The invention discloses an on-chip low-mode laser generation system and method based on silicon-based mode conversion. The invention belongs to the field of integrated optics. The system consists of a silicon-based waveguide (1) and an optical fiber system (2), in which the silicon-based waveguide (1) includes a silicon waveguide coupler (14, 15), a small-mode silicon-based mode multiplexer (16)/demultiplexer (13), a small-mode silicon-based waveguide (12), a small-mode silicon-based power coupler (14), an optical fiber system (2) includes a pump source (24), an optical isolator (23), an erbium-doped fiber (26), a single-mode optical fiber (22), and an optical wavelength division multiplexing (WDM). A device (25), an optical channel selector (27) and an optical coupler (21). The system uses semiconductor lasers as pumping source, erbium-doped fiber as gain medium, optical fiber system and silicon-based waveguide to construct ring resonators, and generates few-mode lasers by controlling the mode conversion of silicon-based, which provides an effective technical scheme for the construction of high-density on-chip systems.
【技术实现步骤摘要】
一种基于硅基模式转换的片上少模激光产生系统及方法
本专利技术涉及集成光学和硅基光学领域,具体设计一种片上少模激光产生系统和方法,更具体的是一种基于硅基模式复用/解复用在硅基片上产生少模激光的系统和方法,将光纤系统和硅基波导组合构成的环形谐振腔来实现片上高阶横模激光的产生。
技术介绍
为了实现更高密度的光信息传输,提升信息容量和频率效率,在光纤通信系统中通过对信号的幅度、相位、偏振光等维度进行复用,提升了单波长光信号的传输容量,对于单模光纤传输系统中,提升光纤传输信息容量的有效方法是WDM的方法,但是传统的WDM系统的频率分割已经达到了极限难以继续分割。数字相干光通信可以进一步提升容量但是会引入非线性。单模光纤的传输容量已经逼近100Tb/s的非线性香农极限,因此需要在在空间维度上进行扩展。目前空分复用系统采用了多纤复用技术、多芯复用技术和模分复用技术以提升传输信道的传输容量。模分复用技术是指在将同一多模或少模光纤中相互正交的不同模式作为独立的信道来承载不同的信息,以大大提高每根光纤的传输模式数量,从而增加光纤通信系统的信息容量和频率效率。基于少模和WDM技术的融合将有利于提高单通道系统的传输容量,作为少摸光纤传输系统的光源,国内外学者已经通过多种方法和结构实现具有高阶横模输出的光纤激光器。硅基光电子技术,结合了硅基微电子工艺成熟、高密度集成、价格低廉和光电子的大带宽、高传输速率及抗干扰等优势,成为了业界普遍认可的高稳定性、超高密度、高能效、低成本和高度集成的光互联技术中最有发展潜力的关键技术,在学术界和工业界引起了广泛的兴趣。目前硅基光电子器件在硅基激光器 ...
【技术保护点】
1.一种基于硅基模式转换的片上少模激光产生系统,其特征在于环形谐振腔包括硅基波导(1)和光纤系统(2);所述环形谐振腔硅基波导(1)包括:硅波导单模输入耦合器(15)、硅波导单模输出耦合器(14)、少模硅基模式复用器(16)、少模硅基分束器(11)、少模模硅基波导(12)、硅基少模模式解复用器(13);所述环形谐振腔光纤部分(2)包括泵浦源(24)、光隔离器(23)、单模掺铒光纤(26)、单模光纤(22)、单模光波分复用器(25)、光通道选择器(27)、光耦合器(21)。
【技术特征摘要】
1.一种基于硅基模式转换的片上少模激光产生系统,其特征在于环形谐振腔包括硅基波导(1)和光纤系统(2);所述环形谐振腔硅基波导(1)包括:硅波导单模输入耦合器(15)、硅波导单模输出耦合器(14)、少模硅基模式复用器(16)、少模硅基分束器(11)、少模模硅基波导(12)、硅基少模模式解复用器(13);所述环形谐振腔光纤部分(2)包括泵浦源(24)、光隔离器(23)、单模掺铒光纤(26)、单模光纤(22)、单模光波分复用器(25)、光通道选择器(27)、光耦合器(21)。2.根据权利要求1所述的基于硅基模式复用/解复用的片上少模激光产生系统,其特征在于:所述的少模硅基模式复用器(16)的端口1(165)、端口2(167)、端口3(169)分别与硅波导输入耦合器(15)的三个端口相连;所述的少模硅基模式解复用器(13)的端口1(135)、端口2(137)、端口3(139)分别与硅波导输出耦合器(14)的三个端口相连。3.根据权利要求1或2所述的基于硅基模式复用/解复用的片上少模激光产生系统,其特征在于:所述的少模硅基模式解复用器(16)包括衬底(160)、位于衬底(160)上的渐变少模波导(161)、第一弯曲耦合波导(164)、第二弯曲耦合波导(166)和第三弯曲耦合波导(168);渐变少模波导(161)分别与第一弯曲耦合波导(164)、第二弯曲耦合波导(166)、第三弯曲耦合波导(168)进行模式耦合转换,所述渐变少模波导(161)的两端分别为基模端口4(162)和少模端口5(163),所述第一弯曲耦合波导(164)、第二弯曲耦合波导(166)和第三弯曲耦合波导(168)的输入端口分别为端口1(165)、端口2(167)和端口3(169),输入端口均为基模输入;所述的少模硅基模式解复用器(13)包括衬底(130)、位于衬底(130)上的渐变少模波导(131)、第一弯曲耦合波导(134)、第二弯曲耦合波导(136)和第三弯曲耦合波导(138);渐变少模波导(131)分别与第一弯曲耦合波导(134)、第二弯曲耦合波导(136)、第三弯曲耦合波导(138)进行模式耦合转换。所述渐变少模少模波导(131)的两端分别为基模端口4(132)和少模端口5(133);所述第一弯曲耦合波导(134)、第二弯曲耦合波导(136)和第三弯曲耦合波导(138)的输出端口分别是端口1(135)、端口2(137)和端口3(139),三个输出端口均为单模输出。4.根据权利要求3所述的硅基模式复用/解复用的片上少模激光产生系统,其特征在于:所述少模硅基模式复用器(16)可以实现基模输入端口1(165)、基模输入端口2(167)、基模输入端口3(169)分别通过第一弯曲耦合波...
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