光转换器及光转换系统技术方案

本申请提供一种光转换器及光转换系统。光转换器包括一个或多个超表面组件。超表面组件包括多个像素。多个像素中的每一个内分布有多个超表面单元，其中，至少一个像素内的多个超表面单元非周期性布置。所述像素具有对应的调制相位等级，至少存在三个调制相位等级，其最大调制相位差小于2π/N，其中N为相位等级数，且N大于等于4。通过超表面组件的设置，工艺简单，稳定性好，能够进行多芯光纤的扇入扇出、光模式复用、光模式功率分配。非周期性地布置超表面单元提高了设计自由度，能够根据需求拓展带宽。较小的调制相位差使得相位分布更加平滑，便于加工。便于加工。便于加工。

【技术实现步骤摘要】
光转换器及光转换系统


[0001]本专利技术涉及光通信
，尤其涉及一种光转换器及光转换系统。

技术介绍

[0002]光转换器是光通信中的重要装置，能够完成模分复用、模式轮循、功率分配、扇入扇出等功能。多芯光纤是空分复用技术中增加信道容量的重要方法，其具有高集成度的优点，在数据中心、大数据无源光网络等方面具有良好的应用前景。光转换器中的扇入扇出装置能够实现单模光纤束与多芯光纤之间的连接，是多芯光纤各项应用的关键器件。目前实现扇入扇出的方法有熔融拉锥法、3D激光直写法、空间光透镜耦合法等。但是，随着光纤芯数量的增加，这些方法或因工艺难以实现、或损耗高、或稳定性低。
[0003]因此，有必要提供一种改进的光转换器及光转换系统以解决上述问题。

