CN110837151B - 自由形衍射光学元件的制造方法及使用该自由形衍射光学元件的光模组 - Google Patents

Abstract

一种光模组，其包括产生具有工作波长的光束的光源、具有至少第一端面的光波导、及光耦合至所述光源和所述光波导的第一端面的光耦合系统，所述光耦合系统包括具有光轴的自由形衍射光学元件，所述自由形衍射光学元件包括具有第一表面的基底及在所述基底的第一表面上形成的预设的自由形衍射图案，所述基底包括基底材料，所述自由形衍射图案相对于所述自由形衍射光学元件的光轴呈放射状不对称。

Description

自由形衍射光学元件的制造方法及使用该自由形衍射光学元 件的光模组

【技术领域】

本发明有关一种自由形衍射光学元件的制造方法及使用该自由形衍射光学元件的光模组，尤指一种光发射器或光接收器的光耦合系统的自由形衍射光学元件(Diffractive Optical Element,下文称DOE)及其设计和制造方法。

【背景技术】

在光通信网络中，光收发模组用来通过光纤发射和接收光信号。光收发模组产生代表数据的振幅和/或相位和/或偏振调制光信号，其后会通过耦合至光收发器的光纤发射。该收发模组包括发射器侧和接收器侧。在发射器侧，激光光源发射激光，光耦合系统接收该激光并将其光耦合或成像至光纤的一端。激光光源通常包括一个或多个激光二极管发射特定波长或特定波长范围的光。光耦合系统通常包括一个或多个反射元件，一个或多个折射元件以及/或一个或多个衍射元件。

在高速数据通信网络中(例如10Gb/s及以上)，常用多模光纤。在该网络中，某些链路性能特性，比如链路传输距离，取决于激光光源的属性以及光耦合系统的设计。其中最主要的是光纤的模式带宽以及激光光源的相对强度噪声 (Relative Intensity Noise,下文称RIN)，其可被通过光学背向反射至激光光源而降低。两个参数都受进入多模光纤的激光的发射条件影响。

多模光纤的模式带宽的有效部分取决于进入光纤一端的激光的发射条件。反过来，发射条件取决于激光二极管本身的属性以及光耦合系统的设计和配置。然而，由于通常用在成像型光耦合系统中的光学元件生产能力上的限制，发射条件的控制主要受限于设计和配置光耦合系统以控制来自激光光源至光纤一端的光的成像方式。存在其他非成像型的光耦合系统设计，比如螺旋发射设计，其克服了成像型光耦合系统的某些缺点。但是这些非成像型的光耦合系统也有缺陷。

垂直腔面发射激光二极管(Vertical Cavity Surface Emitting Laser Diodes,下文称VCSEL)基的多模光通信系统由于其光耦合系统设计相对容易而被认为是低成本解决方案。但是，光通信日益增长的数据速率需要在传输链路中更好地控制噪声。噪声类型包括背向反射、相对强度噪声、模式分区噪声(Mode Partitioning Noise,下文称MPN)、模式选择噪声(Mode Selective Noise,下文称 MSN)等。来自光耦合系统的光学表面的背向反射使得垂直腔面发射激光二极管不稳定，并增加相对强度噪声。通过增加完美光学表面上的扰动，可以减轻背向反射。比如在2017年12月12日公告并由本申请的受让人拥有的美国专利，专利号US9841571(US’571)，揭示了该种扰动及其影响。使用电脑全息影像(Computer Generated Hologram,下文称CGH)创建的衍射光学元件也可以以更受控和系统化的方式用于抑制光学反馈。例如，在2011年9月13日公告的美国专利，专利号US8019233(US’233)，揭示了选择将实现一个或多个目标发射条件的电脑全息影像和创建实现电脑全息影像的衍射光学元件。这种衍射光学元件可用于抑制光学反馈。

在VCSEL模式之间存在持续的功率交换，这种交换可能成为模式噪声的来源。当在光耦合系统中发生模式选择时，耦合功率将会波动，产生MSN。为了克服或降低这种噪声源，每个VCSEL模式产生的聚焦图案应尽可能的在空间上折叠，并且激发的光纤模式也应该重叠以便在连接器接头处使模式选择性最小。就像US’233中揭示的那样，通过使用能够达到这种影响的衍射光学元件可以达到最好的效果。

