CN116953980A - 结合像差校正的空间光调制器 - Google Patents

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Abstract

一种空间光调制器(100)，包括：液晶材料(104)；第一电极(106)和第二电极(108)，所述第一电极和所述第二电极设置在所述液晶材料(104)的相对侧；以及衍射光学元件(120)，所述衍射光学元件设置在所述电极(106、108)之间并且跨所述调制器(100)在横向上延伸。所述衍射光学元件(120)包括由亚波长结构形成的衍射形成物(122)的阵列。所述衍射形成物(122)的阵列限定相位轮廓，所述相位轮廓适于修改从所述第二电极反射的光的入射波前并且对光的所述入射波前应用位置相关的波前校正。

Description

结合像差校正的空间光调制器
技术领域
本公开的主题涉及空间光调制器装置，特别是液晶空间光调制器。本文公开的实施方案特别适合于用于在波长选择开关中切换波长通道的硅上液晶装置。然而，应了解，本文公开的主题可应用于更广泛的情形和其他应用。
背景技术
硅上液晶(LCOS)空间光调制器装置通常用于在波长选择开关(WSS)装置中切换光学波长通道。尽管这些装置提供的相位调制可用于反射光场的波前校正，但这通常以减少可用于切换和微调各个波长通道的性能和衰减的相位为代价。
美国专利申请公开2013/0070326涉及将提供各向异性折射率分布的亚波长光栅嵌入到LCOS空间光调制器中以将基本上180°的相对相位差引入穿过液晶元件入射的光。这用于将每个偏振分量旋转到反射时的正交取向，从而使装置响应与偏振无关。
美国专利申请公开2016/0291405涉及一种LCOS空间光调制器，其中结合了一个或多个亚波长光栅结构。通过调整光栅结构的参数，使其具有高反射率并且比LCOS背板反射率更高，从而提高装置的反射率。
然而，US 2013/0070326和US 2016/0291405的装置不对用于光学切换或光束整形的LCOS空间光调制器提供任何空间变化相位控制。
在整个说明书中对背景技术的任何讨论都不应被视为承认此类技术已广为人知或构成本领域公知常识的一部分。
发明内容
根据本公开的第一方面，一种空间光调制器包括液晶材料、第一电极和第二电极以及衍射光学元件。所述第一电极和所述第二电极设置在所述液晶材料的相对侧并且连接到用于跨所述液晶材料施加电势的电路。所述第一电极是至少部分透明的以允许光的入射波前传递到所述液晶材料中，并且所述第二电极是反射性的并且被划分成可独立电控制像素的二维阵列，所述可独立电控制像素跨所述空间光调制器在横向上延伸。
所述衍射光学元件设置在所述第一电极与所述第二电极之间并且跨所述空间光调制器在横向上延伸。所述衍射光学元件具有由亚波长结构形成的衍射形成物的阵列。所述衍射形成物的阵列限定相位轮廓，所述相位轮廓适于修改从所述第二电极反射的光的所述入射波前并且对光的反射波前应用位置相关的波前校正。
优选地，所述衍射形成物由具有高折射率的第一材料形成，所述第一材料被具有比所述第一材料低的折射率的一种或多种第二材料包围。
所述衍射光学元件可以赋予随位置而变的相位变化，所述相位变化对光的所述反射波前提供位置相关的聚焦效应。所述位置相关的聚焦效应可以包括使所述反射波前的至少一部分聚焦或散焦。在一些实施方案中，所述衍射光学元件产生位置相关的光束转向效应以选择性地对光的所述反射波前的至少一部分的方向进行定向。在一些实施方案中，所述位置相关的聚焦效应和/或所述位置相关的光束转向效应是在正交维度上应用。
在一些实施方案中，所述空间光调制器被配置为在具有光学模型的给定波长选择开关(WSS)中使用。所述衍射光学元件限定相位表面，所述相位表面赋予随位置而变的相位变化。所述相位表面由所述给定WSS的光学模型限定。
