域，在所述液晶填充区域中填充液晶形成液晶层13后，对盒所述第一面板11和所述第二面板12。
在一种可选实施例中，参阅图15，所述第一层配向膜的配向方向获取方法包括：
提供测试硅基液晶5，所述测试硅基液晶5的配向膜沿初始方向配向。
在所述测试硅基液晶5上加载测试电压，以形成测试相位光栅。所述测试相位光栅与所述硅基液晶所需产生的相位光栅相同。
向所述测试硅基液晶5发射线偏振的入射光束51，所述入射光束51的偏振方向与所述初始方向相同。
检测被所述测试硅基液晶5衍射出的偏转光束52的偏振方向为测试方向。
以及，获得所述第一层配向膜的配向方向，所述第一层配向膜的配向方向相对所述初始方向的偏转方向与所述测试方向相对所述初始方向的偏转方向相反。
在本实施例中，通过检测所述偏转光束52的偏转方向获得所述第一层配向膜的配向方向，获取方法效率高、且准确度高，并且依据不同的衍射偏转需求获得各自对应的配向膜的配向方向，灵活度高、适用范围广。
其中，所述测试硅基液晶具有衍射转向方向相同的相位周期范围，所述测试相位光栅的相位周期为所述相位周期范围中的最小值。依据光栅方程，衍射角越大则相位周期越小，因此所述相位周期范围中的最小值对应于产生最大衍射角的相位光栅，选择对应于最大衍射角的相位光栅作为所述测试限位光栅，能够更准确地获得所述偏转光束的偏振方向和偏转角度，从而有利于提高所述配向方向获取方法的准确度。
其中，所述测试方向与所述初始方向之间形成第一角度，所述配向方向与所述初始方向之间形成第二角度，所述第二角度与所述第一角度的比为0.8～1.2。例如，所述第二角度与所述第一角度相等。由于所述第二角度接近所述第一角度，因此采用所述配向方向的所述第一层配向膜和所述第二层配向膜能够使所述硅基液晶1的液晶具有更佳的初始取向，以抵消液晶在平行于所述第一面板11的平面上的偏转角度，使得衍射角最大的所述偏转光束的偏振方向不发生旋转，从而避免产生偏振损耗和衍射不充分损耗，使得所述波长选择开关的最边缘的所述输出端口的损耗降低，从而平衡了所述波长选择开关的各个输出端口的损耗，使得所述波长选择开关的整体损耗较小，优化了所述波长选择开关的性能。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (15)

1.一种硅基液晶，应用于波长选择开关，其特征在于，所述硅基液晶用于衍射呈线偏振态的入射光束以形成偏转光束，所述硅基液晶包括：
相对设置的第一面板和第二面板；
液晶层，位于所述第一面板与所述第二面板之间；
驱动电路，用于产生电场以控制所述液晶层中的液晶偏转；以及
两层配向膜，两层所述配向膜分别位于所述液晶层的相对两侧；
所述硅基液晶具有第一像素区，所述液晶层包括位于所述第一像素区内的第一液晶，在所述电场的控制下，所述第一液晶在垂直于所述第一面板的平面上发生偏转，且在平行于所述第一面板的平面上向第一方向偏转，所述配向膜包括位于所述第一像素区内的第一部分配向膜，所述第一部分配向膜的配向方向相对所述入射光束的偏振方向向第二方向偏转，所述第二方向与所述第一方向相反，以降低所述偏转光束的损耗。
2.根据权利要求1所述的硅基液晶，其特征在于，所述第一液晶在所述电场的控制下形成多个第一相位光栅，所述多个第一相位光栅中相位周期最小的相位光栅为第一边缘相位光栅，用于形成所述第一边缘相位光栅的液晶向所述第一方向偏转第一角度；
所述第一部分配向膜的配向方向与所述入射光束的偏振方向之间形成第二角度；
所述第二角度与所述第一角度的比为0.8～1.2。
3.根据权利要求1或2所述的硅基液晶，其特征在于，所述硅基液晶还具有第二像素区，所述液晶层还包括位于所述第二像素区内的第二液晶，在所述电场的控制下，所述第二液晶在垂直于所述第一面板的平面上发生偏转，且在平行于所述第一面板的平面上向第三方向偏转；
所述配向膜还包括位于所述第二像素区内的第二部分配向膜，所述第二部分配向膜的配向方向相对所述入射光束的偏振方向向第四方向偏转，所述第四方向与所述第三方向相反，以降低所述偏转光束的损耗。
4.根据权利要求3所述的硅基液晶，其特征在于，所述第二液晶在所述电场的控制下形成多个第二相位光栅，所述多个第二相位光栅中相位周期最小的相位光栅为第二边缘相位光栅，用于形成所述第二边缘相位光栅的液晶向所述第三方向偏转第三角度；
所述第二部分配向膜的配向方向与所述入射光束的偏振方向之间形成第四角度；
