一种基于液晶的高对比光栅结构制造技术

本发明专利技术属于光电子技术领域，具体涉及一种基于液晶的高对比光栅结构，包括介质基底层和光栅层；所述光栅层设置在介质基底层上，所述光栅层的空隙处填充液晶。本发明专利技术一种基于液晶的高对比光栅结构，其实现了液晶与光栅的高效耦合，解决了微机械调谐中稳定性差和精准度低等问题，优化了液晶与垂直腔面发射激光器结合的结构，为进一步与垂直腔面发射激光器或与其他器件相结合打下基础，丰富了可调谐垂直腔面发射激光器的种类。

A High Contrast Grating Structure Based on Liquid Crystal

【技术实现步骤摘要】
一种基于液晶的高对比光栅结构
本专利技术属于光电子
，具体涉及一种基于液晶的高对比光栅结构。
技术介绍
近年来，高对比光栅(highcontrastgrating，HCG)因其可以代替分布式布拉格反射镜(distributedBraggreflector，DBR)与激光器结合而引起了人们的极大关注，宽带高反射率、偏振控制及高品质因子等特性使其在光电子学领域迅速发展，在光通信、3D传感、环境监测、生物医疗和高分辨率OCT成像等方面具有广阔的应用前景。高对比光栅是一种高折射率材料被低折射率绝缘电介质(如氧化物或空气)完全包围的亚波长光栅结构，光栅材料间需满足较大的折射率差(折射率相差二倍以上)，以及满足输出零级衍射波的周期性波导阵列结构。局域材料折射率的突变使HCG在入射/出射面上有强波导耦合现象。通过导模共振效应可以使光栅波导层激发的泄漏模与倏逝波衍射模完全重合，实现零阶衍射。作为垂直腔面发射激光器的顶镜，DBR和HCG都可满足谐振腔的激射条件来实现超宽带高反射率(R>95％)。前者依靠20对或者40对1/4波长厚度的高、低折射率材料相间构成的分布式布拉格反射镜实现腔面间反射，膜层数较多、组分厚度要求较为严格会对实际器件的制备以及稳定性带来困难；使用HCG作为垂直腔面发射激光器的上反射镜，比DBR薄几十倍，可以减少外延厚度、减小材料生长难度，同时提供光学反馈和控制发射光的偏振。然而，目前通过悬臂梁相连接的高对比光栅与激光器需要复杂的悬臂释放工艺，增加封装难度。微机械悬臂对外部环境敏感，温度或压力的任何变化都可能对器件产生破坏性影响，甚至还存在由布朗运动引起的机械波动，稳定性和精准性都有待提高，在可调谐垂直腔面发射激光器中，具有调谐速率较低，易产生噪音及制作工艺复杂等缺点。如何实现稳定性高，结构简单，更适用于可调谐垂直腔面发射激光器的光栅，以及如何利用高对比光栅结构充当高反射率顶镜是一个重要问题。
技术实现思路
为解决上述
技术介绍
中存在的问题，本专利技术提出一种基于液晶的高对比光栅结构，其实现了液晶与光栅的高效耦合，解决了微机械调谐中稳定性差和精准度低等问题，优化了液晶与垂直腔面发射激光器结合的结构，为进一步与垂直腔面发射激光器或与其他器件相结合打下基础，丰富了可调谐垂直腔面发射激光器的种类。本专利技术解决上述问题的技术方案是：一种基于液晶的高对比光栅结构，其特殊之处在于：包括介质基底层和光栅层；所述光栅层设置在介质基底层上，所述光栅层的空隙处填充液晶。进一步地，上述光栅层的材质为Si，所述介质基底层的材质为SiO2。进一步地，上述光栅层深度为H，H的区间为0.35-0.38μm；光栅层周期为L，L的区间为0.48-0.52μm，占空比为F，F最优区间为0.42-0.52。进一步地，上述介质基底层的深度为H2，H2为0.3μm；光栅层的深度H为0.36μm；光栅层的周期L为0.49μm；占空比F为0.49。进一步地，上述液晶为向列相E7型号液晶。本专利技术的优点：1)本专利技术基于液晶的高对比光栅结构，与液晶材料的结合能丰富高对比光栅及垂直腔面发射激光器的应用；2)液晶的流动性支持其填充光栅空隙，充当低折射率材料，简化了器件制备难度，具有结构简单，设计灵活，便于大规模制作等特点；3)向列型液晶由长棒状分子组成，仅支持一维取向顺序排列，与一维高对比光栅结构的物理性结合可对液晶分子进行周期性取向控制，二者共同实现宽带高反射率的衍射功能；4)与采用光敏性材料或栅型电极构成的液晶光栅相比，本专利技术节约成本、工艺简单，实际使用时无需外加偏振控制，适用于可调谐垂直腔面发射激光器的应用。附图说明图1为本专利技术一种基于液晶的高对比光栅结构示意图；图2为本专利技术与垂直腔面发射激光器相结合的结构示意图。其中，1-液晶；2-光栅层；3-介质基底层；4-氧化限制层；5-有源区；6-底部分布式布拉格反射镜。H为光栅层厚度，H2为介质基底层厚度，a为Si脊条，L为周期。