光波导内构建衍射光学元件的方法及光波导

本发明涉及光波导，具体提供一种光波导内构建衍射光学元件的方法及光波导。

背景技术：

1、光电子器件需向小型化、集成化方向快速发展，在此规划的引导下，集成光学得到了广泛关注，其中光波导是集成光学的基础与核心。衍射光学元件则是近些年蓬勃发展的新兴光学元件，通过构造二维分布的衍射单元，每个衍射单元具有特定的形貌、折射率等，能够对光波前相位分布进行精细调控。

2、传统的衍射光学元件多工作在自由空间，整体器件尺寸较大。在光波导中实现衍射光学元件，不仅能够提高衍射光学元件的集成度，而且能将衍射光学元件丰富的光调控手段赋予光波导，提高集成光学的光调控维度，以期实现诸如光子计算等前沿应用。

技术实现思路

1、本发明为解决上述问题，提供了一种光波导内构建衍射光学元件的方法，并具体设计了一种光波导，以具有场致折射率变化特性的材料构建光波导，通过图案化外场驱动，在光波导中实现衍射光学元件，提升了光波导的光调控维度。

2、本发明提供光波导内构建衍射光学元件的方法，在光波导中至少有一层材料具有场致折射率变化特性，通过能量场驱动光波导，能量场的截面形状为能够产生光调制的图案，使该层材料被图案覆盖部分和未被图案覆盖部分形成至少两种不同折射率分布，使光波导的芯层内形成与图案对应的衍射光学元件，通过衍射光学元件对光波导内的光进行调控

3、优选的，具有场致折射率变化特性的材料采用液晶、铌酸锂或硅。

4、优选的，能量场为磁场、电场或热场。

5、优选的，能量场的截面形状由多个三角形、圆形或任意四边形拼接构成。

6、一种光波导，由下至上依次包括衬底层、芯层和包层，其中至少有一层的材料具有场致折射率变化特性；

7、还包括导电层和电极层，电极层上刻蚀有用于产生光调制的图案，导电层和电极层之间形成图案化电场；

8、在图案化电场作用下，具有场致折射率变化特性的材料被图案化电场覆盖部分和未被图案化电场覆盖部分形成两种不同折射率分布，光波导的芯层内形成与图案对应的衍射光学元件。

9、优选的，包层的材料为液晶，在电场作用下使液晶分子的长轴沿电场方向排布，改变其对光折射率。

10、优选的，图案化的电极层为闪耀光栅的形状，闪耀光栅的形状由多个直角三角形拼接构成。

11、与现有技术相比，本发明能够取得如下有益效果：

12、本发明以具有场致折射率变化特性的材料为介质构建光波导，在基础结构上实现了衍射光学元件与光波导的集成，避免了传统衍射光学元件占用空间大、集成度差等问题，实现了衍射光学元件对光波导的光调控，提升了光波导光调控维度。

技术特征：

1.一种光波导内构建衍射光学元件的方法，其特征在于，在光波导中至少有一层材料具有场致折射率变化特性，通过能量场驱动光波导，能量场的截面形状为能够产生光调制的图案，使该层材料被图案覆盖部分和未被图案覆盖部分形成至少两种不同折射率分布，使光波导的芯层内形成与图案对应的衍射光学元件，通过衍射光学元件对光波导内的光进行调控。

2.如权利要求1所述的光波导内构建衍射光学元件的方法，其特征在于，具有场致折射率变化特性的材料采用液晶、铌酸锂或硅。

3.如权利要求1所述的光波导内构建衍射光学元件的方法，其特征在于，能量场为磁场、电场或热场。

4.如权利要求1所述的光波导内构建衍射光学元件的方法，其特征在于，能量场的截面形状由多个三角形、圆形或任意四边形拼接构成。

5.一种光波导，其特征在于，由下至上依次包括衬底层、芯层和包层，其中至少有一层的材料具有场致折射率变化特性；

6.如权利要求5所述的光波导内构建衍射光学元件的方法，其特征在于，包层的材料为液晶，在电场作用下使液晶分子的长轴沿电场方向排布，改变其对光折射率。

7.如权利要求5所述的光波导内构建衍射光学元件的方法，其特征在于，图案化的电极层为闪耀光栅的形状，闪耀光栅的形状由多个直角三角形拼接构成。

技术总结
本发明涉及光波导技术领域，具体提供一种光波导内构建衍射光学元件的方法及光波导，在光波导中至少有一层材料具有场致折射率变化特性，通过图案化的能量场驱动光波导，使该层材料被图案覆盖部分和未被图案覆盖部分形成至少两种不同折射率分布，使光波导的芯层内形成与图案对应的衍射光学元件，通过衍射光学元件对光波导内的光进行调控。本发明以具有场致折射率变化特性的材料为介质构建光波导，在基础结构上实现了衍射光学元件与光波导的集成，避免了传统衍射光学元件占用空间大、集成度差等问题，实现了衍射光学元件对光波导的光调控，提升了光波导光调控维度。

技术研发人员：刁志辉,穆全全,毕泽坤
受保护的技术使用者：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8