在一些实施方案中，所述可独立电控制像素的二维阵列被分为不同的空间区域，所述不同的空间区域执行独立切换。在一些实施方案中，所述不同的空间区域被配置为独立控制不同的WSS装置。在一些实施方案中，所述衍射光学元件的对应于所述不同的空间区域的不同空间区段被配置为对每个空间区域应用独立的相位校正。
在一些实施方案中，所述衍射光学元件是亚波长光栅结构，其中所述亚波长光栅结构包括在二维平面上延伸的衍射形成物的阵列，并且所述衍射形成物以跨所述二维平面变化的空间周期分布。在一些实施方案中，所述亚波长光栅结构具有弯曲光栅线的轮廓，所述弯曲光栅线跨所述空间光调制器在横向方向上具有曲率。
在一些实施方案中，所述衍射光学元件包括与高对比度光栅不同的亚波长光栅结构。所述亚波长光栅结构可以由邻近于介电材料层设置的金属材料层限定。所述金属材料可以包括亚波长结构的局部周期性矩阵，所述亚波长结构导致对从它反射的光的相位的位置相关的修改。
前述发明内容并不意图概述本公开的每个潜在实施方案或每个方面。
附图说明
图1是根据本公开的一个实施方案的硅上液晶空间光调制器的透视图。
图2是图1的空间光调制器的一部分的侧视图。
图3是像素化LCOS装置的示意性平面图，示出了对应于入射到其中的波长通道的细长光束。
图4示出跨LCOS装置随位置而变的相位表面轮廓，所述相位表面轮廓适于对入射光产生聚焦效应。
图5是随衍射光栅周期而变的相位变化的图。
图6是光栅结构的示意图，所述光栅结构对应于图4的适于对入射光产生聚焦效应的相位表面。
图7是沿着波长色散轴观察的WSS装置的示意图。
图8是沿着切换轴观察的图7的WSS装置的示意图。
图9示出跨LCOS装置随位置而变的相位表面轮廓，所述相位表面轮廓适于产生入射光的两个聚焦区域。
图10是可以实现图9的相位轮廓的对应光栅结构的示意图。
图11是含有用于所选偏振的衍射光学元件的空间光调制器(虚线)和不包括衍射光学元件的空间光调制器(实线)的反射率对波长的图。
具体实施方式
1.系统总览
首先参看图1，本公开的空间光调制器以硅上液晶(LCOS)装置的形式示出。LCOS调制器100被配置为在一个波长选择开关(WSS)或多个WSS装置中使用。然而，LCOS调制器100可以应用在其他装置中。总的来说，LCOS调制器100可以被称为空间光调制器或光学相位调制器，因为它调制在传播维度(z维度)中传播的入射光信号的相位。
作为空间光调制器的LCOS调制器100包括液晶材料104、第一电极106和第二电极108以及衍射光学元件120。电极106、108设置在液晶材料104的相对侧并且被配置为跨液晶材料104施加电势。第一电极106(这里称为上电极)是至少部分透明的以允许光的入射波前传递到液晶材料104中。(光的入射波前仅由箭头L示意性地示出。)第二电极108是反射性的，因此它可以反射通过上层(电极106、液晶材料104等)的光L的入射波前。第二电极108(这里称为下电极)被分成可独立电控制像素的二维阵列，所述可独立电控制像素跨LCOS调制器100在横向上延伸。
衍射光学元件120设置在第一电极106与第二电极108之间并且跨LCOS调制器100在横向上延伸。衍射光学元件120具有由亚波长结构形成的衍射形成物122的阵列。(如将了解的，这些衍射形成物122未按比例绘制。)如下文更详细讨论的，衍射形成物122的阵列限定了相位轮廓，所述相位轮廓被配置为修改从第二电极108反射的光L的入射波前。来自衍射形成物122的该相位轮廓被配置为对光的入射波前应用位置相关的波前校正。最后，由衍射光学元件120限定的相位轮廓的效应是在光学系统中(诸如在WSS装置中)对波长相关的光学像差提供校正。
