波导阵列结构及其光场调控方法技术

本申请提供一种波导阵列结构及其光场调控方法。波导阵列结构用于片上光学波前整形。波导阵列结构包括至少一级波导阵列，波导阵列包括自下向上依次叠层设置的衬底层、缓冲层、波导层及覆盖层，波导层包括多根间隔设置的波导。波导阵列中光学模式沿其光传输方向的有效折射率的调控参数满足有效折射率分布函数，及相邻两根波导的中心间距参数满足中心间距分布函数，光经过至少一个波导阵列后其光学波前被整形。如此实现片上光学波前整形功能，对于片上光信号处理，尤其是高集成密度、多光学通道的应用场景，具有重要应用价值，且能实现片上光场聚焦、衍射、无衍射传输以及光场调控等功能。功能。功能。

【技术实现步骤摘要】
波导阵列结构及其光场调控方法


[0001]本申请涉及集成光电子
，尤其涉及一种波导阵列结构及其光场调控方法。

技术介绍

[0002]目前，光学波前整形对于基础物理研究、信息处理、光学成像、激光雷达等领域具有重要应用价值，片上的光学波前整形技术能够丰富集成光学系统的应用场景，相关技术的发展对于集成光子信息处理等应用具有重要意义。为实现片上传输的光场的波前调控，当前主要的两类解决方案分别基于亚波长尺度的超材料体系和具有非均匀厚度的波导体系，两类方案均存在工艺实现难度较大、容差低的问题，且不易与基于光学波导结构的集成光子器件兼容。相较之下，能与微纳制造工艺兼容的波导体系是调控片上光学波前更为理想的选择。光波导是集成光子平台最基本和通用的结构，相关设计、制备和封测技术都十分成熟，且与各类集成光子器件能很好兼容。然而，在相关的波导体系中实现波前整形尚存在困难。