所述第四角度与所述第三角度的比为0.8～1.2。
5.根据权利要求3所述的硅基液晶，其特征在于，所述第三方向与所述第一方向相反。
6.根据权利要求3所述的硅基液晶，其特征在于，所述第三方向与所述第一方向相同，所述第二液晶在所述电场的控制下形成多个第二相位光栅，所述多个第二相位光栅中相位周期最小的相位光栅为第二边缘相位光栅，用于形成所述第二边缘相位光栅的液晶向所述第三方向偏转第三角度，所述第三角度与所述第一角度相同，所述第二部分配向膜的配向方向与所述第一部分配向膜的配向方向相同。
7.根据权利要求1所述的硅基液晶，其特征在于，所述第一液晶在所述电场的控制下形成多个第一相位光栅，所述第一部分配向膜的配向方向获取方法包括：
提供测试硅基液晶，所述测试硅基液晶的配向膜沿初始方向配向；
在所述测试硅基液晶上加载测试电压，以形成测试相位光栅，所述测试相位光栅与所述第一相位光栅相同；
向所述测试硅基液晶发射线偏振的入射光束，所述入射光束的偏振方向与所述初始方向相同；
检测被所述测试硅基液晶衍射出的偏转光束的偏振方向为测试方向；以及
获得所述第一部分配向膜的配向方向，所述第一部分配向膜的配向方向相对所述初始方向的偏转方向与所述测试方向相对所述初始方向的偏转方向相反。
8.一种波长选择开关，其特征在于，包括权利要求1～7任意一项所述的硅基液晶。
9.一种配向方向获取方法，应用于硅基液晶的配向膜，其特征在于，包括：
提供测试硅基液晶，所述测试硅基液晶的配向膜沿初始方向配向；
在所述测试硅基液晶上加载测试电压，以形成测试相位光栅；
向所述测试硅基液晶发射线偏振的入射光束，所述入射光束的偏振方向与所述初始方向相同；
检测被所述测试硅基液晶衍射出的偏转光束的偏振方向为测试方向；以及
获得所述硅基液晶的配向膜的配向方向，所述配向方向相对所述初始方向的偏转方向与所述测试方向相对所述初始方向的偏转方向相反。
10.根据权利要求9所述的配向方向获取方法，其特征在于，所述测试硅基液晶具有衍射转向方向相同的相位周期范围，所述测试相位光栅的相位周期为所述相位周期范围中的最小值。
11.根据权利要求9或10所述的配向方向获取方法，其特征在于，所述测试方向与所述初始方向之间形成第一角度，所述配向方向与所述初始方向之间形成第二角度，所述第二角度与所述第一角度的比为0.8～1.2。
12.一种硅基液晶制作方法，用于制作硅基液晶，所述硅基液晶用于衍射呈线偏振态的入射光束以形成偏转光束，其特征在于，所述硅基液晶制作方法包括：
提供第一面板，在所述第一面板上涂覆第一层配向膜，并对所述第一层配向膜进行配向，使得所述第一层配向膜的配向方向相对所述入射光束的偏振方向向第二方向偏转；
提供第二面板，在所述第二面板上涂覆第二层配向膜，并对所述第二层配向膜进行配向，所述第二层配向膜的配向方向与所述第一层配向膜的配向方向相同；
对盒所述第一面板和所述第二面板，并在所述第一面板与所述第二面板之间填充液晶层，以形成所述硅基液晶，其中，所述第一面板上的电路与所述第二面板上的电路共同构成驱动电路，所述液晶层中液晶在所述驱动电路所产生的电场下，在垂直于所述第一面板的平面上发生偏转，且在平行于所述第一面板的平面上向第一方向偏转，所述第一方向与所述第二方向相反。
13.根据权利要求12所述硅基液晶制作方法，其特征在于，所述第一层配向膜的配向方向获取方法包括：
提供测试硅基液晶，所述测试硅基液晶的配向膜沿初始方向配向；
在所述测试硅基液晶上加载测试电压，以形成测试相位光栅；
向所述测试硅基液晶发射线偏振的入射光束，所述入射光束的偏振方向与所述初始方向相同；
检测被所述测试硅基液晶衍射出的偏转光束的偏振方向为测试方向；以及
获得所述第一层配向膜的配向方向，所述第一层配向膜的配向方向相对所述初始方向的偏转方向与所述测试方向相对所述初始方向的偏转方向相反。
14.根据权利要求13所述的硅基液晶制作方法，其特征在于，所述测试硅基液晶具有衍射转向方向相同的相位周期范围，所述测试相位光栅的相位周期为所述相位周期范围中的最小值。
15.根据权利要求13或14所述的硅基液晶制作方法，其特征在于，所述测试方向与所述初始方向之间形成第一角度，所述配向方向与所述初始方向之间形成第二角度，所述第二角度与所述第一角度的比为0.8～1.2。
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