CN108459366A - 改变光路的方法，和应用于改变光路的光栅的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种改变光路的方法，和应用于改变光路的光栅的制作方法，其中，该改变光路的方法包括：将预先制作好的曲线型光栅应用到光波的传输过程中，该曲线型光栅将待衍射光波衍射生成与该待衍射光波夹角呈预设角度的衍射光波。使用曲线型光栅衍射光波在保证衍射后的光波的耦合率高的情况下，改变了光路方向，替代了微米级棱镜，由此解决了相关技术中由于制作微米级45度的棱镜困难而导致的实现光路转折难的问题。

Description

改变光路的方法，和应用于改变光路的光栅的制作方法

技术领域

本发明涉及通信领域，具体而言，涉及一种改变光路的方法，和应用于改变光路的光栅的制作方法。

背景技术

在相关技术中，随着通信系统对传输速率的爆炸式增长，铜互连已经面临其发展瓶颈，光互连是实现Tbit/s量级高速互连的最优解决方案，其技术实现通常是将光波导集成到PCB中制成光电板，即光背板。光背板通信中，子板和光背板的连接，需要对光路进行90度的转折，相关技术中一般都是用一个45度的棱镜反射来实现光路的90度的转折，图1是相关技术中实现垂直耦合的示意图，如图1所示，光波导101的入射光201，经45度棱镜反射后出射光202的光路改变90度，耦合到光波导101中。但是，由于光波导的量级都是微米级，制作微米级45度的棱镜成品率较低，且45度的棱镜的安装对工艺要求较高，不利于大规模生产。

针对相关技术中，由于制作微米级45度的棱镜困难而导致的实现光路转折难的问题，目前还没有有效的解决方案。

发明内容

本发明实施例提供了一种改变光路的方法，和应用于改变光路的光栅的制作方法，以至少解决相关技术中由于制作微米级45度的棱镜困难而导致的实现光路转折难的问题。

根据本发明的一个实施例，提供了一种改变光路的方法，包括：在光波导上，通过所述曲线型光栅将待衍射光波衍射生成为与所述待衍射光波的夹角为预设角度的衍射光波。

可选地，所述曲线型光栅在面向所述待衍射光波的入射方向一侧内凹。

可选地，所述曲线型光栅根据曲线型光栅模型确定，其中，所述曲线型光栅模型从根据预设参数建立的仿真模型中获取，所述曲线型光栅模型模拟衍射光波时的光波耦合效率不小于80％。

可选地，所述预设参数包括以下至少之一：所述光波导的折射率参数，所述光波导的衬底的折射率参数，所述待衍射光波的波长，所述预设角度。

可选地，采用全息图像法在所述光波导上刻出所述曲线型光栅。

可选地，采用全息图像法在所述光波导上刻出所述曲线型光栅的方式包括以下之一：使用全息图像法在所述光波导上生成线性光栅，在所述线性光栅的上下两侧和面向所述待衍射光波的方向加压，生成面向所述待衍射光波的入射方向一侧内凹的曲线型光栅；在所述光波导上方设置有凸起的遮光片，使用全息图像法在设置有所述遮光片的光波导上生成面向所述待衍射光波的入射方向一侧内凹的曲线型光栅。

可选地，所述曲线型光栅为曲线型啁啾光栅。

根据本发明的另一个实施例，提供了一种应用于改变光路的光栅的制作方法，包括：

依据预设参数建立仿真模型，通过所述仿真模型获取曲线型光栅模型，其中，所述曲线型光栅模型模拟衍射光波时的光波耦合效率不小于80％；

根据所述曲线型光栅模型在光波导制作所述曲线型光栅。

可选地，所述预设参数包括以下至少之一：所述光波导的折射率参数，所述光波导的衬底的折射率参数，待衍射光波的波长，待衍射光波的待改变角度。

可选地，根据所述曲线型光栅模型在光波导制作所述曲线型光栅包括以下至少之一：使用全息图像法在所述光波导上生成线性光栅，在所述线性光栅的上下两侧和面向所述待衍射光波的方向加压，生成面向所述待衍射光波的入射方向一侧内凹的曲线型光栅；在所述光波导上方设置有凸起的遮光片，使用全息图像法在设置有所述遮光片的光波导上生成面向所述待衍射光波的入射方向一侧内凹的曲线型光栅。

