一種矽基液晶光濾波器的製作方法
2024-01-30 21:29:15
專利名稱：一種矽基液晶光濾波器的製作方法
技術領域：
本發明屬於光電子器件，適用於光電子領域、光通信領域。
背景技術：
國內外實現多埠的可調光濾波器的主要技術手段包括微機電系統(MEMS)轉鏡技術、數字微鏡器件(DMD)技術、液晶(LC)技術和矽基液晶(LCOS)技術。矽基液晶技術可以實現高解析度的調節步長，從而實現帶寬和中心波長連續可調，但是目前的矽基液晶實現光束偏轉主要原理是基於周期性閃耀光柵的光束偏轉原理，離散偏轉角度β由下式決定β = sin-1 (λ/Md)，其中，λ為光束波長，M為一個周期內的相位級次，d為每個相位臺階的寬度，若在高填充比的條件下，可以近似為電極的寬度，由於電極間距一定，故閃耀光柵的偏轉角度實際上取決於M，而M只能取一系列離散的值，因此對於周期性的閃耀光柵，為了保證出射波陣面的閃耀周期相同，只能實現有限數量的離散的衍射角度，無法進行光波束的連續偏轉，偏轉角度數目有限，偏轉精度有限，這就影響了整個矽基液晶光濾波器的調節精度。自矽基液晶光濾波器被提出至今，國內外學者開展了廣泛的研究，主要集中在光束偏轉效率，光束偏轉精度，液晶材料響應時間等幾個方面，均取得了較大進展，但是實現光束偏轉角度離散不均勻的問題仍未得到有效的解決，無法適應大規模的光交換濾波系統。
發明內容
本發明提供一種矽基液晶光濾波器，解決現有LCOS光濾波器光束偏轉角度不均勻且精度不高的問題。本發明所 提供的一種矽基液晶光濾波器，由透射型衍射光柵、凸透鏡、LCOS面板和信號控制電路組成，所述透射型衍射光柵、凸透鏡和LCOS面板依次設置在光路上，其特徵在於A.所述LCOS面板包括液晶單元矩陣、列數據驅動器和行掃描驅動器；Al.所述液晶單元矩陣由MXN個液晶單元排列成二維的M行N列矩陣，每個液晶單元由NMOS開關管、電容、正電極、負電極和液晶片構成，電容連接於NMOS管漏極和公共電極之間，正電極連接NMOS管漏極，負電極連接公共電極，液晶片貼在正負電極之間；M =256、512、640、786、1024，N = 256、512、640、786 ；A2.所述列數據驅動器由第一移位寄存器、第一鎖存器、第二鎖存器和模數轉換器構成，所述第一移位寄存器為串行輸入並行輸出，第一移位寄存器的各位輸出端對應連接第一鎖存器的各位使能端，第一鎖存器的各位輸入端連接中央控制器的並行數據輸出端，第一鎖存器的各位輸出端對應連接第二鎖存器的各位輸入端，第二鎖存器的各位輸出端對應連接模數轉換器的各位輸入端，數模轉換器的輸出端並行連接所述液晶單元矩陣各液晶單元NMOS開關管源極；A3.所述行掃描驅動器由第二移位寄存器和電平轉換器構成，第二移位寄存器為串行輸入並行輸出，第二移位寄存器的各位輸出端對應連接電平轉換器的各位輸入端，電平轉換器的各位輸出端連接所述液晶單元矩陣每行中各液晶單元的NMOS開關管柵極；B.所述信號控制電路由靜態隨機存儲器和中央控制器構成， 靜態隨機存儲器和中央控制器電信號連接，中央控制器分別連接所述第一移位寄存器的數據輸入端、時鐘輸入端、復位端，以及所述第一鎖存器的數據輸入端、第二鎖存器的控制端，中央控制器分別連接模數轉換器的片選端、轉換使能端，中央控制器分別連接所述第二移位寄存器輸入端的數據輸入端、時鐘輸入端、復位端，以及電平轉換器的使能端；B1.所述靜態隨機存儲器中存有電壓對照表，其表項為液晶單元地址及其對應的數字電壓編碼Vi;,液晶單元地址共計MXN個,與所述液晶單元矩陣的MXN個液晶單元--對應；B2.