1.本技术涉及集成光电子技术领域，尤其涉及一种波导阵列结构及其光场调控方法。
背景技术：
2.目前，光学波前整形对于基础物理研究、信息处理、光学成像、激光雷达等领域具有重要应用价值，片上的光学波前整形技术能够丰富集成光学系统的应用场景，相关技术的发展对于集成光子信息处理等应用具有重要意义。为实现片上传输的光场的波前调控，当前主要的两类j9九游会真人的解决方案分别基于亚波长尺度的超材料体系和具有非均匀厚度的波导体系，两类方案均存在工艺实现难度较大、容差低的问题，且不易与基于光学波导结构的集成光子器件兼容。相较之下，能与微纳制造工艺兼容的波导体系是调控片上光学波前更为理想的选择。光波导是集成光子平台最基本和通用的结构，相关设计、制备和封测技术都十分成熟，且与各类集成光子器件能很好兼容。然而，在相关的波导体系中实现波前整形尚存在困难。
技术实现要素：
3.本技术提供一种实现片上光学波前整形功能的波导阵列结构及其光场调控方法。
4.本技术提供一种波导阵列结构，用于片上光学波前整形，包括至少一级波导阵列，所述波导阵列包括自下向上依次叠层设置的衬底层、缓冲层、波导层及覆盖层，所述波导层包括多根间隔设置的波导；所述波导阵列中光学模式沿其光传输方向的有效折射率的调控参数满足有效折射率分布函数，及相邻两根所述波导的中心间距参数满足中心间距分布函数；光经过至少一个所述波导阵列后其光学波前被整形。
5.可选的，所述调控参数包括所述缓冲层、所述波导层及所述覆盖层的材料；所述波导的宽度；所述波导层的厚度；所述波导层的刻蚀深度；所述波导层传输光的波长；所述波导层光场传输的偏振态及所述波导层光场传输的模式。
6.可选的，所述有效折射率分布函数包括双曲正割分布函数或二次分布函数。
7.可选的，所述中心间距分布函数包括双曲正割分布函数或二次分布函数。
8.可选的，所述波导阵列结构还包括光学调制器；所述波导阵列结构还包括设于所述波导阵列的输入端的输入波导和设于所述波导阵列的输出端的输出波导，所述光学调制器设于所述输入波导。
9.可选的，所述光学调制器包括波导移相器、马赫-增德尔干涉器、环形谐振器中的至少一个。
10.可选的，所述光学调制器的数量至少设置为一个。
11.可选的，所述光学调制器的数量设置一个，所述波导阵列结构的输入波导设置所述波导移相器、所述马赫-增德尔干涉器、所述环形谐振器中的其中一个。
12.可选的，所述光学调制器的数量设置两个，所述波导阵列结构的输入波导设置所
述波导移相器、所述马赫-增德尔干涉器、所述环形谐振器中的其中两个。
13.可选的，所述光学调制器的数量设置三个，所述波导阵列结构的输入波导设置所述波导移相器、所述马赫-增德尔干涉器、所述环形谐振器。
14.可选的，所述波导阵列结构包括多级波导阵列，在所述波导阵列的光传输方向上，所述多级波导阵列中，位于前一级的所述波导阵列通过连接于其输出端的所述输出波导与位于后一级的所述波导阵列通过连接于其输入端的所述输入波导级联连接；光经过所述多级波导阵列后其光学波前被多级整形。
15.可选的，所述光学调制器的数量设置为至少一个；至少一个所述光学调制器设于级联连接的所述多级波导阵列中与至少一个所述波导阵列的输入端连接的所述输入波导。
16.本技术还提供一种波导阵列结构的光场调控方法，所述波导阵列结构用于片上光学波前整形；所述波导阵列结构包括波导阵列，所述波导阵列包括多根波导；所述波导阵列结构的光场调控方法包括：设置所述波导阵列中光学模式沿其光传输方向的有效折射率的调控参数，使该有效折射率满足所述有效折射率分布函数；设置相邻两根所述波导的中心间距参数，使该中心间距参数满足所述中心间距分布函数；根据所述有效折射率的所述调控参数和相邻两根所述波导的所述中心间距参数，确定所述波导阵列沿其光传输方向的衍射系数；及根据所述衍射系数，调控所述波导阵列中光学模式沿其光传输方向的光场。
17.可选的，所述根据所述有效折射率的所述调控参数和相邻两根所述波导的所述中心间距参数，确定所述波导阵列沿其光传输方向的衍射系数，包括：当确定所述衍射系数沿所述波导阵列的光传输方向为正值和/或负值时，入射光学波前在所述波导阵列中的传输形式为衍射；或当确定所述衍射系数沿所述波导阵列的光传输方向为零时，入射光学波前在所述波导阵列中无衍射。
