專利名稱：二維分布陣列波導(dǎo)光柵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學(xué)元器件，特別是涉及一種二維分布陣列波導(dǎo)光柵。
背景技術(shù)：
衍射光柵是一種基本的的光學(xué)功能元件。由于實(shí)現(xiàn)手段的限制，目前實(shí)用的衍射光柵1都是一維的(如圖1所示)，它通過衍射光柵的反射光柵槽2的設(shè)置，完成衍射功能，主要應(yīng)用于光學(xué)頻譜分析。采用高精度的微細(xì)加工手段，可以制作出二維相位分布的衍射光柵。但是，相對于一維衍射光柵，這種固定相位分布的二維衍射光柵并不具有獨(dú)特的功能或是更為優(yōu)越的特性，所以基于這種技術(shù)的二維衍射光柵并不具備實(shí)用性。
1989年，荷蘭人史密特(Smit)基于平面光波導(dǎo)技術(shù)，提出了一維陣列波導(dǎo)光柵(如圖2所示)，它由一定數(shù)量的平面光波導(dǎo)陣列3構(gòu)成，當(dāng)光由輸入端4輸入后，經(jīng)光波導(dǎo)陣列3實(shí)現(xiàn)相位分布后，由輸出端5輸出衍射光。相對于傳統(tǒng)的衍射光柵技術(shù)，這種陣列波導(dǎo)光柵可以具有任意衍射階數(shù)，為實(shí)現(xiàn)光柵的平面光集成提供了技術(shù)支持。但這種技術(shù)局限于了平面集成，也僅限于了光波導(dǎo)器件的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種具有二維分布陣列波導(dǎo)光柵，它的二維分布是通過控制陣列波導(dǎo)的對光的相位和強(qiáng)度來實(shí)現(xiàn)的。是利用光波導(dǎo)來構(gòu)成可以輸出特定二維相位和強(qiáng)度分布的光學(xué)元件。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是由一定數(shù)量的光波導(dǎo)放置在一起，構(gòu)成二維分布光波導(dǎo)陣列光柵；光波導(dǎo)的數(shù)量由衍射光柵的衍射精度要求和功能特性決定；這些波導(dǎo)的兩個(gè)端面分別對應(yīng)構(gòu)成兩個(gè)具有二維分布的衍射光柵的輸入端面與輸出端面；每個(gè)光波導(dǎo)具有一定的光程大小，這個(gè)光程大小按這個(gè)光波導(dǎo)在所對應(yīng)的衍射光柵的端面上的位置相位要求來設(shè)置。
所說的光波導(dǎo)是矩形光波導(dǎo)或脊形光波導(dǎo)或條載光波導(dǎo)或光纖。
所說的具有二維分布的衍射光柵的輸入端面與輸出端面是平面結(jié)構(gòu)或凹面結(jié)構(gòu)或凸面結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明具有的有益的效果是
1)采用光波導(dǎo)來構(gòu)成具有二維分布的衍射光柵，提供了一種二維分布衍射光柵的實(shí)現(xiàn)方法；2)采用光波導(dǎo)來構(gòu)成具有二維分布的衍射光柵，使光的二維特性控制更加容易實(shí)現(xiàn)，特別是高階衍射光柵的實(shí)現(xiàn)；3)通過設(shè)置一定光波導(dǎo)的光程大小和光波導(dǎo)對光波的衰減與放大特性，可以同時(shí)調(diào)整二維光場的相位與強(qiáng)度分布，所以這種衍射光柵不僅可以用作二維衍射光柵，還可以用作其它特定需要的光學(xué)相位與強(qiáng)度調(diào)整元件；4)由于其中的光波導(dǎo)的光程大小和光波導(dǎo)對光波的衰減與放大特性可以非常容易地實(shí)現(xiàn)可調(diào)特性，所以這種二維分布的衍射光柵可以容易地實(shí)現(xiàn)可調(diào)的衍射特性。


圖1是典型的一維衍射光柵示意圖；圖2是典型的平面陣列波導(dǎo)光柵結(jié)構(gòu)示意圖圖3是本發(fā)明的二維分布陣列波導(dǎo)光柵示意圖；圖4是本發(fā)明所涉及的光波導(dǎo)類型。
