本發(fā)明屬于液晶器件領域，具體涉及一種液晶空間光調(diào)制器。

背景技術：

空間光調(diào)制器(spatiallightmodulator-slm)是一種對光波的光場分布進行調(diào)制的元件，這類元件可在隨著時間變化的電驅動信號或者其他信號的控制下，改變空間上光分布的振幅或強度、相位、偏振態(tài)以及波長，或者把非相干光轉化為相干光。基于上述性質(zhì)，空間光調(diào)制器可作為實時光學信息處理、光計算和光學神經(jīng)網(wǎng)絡等系統(tǒng)中構造單元或者關鍵的器件。

光尋址空間光調(diào)制器(oaslm)是一種可以根據(jù)寫入圖像調(diào)制讀出光束特性的光電轉換器件，作為光信息處理等應用中的關鍵器件，可以完成二維圖像的波長轉換、非相干-相干圖像轉換和圖像增強等多種功能。光尋址空間光調(diào)制器(oaslm)通常以液晶層作為光調(diào)制材料，光敏層吸收寫入光圖像并產(chǎn)生相應空間變化的電場分布，調(diào)制層則可根據(jù)電場分布實現(xiàn)對讀出光的調(diào)制。

基于光尋址的液晶空間光調(diào)制器的一個重要性能指標是分辨率，而決定其分辨率的關鍵結構就在于光敏層。現(xiàn)有技術中液晶光閥的光敏層材料為化學組成固定的半導體材料，如非晶硅，多晶硅等。然而，上述傳統(tǒng)光敏層材料存在光響應時間長、載流子遷移率低等缺點，影響了液晶空間光調(diào)制器的分辨率，使其在實際應用中受到了嚴重限制。因此，如何大幅度提高液晶空間光調(diào)制器的分辨率成為了本領域技術人員亟待解決的問題。

技術實現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供了一種液晶空間光調(diào)制器，通過采用非晶硅薄膜和沉積于非晶硅薄膜上的錫硅合金薄膜形成復合薄膜結構作為光敏層，并在上述光敏層兩端接入直流電壓，通過調(diào)節(jié)直流電壓值即可實現(xiàn)響應光譜范圍可調(diào)；并且，基于本發(fā)明提供的新型光敏層的結構及光敏層材料性能，能夠提高工作載流子的遷移率，進而實現(xiàn)提高液晶空間光調(diào)制器的分辨率、靈敏度和光響應度的目的。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供以下技術方案：

一種液晶空間光調(diào)制器，包括：平行相對設置的第一透明基片和第二透明基片，第一透明基片和第二透明基片相向側分別沉積有第一透明導電薄膜層和第二透明導電薄膜層進而形成第一透明電極和第二透明電極，第一透明電極和第二透明電極之間依次設有光敏層、電極層，阻光層、介質(zhì)反射鏡、第一取向層、液晶層以及第二取向層；所述光敏層的結構是由非晶硅薄膜及沉積于非晶硅薄膜上的錫硅合金薄膜形成的復合薄膜結構。

本發(fā)明中阻光層可以為紅外光波段響應或者可見光波段響應，由于光敏層中錫硅合金薄膜是一種紅外波段響應材料，在實現(xiàn)液晶空間光調(diào)制器紅外寫入時，選用紅外吸收膜層作為阻光層，通常采用碲化鎘，或者是納米金屬層，如納米銀膜。

進一步地，本發(fā)明中錫硅合金薄膜材料的化學組成為si1-xsnx，其中x的取值范圍為0.1～0.5。

進一步地，本發(fā)明中光敏層的厚度為2μm～6μm，其中：非晶硅薄膜的厚度為1μm～4μm，錫硅合金薄膜的厚度為1μm～2μm。

非晶硅是一種直接能帶半導體，與單晶硅和多晶硅不同，非晶硅在結構上雖然與同質(zhì)晶體的配位數(shù)相同，但與其相比鍵角有一定的差異，且鍵長也有所改變。非晶硅的長程有序性由于鍵的無規(guī)則排列而消失，短程有序范圍一般為1nm～2nm，即在幾個晶格常數(shù)內(nèi)，原子間的鍵合形成共價網(wǎng)絡結構，與硅的原子間鍵合類型十分類似晶體。本發(fā)明光敏層采用非晶硅半導體材料(簡寫為a-si)是基于a-si內(nèi)擁有一定數(shù)量的懸掛鍵、結構缺陷、斷鍵等，正是由于非晶硅材料的這種特性使得錫硅合金薄膜中錫易于進入非晶硅中或者從非晶硅中逃逸。