18.可选的，所述当确定所述衍射系数沿所述波导阵列的光传输方向为正值和/或负值时，入射光学波前在所述波导阵列中的传输形式为衍射，包括：当确定所述衍射系数沿所述波导阵列的光传输方向为正值时，入射光学波前在所述波导阵列中的传输形式为反常衍射；或当确定所述衍射系数沿所述波导阵列的光传输方向为负值时，入射光学波前在所述波导阵列中的传输形式为正常衍射。
19.可选的，所述当确定所述衍射系数沿所述波导阵列的光传输方向为正值和/或负值时，入射光学波前在所述波导阵列中的传输形式为衍射，包括：当确定所述衍射系数沿所述波导阵列的光传输方向具有正值和负值，且所述衍射系数沿所述波导阵列的光传输方向的积分为零时，入射光学波前在所述波导阵列中的传输形式为自聚焦；或当确定所述衍射系数沿所述波导阵列的光传输方向具有正值和负值，所述衍射系数沿所述波导阵列的光传输方向的积分为零，且所述波导阵列中光学模式的所述有效折射率满足所述有效折射率分布函数时，入射光学波前在所述波导阵列中的传输形式为经过透
镜的传输形式。
20.可选的，所述波导阵列包括自下向上依次叠层设置的衬底层、缓冲层、波导层及覆盖层，所述波导层包括多根间隔设置的所述波导；所述调控参数包括所述缓冲层、所述波导层及所述覆盖层的材料；所述波导的宽度；所述波导层的厚度；所述波导层的刻蚀深度；所述波导层传输光的波长；所述波导层光场传输的偏振态及所述波导层光场传输的模式。
21.可选的，所述有效折射率分布函数包括双曲正割分布函数或二次分布函数。
22.可选的，所述中心间距分布函数包括双曲正割分布函数或二次分布函数。
23.本技术实施例的波导阵列结构及其光场调控方法。波导阵列结构用于片上光学波前整形。波导阵列结构包括至少一级波导阵列，波导阵列包括自下向上依次叠层设置的衬底层、缓冲层、波导层及覆盖层，波导层包括多根间隔设置的波导。波导阵列中光学模式沿其光传输方向的有效折射率的调控参数满足有效折射率分布函数，及相邻两根波导的中心间距参数满足中心间距分布函数，光经过至少一个波导阵列后其光学波前被整形。如此实现片上光学波前整形功能，对于片上光信号处理，尤其是高集成密度、多光学通道的应用场景，具有重要应用价值，且能实现片上光场聚焦、衍射、无衍射传输以及光场调控等功能。
附图说明
24.图1所示为本技术的波导阵列结构的一个实施例的结构示意图。
25.图2所示为图1所示的波导阵列结构的a-a线处的截面示意图。
26.图3所示为本技术的波导阵列结构1的另一个实施例的结构示意图。
27.图4所示为图3所示的波导阵列结构的又一个实施例的结构示意图。
28.图5所示为图3所示的波导阵列结构的其他一个实施例的结构示意图。
29.图6所示为本技术的波导阵列结构的又一个实施例的结构示意图。
30.图7所示为本技术的波导阵列结构的光场调控方法一个实施例的流程图。
31.图8所示为本技术的波导阵列结构的光场调控方法的一个实施例的函数分布图。
32.图9所示为本技术利用波导阵列结构的光场调控方法形成的一个实施例的波导阵列的结构示意图。
33.图10所示为本技术利用波导阵列结构的光场调控方法形成的又一个实施例的波导阵列的结构示意图。
34.图11所示为本技术利用波导阵列结构的光场调控方法形成的其他一个实施例的波导阵列的结构示意图。
具体实施方式
35.这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本技术相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本技术的一些方面相一致的装置和方法的例子。
36.在本技术使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本技术。除非另作定义，本技术使用的技术术语或者科学术语应当为本技术所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本技术说明书以及权利要求书中使用的“第一”“第二”以及类
