專利名稱：微納光纖陣列相干光束合成裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及相干光束合成裝置，尤其涉及一種微納光纖陣列相干光束合成裝置。
背景技術：
一直以來，由于受到光波衍射極限的限制，難以將光束的聚焦光斑減小到波長尺度以下，這制約了光存儲、光刻等技術進一步發展。為了得到更小的聚焦光斑，有兩種技術途徑有可能可以實現一種是在光波衍射極限的條件下加大聚焦透鏡的數值孔徑，這種方法受到材料、加工工藝以及光學系統幾何尺寸的限制，難以進一步減小聚焦光斑的直徑；另一種方法是利用負折射效應的人工電磁材料突破光波的衍射極限，但由于光學波段負折射材料在目前工藝下難以實現，此外這種材料對電磁場的吸收損耗太大限制了這一技術的應用。因此，探索在光學波段實現亞波長聚焦的其他可能技術手段具有現實的必要性，這正是本發明要實現的目標之一。
迄今為止，準直光束的實現都是通過光學透鏡系統來實現，并且控制準直光束的偏轉一般是通過機械轉動光學元件來實現。這種方法難以實現光束的快速偏轉和精確控制。相控陣天線已經被廣泛應用到無線電波的波束合成和偏轉控制中，這種方法通過對每一束無線電波的相位調制實現波束的合成和偏轉控制，借鑒類似的思想，本發明提出一種利用微納光纖陣列實現準直光束合成和偏轉控制的方法。與相控陣天線不同的是，微納光纖陣列能夠通過模式耦合產生超模式，這些超模式能夠產生更特殊的輸出光束。這正是本發明提出的裝置具有的獨特優勢。
發明內容
本發明的目的是提出一種微納光纖陣列相干光束合成裝置。
微納光纖陣列相干光束合成裝置包括光源、光分束器、光強調制器、相位調制器、微納光纖陣列、光纖，光源產生一束相干光，經過光分束器產生多個束光，每個光束經過光強調制器的光強調制和相位調制器的相位調制，將經過調制的多個光束輸入到微納光纖陣列中，經過微納光纖之間的模式耦合形成超模式，最后從微納光纖陣列的端面輸出合成光束，以上各個部分通過光纖連接而成。
所述的光源為激光。微納光纖陣列是由多根微納光纖間隔平行排列而成的陣列。微納光纖是由電介質材料經過拉制工藝形成的直徑在幾個微米到幾百個納米之間的光導纖維。
本發明可以實現亞波長聚焦和準直光束產生和偏轉控制。利用微納光纖陣列實現在波長尺度內對光場的相位和光強進行調制，同時利用微納光纖的模式耦合實現光場的相干合成，從而實現亞波長聚焦、產生準直光束和控制光束偏轉。與通常的透鏡聚焦不同，實現的聚焦光束可以通過光纖傳送最后通過幾個微米的微納光纖束輸出，因此可以將聚焦光束深入到任何一個位置，這在激光直寫光刻、光學存儲以及生物細胞內的激光操作等方面具有重要的應用前景。準直光束的產生以及光束偏轉的控制可以實現光開關、光濾波器等在光纖通信中具有重要的應用前景。
圖1是微納光纖陣列相干光束合成裝置的結構示意圖，圖中光源1、光分束器2、光強調制器3、相位調制器4、微納光纖陣列5、光纖6；圖2是本發明實現亞波長尺度聚焦的實施例的計算機模擬結果示意圖；圖3是本發明實現準直光束的實施例的計算機模擬結果示意圖。
具體實施例方式
如圖1所示，微納光纖陣列相干光束合成裝置包括光源1、光分束器2、光強調制器3、相位調制器4、微納光纖陣列5、光纖6，光源1產生一束相干光，經過光分束器2產生多個束光，每個光束經過光強調制器3的光強調制和相位調制器4的相位調制，將經過調制的多個光束輸入到微納光纖陣列5中，經過微納光纖之間的模式耦合形成超模式，最后從微納光纖陣列的端面輸出合成光束，以上各個部分通過光纖6連接而成。
