CN109425928B - 平面波导份步进耦合器 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及平面波导份步进耦合器。可以提供光耦合器以将光束耦合到波导中。光耦合器可包括阶梯结构，例如以减少制造期间的困难、减少与制造相关的费用，另外以提供增加的光耦合器的接收角。波导可以包括引导区域，其中覆层厚度可以相对于耦合区域增加，例如以减少由于引导区域中的渐逝外耦合引起的损失。

Description

平面波导份步进耦合器
技术领域
本公开涉及用于将光束耦合到平面波导的系统和方法。
背景技术
某些光耦合器可以将自由空间光束耦合到波导中。
发明内容
在某些系统中，平滑锥形光耦合器可用于将自由空间光束耦合到波导中。平滑锥形光耦合器可制造起来困难和/或昂贵。另外，平滑锥形光耦合器可以限制光耦合器的接收角。发明人已经认识到需要具有阶梯结构的光耦合器，例如以减少制造期间的困难，减少与制造相关的费用，并且另外以提供增加的光耦合器的接收角。在所附权利要求中提供了本公开的其他特征，除非在本文件的其他地方另有明确说明，否则这些特征可以任选地以任何排列或组合彼此组合。
在一个方面中，本公开的特征可在于一种平面波导，用于接收和引导光束同时在引导期间减少光束的渐逝耦合。平面波导可包括波导芯和第一和第二光学覆层，以沿着所述波导的长度引导所述光束。平面波导还可包括光耦合器，具有与引导区域分开的第一耦合区域，所述光耦合器包括在所述第一耦合区域和所述引导区域之间的至少一个逐步减小的厚度，并且所述第一光学覆层包括在所述第一耦合区域和和所述引导区域之间的至少一个相应的逐步增加的厚度，例如以减少引导区域中的渐逝耦合，以及其中所述光耦合器的第一耦合区域可以能够将光内耦合到波导芯中。光耦合器的第一耦合区域可以能够将具有近场轮廓的光束的一部分内耦合，该近场轮廓与近场指数轮廓重叠。光耦合器可包括在所述第一耦合区域和所述引导区域之间的一系列变化的逐步减小的厚度，并且所述第一光学覆层可包括在所述第一耦合区域和所述引导区域之间的相应变化的逐步增加的厚度，并且其中光耦合器可以配置为耦合具有与近场指数轮廓重叠的近场轮廓的光束的一部分。光耦合器可包括在第一耦合区域和引导区域之间的一系列变化的逐步减小的厚度，并且第一光学覆层可包括在第一耦合区域和引导区域之间的相应变化的逐步增加的厚度。变化的逐步增加的厚度可包括逐步减小的厚度中单独每个的改变的高度和宽度，并且光耦合器可以被配置为耦合具有近场轮廓的光束的一部分，其中大部分近场轮廓与近场指数轮廓重叠。平面波导还可包括至少一个间隔物，例如以限定所述波导芯和所述光耦合器之间的距离，该距离可以提供将具有与近场指数轮廓重叠的近场轮廓的光束的一部分耦合到波导芯中，并且第一光学覆层可以包括液晶材料。平面波导还可包括可以位于液晶材料和光耦合器之间的固体填充材料。光耦合器可以被配置为耦合具有高斯分布的自由空间光束，其效率至少为80％。光耦合器可包括与所述引导区域分开的第二耦合区域以及在所述第二耦合区域和所述引导区域之间逐步增加的厚度，并且所述第一光学覆层可包括在所述第二耦合区域和所述引导之间逐步减小的厚度，例如以增加所述第二耦合区域中的耦合，并且光耦合器的第二耦合区域可被配置成横向地外耦合由所述波导芯引导的光束的部分。光耦合器可包括在所述第二耦合区域和所述引导区域之间的一系列变化逐步增加的厚度，并且所述第一光学覆层可包括在所述第二耦合区域和所述引导区域之间的相应变化逐步减小的厚度。变化的逐步增加的厚度可包括逐渐增加的厚度中单独每个的改变的高度和宽度，并且变化的逐步增加的厚度可以被调节，例如以修改由所述波导芯引导的光束的外耦合部分的轮廓。