似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“多个”或者“若干”表示至少两个。除非另行指出，“前部”、“后部”、“下部”和/或“上部”等类似词语只是为了便于说明，而并非限于一个位置或者一种空间定向。“包括”或者“包含”等类似词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而且可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。
37.在本技术说明书和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
38.本技术实施例提供一种波导阵列结构及其光场调控方法。波导阵列结构用于片上光学波前整形，包括至少一级波导阵列，波导阵列包括自下向上依次叠层设置的衬底层、缓冲层、波导层及覆盖层，波导层包括多根间隔设置的波导；波导阵列中光学模式沿其光传输方向的有效折射率的调控参数满足有效折射率分布函数，及相邻两根波导的中心间距参数满足中心间距分布函数；光经过至少一个波导阵列后其光学波前被整形。
39.本技术实施例的波导阵列结构及其光场调控方法。波导阵列结构用于片上光学波前整形。波导阵列结构包括至少一级波导阵列，波导阵列包括自下向上依次叠层设置的衬底层、缓冲层、波导层及覆盖层，波导层包括多根间隔设置的波导。波导阵列中光学模式沿其光传输方向的有效折射率的调控参数满足有效折射率分布函数，及相邻两根波导的中心间距参数满足中心间距分布函数，光经过至少一个波导阵列后其光学波前被整形。如此实现片上光学波前整形功能，对于片上光信号处理，尤其是高集成密度、多光学通道的应用场景，具有重要应用价值，且能实现片上光场聚焦、衍射、无衍射传输以及光场调控等功能。
40.图1所示为本技术的波导阵列结构1的一个实施例的结构示意图。图2所示为图1所示的波导阵列结构1的a-a线处的截面示意图。如图1和图2所示，波导阵列结构1用于片上光学波前整形。波导阵列结构1包括至少一级波导阵列11。在图1所示的实施例中，波导阵列11包括波导阵列主体111和设于波导阵列主体111的输入端的输入连接区域112和设于波导阵列主体111的输出端的输出连接区域113。在图2所示的实施例中，波导阵列11包括自下向上依次叠层设置的衬底层114、缓冲层115、波导层116及覆盖层117。本实施例中，波导阵列主体111包括衬底层114、缓冲层115、波导层116及覆盖层117。缓冲层115位于衬底层114的上方，波导层116位于缓冲层115的上方，覆盖层117位于波导层116的上方。波导层116包括多根间隔设置的波导118。波导118的材料包括但不限于硅、氮化硅、铌酸锂、三五族、聚合物等。波导阵列11中光学模式沿其光传输方向的有效折射率的调控参数满足有效折射率分布函数，及相邻两根波导118的中心间距参数满足中心间距分布函数。光经过至少一个波导阵列11后其光学波前被整形。如此设置，实现片上光学波前整形功能，对于片上光信号处理，尤其是高集成密度、多光学通道的应用场景，具有重要应用价值，且能实现片上光场聚焦、衍射、无衍射传输以及光场调控等功能。
41.在图2所示的实施例中，调控参数包括缓冲层115、波导层116及覆盖层117的材料；波导118的宽度；波导层116的厚度；波导层116的刻蚀深度；波导层116传输光的波长；波导层116光场传输的偏振态及波导层116光场传输的模式。在图2所示的实施例中，通过配置缓
冲层115、波导层116及覆盖层117的材料；波导118的宽度l1；波导层116的厚度h1；波导层116的刻蚀深度h2；波导层116传输光的波长；波导层116光场传输的偏振态及波导层116光场传输的模式等参数，使满足有效折射率分布函数，从而实现片上光学波前整形功能。在本实施例中，有效折射率分布函数包括双曲正割分布函数或二次分布函数或其他类似的分布函数，在本技术中不作限定。在图2所示的实施例中，通过配置相邻两根波导118的中心间距l2，使满足中心间距分布函数，从而实现片上光学波前整形功能。在本实施例中，中心间距分布函数包括双曲正割分布函数或二次分布函数或其他类似的分布函数，在本技术中不作限定。
