專利名稱：：Mems液晶光衰減器陣列及制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于光電子器件領(lǐng)域，具體涉及一種基于聚合物分散液晶材料的MEMS液晶光衰減器陣列及該液晶衰減器陣列的制作方法。
背景技術(shù)：
：光衰減器是一種旨在降低波導(dǎo)中傳輸?shù)墓夤β实钠骷Ｄ壳肮馑p器的市場(chǎng)潛力大，在無(wú)源器件中，其產(chǎn)量?jī)H次于連接器、耦合器等。隨著寬帶光通信網(wǎng)絡(luò)，特別是全光網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展，為保證通信質(zhì)量，在光網(wǎng)絡(luò)中有必要在節(jié)點(diǎn)對(duì)每個(gè)波長(zhǎng)的光功率進(jìn)行均衡，可變光衰減器就是其中重要的一種解決方案。目前已形成固定式、步進(jìn)可調(diào)式、連續(xù)可調(diào)式以及智能型光衰減器四種系列，但是國(guó)內(nèi)外已商業(yè)化的光衰減器幾乎全是傳統(tǒng)技術(shù)制造的機(jī)械型大體積光衰減器，利用輸入、輸出光纖對(duì)接時(shí)發(fā)生位移或者在光傳輸路徑中插入遮擋物來(lái)對(duì)傳輸?shù)墓夤β蔬M(jìn)行衰減，而基于MEMS技術(shù)工藝制造的體積很小的光衰減器日益受到人們的重視，正處于研究階段，光通信市場(chǎng)對(duì)目前多通道、集成化的可變光衰減器有很好的需求，高性能、低成本、小型化的新型可變光衰減器陣列的研制得到學(xué)界及產(chǎn)業(yè)界的極大關(guān)注。隨著近年來(lái)液晶材料的廣泛應(yīng)用，人們對(duì)液晶的各種電光效應(yīng)進(jìn)行了大量深入的研究，在電信應(yīng)用上，因?yàn)橐壕Р牧蠈?duì)近紅外光波長(zhǎng)有高穿透率，所以其元件具有低插入損耗及低極化相關(guān)損耗，并且液晶元件有著很大的操作頻寬與制作小型化的優(yōu)勢(shì)，使它們頗適合于在波分復(fù)用光通信中的應(yīng)用。特別是近年來(lái)聚合物分散液晶體系(PDLC)這一研究領(lǐng)域越來(lái)越受到人們的關(guān)注，當(dāng)施加外加電場(chǎng)時(shí)，液晶分子的行為受到聚合物網(wǎng)絡(luò)的作用，將傾向于沿電場(chǎng)方向取向，由于液晶分子的尋常折射率與基體的折射率相匹配，光可呈透過(guò)狀態(tài)；除去外加電場(chǎng)，液晶微粒在基體的作用下又恢復(fù)最初的散射狀態(tài)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種基于聚合物分散液晶材料的MEMS液晶光衰減器陣列的制作方法。器件充分利用了聚合物液晶材料獨(dú)特的電光特性及Si單晶的結(jié)晶學(xué)特征，并將體硅微加工工藝與聚合物液晶技術(shù)有機(jī)結(jié)合，結(jié)構(gòu)新穎，克服了目前應(yīng)用的傳統(tǒng)光衰減器體積大、工藝復(fù)雜、不易于集成等不足。與普通的液晶型光衰減器相比，聚合物液晶光衰減器無(wú)需偏振片，不需要對(duì)液晶材料進(jìn)行特殊的取向處理，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單。