根據(jù)本發(fā)明實施例，第一透明基片和第二透明基片相背離側分別設有第一增透膜層和第二增透膜層。

根據(jù)本發(fā)明實施例，第一取向層和第二取向層均為聚酰亞胺取向層。

根據(jù)本發(fā)明實施例，所述介質(zhì)反射鏡的透射率不高于1％。

本發(fā)明原理如下：

一方面，本發(fā)明能夠實現(xiàn)響應光譜可調(diào)；將光敏層一側的第一透明電極和相對另一側的鉑電極分別與直流電壓連接，通過調(diào)整直流電壓輸出值，能夠控制流經(jīng)光敏層的電荷量；

在第一透明電極作為負極，鉑電極作為正極的情況下：

光敏層中錫硅合金薄膜內(nèi)納米錫離子向非晶硅薄膜內(nèi)移動進入非晶硅內(nèi)部；

在第一透明電極作為正極，鉑電極作為負極的情況下：

光敏層中非晶硅薄膜內(nèi)的納米錫離子會返回至錫硅合金薄膜內(nèi)。

因此，通過電壓調(diào)節(jié)能夠使得錫硅合金薄膜中錫含量發(fā)生變化，而錫硅合金薄膜中錫含量的變化使得其禁帶寬度相應變化，故而，本發(fā)明通過外部電壓調(diào)節(jié)錫在光敏層結構中的分布，能夠調(diào)控光敏層的禁帶寬度，達到調(diào)節(jié)液晶空間光調(diào)制器的響應光譜范圍的目的。

另一方面，由于上述現(xiàn)象，通過調(diào)節(jié)外加電壓，能夠達到調(diào)節(jié)錫硅合金薄膜化學組成的目的；由于錫硅合金薄膜具有錫含量達到一定值時，材料具有從間接帶隙半導體轉化成直接帶隙半導體的性質(zhì)，因此轉換成直接帶隙半導體時導電類型為p型，能夠提供了更多的電子空穴對，因此載流子遷移率有所提升。

因此，本發(fā)明通過合理調(diào)控錫硅合金薄膜中錫含量，可以提高光敏層中載流子遷移率，同時也提高了電導率，有效提高液晶空間光調(diào)制器的成像質(zhì)量及圖像分辨率；

另外，光敏層中載流子遷移率直接影響靈敏度和光響應度，因此，有利于提高器件的靈敏度和響應速度。

相比于現(xiàn)有技術，本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明提供了一種采用新型光敏層的液晶空間光調(diào)制器，通過光敏層兩端電壓調(diào)節(jié)光敏層中電荷量，進而對光敏層中錫分布進行調(diào)節(jié)，基于錫硅合金薄膜具有錫含量達一定值時能夠使得材料從間接帶隙半導體轉化成直接帶隙半導體的性質(zhì)，本發(fā)明技術手段能夠提高光敏層內(nèi)載流子的遷移率，使得器件的圖像分辨率以及光響應度和靈敏度均得到提升；另一方面，光敏層中錫分布變化，使得光敏層的禁帶寬度也隨之變化，能夠使不同波長的光寫入，拓寬了器件的光譜響應范圍；此外，本發(fā)明制備工藝簡單，容易操作，工藝參數(shù)可控，有利于工業(yè)化生產(chǎn)制造。

