[发明专利]一种光栅型广角耦合器

权利要求书

1.一种光栅型广角耦合器，其特征在于，从底层到顶层依次包括衬底层、绝缘层、波导层，其中波导层设有光栅耦合区，所述的光栅耦合区为刻深相同、宽度随机非均匀的光栅线条结构；

所述光栅线条结构的优化步骤如下：

1）将光栅耦合区划分为一串等高等宽的独立小方块；

２）随机产生若干组初始光栅耦合器；

３）计算初始光栅耦合器在空气中形成的远场场强分布；

４）计算目标函数FOM；

５）FOM符合要求或优化次数已到则结束；否则选取较优的解产生新的光栅耦合器，及若干组随机初始光栅耦合器进入步骤３）继续执行优化步骤；

所述目标函数FOM为目标耦合角度区间远场场强积分与归一化远场场强积分的乘积的最大值，表达式为：

，

其中E_far代表远场场强，max(E_far)是远场场强的最大值，A则代表远场辐射角区间。

2.根据权利要求 1 所述光栅型广角耦合器，其特征在于，所述光栅线条结构的优化步骤如下：

在波导层设置一段预设长度的耦合区，光栅线条的横断面划分为一串等高等宽的独立小方块；随机控制每个小方块出现或不出现，以产生若干组初始光栅耦合器；模式光源从波导输入，经耦合区初始光栅耦合进空气中，然后计算每一组初始光栅耦合器在空气中形成的远场场强分布，并算出目标函数；对比各组初始光栅耦合器的目标函数，挑选出最优的前几组，通过糅合、叠加或拼接方式产生若干组新的光栅组合，同时加入同等数量随机产生的光栅进入新一轮计算，重复多次，直到找到符合要求的最优解，或者优化次数达到设定值。

3.根据权利要求 1 所述光栅型广角耦合器，其特征在于，具有广角耦合的特性，可将不同传播角度的空间光信号直接耦合进平面光波导或光纤中；所述的广角是对称，或者不对称。

4.根据权利要求 1 所述光栅型广角耦合器，其特征在于，所述的光栅耦合区波导材料是绝缘体上的硅、铌酸锂、氮氧化硅、玻璃/二氧化硅、III-V族半导体化合物或高分子聚合物。

5.根据权利要求 1 所述光栅型广角耦合器，其特征在于，所述的等高等宽的独立小方块高和宽为几十纳米到几百纳米。