本發(fā)明所述的基于聚合物分散液晶材料的MEMS液晶光衰減器由單晶硅襯底、入射光纖和出射光纖耦合陣列、填充聚合物分散液晶材料的液晶微槽組成，其特征在于(1)在硅襯底上有自對(duì)準(zhǔn)的V型槽陣列，在包括V型槽陣列在內(nèi)的硅襯底上依次淀積有二氧化硅層和導(dǎo)電金屬層，其中二氧化硅層起絕緣隔離作用，V型槽陣列間的導(dǎo)電金屬層絕緣斷開，形成驅(qū)動(dòng)電極陣列；(2)在入射光纖和出射光纖陣列的端面和側(cè)面淀積有ITO透明導(dǎo)電薄膜，入射光纖和出射光纖放置在硅襯底自對(duì)準(zhǔn)的V型槽陣列內(nèi)，其端面和側(cè)面的導(dǎo)電薄膜與淀積在硅襯底上的金屬層相連，與入射光纖和出射光纖相連的金屬層斷開，形成驅(qū)動(dòng)電極的正負(fù)極電極對(duì)；(3)在耦合的入射光纖與出射光纖形成的光通路上，在與入射光纖和出射光纖垂直方向的硅襯底上刻有矩型液晶微槽，在矩型液晶微槽內(nèi)填充有制備好的聚合物分散液晶材料，鍍有ITO透明導(dǎo)電薄膜的入射光纖和出射光纖耦合陣列的端面緊貼液晶材料，從而制備出MEMS液晶光衰減器陣列。在MEMS液晶光衰減器陣列硅襯底的導(dǎo)電層上引出電極，施加電場(chǎng)作用在液晶微槽內(nèi)的聚合物分散液晶材料上，就可以利用聚合物分散液晶在不同電場(chǎng)強(qiáng)度下引起的光的散射效應(yīng)的變化，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)光路能量的可控衰減，從而達(dá)到本專利所述的制備光衰減器的目的。液晶微槽內(nèi)的聚合物分散液晶材料由占總重量30％～90％的液晶材料、5％～65％的聚合物單體與適量的稀釋劑的混合物、1％～5％的光引發(fā)劑經(jīng)充分?jǐn)嚢韬笞贤夤袒纬桑渲芯酆衔飭误w與稀釋劑的重量比為1∶5～5∶1。做為優(yōu)選方案，液晶微槽內(nèi)的聚合物分散液晶材料由占總重量50％～90％的液晶材料、5％～45％的聚合物單體與適量稀釋劑的混合物、1％～5％的光引發(fā)劑經(jīng)充分?jǐn)嚢韬笞贤夤袒纬?，其中聚合物單體與稀釋劑的重量比為1∶3～3∶1。做為進(jìn)一步優(yōu)選方案，液晶微槽內(nèi)的聚合物分散液晶材料由占總重量65％～90％的液晶材料、5％～30％的聚合物單體與適量稀釋劑的混合物、1％～5％的光引發(fā)劑經(jīng)充分?jǐn)嚢韬笞贤夤袒纬?，其中聚合物單體與稀釋劑的重量比為1∶2～2∶1。本發(fā)明所述的基于聚合物分散液晶材料的MEMS液晶光衰減器是采用體硅微細(xì)加工技術(shù)的方法，充分利用硅的結(jié)晶學(xué)特征，制作滿足液晶光衰減器器件性能要求的自對(duì)準(zhǔn)光纖定位槽、液晶微槽以及透明導(dǎo)電電極，研究聚合物分散液晶材料的調(diào)制工藝和參數(shù)，利用聚合物分散液晶在不同電場(chǎng)強(qiáng)度下引起的光的散射效應(yīng)的變化，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)光路能量的可控連續(xù)衰減，從而設(shè)計(jì)制作出一種新型的連續(xù)可變的聚合物分散液晶型MEMS光衰減器，通過(guò)對(duì)聚合物分散液晶調(diào)制參數(shù)的調(diào)整和器件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，為液晶光衰減器件的實(shí)用化在理論上和技術(shù)上創(chuàng)造條件。本發(fā)明所述的基于聚合物分散液晶材料的MEMS液晶光衰減器制作步驟如下A、光纖自對(duì)準(zhǔn)V型槽的制作采用體硅微細(xì)加工技術(shù)，利用硅的結(jié)晶學(xué)特征，在單晶硅襯底10上，通過(guò)光刻、掩膜、刻蝕及采用各向異性濕法腐蝕技術(shù)制作出光纖自對(duì)準(zhǔn)V型槽1；B、導(dǎo)電電極的制作在制作好光纖自對(duì)準(zhǔn)V型槽的(100)硅片上依次通過(guò)磁控濺射方法沉積SiO2絕緣層3和金屬層2，制作如圖2所示的多通道電極陣列結(jié)構(gòu)7；同時(shí)在