MPN还通过模式功率交换和光纤模式色散来表现。对于50微米(μm)渐变折射率多模光纤，VCSEL模式通常耦合到不同的光纤模式组中，其在光纤中以不同的速度传播导致模态色散。当VCSEL模式之间发生功率交换时，由于光纤模式的时间间隔，MPN发生在任何给定时间的发射信号上。为了降低这种噪声的影响，VCSEL模式应尽可能均匀地映射到相同的光纤模式组，以便在任何给定时间，发送的信号包含所有VCSEL模式内容。同样，这只能通过使用CGH创建DOE来实现。

设计用来实现所选CGH的DOE可以以多种不同方式制造。通过光刻工艺制造的基于二元光学的DOE是使用最广泛的DOE。DOE通常在玻璃基板上制造，相比塑料镜片，DOE的封装是相对复杂的设计，塑料镜片通常使用注塑工艺制造并且可以结合必要的机械特征。DOE有时由塑料制成，但是塑料DOE 不能实现与玻璃DOE相同或几乎相同的功能，因为使用当前的塑料制造技术不能在塑料中形成衍射图案的复杂特征(即，从母模注塑和复制)。这种DOE通常是具有径向对称特征的菲涅耳透镜类型的装置，或者是具有在低温材料中模制的简单可分析表面的类型。由于用于光纤应用的塑料材料通常是高温材料，例如聚醚酰亚胺(PEI)，因此难以复制注塑成型中收发器设计中使用的玻璃DOE的特征。

需要一种形成塑料DOE的方法，该方法能够实现与高温材料中的玻璃 DOE相同或几乎相同的功能。

【发明内容】

本发明的主要目的在于提供一种光模组，其成型可靠，成本低廉，效果好。

为实现上述目的，本发明可以采用以下技术方案：

一种光模组，其包括光源、光波导及光耦合系统，所述光波导具有至少第一端面，所述光耦合系统光学耦合至所述光源和所述光波导的第一端面，所述光耦合系统包括具有光轴的自由形衍射光学元件，所述自由形衍射光学元件包括基底及预设的自由形衍射图案，所述基底具有第一表面，所述基底包括基底材料，所述预设的自由形衍射图案在所述基底的第一表面上形成，所述自由形衍射图案相对于所述自由形衍射光学元件的光轴呈放射状不对称。

为实现上述目的，本发明还可以采用以下方法：

一种制造衍射光学元件的方法，其包括：

模拟光发射器的光耦合系统的发射条件；

选择在模拟过程中使用并导致发射条件达到目标强度分布图案的计算机再现全息图像；

设计具有在厚度空间分布上与所选的全息图像的相位图案一致的目标衍射光学元件；

将一种预设的光滑函数应用至目标衍射光学元件设计以将目标衍射光学元件设计转换成变换的衍射光学元件设计；及

装配具有变换的衍射光学元件设计的衍射光学元件。

与现有技术相比，本发明光模组及制造衍射光学元件的方法能够实现与高温材料中的玻璃DOE相同或几乎相同的功能。

【附图说明】

图1显示的是根据本发明实施例的具有光耦合系统的光发射器的框图，其包括自由形衍射光学元件。

图2显示的是根据本发明另一个实施例的具有光耦合系统的光发射器的框图，其包括在折射表面上形成的自由形衍射光学元件。

图3显示的是表示根据用于设计和制造自由形式DOE的代表性实施例的方法的流程图。

图4是以微米表示的八级CGH表面轮廓的弧矢值(sag)的图解说明。

图5以图形方式显示了可应用于CGH表面轮廓的光滑函数，例如图4中所示的CGH表面轮廓，以将CGH表面轮廓变换为变换的DOE轮廓。

图6是通过将图5中所示的光滑函数应用于图4中所示的CGH表面轮廓而产生的变换DOE设计的表面轮廓。

图7显示的是具有图6中所示的表面轮廓的变换的DOE设计的相位轮廓。

图8A-8E分别显示了VCSEL线性偏振(Linearly Polarized,下文称LP)模式LP01，LP11，LP02，LP21和LP31的VCSEL光束的模拟强度分布图案，该 VCSEL光束通过常规的光耦合系统耦合到光纤的端面上。

