CN201141923Y - 一种微纳光纤阵列相干光束合成装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种微纳光纤阵列相干光束合成装置。它包括光源、光分束器、光强调制器、相位调制器、微纳光纤阵列、光纤，光源产生一束相干光，经过光分束器产生多个束光，每个光束经过光强调制器的光强调制和相位调制器的相位调制，将经过调制的多个光束输入到微纳光纤阵列中，经过微纳光纤之间的模式耦合形成超模式，最后从微纳光纤阵列的端面输出合成光束，以上各个部分通过光纤连接而成。本实用新型可以实现亚波长聚焦和准直光束产生和偏转控制。实现的聚焦光束在激光直写光刻、光学存储以及生物细胞内的激光操作等方面具有重要的应用前景。实现的准直光束以及光束偏转的控制可以实现光开关、光滤波器等在光纤通信中具有重要的应用前景。
Description
技术领域
本实用新型涉及相干光束合成装置，尤其涉及一种微纳光纤阵列相干光束合成装置。
背景技术
一直以来，由于受到光波衍射极限的限制，难以将光束的聚焦光斑减小到波长尺度以下，这制约了光存储、光刻等技术进一步发展。为了得到更小的聚焦光斑，有两种技术途径有可能可以实现：一种是在光波衍射极限的条件下加大聚焦透镜的数值孔径，这种方法受到材料、加工工艺以及光学系统几何尺寸的限制，难以进一步减小聚焦光斑的直径；另一种方法是利用负折射效应的人工电磁材料突破光波的衍射极限，但由于光学波段负折射材料在目前工艺下难以实现，此外这种材料对电磁场的吸收损耗太大限制了这一技术的应用。因此，探索在光学波段实现亚波长聚焦的其他可能技术手段具有现实的必要性，这正是本实用新型要实现的目标之一。
迄今为止，准直光束的实现都是通过光学透镜系统来实现，并且控制准直光束的偏转一般是通过机械转动光学元件来实现。这种方法难以实现光束的快速偏转和精确控制。相控阵天线已经被广泛应用到无线电波的波束合成和偏转控制中，这种方法通过对每一束无线电波的相位调制实现波束的合成和偏转控制，借鉴类似的思想，本实用新型提出一种利用微纳光纤阵列实现准直光束合成和偏转控制的方法。与相控阵天线不同的是，微纳光纤阵列能够通过模式耦合产生超模式，这些超模式能够产生更特殊的输出光束。这正是本实用新型提出的装置具有的独特优势。
发明内容
本实用新型的目的是为了克服光波衍射极限的限制，提出一种微纳光纤阵列相干光束合成装置。
微纳光纤阵列相干光束合成装置包括光源、光分束器、光强调制器、相位调制器、微纳光纤阵列、光纤，光源产生一束相干光，经过光分束器产生多个束光，每个光束经过光强调制器的光强调制和相位调制器的相位调制，将经过调制的多个光束输入到微纳光纤阵列中，经过微纳光纤之间的模式耦合形成超模式，最后从微纳光纤阵列的端面输出合成光束，以上各个部分通过光纤连接而成。
所述的光源为激光。微纳光纤阵列是由多根微纳光纤间隔平行排列而成的阵列。微纳光纤是由电介质材料经过拉制工艺形成的直径在几个微米到几百个纳米之间的光导纤维。
本实用新型可以实现亚波长聚焦和准直光束产生和偏转控制。利用微纳光纤阵列实现在波长尺度内对光场的相位和光强进行调制，同时利用微纳光纤的模式耦合实现光场的相干合成，从而实现亚波长聚焦、产生准直光束和控制光束偏转。与通常的透镜聚焦不同，实现的聚焦光束可以通过光纤传送最后通过几个微米的微纳光纤束输出，因此可以将聚焦光束深入到任何一个位置，这在激光直写光刻、光学存储以及生物细胞内的激光操作等方面具有重要的应用前景。准直光束的产生以及光束偏转的控制可以实现光开关、光滤波器等在光纤通信中具有重要的应用前景。
附图说明
图1是微纳光纤阵列相干光束合成装置的结构示意图，图中：光源1、光分束器2、光强调制器3、相位调制器4、微纳光纤阵列5、光纤6；
图2是本实用新型实现亚波长尺度聚焦的实施例的计算机模拟结果示意图；
图3是本实用新型实现准直光束的实施例的计算机模拟结果示意图。
具体实施方式
