基于一維光子晶體結(jié)構(gòu)的液晶光開(kāi)關(guān)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于一維光子晶體結(jié)構(gòu)的液晶光開(kāi)關(guān)，該液晶光開(kāi)關(guān)包括輸入光波導(dǎo)、一維光子晶體光柵薄膜結(jié)構(gòu)和輸出光波導(dǎo)，其中：輸入光波導(dǎo)用于將入射光引入到一維光子晶體光柵薄膜結(jié)構(gòu)中；一維光子晶體光柵薄膜結(jié)構(gòu)用于通過(guò)調(diào)控整體一維光子晶體透射譜來(lái)調(diào)控由輸入光波導(dǎo)引入的入射光的透射特性，進(jìn)而選擇入射光的透射波長(zhǎng)；輸出光波導(dǎo)用于引出一維光子晶體光柵薄膜結(jié)構(gòu)的輸出光。本發(fā)明利用電場(chǎng)改變光子晶體中液晶材料在光傳播方向的折射率張量來(lái)調(diào)節(jié)出射光的開(kāi)和關(guān)的狀態(tài)。本發(fā)明的光子晶體結(jié)構(gòu)液晶光開(kāi)關(guān)可用于集成度較高的光互聯(lián)芯片中，并且具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，光損耗低，功耗低，擴(kuò)展性好的特性。
【專利說(shuō)明】基于一維光子晶體結(jié)構(gòu)的液晶光開(kāi)關(guān)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光互聯(lián)器件，特別涉及一種基于一維光子晶體結(jié)構(gòu)的液晶光開(kāi)關(guān)，適用于光通信、光互聯(lián)和集成光電子芯片等【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]光開(kāi)關(guān)是光纖通信、光互聯(lián)和光邏輯器件中的重要元器件之一，可以實(shí)現(xiàn)全光層的路由選擇和波長(zhǎng)選擇。在光通信、光網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、光計(jì)算和光信息處理系統(tǒng)中都有重要的應(yīng)用。目前已實(shí)現(xiàn)的光開(kāi)關(guān)包括傳統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)光開(kāi)關(guān)、微電子機(jī)械開(kāi)關(guān)、馬赫-曾德干涉儀型光開(kāi)關(guān)、熱光效應(yīng)光開(kāi)關(guān)、聲光效應(yīng)光開(kāi)關(guān)、半導(dǎo)體放大器開(kāi)關(guān)、液晶光開(kāi)關(guān)、全息光柵開(kāi)關(guān)和氣泡開(kāi)關(guān)等，每種光開(kāi)關(guān)都有各自的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用范圍。
[0003]機(jī)械結(jié)構(gòu)光開(kāi)關(guān)器件體積龐大，不易集成。微電子機(jī)械光開(kāi)關(guān)利用類似集成電路工藝，工藝兼容性好但光損耗較大，開(kāi)關(guān)可靠性差，響應(yīng)時(shí)間為毫秒量級(jí)。波導(dǎo)光開(kāi)關(guān)的響應(yīng)時(shí)間快，體積小，但其消光比低并且損耗大。隨著集成光子技術(shù)的發(fā)展，低驅(qū)動(dòng)電壓、高集成度、低功耗、可適用于不同要求的光開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)和制作成為了大規(guī)模、集成化光芯片發(fā)展的關(guān)鍵因素。液晶光開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)閾值低，響應(yīng)速度較機(jī)械結(jié)構(gòu)光開(kāi)關(guān)快，達(dá)到毫秒量級(jí)，另外液晶材料的吸收損耗很低，這些特性使得液晶光開(kāi)關(guān)在光互聯(lián)上具有很好的應(yīng)用前景。
