CN111338107A - 硅基液晶空间光调制器及其制作方法与波长选择开关 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种硅基液晶空间光调制器及其制作方法与波长选择开关。所述硅基液晶空间光调制器包括：第一基板、与第一基板相对间隔设置的第二基板以及设于第一基板与第二基板之间的液晶层；第一基板包括：第一衬底、设于第一衬底朝向第二基板的一侧的电极层以及设于电极层上的第一配向层；电极层包括第一电极及第二电极，第一电极包括第一柄部及垂直连接第一柄部的间隔排列的多个第一梳齿部，第二电极包括第二柄部及垂直连接第二柄部的间隔排列的多个第二梳齿部；第一柄部与第二柄部相对间隔设置，多个第一梳齿部与多个第二梳齿部依次交替排列，采用具有叉指电极结构的电极层，能够抑制硅基液晶空间光调制器的边缘场效应。
Description
技术领域
本发明涉及光电技术领域，尤其涉及一种硅基液晶空间光调制器及其制作方法与波长选择开关。
背景技术
硅基液晶(Liquid Crystal on Silicon，LCoS)技术已经开发了很多年，主要用于信息显示领域，由于其在空间上调制光束波长的独特能力，LCOS技术在超高清投影仪、增强现实及虚拟现实领域得到了广泛应用，与此同时，在近些年，LCoS器件还作为波长选择开关的调制芯片在电信网络领域得到了应用。
现有的LCoS器件一般包括基于互补型金属氧化物半导体(CMOS)技术的硅基板、与硅基板相对的玻璃基板及夹在硅基板和玻璃基板之间液晶层，硅基板上设有数百万个可单独寻址的用于形成像素的反射电极，每个电极都能够在液晶层上施加控制电压来控制液晶层旋转，从而实现电控制液晶材料的双折射，使得LCoS器件能够根据液晶层的配置，以相位或振幅空间调制光束的波阵面。
当液晶层使用均匀排列的向列液晶材料构成时，液晶分子将响应于像素两端的控制电压以不同角度倾斜，因此，其有效折射率会根据线性偏振光速而变化，其偏振方法平行于液晶对准方向，使得LCoS器件能够在空间上调制入射光速的相位，并保持其振幅不变，这种LCoS器件即为纯相位LCoS器件。
波长选择开关是能够重新配置光网络的关键技术之一，典型的波长选择开关能够根据服务提供商的远程控制软件的配置，有选择地将进入其输入光纤端口的各个波分复用通道路由到任何光纤输出端口，纯相位LCoS空间光调制器由于其软件可升级以及可切换灵活频谱的特性而被选中，广泛应用于波长选择开关中。
然而，现有LCoS空间光调制器的边缘场效应严重，衍射效率不高，导致采用该LCoS空间光调制器的波长选择开关的静态和瞬态串扰较大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种硅基液晶空间光调制器，能够抑制硅基液晶空间光调制器的边缘场效应，提升硅基液晶空间光调制器的衍射效率。
本发明的目的还在于提供一种硅基液晶空间光调制器的制作方法，能够抑制硅基液晶空间光调制器的边缘场效应，提升硅基液晶空间光调制器的衍射效率。
本发明的目的还在于提供一种波长选择开关，能够减少波长选择开关的串扰。
为实现上述目的，本发明提供一种硅基液晶空间光调制器，包括：第一基板、与所述第一基板相对间隔设置的第二基板以及设于所述第一基板与第二基板之间的液晶层；
所述第一基板包括：第一衬底、设于所述第一衬底朝向第二基板的一侧的电极层以及设于所述电极层上的第一配向层；
所述第二基板包括：第二衬底、设于所述第二衬底朝向第一基板一侧的第二配向层；
所述电极层包括第一电极及第二电极，所述第一电极包括第一柄部及垂直连接所述第一柄部的间隔排列的多个第一梳齿部，所述第二电极包括第二柄部及垂直连接所述第二柄部的间隔排列的多个第二梳齿部；
所述第一柄部与所述第二柄部相对间隔设置，所述多个第一梳齿部与多个第二梳齿部依次交替排列。