入射光纖和出射光纖陣列5的端面和側(cè)面通過(guò)磁控濺射方法來(lái)淀積ITO透明導(dǎo)電薄膜，使放入V型槽陣列1中的光纖陣列5的端面及側(cè)面具有導(dǎo)電性，并與在硅襯底10上沉積的金屬層2形成的電極陣列結(jié)構(gòu)7電相連，在電極陣列結(jié)構(gòu)7上引出導(dǎo)線形成驅(qū)動(dòng)電極陣列；C、液晶微槽的制作運(yùn)用ICP干法刻蝕技術(shù)，在硅襯底上，在入射光纖與出射光纖陣列5的對(duì)接處，制作與光纖自對(duì)準(zhǔn)V型槽陣列相垂直的矩形液晶微槽，同時(shí)制作出電極陣列結(jié)構(gòu)7的金屬電極對(duì)，再利用顯微鏡和紅外成像儀對(duì)器件的耦合進(jìn)行觀測(cè)，當(dāng)達(dá)到耦合要求時(shí)，用紫外膠固化法將入射光纖和出射光纖固定在V型槽內(nèi)，使液晶光衰減結(jié)構(gòu)和其光纖自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)集成為一體；D、聚合物分散液晶材料的制備聚合物分散液晶材料(Polymerdispersedliquidcrystals簡(jiǎn)稱PDLC)的制備方法采用的是光致聚合分相法，把低分子液晶和聚合物單體與適量的稀釋劑、光引發(fā)劑按所需配比經(jīng)混合后再實(shí)行相分離，PDLC相分離的結(jié)果是向列相液晶以微滴的形態(tài)存在于透明的聚合物基體中。聚合物分散液晶體系的光控衰減特性是依靠外加電場(chǎng)對(duì)液晶微滴的取向進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而達(dá)到對(duì)外來(lái)光成不同程度的散射來(lái)實(shí)現(xiàn)的。a、材料的選擇因此液晶材料自身的物理化學(xué)性質(zhì)對(duì)聚合物分散液晶(PDLC)器件起著決定性的影響。液晶材料必須具有正介電常數(shù)，在所選定的聚合物單體中可溶，而在紫外光照下聚合成聚合物后溶解度很小，或者幾乎不溶于聚合物，以便能將液晶分離成小的液晶微滴。比較好的液晶材料是含有氧基聯(lián)苯基的液晶混合物，含有環(huán)己基、苯基、間二氫苯和氰基苯基的液晶混合物也可以用。在聚合物分散液晶材料體系中，光固化的主體是聚合物單體或單體和適量的單體稀釋劑的混合物。它的性能對(duì)光固化反應(yīng)的速度以及固化后材料的形貌、驅(qū)動(dòng)電壓等主要性能起決定作用。聚合物單體是含有不飽和官能團(tuán)的低分子聚合物，多數(shù)為丙烯酸酯的低聚物。一般來(lái)說(shuō)，聚合物單體材料分子量越大，固化時(shí)體積收縮越小，固化速度也較快，但分子量越大，黏度升高，需要更多的單體稀釋劑來(lái)稀釋。適用本專利的預(yù)聚物有環(huán)氧丙烯酸酯、聚氨脂丙烯酸酯及其他一些不飽和聚酯。單體稀釋劑材料也是決定固化體系基本性質(zhì)的重要因素。在固化反應(yīng)中單體稀釋劑把聚合物單體分子連接在一起，還起著交聯(lián)劑的作用。選擇稀釋劑時(shí)需要考慮下列性質(zhì)單體稀釋劑自身的黏度、稀釋能力、對(duì)光引發(fā)劑的溶解能力、與體系其它組分相互間的相容性、揮發(fā)性、對(duì)光源的活性、官能度、聚合的收縮率和表面張力等。應(yīng)當(dāng)特別指出的是對(duì)于本發(fā)明中需要的是透射模液晶器件，要求聚合物的折射率必須與液晶折射率相匹配，才能在有外加電場(chǎng)時(shí)，液晶復(fù)合物薄膜的透光率最大。