42.图3所示为本技术的波导阵列结构1的另一个实施例的结构示意图。如图3所示，波导阵列结构1还包括设于波导阵列11的输入端的输入波导12和设于波导阵列11的输出端的输出波导13。输入波导12连接于波导阵列11的输入连接区域112。输入波导12的数量与波导阵列11的数量一致。输入波导12的每一根波导的长度、宽度可以设置为特定值，用于调节输入波导12的光场的相位分布。输出波导13连接于波导阵列11的输出连接区域113。输出波导13的数量与波导阵列11的数量一致。输入连接区域112和输出连接区域113通过弯曲波导和绝热波导实现输入/输出波导区域与波导阵列11的连接。
43.光学波前通过波导阵列11的输入端的输入波导12，经过输入连接区域112耦入至波导阵列主体111，光学波前经过波导阵列主体111后再经过波导阵列11的输出端的输入连接区域112，经过输出波导13耦出，如此实现片上光学波前整形功能。
44.在图3所示的实施例中，波导阵列结构1还包括光学调制器14。光学调制器14设于输入波导12。光学调制器14的数量至少设置为一个。光学调制器14用于实现波导阵列11的输入端的光场的强度和/或相位和/或频率的调节。在一些实施例中，光学调制器14包括波导移相器、马赫-增德尔干涉器、环形谐振器中的至少一个。波导移相器可以调节波导阵列11的输入端的光场的相位。马赫-增德尔干涉器可以调节波导阵列11的输入端的光场的强度。环形谐振器可以调节波导阵列11的输入端的光场的频率。
45.在图3所示的实施例中，光学调制器14的数量设置一个。波导阵列结构1的输入波导12设置一个光学调制器14。本实施例中，波导阵列结构1的输入波导12可以设置波导移相器、马赫-增德尔干涉器、环形谐振器中的其中一个。如此可以实现波导阵列11的输入端的光场的强度或相位或频率的调节。
46.图4所示为图3所示的波导阵列结构1的又一个实施例的结构示意图。在图4所示的实施例中，光学调制器14的数量设置两个。波导阵列结构1的输入波导12设置两个光学调制器14。本实施例中，波导阵列结构1的输入波导12可以设置波导移相器、马赫-增德尔干涉器、环形谐振器中的其中两个。如此可以实现波导阵列11的输入端的光场的强度、相位、频率中的其中两者的调节。
47.图5所示为图3所示的波导阵列结构1的其他一个实施例的结构示意图。在图5所示的实施例中，光学调制器14的数量设置三个。波导阵列结构1的输入波导12设置三个光学调制器14。在本实施例中，波导阵列结构1的输入波导12可以设置波导移相器、马赫-增德尔干涉器、环形谐振器。如此可以实现波导阵列11的输入端的光场的强度、相位和频率的调节。
48.在图3至图5所示的实施例中，可以根据需求设置光学调制器14，以得到所需的输出光学波前，适用范围广。
49.图6所示为本技术的波导阵列结构1的又一个实施例的结构示意图。如图6所示，波导阵列结构1包括多级波导阵列11，在波导阵列11的光传输方向上，多级波导阵列11中，位于前一级的波导阵列11通过连接于其输出端的输出波导13与位于后一级的波导阵列11通过连接于其输入端的输入波导12级联连接。光经过多级波导阵列11后其光学波前被多级整形。在图6所示的实施例中，波导阵列结构1包括两级波导阵列11，例如包括第一波导阵列11a和第二波导阵列11b，但不仅限于此。
50.在图6所示的实施例中，第一波导阵列11a包括波导阵列主体111a和设于波导阵列主体111a的输入端的输入连接区域112a和设于波导阵列主体111a的输出端的输出连接区域113a。波导阵列11a的输入连接区域112a连接输入波导12a。波导阵列11a的输出连接区域113a连接输出波导13a。第二波导阵列11b包括波导阵列主体111b和设于波导阵列主体111b的输入端的输入连接区域112b和设于波导阵列主体111b的输出端的输出连接区域113b。波导阵列11b的输入连接区域112b连接输入波导12b。波导阵列11b的输出连接区域113b连接输出波导13b。第二波导阵列11b位于第一波导阵列11a的后级。