專利名稱：一種微納光纖陣列相干光束合成裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型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(shù)：
一直以來(lái)，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(zhǎng)尺度以下，這制約了光存儲(chǔ)、光刻等技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展。為了得到更小的聚 焦光斑，有兩種技術(shù)途徑有可能可以實(shí)現(xiàn) 一種是在光波衍射極限的條件下加 大聚焦透鏡的數(shù)值孔徑，這種方法受到材料、加工工藝以及光學(xué)系統(tǒng)幾何尺寸
的限制，難以進(jìn)一步減小聚焦光斑的直徑；另一種方法是利用負(fù)折射效應(yīng)的人
工電磁材料突破光波的衍射極限，但由于光學(xué)波段負(fù)折射材料在目前工藝下難 以實(shí)現(xiàn)，此外這種材料對(duì)電磁場(chǎng)的吸收損耗太大限制了這一技術(shù)的應(yīng)用。因此， 探索在光學(xué)波段實(shí)現(xiàn)亞波長(zhǎng)聚焦的其他可能技術(shù)手段具有現(xiàn)實(shí)的必要性，這正 是本實(shí)用新型要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)之一。
迄今為止，準(zhǔn)直光束的實(shí)現(xiàn)都是通過(guò)光學(xué)透鏡系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，并且控制準(zhǔn)直 光束的偏轉(zhuǎn)一般是通過(guò)機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)光學(xué)元件來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種方法難以實(shí)現(xiàn)光束的快 速偏轉(zhuǎn)和精確控制。相控陣天線已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到無(wú)線電波的波束合成和偏轉(zhuǎn) 控制中，這種方法通過(guò)對(duì)每一束無(wú)線電波的相位調(diào)制實(shí)現(xiàn)波束的合成和偏轉(zhuǎn)控 制，借鑒類似的思想，本實(shí)用新型提出一種利用微納光纖陣列實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)直光束合 成和偏轉(zhuǎn)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(guò)模式耦 合產(chǎn)生超模式，這些超模式能夠產(chǎn)生更特殊的輸出光束。這正是本實(shí)用新型提 出的裝置具有的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。 發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是為了克服光波衍射極限的限制，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(qiáng)調(diào)制器、相位 調(diào)制器、微納光纖陣列、光纖，光源產(chǎn)生一柬相干光，經(jīng)過(guò)光分束器產(chǎn)生多個(gè) 束光，每個(gè)光束經(jīng)過(guò)光強(qiáng)調(diào)制器的光強(qiáng)調(diào)制和相位調(diào)制器的相位調(diào)制，將經(jīng)過(guò) 調(diào)制的多個(gè)光束輸入到微納光纖陣列中，經(jīng)過(guò)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(gè)部分通過(guò)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(zhì)材料經(jīng)過(guò)拉制工藝形成的直徑在幾個(gè)微米到幾百個(gè) 納米之間的光導(dǎo)纖維。
本實(shí)用新型可以實(shí)現(xiàn)亞波長(zhǎng)聚焦和準(zhǔn)直光束產(chǎn)生和偏轉(zhuǎn)控制。利用微納光 纖陣列實(shí)現(xiàn)在波長(zhǎng)尺度內(nèi)對(duì)光場(chǎng)的相位和光強(qiáng)進(jìn)行調(diào)制，同時(shí)利用微納光纖的 模式耦合實(shí)現(xiàn)光場(chǎng)的相干合成，從而實(shí)現(xiàn)亞波長(zhǎng)聚焦、產(chǎn)生準(zhǔn)直光束和控制光 束偏轉(zhuǎn)。與通常的透鏡聚焦不同，實(shí)現(xiàn)的聚焦光束可以通過(guò)光纖傳送最后通過(guò) 幾個(gè)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(gè)位置，這在 激光直寫光刻、光學(xué)存儲(chǔ)以及生物細(xì)胞內(nèi)的激光操作等方面具有重要的應(yīng)用前 景。準(zhǔn)直光束的產(chǎn)生以及光束偏轉(zhuǎn)的控制可以實(shí)現(xiàn)光開關(guān)、光濾波器等在光纖 通信中具有重要的應(yīng)用前景。

圖l是微納光纖陣列相干光束合成裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中光源l、光分 束器2、光強(qiáng)調(diào)制器3、相位調(diào)制器4、微納光纖陣列5、光纖6;
圖2是本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)亞波長(zhǎng)尺度聚焦的實(shí)施例的計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果示意圖； 圖3是本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)直光束的實(shí)施例的計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果示意圖。
具體實(shí)施方式