在一个方面中，本公开的特征可在于一种将自由空间光束耦合到平面波导的方法。该方法可包括通过光耦合器和具有第一厚度的第一覆层将光内耦合到平面波导的第一区域中的芯中。该方法还可包括引导内耦合的光通过所述平面波导的第二区域，其中所述第一覆层具有大于所述第一厚度的第二厚度，其中所述第一厚度和所述第二厚度之间的至少一个阶梯可位于所述波导的第一和第二区域之间的第一覆层中。该方法还可包括通过光耦合器将来自波导的第三区域中的芯的光外耦合，所述第三区域可以通过波导的第二区域与波导的第一区域分开，并且第一覆层可以具有小于第二厚度的第三厚度，其中所述第二厚度和所述第三厚度之间的阶梯可位于所述波导的第二和第三区域之间的第一覆层中。该方法还可包括提供间隔物，例如以机械地限定平面波导的芯与波导的第一区域中的光耦合器之间的指定距离，例如以在波导的第一区域中提供渐逝耦合，并且其中所述第一覆层可以包括液晶材料。该方法还可包括提供位于液晶材料和光耦合器之间的固体填充材料。该方法还可包括提供具有阶梯结构的光耦合器，所述阶梯结构可包括在波导的第一区域和波导的第二区域之间的一系列逐步减小的厚度，并提供具有相应阶梯结构的第一光学覆层，所述相应阶梯结构包括在所述波导的第一区域和所述波导的第二区域之间的一系列逐步增加的厚度。平面波导的芯与波导的第三区域的长度之间的距离可以确定被引导的光束的外耦合部分的尺寸和轮廓。
在一个方面中，本公开的特征可在于一种制造平面波导的方法。该方法可包括提供光学透明的基板。该方法还可包括蚀刻所述光学透明的基板的一部分，例如以在第一耦合区域和引导区域之间形成至少一个逐步减小的厚度。该方法还可包括在所述光学透明的基板表面上沉积第一光学覆层，所述第一光学覆层可以具有在第一耦合区域和引导区域之间的至少一个相应的逐步增加的厚度。该方法还可包括沉积堆叠在所述第一光学覆层的表面上的芯材。该方法还可包括沉积堆叠在所述芯材的表面上的第二光学覆层。该方法还可包括提供至少一个间隔物，例如以确定平面波导的芯与第一耦合区域中的光耦合器之间的距离，并提供可与所述至少一个间隔物相邻的液晶材料。该方法还可包括蚀刻光学透明的基板的一部分，例如以在第一耦合区域和引导区域之间形成一系列变化的逐步减小的厚度，并且沉积第一光学覆层，所述第一光学覆层具有在所述第一耦合区域和所述引导区域之间的一系列逐步增加的厚度。
附图说明
现在将参考附图通过示例描述本公开，其中：
图1描述平面光学波导的例子。
图2A描述波导中耦合效率的模拟结果的例子。
图2B描述波导中耦合效率的模拟结果的例子。
图3A描述波导中耦合效率的模拟结果的例子。
图3B示出了波导中的近场功率密度分布的示例。
图4示出了外耦合的光束的远场功率密度的示例。
图5A-5B示出了内耦合区域的示例。
图6示出了波导中的近场功率密度分布的示例。
图7描述平面光学波导的例子。
图8示出了制造平面光学波导的方法。
图9示出了使用平面光学波导的方法。
图10描述平面光学波导的例子.