第二波导阵列11b的输入端通过输入波导12b与第一波导阵列11a的输出波导13a连接。光经过两级波导阵列11后其光学波前被多级整形。光学波前通过第一波导阵列11a的波导阵列11a的输入端的输入波导12a，经过输入连接区域112a耦入至波导阵列主体111a，光学波前经过波导阵列主体111a后再经过波导阵列11a的输出端的输入连接区域112a，经过输出波导13a耦出，然后通过第二波导阵列11b的波导阵列11b的输入端的输入波导12b，经过输入连接区域112b耦入至波导阵列主体111b，光学波前经过波导阵列主体111b后再经过波导阵列11b的输出端的输入连接区域112b，经过输出波导13b耦出，如此实现片上光学波前整形功能。
51.在图6所示的实施例中，光学调制器14的数量设置为至少一个。在一些实施例中，光学调制器14的数量可以设置一个或一个以上。在一些实施例中，至少一个光学调制器14设于级联连接的多级波导阵列11中与至少一个波导阵列11的输入端连接的输入波导12。光学调制器14可以设于级联连接的多级波导阵列11中与其中一个或一个以上的波导阵列11的输入端连接的输入波导12。且光学调制器14可以设置一个或一个以上。
52.在图6所示的实施例中，光学调制器14的数量设置为一个，该光学调制器14可以是波导移相器、马赫-增德尔干涉器、环形谐振器中的其中一个。该一个光学调制器14可以设于第一波导阵列11a的波导阵列11a的输入端的输入波导12a和/或第二波导阵列11b的波导阵列11b的输入端的输入波导12b，如此可以实现波导阵列11的输入端的光场的强度或相位或频率的调节。可拓展地，光学调制器14的数量设置两个，该两个光学调制器14可以是波导移相器、马赫-增德尔干涉器、环形谐振器中的其中两个。该两个光学调制器14可以设于第一波导阵列11a的波导阵列11a的输入端的输入波导12a和/或第二波导阵列11b的波导阵列11b的输入端的输入波导12b，如此可以实现波导阵列11的输入端的光场的强度、相位、频率中的其中两者的调节。同理，光学调制器14的数量设置三个，该三个光学调制器14可以是波导移相器、马赫-增德尔干涉器、环形谐振器。该三个光学调制器14可以设于第一波导阵列11a的波导阵列11a的输入端的输入波导12a和/或第二波导阵列11b的波导阵列11b的输入端的输入波导12b，如此可以实现波导阵列11的输入端的光场的强度、相位、频率的调节。可拓展地，波导移相器、马赫-增德尔干涉器、环形谐振器可以设于不同的波导阵列11的输入端的输入波导12，在此不再赘述。如此设置，可根据实际需求灵活设置光学调制器14的数量
和位置，以调节波导阵列11的输入端的光场的强度、相位、频率。
53.图7所示为本技术的波导阵列结构1的光场调控方法的一个实施例的流程图。波导阵列结构1的光场调控方法应用于上述图1至图7实施例所示的波导阵列结构1，基于介质波导阵列11的离散衍射性质调控实现片上光学波前整形。如图7所示，波导阵列结构1的光场调控方法包括步骤s1至步骤s4。
54.步骤s1、设置波导阵列11中光学模式沿其光传输方向的有效折射率的调控参数，使该有效折射率满足有效折射率分布函数。本实施例中，有效折射率分布函数包括双曲正割分布函数或二次分布函数或类似的分布函数。
55.步骤s2、设置相邻两根波导的中心间距参数，使该中心间距参数满足中心间距分布函数。在本实施例中，中心间距分布函数包括双曲正割分布函数或二次分布函数。
56.步骤s3、根据有效折射率的调控参数和相邻两根波导的中心间距参数，确定波导阵列11沿其光传输方向的衍射系数。本实施例中，通过选取合适的有效折射率的调控参数和合适的相邻两根波导的中心间距参数，结合适配的分布函数，可以得到起到的衍射系数的表达形式。
57.步骤s4、根据衍射系数，调控波导阵列11中光学模式沿其光传输方向的光场。本实施例中，在确定衍射系数后，可以用于实现波导阵列11中光场的其光传输方向波矢调控。
58.在图7所示的实施例中，波导阵列结构1的光场调控方法基于介质波导阵列11的离散衍射性质调控实现片上光学波前整形。具体需要设计的参数有效折射率的调控参数和相邻两根波导的中心间距参数。在有效折射率的调控参数和相邻两根波导的中心间距参数的共同作用下，将在波导阵列11的内部实现特定的对应离散衍射特性。
