片上空间光调制器、散射聚焦系统及光调制方法技术方案

本申请涉及一种片上空间光调制器、散射聚焦系统及光调制方法。其中，所述片上空间光调制器通过在芯片的一部分结构，即基底上设置由镂空层和填充层组成的核心层来实现高速的空间光调制，由于是集成在光学芯片上，可以与其他光学器件集成在一起，不需要设置额外的光路，降低空间光调制系统的复杂度，同时波导连接的复杂度较低，从而使得整个片上空间光调制器的成本大大降低。器的成本大大降低。器的成本大大降低。

【技术实现步骤摘要】
片上空间光调制器、散射聚焦系统及光调制方法


[0001]本申请涉及光调制设备
，特别是涉及一种片上空间光调制器、散射聚焦系统及光调制方法。

技术介绍

[0002]空间光调制器（Spatial Light Modulator—SLM）是一类能在空间上调制光的强度和相位分布的一种动态光学元件。空间光调制器是需要根据一个目标调制图案通过电信号将光信号投射到调制器上产生光场分布，从而调制成为目标调制图案。最主要的空间光调制器是液晶空间光调制器。可广泛应用到光计算、模式识别、信息处理、显示等领域，具有广阔的应用前景。
[0003]传统液晶空间光调制器是通过SML空间光调制器+光学元件来实现调制的，其调制速度是有限的，随着应用需求的提高，传统液晶空间光调制器越来越不能满足高速调制的需求。并且成本较高。
[0004]这是因为液晶这种材料的响应速度低，耐受功率低。液晶这种材料收到调制电信号之后到做出需要的改变的速度。耐受功率指的是液晶这种材料可以承受的最高功率，也是可以给液晶空间光调制器施加的最高功率另一方面，需要额外的光路，空间光调制系统的复杂度非常高，调制成本较为高昂。因此，迫切需求一种可以实现高速的空间光调制功能，且调制成本较低的空间光调制结构。

