本發(fā)明涉及光纖通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種實(shí)現(xiàn)空間光色散的裝置及方法。

背景技術(shù)：

空間光色散是通過光學(xué)儀器將不同波長(zhǎng)的光發(fā)散到空間的不同位置，即實(shí)現(xiàn)了頻率到空間的變換、映射，其對(duì)于空間光學(xué)的研究與應(yīng)用有著重要作用。傳統(tǒng)的空間光色散方案可以通過分立器件，如棱鏡、光柵等來實(shí)現(xiàn)。

基于分立器件光柵的色散方案，利用衍射光柵的單光束衍射和多光束干涉來實(shí)現(xiàn)色散。光柵有很多種，反射光柵、透射光柵、平面光柵、凹面光柵等等。光柵現(xiàn)有的加工技術(shù)能在高精度光柵元件面上實(shí)現(xiàn)非常高的單位刻線數(shù)和刻劃面積，而且可以在全光譜段上正常工作。不同色光入射到光柵上，衍射角不同，因此可以實(shí)現(xiàn)光束的色散效果。同樣，對(duì)于光柵色散元件來說，也需要考慮如何消除光譜級(jí)次的重疊效應(yīng)。光柵色散的分辨率主要受限于光柵的刻線數(shù)，而光柵常數(shù)和光譜級(jí)次影響其角色散率。這種光柵的方案的頻率分辨率，受限于光柵的刻線密度，要實(shí)現(xiàn)較高的頻率分辨率需要更大的尺寸，而且，色散空間排布比較局限，無法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的空間色散分布。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種實(shí)現(xiàn)空間光色散的裝置及方法，能夠在確保較高頻率分辨率的情況下實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的空間色散分布。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種實(shí)現(xiàn)空間光色散的裝置，該裝置包括：

集成的片上分光器，用于將包括N個(gè)頻率的光信號(hào)按不同的頻率在芯片平 面上分離成N個(gè)不同光路的光信號(hào)，從輸出波導(dǎo)口輸出；

N個(gè)光天線發(fā)射器，每個(gè)光天線發(fā)射器與所述集成的片上分光器的每個(gè)輸出波導(dǎo)口對(duì)應(yīng)連接，用于將不同頻率對(duì)應(yīng)的光路的光信號(hào)輸出到芯片平面外的空間不同位置上；N為不小于2的自然數(shù)。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明還提供了一種實(shí)現(xiàn)空間光色散的方法，該方法包括：

將包括N個(gè)頻率的光信號(hào)按不同的頻率在芯片平面上分離成N個(gè)不同光路的光信號(hào)；

將不同頻率對(duì)應(yīng)的光路的光信號(hào)輸出到芯片平面外的空間不同位置上。

綜上所述，本發(fā)明通過集成的片上分光器將不同頻率的光信號(hào)分離到不同的輸出波導(dǎo)口，再通過設(shè)置不同的光天線發(fā)射器的位置來實(shí)現(xiàn)不同的空間位置的光色散?，F(xiàn)有技術(shù)中，依據(jù)分立器件光柵實(shí)現(xiàn)空間光色散，色散空間排布比較局限，而本發(fā)明中關(guān)鍵可以根據(jù)需要，任意設(shè)置各個(gè)光天線發(fā)射器的位置，來實(shí)現(xiàn)不同的空間位置的光色散。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)現(xiàn)空間光色散的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為集成的片上分光器采用陣列波導(dǎo)光柵，光天線發(fā)射器采用光柵發(fā)射器實(shí)現(xiàn)空間光色散的示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下參照附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明方案作進(jìn)一步地詳細(xì)說明。

本發(fā)明通過集成的片上分光器將不同頻率的光信號(hào)分離到不同的輸出波導(dǎo)口，再通過設(shè)置不同的光天線發(fā)射器的位置來實(shí)現(xiàn)不同的空間位置的光色散?，F(xiàn)有技術(shù)中，依據(jù)分立器件光柵實(shí)現(xiàn)空間光色散，色散空間排布比較局限，而本發(fā)明中關(guān)鍵可以根據(jù)需要，任意設(shè)置各個(gè)光天線發(fā)射器的位置， 來實(shí)現(xiàn)不同的空間位置的光色散。

