具有极高波长分辨率的曲线光栅光谱仪和波长复用器或解复用器制造技术
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有极高波长分辨率的曲线光栅光谱仪和波长复用器或解复用器相关申请案的交叉参考本申请案要求2014年9月10日递交的第14/482,615号美国专利申请案的优先权，所述美国专利申请案的内容以全文引用的方式并入本文中。
技术介绍
光学光栅在本领域中是众所周知的且用于在空间上使光学光谱色散。此类光栅常在光学光谱仪中用于分析光束的光谱组成。在光学光谱仪的长度及其分辨率之间始终存在权衡。因此，如果需要更高波长分辨率，所需的长度也更长。考虑市场上典型的1米长光栅光谱仪的实例，所述光栅光谱仪具有在中心工作波长λSM＝1000nm或ΔλSM/λSM＝10-4下约ΔλSM＝0.1nm的典型波长分辨率。光谱仪长度LSM的无量纲量为LSM/λSM且在此实例中LSM/λSM＝106。光谱仪的相对分辨率ΔλSM/λSM和相对物理尺寸LSM/λSM的无量纲乘积取决于光谱仪的设计。分辨率对比尺寸/面积因数更确切地说，考虑图1中示出的曲线光栅光谱仪装置1000，其具有曲线光栅CG1010以及在输入狭缝SLI11201与光栅之间或在光栅与输出狭缝SLO11401之间的波传播区域或光束传播区域，称为光栅传...
【技术保护点】
一种使用离散光学组件或如光子集成电路中的波长色散元件般具有集成可能性的波长复用器/解复用器/光谱仪或紧凑曲线光栅光谱仪，其实现光谱在波长λBI1周围的色散，所述波长复用器/解复用器/光谱仪包括：至少一个输入狭缝；多个输出狭缝；以及曲线光栅，所述曲线光栅经配置用于处理包含多个槽的光束的光谱组成，每个槽的方位可调节用于控制所述波长复用器/解复用器/光谱仪的性能，所述输入狭缝和所述输出狭缝中的每个输出狭缝的方位可调节用于控制所述波长复用器/解复用器/光谱仪的性能，其中所述输入狭缝允许所述光束进入到所述波长复用器/解复用器/光谱仪中，所述输入狭缝的位置可调节，并且此外所述输入狭缝X...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.09.10 US 14/482,6151.一种使用离散光学组件或如光子集成电路中的波长色散元件般具有集成可能性的波长复用器/解复用器/光谱仪或紧凑曲线光栅光谱仪，其实现光谱在波长λBI1周围的色散，所述波长复用器/解复用器/光谱仪包括：至少一个输入狭缝；多个输出狭缝；以及曲线光栅，所述曲线光栅经配置用于处理包含多个槽的光束的光谱组成，每个槽的方位可调节用于控制所述波长复用器/解复用器/光谱仪的性能，所述输入狭缝和所述输出狭缝中的每个输出狭缝的方位可调节用于控制所述波长复用器/解复用器/光谱仪的性能，其中所述输入狭缝允许所述光束进入到所述波长复用器/解复用器/光谱仪中，所述输入狭缝的位置可调节，并且此外所述输入狭缝XI1的所述位置通过在将所述输入狭缝接合到光栅中心的线与所述光栅中心的法线之间保持的第一输入角θI1以及从所述光栅中心到所述输入狭缝的第一输入距离SI1指定，此外，其中允许第一输出光束射出的第一输出狭缝具有第一锚定输出波长λI1-O1A，所述第一锚定输出狭缝的位置可调节，并且此外，所述第一锚定输出狭缝的所述位置通过在将所述第一输出狭缝接合到所述光栅中心的线与所述光栅中心的法线之间保持的第一输出角θO1A以及从所述光栅中心到所述第一锚定输出狭缝的第一输出距离SO1A指定，此外，其中，光在其中传播的介质具有“ngr”的有效传播折射率，在自由空间的情形下，ngr是材料折射率，在平面波导的情形下，“ngr”是所述平面波导内的所述有效传播折射率，此外，其中第i个槽的方位通过其x-y坐标Xi＝(