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梯度折射率光束整形器

技术#20170401-20180211

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图库
Gradient Index Optics
类别
研究人员
詹姆斯·莱热,博士
教授,电气和计算机工程
外部链接 (ece.umn.edu)
薄荷昆克
博士候选人,电气和计算机工程
外部链接 (people.ece.umn.edu)
帝林,博士
博士后助理,电气和计算机工程
外部链接 (people.ece.umn.edu)
由...管理
凯文镍
技术授权官 612-625-7289
专利保护

申请临时专利申请
出版物
梯度折射率设计用于衍射光束的模式转换
光学表达, 第一卷。 24,问题12,第13480-13488(2016)
梯度折射率光束成形器的数值设计
激光谐振器,微谐振器,和光束控制XIX 2017, 2017年1月1日

梯度折射率光学器件,用于激光光束整形

定制设计的梯度折射率(GRIN)光学元件用于成形的激光束的强度分布。代替使用一个单一的折射面来转换光束,如在自定义非球面透镜或衍射光学器件,在一个笑容元件,折射率在整个装置连续地变化。折射率的空间变化设计成补偿衍射效应,光束变换的渐进性确保比用常规光学实现更高的效率。此技术使任意光束成形操作,如转化高斯光束到一个平顶,和通过完全填充孔径的光束的阵列的相干组合。对于任何特定应用光束成形器可以使用唯一的数值算法来设计,和设计可以为芯片上波导或体积的装置制成。

梯度折射率提供超过现有方法的优点

在苛刻的应用中,降低在基于激光的系统光学器件的数目,提高效率是必不可少的。传统系统可能需要许多光学元件来变换的激光束的空间强度轮廓。然而,笑容介质,其可以在单个装置中任意重塑强度分布,具有精度高和无固有损耗单个紧凑光学元件内执行高级空间控制功能。此外,笑容元件是紧凑,坚固耐用,且重量轻。因为它们的光学功能被包含在介质中,它们不需要内部对准和它们的外表面可以制成方便的包装的任何形状。笑容媒体还提供热优点,因为热量被去除,以周围的材料,其可以在外部冷却,而不会影响光学区域。

提高光束组合

在光束的组合,露齿光学区域提供在这两个自由空间和集成器件的溶液,以常规的局限性。激光束的阵列通常不具有完美的填充因子因为邻近波束不重叠,并且每个波束在其中心最亮。然而,笑容元件可以改变各光束的强度,在其中心平坦化亮度,同时保证相邻光束之间的相位一致。片上的设备,如支链的波导,可以进行高效的光束通过相邻波束的倏逝波耦合的完美组合。然而,它们被限制在小尺寸尺度,因此无法处理高光功率。虽然不同的光学结构可以改善这一点,在折射率量化步骤降低设定的能够有效地实现光学功能。通过允许折射率平滑地变化,如在微笑,任意字段的变换既可以在片上的平台和在自由空间中来实现。适当设计的笑容元件可以相互相干的光束阵列转换成一个均匀的场分布与没有多余的干涉条纹。

折射率可随位置而连续变化

这项新技术提供了自由继续指定的折射率在整个空间,从而实现设备的创建,以适应各种各样的特殊需求,同时保持高效率。体积笑容设备可以用于高功率或自由空间应用制成,而平面笑容设备可以在芯片上实现。通过允许的折射率与位置不断变化,专门的光学功能,例如正对1光束组合和空间模式转换可以在性能水平超出了包括大多数系统的基本透镜/反射镜/分束器光学器件实现的。

好处和特点:

  • 激光束的任意空间变换
  • 平滑变化的折射率分布补偿衍射效应
  • 执行复杂的光学功能准确和无损地
  • 自包含的,无需内部对准
  • 能够实现低的系统复杂性相比典型光学
  • 良好的机械性能:坚固耐用,结构紧凑,重量轻

应用:

  • 集成光子波导器件
  • 光束成形器用于工业/外科激光器和定向能
  • 在电信光耦合器
  • 光束整形器/组合器为激光阵列(例如激光二极管或纤维阵列)
  • 光电

发展阶段 - 原型开发

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