附圖說明

圖1為本發(fā)明液晶空間光調(diào)制器的結構示意圖；

圖2為本發(fā)明液晶空間光調(diào)制器中光敏層的結構原理圖；

圖中1為第一增透膜，2為第一透明基片，3為第一透明導電薄膜層，4為光敏層，其中41為非晶硅薄膜，42為錫硅合金薄膜，5為電極層，6為阻光層，7為介質(zhì)反射鏡，8為第一取向層，9為液晶層，10為第二取向層，11為第二透明導電薄膜層，12第二透明基片，13為第二增透膜。

具體實施方式

以下結合附圖對本發(fā)明的實施例進行了闡述：

如圖1所示為本發(fā)明提供的液晶空間光調(diào)制器，包括：平行相對設置的第一透明基片2和第二透明基片12，第一透明基片2和第二透明基片12相向側分別沉積有第一透明導電薄膜層3和第二透明導電薄膜層11，進而形成第一透明電極和第二透明電極，第一透明電極和第二透明電極之間依次設有光敏層4、電極層5，阻光層6、介質(zhì)反射鏡7、第一取向層8、液晶層9以及第二取向層10，結合圖2可以看出，本發(fā)明中光敏層4的結構是由非晶硅薄膜41及沉積于非晶硅薄膜41上的錫硅合金薄膜42形成的復合薄膜結構。

圖1中左側為寫入光，即為控制液晶空間光調(diào)制器上像素的光電信號，液晶空間光調(diào)制器的工作過程是將待轉換的非相干圖像作為寫入光從器件左側成像至光敏層4，實現(xiàn)圖像的非相干到相干的轉換后，一束線偏振相干光作為讀出光從器件右側射向液晶層9，其偏振方向與液晶層9右端的分子長軸方向一致，由于介質(zhì)反射鏡7起到了高反射膜的作用，這束光將兩次通過液晶層9最后從右側射出。

本發(fā)明還提供一種光敏層禁帶寬度可調(diào)液晶空間光調(diào)制器的制備包括，具體包括以下步驟：

步驟a：

本實施例中透明基片采用的是玻璃基片，分別在兩個玻璃基片一表面沉積透明導電薄膜，制得兩個透明電極，本實施例中選擇ito作為透明導電薄膜的材料；

在進行下一步驟之前還應該對制得的透明電極進行清潔處理，具體操作不做限制，本實施例是將透明電極依次置于丙酮、酒精和去離子水中，進行超聲清洗，清洗時間為10分鐘，清洗完畢后采用氮氣吹干備用；

步驟b：在完成步驟1的透明電極中任取一個，然后采用化學氣相沉積法(以下簡稱為pecvd方法)在沉積有透明導電薄膜的一面上制備非晶硅薄膜，然后再沉積一層錫硅合金薄膜，得到非晶硅薄膜和錫硅合金薄膜形成復合結構的光敏層，具體步驟詳述如下：

b1：將一個透明電極放置于反應腔室中，并采用真空系統(tǒng)將反應腔室抽至5×10^-4pa，然后調(diào)節(jié)溫控系統(tǒng)將第一透明電極加熱至300℃；

b2：在反應腔室中通入氣體流量為2sccm的硅烷(sih4)，調(diào)節(jié)射頻功率為3w，沉積1小時后，制得非晶硅薄膜；

b2：完成步驟b2后，將透明電極加熱250℃，通過調(diào)節(jié)氣體流量計通入sih4和sn(ch3)4形成的混合氣體，sih4的流量仍為2sccm，sn(ch3)4的流量為0.001g/min，調(diào)節(jié)射頻功率為2w，維持反應腔室的工作壓強保持在60pa，沉積30分鐘后，在非晶硅薄膜上又沉積了一層錫硅合金薄膜；

步驟c：在完成步驟b后制得的光敏層上依次蒸鍍形成鉑電極，紅外吸收膜和介質(zhì)反射鏡7；

步驟d：分別在完成步驟c后制得的介質(zhì)反射鏡以及完成步驟a制得的另一透明電極的透明導電薄膜上旋涂聚酰亞胺溶液，經(jīng)過烘烤后采用滾筒摩擦聚酰亞胺涂層面，使得表面形成微細溝槽，進而形成取向層；