所述电极层包括层叠设置的第一膜层、第二膜层及第三膜层，其中第一膜层及第二膜层均为金属材料，第三膜层为金属或透明导电材料。
所述第一衬底为硅基衬底，第二衬底为透明衬底。
所述第一基板与第二基板之间的间距为0.5～50μm。
所述第一基板与第二基板之间的间距为1～5μm。
本发明还提供一种硅基液晶空间光调制器的制作方法，包括如下步骤：
步骤S1、提供第一衬底，在所述第一衬底上制作电极层；
所述电极层包括第一电极及第二电极，所述第一电极包括第一柄部及垂直连接所述第一柄部的间隔排列的多个第一梳齿部，所述第二电极包括第二柄部及垂直连接所述第二柄部的间隔排列的多个第二梳齿部；
所述第一柄部与所述第二柄部相对间隔设置，所述多个第一梳齿部与多个第二梳齿部依次交替排列；
步骤S2、在所述电极层上制作第一配向层，形成第一基板；
步骤S3、提供第二衬底，在所述第二衬底上制作第二配向层，形成第二基板；
步骤S4、对组所述第一基板和第二基板，使得第一基板和第二基板相对间隔设置，在第一基板和第二基板之间设置液晶层。
在所述硅基衬底上制作电极层具体包括：
在所述硅基衬底上形成依次层叠设置的第一膜层、第二膜层及第三膜层；
其中第一膜层及第二膜层均为金属材料，第三膜层为金属或透明导电材料；
所述第一衬底为硅基衬底，第二衬底为透明衬底。
所述第一基板与第二基板之间的间距为0.5～50μm。
所述第一基板与第二基板之间的间距为1～5μm。
本发明还提供一种波长选择开关，包括上述的硅基液晶空间光调制器。
本发明的有益效果：本发明提供一种硅基液晶空间光调制器，包括：第一基板、与所述第一基板相对间隔设置的第二基板以及设于所述第一基板与第二基板之间的液晶层；所述第一基板包括：第一衬底、设于所述第一衬底朝向第二基板的一侧的电极层以及设于所述电极层上的第一配向层；所述第二基板包括：第二衬底、设于所述第二衬底朝向第一基板一侧的第二配向层；所述电极层包括第一电极及第二电极，所述第一电极包括第一柄部及垂直连接所述第一柄部的间隔排列的多个第一梳齿部，所述第二电极包括第二柄部及垂直连接所述第二柄部的间隔排列的多个第二梳齿部；所述第一柄部与所述第二柄部相对间隔设置，所述多个第一梳齿部与多个第二梳齿部依次交替排列，采用具有叉指电极结构的电极层，能够抑制硅基液晶空间光调制器的边缘场效应，提升硅基液晶空间光调制器的衍射效率。本发明还提供一种硅基液晶空间光调制器的制作方法，能够抑制硅基液晶空间光调制器的边缘场效应，提升硅基液晶空间光调制器的衍射效率。本发明还提供一种波长选择开关，能够减少波长选择开关的串扰。
附图说明
为了能更进一步了解本发明的特征以及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。
附图中，
图1为本发明的硅基液晶空间光调制器的侧视图；
图2为本发明的硅基液晶空间光调制器的电极层的俯视图；
图3为本发明的硅基液晶空间光调制器的制作方法的流程图；
图4至图5为本发明的硅基液晶空间光调制器的制作方法中的步骤S11的示意图；
图6至图7为本发明的硅基液晶空间光调制器的制作方法中的步骤S12的示意图；
图8至图9为本发明的硅基液晶空间光调制器的制作方法中的步骤S13的示意图；
图10至图11为本发明的硅基液晶空间光调制器的制作方法中的步骤S14的示意图；
图12至图13为本发明的硅基液晶空间光调制器的制作方法中的步骤S15的示意图；
图14至图15为本发明的硅基液晶空间光调制器的制作方法中的步骤S16的示意图；
图16至图17为本发明的硅基液晶空间光调制器的制作方法中的步骤S17的示意图；
图18至图19为本发明的硅基液晶空间光调制器的制作方法中的步骤S18的示意图；