比較適宜的稀釋劑材料是丙烯酸酯類，如丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸2-羥丙酯、丙烯酸2-羥乙酯等、丙烯酸甲氧基乙酯等；甲基丙烯酸酯，如甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、二縮丙二醇二丙烯酸酯(TPGDA)、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)、三羥甲基丙烷三早基丙烯酸酯(TMPTM)、1，6-己二醇二烯酸酯(HDDA)；甲基丙烯酸鹽，如甲基丙烯酸鋅等，以及甲基丙烯酸酰胺，這些材料均可在相當(dāng)短的時(shí)間內(nèi)由紫外光照聚合。在光源一定的情況下，光引發(fā)劑對(duì)PDLC器件光聚合反應(yīng)能否發(fā)生起著決定性的作用。光引發(fā)劑是指能夠吸收輻射的部分能量后本身發(fā)生化學(xué)變化，分解為自由基或陽(yáng)離子，從而引發(fā)聚合反應(yīng)。它是產(chǎn)生具有引發(fā)聚合能力的活性中間體的物質(zhì)。光引發(fā)劑的光引發(fā)效率與下面三個(gè)因素有關(guān)①光引發(fā)劑是否具有合適的吸收光譜(與光源波長(zhǎng)的匹配)；②引發(fā)量子效率；③光引發(fā)劑及它的斷裂物不參與鏈轉(zhuǎn)移及鏈終止反應(yīng)，一般光引發(fā)劑在體系中的濃度不超過(guò)10％。Irgacure-184是一種高效的自由基型非泛黃光引發(fā)劑，可以用于UV紫外聚合單官能或多官能團(tuán)的聚合丙烯酸鹽單體和低聚體；虎紅(Rosebengal)RB在多種單體樹脂基體中都具有良好的溶解度，它對(duì)光的高吸收效率基本不受溶劑影響，并且在吸收光的激發(fā)下具有較高的活性體(自由基或陽(yáng)離子)量子產(chǎn)率，但它本身不足以引發(fā)光聚合反應(yīng)，所以多以N-苯基甘氨酸(NPG)作共引發(fā)劑，起H供體的作用，與RB一起完成聚合反應(yīng)。b、制備液晶、光引發(fā)劑和聚合物單體與稀釋劑的混合溶液；液晶、聚合物單體、適量的單體稀釋劑和光引發(fā)劑按一定重量比稱取后，在遮光條件下加熱、攪拌，把混合物加熱到60～80℃，使其處于各向同性的狀態(tài)下，再充分?jǐn)嚢枋蛊渚鶆蚧旌?；混合溶液中液晶材料?0％～90％，預(yù)聚物與單體占5％～65％，其中預(yù)聚物與單體的比為1∶5～5∶1，光引發(fā)劑占1％～5％；E、衰減功能的實(shí)現(xiàn)將上述步驟中的混合材料注入到液晶微槽中，進(jìn)行紫外光照射發(fā)生聚合反應(yīng)誘導(dǎo)其相分離，紫外光源可用波長(zhǎng)為300～500nm的水銀燈，光引發(fā)聚合的時(shí)間為1～10分鐘；這樣對(duì)光傳輸通路上的聚合物分散液晶材料施加一定電場(chǎng)的作用，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)光路能量的可控連續(xù)衰減。圖1本發(fā)明所述的在硅襯底上制作V型光纖定位槽示意圖；圖2本發(fā)明所述的在硅襯底上制作多通道電極結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)示意圖；圖3本發(fā)明所述的在硅襯底上刻蝕液晶微槽結(jié)構(gòu)示意圖；圖4本發(fā)明所述的集成多通道的MEMS可變光衰減器部分結(jié)構(gòu)示意圖；圖5本發(fā)明所述的(100)硅光纖自對(duì)準(zhǔn)V型槽制作工藝流程示意圖；(1)形成光刻膠掩膜；(2)形成氮化硅掩膜；(3)制備V型槽。如圖1所示，在(100)單晶硅襯底10上制作的自對(duì)準(zhǔn)光纖定位槽1；如圖2所示，在自對(duì)準(zhǔn)光纖定位槽1上沉積包括SiO2的絕緣層3和金屬層2，再進(jìn)一步制作彼此分立的電極陣列結(jié)構(gòu)7。