技术实现思路

[0003]本申请提供一种实现片上光学波前整形功能的波导阵列结构及其光场调控方法。
[0004]本申请提供一种波导阵列结构，用于片上光学波前整形，包括至少一级波导阵列，所述波导阵列包括自下向上依次叠层设置的衬底层、缓冲层、波导层及覆盖层，所述波导层包括多根间隔设置的波导；所述波导阵列中光学模式沿其光传输方向的有效折射率的调控参数满足有效折射率分布函数，及相邻两根所述波导的中心间距参数满足中心间距分布函数；光经过至少一个所述波导阵列后其光学波前被整形。
[0005]可选的，所述调控参数包括所述缓冲层、所述波导层及所述覆盖层的材料；所述波导的宽度；所述波导层的厚度；所述波导层的刻蚀深度；所述波导层传输光的波长；所述波导层光场传输的偏振态及所述波导层光场传输的模式。
[0006]可选的，所述有效折射率分布函数包括双曲正割分布函数或二次分布函数。
[0007]可选的，所述中心间距分布函数包括双曲正割分布函数或二次分布函数。
[0008]可选的，所述波导阵列结构还包括光学调制器；所述波导阵列结构还包括设于所述波导阵列的输入端的输入波导和设于所述波导阵列的输出端的输出波导，所述光学调制器设于所述输入波导。
[0009]可选的，所述光学调制器包括波导移相器、马赫
‑
增德尔干涉器、环形谐振器中的至少一个。
[0010]可选的，所述光学调制器的数量至少设置为一个。
[0011]可选的，所述光学调制器的数量设置一个，所述波导阵列结构的输入波导设置所述波导移相器、所述马赫
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增德尔干涉器、所述环形谐振器中的其中一个。
[0012]可选的，所述光学调制器的数量设置两个，所述波导阵列结构的输入波导设置所
述波导移相器、所述马赫
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增德尔干涉器、所述环形谐振器中的其中两个。
[0013]可选的，所述光学调制器的数量设置三个，所述波导阵列结构的输入波导设置所述波导移相器、所述马赫
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增德尔干涉器、所述环形谐振器。
[0014]可选的，所述波导阵列结构包括多级波导阵列，在所述波导阵列的光传输方向上，所述多级波导阵列中，位于前一级的所述波导阵列通过连接于其输出端的所述输出波导与位于后一级的所述波导阵列通过连接于其输入端的所述输入波导级联连接；光经过所述多级波导阵列后其光学波前被多级整形。
[0015]可选的，所述光学调制器的数量设置为至少一个；至少一个所述光学调制器设于级联连接的所述多级波导阵列中与至少一个所述波导阵列的输入端连接的所述输入波导。
[0016]本申请还提供一种波导阵列结构的光场调控方法，所述波导阵列结构用于片上光学波前整形；所述波导阵列结构包括波导阵列，所述波导阵列包括多根波导；所述波导阵列结构的光场调控方法包括：设置所述波导阵列中光学模式沿其光传输方向的有效折射率的调控参数，使该有效折射率满足所述有效折射率分布函数；设置相邻两根所述波导的中心间距参数，使该中心间距参数满足所述中心间距分布函数；根据所述有效折射率的所述调控参数和相邻两根所述波导的所述中心间距参数，确定所述波导阵列沿其光传输方向的衍射系数；及根据所述衍射系数，调控所述波导阵列中光学模式沿其光传输方向的光场。
[0017]可选的，所述根据所述有效折射率的所述调控参数和相邻两根所述波导的所述中心间距参数，确定所述波导阵列沿其光传输方向的衍射系数，包括：当确定所述衍射系数沿所述波导阵列的光传输方向为正值和/或负值时，入射光学波前在所述波导阵列中的传输形式为衍射；或当确定所述衍射系数沿所述波导阵列的光传输方向为零时，入射光学波前在所述波导阵列中无衍射。
[0018]可选的，所述当确定所述衍射系数沿所述波导阵列的光传输方向为正值和/或负值时，入射光学波前在所述波导阵列中的传输形式为衍射，包括：当确定所述衍射系数沿所述波导阵列的光传输方向为正值时，入射光学波前在所述波导阵列中的传输形式为反常衍射；或当确定所述衍射系数沿所述波导阵列的光传输方向为负值时，入射光学波前在所述波导阵列中的传输形式为正常衍射。
[0019]可选的，所述当确定所述衍射系数沿所述波导阵列的光传输方向为正值和/或负值时，入射光学波前在所述波导阵列中的传输形式为衍射，包括：当确定所述衍射系数沿所述波导阵列的光传输方向具有正值和负值，且所述衍射系数沿所述波导阵列的光传输方向的积分为零时，入射光学波前在所述波导阵列中的传输形式为自聚焦；或当确定所述衍射系数沿所述波导阵列的光传输方向具有正值和负值，所述衍射系数沿所述波导阵列的光传输方向的积分为零，且所述波导阵列中光学模式的所述有效折射率满足所述有效折射率分布函数时，入射光学波前在所述波导阵列中的传输形式为经过透
镜的传输形式。
[0020]可选的，所述波导阵列包括自下向上依次叠层设置的衬底层、缓冲层、波导层及覆盖层，所述波导层包括多根间隔设置的所述波导；所述调控参数包括所述缓冲层、所述波导层及所述覆盖层的材料；所述波导的宽度；所述波导层的厚度；所述波导层的刻蚀深度；所述波导层传输光的波长；所述波导层光场传输的偏振态及所述波导层光场传输的模式。
[0021]可选的，所述有效折射率分布函数包括双曲正割分布函数或二次分布函数。
[0022]可选的，所述中心间距分布函数包括双曲正割分布函数或二次分布函数。
[0023]本申请实施例的波导阵列结构及其光场调控方法。波导阵列结构用于片上光学波前整形。波导阵列结构包括至少一级波导阵列，波导阵列包括自下向上依次叠层设置的衬底层、缓冲层、波导层及覆盖层，波导层包括多根间隔设置的波导。波导阵列中光学模式沿其光传输方向的有效折射率的调控参数满足有效折射率分布函数，及相邻两根波导的中心间距参数满足中心间距分布函数，光经过至少一个波导阵列后其光学波前被整形。如此实现片上光学波前整形功能，对于片上光信号处理，尤其是高集成密度、多光学通道的应用场景，具有重要应用价值，且能实现片上光场聚焦、衍射、无衍射传输以及光场调控等功能。
附图说明
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种波导阵列结构，其特征在于，用于片上光学波前整形，包括至少一级波导阵列，所述波导阵列包括自下向上依次叠层设置的衬底层、缓冲层、波导层及覆盖层，所述波导层包括多根间隔设置的波导；所述波导阵列中光学模式沿其光传输方向的有效折射率的调控参数满足有效折射率分布函数，及相邻两根所述波导的中心间距参数满足中心间距分布函数；光经过至少一个所述波导阵列后其光学波前被整形。2.根据权利要求1所述的波导阵列结构，其特征在于，所述调控参数包括所述缓冲层、所述波导层及所述覆盖层的材料；所述波导的宽度；所述波导层的厚度；所述波导层的刻蚀深度；所述波导层传输光的波长；所述波导层光场传输的偏振态及所述波导层光场传输的模式；和/或所述有效折射率分布函数包括双曲正割分布函数或二次分布函数；和/或所述中心间距分布函数包括双曲正割分布函数或二次分布函数。3.根据权利要求1所述的波导阵列结构，其特征在于，所述波导阵列结构还包括光学调制器；所述波导阵列结构还包括设于所述波导阵列的输入端的输入波导和设于所述波导阵列的输出端的输出波导，所述光学调制器设于所述输入波导。4.根据权利要求3所述的波导阵列结构，其特征在于，所述光学调制器包括波导移相器、马赫
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增德尔干涉器、环形谐振器中的至少一个。5.根据权利要求4所述的波导阵列结构，其特征在于，所述光学调制器的数量至少设置为一个；所述光学调制器的数量设置一个，所述波导阵列结构的输入波导设置所述波导移相器、所述马赫
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增德尔干涉器、所述环形谐振器中的其中一个；或所述光学调制器的数量设置两个，所述波导阵列结构的输入波导设置所述波导移相器、所述马赫
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增德尔干涉器、所述环形谐振器中的其中两个；或所述光学调制器的数量设置三个，所述波导阵列结构的输入波导设置所述波导移相器、所述马赫
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增德尔干涉器、所述环形谐振器。6.根据权利要求3或4所述的波导阵列结构，其特征在于，所述波导阵列结构包括多级波导阵列，在所述波导阵列的光传输方向上，所述多级波导阵列中，位于前一级的所述波导阵列通过连接于其输出端的所述输出波导与位于后一级的所述波导阵列通过连接于其输入端的所述输入波导级联连接；光经过所述多级波导阵列后其光学波前被多级整形。7.根据权利要求6所述的波导阵列结构，其特征在于，所述光学调制器的数量设置为至少一个；至少一个所述光学调制器设于级联连接的所述多级波导阵列中与至少一个所述波导阵列的输入端连接的所述输入波导。8.一种波导阵列结构的光场调控方法，其特征在于，所述波导阵列结构用于片上光学波前整形；所述波导阵列结构包括波导阵列，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：钮云飞，虞绍良，
申请(专利权)人：之江实验室，
类型：发明
国别省市：