更详细地说，LCOS调制器100包括硅基板102。下电极108安装或粘附到硅基板102。液晶材料104设置在下电极108与上电极106之间。液晶层104通常具有微米范围内的厚度，例如大约8μm。
控制器114通过电路112连接到下电极108(通过基板102)和上电极106。可独立电控制像素的二维阵列110跨LCOS调制器100在第一(x)和第二(y)横向维度上延伸。例如，上电极106可以由氧化铟锡(ITO)形成。下电极108可以由涂覆在基板102上的铝形成并且通过基板102中的CMOS连接连接到控制器114。
使用连接到上电极106和下电极108的电路112，控制器114跨液晶材料104施加电势V。电驱动的阵列110的像素跨上电极106与下电极108之间的液晶层104提供电势V，以将层104内的液晶定向成预定构型。阵列110中的每个像素可由电控制器114以多个预定电压电平中的一者来单独驱动，以对入射光信号提供局部相位调制。对像素的电气控制由通过硅基板102到电控制器114的互连提供。响应于单独驱动的像素，液晶层104可以通过由电控制器114提供给下电极108的电压驱动信号驱动到多个电气状态。
层104内的液晶材料的预配向可由配向层116和118提供。这些层116和118可以包括沿着预定方向排列以限定液晶材料的慢轴的多个小凹槽。在一些实施方案中，配向层116和118由拉丝聚酰亚胺形成。
如上所述，LCOS调制器100还包括设置在第一电极106与第二电极108之间并且跨空间光调制器在横向上延伸的衍射光学元件120。如图2中最佳所示，衍射光学元件120包括由被一种或多种其他材料包围的第一材料124形成的衍射形成物122的阵列。这里，第一材料124被第二材料126和第三材料130包围，所述第二材料和第三材料是具有低折射率的介电材料。明确地说，第二材料126和第三材料130具有比第一材料124的折射率低的折射率。
如下文更详细讨论的，衍射形成物122的阵列产生适于修改光L的反射波前并应用位置相关的波前校正的光学相位轮廓。
在本文所述的实施方案中，衍射光学元件120可以包括亚波长光栅。作为亚波长光栅，元件120不能产生任何更高阶的衍射。
在一些实施方案中，衍射形成物122是金属层。在一些实施方案中，金属层122由铝构成，并且周围区域126包含SiO2。
在图2所示的实施方案中，衍射光学元件120包括高对比度光栅结构128，所述高对比度光栅结构也是亚波长光栅。作为高对比度光栅(HCG)，高对比度光栅结构128是由具有高折射率nH的带组成的衍射结构，所述衍射结构四周被一种或多种低折射率nL1、nL2……材料包围并填充，其中光栅的周期p在满足λ/nH<p<λ/nL的范围内，其中λ是光的波长，并且nL是周围材料126的折射率。例如，如果λ＝1550nm，并且nH＝3.4，nL＝1.38，那么周期应该在455nm至1123nm的范围内。在这个周期范围内，所有非零衍射级都被抑制，而根据设计，可以增加结构的反射率。
在图2所示的实施方案中，高对比度光栅结构128包括由第一材料124形成的高折射率衍射形成物122的局部周期性集合。高折射率衍射形成物122在二维平面上延伸并且以跨二维平面变化的空间周期分布。这些衍射形成物122被折射率低于第一材料124的第二材料126包围并设置在第三材料层130的上方，所述第三材料层的折射率也低于第一材料124。总的来说，高对比度光栅结构128优选地具有在500nm至900nm范围内的厚度。在一个实施方案中，整个高对比度光栅结构128具有600nm的厚度。
在高对比度光栅128内，高折射率衍射形成物122可由折射率n在3.1至3.4范围内的非晶硅(amSi)或富硅氮化物(SRN)形成。更一般地，形成衍射形成物122的第一材料124优选地具有大于3的折射率。
