[发明专利]一种光耦合波导的优化方法

权利要求书

1.一种用于构造光耦合系统的方法，其中，在多模波导的入射光表面上制造光栅，所述光栅限定了所述多模波导针对入射光束的入口，所述光栅包括重复图案，所述方法包括选择第一组参数的步骤，所述第一组参数包括：

所述多模波导透射的所述入射光的波长分布，

所述入射光的偏振或非偏振性质，

所述入射光相对于所述多模波导的入射角标准差，

所述图案的形状，所述图案的形状被设计为其局部表面法向(Ns)在所述形状的任何位置相对于所述多模波导的表面的平均法向(N)成一角度α，所述角度α介于α＝-90°和α＝90°之间，所述多模波导周围的介质的折射指数n1，

多模波导折射指数n3，

所述光栅由第二组参数限定，所述第二组参数包括：

分隔两个相邻图案的光栅周期(P)，

所述图案的最高点和最低点之间的光栅深度(d)，

所述入射光相对于所述多模波导的所述入口的法向的入射角均值(θ)，

所述方法包括对所述第二组参数进行优化以获得优化的第二组参数的步骤，

所述优化步骤被执行使得至少在所选择的第一组参数限定的所述入射光束的波长分布下，对于非偏振光，获得的所述入射光越过所述光栅进入所述多模波导的一阶衍射或二阶衍射的透射效率(Ce)超过35％，或对于偏振光，获得的所述透射效率超过50％，所述光栅的长度D在所述多模波导的所述入射光表面上沿衍射束的方向进行测量，所述长度D与所述多模波导的厚度WT相关并且与所述多模波导表面法向和所述多模波导内的光束之间的角度β相关，所述长度D由以下不等式限定：

D≤2·WT·tanβ

所述方法包括根据所选择的第一组参数和所述优化的第二组参数在所述多模波导的表面上制造光栅的步骤。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述图案的形状为矩形，并且其中，所述优化步骤包括对用矩形的宽度(A)与光栅周期(P)之比定义的矩形填充因子(A/P)进行优化。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述光栅被增强层(2)所覆盖，所述增强层(2)的折射指数n2属于所述第一组参数，并且所述增强层(2)的厚度(L)属于所述第二组参数，并且其中

所述优化步骤包括优化所述增强层厚度(L)，以及

n2-n1大于或等于0.3，以及

n2-n3大于或等于0.3。

4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述光栅被增强层(2)所覆盖，所述增强层(2)的折射指数n2属于所述第一组参数，并且所述增强层(2)的厚度(L)属于所述第二组参数，并且其中

所述优化步骤包括优化所述增强层厚度(L)，以及

n2-n1大于或等于0.3，以及

n2-n3大于或等于0.3。

5.根据权利要求3或4所述的方法，其中，n2-n1大于或等于0.5。

6.根据权利要求3或4所述的方法，其中，n2-n1大于或等于0.8。

7.根据权利要求3或4所述的方法，其中，n2-n3大于或等于0.5。

8.根据权利要求3或4所述的方法，其中，n2-n3大于或等于0.8。

9.根据权利要求3所述的方法，其中，所述优化步骤被设计为，在所述入射光的给定波长下，获得的所述入射光进入所述波导的一阶衍射或二阶衍射的透射效率超过50％。

10.根据权利要求4所述的方法，其中，所述优化步骤被设计为，在所述入射光的给定波长下，获得的所述入射光进入所述波导的一阶衍射或二阶衍射的透射效率超过50％。

11.根据权利要求3或4所述的方法，其中，所述优化步骤被设计为，在所述入射光的给定波长下，获得的所述入射光进入所述波导的一阶衍射或二阶衍射的透射效率超过70％。