所述的光源1為激光。微納光纖陣列5是由多根微納光纖間隔平行排列而成的陣列。微納光纖是由電介質材料經過拉制工藝形成的直徑在幾個微米到幾百個納米之間的光導纖維。
微納光纖技術是近年來發展起來的一種新技術，通過適當的工藝可以將直徑250微米的普通光纖可以減小到幾十個納米，而且光傳播的損耗仍然較低。微納光纖可以將光場約束在很小的范圍內，同時當兩根微納光纖相互靠近時，光纖中的光場可以經過模式耦合相互交換。當多根光纖排列成陣列時，這種模式耦合會使得光場在陣列光纖中形成復雜的超模式，這些超模式具有更為復雜的模式場分布。每根微納光纖中的光場經過都經過光強調制器3和相位調制器4的強度和相位調制，這種強度和相位調制會在微納光纖陣列中形成不同的超模不同的超模式。當這些模式從光纖陣列輸出時，會產生各種不同的輸出光束。通過控制光場的相位、強度以及光纖之間的間距和耦合長度，可以得到亞波長聚焦的光束和準直光束，同時通過改變光場之間的相對相位可以控制光束的偏轉。
如圖2所示，在實施例中，微納光纖陣列由11根直徑為300納米的微納光纖組成，光纖之間的間距為25納米，光纖的材料為SiO2。對光纖中的光強和相位進行適當調制時，對波長為400納米的光束進行聚焦可以獲得180納米的光斑直徑。
如圖3所示，在實施例中，微納光纖陣列由11根直徑為300納米的微納光纖組成，光纖之間的間距為61納米，光纖的材料為SiO2。將相鄰光纖中光場的相位調制為180度，并且強度也進行適當調制時，會產生兩束準直度非常高的光束。
權利要求
1.一種微納光纖陣列相干光束合成裝置，其特征在于包括光源(1)、光分束器(2)、光強調制器(3)、相位調制器(4)、微納光纖陣列(5)、光纖(6)，光源(1)產生一束相干光，經過光分束器(2)產生多個束光，每個光束經過光強調制器(3)的光強調制和相位調制器(4)的相位調制，將經過調制的多個光束輸入到微納光纖陣列(5)中，經過微納光纖之間的模式耦合形成超模式，最后從微納光纖陣列的端面輸出合成光束，以上各個部分通過光纖(6)連接而成。
2.如權利要求1所述的一種微納光纖陣列相干光束合成裝置，其特征在于所述的光源(1)為激光。
3.如權利要求1所述的一種微納光纖陣列相干光束合成裝置，其特征在于所述的微納光纖陣列(5)是由多根微納光纖間隔平行排列而成的陣列。
4.如權利要求3所述的一種微納光纖陣列相干光束合成裝置，其特征在于所述的微納光纖是由電介質材料經過拉制工藝形成的直徑在幾個微米到幾百個納米之間的光導纖維。
全文摘要
本發明公開了一種微納光纖陣列相干光束合成裝置。它包括光源、光分束器、光強調制器、相位調制器、微納光纖陣列、光纖，光源產生一束相干光，經過光分束器產生多個束光，每個光束經過光強調制器的光強調制和相位調制器的相位調制，將經過調制的多個光束輸入到微納光纖陣列中，經過微納光纖之間的模式耦合形成超模式，最后從微納光纖陣列的端面輸出合成光束，以上各個部分通過光纖連接而成。本發明可以實現亞波長聚焦和準直光束產生和偏轉控制。實現的聚焦光束在激光直寫光刻、光學存儲以及生物細胞內的激光操作等方面具有重要的應用前景。實現的準直光束以及光束偏轉的控制可以實現光開關、光濾波器等在光纖通信中具有重要的應用前景。
文檔編號G02F1/01GK101071190SQ200710069329
公開日2007年11月14日 申請日期2007年6月15日 優先權日2007年6月15日
發明者符建, 童利民, 劉旭 申請人:浙江大學