可見光合波器制造技術

本發明專利技術適用于光學技術領域，提供了一種可見光合波器，所述可見光合波器包括至少兩個級聯的耦合器；各級耦合器一體成型。本發明專利技術提供的可見光合波器采用一體成型的波導結構，可實現兩波長或三波長或更多波長的光信號的合成或分離。這種波導型光合波器具有結構簡單緊湊，集成度高的特點，有利于激光光源的微型化和低成本。在激光顯示、激光成像、激光照明等領域有著誘人的應用前景，具有重要的科學研究意義和應用價值。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于集成光子器件
，尤其涉及一種可見光合波器。
技術介紹
激光顯示采用高色飽和度的三基色激光作為顯示光源，是繼黑白顯示、彩色顯示、數字高清顯示之后的第四代顯示技術，由于激光顯示具有色域范圍廣、壽命長、環保、節能等優點，被認為是顯示領域的一次革命。使用三基色激光光源，需要合波系統，目前市場上主流的合波系統有空間光合波以及光纖熔融拉錐合波?？臻g光合波系統結構復雜，調整難度大，對器件的要求偏高，同時對環境穩定性的要求也很高，以至于成本整體偏高并且體積較大；而光纖熔融拉錐合波系統的結構相對簡單，但是由于存在軸向損耗，所以在合波效率方面存在一定的問題。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題在于提供一種結構緊湊、集成度高、工作效率較高的可見光合波器。本專利技術是這樣實現的，一種可見光合波器，所述可見光合波器包括至少兩個級聯的耦合器；各級耦合器一體成型。進一步地，所述各級耦合器以波導結構形成于同一襯底上，所述波導結構包括折射率較高的芯層和折射率較低的包層。所述可見光合波器用于可見光的分波、合波，所述芯層為SiC層，所述包層為SiO2層。 進一步地，每級耦合器的第一端具有兩波導端口，第二端具有一波導端口 ；且每級率禹合器第二端的波導端口同時作為其下一級稱合器的第一端的一個波導端口。進一步地，所述各級耦合器為多模干涉耦合器或定向耦合器。進一步地，所述多模干涉耦合器的兩個波導端口之間具有多模波導；對于處在第N級的多t旲干涉稱合器，其多t旲波導的長度Lmmi 兩足如下關系式ILmmi=Ii1SLii fnJLπ2=......=ηΝ3Ι^Ν=ηΝ+13 πΝ+1,其中，Li^Lji2'......^Liin分別為第N級多模干涉稱合器第一端的一個波導端口輸入/輸出的N個波長所對應的拍長,Llliw為第N級多模干涉稱合器第一端另一個波導端口輸入/輸出的第Ν+1個波長所對應的拍長，H1^n2........ηΝ、ηΝ+1均為整數，且叫、n2、.......ηΝ為奇數而ηΝ+1為偶數，或者叫、n2、.......ηΝ為偶數而ηΝ+1為奇數。進一步地，所述定向耦合器的兩個波導端口之間具有定向耦合區；對于處在第M級的定向I禹合器，其定向I禹合區的長度Ld滿足如下關系式......=mMLCM=mM+1Lcjm，其中，......>Lcn分別為第M級定向I禹合器第一端的一個波導端口輸入/輸出的M個波長所對應的稱合長度，Lcm+1為第M級定向稱合器第一端另一個波導端口輸入/輸出的第M+1個波長所對應的稱合長度，Ii^nv......、mM、mM+1均為整數,且m、m2、......、mM為奇數而mM+1為偶數,或者......、mM為偶數而mM+1為奇數。本專利技術提供的可見光合波器采用一體成型的波導結構，可實現兩波長或三波長或更多波長的光信號的合成或分離。這種波導型光合波器具有結構簡單緊湊，集成度高的特點，有利于激光光源的微型化和低成本。而且，因為本專利技術涉及的合波器是集成化的器件，不用分立器件的級聯，分立器件級聯會涉及到光能損失最終影響效率。附圖說明圖1是本專利技術提供的可見光合波器的光學結構；圖2是本專利技術提供的多模干涉耦合器的芯層光學結構；圖3是本專利技術提供的定向耦合器的芯層光學結構。具體實施例方式為了使本專利技術的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本專利技術進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本專利技術，并不用于限定本專利技術。本專利技術提供的可見光合波器采用一體成型的波導結構，可實現兩波長或三波長或更多波長的光信號的合成或分離，尤其可用于RGB三基色激光光源。如圖1所示，本專利技術提供的可見光合波器包括至少兩級級聯的第一級耦合器和第二級耦合器，各級耦合器以波導結構形成于同一襯底上，從物理層看，波導結構包括折射率較高的芯層和折射率較低的包層，這樣光才限制在高折射率芯層傳播。當用于可見光的分波、合波時，本專利技術的芯層為SiC層，包層為SiO2層，在光波段，SiO2層的折射率比SiC小，光被限制在SiC層傳播。各級耦合器一體成型，可見光合波器為一集成器件。以圖1中示出的可見光合波器的合波過程為例，波長分別為λρ λ2的光分別輸入至耦合器1，經耦合器I合波后再與波長為λ 3的光一起輸入稱合器2進行合波，最終實現λ P λ 2、λ 3三波長的光從I禹合器2的同一端口輸出。從光學結構來看，每級耦合器的第一端具有兩波導端口，如圖1中的端口 11、12，第二端具有一波導端口，如圖1中的端口 2 ;且每級耦合器第二端的波導端口同時作為其下一級稱合器的第一端的一個波導端口，如圖1中第一級稱合器的波導端口 2同時作為第二耦合器的波導端口 U。當用于合波使用時，第一端即為輸入端，第二端為輸出端，當用于分波使用時，第一端為輸出端，第二端則為輸入端。上述各級耦合器可以選用多模干涉耦合器實現，也可以選用定向耦合器，最終的可見光合波器可以是多個多模干涉耦合器級聯，也可以是多個定向耦合器級聯，還可以是多模干涉耦合器和定向耦合器混合級聯。下文對多模干涉耦合器和定向耦合器的結構以及工作原理進行描述。如圖2所示，多模干涉耦合器的波導端口 3和波導端口 5之間有多模波導4，根據多模干涉原理，各階導模在多模波導中傳播時，由于傳播常數不同，將產生相位差，相互之間發生干涉，當多模波導長度滿足一定條件，輸出端將出現輸入光場的一個或多個像。當多模波導4的長度滿足三倍拍長的偶數倍時可以得到輸入場的正像；當多模波導4的長度滿足三倍拍長的奇數倍時可以得到輸入場的反演像。對于圖2中A端口入射，D端口輸出的是正像，C端口輸出的是反演像；對于B端口入射，C端口輸出的是正像，D端口輸出的是反演像。同時參照圖1、圖2，若第一級耦合器采用多模干涉耦合器，設多模波導4的長度為Lmmi,若滿足Lmmi=II1SLii FnJLll2,其中L1^L112分別是兩個波長對應的拍長,Ii1^n2為整數，并且其中一個為偶數，另一個為奇數。可以實現分別從A、B兩端口輸入的光都從C端口或D端口輸出，以達到ApX2=波長從多模干涉耦合器的同一端口輸出的效果。本專利技術中，多模波導的拍長U:拍長數值上等于基模與一次模的傳播常數差的倒數的π倍。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種可見光合波器，其特征在于，所述可見光合波器包括至少兩個級聯的耦合器；各級耦合器一體成型。

