一种柔性集成光子器件、制备方法及光束调制系统技术方案

本发明专利技术实施例公开了一种柔性集成光子器件、制备方法及光束调制系统。其中柔性集成光子器件包括柔性衬底；设置于柔性衬底一侧的液晶聚合物膜，液晶聚合物膜的液晶分子指向矢沿第一方向相同，沿第二方向呈0°‑180°渐变分布，以形成对入射光束的约束与定向传播的柔性直波导；其中，第一方向与第二方向相交。本发明专利技术实施例的柔性集成光子器件可用于可穿戴设备，且具有集成度高、成本低廉、可设计性强、可重复使用、制备工艺简单的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性集成光子器件、制备方法及光束调制系统
本专利技术实施例涉及片上集成光子技术，尤其涉及一种柔性集成光子器件、制备方法及光束调制系统。
技术介绍
集成光子技术使得光可以在片上产生、传播、调制和探测。传统的集成光子器件主要是硅基集成光子器件，它与现有的互补金属氧化物半导体(CMOS)技术具有很好的兼容性，同时它的芯层是折射率为3.48的硅，包层是折射率为1.45的二氧化硅。由于二者具有比较大的折射率差，因此硅基光子集成具有很强的光约束和密植距，这就使得单片上光子器件的集成度更高。然而大折射率差所带来的对于制造精度过高的要求，也提升了硅基光子集成技术的工艺难度和制造成本。之后诞生了光子技术，材料种类众多使得光子集成材料有了更多的选择余地，并且相对于硅基光子技术，光子技术的制作工艺相对简单。但是材料的折射率差比较小对光的约束能力比较弱，而且存在加工工艺精度差、对特定功能的设计性差等缺点。因此如何设计集成度高、成本低、可设计性强、具有可调谐性的集成光子器件，是本领域亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种柔性集成光子器件、制备方法及光束调制系统，该柔性集成光子器件可用于可穿戴设备，且具有集成度高、成本低廉、可设计性强、可重复使用、制备工艺简单的特点。第一方面，本专利技术实施例提供一种柔性集成光子器件，包括：柔性衬底；设置于所述柔性衬底一侧的液晶聚合物膜，所述液晶聚合物膜的液晶分子指向矢沿第一方向相同，沿第二方向呈0°-180°渐变分布，以形成对入射光束的约束与定向传播的柔性直波导；其中，所述第一方向与所述第二方向相交。第二方面，本专利技术实施例还提供一种光束调制系统，包括上述的柔性集成光子器件；还包括：光源；光纤探针，所述光纤探针的输入端通过光纤与所述光源的输出端连接，所述光纤探针输出端输出的光耦合入所述柔性集成光子器件；图像采集器，所述图像采集器的感光面朝向所述集成光子器件的液晶聚合物膜，用于采集所述集成光子器件传输光时的图像。第三方面，本专利技术实施例还提供一种柔性集成光子器件的制备方法，包括：提供一基板及柔性衬底；在所述基板一侧形成光控取向膜；对所述光控取向膜进行多步重叠曝光，以形成具有分子指向矢沿第一方向相同，沿第二方向呈0°-180°渐变分布的控制图形；在所述光控取向膜上形成液晶聚合物前体溶液，所述控制图形控制所述液晶聚合物前体溶液中的液晶分子指向矢沿所述第一方向相同，沿所述第二方向呈0°-180°渐变分布；对所述液晶聚合物前体溶液进行退火，以使所述液晶聚合物前体溶液形成液晶聚合物前体膜；对所述液晶聚合物前体膜进行紫外光照射，在所述基板上形成液晶聚合物膜；将所述液晶聚合物膜转移至所述柔性衬底上，得到柔性集成光子器件；其中，所述第一方向与所述第二方向相交。可选的，在所述基板一侧形成光控取向膜之前，还包括：对所述基板进行预处理；所述预处理包括：将所述基板用洗液超声清洗20-40分钟，再用超纯水超声清洗两次，每次各8-10分钟，然后在100℃-120℃烘箱中烘干40-60分钟，最后进行紫外光臭氧清洗30-45分钟。可选的，在所述基板一侧形成光控取向膜包括：在所述基板的一侧旋涂光控取向剂，旋涂参数为：用旋涂仪在500-800转/分钟的转速下旋涂5-10秒，然后在2500-3500转/分钟的转速下旋涂50-60秒；将旋涂有光控取向剂的所述基板在退火温度为100℃-120℃条件下退火10-12分钟，形成光控取向膜。可选的，对所述光控取向膜进行多步重叠曝光，以形成具有分子指向矢沿第一方向相同，沿第二方向呈0°-180°渐变分布的控制图形包括：采用无掩模动态投影曝光系统，根据曝光次序，选择对应的曝光图形，以及对应的诱导光偏振方向，依次进行曝光；其中，相邻曝光步骤的曝光图形的曝光区域部分重叠，所述诱导光偏振方向随曝光次序顺时针或逆时针旋转，以形成具有分子指向矢沿第一方向相同，沿第二方向呈0°-180°渐变分布的控制图形。可选的，所述液晶聚合物前体溶液包括有机溶剂和液晶聚合物前体；所述有机溶剂包括甲苯、苯甲醚或丙二醇甲醚醋酸酯的任意一种；所述液晶聚合物前体的质量百分含量为40％-50％。可选的，在所述光控取向膜上形成液晶聚合物前体溶液，所述控制图形控制所述液晶聚合物前体溶液中的液晶分子指向矢沿所述第一方向相同，沿所述第二方向呈0°-180°渐变分布包括：用旋涂仪在2500-3500转/分钟的转速下旋涂40-60秒，以在所述光控取向膜上形成液晶聚合物前体溶液，所述控制图形控制所述液晶聚合物前体溶液中的液晶分子指向矢沿所述第一方向相同，沿所述第二方向呈0°-180°渐变分布。可选的，对所述液晶聚合物前体溶液进行退火时间为1-2分钟，温度为80℃-100℃。可选的，对所述液晶聚合物前体膜进行紫外光照射的时间为2-3分钟，紫外光的功率为12mW/cm2-15mW/cm2。