圖1為本發(fā)明實(shí)現(xiàn)空間光色散的裝置結(jié)構(gòu)示意圖，該裝置包括：集成的片上分光器101和N個(gè)光天線發(fā)射器102，其中，集成的片上分光器101和N個(gè)光天線發(fā)射器102都集成在芯片上。

集成的片上分光器101，用于將包括N個(gè)頻率的光信號(hào)按不同的頻率在芯片平面上分離成N個(gè)不同光路的光信號(hào)，從輸出波導(dǎo)口輸出；

N個(gè)光天線發(fā)射器102，每個(gè)光天線發(fā)射器與所述集成的片上分光器的每個(gè)輸出波導(dǎo)口對(duì)應(yīng)連接，用于將不同頻率對(duì)應(yīng)的光路的光信號(hào)輸出到芯片平面外的空間不同位置上；N為不小于2的自然數(shù)。

其中，集成的片上分光器可以是陣列波導(dǎo)光柵，或者微環(huán)陣列等。其他能夠?qū)崿F(xiàn)多波長(zhǎng)濾波的功能器件都在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。光天線發(fā)射器可以為光柵發(fā)射器，或者金/銀納米粒子光天線發(fā)射器等。

下面簡(jiǎn)單介紹一下陣列波導(dǎo)光柵，陣列波導(dǎo)光柵是一種角色散型光無源器件，它基于平面光波回路技術(shù)，在1988年由荷蘭Delf大學(xué)的M.K.Smit提出，之后日本的NTT公司正式將它命名為陣列波導(dǎo)光柵。陣列波導(dǎo)光柵由輸入波導(dǎo)、輸出波導(dǎo)、陣列波導(dǎo)和兩個(gè)平板波導(dǎo)(自由傳播區(qū)域)組成，并集成在同一襯底上。陣列波導(dǎo)光柵由于自身的多功能性能、低的制作成本、與半導(dǎo)體光器件的集成等優(yōu)點(diǎn)，使之成為光纖通信和未來光子網(wǎng)絡(luò)中的重要元件。陣列波導(dǎo)光柵的工作原理是，當(dāng)多波長(zhǎng)/寬頻帶的光信號(hào)被耦合到陣列波導(dǎo)光柵的輸入波導(dǎo)時(shí)，在羅蘭圓上，多波長(zhǎng)/寬頻帶的光信號(hào)將聚焦在平板波導(dǎo)內(nèi)并產(chǎn)生衍射的高斯束，衍射的高斯束投射到陣列波導(dǎo)的輸入口。在陣列波導(dǎo)內(nèi)，由于任何相鄰陣列波導(dǎo)都有相等的長(zhǎng)度差ΔL，這種結(jié)構(gòu)將使陣列波導(dǎo)中傳輸?shù)亩嗖ㄩL(zhǎng)/寬頻帶光信號(hào)產(chǎn)生與波長(zhǎng)相關(guān)的不同相位差(相位延遲)，相應(yīng)于ΔL的相位偏移將強(qiáng)加在每個(gè)波導(dǎo)中傳輸?shù)墓庑盘?hào)上，使每個(gè)給定波長(zhǎng)的信號(hào)以不同的波前傾斜聚焦在輸出平板波導(dǎo)的焦線上。如果通過設(shè)計(jì)正好把輸出波導(dǎo)的端口定位在輸出平板波導(dǎo)焦線上，則不同波前傾斜的光信號(hào)便耦合到輸出波導(dǎo)的不同信道中，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)不同波長(zhǎng)/頻譜分量在 空間上分離的功能。

