本發(fā)明涉及光纖通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種實現(xiàn)空間光色散的裝置及方法。

背景技術(shù)：

空間光色散是通過光學(xué)儀器將不同波長的光發(fā)散到空間的不同位置，即實現(xiàn)了頻率到空間的變換、映射，其對于空間光學(xué)的研究與應(yīng)用有著重要作用。傳統(tǒng)的空間光色散方案可以通過分立器件，如棱鏡、光柵等來實現(xiàn)。

基于分立器件光柵的色散方案，利用衍射光柵的單光束衍射和多光束干涉來實現(xiàn)色散。光柵有很多種，反射光柵、透射光柵、平面光柵、凹面光柵等等。光柵現(xiàn)有的加工技術(shù)能在高精度光柵元件面上實現(xiàn)非常高的單位刻線數(shù)和刻劃面積，而且可以在全光譜段上正常工作。不同色光入射到光柵上，衍射角不同，因此可以實現(xiàn)光束的色散效果。同樣，對于光柵色散元件來說，也需要考慮如何消除光譜級次的重疊效應(yīng)。光柵色散的分辨率主要受限于光柵的刻線數(shù)，而光柵常數(shù)和光譜級次影響其角色散率。這種光柵的方案的頻率分辨率，受限于光柵的刻線密度，要實現(xiàn)較高的頻率分辨率需要更大的尺寸，而且，色散空間排布比較局限，無法實現(xiàn)復(fù)雜的空間色散分布。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種實現(xiàn)空間光色散的裝置及方法，能夠在確保較高頻率分辨率的情況下實現(xiàn)復(fù)雜的空間色散分布。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種實現(xiàn)空間光色散的裝置，該裝置包括：

集成的片上分光器，用于將包括N個頻率的光信號按不同的頻率在芯片平 面上分離成N個不同光路的光信號，從輸出波導(dǎo)口輸出；

N個光天線發(fā)射器，每個光天線發(fā)射器與所述集成的片上分光器的每個輸出波導(dǎo)口對應(yīng)連接，用于將不同頻率對應(yīng)的光路的光信號輸出到芯片平面外的空間不同位置上；N為不小于2的自然數(shù)。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明還提供了一種實現(xiàn)空間光色散的方法，該方法包括：

將包括N個頻率的光信號按不同的頻率在芯片平面上分離成N個不同光路的光信號；

將不同頻率對應(yīng)的光路的光信號輸出到芯片平面外的空間不同位置上。

綜上所述，本發(fā)明通過集成的片上分光器將不同頻率的光信號分離到不同的輸出波導(dǎo)口，再通過設(shè)置不同的光天線發(fā)射器的位置來實現(xiàn)不同的空間位置的光色散?，F(xiàn)有技術(shù)中，依據(jù)分立器件光柵實現(xiàn)空間光色散，色散空間排布比較局限，而本發(fā)明中關(guān)鍵可以根據(jù)需要，任意設(shè)置各個光天線發(fā)射器的位置，來實現(xiàn)不同的空間位置的光色散。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實現(xiàn)空間光色散的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為集成的片上分光器采用陣列波導(dǎo)光柵，光天線發(fā)射器采用光柵發(fā)射器實現(xiàn)空間光色散的示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下參照附圖并舉實施例，對本發(fā)明方案作進(jìn)一步地詳細(xì)說明。

本發(fā)明通過集成的片上分光器將不同頻率的光信號分離到不同的輸出波導(dǎo)口，再通過設(shè)置不同的光天線發(fā)射器的位置來實現(xiàn)不同的空間位置的光色散?，F(xiàn)有技術(shù)中，依據(jù)分立器件光柵實現(xiàn)空間光色散，色散空間排布比較局限，而本發(fā)明中關(guān)鍵可以根據(jù)需要，任意設(shè)置各個光天線發(fā)射器的位置， 來實現(xiàn)不同的空間位置的光色散。

圖1為本發(fā)明實現(xiàn)空間光色散的裝置結(jié)構(gòu)示意圖，該裝置包括：集成的片上分光器101和N個光天線發(fā)射器102，其中，集成的片上分光器101和N個光天線發(fā)射器102都集成在芯片上。

集成的片上分光器101，用于將包括N個頻率的光信號按不同的頻率在芯片平面上分離成N個不同光路的光信號，從輸出波導(dǎo)口輸出；

N個光天線發(fā)射器102，每個光天線發(fā)射器與所述集成的片上分光器的每個輸出波導(dǎo)口對應(yīng)連接，用于將不同頻率對應(yīng)的光路的光信號輸出到芯片平面外的空間不同位置上；N為不小于2的自然數(shù)。

其中，集成的片上分光器可以是陣列波導(dǎo)光柵，或者微環(huán)陣列等。其他能夠?qū)崿F(xiàn)多波長濾波的功能器件都在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。光天線發(fā)射器可以為光柵發(fā)射器，或者金/銀納米粒子光天線發(fā)射器等。