[0004]液晶材料是一種被廣泛應(yīng)用于各類電子元件中的各向異性材料，不同種類的液晶光開(kāi)關(guān)也已經(jīng)在各類集成度不高的產(chǎn)品中被廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)液晶光開(kāi)關(guān)工作原理為:將輸入光分為兩路偏振光，然后把光輸入到液晶內(nèi)，受到電場(chǎng)調(diào)控的液晶可以改變光的偏振狀態(tài)，輸出的光射到無(wú)源器件上進(jìn)而實(shí)現(xiàn)透過(guò)和阻斷兩種狀態(tài)。這種光開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)中包括光分束器，兩組液晶器件和合束器。因此這類開(kāi)關(guān)體積大，集成度低，光損耗很高。
[0005]光子晶體可以被用于設(shè)計(jì)制作各種光學(xué)集成器件，如濾波器、波分復(fù)用器和光開(kāi)關(guān)。利用光子晶體來(lái)實(shí)現(xiàn)光開(kāi)關(guān)的思想最早由Scalora等人于1994年提出，此后光子晶體光開(kāi)關(guān)逐漸成為研究的熱點(diǎn)，其調(diào)制機(jī)理包括光子帶隙遷移和缺陷模式遷移。Fei等人于2012年在半導(dǎo)體介質(zhì)柱中填充聚苯乙烯，利用光子晶體波導(dǎo)與微腔的耦合實(shí)現(xiàn)了全光開(kāi)關(guān)。然而目前大部分光子晶體全光開(kāi)關(guān)直接使用非線性材料或功能性材料，閾值高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜且體積大，實(shí)際應(yīng)用中的接口個(gè)數(shù)受到限制。
[0006]從芯片集成的角度考慮，光開(kāi)關(guān)對(duì)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度和所選用材料的集成工藝性能都有較高的要求。液晶光子晶體光開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)可以使光開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，體積更小，易于集成。在光互聯(lián)領(lǐng)域?qū)?huì)有很廣泛的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007](一 )要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0008]針對(duì)光互聯(lián)系統(tǒng)中需要多種具有不同特性的光開(kāi)關(guān)的要求，本發(fā)明提供了一種集成度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、損耗較低以及響應(yīng)時(shí)間為毫秒量級(jí)的基于一維光子晶體結(jié)構(gòu)的液晶光開(kāi)關(guān)。[0009]( 二)技術(shù)方案
[0010]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種基于一維光子晶體結(jié)構(gòu)的液晶光開(kāi)關(guān)，該液晶光開(kāi)關(guān)包括輸入光波導(dǎo)10、一維光子晶體光柵薄膜結(jié)構(gòu)和輸出光波導(dǎo)17,其中:輸入光波導(dǎo)10，用于將入射光引入到一維光子晶體光柵薄膜結(jié)構(gòu)中；一維光子晶體光柵薄膜結(jié)構(gòu)，用于通過(guò)調(diào)控整體一維光子晶體透射譜來(lái)調(diào)控由輸入光波導(dǎo)10引入的入射光的透射特性，進(jìn)而選擇入射光的透射波長(zhǎng)；輸出光波導(dǎo)17，用于引出一維光子晶體光柵薄膜結(jié)構(gòu)的輸出光。
[0011]上述方案中，所述一維光子晶體光柵薄膜結(jié)構(gòu)是控制光傳播通與斷的核心部分，包括第一至第四一維光子晶體光柵薄膜(11，12，13，14)，其中:第一一維光子晶體光柵薄膜11包括1101、1102、...、1106共6層薄膜，第二一維光子晶體光柵薄膜12包括1201、1202、…、1206共6層薄膜，第三一維光子晶體光柵薄膜13包括1301、1302、...1306共6層薄膜，第四一維光子晶體光柵薄膜14包括1401、1402、...、1406共6層薄膜；第一一維光子晶體光柵薄膜11與第二一維光子晶體光柵薄膜12各層交替緊貼排列組成透射光柵15，第三一維光子晶體光柵薄膜13與第四一維光子晶體光柵薄膜14各層交替緊貼排列組成調(diào)控光柵16。
[0012]上述方案中，所述透射光柵15前端界面與所述輸入光波導(dǎo)10連接，后端界面與所述調(diào)控光柵16連接，在光路方向上的層間排列為:1101、1201、1102、1202、…、1106、1206,
薄膜周期數(shù)為6。