图9A-9E分别显示了VCSEL模式LP01，LP11，LP02，LP21和LP31的 VCSEL光束的模拟强度分布图案，该VCSEL光束通过根据本发明原理和概念的变换的DOE设计耦合到光纤的端面上。

图10A-10E分别显示了VCSEL模式LP01，LP11，LP02，LP21和LP31 的VCSEL光束的模拟强度分布图案，该VCSEL光束通过根据本发明原理和概念的注塑成型塑料DOE耦合到光纤的端面上。

图11A，11B和11C显示的是模拟归一化的VCSEL模式组功率(垂直轴) 与VCSEL模式组(水平轴)的函数曲线图，激光分别通过常规折射光学元件，变换的DOE设计和具有变换的DOE设计的注塑成型塑料DOE耦合到光纤端面上。

图12显示的是代表当分别使用常规的折射或反射光耦合系统，根据代表性实施例的变换的DOE设计和基于变换的DOE设计的注塑成型塑料DOE时以dB为单位的模拟背向反射的第一，第二和第三曲线的曲线图。

图13显示的是代表当分别使用常规光耦合系统和根据代表实施例的注塑成型塑料DOE时，对于100米最坏情况光纤链路测量的以dB/Hz为单位的RIN 的第一和第二曲线的曲线图。

【具体实施方式】

根据本发明，提供一种用于光发射器或光接收器的自由形DOE，其能够实现与玻璃DOE相同或者接近相同的功能性，但是具有一种变换的设计能使得DOE特征兼容低成本的制造工艺(比如注塑成型)。自由形DOE兼容低成本制造工艺使得自由形DOE能以相对低成本和高质量批量制造。设计和制造DOE 的方法包括预设能够获得目标自由形DOE设计的CGH，使用预设的光滑函数使目标自由形DOE设计的表面轮廓光滑以将该设计变换为能够兼容预设制造工艺的设计，然后使用预设的制造工艺制造基于变换的DOE设计的自由形 DOE。

在接下来的细节描述中，出于解释而非限制性的目的，阐述了公开具体细节的示例实施例，以便提供对根据本说明的实施例的透彻理解。然而得益于本领域普通技术人员可以显而易见的是根据本说明的脱离本文公开的具体细节的其他实施例仍然在所附权利要求的范围内。此外，可以省略对公知设备和方法的描述，以免模糊对代表实施例的描述。这些方法和装置显然在本说明的范围内。

这里使用的术语仅是用来描述而不在于限制特定的实施例。所定义的术语除了在相关背景中通常理解和接受的技术、科技或普通含义。

除非上下文另有明确规定，否则术语“一”，“一个”和“该”包括单数和复数指示物。因此，例如，“一个设备”包括一个设备和多个设备。

如附图所示，相对术语可用于描述各种元件彼此的关系。除了附图中描绘的取向之外，这些相对术语旨在包含装置和/或元件的不同取向。

应当理解，当一个元件被称为“连接到”或“耦合到”或“电耦合到”另一个元件时，它可以直接连接或耦合，或者可以存在中间元件。

以下将参考附图描述示例性或代表性的实施例，其中相同的附图标记表示相同的组件，元件或特征。应该注意的是，附图中的特征，元件或组件并非旨在按比例绘制，而是将重点放在展示发明原理和概念上。

图1显示的是具有光耦合系统110的光发射器100的框图，其包括根据代表实施例的自由形DOE 120。出于说明的目的，光耦合系统110分别包括第一及第二折射透镜111,112。自由形DOE 120设置在折射表面或者反射表面。图1显示的代表实施例中，塑料自由形DOE 120设置在将光学路径偏折90°的反射表面上。光发射器100通常是包括光接收器的光收发模组的一部分。这里使用的术语“光发射器”旨在表示具有用于产生光信号以在光波导(例如光纤)上传输的组件的发射器或收发器。

