随着光通信技术的不断发展,可调谐全光网络正在成为研究热点,可实现光束调制的空间光调制器以及中心波长可调、带宽可调谐的光滤波器为全光网络系统中的核心光电子器件,其性能直接影响系统的综合指标。硅基液晶空间光调制器具有光束调制功能,是光网络系统中的关键器件,其具有较高衍射效率、高分辨率、高刷新率、高灵活性、高集成度等诸多优点。基于液晶的滤波器技术被广泛应用于光通信系统中,多种液晶被应用于滤波器技术中,包括胆甾相液晶、蓝相液晶、铁电液晶等,其具有制作工艺简单、可调范围宽、灵活性高等诸多优点。在硅基液晶空间光调制器方面,衍射效率为其重要的性能参数,与硅基液晶器件的开口率、相位深度、回程区域等因素密切相关,开口率较低、相位深度较低、回程区域较宽等问题会导致其在大偏转角度下衍射效率较低,从而限制了硅基液晶器件在通信系统中的应用,除此之外,偏振无关硅基液晶器件也是硅基液晶空间光调制器领域中的一个研究热点,目前有多种方式来实现偏振无关空间光调制器,例如使用双层正交液晶层聚合网络结构、外置反射型偏振片、使用偏振无关液晶材料等方式,然而这些方式仍然存在一些问题,例如驱动电压过高、器件结构较为复杂难以实现等问题。在液晶可调谐滤波器方面,可实现通信波段滤波功能的液晶目前主要为胆甾相液晶,但该类液晶滤波器存在调节速率较低、驱动电压较高的问题,在拓宽滤波器带宽的实现方式上,电场调节、光诱导方式、层堆栈等方式存在一定的缺点,例如电场调节、光诱导方式会在一定程度上使得滤波器的滤波特性失真,层堆栈的实现方式较为复杂。因而,偏振无关、高性能的通信波段硅基液晶空间光调制器的实现以及低驱动电压、高滤波特性的通信波段液晶可调谐滤波器的实现有待于进一步的研究与探索。基于空间光调制器和光滤波器目前所存在的问题,本论文分别对两类器件的特性进行了分析研究。针对已有的硅基液晶空间光调制器存在的大偏转角度下衍射效率较低等问题,论文提出了高相位深度调制方式,在仿真与实验的基础上分析了高相位深度调制方式对硅基液晶空间光调制器性能参数的影响,并与普通相位深度调制方式的性能参数进行了对比,通过使用高相位深度调制方式,硅基液晶空间光调制器在大偏转角度下的衍射效率得到了提升,在4.5o的偏转角度下,6π相位深度调制方式的衍射效率比2π相位深度调制方式衍射效率提升了34%,4π相位深度调制方式的衍射效率比2π相位深度调制方式衍射效率提升了28%;在改善硅基液晶空间光调制器偏振相关特性方面,论文提出了一种新的偏振无关硅基蓝相液晶空间光调制器结构,该结构可使得光束在液晶层中经历多倍光程,大幅度增加相位深度,降低驱动电压,同时通过形成与光束行进方向一致的倾斜电场来实现偏振无关特性,并通过仿真与实验对其相位深度以及偏振特性进行了测量与分析,该偏振无关硅基蓝相液晶空间光调制器在1550nm下仿真中5.5V驱动电压下可实现2π相位深度,在实验中5.9V驱动电压下可实现2π相位深度,器件的偏振相关度仅为3.09%;针对已有液晶通信波段可调谐滤波器的中心波长调节速率较低、驱动电压较高的问题,论文提出了基于球状相液晶的通信波段可调谐滤波器,并通过温度调节以及电场调节对滤波器的中心波长进行调节,并对其滤波特性进行了总结分析,该球状相液晶滤波器可以实现通信波段下42.7nm/K的温度梯度,实现中心波长1580nm到1324nm的移动,在低于0.3 