衍射形成物122可以具有在300nm至500nm范围内的厚度。优选地，衍射形成物122的厚度为350nm。
低折射率层130由在结构制造的初始阶段期间沉积的低折射率材料形成。优选地，该低折射率层130包含折射率为1.44的二氧化硅(SiO2)。低折射率层130也可以包含另一种低折射率透明介电材料，例如氧化铝(Al2O3)、氧化锆(ZrO2)或氧化钛(TiO2)。
优选地，低折射率层130具有小于300nm的厚度。在一个实施方案中，例如，低折射率层130具有约150nm的厚度。
周围材料126可以包含折射率为1.44的SiO2、另一种低折射率透明介电材料或包含有机硅基聚合物的旋涂玻璃(SOG)材料。举例来说，材料126可以包括由霍尼韦尔电子材料公司出售的Accuglass T14旋涂玻璃，其具有1.38的折射率n。
在特定示例中，周围材料126优选地由可以通过旋涂施加的低折射率材料构成。旋涂具有它可以填充衍射形成物122之间的间隙并产生非常薄、稳定和均匀的高对比度光栅结构的有利特性，所述高对比度光栅结构随后可以结合到空间调制器中。虽然周围材料126优选地是Accuglass T14，但是将了解，它也可以包含可以旋涂的另一种合适的低折射率材料，例如Level-M10或PMMA。周围材料126也可以是与在底层130中使用的材料相同的材料，并且可以通过除了旋涂以外的导致填充间隙的其他方式沉积。优选地，材料126和130的折射率均小于1.65。
衍射形成物122和/或高对比度光栅128的高折射率材料层124和低折射率材料层126的厚度可以被制作为跨过LCOS调制器100在横向上变化。在一些实施方案中，衍射形成物122的厚度变化但具有350nm的平均厚度。
衍射形成物122的空间周期跨结构128变化，并且在一些实施方案中，衍射形成物122的空间周期在450nm至950nm的范围内变化。在一些实施方案中，衍射形成物122被定位成使得阵列的平均周期为700nm或大约700nm(例如，±5％、10％、等)。最大空间周期p由公式p<λ/nL给出，其中nL是周围材料126的折射率。
高对比度光栅128优选地具有约50％的平均空间占空比。空间占空比表示衍射形成物122的宽度与第二材料126的相邻区域的宽度之比。在50％的占空比下，衍射形成物122的宽度与它们之间的较低折射率材料126的区域相同。然而，占空比可能高于或低于50％，并且可能跨衍射形成物12变化。改变占空比会影响衍射光学元件120的反射效率。
高对比度光栅128的HCG反射效率可能是偏振相关的，在这种情况下，光栅取向需要被设计成与要修改的入射光场的预期偏振相匹配。在某些情况下，可以设计出产生与偏振无关的反射增强的高对比度光栅128。
在图1的LCOS调制器100的制造期间，衍射光学元件120的多个参数能够被定义以提供相位轮廓，所述相位轮廓被配置为修改光的反射波前并且被配置为对光的入射波前应用位置相关的波前校正。这些参数包括：
衍射形成物122的绝对或平均厚度。
衍射形成物122跨LCOS调制器100在横向维度上的绝对或平均宽度。
衍射形成物122在横向维度上的绝对或平均空间周期。
高对比度光栅128的绝对或平均占空比。
衍射形成物122和周围区域126和130的折射率。
跨LCOS调制器100在横向方向上具有曲率的光栅线的弯曲度或形状(由衍射形成物122的阵列限定)。
通过控制上述参数，可以在衍射光学元件120内限定相位轮廓，所述相位轮廓提供预定的位置相关的波前校正。
可以实现的波前整形和校正的示例包括球面或柱面透镜、焦距在横轴上变化的柱面透镜或多区聚焦效应(例如，形成在一个或两个维度上具有周期性的透镜阵列)。也可以对波前应用永久倾斜。