下面簡單介紹一下陣列波導(dǎo)光柵，陣列波導(dǎo)光柵是一種角色散型光無源器件，它基于平面光波回路技術(shù)，在1988年由荷蘭Delf大學(xué)的M.K.Smit提出，之后日本的NTT公司正式將它命名為陣列波導(dǎo)光柵。陣列波導(dǎo)光柵由輸入波導(dǎo)、輸出波導(dǎo)、陣列波導(dǎo)和兩個平板波導(dǎo)(自由傳播區(qū)域)組成，并集成在同一襯底上。陣列波導(dǎo)光柵由于自身的多功能性能、低的制作成本、與半導(dǎo)體光器件的集成等優(yōu)點，使之成為光纖通信和未來光子網(wǎng)絡(luò)中的重要元件。陣列波導(dǎo)光柵的工作原理是，當(dāng)多波長/寬頻帶的光信號被耦合到陣列波導(dǎo)光柵的輸入波導(dǎo)時，在羅蘭圓上，多波長/寬頻帶的光信號將聚焦在平板波導(dǎo)內(nèi)并產(chǎn)生衍射的高斯束，衍射的高斯束投射到陣列波導(dǎo)的輸入口。在陣列波導(dǎo)內(nèi)，由于任何相鄰陣列波導(dǎo)都有相等的長度差ΔL，這種結(jié)構(gòu)將使陣列波導(dǎo)中傳輸?shù)亩嗖ㄩL/寬頻帶光信號產(chǎn)生與波長相關(guān)的不同相位差(相位延遲)，相應(yīng)于ΔL的相位偏移將強加在每個波導(dǎo)中傳輸?shù)墓庑盘柹?，使每個給定波長的信號以不同的波前傾斜聚焦在輸出平板波導(dǎo)的焦線上。如果通過設(shè)計正好把輸出波導(dǎo)的端口定位在輸出平板波導(dǎo)焦線上，則不同波前傾斜的光信號便耦合到輸出波導(dǎo)的不同信道中，從而實現(xiàn)了對不同波長/頻譜分量在 空間上分離的功能。

圖2為集成的片上分光器采用陣列波導(dǎo)光柵，光天線發(fā)射器采用光柵發(fā)射器實現(xiàn)空間光色散的示意圖。需要注意的是，陣列波導(dǎo)光柵主要用于將不同頻率的光信號在芯片平面上分離，從圖2可以看出，不同頻率的光信號從各個輸出波導(dǎo)口輸出時，仍然在同一芯片平面內(nèi)，呈線性排布。因此，本發(fā)明將每個陣列波導(dǎo)光柵的輸出波導(dǎo)口對應(yīng)連接一個光天線發(fā)射器如光柵發(fā)射器，通過設(shè)置各個光天線發(fā)射器的位置，把各個頻率的光信號發(fā)射到芯片平面外的任意位置上。該實施例中，假設(shè)包括5個不同頻率的光信號，經(jīng)過本發(fā)明的陣列波導(dǎo)光柵，在芯片平面上分離成5個不同光路的光信號，然后每個光柵發(fā)射器向芯片上方發(fā)射對應(yīng)頻率的光信號，在芯片上方的探測平面上形成五邊形形狀的空間光色散。

本發(fā)明實施例實現(xiàn)空間光色散的裝置的分辨率由陣列波導(dǎo)光柵的分辨率決定，主要決定于陣列波導(dǎo)光柵的出射端的端口間隔、衍射級次和平板波段焦距。同理，如果實現(xiàn)空間光色散的裝置中集成的片上分光器采用微環(huán)陣列，則實現(xiàn)空間光色散的裝置的分辨率由微環(huán)的分辨率決定。

不同頻率光信號的空間排布由光天線發(fā)射器的排布決定，并且不同頻率光信號的出射角度由光天線發(fā)射器的周期、占空比、刻蝕深度等因素決定。這里，由于光天線發(fā)射器具有一定的發(fā)散角，因此在一定的出射高度，相鄰的光天線發(fā)射器發(fā)射的光信號會相交混疊，這個探測的出射高度由光天線發(fā)射器的發(fā)散角和相鄰兩個光天線發(fā)射器的間隔決定。所以實際探測中需要引入微透鏡陣列對輸出光信號進(jìn)行準(zhǔn)直后探測，微透鏡陣列要在光天線發(fā)射器發(fā)射的光信號有交疊之前進(jìn)行準(zhǔn)直，所以，光天線發(fā)射器的發(fā)散角和相鄰兩個光天線發(fā)射器的間隔決定了微透鏡陣列的高度，通過在芯片上方設(shè)置微透鏡陣列可以實現(xiàn)較平穩(wěn)的不同頻率的光信號的空間分布輸出。

所以，優(yōu)選地，實現(xiàn)空間光色散的裝置進(jìn)一步包括：微透鏡陣列103，設(shè)置于從光天線發(fā)射器輸出的光信號的接收方向上，用于對每路輸出光信號進(jìn)行準(zhǔn)直。

基于上述實現(xiàn)空間光色散的裝置，本發(fā)明提出一種實現(xiàn)空間光色散的方法，該方法包括：

步驟31、將包括N個頻率的光信號按不同的頻率在芯片平面上分離成N個不同光路的光信號；

步驟32、將不同頻率對應(yīng)的光路的光信號輸出到芯片平面外的空間不同位置上。

優(yōu)選地，該方法進(jìn)一步包括：對每路輸出光信號進(jìn)行準(zhǔn)直。

本發(fā)明提供的技術(shù)方案，會帶來如下好處：

一、與現(xiàn)有技術(shù)的分立器件光柵相比，在相同頻率分辨率的情況下，裝置尺寸可以更小。

二、由于光天線發(fā)射器的位置可以任意排布，所以實現(xiàn)空間光色散的空間排布就更靈活，可以實現(xiàn)任意復(fù)雜的空間色散分布。

三、微透鏡陣列的設(shè)置，可以實現(xiàn)較平穩(wěn)的不同頻率的光信號的空間分布輸出。

以上，僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。