具体实施方式
光耦合器可以将光束耦合到波导中。某些光耦合器可包括可以将光束耦合到波导的平滑锥形区域。然而，平滑锥形区域制造起来可能困难和/或昂贵。下面描述的是具有阶梯结构的光耦合器，以便减少制造期间的困难、减少与制造相关的费用，并且另外，提供增加的光耦合器的接收角。
图1描述平面光学波导100的例子。光学波导100可包括光耦合器104、第一光学覆层108、波导芯112、第二光学覆层116。光耦合器104、第一光学覆层108、波导芯112、第二光学覆层116可以形成如图1所示的堆栈。平面光学波导100可包括内耦合区域120、引导区域124和外耦合区域128。在内耦合区域120中，可以选择第一光学覆层108(D1)的厚度，以便促进光束从光耦合器104到波导芯112的渐逝耦合。渐逝耦合强度可以用
Figure BDA0001775972230000041
表示，其中h可以代表渐逝耦合的力量，k可以代表波数，S可以表示光穿过的区域的宽度，β可以代表光束的有效指数，ngap可以代表光穿过的区域中的有效指数。光束可包括渐逝尾部，其随着距波导芯112的距离呈指数衰减。当光束的渐逝尾部穿透到光耦合器104中时，可发生渐逝耦合。从波导芯112到光耦合器104的光束的渐逝耦合可以随着光束的渐逝尾部进一步穿透到光耦合器104中而增加。可以使用第一光学覆层108的厚度来调整波导112和光耦合器104之间的渐逝耦合量。例如，增加第一光学覆层108的厚度可以减少波导芯112和光耦合器104之间的渐逝耦合，并且减小第一光学覆层108的厚度可以增加波导芯112和光耦合器104之间的渐逝耦合。光耦合器可包括小平面105，以便为光耦合器104和第一光学覆层108之间的界面提供光束。可以选择小平面的角度θp，以提供具有超过由光耦合器104和第一光学覆层108之间的界面确定的临界角的入射角的光束(例如，超过临界角0.1至10度之间)。光束的入射角可以确定光束的渐逝尾部的衰减长度。在例子中，光耦合器104可以包括衍射光栅而不是刻面105，其中衍射光栅可以以超过由光耦合器104和第一光学覆层108之间的界面确定的临界角的入射角向光耦合器104和第一光学覆层108之间的界面提供光束(例如，超过临界角0.1至10度)。在引导区域124中，可以选择第一光学覆层108(D2)的厚度，例如，减少或防止光束从波导芯112到光耦合器104的渐逝耦合。可以选择第一光学覆层108(D2)的厚度以引导区域124中的极限损耗小于1dB/cm。在例子中，引导区域124中的第一光学覆层108的厚度可以在2μm至10μm的范围内。内耦合区域120和引导区域124之间的第一光学覆层108中的厚度变化可以包括类似步骤的结构132。步骤状结构132的斜率可以是至少100比1。在外耦合区域128中，可以选择第一光学覆层108(D3)的厚度，以便促进光束从波导芯112到光耦合器104的渐逝耦合。外耦合区域128和引导区域124之间的第一光学覆层108的厚度变化可以包括类似结构136的步骤。步骤状结构136的斜率可以是至少100比1。光学覆层108可以与波导芯112相邻并位于波导芯112上方，如图1所示。第二光学覆层可以与波导芯112相邻并位于波导芯112下方，如图1所示。光耦合器104可以与第一光学覆层108相邻并位于第一光学覆层108上方。光耦合器104可包括硅材料。第一光学覆层108可包括玻璃材料、结晶材料或塑料材料。第二光学覆层116可包括玻璃材料、结晶材料、塑料材料或液晶材料。在操作期间，自由空间光束124可以入射在光耦合器104的小平面105上。自由空间光束124可以以接近布鲁斯特角的角度入射在小平面105上。然后，光束可以穿过光耦合器104到达耦合区域120和引导区域124之间的边界附近的光耦合器的一部分。然后，与近场指数轮廓重叠的光束的一部分可以耦合到波导芯112。术语近场可以指的是界面的一个瑞利长度(zR)内的区域，其中瑞利长度可以通过
Figure BDA0001775972230000061
来描述，其中n可以表示折射率，wo可以表示束腰，并且λ可以表示代表光的波长。然后可以引导光束124的耦合部分穿过引导区域124。在引导区域124和外耦合区域128之间的边界附近，自由空间光束的一部分可以从波导芯耦合到光耦合器104。在穿过光耦合器104之后，光束的外耦合部分可以在小平面106处离开光耦合器104。