应了解，还可以使用对基于LCOS的空间光调制器100自身的主动控制来实现波前校正功能，但是应用此类功能动态地使用由空间光调制器提供的相位。可以施加的相位的最大量受对于给定单元厚度可以供应的最大电压电平限制。为了允许在没有边缘场支配的情况下有效地控制单个像素，单元厚度又受空间光调制器的像素大小限制。作为基准，单元厚度应小于像素尺寸。因此，添加永久相位偏置以产生波前校正操作可能会合意地将LCOS调制器100优化为用于专用光学功能的空间光调制器，诸如用于电信WSS装置的交换引擎。
在一些实施方案中，波前校正可以包括对光的入射波前提供位置相关的聚焦效应。该位置相关的聚焦效应可以赋予与菲涅尔透镜的相位变化类似的相位变化。这在功能上类似于体透镜对波前施加的相位延迟。位置相关的聚焦效应可以包括沿着WSS装置或其中结合了LCOS调制器100的其他系统的光轴使入射波前的至少一部分聚焦或散焦。
参看图3，示出了LCOS调制器100的平面图，并且示出了像素110的2D阵列。此外，细长波长通道(例如154)的两行150和152被示出并且入射到LCOS调制器100上。如图所示，当在WSS装置中使用时，对不同的波长通道进行整形并引导到LCOS调制器100上的不同空间位置处。将可独立电控制像素的二维阵列分为不同的预定义空间区域以对每个波长通道执行独立切换。衍射光学元件120的相位轮廓可以被定义，以在所述阵列上的特定位置(诸如对应于预定的多组波长通道或周边区域或对应于被多路复用到同一个LCOS空间光调制器上的不同WSS装置)处提供局部聚焦或散焦。
波前校正还可以包括提供位置相关的光束转向效应，以沿着WSS装置或其中结合了LCOS调制器100的其他系统的光轴选择地对光的入射波前的至少一部分的方向进行定向。在一些实施方案中，通过应用相位斜坡函数来实现光束转向效应，所述相位斜坡函数用于以与LCOS装置执行光束转向的方式类似的方式对光束进行转向。在该示例中，衍射光学元件120可以承担LCOS装置的一些转向负担，其中可以永久地应用波前整形(与在光学输出之间进行动态切换相反)。
再次参看图3，衍射光学元件120的相位轮廓可以被定义，以在对应于LCOS调制器100的预定的多组波长通道或周边区域的特定位置处提供局部光束转向。位置相关的聚焦效应和光束转向效应可以在正交维度上应用。举例来说，光束可以在x维度上聚焦并且在图1中所示的y维度上转向。
在WSS装置中的操作过程中，衍射光学元件120限定相位表面，所述相位表面向入射光束赋予随位置而变的相位变化。在一些实施方案中，该随位置而变的相位变化被设计为具有产生光学透镜功能的效应。相位表面最初可以由用于给定WSS的光学模型限定。可以使用建模软件在计算机上模拟该光学模型。可以使用计算机模型来导出随后可以被制造的衍射光学元件120的对应物理轮廓。
波前整形和校正是通过使高对比度光栅128的衍射形成物122弯曲来实现，使得光栅的周期随着位置而变化。从给定周期的光栅反射的光束被给予了取决于所述周期的相位延迟，因此如果周期跨所述光栅在空间上变化，则对光束应用的相位修改转而在空间上变化。
由具有给定局部周期的衍射元件产生的局部相位是通过使用例如在KJInnovation的软件封装GD-Calc中提供的严格耦合波模型对衍射结构的复反射率进行建模并且提取响应的相位分量来找到。为了控制局部相位的范围而可能采用的衍射结构的设计参数包括衍射形成物122的厚度和折射率、周围材料126的折射率以及低折射率层130的厚度和折射率。
在获得具有随周期变化而变化的相位响应的光栅设计之后，计算周期到相位的映射。获得衍射结构为了在LCOS表面上的空间位置(x,y)处产生给定目标相位φ而需要的周期p，例如，如p＝Aφ2+Bφ+C，A、B、C是常数。通过将每个位置处的周期映射到目标相对相位来将任意波前整形相位轮廓印到衍射结构120上，所述相对相位是通过使用建模程序诸如Zemax对期望的波前校正进行建模来找到。相位轮廓不是偏振相关的。