如图1所示，微纳光纤阵列相干光束合成装置包括光源1、光分束器2、光强调制器3、相位调制器4、微纳光纤阵列5、光纤6，光源1产生一束相干光，经过光分束器2产生多个束光，每个光束经过光强调制器3的光强调制和相位调制器4的相位调制，将经过调制的多个光束输入到微纳光纤阵列5中，经过微纳光纤之间的模式耦合形成超模式，最后从微纳光纤阵列的端面输出合成光束，以上各个部分通过光纤6连接而成。
所述的光源1为激光。微纳光纤阵列5是由多根微纳光纤间隔平行排列而成的阵列。微纳光纤是由电介质材料经过拉制工艺形成的直径在几个微米到几百个纳米之间的光导纤维。
微纳光纤技术是近年来发展起来的一种新技术，通过适当的工艺可以将直径250微米的普通光纤可以减小到几十个纳米，而且光传播的损耗仍然较低。微纳光纤可以将光场约束在很小的范围内，同时当两根微纳光纤相互靠近时，光纤中的光场可以经过模式耦合相互交换。当多根光纤排列成阵列时，这种模式耦合会使得光场在阵列光纤中形成复杂的超模式，这些超模式具有更为复杂的模式场分布。每根微纳光纤中的光场经过都经过光强调制器3和相位调制器4的强度和相位调制，这种强度和相位调制会在微纳光纤阵列中形成不同的超模不同的超模式。当这些模式从光纤阵列输出时，会产生各种不同的输出光束。通过控制光场的相位、强度以及光纤之间的间距和耦合长度，可以得到亚波长聚焦的光束和准直光束，同时通过改变光场之间的相对相位可以控制光束的偏转。
如图2所示，在实施例中，微纳光纤阵列由11根直径为300纳米的微纳光纤组成，光纤之间的间距为25纳米，光纤的材料为SiO2。对光纤中的光强和相位进行适当调制时，对波长为400纳米的光束进行聚焦可以获得180纳米的光斑直径。
如图3所示，在实施例中，微纳光纤阵列由11根直径为300纳米的微纳光纤组成，光纤之间的间距为61纳米，光纤的材料为SiO2。将相邻光纤中光场的相位调制为180度，并且强度也进行适当调制时，会产生两束准直度非常高的光束。
Claims (4)
1.一种微纳光纤阵列相干光束合成装置，其特征在于包括光源(1)、光分束器(2)、光强调制器(3)、相位调制器(4)、微纳光纤阵列(5)、光纤(6)，光源(1)产生一束相干光，经过光分束器(2)产生多个束光，每个光束经过光强调制器(3)的光强调制和相位调制器(4)的相位调制，将经过调制的多个光束输入到微纳光纤阵列(5)中，经过微纳光纤之间的模式耦合形成超模式，最后从微纳光纤阵列的端面输出合成光束，以上各个部分通过光纤(6)连接而成。
2.如权利要求1所述的一种微纳光纤阵列相干光束合成装置，其特征在于所述的光源(1)为激光。
3.如权利要求1所述的一种微纳光纤阵列相干光束合成装置，其特征在于：所述的微纳光纤阵列(5)是由多根微纳光纤间隔平行排列而成的阵列。
4.如权利要求3所述的一种微纳光纤阵列相干光束合成装置，其特征在于：所述的微纳光纤是由电介质材料经过拉制工艺形成的直径在几个微米到几百个纳米之间的光导纤维。
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| CN (1) | CN201141923Y (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102244362A (zh) * | 2011-06-14 | 2011-11-16 | 西北大学 | 三级多路主振荡—功率放大相干合成万瓦级光纤激光器 |
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2007
- 2007-06-15 CN CNU2007201106808U patent/CN201141923Y/zh not_active Expired - Fee Related
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