图2A示出了波导中耦合效率的模拟结果的示例，如图1所示的平面光学波导100。耦合效率可以随第一光学覆层108的厚度而变化。在例子中，第一光学覆层的厚度可以在约0.5μm至约1.2μm的范围内变化。在图2所示的示例中，耦合效率可具有约80％的局部最大值，其中第一光学覆层的厚度可为约0.8μm。在例子中，光耦合器104的折射率可以大于第一光学覆层108的折射率，并且波导芯108的折射率可以大于第一光学覆层108的折射率。
图2B示出了波导中的耦合效率的模拟结果的示例，例如图1中所示的平面光学波导100。耦合效率可随光束124的入射角而变化。当光束124的入射角超过第一光学覆层108和波导芯112之间的临界角(例如，超过临界角0.1至20度之间)时，耦合效率可以最大化。如图2B所示，波导的接收角可以是大约0.2度。
图3A示出了波导中的耦合效率的受激结果的示例，例如图1中所示的平面光学波导100。耦合效率可以随着光束124沿波导的纵向的位置而变化。当光束的位置靠近内耦合区域120和引导区域124之间的边界时，耦合效率可以最大化。图3A中所示的耦合效率的半高全宽可以对应于大约五个束腰。
图3B示出了外耦合的光束的近场功率密度分布308和内耦合区域120与引导区域124之间的界面处的耦合光束的近场功率密度分布304的示例。外耦合的光束的近场功率密度分布308可包括与阶梯轮廓相结合的指数轮廓，如图3B所示。近场功率密度分布308中的步骤可以对应于引导区域124和内耦合区域120之间的边界。在传播到远场之后，近场功率密度分布308可以变换为洛伦兹分布。耦合光束的近场功率密度分布304可以包括高斯分布。当高斯光束入射在内耦合区域120和波导芯124的边界附近时，可以发生具有高斯分布的光束的最佳耦合效率。例如，最佳耦合效率可以对应于高斯光束的中心距离内耦合区域120和波导芯124的边界大约一个束腰的情况。在例子中，当外耦合的光束的近场功率密度分布308与耦合光束的近场功率密度分布304之间的重叠时，在内耦合区域120和引导区域124之间的界面处最大化，可以发生最佳耦合效率。近场功率密度分布之间的重叠可表示如下：
Figure BDA0001775972230000071
其中η可以表示内耦合效率，例如图2A中所示的内耦合效率，可以表示沿着界面的外耦合光束中的电场分布，保持相位信息，并且Vin可以表示沿着接口的电场分布用于输入光束，同样保留相位信息。括号可以(<|>)表示重叠积分。
图4示出了外耦合的光束的远场功率密度的示例，例如可以从外耦合区域128向外耦合，如图1所示。远场功率密度可包括洛伦兹分布。在例子中，远场洛伦兹剖面可以对应于近场指数轮廓。
图5A示出了内耦合区域的示例，诸如图1中所示的内耦合区域120。在图5A中，台阶状结构132可包括具有高度h1的第一平台140和具有高度h2的第二平台142。可以选择梯田的高度，以便提供具有比具有单个步骤的阶梯状结构更高的与高斯轮廓重叠的近场功率密度分布，例如图1中所示的单个步骤。在例子中，每个露台的高度可以通过
Figure BDA0001775972230000072
来确定，其中m可以表示衍射级，λ可以表示光束124的光的波长，n光耦合器可以表示光耦合器104的折射率，并且neff可以表示沿着平面光学波导100的核心引导的光束的有效折射率。在例子中，每个平台的高度可以选择为小于光的波长，例如形成菲涅耳型元件。例如，为了在菲涅耳状态下操作，每个梯田的高度在1.5μm的操作波长下可以在10nm到400nm的范围内。在菲涅耳区域中，每个梯田可以具有不同的高度(例如，梯田的高度可以从平台到露台变化多达400nm)。在图5A所示的示例中，外耦合的光束的近场功率密度分布包括一系列指数区域，如图6所示。在例子中，单个平台的耦合效率可以是大约80％，并且两个平台的耦合效率可以是大约90％。在例子中，每个平台的高度可以通过用一系列梯田近似光滑的锥形轮廓来确定，所述锥形轮廓具有一系列平台，每个平台的高度小于光束的波长(例如，梯田的高度可以在20nm到500nm的范围内)。