在设计HCG时，还可能希望另外随着周期的变化而改变占空比，以便保持高反射效率。
随着周期变化而具有适当相位变化的光栅设计具有以下参数：衍射形成物122包含折射率是3.39并且厚度是350nm的硅。低折射率层130是折射率是1.44并且厚度是150nm的SiO2。周围材料126包含折射率是1.38的SOG，并且它在衍射形成物上方延伸了50nm到100nm。该设计将产生在-180°与+180°之间的相位差，因为周期在450nm至950nm之间变化，并且对于与衍射形成物122平行偏振的光，它在该周期范围内维持了至少95％的反射率。
现在参看图4，示出了示例性相位表面轮廓。相位表面轮廓被配置为产生来自装置(100；图1)的可变聚焦效应(使光束的y轴聚焦，焦距在x轴上变化)。相位轮廓表示将应用于入射光学波前的相位前校正。可以使用上述等式来将期望的相位变化映射到衍射光学元件120的所需局部周期。为了进一步参考，图5示出了给定高对比度光栅的相位对周期的示例图，图解说明了相位变化如何映射到周期。
图6示意性地示出了产生聚焦效应(使光束的y轴聚焦，焦距在x轴上变化)的对应光栅结构。该光栅结构可用于本文所公开的衍射光学元件。如图所示，衍射光学元件120的光栅结构包括光栅线(由包含较高折射率材料124的衍射形成物122形成)，所述光栅线从左到右发散，使得周期在右边比在左边大。尽管看起来接近直线，但是应了解，由于从左到右的发散，衍射形成物122是弯曲的，并且弯曲度可以跨LCOS调制器100改变。
如上所述，由衍射光学元件120限定的相位轮廓的效应是在光学系统中(例如在WSS装置中)提供对波长相关的光学像差的校正。现在参看图7和图8，示出WSS装置200的示意图。WSS装置200包括输入光纤阵列202、一对透镜204和206、衍射光栅208和LCOS装置210。这对透镜204和206关于衍射光栅208对称设置。如图8所示，可以在切换轴上使用额外切换透镜212，并且所述额外切换透镜邻近于衍射光栅208定位。
在图7所示的波长色散轴上，光束在LCOS 210处通过使用来自衍射光栅208和成像透镜206的色散来在空间上分离。在图8所示的正交切换轴上，光学系统被设计为准直的。可以使用简化的光学设计，其中这种准直在所有波长中并不相等。此类设计需要在该LCOS平面处进行像差校正，使得光可以返回到输出光纤中而没有不想要的插入损耗。
在图8中，虚线示出了由于光学系统中的像差而以不同角度折射的射线。像差可能会由光学系统中的任何一个光学器件产生并且可以通过根据本公开的实施方案的LCOS210进行校正。
由于波长色散轴上的光束分离，每个波长可以由LCOS 210的不同部分处理。通过在LCOS 210处应用适当的相位调整，这些光束中的每一个都可以准确地重新聚焦回到光纤中，从而降低了整个系统的损耗。
在常规的LCOS空间光调制器装置中，这种相位调整可以由LCOS像素本身应用，但这会减损对WSS系统执行切换和衰减所需的相位控制。在本公开中，LCOS 210中的衍射光学元件(120；图1至图2)将固定相位开诺全息照片提供到LCOS 210的底板中，以提供位置相关的聚焦而不会减损标准功能性所需的相位。
在一些光学系统中，多个WSS装置可以利用单个LCOS空间光调制器装置(100；图1)来在输入端口与输出端口之间进行切换。在这些系统中，通过不同WSS装置切换的波长通道被引导到LCOS装置的不同区域上。举例来说，在图3中，波长通道的行150可能涉及第一WSS装置，而行152可能涉及第二WSS装置。不同的空间区域(例如，对应于两个行150和152的那些空间区域)被配置为独立地控制不同WSS装置。
