本申請屬于光束整形領(lǐng)域，特別涉及一種緊湊型光纖耦合系統(tǒng)及其設(shè)計方法。

背景技術(shù)：

1、基于光纖的通信與傳感技術(shù)在各行業(yè)都發(fā)揮著重要的作用。受限于光纖的模式，為了將激光器發(fā)射的激光耦合至光纖中通常需要一個由多個鏡片組成的耦合透鏡組，這大大增加了光纖耦合系統(tǒng)的體積與成本。同時為了增加耦合系統(tǒng)的反向隔離度，需要額外添加光隔離器，而常見光隔離器是由磁光材料與兩個偏振片構(gòu)成，這進一步增大了耦合系統(tǒng)的體積。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本申請?zhí)峁┝艘环N緊湊型光纖耦合系統(tǒng)及其設(shè)計方法，以至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的以上技術(shù)問題。

2、本申請實施例一方面提供一種緊湊型光纖耦合系統(tǒng)，包括寬帶光源、第一超表面裝置、磁光材料、第二超表面裝置和光纖，所述第一超表面裝置位于所述寬帶光源的下游，所述磁光材料用于對經(jīng)過第一超表面裝置的光束進行偏振態(tài)的旋轉(zhuǎn)，所述第二超表面裝置位于所述磁光材料下游，所述第二超表面裝置用于將特定偏振態(tài)的出射光進行整形，所述光纖位于所述第二超表面裝置的下游。

3、在一可實施方式中，所述寬帶光源為發(fā)光二極管、垂直腔面發(fā)射激光器和光纖激光器中的其中一種；所述磁光材料為稀土正鐵氧體、釔鐵石榴石磁光晶體、含鋱鈮酸鹽和稀土鉬酸鹽的其中一種；所述光纖為單模光纖或多模光纖。

4、在一可實施方式中，所述第一超表面裝置包括基底和置于基底上的超表面單元。

5、在一可實施方式中，所述超表面單元由微結(jié)構(gòu)陣列組成，通過微結(jié)構(gòu)的種類、尺寸和排布來改變超表面的相位分布，其相位變化范圍在0-2π內(nèi)。

6、在一可實施方式中，所述微結(jié)構(gòu)的形狀為納米柱或納米孔。

7、在一可實施方式中，所述微結(jié)構(gòu)為矩形納米柱、納米十字柱、矩形納米孔、納米十字孔、以及利用優(yōu)化方式得到具有特定形狀的微結(jié)構(gòu)。

8、在一可實施方式中，所述微結(jié)構(gòu)具有各向異性；所述微結(jié)構(gòu)的排布方式可為四方排布或六方排布。

9、本申請實施例另一方面提供一種緊湊型光纖耦合系統(tǒng)的設(shè)計方法，包括如下步驟：

10、s1、通過改變微結(jié)構(gòu)的尺寸和形狀，得到兩種正交偏振下入射下相位分布及透射率與結(jié)構(gòu)參數(shù)的參數(shù)庫；

11、s2、根據(jù)寬帶光源的強度與發(fā)散角分布，對第一超表面裝置的相位進行設(shè)計；

12、s3、對第二超表面裝置的相位進行設(shè)計，實現(xiàn)入射光與光纖的數(shù)值孔徑及模式的匹配。

13、在一可實施方式中，第一超表面裝置的相位設(shè)計公式如下：

14、

15、式中(x，y)為超表面的空間坐標(biāo)，f1、f2分別為焦距。

16、在一可實施方式中，第二超表面裝置的相位設(shè)計公式如下：

17、

18、式中(x，y)為超表面的空間坐標(biāo)，f為焦距。

19、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本申請具有如下優(yōu)點：

20、1、本申請的緊湊型光纖耦合系統(tǒng)通過使用超表面的相位與偏振同時調(diào)控的特性，結(jié)合磁光材料，實現(xiàn)了高隔離度的光纖耦合，有效解決了傳統(tǒng)光學(xué)透鏡系統(tǒng)體積大、成本高等缺點；

21、2、本申請通過改變微結(jié)構(gòu)的形狀和排布方式，超表面可以在亞波長尺度內(nèi)對光的參量進行調(diào)控，實現(xiàn)對激光整形；

22、3、本申請通過超表面偏振調(diào)控的特性與隔離器相結(jié)合的方式實現(xiàn)小型化、高效率，高隔離度的耦合器件。

技術(shù)特征：

1.一種緊湊型光纖耦合系統(tǒng)，其特征在于：包括寬帶光源、第一超表面裝置、磁光材料、第二超表面裝置和光纖，所述第一超表面裝置位于所述寬帶光源的下游，所述磁光材料用于對經(jīng)過第一超表面裝置的光束進行偏振態(tài)的旋轉(zhuǎn)，所述第二超表面裝置位于所述磁光材料下游，所述第二超表面裝置用于將特定偏振態(tài)的出射光進行整形，所述光纖位于所述第二超表面裝置的下游。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種緊湊型光纖耦合系統(tǒng)，其特征在于：所述寬帶光源為發(fā)光二極管、垂直腔面發(fā)射激光器和光纖激光器中的其中一種；

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種緊湊型光纖耦合系統(tǒng)，其特征在于：所述第一超表面裝置包括基底和置于基底上的超表面單元。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種緊湊型光纖耦合系統(tǒng)，其特征在于：所述超表面單元由微結(jié)構(gòu)陣列組成，通過微結(jié)構(gòu)的種類、尺寸和排布來改變超表面的相位分布，其相位變化范圍在0-2π內(nèi)。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種緊湊型光纖耦合系統(tǒng)，其特征在于：所述微結(jié)構(gòu)的形狀為納米柱或納米孔。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種緊湊型光纖耦合系統(tǒng)，其特征在于：所述微結(jié)構(gòu)為矩形納米柱、納米十字柱、矩形納米孔、納米十字孔、以及利用優(yōu)化方式得到具有特定形狀的微結(jié)構(gòu)。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種緊湊型光纖耦合系統(tǒng)，其特征在于：所述微結(jié)構(gòu)具有各向異性；

8.權(quán)利要求1-7中任一緊湊型光纖耦合系統(tǒng)的設(shè)計方法，其特征在于，包括如下步驟：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)計方法，其特征在于，第一超表面裝置的相位設(shè)計公式如下：

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)計方法，其特征在于，第二超表面裝置的相位設(shè)計公式如下：

技術(shù)總結(jié)
本申請涉及一種緊湊型光纖耦合系統(tǒng)及其設(shè)計方法，屬于光束整形技術(shù)領(lǐng)域，其包括寬帶光源、第一超表面裝置、磁光材料、第二超表面裝置和光纖，所述第一超表面裝置位于所述寬帶光源的下游，所述磁光材料用于對經(jīng)過第一超表面裝置的光束進行偏振態(tài)的旋轉(zhuǎn)，所述第二超表面裝置位于所述磁光材料下游，所述第二超表面裝置用于將特定偏振態(tài)的出射光進行整形，所述光纖位于所述第二超表面裝置的下游。本申請具有小型化、高效率、高隔離度的優(yōu)點。

技術(shù)研發(fā)人員：龔永興,李星儀,程宇,吳焯欽
受保護的技術(shù)使用者：杭州納境科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2