通过本发明，将预先制作好的曲线型光栅应用到光波的传输过程中，该曲线型光栅将待衍射光波衍射生成与该待衍射光波夹角呈预设角度的衍射光波。使用曲线型光栅衍射光波在保证衍射后的光波的耦合率高的情况下，改变了光路方向，替代了微米级棱镜，由此解决了相关技术中由于制作微米级45度的棱镜困难而导致的实现光路转折难的问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是相关技术中实现垂直耦合的示意图；

图2是根据本发明实施例的改变光路的方法流程图；

图3是根据本发明实施例的应用于改变光路的光栅的制作方法流程图；

图4是根据本发明优选实施例的相关技术中应用于改变光路的线性光栅的结构图；

图5是根据本发明优选实施例的应用于光路改变的曲线型光栅的结构图；

图6是根据本发明优选实施例设计的面向光波的方向先内凹的曲线型的光栅的光路分解示意图；

图7是根据本发明优选实施例的曲线型光栅改变光路的示意图；

图8是根据本发明优选实施例的曲线型光栅改变光路的正视图；

图9是根据本发明优选实施例的采用第一种方法制作曲线型光栅的示意图；

图10是根据本发明优选实施例的采用第二种方法制作曲线型光栅的示意图；

图11是根据本发明优选实施例的通过曲线型光栅改变光路的流程图；

图12是根据本发明具体实施例1的示意图一；

图13是根据本发明具体实施例1的示意图二；

图14是根据本发明具体实施例2的示意图一；

图15是根据本发明具体实施例2的示意图二；

图16是根据本发明具体实施例3的示意图一；

图17是根据本发明具体实施例3的示意图二；

图18是根据本发明具体实施例4的示意图一；

图19是根据本发明具体实施例4的示意图二；

图20是根据本发明具体实施例5的示意图一；

图21是根据本发明具体实施例5的示意图二。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

实施例一

根据本发明的一个实施例，提供了一种改变光路的方法。

图2是根据本发明实施例的改变光路的方法流程图，如图2所示，该流程包括以下步骤：

步骤S202，将预设的曲线型光栅模型在光波导上刻出曲线型光栅；

步骤S204，通过所述曲线型光栅将待衍射光波衍射生成为与所述待衍射光波的夹角为预设角度的衍射光波。

通过上述步骤，将预先制作好的曲线型光栅应用到光波的传输过程中，该曲线型光栅将待衍射光波衍射生成与该待衍射光波夹角呈预设角度的衍射光波。使用曲线型光栅衍射光波在保证衍射后的光波的耦合率高的情况下，是光路发生了改变，替代了微米级棱镜，由此解决了相关技术中由于制作微米级45度的棱镜困难而导致的实现光路转折难的问题。

可选地，所述曲线型光栅在面向所述待衍射光波的入射方向一侧内凹。

可选地，所述曲线型光栅根据曲线型光栅模型确定，其中，所述曲线型光栅模型从根据预设参数建立的仿真模型中获取，所述曲线型光栅模型模拟衍射光波时的光波耦合效率不小于80％。

可选地，所述预设参数包括以下至少之一：所述光波导的折射率参数，所述光波导的衬底的折射率参数，所述待衍射光波的波长，所述预设角度。

可选地，采用全息图像法在所述光波导上刻出所述曲线型光栅。

可选地，采用全息图像法在所述光波导上刻出所述曲线型光栅的方式包括以下之一：使用全息图像法在所述光波导上生成线性光栅，在所述线性光栅的上下两侧和面向所述待衍射光波的方向加压，生成面向所述待衍射光波的入射方向一侧内凹的曲线型光栅；在所述光波导上方设置有凸起的遮光片，使用全息图像法在设置有所述遮光片的光波导上生成面向所述待衍射光波的入射方向一侧内凹的曲线型光栅。