图20至图21为本发明的硅基液晶空间光调制器的制作方法中的步骤S19的示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及其效果，以下结合本发明的优选实施例及其附图进行详细描述。
请参阅图1和图2，本发明提供一种硅基液晶空间光调制器，包括：第一基板10、与所述第一基板10相对间隔设置的第二基板20以及设于所述第一基板10与第二基板20之间的液晶层30；
所述第一基板10包括：第一衬底11、设于所述第一衬底11朝向第二基板20的一侧的电极层12以及设于所述电极层12上的第一配向层13；
所述第二基板20包括：第二衬底21、设于所述第二衬底21朝向第一基板10一侧的第二配向层22；
所述电极层12包括第一电极31及第二电极32，所述第一电极31包括第一柄部311及垂直连接所述第一柄部311的间隔排列的多个第一梳齿部312，所述第二电极32包括第二柄部321及垂直连接所述第二柄部321的间隔排列的多个第二梳齿部322；
所述第一柄部311与所述第二柄部321相对间隔设置，所述多个第一梳齿部312与多个第二梳齿部322依次交替排列。
具体地，所述第一配向层13和第二配向层22用于对所述液晶层30进行配向，具体配向方式可根据实际需要进行选择，如选择垂直配向型(Vertical Alignment，VA)或扭曲向列型(Twisted Nematic，TN)。
具体地，所述电极层12包括层叠设置的第一膜层121、第二膜层122及第三膜层123，其中第一膜层121及第二膜层122均为金属材料，第三膜层123为金属或透明导电材料。
优选地，所述第一膜层121的材料为铬(Cr)，第二膜层122的材料为铜(Cu)，所述第三膜层123为锡(Sn)或氧化铟锡(Indium tin oxide，ITO)。
其中，第一膜层121的厚度为15～30nm，第二膜层122的厚度为50～150nm，第三膜层123的厚度为15～50nm。
具体地，所述第一衬底11为硅基衬底，第二衬底21为透明衬底，优选地，所述第一衬底11为聚酰亚胺硅基衬底，所述第二衬底21为透明玻璃衬底。
具体地，所述第一基板10与第二基板20之间的间距为0.5～50um，优选地，所述第一基板10与第二基板20之间的间距为1～5μm。
需要说明的是，本发明的硅基液晶空间光调制器，采用叉指电极结构的电极层，能够有效抑制边缘场效应，从而使得的硅基液晶空间光调制器具有较低的边缘场效应，有效提升硅基液晶空间光调制器的衍射效率，将该硅基液晶空间光调制器应用于波长选择开关中，能够有效减少波长选择开关的静态和瞬态串扰。
请参阅图3，本发明还提供一种硅基液晶空间光调制器的制作方法，包括如下步骤：
步骤S1、提供第一衬底11，在所述第一衬底11上制作电极层12；
所述电极层12包括第一电极31及第二电极32，所述第一电极31包括第一柄部311及垂直连接所述第一柄部311的间隔排列的多个第一梳齿部312，所述第二电极32包括第二柄部321及垂直连接所述第二柄部321的间隔排列的多个第二梳齿部322；
所述第一柄部311与所述第二柄部321相对间隔设置，所述多个第一梳齿部312与多个第二梳齿部322依次交替排列。
具体地，在所述硅基衬底11上制作电极层12具体包括：
在所述硅基衬底11上形成依次层叠设置的第一膜层121、第二膜层122及第三膜层123；
其中第一膜层121及第二膜层122均为金属材料，第三膜层123为金属或透明导电材料。
优选地，所述第一膜层121的材料为铬，第二膜层122的材料为铜，所述第三膜层123为锡或氧化铟锡。
举例说明，如图4至图21所示，在本发明的一些实施例中，在所述硅基衬底11上制作电极层12的具体步骤为：
步骤S11、如图4及图5所示，提供第一衬底11，在所述第一衬底11形成一铬膜121’，厚度为15～30nm；