圖中1是一維衍射光柵，2是衍射光柵的反射光柵槽，3是一定數(shù)量的平面光波導(dǎo)陣列，4和5是陣列波導(dǎo)光柵的兩個(gè)端面，6是二維分布陣列波導(dǎo)光柵，7和8是二維分布陣列波導(dǎo)光柵兩個(gè)端面，9是端面中一個(gè)放大的局部，10是矩形光波導(dǎo)(圖3以矩形波導(dǎo)為例)，11是脊型光波導(dǎo)，12是條載光波導(dǎo)，13是光纖。
具體實(shí)施例方式
如圖3所示，本發(fā)明由一定數(shù)量的光波導(dǎo)放置在一起，構(gòu)成二維分布光波導(dǎo)陣列光柵6；光波導(dǎo)的數(shù)量由衍射光柵的衍射精度要求和功能特性決定；這些波導(dǎo)的兩個(gè)端面分別對應(yīng)構(gòu)成兩個(gè)具有二維分布的衍射光柵的輸入端面(輸出端面)7與輸出端面(輸入端面)8；每個(gè)光波導(dǎo)具有一定的光程大小，這個(gè)光程大小按這個(gè)光波導(dǎo)在所對應(yīng)的衍射光柵的端面上的位置相位要求來設(shè)置。
光波導(dǎo)可以是采用平面光波導(dǎo)工藝制作出來的矩形光波導(dǎo)10(如圖4a所示)，所構(gòu)成的光波導(dǎo)陣列是采用多層平面波導(dǎo)技術(shù)制作而成，每一層又由一定數(shù)量的光波導(dǎo)構(gòu)成，層數(shù)與每層的波導(dǎo)數(shù)由衍射光柵的衍射精度要求和功能特性決定。
光波導(dǎo)也可以是采用平面光波導(dǎo)工藝制作出來的脊形光波導(dǎo)11(如圖4b所示)，所構(gòu)成的光波導(dǎo)陣列是采用多層平面波導(dǎo)技術(shù)制作而成，每一層又由一定數(shù)量的光波導(dǎo)構(gòu)成，層數(shù)與每層的波導(dǎo)數(shù)由衍射光柵的衍射精度要求和功能特性決定。
光波導(dǎo)也可以是采用平面光波導(dǎo)工藝制作出來的條載光波導(dǎo)12(如圖4c所示)，所構(gòu)成的光波導(dǎo)陣列是多層平面波導(dǎo)技術(shù)制作而成，每一層又由一定數(shù)量的光波導(dǎo)構(gòu)成，層數(shù)與每層的波導(dǎo)數(shù)由衍射光柵的衍射精度要求和功能特性決定。
光波導(dǎo)還可以是采用光纖13(如圖4d所示)，集束而成。
具有二維分布的衍射光柵的輸入端面(輸出端面)7與輸出端面(輸入端面)8是平面結(jié)構(gòu)或凹面結(jié)構(gòu)或凸面結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的二維分布陣列波導(dǎo)光柵，它的光波導(dǎo)的光程大小是可以通過控制光波導(dǎo)的有效折射率來改變，從而使所構(gòu)成的衍射光柵的二維端面上所出射的光的相位分布是可變的。光波導(dǎo)的有效折射率是通過各種光折射效應(yīng)來改變，包括電光效應(yīng)、熱光效應(yīng)等。
本發(fā)明的二維分布陣列波導(dǎo)光柵，它的光波導(dǎo)所在光路對所傳輸?shù)墓馐强梢跃哂泄β士煽毓δ艿?，從而使所?gòu)成的衍射光柵的二維端出上所出射的光的強(qiáng)度分布是可變的。光波導(dǎo)所在光路對光的功率可控功能包括對光的功率衰減功能和放大功能，它是通過在光波導(dǎo)所在光路中設(shè)置光衰減器和光放大器來實(shí)現(xiàn)的。
本發(fā)明的實(shí)施方式很多，在此以有機(jī)聚合物多層平面光波導(dǎo)工藝為實(shí)施例，但決非僅限于此實(shí)施例。
以硅片或玻璃為襯底材料，采用旋轉(zhuǎn)涂敷成膜法制作第一個(gè)層的下限制層，再制作芯層，并用光刻與干法刻蝕，制作出第一層的光波導(dǎo)。層中各個(gè)光波導(dǎo)的長度由所設(shè)計(jì)的衍射光柵決定。完成芯層后涂敷上限制層。此層也將作為第二層的下限制層，實(shí)則起到第一層與第二層的隔離作用。隨后是第二層的芯層制作與波導(dǎo)刻蝕。以此，根據(jù)所設(shè)計(jì)的二維分布陣列波導(dǎo)光柵的層數(shù)與各層光波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，通過多層旋涂、光刻與刻蝕相結(jié)合，逐層制作。在完成多層有機(jī)聚合物光波導(dǎo)的制作后，用劃片機(jī)在所設(shè)計(jì)的端面位置劃出二維分布陣列波導(dǎo)光柵的兩個(gè)端面，并對端面加以拋光，最終制作出所設(shè)計(jì)的二維分布陣列波導(dǎo)光柵。
