一种集成全维度高速光场调控的方法和装置与流程

文档序号:23100221发布日期:2020-11-27 13:06阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种集成全维度高速光场调控的方法,其特征在于,利用光子集成方法将对光场一维时间的调控和对光场三维空间的调控结合在一起,光场先经过一维时间维度上幅度、相位的调控,再经过三维空间维度上幅度、相位、偏振的调控,进而实现全维度的全矢量高速光场调控,其中,一维时间维度上的幅度和相位以及三维空间维度上的幅度、相位、偏振均可以同时且独立调控。

2.根据权利要求1所述的集成全维度高速光场调控的方法,其特征在于,所述光子集成方法是利用微纳尺寸的光子集成器件实现全维度的全矢量高速光场调控;所述相位的调控通过改变光程来实现,即光程差引起相移;所述幅度的调控通过相干光场干涉原理来实现,即两路同频率同偏振的相干光场干涉时,彼此间的相对相移不同会引起干涉场的幅度改变,相对相移为0时,干涉相长,幅度最大,相对相移为π时,干涉相消,幅度为0;所述偏振的调控通过正交偏振光场叠加原理来实现,即两路同频率的正交偏振光场叠加时,根据两路光场相对幅度大小和相对相移情况不同,合成所有偏振态光场,可以遍历偏振态邦加球上所有点。

3.根据权利要求1所述的集成全维度高速光场调控的方法,其特征在于,所述一维时间维度上的相位调控通过相移器改变波导折射率或者过耦合微环来实现,相移器是热光相移器或者电光相移器;所述一维时间维度上的幅度调控通过可调光衰减器或者集成光放大器来实现,可调光衰减器是马赫-曾德尔干涉仪或者临界耦合微环或者电吸收效应器件;所述一维时间维度上的幅度和相位同时调控通过级联的幅度调控和相位调控或者嵌套马赫-曾德尔干涉仪来实现;所述三维空间维度上的幅度、相位、偏振调控通过n×n个阵列单元来实现,每个阵列单元提供其所在局部位置的空间幅度、相位、偏振调控,其中,相位调控通过相移器改变波导折射率或者过耦合微环来实现,相移器是热光相移器或者电光相移器,幅度调控通过可调光衰减器或者集成光放大器来实现,可调光衰减器是马赫-曾德尔干涉仪或者临界耦合微环或者电吸收效应器件,偏振调控通过正交偏振合束器结合相位和幅度调控来实现,正交偏振合束器是二维光栅或者超材料或者超表面或者表面结构,局部位置的空间幅度、相位、偏振调控通过引入波矢失配将光子集成器件的波导模式光场耦合到自由空间中。

4.一种集成全维度高速光场调控的装置,其特征在于,包括依次连接的光源、光场一维时间调控模块和光场三维空间调控模块,所述光场一维时间调控模块先对光源产生的光场进行一维时间维度上的幅度、相位调控,所述光场三维空间调控模块再对光场进行三维空间维度上的幅度、相位、偏振调控,进而实现全维度高速光场调控,其中,一维时间维度上的幅度和相位以及三维空间维度上的幅度、相位、偏振均可以同时或独立调控。

5.根据权利要求4所述的集成全维度高速光场调控的装置,其特征在于,所述光场一维时间调控模块由级联的相移器和幅度控制器或者嵌套马赫-曾德尔干涉仪构成;所述光场三维空间调控模块沿总线等功率分为n个支路,每个支路再沿线等功率分为n个单元,即由n×n个阵列单元构成,其中n≥2,每个阵列单元由第一相移器、分束器、2个幅度控制器、第二相移器、正交偏振合束器构成,其中,第一相移器与分束器连接,分束器将光分为两路,第一路连接一个幅度控制器和第二相移器,第二路连接另一个幅度控制器,之后两路通过正交偏振合束器合束并耦合到自由空间输出。

6.根据权利要求5所述的集成全维度高速光场调控的装置,其特征在于,所述每个阵列单元中还包括光延时线,用于调节各个阵列单元具有相同延时以保持时间同步;所述的光场三维空间调控模块为方形分布的阵列结构或者环形分布的阵列结构。

7.根据权利要求5所述的集成全维度高速光场调控的装置,其特征在于,所述相移器是波导型热光或者电光相移器或者过耦合微环相移器;所述幅度控制器是马赫-曾德尔干涉仪或者临界耦合微环或者电吸收效应可调光衰减器或者能提供增益的集成光放大器;所述嵌套马赫-曾德尔干涉仪由分束器、2个马赫-曾德尔干涉仪、π/2相移器、合束器构成,其中,分束器将光分为两路,第一路连接一个马赫-曾德尔干涉仪和π/2相移器,第二路连接另一个马赫-曾德尔干涉仪,之后两路通过合束器合束输出;所述正交偏振合束器是二维光栅或者超材料或者超表面或者表面结构正交偏振合束器。

8.根据权利要求7所述的集成全维度高速光场调控的装置,其特征在于,所述马赫-曾德尔干涉仪由分束器、相移器、合束器构成,其中,分束器将光分为两路,其中一路连接相移器,之后两路通过合束器合束输出;所述过耦合微环相移器由一个直波导和微环耦合构成,微环工作在过耦合状态;所述临界耦合微环由一个直波导和微环耦合构成,微环工作在过耦合状态;所述正交偏振合束器辅助以分布式布拉格反射光栅等反射器以改进耦合输出效率。

9.根据权利要求7所述的集成全维度高速光场调控的装置,其特征在于,所述热光相移器采用在波导上方一段距离覆盖热电阻材料或者利用波导本身因离子注入而掺杂的电阻型波导来改变波导折射率进行热光相移调谐;所述电光相移器根据不同材料体系采用载流子注入型或者载流子耗尽型或者线性电光效应或者二阶电光效应。

10.根据权利要求4至9任一项所述的集成全维度高速光场调控的装置,其特征在于,所述的集成全维度高速光场调控的装置,其光子集成器件材料体系是硅si、二氧化硅sio2、磷化铟inp、砷化镓gaas、铌酸锂linbo3、铌酸锂薄膜、聚合物polymer、表面等离子体、相变材料其中的一种或者多材料混合。


技术总结
本发明公开了一种集成全维度高速光场调控的方法和装置。该方法通过改变光程调控相位,通过光场干涉调控幅度,通过正交偏振光场叠加调控偏振,利用光子集成实现一维时间和三维空间全维度高速光场调控。该装置包括光源、光场一维时间调控模块和光场三维空间调控模块,一维时间调控模块由相移器和幅度控制器或嵌套马赫‑曾德尔干涉仪构成,三维空间调控模块由N×N阵列单元构成,每个单元由分束器、相移器、幅度控制器和正交偏振合束器构成以调控局部幅度、相位和偏振,同时控制N×N阵列单元实现三维空间幅度、相位和偏振调控。本发明可对光场多维度同时、任意、独立调控,尺寸小、响应快、可扩展,可高速可重构产生各种复杂光场并支撑通信和非通信应用。

技术研发人员:王健;郑爽;杜竫
受保护的技术使用者:华中科技大学
技术研发日:2020.08.18
技术公布日:2020.11.27
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