【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及硅基光电子学，更为具体来说，本专利技术为一种基于硅基光学芯片的光学捕捉与操控的集成光学系统。
技术介绍
1、传统的光学镊子系统依赖于体积较大的光学元件，通常用于微粒和细胞的非接触操纵。但它们的成本高、复杂度高，并且需要复杂的实验室设备。这种局限性限制了它们的广泛应用。以往的光学镊子技术要么结构复杂体积庞大、要么捕捉距离受限和动态操控能力不足，难以实现对目标的非机械式精确操控。
2、集成光学镊子则为解决这些问题提供了潜力，可以实现紧凑、低成本的光学操控系统。然而，之前的集成光学镊子技术主要局限于芯片表面附近的微米级工作距离，并且大多数都是被动捕捉功能，限制了其在细胞实验中的适用性。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提出一种集成光学镊子，可以实现对光学势阱进行更精确的控制。
2、为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、本专利技术所提供的一种集成光学镊子，包括：
4、增益芯片，用于充当外腔激光器系统中的激光增益源；
5、硅基光学芯片，与增益芯片之间通过异构方式进行集成；
6、硅基光学芯片内包括有端面耦合器、2×2多模干涉耦合器、微环滤波器、多个1×2多模干涉耦合器以及多个天线发射阵元；
7、端面耦合器与增益芯片的输出端连接，用于接收增益芯片所产生的光束并传导至2×2多模干涉耦合器、再传导致微环滤波器进行滤波从而调整光束波长；
8、滤波后的光束经过多个1×2多模干涉
9、分束后的光束在天线发射阵元调整相位后通过光栅天线结构发射到空间。
10、优选的，增益芯片包括增益芯片电极以及增益芯片本体，其中：
11、通过在增益芯片电极注入电流，使增益芯片本体进入工作状态；
12、增益芯片本体的一端面带有高反射率涂层，另一端面反射率稍低的反射涂层，增益芯片产生的光束通过较低反射端面输出，并通过弯曲波导对外进行耦合。
13、优选的，硅基光学芯片内还包括端面耦合器，端面耦合器采用硅波导的taper结构；
14、端面耦合器和增益芯片进行模场匹配，用于导入增益芯片产生的光束；
15、端面耦合器采用预设的倾角，以防止端面耦合过程中的反射光进入。
16、优选的，微环滤波器包括：
17、硅基波导，为直波导或弯曲波导；
18、微环谐振器，包括微环波导结构，微环波导结构上方设有形状和微环波导相似、宽度较宽的氮化钛结构，微环波导结构下方设有二氧化硅材料构成的box层，box层下方为硅基衬底；
19、微环滤波器控制电极，用于接收外部电流并加载至微环谐振器中的氮化钛结构中；
20、氮化钛结构在电流作用下产生热量后改变局部温度场，通过局部温度场改变微环波导结构的有效折射率，进而改变光束的谐振波长以调整光束输出波长；
21、通过调整光束输出波长控制光栅天线结构的色散方向，进而控制光束在x方向的焦点位置。
22、优选的，天线发射阵元包括：
23、mzi结构，采用2个1×2mmi多模干涉耦合器以及一个一类移相器构成，通过一类移相器改变其中一根波导中光束的相位，在干涉作用下控制输出光束的能量；
24、二类移相器，设置在mzi结构的输出端上，用于控制输入到光栅天线结构中光束的相位，以控制光栅天线结构在近场相干相长的位置，进而控制焦点位置；
25、光栅天线结构由硅基波导组成，为周期性的围绕结构。
26、优选的，一类移相器包括基于热光的移相器或基于电光的移相器；
27、基于热光的移相器通过改变局部温度，从而改变局部有效折射率来控制光学相位；
28、基于电光的移相器通过改变载流子的浓度来改变有效折射，进而控制光学相位；
29、通过一类移相器内设置的移相器电极接收外部施加的电压或电流来改变局部温度或载流子的浓度。
30、优选的，多个天线发射阵元对应的多根光栅天线结构组合成阵列天线，通过对阵列天线中每根光栅天线结构各自对应的二类移相器对光束的相位的调整，控制光束在y方向的相干位置。
31、优选的，由硅基光学芯片发射到空间中的光束产生的近场电场分布用近场的准阵列因子模型来近似：
32、
33、其中，n表示光栅天线结构总的阵列数，an表示第n根光栅天线结构的振幅，rn表示第n根光栅天线结构到目标焦点(x，y，z)的距离，λ为光波导中传输的波长，φn为第n根光栅天线结构需要调节的相位；
34、
35、采用类透镜的双曲元素相位分布时，第n根光栅天线结构到焦点的距离ln计算如下：
36、
37、其中，fz表示期望的焦距。
38、本专利技术至少取得了以下有益效果：
39、1.实现片上的光的梯度力和辐射压控制，并和现有的cmos芯片技术相结合，可大大缩小系统体积和成本，对光学镊子技术通过聚焦光束实现对微小颗粒或细胞的非接触捕捉和操作提供了更高的灵活性。
40、2.通过调节微环谐振器和二类移相器可以精确控制光波的波长和相位，通过控制一类移相器可以精确控制每根天线的幅度，进而控制光的梯度力和辐射压，实现了高精度的动态光学捕捉。
41、本专利技术的其他优点、目标和特征将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上对本领域技术人员而言是显而易见的，或者本领域技术人员可以从本专利技术的实践中得到教导。本专利技术的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
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1.一种集成光学镊子，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种集成光学镊子，其特征在于，增益芯片(1)包括增益芯片电极(101)以及增益芯片本体(102)，其中：
3.根据权利要求1所述的一种集成光学镊子，其特征在于，硅基光学芯片(2)内还包括端面耦合器(201)，端面耦合器(201)采用硅波导的Taper结构；
4.根据权利要求1所述的一种集成光学镊子，其特征在于，微环滤波器包括：
5.根据权利要求1所述的一种集成光学镊子，其特征在于，天线发射阵元包括：
6.根据权利要求5所述的一种集成光学镊子，其特征在于，一类移相器(208)包括基于热光的移相器或基于电光的移相器；
7.根据权利要求1所述的一种集成光学镊子，其特征在于，多个天线发射阵元对应的多根光栅天线结构(210)组合成阵列天线，通过对阵列天线中每根光栅天线结构(210)各自对应的二类移相器(209)对光束的相位的调整，控制光束在Y方向的相干位置。
8.根据权利要求1所述的一种集成光学镊子，其特征在于，由硅基光学芯片(2)发射到空间
...【技术特征摘要】
1.一种集成光学镊子，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种集成光学镊子，其特征在于，增益芯片(1)包括增益芯片电极(101)以及增益芯片本体(102)，其中：
3.根据权利要求1所述的一种集成光学镊子，其特征在于，硅基光学芯片(2)内还包括端面耦合器(201)，端面耦合器(201)采用硅波导的taper结构；
4.根据权利要求1所述的一种集成光学镊子，其特征在于，微环滤波器包括：
5.根据权利要求1所述的一种集成光学镊子，其特征在于，天线发射阵元包括：
<...【专利技术属性】
技术研发人员：余华，蒋平，陈冠宇，贺从勇，葛邦同，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：
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