[0013]上述方案中，所述調(diào)控光柵16前端界面連接所述透射光柵15，后端界面連接所述輸出光波導(dǎo)17，在光路方向上的層間排列為:1301、1401、1302、1402、…、1306、1406，薄膜周期數(shù)為6。
[0014]上述方案中，所述第維光子晶體光柵薄膜11為多層Ta2O5薄膜，Ta2O5材料折射率為2.15，每層薄膜的厚度為40nm ;所述第二一維光子晶體光柵薄膜12為多層SiO2薄膜，SiO2材料折射率為1.445，每層薄膜的厚度為140nm;所述第三一維光子晶體光柵薄膜13為向列型液晶材料薄膜，所選用的向列型液晶材料為E7，其折射率可表示為:
n = ^2.3716 + 0.6909xsin2(e)，其中Θ為液晶分子取向與光傳播方向的夾角，各層的厚度
均為IOOnm ;所述第四一維光子晶體光柵薄膜14為透明金屬薄膜，采用ITO材料，各層厚度為 90nm。
[0015]上述方案中，所述一維光子晶體光柵薄膜結(jié)構(gòu)是控制光傳播通與斷的核心部分，包括第一至第六一維光子晶體光柵薄膜(11，12，13，14，20，21)，其中--第一一維光子晶體光柵薄膜11包括1101、1102、…、1106共6層薄膜,第二一維光子晶體光柵薄膜12包括
1201、1202、…、1206共6層薄膜，第三一維光子晶體光柵薄膜13包括1301、1302、…、1307共7層，第四一維光子晶體光柵薄膜14包括1401、1402、…、`1406共6層薄膜，第五一維光子晶體光柵薄膜20包括2001、2002、…、2006共6層,第六一維光子晶體光柵薄膜21包括
2101、2102、…、2106共6層;第維光子晶體光柵薄膜11與第二一維光子晶體光柵薄膜12各層交替緊貼排列組成透射光柵15，第三一維光子晶體光柵薄膜13與第四一維光子晶體光柵薄膜14各層交替緊貼排列組成調(diào)控光柵16，第五一維光子晶體光柵薄膜20與第六一維光子晶體光柵薄膜21交替緊貼排列構(gòu)成出射光柵22,調(diào)控光柵16被透射光柵15與出射光柵22夾在之間。
[0016]上述方案中，所述透射光柵15前端界面與所述輸入光波導(dǎo)10連接，后端界面與所述調(diào)控光柵16連接，在光路方向上的層間排列為:1101、1201、1102、1202、…、1106、1206,
薄膜周期數(shù)為6。
[0017]上述方案中，所述調(diào)控光柵16前端界面連接所述透射光柵15，后端界面連接所述出射光柵22，在光路方向上的層間排列為:1301、1401、1302、1402、…、1306、1406，薄膜周期數(shù)為6。
[0018]上述方案中，所述出射光柵22前端面與所述調(diào)控光柵16連接，后端面與所述輸出光波導(dǎo)17連接，在光路方向上的層間排列為:2001、2101、2002、2102、...、2006、2106，薄膜周期數(shù)為6。
[0019]上述方案中，所述第三一維光子晶體光柵薄膜13中的1307層液晶薄膜處于薄膜1406和薄膜2001之間，以形成折射率周期排布缺陷。
[0020]上述方案中，所述第維光子晶體光柵薄膜11為多層Ta2O5薄膜，Ta2O5材料折射率為2.15，每層薄膜的厚度為45nm ;所述第二一維光子晶體光柵薄膜12為多層SiO2薄膜，SiO2材料折射率為1.445，每層薄膜的厚度為140nm;所述第三一維光子晶體光柵薄膜13為向列型液晶材料薄膜，所選用的向列型液晶材料為E7，其折射率可表示為:
n = ^2'3716 + 0.6909xsin2(e)，其中Θ為液晶分子取向與光傳播方向的夾角，各層的厚度
均為135nm ;所述第四一維光子晶體光柵薄膜14為透明金屬薄膜，采用ITO材料，各層厚度為40nm ;所述第五一維光子晶體光柵薄膜20為多層SiO2薄膜，SiO2材料折射率為1.445，每層薄膜的厚度為140nm ;所述第六一維光子晶體光柵薄膜21為多層Ta2O5薄膜，Ta2O5材料折射率為2.15，每層薄膜的厚度為45nm。
[0021]上述方案中，所述輸入光波導(dǎo)10和所述輸出光波導(dǎo)17米用的材料為Si02。
[0022]上述方案中，構(gòu)成所述第四一維光子晶體光柵薄膜14的透明金屬薄膜既作為一維光子晶體光柵的一部分，又充當(dāng)調(diào)節(jié)液晶分子取向的薄膜電極，每一層金屬薄膜都與外部控制電路相連；由外部控制電路施加的電壓加在金屬薄膜的奇數(shù)層，即1401、1403和1405上時(shí)，在液晶薄膜中形成的電場(chǎng)使得液晶分子取向發(fā)生偏轉(zhuǎn)。
[0023](三)有益效果
