具有多个全息光学元件的高散射的衍射光栅制造技术

一衍射光栅具有多个全息光学元件。该衍射光栅包括一个迪克逊光栅（Ｄｉｃｋｓｏｎ　　ｇｒａｔｉｎｇ）以及至少一个其它的体积相位光栅。在典型实施例中，本发明专利技术多元件衍射光栅贯穿整个宽的波长范围对于所有偏振提供高散射、至少大致均一的衍射效率和至少大致相等的衍射效率。迪克逊光栅的体积相位介质的折射率调制的空间频率较佳地远大于每一个其它的体积相位光栅的空间频率。该多元件衍射光栅的典型实施例可以以低成本制造且尺寸足够小、散射高（对于Ｓ偏振和Ｐ偏振），因此可用于密波分复用应用和其他要求高散射的应用中。该多元件衍射光栅可以实施成透射光栅和折射光栅。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】专利说明具有多个全息光学元件的高散射的衍射光栅
本专利技术是关于一种衍射光栅(例如实现全息图的体积相位光栅)和全息光学元件(Holographic Optical Element，HOE)，且特别是有关于一种具有高色散以及包括有多个全息光学元件的衍射光栅。
技术介绍
随着电子通信工业的快速发展，需要发射和接收的信息量越来越大。为了满足市场需求，已经发展了多种技术利用光纤固有的带宽容量。其中一种技术就是波分复用技术(Wavelength Division Multiplexing，或WDM)。 波分复用技术允许在单根光纤上同时传输多个信号，每一信号在一个不同的载波上发送。每一载波是一光束，其波长与其它载波的波长略微不同。在光纤的入口处，利用光复用器(optical multiplexer，MUX)将这些单个载波波束合并在同一波束内。在光纤的接收端，利用光解复用器(opticalde-multiplexer，DEMUX)分开这些载波。为了有效和经济地使用，光复用器或光解复用器必须能够以最小的插入损耗和偏振相关损耗(PolarizationDependent Loss，PDL)将一多波长光束分成多个单波长片段，而且必须相对便宜和简洁。 解复用器的首要功能是按照波长将载波波束分开。有四种基本装置提供此功能(1)薄膜滤波器、(2)阵列波导、(3)光纤布拉格光栅以及(4)衍射光栅。薄膜滤波器使用多个滤波器，每个滤波器针对一种不同于其他滤波器的波长。沿着光传播路径，载波的分开发生在每一滤波器上。该方法对于具有少量信道(一个信道对应于一种载波器波长)的系统是有效的。薄膜滤波器不适用于具有大量信道(例如16个或更多)的系统，因为会引入过多的插入损耗且整个系统非常复杂。 阵列波导使用由不同波长波导组成的阵列。光束由多个具有不同波长的载波组成，光束离开入射光纤后被展开，从而使该光束能够进入该阵列内所有的波导。每个波导中的载波的波长和该波导的长度将决定该载波相对于同波长的光离开所有的其他波导时的相位。依次地，这种相位关系将为该特定的波长建立出射波前的全部相位分布。相位分布将决定该载波器将被导入到明一出口。 阵列波导非常复杂，所以难以构成大的阵列，且通常需要温度控制装置。这种复杂性造成可由阵列波导加以传送的信道数量的上限。一般而言，阵列波导也有高插入损耗。 除了光纤布拉格光栅滤波器是由形成在光纤内的光栅制成之外，光纤布拉格光栅与薄膜滤波器相似。波长选择是在光纤中的每一个光栅内完成。如同薄膜滤波器一样，光纤布拉格光栅具有相同的插入损失问题--对于大量的信道，存在过多的插入损失。如同薄膜滤波器一样，对于大量信道，其整个体统是非常复杂的。 随着信道数量的增长，以上三种技术每个信道都有相对较高的成本。 第四种技术--衍射光栅--具有高性能(大量信道和低插入损耗)和成本相对低的优点。衍射光栅通过离散程序能够分开大量的不连续波长。当由不同波长的多个载波组成的入射波束被光栅反射或者通过该光栅传输时，该光束通过衍射而散开。每一波长的出射波束以不同的衍射角度被反射或者传输，从而使每一个载波能够进入一个不同的端口。这是光解复用器的情形。对于光复用器，在一个与上述光解复用器大致相反的过程中，分开的载波被合并在一个单个的光束内。 相较于其他三种技术，衍射光栅的明显优点是一个单一、相对简单的装置提供了完整的波长分离功能。因此，成本、复杂性以及光复用器或光解复用器的尺寸都较小，而信道数量却较大。 有四种衍射光栅，但仅有三种适用于波分复用技术反射和透射表面凹凸光栅以及透射体积相位光栅(transmissive volume phase gratings，transmissive“VPGs”)。