光发射器100包括光源101，所述光源101由电数据信号调制以产生光数据信号。根据代表实施例，光源101在下文中称为激光光源101。激光控制器102 控制激光光源101的偏置电流，其可以是VCSEL。光发射器100通常包括监控电路，其监控激光光源101的输出电平并产生反馈信号反馈至所述激光控制器 102。激光控制器102控制激光光源101的基于反馈信号的偏置电流。为了便于说明，光发射器100的监控激光光源101的输出功率的组件并没有显示在图1中，该组件还产生激光控制器102用来控制激光光源101的反馈信号。

激光光源101产生的激光被光耦合系统110接收并被其耦合至光纤122的一端。自由形DOE 120根据上文简单描述的方法设计，以下会参考图3进行详细描述。透镜111是准直透镜将发散激光准直成平行激光束，该激光束被引导至自由形DOE 120上。自由形DOE 120对激光提供所需的发射控制并将激光导向透镜112，透镜112是聚焦透镜，其将激光聚焦至光纤122的端面上。透镜111,112 是可选择的。所述透镜111,112及自由形DOE 120可以是分开的部分，也可以一体成型在单个基板材料中。自由形DOE 120产生并确定在光纤122的端面上形成的预设强度分布图案。下文将详细描写，所述预设强度分布图案被预设以至少满足上述目标中的一个：降低背向反射，降低RIN，降低MPN，及降低 MSN。理想情况下，预设强度分布图案可以满足以上所有目标。

图2显示的是具有光耦合系统210光发射器200的框图，所述光耦合系统210 包括在折射表面形成的符合另一个代表实施例的自由形DOE 220。为了说明，所述光耦合系统210还分别包括第一和第二折射透镜211,212。所述光发射器 200通常是包括光接收器的光收发模组的一部分。

由激光光源101产生的激光被光耦合系统210接收并被耦合至光纤122的端面上。自由形DOE 220参考图3根据下文描述的方法进行设计。透镜211是准直透镜，其准直分散的激光并导向至自由形DOE 220上。自由形DOE 220为激光提供所需的发射控制并将其导向至所述透镜212，所述透镜212是聚焦透镜，将激光聚焦至所述光纤122的端面上。透镜211,212都是可选择的。如果包含在光耦合系统210中，透镜211,212以及DOE 120可以是分开的部分，也可以与自由形DOE 220一体成型在单个基板材料中。自由形DOE 220产生并确认在光纤122 的端面上形成的预设强度分布图案。预设强度分布图案被预设以满足至少一个上述目标：降低背向反射，降低RIN，降低MPN，及降低MSN。

图3显示的是表示根据用于设计和制造自由形DOE的代表性实施例的方法的流程图。流程框301-303代表一个或多个模拟算法，用于模拟光发射器的光耦合系统将光发射至光纤的端面上。流程框301-303表示的步骤可以是分开的算法，也可以是单个算法的分开各部分。如流程框301中所示，所述算法生成强度分布图案，如流程框302中所示，并选择基于执行上述对策之一有效性的其中一种强度分布图案，以满足上述目标之一(例如，优化耦合和对准容差，将每个VCSEL模式映射到空间重叠分布，通过将每个VCSEL模式映射到重叠光纤模式合成来优化模式平衡，最小化背向反射等。)。如流程框303所示，一旦选择了强度分布图案，所述算法使用已选强度分布图案作为输入，并执行光耦合系统模拟生成CGH，然后将每个CGH插入模拟光耦合系统，并选择导致模拟光耦合系统实现所选强度分布图案的CGH。

如流程框304所示，一旦选择了CGH，就会产生目标DOE设计，其具有厚度和/或反射率与已选CGH的相位图案至DOE基板的映射一致的空间分布，所述DOE基板是通常用于创建DOE的类型(比如玻璃基板)。目标DOE设计可适用折射和反射表面。如流程框305所示，然后将预设光滑函数应用于表面轮廓，表面轮廓包括用以变换DOE设计的DOE衍射图案，其可将DOE设计变换为适用于低成本、高质量制造的DOE设计(比如注塑成型的塑料DOE)。如流程框306所示，然后通过对比目标DOE设计的性能来验证所述变换的DOE设计。如流程框307所示，如果所述变换的DOE设计与目标DOE设计的性能相当，则使用低成本、高质量的工艺制造变换的DOE设计，比如注塑成型、热压塑成型及环氧树脂复制工艺。这通常涉及制造变换的DOE设计的模具，用以通过生产工艺批量生产DOE以及用以使用制造工艺制造DOE。在批量生产大量DOE之前，通常先生产并测试少量(比如一个)的DOE来验证制造的DOE的性能是否与变换的DOE设计的性能相当。后一验证步骤和流程框306中的验证步骤是可选择的，但是优选地是为了避免制造不满足性能标准的DOE。