可选地，所述曲线型光栅为曲线型啁啾光栅。

根据本发明的另一个实施例，提供了一种应用于改变光路的光栅的制作方法。

图3是根据本发明实施例的应用于改变光路的光栅的制作方法流程图，如图3所示，该流程包括以下步骤：

步骤S302，依据预设参数建立仿真模型，通过所述仿真模型获取曲线型光栅模型，其中，所述曲线型光栅模型模拟衍射光波时的光波耦合效率不小于80％；

步骤S304，根据所述曲线型光栅模型在光波导制作所述曲线型光栅。

可选地，所述预设参数包括以下至少之一：所述光波导的折射率参数，所述光波导的衬底的折射率参数，待衍射光波的波长，待衍射光波的待改变角度。

可选地，根据所述曲线型光栅模型在光波导制作所述曲线型光栅包括以下至少之一：使用全息图像法在所述光波导上生成线性光栅，在所述线性光栅的上下两侧和面向所述待衍射光波的方向加压，生成面向所述待衍射光波的入射方向一侧内凹的曲线型光栅；在所述光波导上方设置有凸起的遮光片，使用全息图像法在设置有所述遮光片的光波导上生成面向所述待衍射光波的入射方向一侧内凹的曲线型光栅。

以下结合本发明优选实施例进行详细说明。需要说明的是，本优选实施例中以曲线型啁啾光栅，对光波的改变角度为90度为例。

本发明优选实施例根据曲线型啁啾光栅具有改变光路并对光线有汇聚的特性，设计了一种利用曲线型啁啾光栅实现光波导到光波导，光波导到光纤垂直耦合的方法和装置，以提高垂直耦合的效率并降低光波导垂直耦合的难度和制造工艺。即应用曲线型啁啾光栅具有改变光路并对光线有汇聚的特性来实现光路的90度转向，实现光波导到光波导，光波导到光纤垂直耦合。

在相关技术中，对于波长为入的光，光栅的衍射方向应满足下列方程：

d(sinα±sinβ)＝mλ(m为正整数) 公式(1)

上述方程公式中：d表示相邻两刻线间的距离，称光栅常数；α为入射角；即入射光束和光栅法线夹角；β衍射角，即衍射光束和光栅法线夹角，m为波长的衍射级数。

分析公式(1)，在α入射角和波长λ固定的情况下，光栅常数d决定衍射角β的方向，由此可见，光栅有改变光路的特性。图4是根据本发明优选实施例的相关技术中应用于改变光路的线性光栅的结构图。图5是根据本发明优选实施例的应用于光路改变的曲线型光栅的结构图，如图5所示，该光栅是一种面向光波的方向先内凹的曲线型的光栅。由于本发明优选实施例设计的光栅面向光波的方向有一个先内凹的弧度，所以在改变光路的同时，还对对光束有汇聚作用，从而提高了光耦合的效率，图6是根据本发明优选实施例设计的面向光波的方向先内凹的曲线型的光栅的光路分解示意图，如图6-1所示，在局部位置，可以把曲线型的光栅当一个线性光栅分析，可以分析出它对光路改变作用，如图6-2所示，分析曲线型的光栅的一个曲线，可以分析出它对光路的汇聚作用。

本发明优选实施例设计曲线形光栅的方法为：

1)首先根据光波导的材料，和光的波长，光波需要改变的方向计算出光栅常数的范围

2)根据光波导的材料，光的波长，光栅常数的范围建立仿真模型，在仿真模型的基础上设计出面向光波的方向先内凹曲线型光栅，反复调整光栅的弯曲度和间隔，得到耦合效率≥80％的光栅模型。

3)根据光栅模型，用全息图像法在光波导上刻出曲线型光栅。全息光栅的制作原理是：两束具有特定波面形状的光束干涉，在记录平面上形成亮暗相间的干涉条纹，用全息记录介质记录干涉条纹，经处理得到全息光栅。

4)本发明优选实施例制作曲线光栅的的方法有两种：

(1)一种方法为先在光波导上用全息图像法生成线性光栅，然后再在生成线性光栅的光波导两边加压，图9是根据本发明优选实施例的采用第一种方法制作曲线型光栅的示意图，如图9所示，生成面向光波的方向先内凹的曲线型光栅。

(2)另一种方法为在光波导上放置一个凸起的遮光片如图10所示，即图10是根据本发明优选实施例的采用第二种方法制作曲线型光栅的示意图，然后再在其上用全息图象法照射，由于光波导上放置一个凸起的遮光片引起光程差的变化，所以产生的面向光波的方向先内凹的曲线型光栅。