表面凹凸光栅具有较高的衍射效率，但是通常仅针对一种偏振。在波分复用技术中，入射到一衍射光栅上的辐射片段具有不同的偏振，因为这些片段将通过光栅以不同的衍射效率被衍射，所以仅针对一种偏振的表面凹凸光栅会在波分复用技术中引起一种名为偏振相关损耗(Polarization Dependent Loss，PDL)的问题。虽然偏振相关损耗在表面凹凸光栅内不能被消除，但是它可以被最小化，但仅能在较低的光栅频率(大约每毫米600条或者更少)加以最小化。这种低光栅频率降低了光栅的散射，使其难以插入更多信道并难以获得好的信道分隔。 透射体积相位光栅也能够具有高的衍射效率，但是对于表面凹凸光栅，这种高的衍射效率通常仅仅发生在一种偏振上。因此，现有的体积相位光栅代表性地显示出高的偏振相关损耗。虽然在现有的体积相位光栅内偏振相关损耗可以被最小化，但是这样做会使整体的衍射效率变低或者散射变低，造成非常高的插入损耗或者相对较少的可用信道。 在2004年6月15日授予LeRoy D.Dickson的美国专利第6,750,995号揭示了体积相位光栅，用来最大化S偏振衍射效率以及P偏振衍射效率(从而减小插入损耗)，并且也用来减小偏振相关损耗。这里，我们将美国专利第6,750,995号揭示的增强型体积相位光栅的任何体积相位光栅称为迪克逊光栅(Dickson grating)，将不是迪克逊光栅的体积相位光栅称为“非迪克逊光栅”(non-Dickson grating)。 美国专利第6,750,995号揭示了迪克逊光栅的相位体积介质可以是由重铬酸盐明胶构成的全息图，其具有周期性地调整的折射率。然而，美国专利第6,750,995号没有揭示在一些应用中怎样以足够高的散射(以及足够小的尺寸和足够低的制造成本)实施迪克逊光栅。具有迪克逊光栅(最小的偏振相关损耗，对于S偏振和P偏振都具有高衍射效率)的有益特性、却能被制造(以可接受的低成本且足够小的尺寸)得具有较高的散射的衍射光栅，可用于许多波分复用及其它应用中，其中该衍射光栅的散射比按照美国专利第6,750,995号的教导所得到的散射(对于S偏振和P偏振片段)更高。 1997年2月11日授予LeRoy D.Dickson等的美国专利第5,602,657号揭示了一种衍射光栅，该衍射光栅包括由透明粘合剂(光学胶)固定在一起的多个全息光学元件(Holographic optical elements，HOEs)。每一个全息光学元件都是一个包括体积全息图和基板的体积相位光栅。该多全息光学元件光栅用来衍射一包括有多个片段的波束，以在该被衍射波束的衍射片段之间产生一需要的角距，其中该等片段具有不同的偏振(例如P偏振和S偏振片段)。例如，该多全息光学元件光栅可包括一对体积相位光栅，其体积全息图具有相对定向，所以当该多全息光学元件光栅衍射一波束时，该被衍射波束的P偏振和S偏振片段之间的角距会超过一预定的最小值。然而，美国专利第5,602,657号没有揭示怎样去实施一个衍射光栅，该衍射光栅对于入射辐射(例如，具有一个波长范围的入射辐射)的S偏振和P偏振片段都具有高散射、最小的偏振相关损耗、以及贯穿入射辐射的宽波长范围对于入射辐射的S偏振和P偏振片段都具有至少大致均一的高衍射效率。
技术实现思路
在一些实施例中，本专利技术是一衍射光栅，具有至少两个全息光学元件，包括一个迪克逊光栅(Dickson grating)以及至少一个其它的体积相位光栅。该迪克逊光栅的体积相位介质本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多元件衍射光栅，使用至少两个全息光学元件以高散射来衍射入射辐射，其特征在于：该多元件衍射光栅包括：具有第一空间频率的折射率调制的迪克逊光栅，其中迪克逊光栅是所述全息光学元件之一；以及至少一个附加的体积相位光栅，其中每一个该附加的体积相位光栅是所述全息光学元件的另外之一，该迪克逊光栅和每一个附加的体积相位光栅彼此相对放置，从而使辐射通过前述迪克逊光栅和每一个该附加的体积相位光栅传播并且被前述迪克逊光栅和每一个该附加的体积相位光栅衍射，且该附加的体积相位光栅的空间频率的折射率调制远小于第一空间频率。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：丹雪菲利，莱罗伊大卫狄克逊，理查德拉利逊，厄洛伊皮尔森，
申请(专利权)人：瓦萨奇光电有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]