本發(fā)明屬于集成光學和光波導技術，涉及一種能產生超模的脊形波導耦合陣列。

背景技術：

脊形光波導元件在集成光學中運用廣泛，通過脊形波導設計可以實現大模場的單模光束。它的基本理論方法是基于單模條件，通過合理的幾何形狀和尺寸設計，增大有效模場面積，獲得高光束質量的單模光場。

為進一步獲得更大光場面積，可設計能產生超模的脊形波導耦合陣列，它在大功率固體激光器或放大器應用中具有明顯優(yōu)勢：通過多個脊形光波導的耦合形成超模輸出，在其模場面積擴大的同時，保持優(yōu)秀的光束質量，使其更利于耦合到其它集成光學的波導原件中。固體激光器系統(tǒng)按照其光增益介質的幾何性質傳統(tǒng)上可分為圓棒、盤片和板條等基本類型，由于傳統(tǒng)的單個增益波導中存在著單模模場較小或者多模光束質量較差的問題，一般在高功率輸出的條件下難以保持較好的光束質量；本發(fā)明設計的脊形波導耦合陣列應用于固體激光器系統(tǒng)中，不僅可獲得大功率激光輸出，而且有利于獲得更好的光束質量。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種能產生超模的脊形波導耦合陣列，能產生超模光場，其遠場具有近高斯分布特性。

實現本發(fā)明目的的技術解決方案為：一種能產生超模的脊形波導耦合陣列，包括至少兩個波導單元和位于相鄰的兩個波導單元之間的過渡塊，相鄰的波導單元之間通過相互耦合產生超模光場。

所述波導單元包括芯層、上包層和襯底，芯層位于上包層和襯底之間。

所述波導單元的芯層為脊形結構，采用稀土金屬離子摻雜晶體材料。

所述過渡塊位于上包層和襯底之間，且一側與一個波導單元的芯層連接，另一側與另一個波導單元的芯層連接，采用未摻雜晶體材料。

所述過渡塊的折射率介于芯層折射率和上包層折射率之間。

本發(fā)明與現有技術相比，其顯著優(yōu)點在于：（1）從結構上看，每個脊形波導單元通過適當的幾何形狀和尺寸設計，都可以獨立產生具有較大模場面積的單模光場。

（2）通過相鄰波導單元之間的耦合，多個具有較大模場面積的單模脊形波導場陣列可以耦合產生光場超模，其遠場呈近高斯分布特性。

（3）通過調整相鄰波導單元間隔寬度及間隔材料的光學特性，可以實現對光場超模特性的調制，產生較好的光束質量。

（4）從材料上看，構造脊形波導陣列的材料選擇具有較大的選擇范圍，包括各種類型的稀土金屬離子摻雜晶體材料。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的能產生超模的脊形波導耦合陣列的局部截面示意圖。

圖2為本發(fā)明的能產生超模的脊形波導耦合陣列的實施例1的零階超模的電場分量強度分布仿真模擬圖。

圖3為圖2中的能產生超模的脊形波導耦合陣列的實施例1的遠場光強分布計算圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述。

結合圖1，一種能產生超模的脊形波導耦合陣列，包括至少兩個波導單元，相鄰的兩個波導單元通過過渡塊2相連，相鄰波導單元之間通過相互耦合產生超模光場。

進一步地，所述波導單元包括芯層3、上包層1和襯底4，芯層3位于上包層1和襯底4之間。

進一步地，所述波導單元的芯層3為脊形結構，采用稀土金屬離子摻雜晶體材料。襯底4和上包層1的折射率可以相同，也可以不同。

芯層的厚度自脊頂至芯層底部為1-10微米，脊高、脊寬、脊間距、上包層厚度和寬度、襯底厚度和寬度可以分別是數微米到數十微米，具體數值由具體應用條件確定。

進一步地，所述過渡塊2位于上包層1和襯底4之間，且一側與一個波導單元的芯層3連接，另一側與另一個波導單元的芯層3連接采用為摻雜晶體材料。

進一步地，所述過渡塊2的折射率介于芯層3折射率和上包層1折射率之間。

進一步地，能產生超模的脊形波導耦合陣列的波導單元數目及其總長度根據不同使用領域具體設置。

實施例1

結合圖1，一種能產生超模的脊形波導耦合陣列，以三個波導單元為例，包括上包層1、兩個過渡塊2、芯層3和襯底4。芯層3為脊形結構，間隔設置在襯底4上，相鄰的兩個芯層3之間通過過渡塊2連接，上包層1位于芯層3和過渡塊2的頂部，完整覆蓋芯層3和過渡塊2。所述三個波導單元中芯層3采用稀土金屬離子摻雜晶體。

過渡塊2采用與芯層3相同的材料，但過渡塊2的折射率介于芯層3折射率和上包層1折射率之間。

本發(fā)明為多個脊形波導單元構成的耦合陣列，每個波導單元都可產生單模光場；推廣到脊形波導陣列，在波導單元相互耦合的條件下，可以產生具有超大模場面積的光場超模，同時調整單元波導直接的耦合可獲得近高斯分布的遠場光束質量，其遠場分布具有近高斯特性。本發(fā)明可應用于大功率固體激光器或放大器領域。

結合圖2和圖3，可知由于各個波導單元在過渡塊2處發(fā)生光場的耦合，從而產生一種大模場的超模光場。

本發(fā)明能在增大光場的面積同時，提高光束質量及與其它集成光學器件的耦合特性，適合大功率固體激光器和放大器領域。

技術特征：

技術總結
本發(fā)明公開了一種能產生超模的脊形波導耦合陣列，包括至少兩個波導單元，相鄰的兩個波導單元通過過渡塊相連，相鄰波導單元之間通過相互耦合產生超模光場。所述波導單元包括芯層、上包層和襯底，芯層位于上包層和襯底之間。所述波導單元的芯層為脊形結構，所述過渡塊位于上包層和襯底之間。本發(fā)明由多個脊形波導單元構成的耦合陣列，每個波導單元都可產生單模光場；推廣到脊形波導陣列，在波導單元相互耦合的條件下，可以產生具有超大模場面積的光場超模，同時調整單元波導直接的耦合可獲得近高斯分布的遠場光束質量，其遠場分布具有近高斯特性。本發(fā)明可應用于大功率固體激光器和放大器領域。

技術研發(fā)人員：陳付志;馬梓陽;李力
受保護的技術使用者：南京理工大學
技術研發(fā)日：2016.04.25
技術公布日：2017.10.31