xi,yi)指定，所述x-y坐标相对于所述光栅中心和所述输入狭缝指定，其中所述光栅中心具有坐标X0＝(0,0)并且所述输入狭缝具有坐标XI1＝(-SI1*Sin(θI1),SI1*Cos(θI1))，其中围绕X0＝(0,0)处的所述光栅中心的输入圆半径R的给定值，其中R按照SI1＝R*Cos(θI1)与所述输入狭缝方位相关，两个起始光栅齿选择为位于距彼此距离“d”处，使得它们布置在以下位置X1＝(d/2,R-(R2-(d/2)2)1/2)(1A)和X-1＝(-d/2,R-(R2-(d/2)2)1/2)，(1B)其中当给定所述第一锚定输出波长λI1-O1A时，如下确定所述距离“d”：选择光栅级并用整数“m”表示所述级，并且根据下式获得所述光栅参数“d”d*(Sin(θO1A)+Sin(θI1))＝m*λI1-O1A/ngr，(1C)此外，其中通过使用由以下两个条件给出的所述第i个槽的坐标Xi计算每个槽的坐标来得出所有其它槽的位置：此外，其中通过使用由以下第一条件给出的所述第i个槽的坐标Xi计算每个槽的所述坐标来得出所有其它槽的所述位置：Sgn(i-ja)*([D1(θI1,SI1,Xi)+D2(θO1A,SO1A,Xi)]-[D1(θI1,SI1,Xja)+D2(θO1A,SO1A,Xja)])＝m*λI1-O1A/ngr,(2)其中D1(θI1,SI1,Xi)是从Xi到通过θI1和SI1指定的第一输入狭缝位置XI1的距离，D2(θO1A,SO1A,Xi)是从Xi到通过θO1A和SO1A指定的所述第一锚定输出狭缝位置的距离，并且槽ja的方位Xja通常是已知的，并且通过使用由以下第二条件给出的所述第i个槽的坐标Xi计算每个槽的所述坐标来得出所有其它槽的所述位置，使得函数f等于常数，函数上表达为：f(Xi)＝常量(3)其中以上常量可以取决于其它设计参数，例如所述输入狭缝和输出狭缝方位，或已知的且被视为所述常量的部分的相邻槽的方位(例如，θI1、SI1、θO1、SO1、λI1-O1、m、ngr、{Xj})，其中所述方位{Xj}表示已知的一些光栅齿的方位，其中通过选择所述函数f进一步给出第二约束条件，使得：[D1(θI1,SI1,Xi)+D3(θO2A,SO2A,Xi)]-[D1(θI1,SI1,Xi-1)+D3(θO2A,SO2A,Xi-1)]＝m*λI1-O2A/ngr，(4)其中D3(θO2A,SO2A,Xi)是从位于Xi处的所述第i个槽到第二锚定输出狭缝的距离，所述第二锚定输出狭缝通过在将第二输出狭缝接合到所述光栅中心的线与所述光栅中心的法线之间保持的第三角θO2A以及从所述光栅中心到所述第二输出狭缝的第二输出距离SO2A指定，波长λI1-O2A是第二波长，其是通过d*(Sin(θO2A)+Sin(θI1))＝m*λI1-O2A/ngr(5)给出的所述第二输出狭缝的波长，并且通过针对Xi＝(xi,yi)处的所述第i个槽的x坐标xi和y坐标yi求解(2)和(4)，获得其它槽Xi的确切位置。2.根据权利要求1所述的波长复用器/解复用器/光谱仪，其中所述两个锚定输出狭缝方位XO1A和XO2A与所述输入狭缝方位XI1在一条直线上，因此它们沿着穿过XI1的直线近似地定位。3.