[發明專利]具有極高波長分辨率的曲線光柵光譜儀和波長復用器或解復用器

有效

• 申請號: 201580059914.8
• 申請日: 2015-09-10
• 公開（公告）號: CN107148561B
• 公開（公告）日: 2019-01-11
• 發明（設計）人: 何誠中;黃瑩彥
• 申請（專利權）人: 電子光子集成電路股份有限公司;何誠中;黃瑩彥
• 主分類號: G01J3/02
• 分類號: G01J3/02;G01J3/04;G01J3/18;G01J3/20;G01J3/24;G01J3/28;G02B5/18;G02B6/293
• 代理公司: 上海弼興律師事務所 31283
• 代理人: 薛琦

1.一種使用離散光學組件或如光子集成電路中的波長色散元件般具有集成可能性的波長復用器/解復用器/光譜儀，其實現光譜在波長λ_BI1周圍的色散，所述波長復用器/解復用器/光譜儀包括：

至少一個輸入狹縫；

多個輸出狹縫；以及

曲線光柵，所述曲線光柵經配置用于處理多個光束的光譜組成，所述曲線光柵包括多個槽，多個所述光束來自多個所述槽，每個槽的方位可調節用于控制所述波長復用器/解復用器/光譜儀的性能，所述輸入狹縫和所述輸出狹縫中的每個輸出狹縫的方位可調節用于控制所述波長復用器/解復用器/光譜儀的性能，

其中所述輸入狹縫允許所述光束進入到所述波長復用器/解復用器/光譜儀中，所述輸入狹縫的位置可調節，并且此外所述輸入狹縫X_I1的所述位置通過在將所述輸入狹縫接合到光柵中心的線與所述光柵中心的法線之間保持的第一輸入角θ_I1以及從所述光柵中心到所述輸入狹縫的第一輸入距離S_I1指定，

此外，其中允許第一輸出光束射出的第一輸出狹縫具有第一錨定輸出波長λ_I1-O1A，所述第一輸出狹縫的位置可調節，并且此外，所述第一輸出狹縫的所述位置通過在將所述第一輸出狹縫接合到所述光柵中心的線與所述光柵中心的法線之間保持的第一輸出角θ_O1A以及從所述光柵中心到所述第一輸出狹縫的第一輸出距離S_O1A指定，

此外，其中，光在其中傳播的介質具有“n_gr”的有效傳播折射率，在自由空間的情形下，n_gr是材料折射率，在平面波導的情形下，“n_gr”是所述平面波導內的所述有效傳播折射率，

此外，其中第i個槽的方位通過其x-y坐標X_i＝(x_i,y_i)指定，所述x-y坐標相對于所述光柵中心和所述輸入狹縫指定，其中所述光柵中心具有坐標X₀＝(0,0)并且所述輸入狹縫具有坐標X_I1＝(-S_I1*Sin(θ_I1),S_I1*Cos(θ_I1))，

其中所述光柵中心的輸入圓半徑R的給定值按照S_I1＝R*Cos(θ_I1)與所述輸入狹縫方位相關，兩個起始光柵齒選擇為位于距彼此距離“d”處，使得它們布置在以下位置

X₁＝(d/2,R-(R²-(d/2)²)^1/2)

和

X_-1＝(-d/2,R-(R²-(d/2)²)^1/2)，

其中當給定所述第一錨定輸出波長λ_I1-O1A時，如下確定所述距離“d”：

選擇光柵級并用整數“m”表示所述級，并且根據下式獲得所述距離“d”

d*(Sin(θ_O1A)+Sin(θ_I1))＝m*λ_I1-O1A/n_gr，

此外，其中通過使用由以下兩個條件給出的所述第i個槽的坐標X_i計算每個槽的坐標來得出所有其它槽的位置：

第一條件是：

Sgn(i-ja)*([D₁(θ_I1,S_I1,X_i)+D₂(θ_O1A,S_O1A,X_i)]-[D₁(θ_I1,S_I1,X_ja)+D₂(θ_O1A,S_O1A,X_ja)])＝m*λ_I1-O1A/n_gr,