如圖3所示，運(yùn)用ICP干法刻蝕技術(shù)，在硅襯底10上制作與光纖自對(duì)準(zhǔn)V型槽(光通路)相垂直的矩型液晶微槽4，在光通路方向液晶微槽4的寬度要小于金屬電極對(duì)7的距離，同時(shí)制備出了電極陣列結(jié)構(gòu)7的金屬電極對(duì)。如圖4所示，為制備成的集成多通道的MEMS可變光衰減器部分結(jié)構(gòu)示意圖，其各部件名稱分別為單晶硅襯底10，帶有金屬電極對(duì)的電極陣列結(jié)構(gòu)7，SiO2絕緣層3，與光纖自對(duì)準(zhǔn)V型槽相垂直的液晶微槽4，在液晶微槽4中注入的聚合物分散液晶分散材料6，端面和側(cè)面鍍有ITO透明導(dǎo)電薄膜的耦合的入射光纖和出射光纖陣列5。如圖5所示，為(100)硅片濕法腐蝕光纖自對(duì)準(zhǔn)V型槽的制作工藝流程，將自對(duì)準(zhǔn)光纖定位槽圖形1從掩膜版上轉(zhuǎn)移到硅片10上，經(jīng)過(guò)涂膠、前烘、曝光、顯影、堅(jiān)膜和去膠后，硅片截面如圖5(1)所示，光刻膠8作掩膜層，再進(jìn)一步來(lái)刻蝕硅片表面的氮化硅層9，形成各向異性濕法腐蝕硅的掩膜，如圖5(2)所示；用腐蝕液對(duì)硅襯底進(jìn)行腐蝕，進(jìn)而制備出V型槽陣列，如圖5(3)所示。給各電極對(duì)加不同的電場(chǎng)、在液晶微槽4中采用不同的聚合物液晶分散材料及材料的不同組份配比，都可以使同一光通路或不同光通路的光的透射率不盡相同，從而實(shí)現(xiàn)本專利的多通路MEMS光衰減器陣列的功能。具體實(shí)施例方式實(shí)施例1A制作單通道的光纖自對(duì)準(zhǔn)V型槽選用n型(100)硅片，厚度200～500微米，電阻率為4～6Ω·cm，利用硅單晶各向異性濕法腐蝕特性制作單通道的光纖自對(duì)準(zhǔn)V型槽1)采用Si3N4作為絕緣和腐蝕掩膜層，用低壓化學(xué)氣相沉積LPCVD法生長(zhǎng)Si3N4掩膜層，具體的工藝參數(shù)條件如表1所示，生長(zhǎng)的Si3N4的膜厚度為150nm。表1LPCVD生長(zhǎng)氮化硅工藝參數(shù)2)光刻，將定位槽圖形(如圖1所示)從掩膜版上轉(zhuǎn)移到硅片上，光刻工藝包括涂膠、前烘、曝光、顯影、堅(jiān)膜和去膠，光刻后，硅片截面如圖5(1)所示，用北京化學(xué)試劑所的BP212型光刻膠作掩膜，粘度為(37±2)×10-3Pa·s，在實(shí)驗(yàn)中光刻膠的厚度為1～2微米左右。3)以光刻膠作掩膜層來(lái)刻蝕硅片表面的氮化硅薄膜，刻蝕氣體使用CF4，形成各向異性濕法腐蝕硅的掩膜，如圖5(2)，反應(yīng)工藝參數(shù)如表2所示；表2反應(yīng)離子刻蝕氮化硅的參數(shù)4)使用濃度為40％的KOH溶液，溫度為70℃，濕法腐蝕制作自對(duì)準(zhǔn)光纖槽，如圖5(3)所示，光纖槽的寬度為200微米，暴露面與水平面的夾角約為35.26°B在制作好光纖自對(duì)準(zhǔn)V型槽的(100)硅片上通過(guò)磁控濺射方法，依次沉積起絕緣作用的SiO2薄膜層和做電極的鋁金屬層，具體的工藝條件如表3所示表3濺射工藝參數(shù)金屬鋁電極的制作制作如圖2所示的電極陣列結(jié)構(gòu)7，鋁的腐蝕用光刻膠作掩膜，用磷酸作腐蝕液，成分如表4。表4磷酸腐蝕鋁的參數(shù)C、運(yùn)用ICP干法刻蝕技術(shù)，制作與光纖自對(duì)準(zhǔn)V型槽相垂直的矩型液晶微槽，微槽的寬度為30微米，利用其將入射光纖與出射光纖兩側(cè)的導(dǎo)電層完全斷開，同時(shí)采用在光纖端面和側(cè)面進(jìn)行磁控濺射方法來(lái)淀積ITO透明導(dǎo)電薄膜，使放入V型槽中的光纖端面及側(cè)面具有導(dǎo)電性，并與硅襯底制作的鋁電極相連，在入射光纖與出射光纖兩側(cè)的硅平面上引出導(dǎo)線，從而可以為矩型液晶微槽內(nèi)的聚合物分散液晶材料完成光衰減性能施加電場(chǎng)；通過(guò)對(duì)入射光纖和出射光纖沉積ITO透明導(dǎo)電薄膜的反復(fù)試驗(yàn)的結(jié)果對(duì)比，當(dāng)濺射功率80W，氬氣流量為20sccm時(shí)，能夠產(chǎn)生均勻輝光，且濺射薄膜均勻質(zhì)量較好，ITO薄膜的厚度為80nm。