步骤S12、如图6及图7所示，在所述铬膜121’形成一铜膜122’，厚度为50～100nm；
步骤S13、如图8及图9所示，在所述铜膜122’上覆盖负性光刻胶40；
步骤S14、如图10及图11所示，利用一光罩(Mask)对所述负性光刻胶40进行曝光及显影，形成一叉指电极图案；
步骤S15、如图12及图13所示，在所述叉指电极图案中再电镀一铜层122”；
步骤S16、如图14和图15所示，去除所述负性光刻胶40；
步骤S17、如图16及图17所示，去除除叉指电极结构以外的剩余的铬膜121’和铜膜122’，具体可通过电子束刻蚀去除除电极层12以外的铬膜121’和铜膜122’，未被去除的铬膜121’做为电极层12的第一膜层121，未被去除的铜膜122’及电镀得到的铜层122”共同做为第二膜层122；
步骤S18、如图18及图19所示，在所述第二膜层122上形成锡层或ITO层，厚度为15～50nm，所述锡层或ITO层做为第三膜层123；
步骤S19、如图20及图21，切割所述第一衬底11至合适的尺寸，完成在所述第一衬底11上制作电极层12的步骤。
步骤S2、在所述电极层12上制作第一配向层13，形成第一基板10；
步骤S3、提供第二衬底21，在所述第二衬底21上制作第二配向层22，形成第二基板20；
步骤S4、对组所述第一基板10和第二基板20，使得第一基板10和第二基板20相对间隔设置，在第一基板10和第二基板20之间设置液晶层30。
具体地，所述第一配向层13和第二配向层22用于对所述液晶层30进行配向，具体配向方式可根据实际需要进行选择，如选择垂直配向型或扭曲向列型。
具体地，所述第一衬底11为硅基衬底，第二衬底21为透明衬底。
具体地，所述第一基板10与第二基板20之间的间距为0.5～50um，优选地，所述第一基板10与第二基板20之间的间距为1～5μm。
优选地，所述第一衬底11为聚酰亚胺硅基衬底，所述第二衬底21为透明玻璃衬底。
需要说明的是，本发明的硅基液晶空间光调制器的制作方法制得的硅基液晶空间光调制器，采用叉指电极结构的电极层，能够有效抑制边缘场效应，从而使得的硅基液晶空间光调制器具有较低的边缘场效应，有效提升硅基液晶空间光调制器的衍射效率，将该硅基液晶空间光调制器应用于波长选择开关中，能够有效减少波长选择开关的静态和瞬态串扰。
本发明还提供一种波长选择开关，包括上述的硅基液晶空间光调制器，能够减少波长选择开关的串扰。
综上所述，本发明提供一种硅基液晶空间光调制器，包括：第一基板、与所述第一基板相对间隔设置的第二基板以及设于所述第一基板与第二基板之间的液晶层；所述第一基板包括：第一衬底、设于所述第一衬底朝向第二基板的一侧的电极层以及设于所述电极层上的第一配向层；所述第二基板包括：第二衬底、设于所述第二衬底朝向第一基板一侧的第二配向层；所述电极层包括第一电极及第二电极，所述第一电极包括第一柄部及垂直连接所述第一柄部的间隔排列的多个第一梳齿部，所述第二电极包括第二柄部及垂直连接所述第二柄部的间隔排列的多个第二梳齿部；所述第一柄部与所述第二柄部相对间隔设置，所述多个第一梳齿部与多个第二梳齿部依次交替排列，采用具有叉指电极结构的电极层，能够抑制硅基液晶空间光调制器的边缘场效应，提升硅基液晶空间光调制器的衍射效率。本发明还提供一种硅基液晶空间光调制器的制作方法，能够抑制硅基液晶空间光调制器的边缘场效应，提升硅基液晶空间光调制器的衍射效率。本发明还提供一种波长选择开关，能够减少波长选择开关的串扰。
以上所述，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术构思作出其他各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种硅基液晶空间光调制器，其特征在于，包括：第一基板(10)、与所述第一基板(10)相对间隔设置的第二基板(20)以及设于所述第一基板(10)与第二基板(20)之间的液晶层(30)；