图5B示出了内耦合区域的示例，诸如图1中所示的内耦合区域120。在图5B中，台阶状结构132可包括具有高度h1的第一平台140、具有高度h2的第二平台142和具有高度h3的第三平台144。可以选择梯田的高度，例如提供具有比具有两个阶梯的阶梯状结构(例如图5A中所示的两个阶梯)更高的高斯分布重叠的近场功率密度分布。每个平台的高度可以通过上面关于图5A描述的表达来确定。在图5B所示的示例中，外耦合的光束的近场功率密度分布包括一系列指数区域。在例子中，单个平台的耦合效率可以是大约80％，两个平台的耦合效率可以是大约90％，并且三个平台的耦合效率可以大于90％。
图7描述平面光学波导700的例子。平面光学波导700可包括光耦合器104、第一光学覆层108、波导芯112和第二光学覆层116。光耦合器104、第一光学覆层108、波导芯112和第二光学覆层116可以形成如图7所示的堆栈。第一光学覆层108可包括液体材料，例如液晶材料。光学波导700可包括间隔物109，其可以限定平面光学波导700中的液体材料的厚度。在例子中，间隔物109可以形成光耦合器104的整体部分。例如，支柱或支座可以从光耦合器104延伸到波导芯112的表面。光学波导700还可包括能够减少液体材料从平面光学波导700泄漏的密封件。在第一光学覆层108可包括液体的实例中，第一光学覆层108可包括位于液体材料上方的固体填充材料109，如图7所示，以便减少当液体材料围绕角落或边缘时可能发生的不希望的边缘效应。不期望的边缘效应可包括未对准的液晶分子(例如，在不期望的方向上排列的液晶分子)。这种未对准的液晶分子会不期望地引起光束的散射。平面光学波导700可包括内耦合区域120、引导区域124和外耦合区域128。在内耦合区域120中，第一光学覆层108(D1)的厚度可以由间隔物109的宽度确定。在例子中，间隔物109可包括玻璃珠或玻璃球。可以选择间隔物的宽度，例如以促进光束从光耦合器104到波导芯112的渐逝耦合。光耦合器可以包括小平面105，例如为光耦合器104和第一光学覆层108之间的界面提供光束。可以选择小平面的角度θp，以提供具有超过由光耦合器104和第一光学覆层108之间的界面确定的临界角的入射角(例如，超过临界角0.1至10度之间)的光束。在例子中，光耦合器104可以包括衍射光栅而不是刻面105，其中衍射光栅可以以超过由光耦合器104和第一光学覆层108之间的界面确定的临界角的入射角向光耦合器104和第一光学覆层108之间的界面提供光束(例如，超过临界角0.1至10度)。在引导区域124中，可以选择第一光学覆层108(D2)的厚度，以便减少或防止光束从波导芯112到光耦合器104的渐逝耦合。内耦合区域120和引导区域124之间的第一光学覆层108中的厚度变化可包括类似步骤的结构132。在外耦合区域128中，可以选择第一光学覆层108的厚度(D3)，例如以促进从波导芯112到光耦合器104的光束的渐逝耦合。外耦合区域128和引导区域124之间的第一光学覆层108中的厚度变化可以包括类似结构136的步骤。
在操作期间，自由空间光束124可以入射在光耦合器104的小平面105上。自由空间光束124可以以接近布鲁斯特角的角度入射在小平面105上。然后，光束可以穿过光耦合器104到达耦合区域120和引导区域124之间的边界附近的光耦合器的一部分。然后具有与近场指数轮廓重叠的光束的一部分可以耦合到波导芯112。然后可以引导光束124的耦合部分通过引导区域124。在引导区域124和外耦合区域128之间的边界附近，自由空间光束的一部分可以从波导芯向外耦合到光耦合器104。在穿过光耦合器104之后，光束的外耦合部分可以在小平面106处离开光耦合器104。在第二光学覆层116下方可以包括至少一个电极。可以将电压施加到至少一个电极，例如调制第一光学覆层108中的液晶材料的折射率。
图8示出了制造平面光学波导的方法,例如平面光学波导100或700。可以提供光学透明的基板(步骤810)基板然后可以被蚀刻，例如以光耦合器,例如光耦合器104(步骤820)。第一光学覆层,例如第一光学覆层108然后可以被提供(步骤830)。在一个示例中，第一光学覆层可以沉积在光耦合器。第一光学覆层可包括光学透明的材料。然后可以蚀刻沉积的光学覆层以调节第一光学覆层的厚度。核心材料，例如波导芯112然后可以被提供(步骤840)。在例子中，波导芯可以沉积在第一光学覆层。波导芯可包括光学透明的材料。第二光学覆层,例如第二光学覆层116然后可以被提供(步骤850)。在例子中，第二光学覆层可以沉积在波导芯。第二光学覆层可包括光学透明的材料。在例子中，第二光学覆层可以作为基板提供，波导芯可以沉积在第二光学覆层。间隔物，例如图7所示的间隔物109然后可以连接到波导芯上，然后可以将液体材料，例如液晶材料提供给间隔物之间的区域。然后可以将光耦合器堆叠在间隔物的顶部以形成波导,例如图7所示的波导700。