所述中央控制器對列數據驅動器進行下述操作(B2.1)向第一移位寄存器的復位端輸出高電平解除復位，向第一移位寄存器的數據輸入端輸入高電平，將第一內部計數器的值置為O ;(B2. 2)產生地址時鐘，向第一移位寄存器的時鐘控制端輸出地址時鐘，每次地址時鐘脈衝上升沿到來時第一內部計數器的值加1，同時向第一移位寄存器數據輸入端輸出低電平；第一內部計數器的值每變化一次，同時從電壓對照表中取出地址為第一內部計數器的值所對應的電壓編碼數據，輸出到第一鎖存器數據輸入端；(B2. 3)向第二鎖存器控制端輸出低電平信號,第二鎖存器接收第一鎖存器的輸出，同時判斷第一內部計數器的值是否小於N，是則轉步驟(B2. 2)，否則順序執行(B2.4)；(B2. 4)向第二鎖存器控制端輸出高電平信號，同時向數模轉換器輸出轉換使能信號，模數轉換器接收第二鎖存器的輸出，完成數模轉換，轉步驟(B2.1)；B3.所述中央控制器對行掃描驅動器進行下述操作(B3.1)向第二移位寄存器的復位端輸出高電平解除復位，向第二移位寄存器的數據輸入端輸入高電平，向電平轉換器輸出使能信號，將第二內部計數器的值置為O ;(B3. 2)產生行掃描時鐘，向第二移位寄存器的時鐘控制端輸出行掃描時鐘,每次行掃描時鐘的上升沿到來時第二內部計數器的值加1，同時向第二移位寄存器的數據輸入端輸出低電平；(B3.3)判斷第二內部計數器的值是否小於M，是則轉步驟(B3. 2)，否則，寫入完畢。所述的矽基液晶光濾波器，所述凸透鏡可以為傅立葉透鏡。所述的矽基液晶光濾波器，其特徵在於所述電壓對照表中，所述數字電壓編碼Vii,由下述操作產生(I)計算給定偏轉角度a h，對應波長λ h的光斑覆蓋範圍內各液晶片對光波的相位延遲
權利要求
1.一種矽基液晶光濾波器，由透射型衍射光柵、凸透鏡、LCOS面板和信號控制電路組成，所述透射型衍射光柵、凸透鏡和LCOS面板依次設置在光路上，其特徵在於A.所述LCOS面板包括液晶單元矩陣、列數據驅動器和行掃描驅動器；Al.所述液晶單元矩陣由MXN個液晶單元排列成二維的M行N列矩陣,每個液晶單元由NMOS開關管、電容、正電極、負電極和液晶片構成，電容連接於NMOS管漏極和公共電極之間，正電極連接NMOS管漏極，負電極連接公共電極，液晶片貼在正負電極之間；M = 256、·512、640、786、1024，N = 256、512、640、786 ；A2.所述列數據驅動器由第一移位寄存器、第一鎖存器、第二鎖存器和模數轉換器構成，所述第一移位寄存器為串行輸入並行輸出，第一移位寄存器的各位輸出端對應連接第一鎖存器的各位使能端，第一鎖存器的各位輸入端連接中央控制器的並行數據輸出端，第一鎖存器的各位輸出端對應連接第二鎖存器的各位輸入端，第二鎖存器的各位輸出端對應連接模數轉換器的各位輸入端，數模轉換器的輸出端並行連接所述液晶單元矩陣各液晶單元NMOS開關管源極；A3.所述行掃描驅動器由第二移位寄存器和電平轉換器構成，第二移位寄存器為串行輸入並行輸出，第二移位寄存器的各位輸出端對應連接電平轉換器的各位輸入端，電平轉換器的各位輸出端連接所述液晶單元矩陣每行中各液晶單元的NMOS開關管柵極；B.