59.本实施例中，基于基本的波导阵列11的耦合模方程，通过表达式（1）表示：；（1）其中，为波导阵列11中第根波导的电场；为波导中的传输波矢；为相邻波导的耦合系数。
60.波导阵列11沿其传输方向的波矢与的关系，通过表达式（2）表示：；（2）其中，为波导阵列11沿传输方向变化的其光传输方向波矢函数；为波导阵列11沿其传输方向变化的波导间距的函数。
61.进一步，可以得到离散波导阵列11的衍射系数，通过表达式（3）表示：；（3）其中，；
；和都是波导阵列11沿其传输方向变化的函数；为波导模式有效折射率沿波导阵列11沿其传输方向的函数；和、和为双曲正割函数的拟合参数。
62.本实施例中，波导阵列结构1的光场调控方法用于确定离散波导阵列11的衍射系数。其中，和同时满足双曲正割函数分布。
63.在图1至图7所示的实施例中，波导阵列11包括多根波导118，其宽度分布根据功能需求进行设置。通过改变波导层116的厚度h1和波导层116的刻蚀深度h2可以对波导阵列11中每一根波导118内光场传输波矢的大小进行调节，可辅助实现对的分布的调控。两根波导118的中心间距l2可以用于实现对和分布形式的调节。通过选取合适的波导层116的厚度h1、波导层116的刻蚀深度h2及两根波导118的中心间距l2，结合合适的和分布，可以得到期望的衍射系数的表达形式。
64.本实施例中，有效折射率的调控参数和相邻两根波导的中心间距参数均适配合适的双曲正割函数的拟合参数，得到期望的波导阵列11的离散衍射系数的分布。如此设置，离散衍射具有连续空间所没有的反常衍射现象，可以用于实现其光传输方向光场波矢的调控。
65.在图7所示的实施例中，在步骤s3中，当确定衍射系数沿波导阵列11的光传输方向为正值和/或负值时，入射光学波前在波导阵列11中的传输形式为衍射。在图7所示的实施例中，当确定衍射系数沿波导阵列11的光传输方向为正值时，入射光学波前在波导阵列11中的传输形式为反常衍射。当选取的有效折射率的调控参数和相邻两根波导的中心间距参数使得衍射系数沿其光传输方向的光场始终为正值时，入射光学波前在波导阵列11中的传输过程表现为衍射。
66.在图7所示的实施例中，在步骤s3中，当确定衍射系数沿波导阵列11的光传输方向为负值时，入射光学波前在波导阵列11中的传输形式为正常衍射。当选取的有效折射率的调控参数和相邻两根波导的中心间距参数使得衍射系数沿其光传输方向的光场始终为负值时，入射光学波前在波导阵列11中的传输过程表现为正常衍射。
67.在图7所示的是实施例中，在步骤s3中，当确定衍射系数沿波导阵列11的光传输方向为零时，入射光学波前在波导阵列11中无衍射。当选取的有效折射率的调控参数和相邻两根波导的中心间距参数使得衍射系数沿其光传输方向的光场为零时，入射光学波前在波导阵列11中的传输过程表现为无衍射传输。
68.图8所示为本技术的波导阵列结构1的光场调控方法的一个实施例的函数分布图。图8所示为波导阵列11的衍射系数中的一种典型分布。在图8所示的实施例中，横坐标为其光传输方向位置，也就是波导阵列11沿其光传输方向的位置；纵坐标为。由于引入了梯度波导宽度分布，衍射系数在沿其光传输方向的分布会同时存在正值和负值。当衍射系数的符号为负时，对应正常衍射过程，当衍射系数的符号为正时，对应反常衍射过程。由于，耦合系数和均为正值，
衍射系数在的正负号由唯一决定。当为正值时，对应正常衍射过程；当为负值时，对应反常衍射过程；当为零时，对应无衍射过程。不同类型的衍射过程，对应不同的其光传输方向波矢运动，可以实现对输入光学波前的不同整形效果。
69.图9所示为本技术利用波导阵列结构1的光场调控方法形成的一个实施例的波导阵列11的结构示意图。在图7和图9所示的实施例中，光场传输所经区域的衍射系数的符号仅为负（或仅为正），即仅存在正常衍射过程（或反常衍射过程）。由于只存在单一类型衍射过程，在该波导阵列11中，当中心波导输入光时，光场的传输表现为发散。
