CN1208636C - 二维分布阵列波导光栅 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种二维分布阵列波导光栅，由一定数量的光波导放置在一少起，构成二维分布光波导阵列；光波导的数量由衍射光栅的衍射精度要求和功能特性决定；这些波导的两个端面分别对应构成两个具有二维分布的衍射光栅的输入端面与输出端面；每个光波导具有一定的光程大小，这个光程大小按这个光波导在所对应的衍射光栅的端面上的位置相位要求来设置。构成二维分布阵列波导光栅的光波导可以是基于平面光波导工艺的矩形光波导、脊形光波导或是条载光波导，也可以是光纤。二维分布阵列波导光栅的端面可以是平面结构、凹面结构和凸面结构。本发明基于光波导技术，可以容易地实现具有二维分布的衍射光栅，而且它的二维相位与强度是同时可控的。
Description
技术领域
本发明涉及一种光学元器件，特别是涉及一种二维分布阵列波导光栅。
背景技术
衍射光栅是一种基本的的光学功能元件。由于实现手段的限制，目前实用的衍射光栅1都是一维的(如图1所示)，它通过衍射光栅的反射光栅槽2的设置，完成衍射功能，主要应用于光学频谱分析。采用高精度的微细加工手段，可以制作出二维相位分布的衍射光栅。但是，相对于一维衍射光栅，这种固定相位分布的二维衍射光栅并不具有独特的功能或是更为优越的特性，所以基于这种技术的二维衍射光栅并不具备实用性。
1989年，荷兰人史密特(Smit)基于平面光波导技术，提出了一维阵列波导光栅(如图2所示)，它由一定数量的平面光波导阵列3构成，当光由输入端4输入后，经光波导阵列3实现相位分布后，由输出端5输出衍射光。相对于传统的衍射光栅技术，这种阵列波导光栅可以具有任意衍射阶数，为实现光栅的平面光集成提供了技术支持。但这种技术局限于了平面集成，也仅限于了光波导器件的应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有二维分布阵列波导光栅，它的二维分布是通过控制阵列波导的对光的相位和强度来实现的。是利用光波导来构成可以输出特定二维相位和强度分布的光学元件。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：由一定数量的光波导放置在一起，构成二维分布光波导阵列光栅；光波导的数量由衍射光栅的衍射精度要求和功能特性决定；这些波导的两个端面分别对应构成两个具有二维分布的衍射光栅的输入端面与输出端面；每个光波导具有一定的光程大小，这个光程大小按这个光波导在所对应的衍射光栅的端面上的位置相位要求来设置。
所说的光波导是矩形光波导或脊形光波导或条载光波导或光纤。
所说的具有二维分布的衍射光栅的输入端面与输出端面是平面结构或凹面结构或凸面结构。
本发明具有的有益的效果是：
1)采用光波导来构成具有二维分布的衍射光栅，提供了一种二维分布衍射光栅的实现方法；
2)采用光波导来构成具有二维分布的衍射光栅，使光的二维特性控制更加容易实现，特别是高阶衍射光栅的实现；
3)通过设置一定光波导的光程大小和光波导对光波的衰减与放大特性，可以同时调整二维光场的相位与强度分布，所以这种衍射光栅不仅可以用作二维衍射光栅，还可以用作其它特定需要的光学相位与强度调整元件；
4)由于其中的光波导的光程大小和光波导对光波的衰减与放大特性可以非常容易地实现可调特性，所以这种二维分布的衍射光栅可以容易地实现可调的衍射特性。
附图说明
图1是典型的一维衍射光栅示意图；
图2是典型的平面阵列波导光栅结构示意图；
图3是本发明的二维分布阵列波导光栅示意图；
图4是本发明所涉及的光波导类型。
图中：1是一维衍射光栅，2是衍射光栅的反射光栅槽，3是一定数量的平面光波导阵列，4和5是阵列波导光栅的两个端面，6是二维分布阵列波导光栅，7和8是二维分布阵列波导光栅两个端面，9是端面中一个放大的局部，10是矩形光波导(图3以矩形波导为例)，11是脊型光波导，12是条载光波导，13是光纤。
具体实施方式
