基于辐射倾斜光纤光栅的光学天线

作者：宋青果

一、研究背景

辐射倾斜光纤光栅（RTFG）由于其独特的偏振耦合特性，已被用作理想的全光纤偏振辐射器件和全光纤衍射器件。RTFG可以将纤芯模以波长相关的衍射角辐射出光纤。基于这一特点，RTFG已应用于紧凑型的偏振光谱仪、高效光谱编码成像系统以及光学时间拉伸成像系统等。然而，大多数提出的RTFG的理论研究和应用都是基于其辐射和衍射特性。根据光束可逆的性质，RTFG也可实现空间光的接收，作为一种全光纤的空间光接收器进行应用。

二、工作亮点

RTFG除了用于全光纤的辐射衍射器件之外，还可用作空间光的接收器，实现一种全光纤结构的光学天线。通过系统性的光接收实验，团队研究了入射光方位角、波长以及偏振态等参数等于耦合效率的影响。结果表明该光学天线最高可实现5%的空间光接收效率，并且空间光入射角度和偏振态对其耦合效率影响较大，垂直入射时具有最高的耦合效率，同时其具有很强的偏振依赖性，在S偏振态和P偏振态下分别具有最高和最低的耦合效率。基于辐射倾斜光纤光栅光学天线的波长衍射特性和光束耦合特性，研究了其在空间光滤波中的效果，通过在空间上进行频谱编码，实现了任意光谱形状的滤波效果。研究结果表明，该光学天线具有良好的空间光辐射和接收特性，可应用于频谱分析和空间光通信领域。

该工作以“An In-fiber Optical Antenna Based on 45° Tiled Fiber Grating”为题发表在OGC2021会议中。

图1 (a)辐射倾斜光栅光学天线原理图 (b)方位角对耦合效率的影响 (c)偏振态对耦合效率的影响

图2 (a)辐射倾斜光栅的空间滤波系统 (b)空间滤波结果图