本發(fā)明涉及使用光學(xué)相控陣的集成光子學(xué)、目標(biāo)跟蹤和測距、數(shù)據(jù)處理和遙感領(lǐng)域,更具體地,涉及具有堆疊相位掩模的光束雕刻組件,該堆疊相位掩模位于或集成到光束形成和操縱結(jié)構(gòu)(例如,光學(xué)相控陣或焦平面開關(guān)陣列)上。
背景技術(shù):
1、光子元件可用于形成和操縱光束,以及定義光束特性。光束特性可以具有光振幅、光學(xué)相位、偏振和光軌道角動量(oam)的空間和/或時(shí)間分布。例如,通過能夠精確地定義光束的向量特性,可以實(shí)現(xiàn)自由空間收發(fā)器的oam信息承載光束的空間復(fù)用??煽康囟x和改變光束特性的能力在光探測和測距(lidar)系統(tǒng)和自由空間收發(fā)器等應(yīng)用中特別有用。
2、使用相同的結(jié)構(gòu)或一組結(jié)構(gòu)/組件來同時(shí)形成、操縱和定義梁的特性,必然會帶來權(quán)衡。通常在可見光、近波長和短波紅外區(qū)域工作的已知光束形成和操縱結(jié)構(gòu)包括由機(jī)械自由空間光學(xué)元件(例如,鏡子、棱鏡和透鏡)、液晶和相變材料構(gòu)成的光束發(fā)射器。直接從光束發(fā)射器(例如,從光學(xué)相控陣opa或焦平面開關(guān)陣列fpsa)定義光束特性可能很困難。光束發(fā)射器的優(yōu)缺點(diǎn),如視場和光斑尺寸,很難僅通過光束發(fā)射器的物理設(shè)計(jì)來同時(shí)解決。
3、chang等人在opt(2021年9月29日到期)中報(bào)道了一組使用焦平面開關(guān)陣列(fpsa)形成和操縱光束的光束發(fā)射結(jié)構(gòu)的示例。chang等人公開了用于光束形成和導(dǎo)向的光子組件,該組件由三個(gè)主要組件組成:一組馬赫-曾德光開關(guān)、微環(huán)發(fā)射器和超透鏡。chang等人的超透鏡是fpsa中用于光束形成和操縱的組成部分。每個(gè)組件都是光束操縱的必要條件,沒有它們就無法進(jìn)行光束操縱。光學(xué)開關(guān)決定了被激活的微環(huán)發(fā)射器。來自激活的微環(huán)發(fā)射器的光束被超透鏡操縱到某個(gè)方向。因?yàn)樵谶h(yuǎn)場中產(chǎn)生的光束是由于弗勞恩霍夫衍射(而不是光束聚焦,例如通過透鏡),所以遠(yuǎn)場光束的空間寬度隨著光束發(fā)射器和光束檢測平面之間的距離的增加而增加,就像其他光束發(fā)射器的情況一樣。期望提供一種改進(jìn)的光子組件,以重新定義和修改來自光束形成和操縱結(jié)構(gòu)(例如,來自opa或fpsa)的光束的光束特性。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、根據(jù)第一方面,光束雕刻組件定義了光束的光束特性,并包括芯片基板、位于芯片基板上的光束形成和操縱結(jié)構(gòu)(例如,光學(xué)相控陣(opa)或焦平面開關(guān)陣列(fpsa)),用于發(fā)射、接收和/或操縱光束,以及至少一個(gè)相位掩模,每個(gè)相位掩模具有至少一個(gè)相應(yīng)的芯體,該芯體具有厚度和高度。光束形成和操縱結(jié)構(gòu)位于至少一個(gè)相位掩模和芯片基板之間,并且至少一個(gè)相位掩模被配置為修改光束的光束特性。光束特性包括光振幅的空間分布、光振幅的時(shí)間分布、光學(xué)相位、偏振和光軌道角動量中的至少一個(gè)。
2、從上述公開和對各種實(shí)施例的更詳細(xì)描述中,本領(lǐng)域技術(shù)人員將清楚,本發(fā)明在重新定義和修改來自光束發(fā)射器的光束的技術(shù)方面取得了重大進(jìn)展。在這方面特別重要的是,本發(fā)明提供了一種具有受控光束特性的光束形成和操縱結(jié)構(gòu)的潛力。鑒于下面提供的詳細(xì)描述,將更好地理解各種實(shí)施例的附加特征和優(yōu)點(diǎn)。
1.一種光束雕刻組件,用于限定光束的光束特性,所述光束雕刻組件包括以下組合:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光束雕刻組件,其中,所述至少一個(gè)相位掩模各自包括si/sio2、多晶硅、sin4、sio2、ge、li3nbo3、聚合物、iii-v族化合物和ii-vi族化合物中的一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光束雕刻組件,其中,每個(gè)所述相位掩模包括離散光學(xué)相位掩模和連續(xù)光學(xué)相位掩模中的一個(gè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光束雕刻組件,其中,所述離散光學(xué)相位掩模包括二進(jìn)制光學(xué)相位掩模和多級光學(xué)相位掩模中的一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光束雕刻組件,其中,每個(gè)所述相位掩模調(diào)制所述光束的光斑尺寸、傾斜角度和光束視場中的至少一個(gè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光束雕刻組件,其中,每個(gè)所述相位掩模被配置為操縱來自所述光學(xué)相控陣的光束的方向性。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光束雕刻組件,其中,每個(gè)所述相位掩模包括下包層和上包層,并且所述芯體從所述下包層向所述上包層延伸所述高度。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光束雕刻組件,其中,每個(gè)所述相位掩模包括形成為陣列的多個(gè)晶胞,每個(gè)晶胞具有一個(gè)所述相應(yīng)的芯體,每個(gè)所述相應(yīng)的芯體由均勻距離和非均勻距離中的一個(gè)隔開。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光束雕刻組件,其中,所述每個(gè)芯體具有橢圓、多邊形和閉合貝塞爾曲線橫截面中的一種。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光束雕刻組件,其中,每個(gè)所述相位掩模具有相同的高度。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光束雕刻組件,還包括位于所述芯片基板上的光學(xué)相位陣上方的至少兩個(gè)相位掩模,所述至少兩個(gè)相位掩模中的每一個(gè)都調(diào)制所述光束的光斑尺寸、光束傾斜角或方向性、以及光束視場中的至少一個(gè)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光束雕刻組件,其中,所述光束的相位分布基于模2π運(yùn)算進(jìn)行變換,其中,所述模2π相移是相位掩模晶胞中所述芯體的厚度的函數(shù)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光束雕刻組件,其中,所述至少一個(gè)相位掩模包括周期性放置的晶胞,每個(gè)晶胞具有不均勻高度的對應(yīng)芯體。