所述第一基板(10)包括：第一衬底(11)、设于所述第一衬底(11)朝向第二基板(20)的一侧的电极层(12)以及设于所述电极层(12)上的第一配向层(13)；
所述第二基板(20)包括：第二衬底(21)、设于所述第二衬底(21)朝向第一基板(10)一侧的第二配向层(22)；
所述电极层(12)包括第一电极(31)及第二电极(32)，所述第一电极(31)包括第一柄部(311)及垂直连接所述第一柄部(311)的间隔排列的多个第一梳齿部(312)，所述第二电极(32)包括第二柄部(321)及垂直连接所述第二柄部(321)的间隔排列的多个第二梳齿部(322)；
所述第一柄部(311)与所述第二柄部(321)相对间隔设置，所述多个第一梳齿部(312)与多个第二梳齿部(322)依次交替排列。
2.如权利要求1所述的硅基液晶空间光调制器，其特征在于，所述电极层(12)包括层叠设置的第一膜层(121)、第二膜层(122)及第三膜层(123)；其中，第一膜层(121)及第二膜层(122)均为金属材料，第三膜层(123)为金属或透明导电材料。
3.如权利要求1所述的硅基液晶空间光调制器，其特征在于，所述第一衬底(11)为硅基衬底，第二衬底(21)为透明衬底。
4.如权利要求1所述的硅基液晶空间光调制器，其特征在于，所述第一基板(10)与第二基板(20)之间的间距为0.5～50μm。
5.如权利要求4所述的硅基液晶空间光调制器，其特征在于，所述第一基板(10)与第二基板(20)之间的间距为1～5μm。
6.一种硅基液晶空间光调制器的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1、提供第一衬底(11)，在所述第一衬底(11)上制作电极层(12)；
所述电极层(12)包括第一电极(31)及第二电极(32)，所述第一电极(31)包括第一柄部(311)及垂直连接所述第一柄部(311)的间隔排列的多个第一梳齿部(312)，所述第二电极(32)包括第二柄部(321)及垂直连接所述第二柄部(321)的间隔排列的多个第二梳齿部(322)；
所述第一柄部(311)与所述第二柄部(321)相对间隔设置，所述多个第一梳齿部(312)与多个第二梳齿部(322)依次交替排列；
步骤S2、在所述电极层(12)上制作第一配向层(13)，形成第一基板(10)；
步骤S3、提供第二衬底(21)，在所述第二衬底(21)上制作第二配向层(22)，形成第二基板(20)；
步骤S4、对组所述第一基板(10)和第二基板(20)，使得第一基板(10)和第二基板(20)相对间隔设置，在第一基板(10)和第二基板(20)之间设置液晶层(30)。
7.如权利要求6所述的硅基液晶空间光调制器的制作方法，其特征在于，在所述硅基衬底(11)上制作电极层(12)具体包括：
在所述硅基衬底(11)上形成依次层叠设置的第一膜层(121)、第二膜层(122)及第三膜层(123)；
其中，第一膜层(121)及第二膜层(122)均为金属材料，第三膜层(123)为金属或透明导电材料；
所述第一衬底(11)为硅基衬底，第二衬底(21)为透明衬底。
8.如权利要求6所述的硅基液晶空间光调制器的制作方法，其特征在于，所述第一基板(10)与第二基板(20)之间的间距为0.5～50μm。
9.如权利要求8所述的硅基液晶空间光调制器的制作方法，其特征在于，所述第一基板(10)与第二基板(20)之间的间距为1～5μm。
10.一种波长选择开关，其特征在于，包括如权利要求1至5任一项所述的硅基液晶空间光调制器。
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