图3中所示的流程图代表的方法也可包括图3未显示的附加步骤，比如参考流程框307中验证制造的DOE的性能是否与流程框305，306中变换的DOE设计性能相当的步骤。图3所示的流程图代表的方法可以有比图3所示更少的步骤。例如，如果可以确信变换的DOE设计的性能能够满足要求，则可以省去流程框 306中的验证步骤。而且，流程框301-303中的步骤可以手动而不是自动执行。例如，参与设计自由形DOE过程的人可以进行模拟以确定多个强度分布图案中的哪一个可以满足背向反射的降低需求，然后选择导致该强度分布图案的 CGH。

图4是以微米表示的八级CGH表面轮廓350的弧矢值(sag)的图解说明。出于演示的目的，假定CGH表面轮廓350对应图3流程框304中的目标DOE设计的表面轮廓。图5以图像的形式显示了光滑函数352，出于演示的目的，假定其是图 3流程框305中的预设光滑函数。图6是图3流程框305中获得的变换的DOE设计的表面轮廓354。根据代表实施例，图5显示的光滑函数为点扩散函数，其与图 4显示的CGH表面轮廓350相卷积。图7显示的是对应图6显示的表面轮廓354的变换的DOE设计的相位图案356。

从表面轮廓350，354可以看出，变换的DOE设计的表面轮廓354比表面轮廓350更光滑、更连续。具有更光滑、更连续的表面轮廓354的塑料DOE相比具有表面轮廓350的DOE更适合通过注塑成型来生产。DOE表面轮廓的光滑级别可以通过比如图5中显示的点扩散函数的大小来控制。通过最佳化点扩散函数的大小，具有表面轮廓354的制造的DOE会保留大部分或全部参考图3流程框 304中的目标DOE设计的重要功能。

应当注意的是，常规或已知的生产塑料DOE的方法不包括将目标DOE设计变换为变换的DOE设计的步骤，该步骤可与适于制造塑料DOE的特定制造工艺相兼容。相反，现有技术中的用以制造塑料DOE的方法涉及生产目标DOE设计 (例如，玻璃)，制造基于目标DOE设计的模具，然后使用该模具生产塑料 DOE。这种方法主要的问题在于使用这种方法制造的塑料DOE损失许多目标 DOE设计的重要精细特征，因此不能很好地执行上述对策来实现需要的功能。此外，已知方法不涉及使用CGH来生产DOE设计，因此所得到的DOE设计具有有限的功能。而且，使用已知方法生产的已知的旋转对称DOE不能减少背向反射或执行模式选择。

另外值得注意的是根据本发明原理和概念制造的DOE是自由形DOE。这里使用的术语“自由形DOE”表示具有相对于DOE光轴旋转非对称的表面轮廓的 DOE。自由形DOE的光轴是基本垂直于DOE设计所基于的平面的轴。根据本发明原理和概念的变换的DOE设计通常可以具有最佳化的功能，例如特定模式选择和/或低背向反射。相反，已知的旋转对称衍射透镜通常是指菲涅耳型透镜，这种透镜通常不具有上述功能。由模塑或模压成型制造的塑料DOE是旋转对称的。

根据本发明原理和概念的代表实施例，参考图3中流程框307的制造工艺是注塑成型工艺。注塑成型工艺可以用于非常精确地以相对较低的成本生产塑料模制自由形DOE。可以使用已知的技术来制造用于这些目的的模具的母模，例如自由形金刚石车削。母模与变换的DOE设计精确匹配。例如，可以使用四轴或五轴金刚石车床制造型材模塑机，然后将其用于注塑成型塑料DOE。这确保了塑料模制DOE具有变换的DOE设计相当的性能。