所述信號控制電路由靜態隨機存儲器和中央控制器構成，靜態隨機存儲器和中央控制器電信號連接，中央控制器分別連接所述第一移位寄存器的數據輸入端、時鐘輸入端、復位端，以及所述第一鎖存器的數據輸入端、第二鎖存器的控制端，中央控制器分別連接模數轉換器的片選端、轉換使能端，中央控制器分別連接所述第二移位寄存器輸入端的數據輸入端、時鐘輸入端、復位端，以及電平轉換器的使能端；B1.所述靜態隨機存儲器中存有電壓對照表，其表項為液晶單元地址及其對應的數字電壓編碼Vii,液晶單元地址共計MXN個,與所述液晶單元矩陣的MXN個液晶單元--對B2.所述中央控制器對列數據驅動器進行下述操作(B2.1)向第一移位寄存器的復位端輸出高電平解除復位，向第一移位寄存器的數據輸入端輸入高電平，將第一內部計數器的值置為O ;(B2. 2)產生地址時鐘，向第一移位寄存器的時鐘控制端輸出地址時鐘，每次地址時鐘脈衝上升沿到來時第一內部計數器的值加1，同時向第一移位寄存器數據輸入端輸出低電平；第一內部計數器的值每變化一次，同時從電壓對照表中取出地址為第一內部計數器的值所對應的電壓編碼數據，輸出到第一鎖存器數據輸入端；(B2. 3)向第二鎖存器控制端輸出低電平信號,第二鎖存器接收第一鎖存器的輸出，同時判斷第一內部計數器的值是否小於N，是則轉步驟(B2. 2)，否則順序執行(B2.4)；(B2. 4)向第二鎖存器控制端輸出高電平信號，同時向數模轉換器輸出轉換使能信號，模數轉換器接收第二鎖存器的輸出，完成數模轉換，轉步驟(B2.1)；B3.所述中央控制器對行掃描驅動器進行下述操作(B3.1)向第二移位寄存器的復位端輸出高電平解除復位，向第二移位寄存器的數據輸入端輸入高電平，向電平轉換器輸出使能信號，將第二內部計數器的值置為O ;(B3. 2)產生行掃描時鐘，向第二移位寄存器的時鐘控制端輸出行掃描時鐘，每次行掃描時鐘的上升沿到來時第二內部計數器的值加1，同時向第二移位寄存器的數據輸入端輸出低電平；(B3. 3)判斷第二內部計數器的值是否小於M，是則轉步驟(B3. 2)，否則，寫入完畢。
2.如權利要求1所述的矽基液晶光濾波器，其特徵在於所述凸透鏡為傅立葉透鏡。
3.如權利要求1或2所述的矽基液晶光濾波器，其特徵在於所述電壓對照表中，所述數字電壓編碼Vs，由下述操作產生(1)計算給定偏轉角度ah，對應波長光斑覆蓋範圍內各液晶片對光波的相位延遲 φ ··
4.如權利要求3所述的矽基液晶光濾波器，其特徵在於所述步驟(7)中，當h依次取I到q時，給定偏轉角度ah與其對應，分別取O ° 17°不同的角度值，所完成的一幅幀數據，包括給定不同偏轉角度對應不同波長的電壓編碼數據。
全文摘要
一種矽基液晶光濾波器，屬於光電子器件，解決現有LCOS光濾波器光束偏轉角度不均勻且精度不高的問題。本發明由透射型衍射光柵、凸透鏡、LCOS面板和信號控制電路組成，透射型衍射光柵、凸透鏡和LCOS面板依次設置在光路上，信號控制電路由靜態隨機存儲器和中央控制器構成，中央控制器分別連接LCOS面板的列數據驅動器和行掃描驅動器，靜態隨機存儲器中存有電壓對照表，其表項為液晶單元地址及其對應的數字電壓編碼。本發明實現的偏轉角度數目和精度大幅提升，中心波長和帶寬調節的步長和精度也因此大幅提升，實現帶寬和中心頻率可調的功能，可以應用於光電子領域、光通信領域不同要求的場合，並具有現場可編程特性。
文檔編號G02F1/29GK103034011SQ201210513360
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月3日 優先權日2012年12月3日
發明者羅風光, 明博 申請人:華中科技大學