一种光学系统及其液晶LCoS装置的制作方法

本发明涉及光学，更具体地说，涉及一种光学系统及其液晶lcos装置。

背景技术：

1、随着波分复用和更高速的光模块在光通讯中的广泛应用，可重构光差分复用系统(roadm，reconfigurable optical add-drop multiplexer)在光通讯网络中应用越来越广泛，其可以实现任意波长或波长组合在任意通讯端口的光信号切换、衰减或阻断，是光通讯网络灵活调度的核心光交换设备，适应更复杂的光网络交叉配置。波长选择开关(wss，wavelength selective switches)是实现roadm系统功能的核心模块，基于lcos的wss具有通讯中心频率和带宽可灵活设置，在rodam系统中被大量使用。

2、基于lcos技术的wss主要原理是利用色散光栅将不同波长的光通过成像方式分别聚焦到lcos表面不同位置，进行空间分离，以便于各个波长单独处理，在lcos面呈椭圆形光斑，长轴方向为开关方向，短轴方向为波长排列方向，为了实现各个波长在wss不同端口切换，lcos在光斑长轴方向(开关方向)形成位相衍射光栅，将能量集中在一个衍射级次输出到对应的wss端口。

3、相关技术中，如专利us20060067611a1提供了一种典型的wss光学系统结构，通过透镜610将光纤601-606出射的光束进行初步准直，偏振分离组件615偏振空间分离，并通过波片626将两束偏振光束进行偏振方向统一(lcos在wss中是纯位相调制形成位相衍射光栅，因此需要光束单偏振入射)，经过反射成像镜630进行光束准直，入射到棱镜光栅642进行波长分离，并再次经过反射成像镜630会聚到lcos 645面形成椭圆光斑，经过lcos 645面形成的位相衍射光栅调制后原路返回到光纤出射端口，通过调制位相衍射光栅参数实现波长管理和切换端口功能。但是，在该方案中，由于需要将随机偏振态的入射光进行偏振分离(651，652)和偏振转换，以便在lcos面两束光束653和654形成对称交叉和偏振统一，lcos可以利用位相光栅进行光束方向的调制，实现波长开关功能，这种偏振分离和转换导致整个光学系统需要兼顾两束光束的耦合，使得整个光学系统体积较大，并且需要严格控制光学系统的像差，设计难度增加，并且实际光学调整工艺难度较大，不利于wss小型化和降低成本。

4、由上可知，相关技术并未对如何在简化光学系统中偏振分离和转换结构的同时实现lcos可以调制任意偏振态光束的衍射光方向的问题给出任何技术启示。

技术实现思路

1、1.要解决的技术问题

2、针对现有技术中存在的如何在简化光学系统中偏振分离和转换结构的同时实现lcos可以调制任意偏振态光束的衍射光方向的问题，本发明提供了一种光学系统及其液晶lcos装置，它可以实现调制任意偏振态光束的衍射光方向，能够使光学系统不再采用偏振分离和偏振转换结构，实现了简化光学系统，降低了设计和工艺开发难度。

3、2.技术方案

4、本申请的内容部分用于以简要的形式介绍构思，这些构思将在后面的具体实施方式部分被详细描述。本申请的内容部分并不旨在标识要求保护的技术方案的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求的保护的技术方案的范围。

5、本申请的一些实施例提出了一种光学系统及其液晶lcos装置，来解决以上背景技术部分提到的技术问题。

6、作为本申请的第一方面，本申请的一些实施例提供了一种液晶lcos装置，包括第一偏转层和第二偏转层，第一偏转层与第二偏转层堆叠设置，其中，第一偏转层的晶轴方向与第二偏转层的晶轴方向相异以实现光束不同偏振态的位相调制。

7、更进一步的，第一偏转层的晶轴方向与第二偏转层的晶轴方向之间的夹角为90°。

8、更进一步的，第一偏转层和第二偏转层之间设有公共电极。

9、更进一步的，第一偏转层远离第二偏转层的一侧设有薄膜晶体管层，用于单独控制各个像素液晶电压。

10、更进一步的，第一偏转层包含第一取向层、第二取向层和第一液晶层，第一液晶层设置于第一取向层和第二取向层之间以使第一液晶层在上电前晶轴在第一取向层和第二取向层的作用下沿第一轴向排布。

11、更进一步的，第二偏转层包含第三取向层、第四取向层和第二液晶层，第二液晶层设置于第三取向层和第四取向层之间以使第二液晶层在上电前晶轴在第三取向层和第四取向层的作用下沿第二轴向排布。