图8A-8E分别显示了VCSEL线性偏振(Linearly Polarized,下文称LP)模式 LP01，LP11，LP02，LP21和LP31的VCSEL光束的模拟强度分布图案，该VCSEL 光束通过常规的折射光学元件耦合到光纤的端面上。虽然VCSEL通常具有单纵模，但它们通常具有多种LP模式，例如LP01，LP11等，其具有略微不同的波长。多模光纤也具有多种LP模式。图9A-9E分别显示了VCSEL模式LP01， LP11，LP02，LP21和LP31的VCSEL光束的模拟强度分布图案，该VCSEL光束通过根据本发明原理和概念的变换的DOE设计(图3流程框305)耦合到光纤的端面上。图10A-10E分别显示了VCSEL模式LP01，LP11，LP02，LP21和LP31 的VCSEL光束的模拟强度分布图案，该VCSEL光束通过根据本发明原理和概念的注塑成型塑料DOE(图3流程框307)耦合到光纤的端面上。图9A-9E与图 10A-10E的对照表明，变换的DOE设计与所有五种VCSEL模式的注塑成型塑料 DOE几乎完全相同。

图11A，11B和11C显示的是模拟归一化的VCSEL模式组功率(垂直轴) 与VCSEL模式组(水平轴)的函数曲线图，激光分别通过常规折射或反射光学元件，变换的DOE设计(图3流程框305)和制造的DOE(图3流程框307)耦合到光纤端面上。从图11A中可以看出，当使用常规折射或反射光学元件将光耦合至光纤的端面时，各VCSEL模式映射到特定的光纤模式。于是，将会发生模式功率交换，导致产生模式选择噪声(MSN)和/或模式分区噪声(MPN)。另一方面，从图11B,11C中可以看出，当分别使用变换的DOE设计及制造的DOE 将光耦合至光纤端面时，各VCSEL模式与多种光纤模式重叠，其减轻了模式功率交换，从而导致降低了MSN。各VCSEL模式与多种光纤模式的这种重叠在本领域中称为模式加扰。各VCESL模式至多个光纤模式的映射还减少了模式色散，从而减少了MPN。通过对比图11B和11C可以看出，变换的DOE设计与制造的DOE具有相当的性能。

图12显示的是代表当分别使用常规的反射或折射光耦合系统、变换的DOE 设计及制造的DOE时以dB为单位从光纤端面至VCSEL的相对背向反射的第一，第二和第三曲线401,402,403的曲线图，其用于五个VCSEL模式LP01,LP11, LP02,LP21,LP31。对比曲线401-403发现，使用常规光耦合系统将光耦合至光纤端面产生的背向反射明显高于使用变换的DOE设计或制造的DOE产生的背向反射。对比曲线402-403发现，变换的DOE设计与制造的DOE具有相当的性能。

图13显示的是当分别使用常规光耦合系统和制造的DOE时，对于100米最坏情况的OM3光纤链路，代表以dB/Hz为单位的RIN与VCSEL的偏置电流的关系的第一和第二曲线405,406的曲线图。对比曲线405,406发现，当使用常规的光耦合系统时产生的RIN通常明显高于使用制造的DOE时产生的RIN。

从以上对于代表实施例的描述可以看出，将目标DOE设计变换成使用特定的低成本、高质量的制造工艺的更光滑、更连续的DOE设计，导致制造的DOE 保留许多目标DOE设计的精确特征及目标DOE设计相应的功能。相反，缺少了目标设计的变换(比如通过已知方法)，制造的DOE会损失用以达成相应功能的许多精细特征。因此，本发明的原理和概念使得例如注塑成型的低成本、高质量的制造工艺能够用于批量生产高质量的自由形DOE，其可以相对较低成本保留目标DOE设计的功能。此外，自由形DOE的径向非对称性允许其可实现径向对称的DOE无法达成的功能(例如，减少背向反射，模式选择等)。

