[發明專利]一種模斑轉換器

有效

• 申請號: 202111101225.2
• 申請日: 2021-09-18
• 公開（公告）號: CN113866881B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發明（設計）人: 黃慶忠;曾德圣
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G02B6/14
• 分類號: G02B6/14;G02B6/122;G02B6/124
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 夏倩

1.一種模斑轉換器，其特征在于，包括：第一波導、過渡波導、基于超表面結構的菲涅爾微透鏡和第二波導，所述第一波導和過渡波導連接；

所述菲涅爾微透鏡包括第一超表面結構和第二超表面結構，所述第一超表面結構包括在波導材料上刻蝕的多個長度相同、寬度不同的亞波長凹槽，所述第二超表面結構包括在波導材料上刻蝕的多個長度不同、寬度相同的亞波長凹槽；

所述過渡波導和第二波導的中軸線重合，所述第一超表面結構、第二超表面結構均對稱分布于所述中軸線兩側；所述第一波導與第二波導的中軸線成任意角度；

入射光從第一波導入射，經由過渡波導引導至菲涅爾微透鏡進行相位調制后，從第二波導出射，形成擴束模斑；

或，入射光從第二波導入射，經菲涅爾微透鏡進行相位調制后，由過渡波導引導至第一波導并出射，形成聚束模斑。

2.如權利要求1所述的模斑轉換器，其特征在于，所述第一超表面結構的各亞波長凹槽刻蝕在各尺寸相同的單元上，各所述單元由波導材料劃分得到；

所述第二超表面結構的各亞波長凹槽刻蝕在各尺寸相同的單元上，各所述單元由波導材料劃分得到。

3.如權利要求1所述的模斑轉換器，其特征在于，所述第一超表面結構中各亞波長凹槽的長度與超表面層的有效折射率滿足以下關系式：

其中，Δn為波導材料有效折射率n與超表面層的有效折射率n′之差，F為焦距，d為刻蝕長度，λ為真空中的波長，y為各亞波長凹槽中心與所述中軸線的距離。

4.如權利要求1或3所述的模斑轉換器，其特征在于，所述第二超表面結構中各亞波長凹槽的長度與波導材料的有效折射率滿足以下關系式：

其中，n′為超表面層的有效折射率，n為波導材料有效折射率，F為焦距，d為刻蝕長度，λ為真空中的波長，y為各亞波長凹槽中心與中軸線的距離。

5.如權利要求1所述的模斑轉換器，其特征在于，所述過渡波導為錐形波導、波浪線形波導、冪指數形波導或拋物線形波導中的任一種。

6.如權利要求1所述的模斑轉換器，其特征在于，所述第二波導為寬模斑波導，其寬度可以通過增加菲涅爾微透鏡的周期數而增加，其中一個周期對應一個波帶。

7.如權利要求1所述的模斑轉換器，其特征在于，所述第一波導、第二波導、過渡波導及波導材料均為絕緣體上硅、鈮酸鋰、氮化硅、磷化銦或砷化鎵中的任意一種。

8.如權利要求1所述的模斑轉換器，其特征在于，當入射光從第一波導入射，從第二波導出射時，所述第一波導為單模窄波導，所述第二波導為寬波導。

9.如權利要求1或8所述的模斑轉換器，其特征在于，當入射光從第二波導入射，從第一波導出射時，所述第一波導為寬波導，所述第二波導為單模窄波導。

10.如權利要求1所述的模斑轉換器，其特征在于，入射光從第一波導入射，從第二波導出射時，所述第二波導包括多個不同寬度的過渡波導，各過渡波導與單模直波導連接，用于輸出經由菲涅爾微透鏡進行相位調制后的光束，形成不同比例功率的擴束模斑。