[0024]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，優(yōu)點(diǎn)在于:(I)集成度高，整個(gè)器件的尺寸小于5微米。核心部分，即一維光子晶體的最小尺寸僅為3.7微米。(2)損耗低，透明金屬薄膜對(duì)光的吸收是器件的主要損耗，而在可見(jiàn)光譜區(qū)域，金屬薄膜吸收損耗很低。器件的損耗小于2dB。(3)功耗低，液晶材料的電阻大，液晶分子取向偏轉(zhuǎn)的閾值低。(3)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，一維光子晶體的制備工藝不斷發(fā)展并趨于成熟并且所選材料在集成電路工藝中普遍被使用。(4)調(diào)控方便，透明金屬薄膜既充當(dāng)光柵層又作為調(diào)控電極，省去電極制備的步驟。
`[0025]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳述。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0026]圖1是依照本發(fā)明第一實(shí)施例的基于一維光子晶體結(jié)構(gòu)的液晶光開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖；[0027]圖2是圖1所示液晶光開(kāi)關(guān)沿光傳播方向的折射率分布曲線；
[0028]圖3，圖4分別是圖1所示液晶光開(kāi)關(guān)在未加電壓和加電壓時(shí)用透射矩陣計(jì)算的光透射譜。
[0029]圖5是依照本發(fā)明第二實(shí)施例的基于一維光子晶體結(jié)構(gòu)的液晶光開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖6是圖5所示液晶光開(kāi)關(guān)沿光傳播方向的折射率分布曲線；
[0031]圖7，圖8分別是圖5所示液晶光開(kāi)關(guān)在未加電壓和加電壓時(shí)用透射矩陣計(jì)算的光透射譜。
[0032]圖中，10為輸入光波導(dǎo)，11為透射光柵中折射率較高薄層，其中包括1101、1102、…、1106共6層，12為透射光柵中折射率較低薄層，包括1201、1202、...、1206共6層，13為調(diào)控光柵中液晶薄膜材料，在本發(fā)明第一實(shí)施例中包括1301、1302、…、1306共6層，而在本發(fā)明第二實(shí)施例中包括1301、1302、…、1307共7層，14為調(diào)控光柵中透明金屬薄膜，包括1401、1402、…、1406共6層，15、16分別為透射光柵和調(diào)控光柵，17為輸出光波導(dǎo)，18為絕緣襯底，20為本發(fā)明第二實(shí)施例中出射光柵中折射率較低薄層，包括2001、2002、…、2006共6層，21為本發(fā)明第二實(shí)施例中出射光柵中折射率較高薄層，包括2101、
2102、…、2106共6層，22為本發(fā)明第二實(shí)施例中的出射光柵。
【具體實(shí)施方式】
[0033]為使本發(fā)明的目 的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0034]本發(fā)明提供的基于一維光子晶體結(jié)構(gòu)的液晶光開(kāi)關(guān)，由折射率差別較大的多種不同薄膜材料構(gòu)成，具體而言是在絕緣襯底上制備一維光子晶體，包括輸入光波導(dǎo)、透射光柵、調(diào)控光柵和輸出光波導(dǎo)。其中，與入射光波導(dǎo)相連的透射光柵由兩種折射率差別較大的兩種薄膜材料交替疊加而成，在光傳播方向上折射率高低交錯(cuò)，兩種薄膜材料選用但并不局限于Ta2O5和SiO2，兩種薄膜材料在可見(jiàn)光譜區(qū)域的折射率分別為2.15和1.445。Ta2O5薄膜和SiO2薄膜交替排列，厚度可調(diào)。排列周期數(shù)不小于5個(gè)。
[0035]與出射光波導(dǎo)相連的調(diào)控光柵由固態(tài)薄膜材料和液晶薄膜材料交替疊加而成，這兩種薄膜選用但并不局限于透明金屬薄膜ITO(銦錫氧合金)與液晶薄膜E7，透明金屬薄膜ITO在可見(jiàn)光譜區(qū)域的折射率為1.91。透明金屬薄膜ITO即是一維光子晶體光柵層，又充當(dāng)調(diào)控電極作用，液晶薄膜E7在光傳播方向上的折射率張量可以通過(guò)加在各層透明金屬薄膜ITO上的電壓來(lái)控制。兩種薄膜厚度可調(diào)。二者交替排列，周期數(shù)不少于5個(gè)。施加于調(diào)控光柵上的調(diào)控電壓由外部驅(qū)動(dòng)電路控制，直接施加在在透明金屬薄膜ITO上，透明金屬薄膜ITO同時(shí)充當(dāng)電極，來(lái)調(diào)控液晶材料的分子取向。
