一種基于薄膜型空間濾波器的波導(dǎo)模式控制器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于薄膜型空間濾波器的波導(dǎo)模式控制器，屬于激光器【技術(shù)領(lǐng)域】。這種波導(dǎo)模式控制器包括多模波導(dǎo)和薄膜型空間濾波器，其特征在于，在多模波導(dǎo)中嵌入薄膜型空間濾波器，模角不在空間濾波器角域帶寬以內(nèi)的波導(dǎo)模式被抑制，從而實現(xiàn)波導(dǎo)模式的控制。關(guān)鍵在于合理設(shè)計薄膜型空間濾波器結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可以是折射率沿波導(dǎo)縱向變化的一維薄膜結(jié)構(gòu)以及橫向和縱向都改變的二維結(jié)構(gòu)，且可通過改變?yōu)V波結(jié)構(gòu)的材料或/和尺寸參數(shù)來調(diào)節(jié)空間濾波器的角域帶寬。本實用新型實現(xiàn)較為簡單、成本較低和高階模抑制效果好，可應(yīng)用于波導(dǎo)激光器中。
【專利說明】一種基于薄膜型空間濾波器的波導(dǎo)模式控制器【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及波導(dǎo)激光器件領(lǐng)域，特別涉及一種基于薄膜型空間濾波器的波導(dǎo)模式控制器。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，波導(dǎo)模式控制器受到越來越多的關(guān)注，尤其在高功率激光領(lǐng)域。為了獲得更高功率的激光通常需要增大波導(dǎo)的芯徑，但芯徑的增加必然激發(fā)起波導(dǎo)高階模，從而使輸出光束質(zhì)量下降。為了提高大芯徑波導(dǎo)輸出激光的光束質(zhì)量，需要對波導(dǎo)的模式進行控制。目前實現(xiàn)波導(dǎo)模式控制器的主要方法有:光子晶體光纖、彎曲損耗、錐形光纖、功率增益導(dǎo)引、螺旋芯光纖。光子晶體光纖抑制高階模效果最佳，但是其制作工藝復(fù)雜，成本較高，且光子晶體光纖柔性差，較難實現(xiàn)全光纖結(jié)構(gòu)；彎曲損耗法比較簡單，在模式不太多的情況下抑制效果較好，但是對更大芯徑的光纖效果有限，且影響激光的模場；錐形光纖方法也比較簡單，但由于纖芯變細(xì)，在高功率下容易損傷；另外，功率增益導(dǎo)引和螺旋芯光纖等方法都需要在制作光纖時采用特殊的制作工藝，成本較高。因此，為了降低成本和提高高階模抑制效果，人們有必要進一步探索波導(dǎo)模式控制器。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本實用新型提出在多模波導(dǎo)中嵌入薄膜型空間濾波器來實現(xiàn)波導(dǎo)模式控制器，能有效抑制波導(dǎo)的高階模，改善激光光束質(zhì)量。該實用新型具有較為簡單、成本較低和高階模抑制效果好的特點，可應(yīng)用于波導(dǎo)激光器中。
[0004]下面闡述本實用新型的技術(shù)解決方案。
[0005]—種波導(dǎo)模式控制器,包括多模波導(dǎo)和薄膜型空間濾波器，其特征在于，在多模波導(dǎo)中嵌入薄膜型空間濾波器，利用薄膜型空間濾波器來控制通過的波導(dǎo)模式，從而實現(xiàn)波導(dǎo)模式的控制。
[0006]多模波導(dǎo)可以是常規(guī)介質(zhì)波導(dǎo)、金屬波導(dǎo)或光子晶體波導(dǎo)，由波導(dǎo)理論可知每一種波導(dǎo)模式對應(yīng)唯一的模角。
[0007]薄膜型空間濾波器可以是折射率沿波導(dǎo)縱向變化的一維薄膜結(jié)構(gòu)以及橫向和縱向都改變的二維結(jié)構(gòu)。
[0008]薄膜型空間濾波器結(jié)構(gòu)的參數(shù)，由需要設(shè)計的空間濾波器的角域帶寬和工作波長決定。
[0009]多模波導(dǎo)中的激光光束通過薄膜型空間濾波器時，模角不在空間濾波器角域帶寬以內(nèi)的波導(dǎo)模式被抑制。
[0010]通過調(diào)整薄膜型空間濾波器的角域帶寬，可實現(xiàn)波導(dǎo)模式的控制。
[0011]相較于現(xiàn)有模式控制技術(shù)，本實用新型提出在多模波導(dǎo)中嵌入薄膜型空間濾波器實現(xiàn)波導(dǎo)模式控制器。該實用新型實現(xiàn)較為簡單、成本較低，且高階模抑制效果好，適合應(yīng)用于波導(dǎo)激光器領(lǐng)域。【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1:基于薄膜型空間濾波器的波導(dǎo)模式控制器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖2:基于薄膜型空間濾波器的波導(dǎo)模式控制器單元之常規(guī)介質(zhì)多模波導(dǎo)示例。
[0014]圖3:基于薄膜型空間濾波器的波導(dǎo)模式控制器單元之金屬多模波導(dǎo)示例。
[0015]圖4:基于薄膜型空間濾波器的波導(dǎo)模式控制器單元之光子晶體多模波導(dǎo)示例。
[0016]圖5:基于多層漸變薄膜型低通空間濾波器的常規(guī)介質(zhì)平板波導(dǎo)模式控制器實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖6:多層漸變薄膜型低通空間濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖7:常規(guī)介質(zhì)平板波導(dǎo)的基模激光光束通過角域帶寬為28°的多層漸變薄膜型低通空間濾波器的傳輸效果圖。