技术实现思路

[0004]本申请提供一种能工艺简单，稳定性好的光转换器及光转换系统。
[0005]本申请公开了一种光转换器，包括一个或多个超表面组件；连接端所述超表面组件包括多个像素；所述多个像素中的每一个内分布有多个超表面单元；其中，至少一个所述像素内的所述多个超表面单元非周期性布置；所述像素具有对应的调制相位等级，至少存在三个调制相位等级，其最大调制相位差小于2π/N，其中N为相位等级数，且N大于等于4。
[0006]进一步地，所述多个像素包括非周期像素；所述非周期像素被分为多个超表面区域；所述多个超表面区域中的每一个内设有一个所述超表面单元；相邻的所述超表面区域内的所述超表面单元之间存在距离，所述距离的数值不等。
[0007]进一步地，所述像素为多边形；所述像素的数量共计为Q；所述像素的顶点数量共计为V；所述像素的边的数量共计为E；满足V
‑
E+Q＝1。
[0008]进一步地，所述多个像素包括两个所述非周期像素，其中一个的所述距离平均值为L，另一个的所述距离的平均值大于等于L/5，小于等于5L。
[0009]进一步地，所述超表面区域至少为两个；所述超表面单元的数量至少为两个。
[0010]进一步地，所述非周期像素内，所述超表面单元靠近或远离所述非周期像素的中心设置。
[0011]进一步地，所述超表面单元包括基底与设于基底上的微纳结构；所述微纳结构为柱体或孔洞；所述微纳结构为柱体时，其高度大于等于λ/4小于等于100λ；所述微纳结构为孔洞时，其深度大于等于λ/4小于等于100λ；其中，λ为工作波长。
[0012]进一步地，所述超表面单元包括基底与设于基底上的微纳结构，所述微纳结构为旋转对称结构，其旋转对称角度为360
°
/N，其中N为大于等于4的整数。
[0013]进一步地，所述多个超表面组件至少两个的面积不同；最大面积的超表面组件与最小面积超表面组件的比值大于1，小于等于118。
[0014]进一步地，所述超表面组件平行排列；相邻所述超表面组件的距离大于1mm，小于
等于100mm。
[0015]进一步地，所述超表面组件排列在相同平面上；所述光转换器还包括反射镜；所述反射镜与所述超表面组件对向设置。
[0016]进一步地，所述超表面组件中心之间的距离大于0mm，小于等于50mm。
[0017]本申请还公开了一种光转换系统，包括单模光纤束或激光器、一对连接端、光探测器或多芯光纤或少模光纤、透镜以及如上述的光转换器。
[0018]进一步地，所述单模光纤束与所述多芯光纤各自连接一个所述连接端，所述单模光纤束呈阵列排布；相邻所述单模光纤束的距离大于等于50μm，小于等于1000μm。
[0019]进一步地，所述多芯光纤为同质多芯光纤；所述多芯光纤包括多根纤芯；所述多根纤芯中的最小直径大于2μm。
[0020]进一步地，所述多芯光纤为异质多芯光纤；所述多芯光纤包括多根纤芯；所述多根纤芯中的最小直径大于2μm；所述多根纤芯中的最大直径与最小直径的比值大于1，小于等于10。
[0021]上述光转换器及光转换系统，通过设置多个超表面组件，能够完成多芯光纤的扇入扇出，工艺简单、稳定性好。非周期性地布置超表面单元，提高了设计的自由度，能够根据需求拓展带宽。较小的调制相位差使得相位分布更加平滑，便于加工。
[0022]应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本说明书。
附图说明
[0023]此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本说明书的实施例，并与说明书一起用于解释本说明书的原理。
[0024]图1是本申请扇入扇出系统的示意图。
[0025]图2是图1中超表面组件的示意图。
[0026]图3是另一实施例下光转换器的部分示意图。
[0027]图4是图2中非周期像素的示意图。
[0028]图5是图2中非周期像素的立体示意图。
[0029]图6是图2中周期像素的示意图。
[0030]图7是一种实施例中非周期像素的示意图。
[0031]图8是一种实施例中输入光场的示意图。
[0032]图9是一种实施例中输出光场的示意图。
[0033]图10是一种实施例中超表面组件的工作函数图。
[0034]图11是一种实施例中两种像素的立体示意图。
[0035]图12是一种实施例中的输出光场的示意图。
[0036]附图标号说明：连接端、10；单模光纤束、101；多芯光纤、102；超表面组件、20；像素、200；非周期像素、201；周期像素、202；超表面单元、21；超表面区域、211；基底、212；微纳结构、213；透镜、30；距离、40；横向距离、41；纵向距离、42；反射镜、50。
具体实施方式
[0037]这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本说明书相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本说明书的一些方面相一致的装置和方法的例子。
[0038]在本说明书使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本说明书。在本说明书和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
[0039]应当理解，尽管在本说明书可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本说明书范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在
……
时”或“当
……
时”或“响应于确定”。
[0040]接下来对本说明书实施例进行详细本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光转换器，其特征在于，包括：一个或多个超表面组件；所述超表面组件包括多个像素；所述多个像素中的每一个内分布有多个超表面单元；其中，至少一个所述像素内的所述多个超表面单元非周期性布置；所述像素具有对应的调制相位等级，至少存在三个调制相位等级，其最大调制相位差小于2π/N，其中N为相位等级数，且N大于等于4。2.根据权利要求1所述的光转换器，其特征在于，所述多个像素包括非周期像素；所述非周期像素被分为多个超表面区域；所述多个超表面区域中的每一个内设有一个所述超表面单元；相邻的所述超表面区域内的所述超表面单元之间存在距离，所述距离的数值不等。3.根据权利要求2所述的光转换器，其特征在于，所述像素为多边形；所述像素的数量共计为Q；所述像素200的顶点数量共计为V；所述像素的边的数量共计为E；满足V
‑
E+Q＝1。4.根据权利要求3所述的光转换器，其特征在于，所述多个像素包括两个所述非周期像素，其中一个的所述距离平均值为L，另一个的所述距离的平均值大于等于L/5，小于等于5L。5.根据权利要求3所述的光转换器，其特征在于，所述超表面区域至少为两个；所述超表面单元的数量至少为两个。6.根据权利要求2所述的光转换器，其特征在于，所述非周期像素内，所述超表面单元靠近或远离所述非周期像素的中心设置。7.根据权利要求2
‑
6任一项所述的光转换器，其特征在于，所述超表面单元包括基底与设于基底上的微纳结构；所述微纳结构为柱体或孔洞；所述微纳结构为柱体时，其高度大于等于λ/4小于等于100λ；所述微纳结构为孔洞时，其深度大于等于λ/4小于等于100λ；其中，λ为工作波长。8.根据权利要求6所述的光...

【专利技术属性】
技术研发人员：张林，王阳，杨志群，王序涛，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：