70.图10所示为本技术利用波导阵列结构1的光场调控方法形成的又一个实施例的波导阵列11的结构示意图。在图7和图10所示的实施例中，光场传输所经区域的衍射系数的符号为零，对应无衍射过程。在该区域输入光时，光场的传输表现为无衍射传输。
71.在图7所示的实施例中，在步骤s3中，当确定衍射系数沿波导阵列11的光传输方向具有正值和负值，且衍射系数沿波导阵列11的光传输方向的积分为零时，入射光学波前在波导阵列11中的传输形式为自聚焦。当选取的有效折射率的调控参数和相邻两根波导的中心间距参数使得衍射系数沿其光传输方向的光场同时出现正值和负值，且衍射系数沿其光传输方向的光场的积分接近于0时，入射光学波前在波导阵列11中的传输过程表现为自聚焦。
72.在图7所示的实施例中，在步骤s3中，当确定衍射系数沿波导阵列11的光传输方向具有正值和负值，衍射系数沿波导阵列11的光传输方向的积分为零，且波导阵列11中光学模式的有效折射率满足有效折射率分布函数时，入射光学波前在波导阵列11中的传输形式为经过透镜的传输形式。当选取的有效折射率的调控参数和相邻两根波导的中心间距参数使得衍射系数沿其光传输方向的光场同时出现正值和负值，且衍射系数沿其光传输方向的光场的积分接近于零，同时，波导阵列11中的模式有效折射率分布满足近似二次函数分布时，波导阵列11可以近似等效为一个透镜，可以实现对入射光学波前的操控。
73.图11所示为本技术利用波导阵列结构1的光场调控方法形成的其他一个实施例的波导阵列11的结构示意图。在图7和图11所示的实施例中，光场传输所经区域的衍射系数的符号在沿其光传输方向的不同区域内存在负值和正值两种，且衍射系数沿其光传输方向的积分近似等于零。在该波导阵列11中，从某波导输入光后，光场的传输首先表现为发散，因此时的衍射系数数值为负（或者正），当光场发散至波导阵列11中衍射系数数值为正（或者负）的区域后，其光传输方向的衍射产生抵消，光场逐渐聚焦，经过一定传输距离后，光场能量全部聚焦至初始的输入波导12中，即自成像现象。特别的，若该类型波导阵列11中的波导模式有效折射率沿其光传输方向的分布满足近似二次函数分布，该类型波导阵列11对于光场的调控可以等效为一个近轴傅里叶透镜。
74.对于波导阵列11等效为透镜的情况，通过选取合适的波导阵列11参数，使得在波导阵列11中传输的光场的模式有效折射率满足：；该模式有效折射率与空间傅里叶透镜具有等价的数学形式，可以实现光学波前的
相位调制功能。因此，可以通过改变入射光学波前的相位分布实现对光场的传输操控。
75.基于波导阵列结构1的光场调控方法，形成图1至图6所示的波导阵列结构1。本实施例提供两种改变入射光学波前相位分布的方法，分别通过被动的光学调制器14（光学移相器）和主动的光学调制器14（光学移相器）实现。被动的光学调制器14（光学移相器）通过改变入射端波导的长度或宽度实现对相位的调制，主动的光学调制器14（光学移相器）由外部电极通过电光效应或者热光效应实现对入射端波导的相位调制。入射光学波前经过该类型波导阵列11时，传输行为等效于空间中光学波前经过一个傅里叶透镜。当多个该类型波导阵列11级联时，其功能等效于空间中的透镜组。
76.再回看图3所示的实施例中，基于波导阵列结构1的光场调控方法，其波导阵列11的衍射系数的符号在沿其光传输方向的不同区域内存在负值和正值两种，且衍射系数沿其光传输方向的积分近似等于零。同时，该波导阵列11中的波导模式有效折射率沿其光传输方向的分布满足近似二次函数分布，因此该波导阵列11对于光场的调控可以等效为一个近轴傅里叶透镜。入射光的强度、相位分布通过输入波导区域进行设置，当光场传输通过该波导阵列11，光场分布等效于经过了一个傅里叶透镜，波导阵列11对输入光场进行了相位调制和成像。通过输出波导输出，可以得到透镜调制后的光场分布。
77.在一些实施例中，光学调制器14设置为有源移相器。入射光的相位分布通过有源移相器进行实时控制，当光场传输通过该波导阵列11，光场分布等效于经过了一个傅里叶透镜，波导阵列11对输入光场进行了相位调制和成像。通过输出波导输出，可以得到透镜调制后的光场分布。根据实际所需要的光学波前，可以设置相应的有源移相器的相位调节分布，结合输出光场的反馈信号进行实时的入射光学波前相位调整，得到所需的输出光学波前。