如图3所示，本发明由一定数量的光波导放置在一起，构成二维分布光波导阵列光栅6；光波导的数量由衍射光栅的衍射精度要求和功能特性决定；这些波导的两个端面分别对应构成两个具有二维分布的衍射光栅的输入端面(输出端面)7与输出端面(输入端面)8；每个光波导具有一定的光程大小，这个光程大小按这个光波导在所对应的衍射光栅的端面上的位置相位要求来设置。
光波导可以是采用平面光波导工艺制作出来的矩形光波导10(如图4a所示)，所构成的光波导阵列是采用多层平面波导技术制作而成，每一层又由一定数量的光波导构成，层数与每层的波导数由衍射光栅的衍射精度要求和功能特性决定。
光波导也可以是采用平面光波导工艺制作出来的脊形光波导11(如图4b所示)，所构成的光波导阵列是采用多层平面波导技术制作而成，每一层又由一定数量的光波导构成，层数与每层的波导数由衍射光栅的衍射精度要求和功能特性决定。
光波导也可以是采用平面光波导工艺制作出来的条载光波导12(如图4c所示)，所构成的光波导阵列是多层平面波导技术制作而成，每一层又由一定数量的光波导构成，层数与每层的波导数由衍射光栅的衍射精度要求和功能特性决定。
光波导还可以是采用光纤13(如图4d所示)，集束而成。
具有二维分布的衍射光栅的输入端面(输出端面)7与输出端面(输入端面)8是平面结构或凹面结构或凸面结构。
本发明的二维分布阵列波导光栅，它的光波导的光程大小是可以通过控制光波导的有效折射率来改变，从而使所构成的衍射光栅的二维端面上所出射的光的相位分布是可变的。光波导的有效折射率是通过各种光折射效应来改变，包括电光效应、热光效应等。
本发明的二维分布阵列波导光栅，它的光波导所在光路对所传输的光是可以具有功率可控功能的，从而使所构成的衍射光栅的二维端出上所出射的光的强度分布是可变的。光波导所在光路对光的功率可控功能包括对光的功率衰减功能和放大功能，它是通过在光波导所在光路中设置光衰减器和光放大器来实现的。
本发明的实施方式很多，在此以有机聚合物多层平面光波导工艺为实施例，但决非仅限于此实施例。
以硅片或玻璃为衬底材料，采用旋转涂敷成膜法制作第一个层的下限制层，再制作芯层，并用光刻与干法刻蚀，制作出第一层的光波导。层中各个光波导的长度由所设计的衍射光栅决定。完成芯层后涂敷上限制层。此层也将作为第二层的下限制层，实则起到第一层与第二层的隔离作用。随后是第二层的芯层制作与波导刻蚀。以此，根据所设计的二维分布阵列波导光栅的层数与各层光波导的结构参数，通过多层旋涂、光刻与刻蚀相结合，逐层制作。在完成多层有机聚合物光波导的制作后，用划片机在所设计的端面位置划出二维分布阵列波导光栅的两个端面，并对端面加以抛光，最终制作出所设计的二维分布阵列波导光栅。
对有机聚合物的二维分布阵列波导光栅，可以采用具有电光特性的有机聚合物，在每一层上，根据需要，在每一根光波导上制作相位调制器。控制所制作的相位调制器，可以改变每一根光波导所对应输出端点的相位，从而实现具有二维相位分布可调的阵列波导光栅。
对有机聚合物的二维分布阵列波导光栅，在每一层上，根据需要，在制作光波导的同时，在每一根光波导光路上制作光衰减器，或者采用掺有光放大元素的有机聚合物，并在制作光波导的同时，在每一根光波导光路上制作光放大器。控制所制作的光衰减器或是光放大器，可以改变每一根光波导所对应输出端点的强度，从而实现具有二维强度分布可调的阵列波导光栅。
Claims (3)
1.一种二维分布阵列波导光栅，其特征在于：由一定数量的光波导放置在一起，构成二维分布光波导阵列光栅(6)；光波导的数量由衍射光栅的衍射精度要求和功能特性决定；这些波导的两个端面分别对应构成两个具有二维分布的衍射光栅的输入端面(7)与输出端面(8)；每个光波导具有一定的光程大小，这个光程大小按这个光波导在所对应的衍射光栅的端面上的位置相位要求来设置。
2.根据权利要求1所述的二维分布阵列波导光栅，其特征在于：所说的光波导是矩形光波导(10)或脊形光波导(11)或条载光波导(12)或光纤(13)。
3.根据权利要求1所述的二维分布阵列波导光栅，其特征在于：所说的具有二维分布的衍射光栅的输入端面(7)与输出端面(8)是平面结构或凹面结构或凸面结构。
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