[0036]在透射光柵與調(diào)控光柵界面位置形成了折射率周期排布缺陷。輸入光波導(dǎo)直接與透射光柵的前端面相連，輸出光波導(dǎo)直接與調(diào)控光柵的后端面相連。輸入光波導(dǎo)和輸出光波導(dǎo)在同一光路上。由于每種薄膜厚度和折射率的變化都會(huì)影響光子晶體缺陷模式的位置及光透射率，因此施加在透明金屬薄膜ITO上的電壓最終使得光子晶體在特定波長(zhǎng)處的光透過(guò)率發(fā)生變化。
[0037]透射光柵和調(diào)控光柵的折射率交替順序完全相反，在兩光柵界面處存在一個(gè)折射率周期排布缺陷。沿光傳播方向，透射光柵折射率以高折射率材料起始交替高低排列，調(diào)控光柵折射率以低折射率起始交替低高排列，這樣在兩種光柵的界面處為兩種折射率較低的材料，但并不局限于這種排列方式。
[0038]圖1是依照本發(fā)明第一實(shí)施例的基于一維光子晶體結(jié)構(gòu)的液晶光開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖，該結(jié)構(gòu)針對(duì)波長(zhǎng)為632.8nm的光而設(shè)計(jì),對(duì)應(yīng)于He-Ne激光器的光波長(zhǎng)。本發(fā)明第一實(shí)施例包括輸入光波導(dǎo)10、一維光子晶體光柵薄膜結(jié)構(gòu)和輸出光波導(dǎo)17,且該一維光子晶體光柵薄膜結(jié)構(gòu)包括第一至第四一維光子晶體光柵薄膜(U，12，13，14)。其中，輸入光波導(dǎo)10用于將入射光引入到一維光子晶體光柵薄膜結(jié)構(gòu)中；一維光子晶體光柵薄膜結(jié)構(gòu)用于通過(guò)調(diào)控整體一維光子晶體透射譜來(lái)調(diào)控由輸入光波導(dǎo)10引入的入射光的透射特性，進(jìn)而選擇入射光的透射波長(zhǎng)；輸出光波導(dǎo)17用于引出一維光子晶體光柵薄膜結(jié)構(gòu)的輸出光。
[0039]控制光傳播通與斷的核心部分為一維光子晶體光柵薄膜結(jié)構(gòu)。在第一實(shí)施例中，第維光子晶體光柵薄膜11為多層Ta2O5薄膜,包括1101、1102、…、1106共6層薄膜，Ta2O5材料折射率為2.15，每層薄膜的厚度為40nm。
[0040]第二一維光子晶體光柵薄膜12為多層SiO2薄膜，包括1201、1202、...、1206共6層薄膜，SiO2材料折射率為1.445，每層薄膜的厚度為140nm。
[0041]第三一維光子晶體光柵薄膜13為向列型液晶材料，在本發(fā)明中所選用的材料為
E7，其折射率可表不為:n = ^2.3716 + 0.6909> sin2(Θ)，其中θ為液晶分子取向與光傳播方
向的夾角，第三一維光子晶體光柵薄膜13包括1301、1302、…1306共6層薄膜，各層的厚度均為IOOnm。
[0042]第四一維光子晶體光柵薄膜14為透明金屬薄膜，在本發(fā)明中采用ITO材料，第四一維光子晶體光柵薄膜14包括1401、1402、…、1406共6層薄膜，各層厚度為90nm。
[0043]在該一維光子晶體光柵薄`膜結(jié)構(gòu)中，第一一維光子晶體光柵薄膜與第二一維光子晶體光柵薄膜各層交替緊貼排列組成透射光柵15，第三一維光子晶體光柵薄膜與第四一維光子晶體光柵薄膜各層交替緊貼排列組成調(diào)控光柵16。透射光柵15前端界面與輸入光波導(dǎo)10連接，后端界面與調(diào)控光柵16連接，在光路方向上的層間排列為:1101、1201、1102、
1202、…、1106、1206，薄膜周期數(shù)為6。調(diào)控光柵16前端界面連接透射光柵15，后端界面連接輸出光波導(dǎo)17，在光路方向上的層間排列為:1301、1401、1302、1402、…、1306、1406,薄膜周期數(shù)為6。整體一維光子晶體光柵薄膜結(jié)構(gòu)及其與輸入光波導(dǎo)、輸出光波導(dǎo)間的連接均無(wú)間隙。
[0044]在本發(fā)明中,輸入光波導(dǎo)10和輸出光波導(dǎo)17及襯底18所用的材料為Si02。本發(fā)明中所選用的材料并不局限于上述幾種薄膜材料，對(duì)于其它折射率不同的材料組合同樣適用。
[0045]本發(fā)明中構(gòu)成第四一維光子晶體光柵薄膜14的透明金屬薄膜既作為一維光子晶體光柵的一部分，又充當(dāng)調(diào)節(jié)液晶分子取向的薄膜電極，每一層金屬薄膜都與外部控制電路相連。由外部控制電路施加的電壓加在金屬薄膜的奇數(shù)層，即1401，1403，1405上時(shí)，在液晶薄膜中形成的電場(chǎng)使得液晶分子取向發(fā)生偏轉(zhuǎn)。液晶分子取向偏角與外加電壓的關(guān)系為:
【權(quán)利要求】