图9示出了将自由空间光束耦合到平面波导的方法。光可以通过光耦合器和具有第一厚度的第一覆层耦合到平面波导的第一区域中的波导芯中(步骤910)。然后可以将耦合光引导通过平面波导的第二区域，其中第一覆层可以具有大于第一厚度的第二厚度，并且第一厚度和第二厚度之间的至少一个步骤可以位于波导的第一和第二区域之间的第一覆层中(步骤920)。然后，光可以在波导的第三区域中与波导芯耦合，波导的第三区域可以通过光耦合器通过波导的第二区域与波导的第一区域分离，并且第一覆层可以具有可以小于第二厚度的第三厚度，第二厚度和第三厚度之间的台阶可以位于波导的第二和第三区域之间的第一覆层中。可提供间隔物以机械地限定平面波导的核心与波导的第一区域中的光耦合器之间的距离，以便在波导的第一区域中提供渐逝耦合。第一覆层可以包括液晶材料。固体填充材料可位于液晶材料和光耦合器之间。可以提供包括阶梯结构的光耦合器，该阶梯结构包括在波导的第一区域和波导的第二区域之间的一系列逐步减小的厚度。可以提供包括相应的阶梯结构的第一光学覆层，该阶梯结构包括在波导的第一区域和波导的第二区域之间的厚度的一系列逐步增加。平面波导的核心与波导的第三区域的长度之间的距离可以确定被引导的光束的外耦合部分的尺寸和轮廓。
图10描述平面光学波导1000的例子，其中第一光学覆层108的宽度可以在波导1000的第一区域120和第三区域128中倾斜。
本文描述的每个非限制性方面可以独立存在，或者可以以各种排列组合或与一个或多个其他示例组合。以上详细描述包括对附图的参考，附图形成详细描述的一部分。附图通过图示的方式示出了可以实施本发明的具体实施例。这些实施例在本文中也称为“示例”。这些示例除了示出或描述的那些之外还可以包括元件。然而，本发明人还设想了仅提供所示出或描述的那些元件的示例。此外，本发明人还考虑使用所示或所述的那些元素(或其一个或多个方面)的任何组合或置换的示例、关于特定示例(或其一个或多个方面)或关于本文所示或所述的其他示例(或其一个或多个方面)。如果本文档与通过引用并入的任何文档之间的使用不一致，则以本文档中的用法为准。
在该文献中，术语“一”或“一个”在专利文献中是常见的，包括一个或多于一个、独立于“至少一个”或“一个或多个”的任何其他实例或用法。在本文件中，术语“或”用于表示非排他性的，使得“A或B”包括“A但不是B”、“B但不是A”、“A和B”，除非另有说明表示。在本文中，术语“包括”和“其中”用作相应术语“包括”和“其中”的等同词。此外，在以下权利要求中，术语“包括”和“包含”是开放式的，即除了在权利要求中的这一术语之后列出的元件之外的元件的系统、装置、物品、组合物、配方或工艺仍被认为属于该权利要求的范围内。此外，在以下权利要求中，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅用作标记，并不旨在对其对象施加数字要求。
这里描述的方法示例可以至少部分地是机器或计算机实现的。一些示例可以包括编码有指令的计算机可读介质或机器可读介质，所述指令可操作以配置电子设备以执行如以上示例中描述的方法。这种方法的实现可以包括代码，例如微代码、汇编语言代码、更高级语言代码等。这种代码可以包括用于执行各种方法的计算机可读指令。代码可以形成计算机程序产品的一部分。此外，在例子中，代码可以有形地存储在一个或多个易失性、非暂时性或非易失性有形计算机可读介质上，例如在执行期间或在其他时间。这些有形计算机可读介质的示例可包括但不限于硬盘、可移动磁盘、可移动光盘(例如光盘和数字视频盘)、磁带、存储卡或棒、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)等。