其中D₁(θ_I1,S_I1,X_i)是從X_i到通過θ_I1和S_I1指定的第一輸入狹縫位置X_I1的距離，D₂(θ_O1A,S_O1A,X_i)是從X_i到通過θ_O1A和S_O1A指定的所述第一輸出狹縫位置的距離，并且槽ja的方位X_ja通常是已知的，第二條件是使得函數f等于常數，函數上表達為：

f(X_i)＝常量

其中以上常量可以取決于θ_I1、S_I1、θ_O1、S_O1、λ_I1-O1、m、n_gr、{X_j}，其中所述方位{X_j}表示已知的一些光柵齒的方位，

其中通過選擇所述函數f進一步給出第二約束條件，使得：

[D₁(θ_I1,S_I1,X_i)+D₃(θ_O2A,S_O2A,X_i)]-[D₁(θ_I1,S_I1,X_i-1)+D₃(θ_O2A,S_O2A,X_i-1)]＝m*λ_I1-O2A/n_gr，

其中D₃(θ_O2A,S_O2A,X_i)是從位于X_i處的所述第i個槽到第二錨定輸出狹縫的距離，所述第二錨定輸出狹縫通過在將第二輸出狹縫接合到所述光柵中心的線與所述光柵中心的法線之間保持的第三角θ_O2A以及從所述光柵中心到所述第二輸出狹縫的第二輸出距離S_O2A指定，波長λ_I1-O2A是第二波長，其是通過d*(Sin(θ_O2A)+Sin(θ_I1))＝m*λ_I1-O2A/n_gr給出的所述第二輸出狹縫的波長，

并且通過針對X_i＝(x_i,y_i)處的所述第i個槽的x坐標x_i和y坐標y_i求解Sgn(i-ja)*([D₁(θ_I1,S_I1,X_i)+D₂(θ_O1A,S_O1A,X_i)]-[D₁(θ_I1,S_I1,X_ja)+D₂(θ_O1A,S_O1A,X_ja)])＝m*λ_I1-O1A/n_gr和[D₁(θ_I1,S_I1,X_i)+D₃(θ_O2A,S_O2A,X_i)]-[D₁(θ_I1,S_I1,X_i-1)+D₃(θ_O2A,S_O2A,X_i-1)]＝m*λ_I1-O2A/n_gr，獲得其它槽X_i的確切位置，

其中f是等式[D₁(θ_I1,S_I1,X_i)+D₃(θ_O2A,S_O2A,X_i)]-[D₁(θ_I1,S_I1,X_i-1)+D₃(θ_O2A,S_O2A,X_i-1)]＝m*λ_I1-O2A/n_gr的左手側，且f(X_i)＝常量中的“常量”是[D₁(θ_I1,S_I1,X_i)+D₃(θ_O2A,S_O2A,X_i)]-[D₁(θ_I1,S_I1,X_i-1)+D₃(θ_O2A,S_O2A,X_i-1)]＝m*λ_I1-O2A/n_gr的右手側，

其中對于多個輸出波導中的超過一個輸出波導，所述波導具有形成輸出口的第一錐形漸變區域，其從入射口寬度開始錐形漸變為接近或小于僅支持基諧模的波導寬度，

此外，其中在所述第一錐形漸變區域之后的某處是可以具有零長度或有限長度的第一直波導，

此外，其中在所述第一直波導之后的某處是第一波導彎曲區域的區段，

此外，其中在所述第一波導彎曲區域之后的某處是多個第一波導放射狀地成扇形展開的區域的區段，

此外，其中在多個所述第一波導放射狀地成扇形展開的區域之后的某處是第二波導彎曲區域，其將所述成扇形展開的波導接合到第一平行傳播波導區域的區段，其中在所述第一平行傳播波導區域，相鄰波導幾乎平行于彼此傳播，并且所述波導寬度經由第二錐形漸變區域錐形漸變擴大為大于所述基諧模寬度，并且接近所述第一平行傳播波導區域的末端，所述波導經由第三錐形漸變區域錐形漸變回至接近或小于所述基諧模寬度，

此外，其中在所述第三錐形漸變區域之后是第三波導彎曲區域的區段，其中每個波導經歷彎曲以連接到第二平行傳播波導區域的區段，其中在所述第二平行傳播波導區域，相鄰波導幾乎平行于彼此傳播，并且所述波導寬度經由第四錐形漸變區域錐形漸變擴大為大于所述基諧模寬度，并且接近所述第二平行傳播波導區域的末端，所述波導經由可具有零長度或有限長度的第五錐形漸變區域錐形漸變回至接近或小于所述基諧模寬度。