根据权利要求1所述的波长复用器/解复用器/光谱仪，其中通过两条线描述两个锚定输出狭缝方位XO1A和XO2A以及输入狭缝方位XI1，称为“锚定输出狭缝线”LAOS的第一线接合XO1A和XO2A与XAOSM处的中点，称为“输入到锚定输出狭缝中点线”LIM的第二线接合XAOSM和XI1，其中将所述输入XI1接合到所述光栅中心的线称为线LI1，在与线LI1成90度的线与所述线LIM之间的角是θIM，当线LI1和线LIM彼此垂直时θIM取0°值，并且当线LIM围绕输入狭缝点XI1在使点XL(01A,02A)M到所述光栅中心的距离更近的方向上旋转时θIM取正值，其中将所述中点XAOSM接合到所述光栅中心的线称为线LGM，在与线LGM成90度的线与所述线LIM之间的角是θGM，当线LIM和线LGM彼此垂直时θGM取0°值，并且当线LIM围绕所述输入狭缝点XI1在使点XAOSM到所述光栅中心的距离更近的方向上旋转时θGM取正值；并且其中线LIM与所述线LAOS之间的角是θAM，当线LIM和线LAOS彼此平行时θAM取0°值，并且当线LAOS围绕其中点XAOSM在使线LAOS的离XI1的“最远端”到所述光栅中心的距离更近的方向上旋转时θAM取正值，所述两个锚定输出狭缝方位XO1A和XO2A经布置使得θIM在+45°与-45°内并且θAM在+45°与-45°内。4.根据权利要求3所述的波长复用器/解复用器/光谱仪，其中所述两个锚定输出狭缝方位XO1A和XO2A经布置使得θGM在+45°与-45°内并且θAM在+45°与-45°内。5.根据权利要求3所述的波长复用器/解复用器/光谱仪，其中所述两个锚定输出狭缝方位XO1A和XO2A经布置使得θIM在+30°与-30°内并且θAM在+30°与-30°内。6.根据权利要求3所述的波长复用器/解复用器/光谱仪，其中所述两个锚定输出狭缝方位XO1A和XO2A经布置使得θGM在+30°与-30°内并且θAM在+30°与-30°内。7.根据权利要求3所述的波长复用器/解复用器/光谱仪，其中所述两个锚定输出狭缝方位XO1A和XO2A经布置使得θIM在+15°与-15°内并且θAM在+15°与-15°内。8.根据权利要求3所述的波长复用器/解复用器/光谱仪，其中所述两个锚定输出狭缝方位XO1A和XO2A经布置使得θGM在+15°与-15°内并且θAM在+15°与-15°内。9.根据权利要求1所述的波长复用器/解复用器/光谱仪，其中所述多个超过一个输出狭缝的位置方位在XO1、…XOk处，其中如下确定XOk：定义点P以具有通过XL(i,i-1)I1-OkP＝(xL(i,i-1)I1-OkP,yL(i,i-1)I1-OkP)给定的方位，其中xL(i,i-1)I1-OkP＝-SL(i,i-1)I1-OkP*Sin(θL(i,i-1)I1-OkP)且yL(i,i-1)I1-OkP＝SL(i,i-1)I1-OkP*Cos(θL(i,i-1)I1-OkP)，其中基于编号“i”和编号“(i-1)”的光栅槽满足以下等式：[D1(θI1,SI1,Xi)+D2(θL(i,i-1)I1-OkP,SL(i,i-1)I1-OkP,Xi)]-[D1(θI1,SI1,Xi-1)+D2(θL(i,i-1)I1-OkP,SL(i,i-1)I1-OkP,Xi-1)]＝m*λI1-Ok/ngrI1-Ok(6)其中全方位点P的轨迹形成线L(i,i-1)I1-Ok，其中D2(θL(i,i-1)I1-OkP,SL(i,i-1)I1-OkP,Xi)是在线L(i,i-1)I1-Okc(i,i-1)L上从Xi到所述点P的距离，D1(θI1,SI1,Xi)是从Xi到XI1处的所述第一输入狭缝的距离，当SL(i,i-1)I1-OkP19-189kP(i,i-1)S从小初值增大到大于SOk的估计方位的值时产生线L(i,i-1)I1-Ok；其中第二线，线L(j,j-1)I1-Ok使用编号“j”和“(j-1)”的光栅槽产生，其中点Q具有通过XL(j,j-1)I1-OkQ＝(xL...
【专利技术属性】
技术研发人员：何盛章，黄莹彦，
申请(专利权)人：电子光子集成电路股份有限公司，何盛章，黄莹彦，
类型：发明
国别省市：美国,US
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