基于正常色散平坦氮化硅光波导的平坦光频率梳产生系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于正常色散平坦氮化硅光波导的平坦光频率梳产生系统，包括：可调重复频率脉冲光源，用于作为所述系统的脉冲光源，重复频率为10GHz‑200GHz可调，脉冲宽度为1～2.5ps，光脉冲为傅里叶变换极限光脉冲；高功率EDFA光放大器，用于放大光脉冲功率；可调带宽光滤波器，用于对光信号的光谱进行滤波以去除噪声；正常色散平坦氮化硅非线性光波导，用于通过自相位调制和光波分裂效应实现光频率梳频谱展宽和频谱包络平坦化；氮化硅光波导的非线性系数为0.4～6W

Flat Optical Frequency Comb Generation System Based on Normal Dispersion Flat Silicon Nitride Optical Waveguide

The invention provides a flat optical frequency comb generation system based on normal dispersion flattened silicon nitride optical waveguide, which includes: an adjustable repetition frequency pulse light source used as the pulse light source of the system, the repetition frequency is 10 GHz 200 GHz, the pulse width is 1-2.5 ps, the optical pulse is a Fourier transform limit optical pulse; a high power EDFA optical amplifier used to amplify the optical pulse power. Rate; adjustable bandwidth optical filter, used to filter the spectrum of optical signal to remove noise; normal dispersion flattened silicon nitride non-linear optical waveguide, used to achieve spectrum broadening and spectrum envelope flattening of optical frequency comb through self-phase modulation and light wave splitting effect; non-linear coefficient of silicon nitride optical waveguide is 0.4-6W