技术实现思路

[0005]基于此，有必要针对传统空间光调制器无法满足高速调制的需求，成本高以及复杂度高的问题，提供一种集成于光学芯片之上的片上空间光调制器。
[0006]本申请提供一种片上空间光调制器，所述片上空间光调制器集成于一个光学芯片之上，包括：至少一个输入波导；至少一个调制器，每一个调制器承载于一个输入波导之上；散射结构，包括边缘层和核心层；所述边缘层为围绕所述核心层且贴紧所述核心层设置的片层结构；所述核心层的底面与所述边缘层的底面平齐，所述核心层的高度大于或等于所述边缘层的高度；每一个输入波导均与所述边缘层固定连接；所述核心层包括：镂空层，设置为镂空形状；填充层，填充于所述镂空层的缝隙处；所述镂空层与所述填充层紧密结合，以形成所述核心层。
[0007]进一步地，所述核心层为一个长方体片层，所述边缘层为在中心区域开设有开口的长方体片层，所述开口为长方形，所述核心层嵌入所述开口；所述开口的四条边分别与所
述边缘层的四条边平行。
[0008]进一步地，所述边缘层的折射率大于所述填充层的折射率，所述填充层的折射率大于1，所述镂空层的折射率大于所述填充层的折射率且所述镂空层的折射率小于或等于所述边缘层的折射率。
[0009]进一步地，呈相互平行关系的开口的边与边缘层的边之间的间距位于大于0且小于等于50微米的数值范围内。
[0010]进一步地，所述边缘层的高度位于大于等于100纳米且小于等于1微米之间的数值范围内。
[0011]进一步地，所述核心层的高度大于所述边缘层的高度，且所述核心层的度与所述边缘层的高度的高度差位于大于0且小于等于2微米的数值范围内。
[0012]进一步的，所述核心层的高度等于所述边缘层的高度，所述镂空层的高度位于大于等于50纳米且小于等于边缘层高度的数值范围内。
[0013]进一步地，所述调制器包括：强度调制器，用于调整进入输入波导的输入光的振幅；相位调制器，用于调整进入输入波导的输入光的相位。
[0014]本申请涉及一种片上空间光调制器，通过在光学芯片上集成由镂空层和填充层组成的核心层来实现高速的空间光调制。由于是集成在光学芯片上，可以将核心层与其他光学器件集成在一起，不需要设置额外的光路，降低空间光调制系统的复杂度，同时波导连接的复杂度较低，从而使得整个片上空间光调制器的成本大大降低。
[0015]本申请还提供一种散射聚焦系统，包括：多个光源，每一个光源用于发射一束输入光；如前述内容提及的片上空间光调制器，所述片上空间光调制器中的每一个输入波导与一个光源相对设置，以接收所述光源发射的输入光；所述片上空间光调制器对每一束输入光进行调制，以生成调制后的光信号，所述调制后的光信号从核心层的顶面输出；控制器，与所述片上空间光调制器通信连接，所述控制器用于设置与调控每一个调制器的属性。
[0016]本申请涉及一种散射聚焦系统，通过向片上空间光调制器中不同的输入波导输入不同的输入光，并通过控制器调控输入波导上调制器的属性，使得各个输入波导中光场可以叠加产生复合光，最终输出复合光完成调制并从片上空间光调制器中核心层的顶面输出，发射率高且成本低。
[0017]本申请还提供一种光调制方法，应用于如前述内容提及的散射聚焦系统，所述光调制方法包括：通过控制器设置目标空间光模式，通过控制器将所述目标空间光模式分解为各个输入波导的输出模式，所述目标空间光模式可以由输入波导输出模式展开为如公式1所示形式；
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公式1；其中，为目标空间光模式，n为输入波导的序号，为序号为n的输入
波导的输出模式，为序号为n的输入波导的输出模式中的振幅，为序号为n的输入波导的输出模式中的相位，i是虚数单位；控制器读取各个输入波导的输出模式，依据所述目标空间光模式和各个输入波导的输出模式，以及公式1，计算各个输入波导的输出模式中的振幅和相位；控制器依据各个输入波导的输出模式中的振幅和相位，调整与各个输入波导对应的调制器的参数；开启每一个输入波导对应的光源，输出经各个输入波导对应的调制器调制后的光信号叠加后形成的光信号。
[0018]本申请涉及一种光调制方法，通过对于给定的目标空间光模式，通过不同的输入波导输入不同的光信号，并调节各个输入波导中光场的振幅和相位来叠加产生复合光信号，相对于传统的空间光调制器对单个像素单元的调制，本申请中的片上空间调制器是对不同的独立输出模式的调制，且不同的独立输出模式是线性无关的，不会产生互相串光或互相扰乱影响，可以精确地实现目标空间光模式的完美输出。
附图说明
[0019]图1为本申请一实施例提供的核心层的高度大于边缘层的高度的片上空间光调制器的结构示意图。
[0020]图2为图1提供的片上空间光调制器的一种实施例的剖面图，其中镂空层的高度和填充层的高度相等。
[0021]图3为图1提供的片上空间光调制器的另一种实施例的剖面图，其中镂空层的高度大于填充层的高度。
[0022]图4为本申请一实施例提供的核心层的高度等于边缘层的高度的片上空间光调制器的结构示意图。
[0023]图5为图4提供的片上空间光调制器的剖面图。
[0024]图6为本申请一实施例提供的片上空间光调制器中边缘层的俯视图。
[0025]图7为本申请另一实施例提供的片上空间光调制器中边缘层的俯视图。
[0026]图8为本申请一实施例提供的片上空间光调制器的各输入波导对应的发射效率数据图。
[0027]图9为单一输入波导的输入光信号在散射结构内的光场传播图与相应的辐射远场图。
[0028]图10为多个输入波导复合叠加后生成的光信号在散射结构内的光场传播图与相应的辐射远场本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种片上空间光调制器，其特征在于，所述片上空间光调制器集成于一个光学芯片之上，包括：至少一个输入波导；至少一个调制器，每一个调制器承载于一个输入波导之上；散射结构，包括边缘层和核心层；所述边缘层为围绕所述核心层且贴紧所述核心层设置的片层结构；所述核心层的底面与所述边缘层的底面平齐，所述核心层的高度大于或等于所述边缘层的高度；每一个输入波导均与所述边缘层固定连接；所述核心层包括：镂空层，设置为镂空形状；填充层，填充于所述镂空层的缝隙处；所述镂空层与所述填充层紧密结合，以形成所述核心层。2.根据权利要求1所述的片上空间光调制器，其特征在于，所述核心层为一个长方体片层，所述边缘层为在中心区域开设有开口的长方体片层，所述开口为长方形，所述核心层嵌入所述开口；所述开口的四条边分别与所述边缘层的四条边平行。3.根据权利要求2所述的片上空间光调制器，其特征在于，所述边缘层的折射率大于所述填充层的折射率，所述填充层的折射率大于1，所述镂空层的折射率大于所述填充层的折射率且所述镂空层的折射率小于或等于所述边缘层的折射率。4.根据权利要求3所述的片上空间光调制器，其特征在于，呈相互平行关系的开口的边与边缘层的边之间的间距位于大于0且小于等于50微米的数值范围内。5.根据权利要求4所述的片上空间光调制器，其特征在于，所述边缘层的高度位于大于等于100纳米且小于等于1微米之间的数值范围内。6.根据权利要求5所述的片上空间光调制器，其特征在于，所述核心层的高度大于所述边缘层的高度，且所述核心层的高度与所述边缘层的高度的高度差位于大于0且小于等于2微米的数值范围内。7.根据权利要求6所述的片上空间光调制器，其特征在于，所述核心层的高度等于所述边缘层的高度，所述镂空层的高度...

【专利技术属性】
技术研发人员：张璟，
申请(专利权)人：长沙思木锐信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：