【技術特征摘要】
1.一種可見光合波器，其特征在于，所述可見光合波器包括至少兩個級聯的耦合器；各級稱合器一體成型。2.如權利要求1所述的可見光合波器，其特征在于，所述各級耦合器以波導結構形成于同一襯底上，所述波導結構包括折射率較高的芯層和折射率較低的包層。3.如權利要求2所述的可見光合波器，其特征在于，所述可見光合波器用于可見光的分波、合波，所述芯層為SiC層，所述包層為SiO2層。4.如權利要求1所述的可見光合波器，其特征在于，每級耦合器的第一端具有兩波導端口，第二端具有一波導端口 ；且每級耦合器第二端的波導端口同時作為其下一級耦合器的第一端的一個波導端口。5.如權利要求4所述的可見光合波器，其特征在于，所述各級耦合器為多模干涉耦合器或定向耦合器。6.如權利要求5所述的可見光合波器，其特征在于，所述多模干涉耦合器的兩個波導端口之間具有多模波導；對于處在第N級的多模干涉耦合器，其多模波導的長度Lmmi滿足如下關系式LMMI=n13Lx1=n2Lx2=......=nN3LxN=nN3LxN+1其中，Lπ1.Lπ2.......

【專利技術屬性】
技術研發人員：孫一翎，蔡春龍，余建華，龔向東，吳國城，
申請(專利權)人：深圳大學，
類型：發明
國別省市：廣東;44