[0019]圖8:常規(guī)介質(zhì)平板波導(dǎo)的一階TE模激光光束通過角域帶寬為28°的多層漸變薄膜型低通空間濾波器的傳輸效果圖。
[0020]圖9:常規(guī)介質(zhì)平板波導(dǎo)的二階TE模激光光束通過角域帶寬為28°的多層漸變薄膜型低通空間濾波器的傳輸效果圖。
[0021]圖10:常規(guī)介質(zhì) 平板波導(dǎo)的基模激光光束通過角域帶寬為13°的多層漸變薄膜型低通空間濾波器的傳輸效果圖。
[0022]圖11:常規(guī)介質(zhì)平板波導(dǎo)的一階TE模激光光束通過角域帶寬為13°的多層漸變薄膜型低通空間濾波器的傳輸效果圖。
[0023]圖12:常規(guī)介質(zhì)平板波導(dǎo)的二階TE模激光光束通過角域帶寬為13°的多層漸變薄膜型低通空間濾波器的傳輸效果圖。
[0024]【具體實施方式】
[0025]以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作詳細(xì)說明，但不應(yīng)以此限制本實用新型的保護范圍。
[0026]圖1為本實用新型波導(dǎo)模式控制器的結(jié)構(gòu)示意圖，在多模波導(dǎo)(I)中嵌入薄膜型空間濾波器(2)來實現(xiàn)波導(dǎo)模式的控制。多模波導(dǎo)(I)可以是如圖2所示的常規(guī)介質(zhì)波導(dǎo)、圖3所示的金屬波導(dǎo)、圖4所示的光子晶體波導(dǎo)三種波導(dǎo)中的任意一種。
[0027]圖5為本實用新型的具體實施例，多模波導(dǎo)選用的是常規(guī)介質(zhì)平板波導(dǎo)，薄膜型空間濾波器選用多層漸變薄膜型低通空間濾波器，實現(xiàn)對常規(guī)介質(zhì)平板波導(dǎo)模式的控制。
[0028]常規(guī)介質(zhì)平板波導(dǎo)由1.65,厚的LiF薄膜構(gòu)成導(dǎo)波層(4)，周圍為空氣覆蓋層
(3)和(5)。根據(jù)波導(dǎo)理論，此波導(dǎo)可以承載3個TE模和3個TM模。在后面討論中，我們以TE模為例，該波導(dǎo)的模角^按模序0、1、2分別對應(yīng)為10.5°、21.2°、32.3°。
[0029]圖6為多層漸變薄膜型低通空間濾波器(6)的結(jié)構(gòu)圖，其折射率《與光學(xué)厚度 ' 的
關(guān)系可表示為萬⑴=%+|%[1+(-1)">_一，n為LiF基底材料的折射率，其值為1.38 ；
為折射率最大的變化量，其值為1.1 J力一個常數(shù)，這里選為44X10—3 ?表示光學(xué)厚度;c對應(yīng)的層序數(shù)，每層光學(xué)厚度均力i 調(diào)整每層光學(xué)厚度參數(shù)4 ,空間濾波器的角域帶寬也能被調(diào)諧。
[0030]激光系統(tǒng)工作波長設(shè)為I—，調(diào)節(jié)多層漸變薄膜型低通空間濾波器(6)的光學(xué)厚度參數(shù)4 二 0.329.am，該空間濾波器角域帶寬為28。。圖7、圖8和圖9分別為常規(guī)介質(zhì)波
導(dǎo)的基模、一階和二階TE模激光光束通過該空間濾波器的程序模擬傳輸效果圖。比較圖7、圖8和圖9可以得出，基模和一階模均能通過，而二階模被抑制。
[0031]為實現(xiàn)單模傳輸，使空間濾波器角域帶寬只包含基模激光光束的模角，調(diào)節(jié)多層漸變薄膜型低通空間濾波器(6)的每層光學(xué)厚度參數(shù)4 = 0.305/Λη ,該空間濾波器角域帶
寬變?yōu)?3°。圖10、圖11和圖12為常規(guī)介質(zhì)波導(dǎo)的基模、一階、二階TE模激光光束通過該空間濾波器的程序模擬傳輸效果圖。從圖10、11和圖12可以得出，只有基?？梢酝ㄟ^，而其余高階模均被抑制，從而實現(xiàn)了波導(dǎo)單模輸出。
【權(quán)利要求】
1.一種波導(dǎo)模式控制器，包括多模波導(dǎo)和薄膜型空間濾波器，其特征在于所述波導(dǎo)模式控制器是在多模波導(dǎo)中嵌入薄膜型空間濾波器，模角不在空間濾波器角域帶寬以內(nèi)的波導(dǎo)模式被抑制，從而實現(xiàn)波導(dǎo)模式的控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波導(dǎo)模式控制器，其特征在于所述的多模波導(dǎo)可以是常規(guī)介質(zhì)波導(dǎo)、金屬波導(dǎo)或光子晶體波導(dǎo)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波導(dǎo)模式控制器，其特征在于所述薄膜型空間濾波器可以是折射率沿波導(dǎo)縱向變化的一維薄膜結(jié)構(gòu)以及橫向和縱向都改變的二維結(jié)構(gòu)，且可通過改變空間濾波器的材料或/和尺寸參數(shù)來調(diào)節(jié)其角域帶寬。
【文檔編號】G02B6/34GK203720405SQ201320834233
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2013年12月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月18日
【發(fā)明者】羅朝明, 童耀南, 吳健輝, 陶揚威, 楊宣兵, 歐陽竟成, 萬軍華 申請人:湖南理工學(xué)院