图7是根据本发明优选实施例的曲线型光栅改变光路的示意图，图8是根据本发明优选实施例的曲线型光栅改变光路的正视图，如图7，图8所示本装置主要包括：100衬底层，101刻录在衬底层的脊型光波导，302刻录在光脊型光波导的曲线型啁啾光栅，其中302刻录在光脊型光波导的面向光波的方向先内凹的曲线型曲线型啁啾光栅是本装置的核心器件用于实现光路的90度转折和光路的耦合。

图11是根据本发明优选实施例的通过曲线型光栅改变光路的流程图，如图11所示，该流程包括以下步骤：

1)在衬底上制作出脊型光波导陈列

2)根据衬底和波导材料的折射率，传输光的波长，计算出高效率的曲线型啁啾光栅，根据计算的结果建立仿真模型

3)根据仿真模型设计出曲线型光栅，反复调整光栅的弯曲度和间隔，得到耦合效率≥80％的光栅模型

4)根据建立的光栅模型用全息图像形成技术在脊型光波导上刻出曲线型啁啾光栅

5)利用刻出曲线型啁啾光栅应用到光波导到光波导，光波导到光纤的垂直耦合中，实现光波导到光波导，光波导到光纤的垂直耦合

本发明优选实施例中采用的技术方案涉及以下技术特征：

1)计算建立仿真模型，根据仿真模型，实验出曲线型啁啾光栅的模型；

2)根据实验出的面向光波的方向先内凹的曲线型啁啾光栅模型，在脊型光波导陈列上利用全息图像技术刻出曲线型啁啾光栅；

3)利用刻出的曲线型啁啾光栅实现光波导到光波导，光波导到光纤的垂直耦合。

采用本发明优选实施例中所述方法和装置，与相关技术相比，降低了光波导到光波导，光波导到光纤垂直耦合的难度和制造工艺。

下面记载的是本发明优选实施的具体实施方式：

具体实施例1：图12是根据本发明具体实施例1的示意图一，如图12所示，为本发明的第一种实施的方式为光波导阵列垂直耦合到光纤阵列，包括水平放置光波导阵列101，刻在光波导上的曲线型啁啾光栅302，垂直固定的带状光纤102。图13是根据本发明具体实施例1的示意图二，如图13所示，在光波导101传播的光201经过曲线型啁啾光栅302时，由于曲线型啁啾光栅302对光线的衍射效应改变了光的传播路径，使光路发生90度转折，同时由于曲线型啁啾光栅302对光有汇聚效应，使出射光202可以高效的耦合到垂直固定的光纤102中，实现光波导到光纤的垂直耦合。

具体实施例2：图14是根据本发明具体实施例2的示意图一，如图14所示，为本发明的第二种实施的方式为光波导阵列垂直耦合到光波导阵列，包括水平放置光波导阵列101，刻在光波导上的曲线型啁啾光栅302，垂直固定的光波导阵列101。图15是根据本发明具体实施例2的示意图二，如图15所示，在光波导101传播的光201经过曲线型啁啾光栅302时，由于曲线型啁啾光栅302对光线的衍射效应改变了光的传播路径，使光路发生90度转折，同时由于曲线型啁啾光栅302对光有汇聚效应，使出射光202可以高效的耦合到垂直光波导阵列101中，实现光波导到波导的垂直耦合。

具体实施例3：图16是根据本发明具体实施例3的示意图一，如图16所示，为本发明的第三种实施的方式为光波导阵列垂直耦合到探测器阵列，包括水平放置光波导阵列101，刻在光波导上的曲线型啁啾光栅302，垂直固定的探测器阵列。图17是根据本发明具体实施例3的示意图二，如图17所示，在光波导101传播的光201经过曲线型啁啾光栅302时，由于曲线型啁啾光栅302对光线的衍射效应改变了光的传播路径，使光路发生90度转折，同时由于曲线型啁啾光栅302对光有汇聚效应，使出射光202可以高效的耦合到探测器阵列中，实现光波导直接到探测器阵列的垂直耦合。