如圖1所示，微納光纖陣列相干光束合成裝置包括光源l、光分束器2、光 強(qiáng)調(diào)制器3、相位調(diào)制器4、微納光纖陣列5、光纖6，光源l產(chǎn)生一束相干光， 經(jīng)過(guò)光分束器2產(chǎn)生多個(gè)束光，每個(gè)光束經(jīng)過(guò)光強(qiáng)調(diào)制器3的光強(qiáng)調(diào)制和相位 調(diào)制器4的相位調(diào)制，將經(jīng)過(guò)調(diào)制的多個(gè)光束輸入到微納光纖陣列5中，經(jīng)過(guò) 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(gè)部分通過(guò)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(zhì)材料經(jīng)過(guò)拉制工藝形成的直徑在幾個(gè)微米到幾 百個(gè)納米之間的光導(dǎo)纖維。
微納光纖技術(shù)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新技術(shù)，通過(guò)適當(dāng)?shù)墓に嚳梢詫⒅?徑250微米的普通光纖可以減小到幾十個(gè)納米，而且光傳播的損耗仍然較低。 微納光纖可以將光場(chǎng)約束在很小的范圍內(nèi)，同時(shí)當(dāng)兩根微納光纖相互靠近時(shí)， 光纖中的光場(chǎng)可以經(jīng)過(guò)模式耦合相互交換。當(dāng)多根光纖排列成陣列時(shí)，這種模 式耦合會(huì)使得光場(chǎng)在陣列光纖中形成復(fù)雜的超模式，這些超模式具有更為復(fù)雜 的模式場(chǎng)分布。每根微納光纖中的光場(chǎng)經(jīng)過(guò)都經(jīng)過(guò)光強(qiáng)調(diào)制器3和相位調(diào)制器4的強(qiáng)度和相位調(diào)制，這種強(qiáng)度和相位調(diào)制會(huì)在微納光纖陣列中形成不同的超模 不同的超模式。當(dāng)這些模式從光纖陣列輸出時(shí)，會(huì)產(chǎn)生各種不同的輸出光束。 通過(guò)控制光場(chǎng)的相位、強(qiáng)度以及光纖之間的間距和耦合長(zhǎng)度，可以得到亞波長(zhǎng) 聚焦的光束和準(zhǔn)直光束，同時(shí)通過(guò)改變光場(chǎng)之間的相對(duì)相位可以控制光束的偏轉(zhuǎn)。
如圖2所示，在實(shí)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Si02。對(duì)光纖中的光強(qiáng)和相 位進(jìn)行適當(dāng)調(diào)制時(shí)，對(duì)波長(zhǎng)為400納米的光束進(jìn)行聚焦可以獲得180納米的光
斑直徑。
如圖3所示，在實(shí)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Si02。將相鄰光纖中光場(chǎng)的 相位調(diào)制為180度，并且強(qiáng)度也進(jìn)行適當(dāng)調(diào)制時(shí)，會(huì)產(chǎn)生兩束準(zhǔn)直度非常高的光束。
權(quán)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(qiáng)調(diào)制器(3)、相位調(diào)制器(4)、微納光纖陣列(5)、光纖(6)，光源(1)產(chǎn)生一束相干光，經(jīng)過(guò)光分束器(2)產(chǎn)生多個(gè)束光，每個(gè)光束經(jīng)過(guò)光強(qiáng)調(diào)制器(3)的光強(qiáng)調(diào)制和相位調(diào)制器(4)的相位調(diào)制，將經(jīng)過(guò)調(diào)制的多個(gè)光束輸入到微納光纖陣列(5)中，經(jīng)過(guò)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(gè)部分通過(guò)光纖(6)連接而成。
2. 如權(quán)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(l)為激光。
3. 如權(quán)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(quán)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(zhì)材料經(jīng)過(guò)拉制工藝形成的直徑在幾個(gè)微米到幾百個(gè)納米 之間的光導(dǎo)纖維。
專利摘要本實(shí)用新型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(qiáng)調(diào)制器、相位調(diào)制器、微納光纖陣列、光纖，光源產(chǎn)生一束相干光，經(jīng)過(guò)光分束器產(chǎn)生多個(gè)束光，每個(gè)光束經(jīng)過(guò)光強(qiáng)調(diào)制器的光強(qiáng)調(diào)制和相位調(diào)制器的相位調(diào)制，將經(jīng)過(guò)調(diào)制的多個(gè)光束輸入到微納光纖陣列中，經(jīng)過(guò)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(gè)部分通過(guò)光纖連接而成。本實(shí)用新型可以實(shí)現(xiàn)亞波長(zhǎng)聚焦和準(zhǔn)直光束產(chǎn)生和偏轉(zhuǎn)控制。實(shí)現(xiàn)的聚焦光束在激光直寫光刻、光學(xué)存儲(chǔ)以及生物細(xì)胞內(nèi)的激光操作等方面具有重要的應(yīng)用前景。實(shí)現(xiàn)的準(zhǔn)直光束以及光束偏轉(zhuǎn)的控制可以實(shí)現(xiàn)光開關(guān)、光濾波器等在光纖通信中具有重要的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)G02B6/04GK201141923SQ200720110680
公開日2008年10月29日 申請(qǐng)日期2007年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月15日
發(fā)明者旭 劉, 童利民, 建 符 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)