V/μm的电场强度下可以实现76nm的调节范围;在通信波段胆甾相液晶可调谐滤波器的带宽拓宽方式中,电场调节、光诱导方式会存在滤波器滤波特性失真的问题,论文提出了基于停滞处理的分段式聚合工艺,该工艺可以实现反射强度无损耗调节滤波器带宽,且实现工艺简单,基于分段式聚合工艺得到的通信波段聚合物稳定胆甾相液晶可调谐滤波器可以将带宽变为普通工艺聚合滤波器带宽的183%,滤波器带宽从120nm变为220nm,并且该通信波段滤波器的反射强度可以很好地维持,聚合物稳定后的通信波段胆甾相滤波器在温度的调节下具有稳定的滤波特性,在滤波特性稳定的前提下,中心波长可以从1614 nm移动到1460 nm。综合以上内容,本论文对高性能硅基液晶空间光调制器以及中心波长带宽可调的液晶滤波器件的特性进行了研究,包括高相位深度硅基液晶空间光调制器和偏振非依赖硅基蓝相液晶空间光调制器特性研究、基于球状相液晶的通信波段大温度梯度低电场驱动中心波长可调谐滤波器和基于停滞处理工艺的胆甾相液晶带宽可调滤波器特性研究,并通过仿真和实验验证器件的性能指标,提升了硅基液晶空间光调制器与通信波段液晶滤波器件的性能参数。论文的主要研究成果如下:1、针对已有的空间光调制器在大偏转角度下衍射效率较低的问题,论文提出了高相位深度调制的方法来实现衍射效率的提升,分析了高相位深度调制方法对硅基液晶空间光调制器的影响,并与普通相位深度调制方法进行了对比,总结出高相位深度调制方式对硅基液晶空间光调制器的衍射效率参数的有益影响。2、为了使得宏观各向同性的蓝相液晶材料可以应用在低电压驱动的硅基液晶空间光调制器中,论文提出了一种新的偏振无关硅基蓝相液晶空间光调制器结构,通过在硅基液晶空间光调制器外部加载导光反射铝层,使得光束在液晶层中可以实现全反射,进而使其光程成倍增加,大大降低驱动电压,同时设计与光束行进方向一致的倾斜电场,实现偏振无关特性,最终实现偏振无关硅基蓝相液晶空间光调制器设计。3、为了改善前已有通信波段液晶可调谐滤波器的中心波长调节速率较低、驱动电压较高的问题,论文提出了一种基于球状相液晶的通信波段可调谐滤波器,通过温度调节以及电场调节对器件的中心波长移动进行了控制,实现了大温度梯度调节和低电场驱动的球状相液晶通信波段可调谐滤波器。4、基于已有的液晶滤波器带宽拓宽方式存在滤波波形失真、工艺较复杂等问题,论文提出了一种基于聚合过程中进行停滞处理的分段式聚合工艺,该聚合工艺可以实现聚合物稳定胆甾相液晶滤波器带宽的反射强度无损耗拓宽,基于该聚合工艺得到的聚合物稳定胆甾相液晶通信波段可调谐滤波器在温度调制下可实现中心波长调节,且具有很稳定的滤波特性,制作工艺简单。论文的主要创新点如下:1、提出了高相位深度调制方法来实现硅基液晶空间光调制器在大偏转角度下衍射效率的提升,开发了通信波段下具有大折射率差、大介电常数、低吸收率的液晶材料来实现高相位深度。2、提出了一种加载导光反射铝层的偏振无关硅基蓝相液晶空间光调制器结构,降低了驱动电压,同时设计了与光束行进方向一致的倾斜电场,实现偏振无关特性,最终实现偏振无关硅基蓝相液晶空间光调制器设计。3、提出了一种基于停滞处理的分段式聚合工艺,该工艺可以实现胆甾相液晶滤波器带宽无损耗拓宽,基于该工艺聚合的聚合物稳定胆甾相液晶滤波器具有稳定的滤波特性,且制作工艺简单。