【技术实现步骤摘要】
基于正常色散平坦氮化硅光波导的平坦光频率梳产生系统
本专利技术涉及光频梳领域，尤其涉及一种基于正常色散平坦氮化硅光波导的平坦光频率梳产生系统。
技术介绍
频率锁定的稳定高信噪比多波长、单频窄线宽激光源在波分复用无源光网络、超大容量高速相干光通信、光信号处理、激光雷达以及微波光子学等领域有重要的应用。多波长、单频窄线宽激光源从时域上划分为两大类，包括：连续波多波长、单频窄线宽激光源和脉冲型多波长、单频窄线宽激光源。现有技术中，1550nm波段的上述两种光源的实现方法主要包括：半导体集成波导型连续波多波长、单频窄线宽激光源实现方法主要有：(1)基于多个单频半导体激光器或光纤激光器进行阵列集成实现多波长、单频激光输出；(2)基于分布反馈Fabry-Perot谐振腔利用半导体或光纤实现多波长、单频激光输出。其缺点为：半导体阵列集成型和基于分布反馈Fabry-Perot谐振腔型多波长单频窄线宽激光源均需要对每个激光波长进行温度和稳频等进行控制，能源利用效率较低。此外也有利用高非线性光纤中的受激布里渊、调制不稳定性和四波混频的多波长、单频窄线宽激光源，其缺点为：产生效率和频谱包络平坦度较差。脉冲型多波长、单频窄线宽激光源，也称为光频率梳，主要的四大类包括：(1)基于分立光学器件或半导体集成的调Q或锁模脉冲激光器；(2)基于直接调制半导体激光器、基于电吸收调制器或电光调制器的脉冲激光器；(3)基于非线性光纤超连续谱展宽的脉冲激光器；(4)基于非线性的克尔(Kerr)微腔脉冲激光器。基于锁模激光器的光学频率梳的频率间隔与激光器的腔体长度等有关，因此，其频率间隔不可大范围调谐。通过电吸收调制器或电光外调制器产生的脉冲激光器可以通过改变调制器的调制频率实现频率间隔的调谐，但其产生频谱带宽覆盖范围较窄。依靠锁模激光器或电光调制器的脉冲激光器作为种子源，利用高非线性近零色散渐减色散平坦光纤进行超连续谱展宽，可形成宽频带、低噪声的光频率梳。现有技术中，HidehikoTakara(Takaraetal.,Electron.Lett.36,2089,2000)提出了色散渐减光纤可使脉冲宽度得到压缩，输入的脉冲峰值功率得到提高，但是色散渐减光纤较难制作，并且获得光频率梳的频谱包络平坦度较低；VAtaie(VAtaieetal.,JLightwaveTechnol,32(4):840-846,2014)提出利用光参量混频效应获得宽带平坦光频率梳，但所用高非线性光纤长度较长，并且光纤色散需要通过对光纤施加应力进行精确控制；在高Q值光学微腔中注入连续波单频激光在正常色散或反常色散情况下均可以实现Kerr光频率梳，但需要通过扫频实现单孤子高相干脉冲光源，或首先通过电光调制器产生多频率成分激光，然后再输入光学微腔中实现高相干性脉冲光源，Kerr光频率梳的频率间隔只能是微腔自由光谱范围(FSR)的整数倍，不可连续调谐，并且需要用到基于液晶的波长选择光开关来改善频谱包络平坦度才可用于高速光通信(AttilaFulop,MikaelMazur,NatureCommunications,Vol.9,1598,2018)；HaoHu(Hu,H.etal.NaturePhotonics,Volume12,2018)提出基于具有反常色散的AlGaAs集成光波导利用孤子压缩实现10GHz光频率梳频谱展宽，但光频率梳的频谱包络平坦度较差，需要用到基于液晶的波长选择光开关来改善其频谱包络平坦度才可用于光通信。HairunGuo(HairunGuoet.al.,Mid-infraredfrequencycombviacoherentdispersivewavegenerationinsiliconnitridenanophotonicwaveguides,NaturePhotonics,Volume12,2018)提出基于反常色散的氮化硅集成光波导利用孤子压缩实现光频率梳频谱展宽，但其光频率梳的重复频率不高，并且光频率梳的频谱包络平坦度也较低。因此，针对上述高非线性光纤长度较长不易制作且需要施加应力控制色散，光频率梳重复频率不可连续调谐，光频率梳频谱包络不平坦等问题，需要一种可以产生频率间隔可连续调谐、频谱包络平坦度较好的相干光频率梳的系统。
技术实现思路
本专利技术提供了一种基于正常色散平坦氮化硅光波导的平坦光频率梳产生系统，以解决上述问题。为了实现上述目的，本专利技术采取了如下技术方案。本专利技术提供了一种基于正常色散平坦氮化硅光波导的平坦光频率梳产生系统，包括：顺序连接的可调重复频率脉冲光源、高功率EDFA光放大器、可调带宽光滤波器、正常色散平坦氮化硅非线性光波导；所述的可调重复频率脉冲光源，用于作为所述光频率梳产生系统的脉冲光源，所述的可调重复频率脉冲光源的重复频率为10GHz-200GHz可调，脉冲宽度为1～2.5ps，光脉冲为傅里叶变换极限光脉冲；所述的高功率EDFA光放大器，用于放大光脉冲功率；所述的可调带宽光滤波器，用于对光信号的光谱进行滤波以去除噪声；所述的正常色散平坦氮化硅非线性光波导，用于通过自相位调制和光波分裂效应实现光频率梳频谱展宽和频谱包络平坦化；所述的正常色散平坦氮化硅非线性光波导的非线性系数为0.4～6W-1m-1。进一步地，可调重复频率脉冲光源的光脉冲宽度TFWHM为1.6ps，所述的正常色散平坦氮化硅非线性光波导的非线性系数为0.63W-1m-1。。进一步地，正常色散平坦氮化硅非线性光波导的长度为米长度量级，所述的正常色散平坦氮化硅非线性光波导采用螺旋线波导形式。进一步地，正常色散平坦氮化硅非线性光波导为多模氮化硅光波导。进一步地，多模氮化硅光波导为矩形结构多模氮化硅光波导。进一步地，正常色散平坦氮化硅非线性光波导的宽度为2800nm，高度为700nm。进一步地，正常色散平坦氮化硅非线性光波导的四周包围着二氧化硅材料的保护层，所述的二氧化硅保护层上方镀金属。进一步地，系统还包括脉冲压缩单元，所述的脉冲压缩单元级联在所述的正常色散平坦氮化硅非线性光波导后，用于获得近傅里叶变换极限的脉冲。进一步地，可调重复频率脉冲光源通过级联电光调制器和可调色散元件实现。进一步地，该系统用于1550nm波段产生平坦相干光频率梳。由上述本专利技术的系统提供的技术方案可以看出，本专利技术通过调节可调重复频率脉冲光源的重复频率，从而可调节光频率梳的频率间隔，正常色散保持了光频率梳的相干性，在正常色散平坦氮化硅光波导中传输米长度量级后，能够实现自相位调制和光波分裂效应，进而实现光频率梳频谱展宽，产生频率间隔可连续调谐、相干性和频谱包络平坦度好的光频率梳。本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为实施例的一种1550nm波段的基于正常色散平坦氮化硅光波导的平坦光频率梳产生系统示意图；图2为光脉冲为傅里叶变换极限的光频率梳的时域和频域对应关系示意图；图3是正常色散平坦本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于正常色散平坦氮化硅光波导的平坦光频率梳产生系统，其特征在于，包括：顺序连接的可调重复频率脉冲光源、高功率EDFA光放大器、可调带宽光滤波器、正常色散平坦氮化硅非线性光波导；所述的可调重复频率脉冲光源，用于作为所述光频率梳产生系统的脉冲光源，所述的可调重复频率脉冲光源的重复频率为10GHz‑200GHz可调，脉冲宽度为1～2.5ps，光脉冲为傅里叶变换极限光脉冲；所述的高功率EDFA光放大器，用于放大光脉冲功率；所述的可调带宽光滤波器，用于对光信号的光谱进行滤波以去除噪声；所述的正常色散平坦氮化硅非线性光波导，用于通过自相位调制和光波分裂效应实现光频率梳频谱展宽和频谱包络平坦化；所述的正常色散平坦氮化硅非线性光波导的非线性系数为0.4～6W‑1m‑1。

【技术特征摘要】
1.一种基于正常色散平坦氮化硅光波导的平坦光频率梳产生系统，其特征在于，包括：顺序连接的可调重复频率脉冲光源、高功率EDFA光放大器、可调带宽光滤波器、正常色散平坦氮化硅非线性光波导；所述的可调重复频率脉冲光源，用于作为所述光频率梳产生系统的脉冲光源，所述的可调重复频率脉冲光源的重复频率为10GHz-200GHz可调，脉冲宽度为1～2.5ps，光脉冲为傅里叶变换极限光脉冲；所述的高功率EDFA光放大器，用于放大光脉冲功率；所述的可调带宽光滤波器，用于对光信号的光谱进行滤波以去除噪声；所述的正常色散平坦氮化硅非线性光波导，用于通过自相位调制和光波分裂效应实现光频率梳频谱展宽和频谱包络平坦化；所述的正常色散平坦氮化硅非线性光波导的非线性系数为0.4～6W-1m-1。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的可调重复频率脉冲光源的光脉冲宽度TFWHM为1.6ps，所述的正常色散平坦氮化硅非线性光波导的非线性系数为0.63W-1m-1。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的正常色散平坦氮化硅非线...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯素春，丁雪琳，吴志芳，吴春将，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：北京,11