對有機(jī)聚合物的二維分布陣列波導(dǎo)光柵，可以采用具有電光特性的有機(jī)聚合物，在每一層上，根據(jù)需要，在每一根光波導(dǎo)上制作相位調(diào)制器?？刂扑谱鞯南辔徽{(diào)制器，可以改變每一根光波導(dǎo)所對應(yīng)輸出端點(diǎn)的相位，從而實(shí)現(xiàn)具有二維相位分布可調(diào)的陣列波導(dǎo)光柵。
對有機(jī)聚合物的二維分布陣列波導(dǎo)光柵，在每一層上，根據(jù)需要，在制作光波導(dǎo)的同時(shí)，在每一根光波導(dǎo)光路上制作光衰減器，或者采用摻有光放大元素的有機(jī)聚合物，并在制作光波導(dǎo)的同時(shí)，在每一根光波導(dǎo)光路上制作光放大器?？刂扑谱鞯墓馑p器或是光放大器，可以改變每一根光波導(dǎo)所對應(yīng)輸出端點(diǎn)的強(qiáng)度，從而實(shí)現(xiàn)具有二維強(qiáng)度分布可調(diào)的陣列波導(dǎo)光柵。
權(quán)利要求
1.一種二維分布陣列波導(dǎo)光柵，其特征在于由一定數(shù)量的光波導(dǎo)放置在一起，構(gòu)成二維分布光波導(dǎo)陣列光柵(6)；光波導(dǎo)的數(shù)量由衍射光柵的衍射精度要求和功能特性決定；這些波導(dǎo)的兩個(gè)端面分別對應(yīng)構(gòu)成兩個(gè)具有二維分布的衍射光柵的輸入端面(7)與輸出端面(8)；每個(gè)光波導(dǎo)具有一定的光程大小，這個(gè)光程大小按這個(gè)光波導(dǎo)在所對應(yīng)的衍射光柵的端面上的位置相位要求來設(shè)置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維分布陣列波導(dǎo)光柵，其特征在于所說的光波導(dǎo)是矩形光波導(dǎo)(10)或脊形光波導(dǎo)(11)或條載光波導(dǎo)(12)或光纖(13)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維分布陣列波導(dǎo)光柵，其特征在于所說的具有二維分布的衍射光柵的輸入端面(7)與輸出端面(8)是平面結(jié)構(gòu)或凹面結(jié)構(gòu)或凸面結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種二維分布陣列波導(dǎo)光柵，由一定數(shù)量的光波導(dǎo)放置在一起，構(gòu)成二維分布光波導(dǎo)陣列；光波導(dǎo)的數(shù)量由衍射光柵的衍射精度要求和功能特性決定；這些波導(dǎo)的兩個(gè)端面分別對應(yīng)構(gòu)成兩個(gè)具有二維分布的衍射光柵的輸入端面與輸出端面；每個(gè)光波導(dǎo)具有一定的光程大小，這個(gè)光程大小按這個(gè)光波導(dǎo)在所對應(yīng)的衍射光柵的端面上的位置相位要求來設(shè)置。構(gòu)成二維分布陣列波導(dǎo)光柵的光波導(dǎo)可以是基于平面光波導(dǎo)工藝的矩形光波導(dǎo)、脊形光波導(dǎo)或是條載光波導(dǎo)，也可以是光纖。二維分布陣列波導(dǎo)光柵的端面可以是平面結(jié)構(gòu)、凹面結(jié)構(gòu)和凸面結(jié)構(gòu)。本發(fā)明基于光波導(dǎo)技術(shù)，可以容易地實(shí)現(xiàn)具有二維分布的衍射光柵，而且它的二維相位與強(qiáng)度是同時(shí)可控的。
文檔編號G02B6/124GK1488957SQ03142298
公開日2004年4月14日 申請日期2003年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月14日
發(fā)明者楊建義, 江曉清, 李錫華, 王明華 申請人:浙江大學(xué)