在多个WSS装置的这些系统中，衍射光学元件120的对应于不同空间区域的不同空间区段可以被配置为对每个空间区域并且因此对每个WSS装置应用唯一且独立的相位轮廓。现在参看图9，示出了另一个示例性相位轮廓。该相位轮廓被配置为产生两个聚焦区域(y轴聚焦，在x轴上变化，顶部区域及底部区域彼此独立)。为了进一步参考，图10示意性地示出了用于衍射光学元件120的可以实现图9的相位轮廓的对应光栅结构。
如图10所示，例如，顶部区域220提供第一位置相关的聚焦效应，而底部区域222提供第二位置相关的聚焦效应。两个区域220、222均包括线形式的衍射形成物122，所述线从左到右发散，使得线的周期从左到右增加。这样的两区域轮廓可用于为两个不同WSS装置的光束提供独立的聚焦调整。
除了衍射光学元件120对入射光束应用位置相关的波前校正的能力之外，它还可以被设计为增强LCOS调制器100的反射率。现在参看图11，示出了含有用于所选偏振的衍射光学元件的空间光调制器(虚线)和不包括衍射光学元件的空间光调制器(实线)的反射率对波长的图。
结果，与不存在衍射光学元件120的效率相比，LCOS调制器100的反射效率可能会提高。
2.制造方法
理解了空间光调制器例如根据本公开的上述LCOS调制器100之后，可以如何通过某种方法制造此类装置的详情如下文所述。
首先，将所需厚度的SiO2和amSi或SRN层沉积到电子像素化裸片(其形成图1中的下电极108)上。接下来，根据用于实现特定波前整形的所需相位轮廓的模型来确定适合于UV曝光的主相位掩模。布置并制作主相位掩模。用光致抗蚀剂材料和光微影中需要的其他化学品来进一步涂布有涂层的裸片。然后使用穿过相位掩模成像的UV光对裸片进行曝光。
在UV曝光之后，优先移除未曝光的光致抗蚀剂材料，然后蚀刻层结构以产生衍射形成物122。然后清除剩余的光致抗蚀剂以露出衍射光学元件120。
然后在已蚀刻结构上旋涂一层薄的SOG，填充被蚀刻的空间并添加额外的薄的覆盖层。然后按正常程序来建置LCOS组件，将衍射光学元件120结合在其中。
在整个说明书中，在光信号、光波长等的意义上使用术语“光学”意欲指代在可见光、红外线或紫外线波长范围中的任何一个波长范围内的电磁辐射。在整个说明书中，术语“元件”的使用意欲表示单个单一部件或组合以执行特定功能或目的的部件集合。另外，术语“控制器”或“处理器”可以指处理例如来自寄存器和/或存储器的电子数据以将该电子数据转变为例如可以存储在寄存器和/或存储器中的其他电子数据的任何装置或装置部分。“计算机”或“计算机器”或“计算平台”可以包括一个或多个处理器。
以上对优选实施方案和其他实施方案的描述并不旨在限制或约束申请人所构想的发明概念的范围或适用性。受益于本公开将了解，根据所公开主题的任何实施方案或方面的上述特征可以在所公开主题的任何其他实施方案或方面中单独地使用或与任何其他所述特征结合使用。

Claims (21)

1.一种空间光调制器，所述空间光调制器包括：
液晶材料；
第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极设置在所述液晶材料的相对侧并且被配置为跨所述液晶材料施加电势，所述第一电极是至少部分透明的以允许光的入射波前传递到所述液晶材料中，所述第二电极是反射性的并且被划分成可独立电控制像素的二维阵列，所述可独立电控制像素跨所述空间光调制器在横向上延伸；以及
衍射光学元件，所述衍射光学元件设置在所述第一电极与所述第二电极之间并且跨所述空间光调制器在横向上延伸，所述衍射光学元件具有由亚波长结构形成的衍射形成物的阵列，