在這個(gè)濺射條件下制得的ITO薄膜在光通信1550nm波長(zhǎng)下具有良好的透過(guò)性，平均透過(guò)率在80％以上，從而對(duì)器件光衰減的影響縮小。Da、實(shí)驗(yàn)中我們所用液晶材料為聯(lián)苯基系低分子混合液晶E7，其為四種向列相液晶按比例混合得到，這四種液晶重量比分別為51％的n-pentylcyanobiphenyl(5CB)，25％的n-hyptylcyanobiphenyl(7CB)，16％的n-octyloxycyanobiphenyl(8CB)，及8％的n-pentylcyanoterphenyl(5CT)，其分子結(jié)構(gòu)分別如下式所示E7的Δn＝0.2246，ne＝1.7462，no＝1.5216；液晶材料由德國(guó)Merck公司提供實(shí)驗(yàn)中采用聚合物單體是雙酚A環(huán)氧丙烯酸脂，其結(jié)構(gòu)式如下圖所示選用的單體稀釋劑是甲基丙烯酸甲酯，甲基丙烯酸甲酯具有非常好的降低黏度的作用，揮發(fā)度比較低，而且光固化速度也比較高。甲基丙烯酸甲酯的折射率為1.4142，結(jié)構(gòu)式如下圖所示在光源一定的情況下，光引發(fā)劑對(duì)PDLC體系能否發(fā)生聚合以及聚合速度起著決定性的影響。在本實(shí)驗(yàn)中我們采用由Jkchemical公司提供的1-羥基環(huán)己基苯基酮(Irgacure-184)作為光引發(fā)劑，它的最佳吸收范圍250-310nm，分子結(jié)構(gòu)式如下圖所示b、在暗室中稱取液晶、聚合物單體、適量稀釋劑和光引發(fā)劑，混合溶液中液晶材料含量為73％，光引發(fā)劑含量為3.4％，聚合物單體和單體稀釋劑含量為23.6％，單體和稀釋劑材料比為1∶1，在遮光條件下加熱、攪拌，把混合物加熱到60°使其處于各向同性的狀態(tài)下，再充分?jǐn)嚢枋蛊渚鶆蚧旌?；c、將上述步驟中的混合材料在各向同性狀態(tài)下注入到T型液晶槽中，當(dāng)其降溫至40～50℃，采用philips300w的紫外光源，進(jìn)行紫外光照射聚合誘導(dǎo)其相分離，光引發(fā)聚合的時(shí)間5分鐘，聚合溫度40℃。在液晶含量為73％，光引發(fā)劑含量為3.4％，單體和稀釋劑材料比為1∶1，固化溫度為40℃的時(shí)候制備聚合物分散液晶材料，材料的閾值電壓不到4V，最低光透過(guò)率為0.67％左右，電壓的工作范圍為2-35V。在這種條件下制備的材料能實(shí)現(xiàn)非常好的相分離、具有良好的電光特性，實(shí)驗(yàn)測(cè)得數(shù)據(jù)如表5所示。表573％液晶、3.4％光引發(fā)劑、單體與稀釋劑材料比為1∶1，在電場(chǎng)作用下的電光特性<tablesid="table5"num="005"><tablewidth="740">所加電壓(V)03.429.931.632.733.334.435.436.6光透過(guò)率(％)0.670.6976.378.279.0781.2483.6185.3487.2</table></tables>E、衰減功能的實(shí)現(xiàn)通過(guò)光纖調(diào)整架，將端面及側(cè)面鍍有ITO導(dǎo)電薄膜的光纖放入自對(duì)準(zhǔn)光纖V型槽中對(duì)準(zhǔn)，利用顯微鏡和紅外成像儀對(duì)器件的耦合進(jìn)行觀測(cè)，當(dāng)達(dá)到耦合要求時(shí)，用紫外膠固化法將光纖固定在硅襯底上；在電極結(jié)構(gòu)上引出導(dǎo)線形成驅(qū)動(dòng)電極；這樣就實(shí)現(xiàn)了對(duì)光傳輸通路上的聚合物分散液晶材料施加一定電場(chǎng)的作用，測(cè)量的性能參數(shù)為衰減范圍14.68dB，插入損耗1.1dB，偏振相關(guān)損耗0.97dB。