圖2為集成的片上分光器采用陣列波導(dǎo)光柵，光天線發(fā)射器采用光柵發(fā)射器實(shí)現(xiàn)空間光色散的示意圖。需要注意的是，陣列波導(dǎo)光柵主要用于將不同頻率的光信號(hào)在芯片平面上分離，從圖2可以看出，不同頻率的光信號(hào)從各個(gè)輸出波導(dǎo)口輸出時(shí)，仍然在同一芯片平面內(nèi)，呈線性排布。因此，本發(fā)明將每個(gè)陣列波導(dǎo)光柵的輸出波導(dǎo)口對(duì)應(yīng)連接一個(gè)光天線發(fā)射器如光柵發(fā)射器，通過設(shè)置各個(gè)光天線發(fā)射器的位置，把各個(gè)頻率的光信號(hào)發(fā)射到芯片平面外的任意位置上。該實(shí)施例中，假設(shè)包括5個(gè)不同頻率的光信號(hào)，經(jīng)過本發(fā)明的陣列波導(dǎo)光柵，在芯片平面上分離成5個(gè)不同光路的光信號(hào)，然后每個(gè)光柵發(fā)射器向芯片上方發(fā)射對(duì)應(yīng)頻率的光信號(hào)，在芯片上方的探測(cè)平面上形成五邊形形狀的空間光色散。

本發(fā)明實(shí)施例實(shí)現(xiàn)空間光色散的裝置的分辨率由陣列波導(dǎo)光柵的分辨率決定，主要決定于陣列波導(dǎo)光柵的出射端的端口間隔、衍射級(jí)次和平板波段焦距。同理，如果實(shí)現(xiàn)空間光色散的裝置中集成的片上分光器采用微環(huán)陣列，則實(shí)現(xiàn)空間光色散的裝置的分辨率由微環(huán)的分辨率決定。

不同頻率光信號(hào)的空間排布由光天線發(fā)射器的排布決定，并且不同頻率光信號(hào)的出射角度由光天線發(fā)射器的周期、占空比、刻蝕深度等因素決定。這里，由于光天線發(fā)射器具有一定的發(fā)散角，因此在一定的出射高度，相鄰的光天線發(fā)射器發(fā)射的光信號(hào)會(huì)相交混疊，這個(gè)探測(cè)的出射高度由光天線發(fā)射器的發(fā)散角和相鄰兩個(gè)光天線發(fā)射器的間隔決定。所以實(shí)際探測(cè)中需要引入微透鏡陣列對(duì)輸出光信號(hào)進(jìn)行準(zhǔn)直后探測(cè)，微透鏡陣列要在光天線發(fā)射器發(fā)射的光信號(hào)有交疊之前進(jìn)行準(zhǔn)直，所以，光天線發(fā)射器的發(fā)散角和相鄰兩個(gè)光天線發(fā)射器的間隔決定了微透鏡陣列的高度，通過在芯片上方設(shè)置微透鏡陣列可以實(shí)現(xiàn)較平穩(wěn)的不同頻率的光信號(hào)的空間分布輸出。

所以，優(yōu)選地，實(shí)現(xiàn)空間光色散的裝置進(jìn)一步包括：微透鏡陣列103，設(shè)置于從光天線發(fā)射器輸出的光信號(hào)的接收方向上，用于對(duì)每路輸出光信號(hào)進(jìn)行準(zhǔn)直。

基于上述實(shí)現(xiàn)空間光色散的裝置，本發(fā)明提出一種實(shí)現(xiàn)空間光色散的方法，該方法包括：

步驟31、將包括N個(gè)頻率的光信號(hào)按不同的頻率在芯片平面上分離成N個(gè)不同光路的光信號(hào)；

步驟32、將不同頻率對(duì)應(yīng)的光路的光信號(hào)輸出到芯片平面外的空間不同位置上。

優(yōu)選地，該方法進(jìn)一步包括：對(duì)每路輸出光信號(hào)進(jìn)行準(zhǔn)直。

本發(fā)明提供的技術(shù)方案，會(huì)帶來如下好處：

一、與現(xiàn)有技術(shù)的分立器件光柵相比，在相同頻率分辨率的情況下，裝置尺寸可以更小。

二、由于光天線發(fā)射器的位置可以任意排布，所以實(shí)現(xiàn)空間光色散的空間排布就更靈活，可以實(shí)現(xiàn)任意復(fù)雜的空間色散分布。

三、微透鏡陣列的設(shè)置，可以實(shí)現(xiàn)較平穩(wěn)的不同頻率的光信號(hào)的空間分布輸出。

以上，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。