[发明专利]建立在横向场上的液晶光栅

说明书

发明背景

1.发明领域

本发明一般涉及电一光偏振器，尤其涉及供光通信系统使用的电—光偏振器，诸如可变的光衰减器(VOA)、动态增益平稳器件或其它光学元件。

2.技术背景

作为一种出自用于网络中的其它光学元件例子，可变的光衰减器(VOA)是光通信系统的基本结构单元之一。VOA可以调谐方式减小光信号的功率电平。输入光焦度大于输出光焦度1/k倍，其中，k是可变衰减系数并通过控制信号Vs而变化。因此，输出光焦度正比于减少k倍的输入焦度。k的大小由Vs来控制，并且限制在从0到1的范围内。

目前，在几种方法来实现VOA。两种最积极地推行的方法包括：光—机械方法，诸如一种移动的刀片或一种可变的中性密度滤波器；和电—光方法，诸如采用传统的无源液晶技术。建立在传统的液晶上的VOA提供出超过光—机械装置的的低电压、低成本的优点，但是，当从不同的正交坐标去除的偏振不等时，一般存在或由于分开的偏振器的存在引起不能接受的损耗温度效应、与偏振有关的损耗，可以用双偏振路径系统来克服这些原有技术的缺点。然而，增添偏振分离器和组合器招来了附加的成本。

大多数液晶装置采用横向电场。在横向电场中，电力线从夹在中间的液晶(LC)材料的第一基片延伸到第二基片。

在这种采用横向电场的传统LC装置中，由于来自邻近电极的边缘电场的电串扰，分辨率被限于薄膜厚度的约五倍。所以，要权衡分辨率和有用的LC薄膜厚度。因此，高质量结构大概不会是为了一些特征或低于10μm的光栅周期。

对无源地调整横向场LC装置所需的对准是类似的，通常通过复杂的摩擦过程获得。

所以，对用作光通信的元件，诸如多端口VOA或动态增益平稳装置，需要一种简单的、非机械的、低成本、低电压、低功率、高分辨率、可排列的装置或方法来控制偏振。

附图简述

图1是按照本发明内容的偏振器晶格10的横截面图和顶视图；

图2是被正常光线射中图1中晶格10的侧视图；

图3是被异常的光线射中图1中晶格10的侧视图；

图4是通过对图1中晶格10施加控制信号50而扩大显现的横向电感应光栅；

图5是从图4的电场应用中形成的倾斜线42的显微图；

图6是对于图4的各种入射读出光束角的插入损耗图；

图7是按照本发明内容，被滤光的图1中的晶格10的图象；

图8是按照本发明内容，在透射结构中采用图1中的液晶光栅晶格10提供平行光栅矢量的第一VOA实施例；

图9是按照本发明内容，在透射结构中采用图1中的液晶光栅晶格10提供正交光栅矢量的第二VOA实施例的顶视图；

图10是按照本发明内容图9中的第二VOA实施例的侧视图；

图11是按照本发明的内容，在反射结构中采用图1中的液晶光栅晶格10的第三VOA实施例；

图12是按照本发明内容，在动态增益平稳应用中，在一块基片上的图1中衍射光栅晶格10的阵列的应用。

较佳实施例的详细描述

现在将详细地引用本发明的较佳实施例，其中的例子都图示在附图中，在整个附图中尽可能地用相同的标号指出相同或类似的部分。本发明的用作电一光偏振器或晶格的光栅示范性实施例一般都用标号10来指出。

参阅图1，建立在横向场上的液晶相光栅或光栅组件的基本结构，以晶格的横截面和顶视图示出。该晶格或光栅组件可以被单独用作光学器件，诸如偏振器，或与多个晶格一起使用，如在VOA中，或与多重晶格排成阵列形成可排列的光学装置，诸如多端口VOA或组合一些晶格10在一块衬底上形成多重VOA以制成图12的动态增益平稳滤光器。例如，可以把多晶格在单一的衬底上排列得形成多个VOA而用作液晶交叉连接(LCX)或另一种光学装置。

参阅图1中晶格的横截面图，电—光偏振器、光栅组件或晶格10包括形成晶格基底的第一玻璃片12。第一对准表面活化剂14被涂第一玻璃片12的一个表面上。相似地，第二对准表面活化剂24被涂在第二玻璃片22的一个表面上。在第二玻璃片22和第二对准表面活化剂24之间设置着透明的指状交错组合电极图形30。一层类回归线对准的向列型液晶40薄膜被夹在第一和第二对准表面活化剂14和24之间，将控制电压或信号50形成的横向电压加于液晶40两端，以改变液晶40的光学特性，使得偏振相依的光栅60被横向电场50所感应。向列型代表液晶材料的中间相。类回归线对准指液晶分子被对准得垂直于对准表面。