其中所述衍射形成物的阵列限定相位轮廓，所述相位轮廓被配置为修改从所述第二电极反射的光的所述入射波前并且被配置为对光的所述入射波前应用位置相关的波前校正。
2.如权利要求1所述的空间光调制器，其中通过所述相位轮廓应用的所述波前校正被配置为对光的所述入射波前提供位置相关的聚焦效应。
3.如权利要求2所述的空间光调制器，其中所述位置相关的聚焦效应被配置为使光的所述入射波前的至少一部分聚焦或散焦。
4.如权利要求2所述的空间光调制器，其中通过所述相位轮廓应用的所述波前校正被配置为提供位置相关的光束转向效应以选择性地对光的所述入射波前的至少一部分的方向进行定向。
5.如权利要求4所述的空间光调制器，其中所述位置相关的聚焦效应和所述位置相关的光束转向效应是在正交维度上应用。
6.如权利要求1所述的空间光调制器，其中所述衍射光学元件包括亚波长光栅结构。
7.如权利要求1所述的空间光调制器，其中所述衍射光学元件包括由被一种或多种第二材料包围的第一材料形成的高对比度光栅结构，所述第一材料具有高折射率，所述一种或多种第二材料具有比所述第一材料低的折射率。
8.如权利要求7所述的空间光调制器，其中所述第一材料是：折射率大于3、折射率在3.1至3.4的范围内、非晶硅或富硅氮化物。
9.如权利要求7所述的空间光调制器，其中所述第二材料是包含有机硅基聚合物的旋涂玻璃材料。
10.如权利要求7所述的空间光调制器，其中所述高对比度光栅结构包括在二维平面上延伸的所述衍射形成物的阵列，所述衍射形成物是以跨所述二维平面变化的空间周期分布。
11.如权利要求7所述的空间光调制器，其中：
所述高对比度光栅具有在450nm至950nm的范围内跨所述空间光调制器在横向上变化的周期；
所述高对比度光栅具有700nm的平均周期；
所述高对比度光栅具有在500nm至900nm的范围内的厚度；或
所述高对比度光栅具有50％的平均占空比。
12.如权利要求7所述的空间光调制器，其中所述高对比度光栅的所述衍射形成物具有高折射率并且被一种或多种较低折射率介电材料完全包围。
13.如权利要求7所述的空间光调制器，其中所述高对比度光栅包括弯曲光栅线的轮廓，所述弯曲光栅线跨所述空间光调制器在横向方向上具有曲率。
14.如权利要求7所述的空间光调制器，其中所述高对比度光栅的所述第一材料和所述一种或多种第二材料的厚度跨所述空间光调制器在横向上变化。
15.如权利要求1所述的空间光调制器，其中所述空间光调制器被配置为在具有光学模型的给定波长选择开关(WSS)中使用；并且其中所述衍射光学元件限定相位表面，所述相位表面被配置为赋予随位置而变的永久相位变化，所述相位表面由所述给定WSS的所述光学模型限定。
16.如权利要求1所述的空间光调制器，其中所述衍射光学元件限定相位表面，所述相位表面被配置为赋予随位置而变的相位变化，所述相位变化被配置为产生光学透镜功能。
17.如权利要求1所述的空间光调制器，其中所述可独立电控制像素的二维阵列被分成不同的空间区域，所述不同的空间区域被配置为执行独立切换。
18.如权利要求17所述的空间光调制器，其中所述不同的空间区域被配置为独立控制不同的WSS装置。
19.如权利要求17所述的空间光调制器，其中所述衍射光学元件的不同空间区段对应于所述不同的空间区域，并且其中所述不同空间区段被配置为对每个空间区域应用唯一且独立的相位轮廓。
20.如权利要求1所述的空间光调制器，其中与不具有所述衍射光学元件的所述空间光调制器的效率相比，具有所述衍射光学元件的所述空间光调制器的反射效率提高。
21.一种波长选择开关，所述波长选择开关包括根据权利要求1所述的空间光调制器。
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