權(quán)利要求1.MEMS液晶光衰減器陣列由單晶硅襯底(10)、入射光纖和出射光纖耦合陣列(5)、填充聚合物分散液晶材料的液晶微槽(4)組成，其特征在于a)在硅襯底上有自對(duì)準(zhǔn)的V型槽陣列(1)，在包括V型槽陣列(1)在內(nèi)的硅襯底(10)上依次淀積有二氧化硅層(3)和導(dǎo)電金屬層(2)，其中二氧化硅層(3)起絕緣隔離作用，V型槽陣列(1)間的導(dǎo)電金屬層(2)絕緣斷開，形成驅(qū)動(dòng)電極陣列；b)在入射光纖和出射光纖陣列(5)的端面和側(cè)面淀積有ITO透明導(dǎo)電薄膜，入射光纖和出射光纖(5)放置在硅襯底自對(duì)準(zhǔn)的V型槽陣列(1)內(nèi)，其端面和側(cè)面的導(dǎo)電薄膜與淀積在硅襯底上的金屬層(2)相連，與入射光纖和出射光纖相連的金屬層斷開，形成驅(qū)動(dòng)電極的正負(fù)極電極對(duì)(7)；c)在耦合的入射光纖與出射光纖(5)形成的光通路上，與入射光纖和出射光纖垂直方向的硅襯底上刻有矩型液晶微槽(4)，在矩型液晶微槽內(nèi)填充有制備好的聚合物分散液晶材料(5)，鍍有ITO透明導(dǎo)電薄膜的入射光纖和出射光纖耦合陣列的端面緊貼聚合物分散液晶材料，從而制備出MEMS液晶光衰減器陣列。2.如權(quán)利要求1所述的MEMS液晶光衰減器陣列，其特征在于矩型液晶微槽(4)內(nèi)填充的聚合物分散液晶材料由占總重量30％～90％的液晶材料、5％～65％的聚合物單體與適量的稀釋劑的混合物、1％～5％的光引發(fā)劑經(jīng)充分?jǐn)嚢韬笞贤夤袒纬?，其中聚合物單體與稀釋劑的重量比為1∶5～5∶1。3.如權(quán)利要求2所述的MEMS液晶光衰減器陣列，其特征在于矩型液晶微槽(4)內(nèi)填充的聚合物分散液晶材料由占總重量50％～90％的液晶材料、5％～45％的聚合物單體與適量稀釋劑的混合物、1％～5％的光引發(fā)劑經(jīng)充分?jǐn)嚢韬笞贤夤袒纬?，其中聚合物單體與稀釋劑的重量比為1∶3～3∶1。4.如權(quán)利要求3所述的MEMS液晶光衰減器陣列，其特征在于矩型液晶微槽(4)內(nèi)填充的聚合物分散液晶材料由占總重量65％～90％的液晶材料、5％～30％的聚合物單體與適量稀釋劑的混合物、1％～5％的光引發(fā)劑經(jīng)充分?jǐn)嚢韬笞贤夤袒纬?，其中聚合物單體與稀釋劑的重量比為1∶2～2∶1。5.如權(quán)利要求2-4任何一項(xiàng)所述的MEMS液晶光衰減器陣列，其特征在于液晶材料是含有氧基聯(lián)苯基、環(huán)己基、苯基、間二氫苯或氰基苯基的液晶混合物。6.如權(quán)利要求2-4任何一項(xiàng)所述的MEMS液晶光衰減器陣列，其特征在于聚合物單體為環(huán)氧丙烯酸酯或聚氨脂丙烯酸酯，單體稀釋劑為丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸2-羥丙酯、丙烯酸2-羥乙酯、丙烯酸甲氧基乙酯或甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、二縮丙二醇二丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三早基丙烯酸酯、1，6-己二醇二烯酸酯或甲基丙烯酸鋅、甲基丙烯酸酰胺。7.