由条状波导构成的合波分波器及其用途

摘要

一种特别适用于可见光波长范围的集成光学合波分波装置，其能确保波长范围△λ大于约75nm(适用于短波可见光)的光形成空间宽频带汇集。相对于包括所有可见光的可用波长范围而设置了白光分波器。合波分波装置由至少三个条状波导构成，三个条状波导中至少有一个是单模集成光学宽频速带条状波导(EOBSW)。两个条状波导(2，3)均具有入口点(E₁，E₂)而且它们的出口点(A₁，A₂)在耦合点(6)中合并成一个合波EOBSW(5)，合波EOBSW的端部有一个共同的光出口(A_M)。这个宽频带合波分波装置可在干涉和光度测量装置以及传感器和微系统中作为波长选择器或独立的波长转换器或调制器使用。

主权项

1.由条状波导构成的合波分波器，其用于特别是对可见光波长范围的光进行空间汇集或分离或转换或偏转或调制，该合波分波器至少由三个条状波导构成，其特征在于：-至少一个单模集成光学宽频带条状波导(EOBSW)，其是通过改变折射率的方法在平的衬底材料(1)中或在其上制成的一个通道形结构或用合适的材料制成的通道形结构，其中可根据在UV区，可见光区和/或IR区中传导的波长范围来调节与之相应的条状波导的几何材料参数，即，在波长为λ时，用等式Δλw＝0.48×λ-85nm可得出在单模传输光时波长范围的最小宽度(λ和Δλw的单位是nm)，其中在确定衬底折射率(n1)，上层折射率(n3)，反映表面折射率分布(f(x，y))的折射率(n2)，波导区中的折射率分布(nw＝f(x，y))，条状波导的截面形状(宽度和深度)以及波导在衬底中和/或衬底上的位置等参数时，应能确保条状波导在波长范围Δλw＞0.48×λ-85nm内单模工作(λ和Δλ的单位为nm)，也就是说，相对于λa和λa+Δλw之间的每个给定波长(λ)，只有一个有效折射率即基模(N00)的有效折射率，和从技术上看，单模范围一方面可通过在波长为λa+Δλw时使基模(N00)有效起振来确定，另一方面可在波长为λa时通过在侧向有效起振的一次模(N01)或在纵向上有效起振的一次模(N10)来确定，其中“技术上充分有效”意味着，在条状波导中传输的波的有效折射率至少比周围材料折射率超出5×10-5，其中ns表示衬底折射率n1或上层折射率n3中较大的值，和通过所用材料的光传播范围来确定可利用波长的最小可能值(λmin)和可利用波长的最大可能值(λmax)，并由此来确定该条状波导是单模集成光学的宽频带条状波导(EOBSW)，此外，其特征在于：-将至少三个条状波导进行组合和合并，其中根据在UV区，可见光区或IR区中传输的波长范围来调整条状波导本身以及条状波导周围介质材料的几何参数，即，根据波长(λ)，并用公式Δλy＝0.27×λ-34nm得到在合波分波器有效工作时波长范围的最小宽度(λ和Δλ的单位为nm)，其中应这样确定衬底折射率(n1)，上层折射率(n3)，反映表面折射率分布(f(x，y))的折射率(n2)，在波导区域中的折射率分布(nw＝f(x，y))，合波分波器的几何形状以及它在衬底中和/或衬底上的参数，即至少在波长范围Δλ＞0.27×λ-34nm内能确保合波分波器有效工作λRΔλ的单位为nm，其中，从技术意义上看，使合波分波器有效工作的可利用波长范围Δλn可通过下列差值中的较小值来确定，所述差值为-从技术上看，条状波导中基模(N00)有效起振的波长λa+Δλw和条状波导中侧向一次模(N01)或纵向一次模有效起振的波长λa之间的差值，或-从技术上看，条状波导中基模(N00)有效起振的波长λa+Δλw和合波分波器上相对于条状波导的加宽耦合区中侧向二次模(N02)有效起振的波长λb之间的差值，即：$\Delta {\lambda }_N\le {\{}_{\mathrm{\Delta \lambda }\le ({\lambda }_a+\Delta {\lambda }_w)-{\lambda }_b=\Delta {\lambda }_v}^{\mathrm{\Delta \lambda }\le ({\lambda }_a+\Delta {\lambda }_w)-{\lambda }_a=\Delta {\lambda }_w}$ 因此将至少由三个条状波导构成且其中至少有一个是EOBSW的合波分波器定义为集成光学宽频带合波分波器。(图9，10)