具体实施方式为使本专利技术实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施方式中的附图，对本专利技术实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本专利技术一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本专利技术中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本专利技术保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施方式。基于本专利技术中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本专利技术保护的范围。参见图1，一种基于液晶的高对比光栅结构，包括介质基底层3和光栅层2；所述光栅层2设置在介质基底层3上，所述光栅层2的空隙处填充液晶1。所述光栅层2的Si脊条，所述介质基底层3的材质为SiO2。所述光栅层深度为H，H的区间为0.35-0.38μm；光栅层周期为L，L的区间为0.48-0.52μm，占空比为F，F最优区间为0.42-0.52。所述光栅层2为矩形光栅层。光栅层2与介质基底层3采用Si和SiO2，可通过对SOI衬底刻蚀制造而成。制作过程包括：干燥、清洁SOI基片-涂光刻胶-曝光-显影-ICP干法刻蚀-去除残胶等步骤。可选地，Si脊条可同时作为电极对液晶1施加电压。进一步地，周期性排列的Si脊条可对液晶1产生一定取向控制作用。实施例一：参见图1，介质基底层3为二氧化硅SiO2，折射率为1.45；矩形光栅层2为Si，折射率为3.67；液晶1为向列相E7型号液晶，折射率为1.5。该基于液晶的高对比光栅结构参数为：介质基底层3的深度H2为0.3μm，光栅层的深度为0.36μm，光栅层的周期为0.49μm，占空比为F(F＝a/L)为0.49。入射光为TE偏振光，波长为940nm，入射角为0°。在此条件下，本实施例采用严格耦合波分析法进行仿真，利用Rsoft仿真软件绘制得到光栅反射率与波长的关系，在900-1200nm波长表现高反射性，峰值达到99.9％，带宽约为256nm。可见，本专利技术设计的高对比光栅可实现宽带高反射特性。实施例二：改变实例一中光栅的周期，变化范围为0.4-0.8μm，其他参数不变。选取合适的周期参数，算出本实施基于液晶的高对比光栅的最优周期变化范围为0.48-0.52μm。实施例三：改变实例一中光栅中Si厚度，变化范围为0.5-1.0μm，其他参数不变。选取合适的厚度参数，算出本实施基于液晶的高对比光栅的最优厚度变化范围为0.35-0.38μm，与DBR相比厚度薄，便于集成。实施例四：改变实例一中光栅占空比F(F＝a/L)大小，变化范围为0.3-0.7，其他参数不变。选取合适的占空比参数，算出本实施基于液晶的高对比光栅的最优占空比变化范围为0.42-0.52。实施例五：改变实例一中液晶折射率大小，E7型号液晶的等效折射率随施加电压的变化会由o光偏振光折射率变为e光偏振光折射率，变化量为0-0.25，其他参数不变。本专利技术设计的高对比光栅在液晶折射率改变的同时仍保持高反射特性。实施例六：改变实例一中入射光为940nmTE偏振光，其他参数不变。可见，本专利技术设计的高对比光栅对TE、TM偏振光具有偏振选择本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于液晶的高对比光栅结构，其特征在于：包括介质基底层(3)和光栅层(2)；所述光栅层(2)设置在介质基底层(3)上，所述光栅层(2)的空隙处填充液晶(1)。

【技术特征摘要】
1.一种基于液晶的高对比光栅结构，其特征在于：包括介质基底层(3)和光栅层(2)；所述光栅层(2)设置在介质基底层(3)上，所述光栅层(2)的空隙处填充液晶(1)。2.根据权利要求1所述的基于液晶的高对比光栅结构，其特征在于：所述光栅层(2)的材质为Si，所述介质基底层(3)的材质为SiO2。3.根据权利要求1或2所述的基于液晶的高对比光栅结构，其特征在于：所述光栅层深度为H，H的区间为0.35-...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐莉，郑舟，石琳琳，邹永刚，马晓辉，范杰，王海珠，
申请(专利权)人：长春理工大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22