12、更进一步的，第一液晶层为透射式结构，第二液晶层为反射式结构。

13、更进一步的，还包括硅基层，硅基层设置于第二偏转层远离第一偏转层的一侧。

14、作为本申请的第二方面，本申请的一些实施例提供了一种光学系统，包括上述液晶lcos装置，光学系统还包括：光纤阵列、准直透镜、成像器件、开关透镜和色散光栅，光纤阵列设置于准直透镜的一侧以使光纤阵列输出的光束进入准直透镜中能进行准直；

15、成像器件和开关透镜分别布置于色散和开关方向上以使成像器件和开关透镜完成各波长光束耦合到对应出射端口；

16、色散光栅设置于开关透镜的一侧以使输入的多种波长光按照波长顺序展开到液晶lcos装置的相应位置上。

17、更进一步的，色散光栅为棱镜色散光栅或平面色散光栅。

18、3.有益效果

19、相比于现有技术，本发明的优点在于：

20、(1)本方案采用随机偏振态光束入射，光学结构中不存在偏振分离和转换结构，有利于wss小型化，并简化了wss的装配工艺；

21、(2)本方案的双层液晶lcos结构可以实现分别用于处理两个方向(或者在该方向的分量)的偏振态的衍射调制，配合光学结构进行工作；

22、(3)本方案采用双层液晶lcos结构，使得lcos可以调制任意偏振态光束的衍射光方向，光学系统不再采用偏振分离和偏振转换结构，很大程度上简化了光学系统，降低了设计和工艺开发难度，并减小了体积。

技术特征：

1.一种液晶lcos装置，其特征在于：包括第一偏转层和第二偏转层，所述第一偏转层与所述第二偏转层堆叠设置，其中，所述第一偏转层的晶轴方向与所述第二偏转层的晶轴方向相异以实现光束不同偏振态的位相调制。

2.根据权利要求1所述的液晶lcos装置，其特征在于：所述第一偏转层包含第一取向层、第二取向层和第一液晶层，所述第一液晶层设置于所述第一取向层和所述第二取向层之间以使所述第一液晶层在上电前晶轴在所述第一取向层和所述第二取向层的作用下沿第一轴向排布。

3.根据权利要求1所述的液晶lcos装置，其特征在于：所述第二偏转层包含第三取向层、第四取向层和第二液晶层，所述第二液晶层设置于所述第三取向层和所述第四取向层之间以使所述第二液晶层在上电前晶轴在所述第三取向层和所述第四取向层的作用下沿第二轴向排布。

4.根据权利要求1所述的液晶lcos装置，其特征在于：所述第一液晶层为透射式结构，所述第二液晶层为反射式结构。

5.根据权利要求1所述的液晶lcos装置，其特征在于：还包括硅基层，所述硅基层设置于所述第二偏转层远离所述第一偏转层的一侧。

6.根据权利要求1所述的液晶lcos装置，其特征在于：所述第一偏转层的晶轴方向与所述第二偏转层的晶轴方向之间的夹角为90°。

7.根据权利要求1所述的液晶lcos装置，其特征在于：所述第一偏转层和所述第二偏转层之间设有公共电极。

8.根据权利要求1所述的液晶lcos装置，其特征在于：所述第一偏转层远离所述第二偏转层的一侧设有薄膜晶体管层，用于单独控制各个像素液晶电压。

9.一种光学系统，其特征在于：包括如权利要求1至8任意一项所述的液晶lcos装置，所述光学系统还包括：光纤阵列、准直透镜、成像器件、开关透镜和色散光栅，所述光纤阵列设置于所述准直透镜的一侧以使所述光纤阵列输出的光束进入所述准直透镜中能进行准直；

10.根据权利要求9所述的光学系统，其特征在于：所述色散光栅为棱镜色散光栅或平面色散光栅。

技术总结本发明公开了一种光学系统及其液晶LCoS装置，属于光学技术领域。其中，液晶LCoS装置包括第一偏转层和第二偏转层，所述第一偏转层与所述第二偏转层堆叠设置，其中，所述第一偏转层的晶轴方向与所述第二偏转层的晶轴方向相异以实现光束不同偏振态的位相调制。本申请的有益之处在于提供了一种光学系统及其液晶LCoS装置，它可以实现调制任意偏振态光束的衍射光方向，能够使光学系统不再采用偏振分离和偏振转换结构，实现了简化光学系统，降低了设计和工艺开发难度。技术研发人员：杜聚有,许明,穆安容,王保东受保护的技术使用者：安徽共芯光子科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/27