应该注意的是为了说明本发明的原理和概念，已经参考一些说明性或代表性的实施例描述了本发明。正如本领域普通技术人员理解的那样，本发明不限于这些实施例。例如，尽管已经参考注塑成型的自由形DOE描述了代表实施例，但是DOE也可以通过热压塑和环氧树脂复制等其他工艺成型。类似的，尽管已经参考塑料制造的自由形DOE描述了代表实施例，但是DOE也可以通过其他合适的材料制造。通过注塑成型制造塑料DOE使得该DOE以高质量、低成本批量制造，但是正如本领域普通技术人员理解的那样，本发明的原理和概念在这方面不受限制。本领域普通技术人员可以理解，对于本文描述的代表实施例可以进行一些修改，修改的内容也在本发明的范围之内。

Claims (18)

1.一种光模组，其包括光源、光波导及光耦合系统，所述光波导具有至少第一端面，所述光耦合系统光学耦合至所述光源和所述光波导的第一端面，其特征在于：所述光耦合系统包括具有光轴的自由形衍射光学元件，所述自由形衍射光学元件包括基底及预设的自由形衍射图案，所述基底具有第一表面，所述基底包括基底材料，所述预设的自由形衍射图案在所述基底的第一表面上形成，所述自由形衍射图案相对于所述自由形衍射光学元件的光轴呈放射状不对称，所述预设的自由形衍射图案的径向不对称性至少部分由二维弧矢值数据集决定。

2.如权利要求1所述的光模组，其特征在于：具有形成在其上的预设的自由形衍射图案的所述第一表面反射所述自由形衍射光学元件的工作波长的光束。

3.如权利要求1所述的光模组，其特征在于：所述第一表面涂有涂层材料，所述涂层材料反射所述自由形衍射光学元件的工作波长。

4.如权利要求3所述的光模组，其特征在于：所述基底材料为塑料材料。

5.如权利要求1所述的光模组，其特征在于：所述基底材料折射所述自由形衍射光学元件的工作波长。

6.如权利要求5所述的光模组，其特征在于：所述基底材料为塑料材料。

7.如权利要求1所述的光模组，其特征在于：预设所述预设的自由形衍射图案以降低从所述光波导的所述第一端面至所述光源的背向反射。

8.如权利要求1所述的光模组，其特征在于：通过确认光源的至少一个线性偏振模式映射至光波导的多个线性偏振模式，预设所述预设的自由形衍射图案以执行模式加扰。

9.如权利要求1所述的光模组，其特征在于：预设所述预设的自由形衍射图案以减少模式选择性噪声。

10.如权利要求1所述的光模组，其特征在于：预设所述预设的自由形衍射图案以减少模式分区噪声。

11.如权利要求1所述的光模组，其特征在于：预设所述预设的自由形衍射图案以减少所述光源的相对强度噪声。

12.一种制造衍射光学元件的方法，其特征在于：该方法包括：

模拟光发射器的光耦合系统的发射条件；

选择在模拟过程中使用并导致发射条件达到目标强度分布图案的计算机再现全息图像；

设计具有在厚度空间分布上与所选的全息图像的相位图案一致的目标衍射光学元件；

将一种预设的光滑函数应用至目标衍射光学元件设计以将目标衍射光学元件设计转换成变换的衍射光学元件设计；及

装配具有变换的衍射光学元件设计的衍射光学元件，所述衍射光学元件具有光轴及相对所述光轴径向呈放射状不对称的预设的自由形衍射图案，所述预设的自由形衍射图案的径向不对称性至少部分由二维弧矢值数据集决定。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于：进一步包括：

在装配所述衍射光学元件之前，验证所述变换的衍射光学元件设计具有与目标衍射光学元件设计同等的性能。

14.如权利要求12所述的方法，其特征在于：装配衍射光学元件的步骤包括：

制造母模，其被配置为模制具有变换的衍射光学元件设计的衍射光学元件；

使用母模与塑料材料结合的模制工艺，来形成具有变换的衍射光学元件设计的塑料衍射光学元件。

15.如权利要求14所述的方法，其特征在于：制造母模的步骤包括：

使用金刚石车削来制造所述母模。

16.如权利要求14所述的方法，其特征在于：所述模制工艺为注塑模制工艺。

17.如权利要求14所述的方法，其特征在于：所述模制工艺为热压塑模制工艺。

18.如权利要求14所述的方法，其特征在于：所述模制工艺为环氧复制模塑工艺。

Images