78.在另一些实施例中，光学调制器14设置为马赫-增德尔干涉器。入射到波导阵列11的光场通过输入区域的马赫-增德尔干涉器进行调节，其强度分布可以实现实时的片上调控。当光场传输通过该波导阵列11，光场分布等效于经过了一个傅里叶透镜，波导阵列11对输入光场进行了强度调制和成像。光场通过输出区域的波导输出，可以得到透镜调制后的光场分布。根据实际所需要的光学波前，可以设置相应的马赫-增德尔干涉器的输出强度分布，结合输出光场的反馈信号进行实时的入射光学波前强度调整，得到所需的输出光学波前。
79.再回看图4所示的实施例中，光学调制器14设置为有源移相器和马赫-增德尔干涉器。入射光场的强度通过输入区域的马赫-增德尔干涉器进行调节，随后其相位通过有源移相器进行调节。当光场传输通过该波导阵列11，光场分布等效于经过了一个傅里叶透镜，该波导阵列结构1对输入光场进行了强度调制、相位调制和成像。根据实际所需要的光学波前，可设置相应的马赫-增德尔干涉器输出强度分布和有源移相器的相位调节分布，结合输出光场的反馈信号进行实时的入射光学波前相位调整，得到所需的输出光学波前。
80.再回看图6所示的实施例中，波导阵列结构1包括多级波导阵列11，其的衍射系数的符号在沿其光传输方向的不同区域内存在负值和正值两种，且衍射系数沿其光传输方向的积分近似等于零。同时，该波导阵列结构1中的每个波导阵列11的波导模式有效折射率沿其光传输方向的分布满足近似二次函数分布，因此该波导阵列结构1对于光场的调控可以等效为一个包含多个透镜的傅里叶透镜组。
81.在一些实施例中，光学调制器14设置为有源移相器。入射光的相位分布通过有源移相器进行实时控制，当光场传输通过每一个波导阵列11，光场分布等效于经过了一个傅里叶透镜，当光场传输通过整个波导阵列结构1，等效于经过了一个傅里叶透镜组。波导阵列11组对输入光场进行了相位调制和成像。通过输出波导输出，可以得到透镜调制后的光场分布。根据实际所需要的光学波前，可以设置结构中每一层波导阵列11前的有源移相器的相位调节分布，结合输出光场的反馈信号进行实时的入射光学波前相位调整，得到所需的输出光学波前。
82.在另一些实施例中，光学调制器14设置为马赫-增德尔干涉器。入射光的强度分布通过马赫-增德尔干涉器进行实时控制，当光场传输通过每一个波导阵列11，光场分布等效于经过了一个傅里叶透镜，当光场传输通过整个波导阵列结构1，等效于经过了一个傅里叶透镜组。波导阵列11组对输入光场进行了相位的调制和成像。通过输出波导输出，可以得到透镜调制后的光场分布。根据实际所需要的光学波前，可以设置结构中每一层波导阵列11前的马赫-增德尔干涉器的输出强度分布，结合输出光场的反馈信号进行实时的入射光学波前强度调整，得到所需的输出光学波前。
83.可拓展地，光学调制器14设置为有源移相器和马赫-增德尔干涉器。入射光的强度分布通过马赫-增德尔干涉器进行实时控制，相位分布通过有源移相器进行实时控制，每一层波导阵列11都可以进行一次单独的强度、相位调制，光场从输出区域输出之后，通过结合输出光场的反馈信号进行实时的入射光学波前在波导阵列11组内的强度、相位调整，得到所需的输出光学波前。
84.本实施例的波导阵列结构1的光场调控方法，该方法能够指导不同种类材料平台中波导阵列结构1的波前整形设计，通过波导阵列结构1参数设计能实现片上光场聚焦、衍射、无衍射传输以及光场调控等功能。且可以实现高密度、可扩展的片上光学信号处理、互联，能够在波导体系中实现光学波前的人为调控。波导阵列11是波导体系中的一类重要结构，由多根波导按照预定规则排布组成。波导阵列11集成密度高，是大规模光子集成的重要结构体系之一。本实施例在波导阵列11中实现片上光学波前整形功能，对于片上光信号处理，尤其是高集成密度、多光学通道的应用场景，具有重要应用价值。
85.以上所述仅为本技术的较佳实施例而已，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术保护的范围之内。