光子波导模式至自由空间高斯光束的极端模式转换器
应用物理
2024-11-11 v1 光学
摘要
光子芯片与原子、微机械、化学和生物系统的集成可以推动科学进步，并为芯片级器件与技术开启许多可能性。用于在高折射率单模波导与横截面跨越数百个波长的任意自由空间模式之间直接耦合光的紧凑光子结构，将消除笨重的光学组件，并使光子集成到许多需要宽光束、结构光以及厘米级传播距离且具有低衍射极限损耗的新应用中。传统的光纤耦合方法在跨越极端巨大的模式尺度失配（模态面积相差约 倍）时，无法很好地扩展以实现精确、低损耗的耦合。在此，我们提出了一种极端模式转换器，能够将光子波导模式转换为衍射极限的自由空间高斯光束，其束腰约为 m。使用两个相同的转换器，我们演示了光栅到光栅的耦合，该耦合通过自由空间中的镜面反射将辐射光束耦合回芯片。我们的设计在 780~nm 波长下工作以实现与芯片级原子蒸气池腔的集成，并且可适配于可见光、电信或其他波长。此外，使用本文提出的两阶段扩展方法可以实现其他类型的光束。
引用
@article{arxiv.1803.08124,
title = {Photonic waveguide mode to free-space Gaussian beam extreme mode converter},
author = {Sangsik Kim and Daron A. Westly and Brian J. Roxworthy and Qing Li and Alexander Yulaev and Kartik Srinivasan and Vladimir A. Aksyuk},
journal= {arXiv preprint arXiv:1803.08124},
year = {2024}
}