以上描述旨在是说明性的而非限制性的。例如，上述示例(或其一个或多个方面)可以彼此组合使用。在阅读以上描述后，例如本领域普通技术人员可以使用其他实施例。提供摘要以符合37C.F.R.§1.72(b)，允许读者快速确定技术公开的性质。提交时的理解是，它不会用于解释或限制权利要求的范围或含义。而且，在以上详细描述中，各种特征可以组合在一起以简化本公开。这不应被解释为意图无人认领的公开特征对于任何权利要求是必不可少的。相反，发明主题可能在于少于特定公开实施例的所有特征。因此，以下权利要求作为示例或实施例被并入到具体实施方式中，其中每个权利要求自身作为单独的实施例，并且可以预期这些实施例可以以各种组合或置换彼此组合。本发明的范围应参考所附权利要求以及这些权利要求所赋予的等同物的全部范围来确定。

Claims (12)

1.一种平面波导，用于接收和引导光束，其中在引导期间减少光束的渐逝耦合，所述平面波导包括：
波导芯以及第一光学覆层和第二光学覆层，以沿着所述波导的长度引导所述光束；
光耦合器，具有与引导区域分开的第一耦合区域，所述光耦合器包括在所述第一耦合区域和所述引导区域之间的厚度的一系列阶梯式减小，并且所述第一光学覆层包括在所述第一耦合区域和所述引导区域之间的厚度的相应的一系列阶梯式增加，以及其中所述光耦合器的第一耦合区域被配置为将光内耦合到所述波导芯中。
2.权利要求1所述的平面波导，其中所述光耦合器的第一耦合区域被配置为将具有近场轮廓的光束的一部分内耦合，该近场轮廓与近场指数轮廓重叠。
3.权利要求1或2中任一项所述的平面波导，其中所述光耦合器包括在所述第一耦合区域和所述引导区域之间的厚度的一系列变化的阶梯式减小，并且所述第一光学覆层包括在所述第一耦合区域和所述引导区域之间的厚度的相应变化的阶梯式增加。
4.权利要求1或2中任一项所述的平面波导，包括至少一个间隔物以限定所述波导芯和所述光耦合器之间的距离，该距离提供光束的特定部分的内耦合；和
其中所述第一光学覆层包括液晶材料。
5.权利要求1或2中任一项所述的平面波导，其中所述光耦合器包括与所述引导区域分开的第二耦合区域以及在所述第二耦合区域和所述引导区域之间的厚度的阶梯式增加，并且所述第一光学覆层包括在所述第二耦合区域和所述引导区域之间的厚度的阶梯式减小以增加所述第二耦合区域中的耦合，和
其中所述光耦合器的第二耦合区域被配置成外耦合由所述波导芯引导的光束的一部分。
6.权利要求5所述的平面波导，其中所述光耦合器包括在所述第二耦合区域和所述引导区域之间的厚度的一系列变化的阶梯式增加，并且所述第一光学覆层包括在所述第二耦合区域和所述引导区域之间的厚度的相应变化的阶梯式减小。
7.权利要求6所述的平面波导，其中所述光耦合器的厚度的一系列变化的阶梯式增加包括厚度的阶梯式增加中单独每个的变化的高度和宽度，并且其中所述光耦合器的厚度的一系列变化的阶梯式增加可以被调节以修改由所述波导芯引导的光束的被外耦合的部分的轮廓。
8.一种将自由空间光束耦合到平面波导的方法，该方法包括：
通过光耦合器和具有第一厚度的第一覆层将光内耦合到平面波导的第一区域中的芯中，其中所述光耦合器包括在平面波导的第一区域和平面波导的第二区域之间的厚度的一系列阶梯式减小，并且第一覆层包括在所述平面波导的第一区域和所述平面波导的第二区域之间的厚度的对应的一系列阶梯式增加；和
引导内耦合的光通过所述平面波导的第二区域，其中所述第一覆层具有大于所述第一厚度的第二厚度。
9.权利要求8所述的方法，包括提供间隔物以机械地限定平面波导的芯与波导的第一区域中的光耦合器之间的指定距离，并且其中所述第一覆层包括液晶材料。
10.一种制造平面波导的方法，该方法包括：
提供光学透明的基板；
蚀刻所述光学透明的基板的一部分，以在第一耦合区域和引导区域之间形成厚度的一系列阶梯式减小；
在所述光学透明的基板的表面上沉积第一光学覆层，所述第一光学覆层具有在第一耦合区域和引导区域之间的厚度的相应的一系列阶梯式增加；
沉积堆叠在所述第一光学覆层的表面上的芯材；
沉积堆叠在所述芯材的表面上的第二光学覆层。
11.权利要求10所述的方法，包括提供至少一个间隔物，以限定平面波导的芯与第一耦合区域中的经蚀刻的光学透明的基板之间的指定距离，并提供与所述至少一个间隔物相邻的液晶材料。
12.权利要求10或11中任一项所述的方法，包括蚀刻光学透明的基板的一部分以在第一耦合区域和引导区域之间形成厚度的一系列变化的阶梯式减小，并且沉积第一光学覆层，所述第一光学覆层具有在所述第一耦合区域和所述引导区域之间的厚度的相应的一系列阶梯式增加。
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