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借助空间光调制器的光诱导法制作光波导

发布时间:2020-07-09 10:30:58 浏览量:366

摘要

本文所使用的空间光调制器是纯相位空间光调制器,即空间光调制器对入射光的相位空间分布根据输入图像的信息进行对应的调制。目

前主流纯相位空间光调制器使用的是液晶调制机制。液晶器件,除了用于显示以外,其以良好的稳定性、可进行编程实时控制、制作简

单、低价格以及易控制等优点在很多非显示方面也有着重要应用。纯相位空间光调制器分为透射型和反射型,其调制原理不尽相同。本

文采用的是反射型纯相位空间光调制器,即入射光被空间光调制器调制后是被液晶反射面板反射出来的。

正文


通信领域目前虽然还是微电子领域的天下,但是微电子集成芯片由于高度集成,芯片体积越来越小,因此受到粒子效应(又可以称之为

电子极限)的影响越来越严重(半导体的物理性质不保),已经逐渐走向了尽头。除了发明更加高明的纳米技术维持微电子芯片外,科

学家们只得将目光瞄准更有潜力的光通信。


本文我们就介绍可用于光通信领域的光波导光波导顾名思义是可以传播光波的器件。传统的光波导利用的是如下图所示的光纤,大概

原理就是光纤的折射率n1略微大于包层的折射率n2,光以掠入射角度进入光纤时能够全反射,这样就限制了光波在光纤中的传播路

径。但是它已经很难满足新需求了,因此科学家对新波导的期望有四点。第一,减少光波导材料本身对光信号吸收散射导致的损耗;第

二,光波导的集中度要高,提高稳定性和可靠性为大规模应用提供基础;第三,提高光波导和光源的耦合效率,提高稳定性和利用率;

第四,提高光波导对光信号的泛用性。

 


目前光波导研究方向主流是制作集成光路。并且随着集成光学的快速发展,科学家们需要成本低廉,工艺简单的方法来制作光波导。这

种方法中,利用光诱导法激光写直光波导让人眼前一亮。


什么是光诱导法?

光诱导法是指利用光强的空间调制在光折变材料中感应出非线性光子晶格的方法。其原理是利用光折变材料自身所具有的光折变特性,

照射在光折变材料上的不均匀光强最终会导致材料发生与光强对应的折射率变化。基于光诱导法自身的种种优点,使用光诱导法制备各

种光学结构在学术界非常受欢迎。


光诱导法的原理?

光诱导法利用光折变效应,光折变效应是指一种由于光照使得材料本身产生折射率变化的现象。光折变材料在被强度不均匀的光照射

时,材料中受到光激发产生的载流子将在扩散机制、漂移机制和光生伏打效应的影响下运动,载流子的不均匀分布最终导致介质材料中

产生电场(如下图所示),再由电光效应造成材料折射率发生变化,整个改变过程的建立需要一定的时间,而且产生现象的光照强度阈

值非常低,不需要很强的光照也可以使光折变材料产生光折变效应。



什么叫光诱导法的激光写直光波导?

光诱导法利用光折变材料的光折变效应制备光波导。它需要利用到无衍射光斑,先生成环形无衍射光斑,再将环形无衍射光斑照射进光

折变材料,在光折变材料中留下环形包层结构。比如利用纯相位空间光调制器对高斯分布的入射光进行相位调制,产生无衍射贝塞尔光

束,并将生成的无衍射贝塞尔光束以一定的功率照射光折变材料,产生环形封闭的光波导包层。而且采用加热或者均匀光照的方法均可

擦除材料中的光波导痕迹,材料可重复利用,也变相降低了成本。


空间光调制器的原理?

本文所使用的空间光调制器纯相位空间光调制器,即空间光调制器对入射光的相位空间分布根据输入图像的信息进行对应的调制。目

前主流纯相位空间光调制器使用的是液晶调制机制。液晶器件,除了用于显示以外,其以良好的稳定性、可进行编程实时控制、制作简

单、低价格以及易控制等优点在很多非显示方面也有着重要应用。纯相位空间光调制器分为透射型和反射型,其调制原理不尽相同。本

文采用的是反射型纯相位空间光调制器,即入射光被空间光调制器调制后是被液晶反射面板反射出来的。液晶是一种既保持着液态的流

动性,又像晶体一样存在着各向异性,介于固体与液体之间的特殊物质。根据分子结构的不同,液晶一般分为三种,分别为近晶向液

晶、向列相液晶与胆甾相液晶,它们的物理特性各有异同,一般空间光调制器的液晶反射面板是由向列相液晶制作。液晶分子指向矢的

分布决定了其光学性质,而且液晶分子的指向矢又容易受到外加电场的影响。空间光调制器就是根据输入的二维矩阵信息上每一个点的

数值来决定对液晶面板上每一个像素单元所施加的电场影响,以达到对入射光调制的目的。


利用空间光调制器制作光波导的实验图

如图所示为光波导制作光路图,SF为空间滤波器,L为透镜,D1、D2为光阑,SLM为纯相位空间光调制器的液晶反射面板,测试用激

光波长为780nm

 


华东师范大学研究人员利用此方法制得的光波导截面和侧面结构图如下所示,且对所制得的光波导功能测试显示此方法可行。



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