本专利技术实施例提供的柔性集成光子器件，包括：柔性衬底；设置于柔性衬底一侧的液晶聚合物膜，液晶聚合物膜的液晶分子指向矢沿第一方向相同，沿第二方向呈0°-180°渐变分布，以形成对入射光束的约束与定向传播的柔性直波导；其中，第一方向与第二方向相交。通过设置液晶聚合物膜的液晶分子指向矢沿第二方向呈0°-180°渐变分布，形成一种基于液晶聚合物的柔性直波导，能够实现对光束的片上精确操纵，可用于可穿戴设备，且具有集成度高、成本低廉、可设计性强、可重复使用、制备工艺简单的特点。附图说明图1是本专利技术实施例提供的一种柔性集成光子器件的结构示意图；图2是本专利技术实施例提供的一种柔性集成光子器件中液晶分子指向矢的分布结构示意图；图3是本专利技术实施例提供的一种柔性集成光子器件的液晶分子指向模拟示意图；图4是本专利技术实施例提供的一种柔性集成光子器件的正交偏光显微示意图；图5是本专利技术实施例提供的一种光束调制系统的结构示意图；图6是本专利技术实施例提供的一种柔性集成光子器件的横截面示意图；图7～图9是本专利技术实施例提供的柔性集成光子器件在5mm曲率半径下不同焦平面的显微示意图；图10是本专利技术实施例提供的一种柔性集成光子器件的制备方法的流程图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本专利技术，而非对本专利技术的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本专利技术相关的部分而非全部结构。在本专利技术实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本专利技术。需要注意的是，本专利技术实施例所描述的“上”、“下”、“左”、“右”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本专利技术实施例的限定。此外在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件被形成在另一个元件“上”或“下”时，其不仅能够直接形成在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接形成在另一元件“上”或者“下”。术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。图1所示为本专利技术实施例提供的一种柔性集成光子器件的结构示意图。参考图1，本实施例提供的柔性集成光子器件包括：柔性衬底10；设置于柔性衬底10一侧的液晶聚合物膜20，液晶聚合物本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柔性集成光子器件，其特征在于，包括：柔性衬底；设置于所述柔性衬底一侧的液晶聚合物膜，所述液晶聚合物膜的液晶分子指向矢沿第一方向相同，沿第二方向呈0°‑180°渐变分布，以形成对入射光束的约束与定向传播的柔性直波导；其中，所述第一方向与所述第二方向相交。

【技术特征摘要】
1.一种柔性集成光子器件，其特征在于，包括：柔性衬底；设置于所述柔性衬底一侧的液晶聚合物膜，所述液晶聚合物膜的液晶分子指向矢沿第一方向相同，沿第二方向呈0°-180°渐变分布，以形成对入射光束的约束与定向传播的柔性直波导；其中，所述第一方向与所述第二方向相交。2.一种光束调制系统，其特征在于，包括权利要求1所述的柔性集成光子器件；还包括：光源；光纤探针，所述光纤探针的输入端通过光纤与所述光源的输出端连接，所述光纤探针输出端输出的光耦合入所述柔性集成光子器件；图像采集器，所述图像采集器的感光面朝向所述集成光子器件的液晶聚合物膜，用于采集所述集成光子器件传输光时的图像。3.一种柔性集成光子器件的制备方法，其特征在于，包括：提供一基板及柔性衬底；在所述基板一侧形成光控取向膜；对所述光控取向膜进行多步重叠曝光，以形成具有分子指向矢沿第一方向相同，沿第二方向呈0°-180°渐变分布的控制图形；在所述光控取向膜上形成液晶聚合物前体溶液，所述控制图形控制所述液晶聚合物前体溶液中的液晶分子指向矢沿所述第一方向相同，沿所述第二方向呈0°-180°渐变分布；对所述液晶聚合物前体溶液进行退火，以使所述液晶聚合物前体溶液形成液晶聚合物前体膜；对所述液晶聚合物前体膜进行紫外光照射，在所述基板上形成液晶聚合物膜；将所述液晶聚合物膜转移至所述柔性衬底上，得到柔性集成光子器件；其中，所述第一方向与所述第二方向相交。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，在所述基板一侧形成光控取向膜之前，还包括：对所述基板进行预处理；所述预处理包括：将所述基板用洗液超声清洗20-40分钟，再用超纯水超声清洗两次，每次各8-10分钟，然后在100℃-120℃烘箱中烘干40-60分钟，最后进行紫外光臭氧清洗30-45分钟。5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，在所述基板一侧形成光控取向膜包括：在所述基板的一侧...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡伟，魏挺，葛士军，
申请(专利权)人：苏州晶萃光学科技有限公司，南京宁萃光学科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32