1.一種基于一維光子晶體結(jié)構(gòu)的液晶光開(kāi)關(guān)，其特征在于，該液晶光開(kāi)關(guān)包括輸入光波導(dǎo)(10)、一維光子晶體光柵薄膜結(jié)構(gòu)和輸出光波導(dǎo)(17),其中: 輸入光波導(dǎo)(10)，用于將入射光引入到一維光子晶體光柵薄膜結(jié)構(gòu)中； 一維光子晶體光柵薄膜結(jié)構(gòu)，用于通過(guò)調(diào)控整體一維光子晶體透射譜來(lái)調(diào)控由輸入光波導(dǎo)(10)引入的入射光的透射特性，進(jìn)而選擇入射光的透射波長(zhǎng)； 輸出光波導(dǎo)(17)，用于引出一維光子晶體光柵薄膜結(jié)構(gòu)的輸出光。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于一維光子晶體結(jié)構(gòu)的液晶光開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述一維光子晶體光柵薄膜結(jié)構(gòu)是控制光傳播通與斷的核心部分，包括第一至第四一維光子晶體光柵薄膜(11，12，13，14)，其中: 第一一維光子晶體光柵薄膜(11)包括1101、1102、…、1106共6層薄膜，第二一維光子晶體光柵薄膜(12)包括1201、1202、…、1206共6層薄膜,第三一維光子晶體光柵薄膜(13)包括1301、1302、…1306共6層薄膜，第四一維光子晶體光柵薄膜(14)包括1401、1402、…、1406共6層薄膜；第一一維光子晶體光柵薄膜(11)與第二一維光子晶體光柵薄膜(12)各層交替緊貼排列組成透射光柵(15)，第三一維光子晶體光柵薄膜(13)與第四一維光子晶體光柵薄膜(14)各層交替緊貼排列組成調(diào)控光柵(16)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于一維光子晶體結(jié)構(gòu)的液晶光開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述透射光柵(15)前端界面與所述輸入光波導(dǎo)(10)連接，后端界面與所述調(diào)控光柵(16)連接，在光路方向上的層間排列為:1101、1201、1102、1202、…、1106、1206，薄膜周期數(shù)為6。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于一維光子晶體結(jié)構(gòu)的液晶光開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述調(diào)控光柵(16)前端界面連接所述透射光柵(15)，后端界面連接所述輸出光波導(dǎo)(17)，在光路方向上的層間排列為:1301、1401、1302、1402、…、1306、1406，薄膜周期數(shù)為6。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于一維光子晶體結(jié)構(gòu)的液晶光開(kāi)關(guān)，其特征在于， 所述第維光子晶體光柵薄膜(11)為多層Ta2O5薄膜,Ta2O5材料折射率為2.15,每層薄膜的厚度為40nm ； 所述第二一維光子晶體光柵薄膜(12)為多層SiO2薄膜，SiO2材料折射率為1.445，每層薄膜的厚度為140nm ； 所述第三一維光子晶體光柵薄膜(13)為向列型液晶材料薄膜，所選用的向列型液晶材料為E7，其折射率可表示為:11 = ^/2.3716 + 0.6909<如:(0)，其中Θ為液晶分子取向與光傳播方向的夾角，各層的厚度均為IOOnm ； 所述第四一維光子晶體光柵薄膜(14)為透明金屬薄膜，采用ITO材料，各層厚度為90nmo
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于一維光子晶體結(jié)構(gòu)的液晶光開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述一維光子晶體光柵薄膜結(jié)構(gòu)是控制光傳播通與斷的核心部分，包括第一至第六一維光子晶體光柵薄膜(11，12，13，14，20，21)，其中: 第一一維光子晶體光柵薄膜(11)包括1101、1102、…、1106共6層薄膜，第二一維光子晶體光柵薄膜(12)包括1201、1202、…、1206共6層薄膜,第三一維光子晶體光柵薄膜(13)包括1301、1302、…、1307共7層，第四一維光子晶體光柵薄膜(14)包括1401、1402、…、1406共6層薄膜,第五一維光子晶體光柵薄膜(20)包括2001、2002、...