權(quán)利要求1所述MEMS液晶光衰減器陣列的制備方法，其步驟如下A、光纖自對(duì)準(zhǔn)V型槽的制作采用體硅微細(xì)加工技術(shù)，利用硅的結(jié)晶學(xué)特征，在單晶硅襯底(10)上，通過(guò)光刻、掩膜、刻蝕及采用各向異性濕法腐蝕技術(shù)制作出光纖自對(duì)準(zhǔn)V型槽(1)；B、導(dǎo)電電極的制作在制作好光纖自對(duì)準(zhǔn)V型槽(1)的硅襯底(10)上依次通過(guò)磁控濺射方法沉積SiO2絕緣層(3)和金屬層(2)，用酸腐蝕的方法將相鄰V型槽(1)間的金屬層(2)斷開，制作出多通道電極陣列結(jié)構(gòu)(7)；同時(shí)在入射光纖和出射光纖陣列(5)的端面和側(cè)面通過(guò)磁控濺射來(lái)淀積ITO透明導(dǎo)電薄膜，使放入V型槽(1)中的光纖端面及側(cè)面具有導(dǎo)電性，并與硅襯底(10)上制作的電極陣列結(jié)構(gòu)(7)相連，在電極陣列結(jié)構(gòu)(7)上引出導(dǎo)線形成驅(qū)動(dòng)電極；C、液晶微槽的制作運(yùn)用ICP于法刻蝕技術(shù)，在硅襯底上，位于入射光纖與出射光纖對(duì)接處，制作與光纖自對(duì)準(zhǔn)V型槽相垂直的矩形液晶微槽(4)，同時(shí)制作出電極陣列結(jié)構(gòu)(7)的金屬電極對(duì)，再利用顯微鏡和紅外成像儀對(duì)器件的耦合進(jìn)行觀測(cè)，當(dāng)達(dá)到耦合要求時(shí)，用紫外膠固化法將入射光纖和出射光纖陣列(5)固定在V型槽陣列(1)內(nèi)，使液晶光衰減結(jié)構(gòu)和其光纖自對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)集成為一體；D、將液晶材料、聚合物單體、適量的單體稀釋劑和光引發(fā)劑，在遮光條件下混合加熱到60～80℃，使其處于各向同性的狀態(tài)下，再充分?jǐn)嚢枋蛊渚鶆蚧旌蠌亩苽湟壕?、光引發(fā)劑和聚合物單體與稀釋劑的混合溶液，即聚合物分散液晶材料，混合溶液中以重量比計(jì)算，液晶材料占30％～90％，預(yù)聚物與單體占5％～65％，其中預(yù)聚物與單體的比為1∶5～5∶1，光引發(fā)劑占1％～5％；將混合溶液在60～80℃條件下填入到矩形液晶微槽(4)中，當(dāng)其降溫至40～50℃時(shí)，進(jìn)行紫外光照射，發(fā)生聚合反應(yīng)誘導(dǎo)其相分離，從而聚合成液晶復(fù)合材料，紫外光源采用波長(zhǎng)為300～500nm的水銀燈，光引發(fā)聚合的時(shí)間為1～10分鐘。全文摘要本發(fā)明屬于光電子器件領(lǐng)域，具體涉及一種MEMS液晶光衰減器陣列及制作方法。MEMS液晶光衰減器陣列由單晶硅襯底(10)、入射光纖和出射光纖耦合陣列(5)、填充聚合物分散液晶材料的液晶微槽(4)組成，液晶微槽(4)內(nèi)的聚合物分散液晶材料由占總重量30％～90％的液晶材料、5％～65％的聚合物單體與適量的稀釋劑的混合物、1％～5％的光引發(fā)劑經(jīng)充分?jǐn)嚢韬笞贤夤袒纬?，其中聚合物單體與稀釋劑的重量比為1∶5～5∶1。在單晶硅襯底(10)的電極對(duì)(7)上加有電場(chǎng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同光通路中聚合物分散液晶材料的調(diào)制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)光通路的光的衰減，進(jìn)而完成本發(fā)明MEMS液晶光衰減器陣列的目的。文檔編號(hào)G02B6/26GK1811528SQ20061001652公開日2006年8月2日申請(qǐng)日期2006年1月13日優(yōu)先權(quán)日2006年1月13日發(fā)明者陳維友,張歆東,劉彩霞,董瑋,阮圣平,仲志成,周敬然申請(qǐng)人:吉林大學(xué)