步驟e：在取向層之間均勻放置少量直徑為3μm的間隔子，然后灌入液晶，灌完液晶后采用環(huán)氧樹脂膠封住液晶形成液晶層，最終制得光敏層禁帶寬度可調(diào)液晶空間光調(diào)制器。

在液晶空間光調(diào)制器中，光敏層4擔負著記錄信號源圖像來控制液晶層電壓的作用，參考圖1示圖，將第一透明電極和第二透明電極分別與交流電源連接，沒有光照射時光敏層4的材料仍保持高阻狀態(tài)，液晶層9上的分壓小于或等于液晶層9的閾值電壓，而寫入光從底部入射至第一透明電極后，入射的光照射至光敏層4會使得光敏層4的材料內(nèi)部產(chǎn)生光生載流子，使得光敏層4有光照射時材料的阻抗變小(即為光寫入信號以轉換阻抗的方式保留在光敏層4中)，液晶層9的分壓升高并超過其閾值電壓，啟動液晶工作；同時，由于光信號各部分的強弱差異，液晶層上局部各處的壓降變化也不同，所以液晶分子受電場調(diào)制的情況也不同，因此造成讀出信號的強弱也不同，使得讀出圖像依然按照原先的圖像亮暗情況反映；阻光層6可以將穿過光敏層4的寫入光及透過介質(zhì)反射鏡7的讀出光吸收掉，由于介質(zhì)反射鏡7起到了高反射膜的作用，能夠將讀出光返回，故讀出光入射液晶層9并攜帶液晶層9上的調(diào)制信息返回，減少了寫入光的干擾。

結合圖2所示液晶空間光調(diào)制器光敏層的結構原理圖，光敏層4一側為第一透明電極，相對另一側設置有電極層5，本實施例電極層5采用鉑電極，將第一透明電極和鉑電極分別與直流電壓連接，通過調(diào)整直流電壓輸出值可以控制流經(jīng)光敏層4的電荷量，當?shù)谝煌该麟姌O作為負極，鉑電極作為正極時，光敏層4中錫硅合金薄膜42內(nèi)納米錫離子向非晶硅薄膜41內(nèi)移動對非晶體硅中缺陷進行補償；當?shù)谝煌该麟姌O作為正極，鉑電極作為負極時，光敏層4中非晶硅薄膜41內(nèi)的納米錫離子會返回至錫硅合金薄膜42內(nèi)；

因此，本發(fā)明中光敏層4在接直流電壓時錫會在非晶硅薄膜41和錫硅合金薄膜42中分布，通過電壓調(diào)節(jié)能夠使得錫硅合金薄膜42中錫的含量發(fā)生變化，而錫硅合金薄膜42是一種半導體材料，

其中，eg為禁帶寬度，λ為響應波長；

本發(fā)明所提供的新型光敏層結構能夠通過外部直流脈沖電壓使得錫離子向非晶硅層移動，進而使得光敏層的電阻改變，并且在外加電壓相反的情況下可逆，即通過直流脈沖電壓大小和時間能夠控制光敏層中錫的分布情況；而錫硅合金薄膜42的材料的禁帶寬度和錫的含量呈線性關系是已有結論，因此本發(fā)明能夠通過控制光敏層兩邊的外部直流脈沖電壓進而控制光敏層的禁帶寬度大小，使得光敏層能夠對不同紅外波段和不同可見光波段的光譜響應，達到響應光譜范圍可調(diào)的目的，另外，通過上述技術手段調(diào)節(jié)錫硅合金薄膜中錫含量達到一定值時可以使得材料轉變?yōu)橹苯訋栋雽w材料，有利于調(diào)節(jié)提高空間光調(diào)制器的分辨率，因此，上述技術效果在實際使用過程中具有重要意義的。

以上結合附圖對本發(fā)明的實施例進行了闡述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實施方式，上述具體實施方式僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領域的普通技術人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權利要求所保護的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護之內(nèi)。