、2006共6層,第六一維光子晶體光柵薄膜(21)包括2101、2102、…、2106共6層；第維光子晶體光柵薄膜(11)與第二一維光子晶體光柵薄膜(12)各層交替緊貼排列組成透射光柵(15)，第三一維光子晶體光柵薄膜(13)與第四一維光子晶體光柵薄膜(14)各層交替緊貼排列組成調(diào)控光柵(16)，第五一維光子晶體光柵薄膜(20)與第六一維光子晶體光柵薄膜(21)交替緊貼排列構(gòu)成出射光柵(22),調(diào)控光柵(16)被透射光柵(15)與出射光柵(22)夾在中間。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于一維光子晶體結(jié)構(gòu)的液晶光開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述透射光柵(15)前端界面與所述輸入光波導(dǎo)(10)連接，后端界面與所述調(diào)控光柵(16)連接，在光路方向上的層間排列為:1101、1201、1102、1202、…、1106、1206，薄膜周期數(shù)為6。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于一維光子晶體結(jié)構(gòu)的液晶光開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述調(diào)控光柵(16)前端界面連接所述透射光柵(15)，后端界面連接所述出射光柵(22)，在光路方向上的層間排列為:1301、1401、1302、1402、…、1306、1406，薄膜周期數(shù)為6。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于一維光子晶體結(jié)構(gòu)的液晶光開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述出射光柵(22)前端面與所述調(diào)控光柵(16)連接，后端面與所述輸出光波導(dǎo)(17)連接，在光路方向上的層間排列為:2001、2101、2002、2102、…、2006、2106，薄膜周期數(shù)為6。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于一維光子晶體結(jié)構(gòu)的液晶光開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述第三一維光子晶體光柵薄膜(13)中的1307層液晶薄膜處于薄膜1406和薄膜2001之間，以形成折射率周期排布缺陷。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于一維光子晶體結(jié)構(gòu)的液晶光開(kāi)關(guān)，其特征在于， 所述第維光子晶體光柵 薄膜(11)為多層Ta2O5薄膜,Ta2O5材料折射率為2.15,每層薄膜的厚度為45nm ； 所述第二一維光子晶體光柵薄膜(12)為多層SiO2薄膜，SiO2材料折射率為1.445，每層薄膜的厚度為140nm ； 所述第三一維光子晶體光柵薄膜(13)為向列型液晶材料薄膜，所選用的向列型液晶材料為E7,其折射率可表不為
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于一維光子晶體結(jié)構(gòu)的液晶光開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述輸入光波導(dǎo)(10)和所述輸出光波導(dǎo)(17)米用的材料為Si02。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于一維光子晶體結(jié)構(gòu)的液晶光開(kāi)關(guān)，其特征在于，構(gòu)成所述第四一維光子晶體光柵薄膜(14)的透明金屬薄膜既作為一維光子晶體光柵的一部分，又充當(dāng)調(diào)節(jié)液晶分子取向的薄膜電極，每一層金屬薄膜都與外部控制電路相連；由外部控制電路施加的電壓加在金屬薄膜的奇數(shù)層，即1401、1403和1405上時(shí)，在液晶薄膜中形成的電場(chǎng)使得液晶分子取向發(fā)生偏轉(zhuǎn)。
【文檔編號(hào)】G02F1/13GK103823276SQ201410086632
【公開(kāi)日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2014年3月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月11日
【發(fā)明者】宋國(guó)峰, 相春平, 許斌宗, 劉杰濤, 付東 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所