具体实施例4：图18是根据本发明具体实施例4的示意图一，如图16所示，为本发明的第四种实施的方式为VESEL激光器阵列垂直耦合到光波导阵列，包括水平放置光波导阵列101，刻在光波导上的曲线型啁啾光栅302，垂直固定的VESEL激光器阵列。图19是根据本发明具体实施例4的示意图二，如图19所示，垂直固定VESEL激光器阵列发出的光201经过曲线型啁啾光栅302时，由于曲线型啁啾光栅302对光线的衍射效应改变了光的传播路径，使光路发生90度转折，同时由于曲线型啁啾光栅302对光有汇聚效应，使出射光202可以高效的耦合到水平放置光波导阵列101中，实现VESEL激光器阵列直接到光波导阵列的垂直耦合。

具体实施例5：图20是根据本发明具体实施例5的示意图一，如图20所示，为本发明的第五种实施的方式为应用本耦合装置组成的光背板系统，包括子板1，子板2，光背板，以及放置在子板1上的VESEL激光器阵列104，光波导阵列101，放置在子板2上的探测器阵列103，光波导阵列101，放置在光背板上的光波导阵列101，和刻录在光波导阵列两端的曲线型啁啾光栅302。图21是根据本发明具体实施例5的示意图二，如图21所示，固定在子板1的VESEL激光器阵列发出的光201，首先耦合到子板1上的光波导阵列101上，经子板1上的光波导阵列101传输到光背板的光波导阵列101上的第一个曲线型啁啾光栅302，由于曲线型啁啾光栅302对光线的衍射效应改变了光的传播路径，使光路发生90度转折，同时由于曲线型啁啾光栅302对光有汇聚效应，使出射光202可以高效的耦合到光背板上的光波导阵列101中，经光背板的光波导阵列101传输到光背板的光波导阵列101上的第二个曲线型啁啾光栅302，由于曲线型啁啾光栅302对光线的衍射效应改变了光的传播路径，使光路发生90度转折，同时由于曲线型啁啾光栅302对光有汇聚效应，使出射光202可以高效的耦合到子板2上的光波导阵列101上，再经子板2上的光波导阵列101传输到光探测器阵列401上，完成整个系统的光传输。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到根据上述实施例的方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种改变光路的方法，其特征在于，包括：

在光波导上，通过曲线型光栅将待衍射光波衍射生成为与所述待衍射光波的夹角为预设角度的衍射光波。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述曲线型光栅在面向所述待衍射光波的入射方向一侧内凹。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述曲线型光栅根据曲线型光栅模型确定，其中，所述曲线型光栅模型从根据预设参数建立的仿真模型中获取，所述曲线型光栅模型模拟衍射光波时的光波耦合效率不小于80％。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述预设参数包括以下至少之一：

所述光波导的折射率参数，所述光波导的衬底的折射率参数，所述待衍射光波的波长，所述预设角度。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述曲线型光栅根据曲线型光栅模型确定，包括：

采用全息图像法在所述光波导上刻出所述曲线型光栅。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，采用全息图像法在所述光波导上刻出所述曲线型光栅的方式包括以下之一：

使用全息图像法在所述光波导上生成线性光栅，在所述线性光栅的上下两侧和面向所述待衍射光波的方向加压，生成面向所述待衍射光波的入射方向一侧内凹的曲线型光栅；

在所述光波导上方设置有凸起的遮光片，使用全息图像法在设置有所述遮光片的光波导上生成面向所述待衍射光波的入射方向一侧内凹的曲线型光栅。

7.根据权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，所述曲线型光栅为曲线型啁啾光栅。

8.一种应用于改变光路的光栅的制作方法，其特征在于，包括：

依据预设参数建立仿真模型，通过所述仿真模型获取曲线型光栅模型，其中，所述曲线型光栅模型模拟衍射光波时的光波耦合效率不小于80％；

根据所述曲线型光栅模型在光波导制作所述曲线型光栅。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述预设参数包括以下至少之一：

所述光波导的折射率参数，所述光波导的衬底的折射率参数，待衍射光波的波长，待衍射光波的待改变角度。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，根据所述曲线型光栅模型在光波导制作所述曲线型光栅包括以下至少之一：

使用全息图像法在所述光波导上生成线性光栅，在所述线性光栅的上下两侧和面向待衍射光波的方向加压，生成面向所述待衍射光波的入射方向一侧内凹的曲线型光栅；

在所述光波导上方设置有凸起的遮光片，使用全息图像法在设置有所述遮光片的光波导上生成面向所述待衍射光波的入射方向一侧内凹的曲线型光栅。