基于功率与失谐调制的双环光频梳的产生装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了基于功率与失谐调制的双环光频梳的产生装置和方法，旨在解决双微环腔系统难以激发初始光频梳的难题和现有激发手段需要额外的脉冲激光器的缺点。该系统的实验装置包括可调谐连续泵浦激光器、偏振控制器、光放大器、带通滤波器、电光振幅调制器、声光调制器、光耦合器、双微环腔光频梳的产生装置、光隔离器和任意函数产生器，其中双微环腔光频梳的产生装置携带用以调节微环谐振腔温度的加热器或冷却器。采用本发明专利技术所提供的系统和方法，能方便地在双微环腔系统中产生光频梳，具有调节方便、易于集成等优点。易于集成等优点。易于集成等优点。

【技术实现步骤摘要】
基于功率与失谐调制的双环光频梳的产生装置和方法


[0001]本专利技术属于光学
，涉及非线性光学与集成光学，具体涉及基于功率与失谐调制的双环光频梳的产生装置和方法。

技术介绍

[0002]光频梳通常可以在锁模飞秒激光器、高速电光调制和受连续波泵浦抽运的非线性微腔中产生。锁模飞秒激光器往往结构复杂且体积庞大，包含许多复杂的精密光学元件，因此其应用被限制在实验室内。虽然通过高速电光调制的方法可以得到稳定性高且可控性强的光频梳，但由于光调制器的带宽和色散难以管控，必然引起光频梳频带较窄的问题。由非线性微腔产生的光频梳又称克尔光频梳或微腔光频梳，其重复频率高、频带宽，最重要的是克尔光频梳的产生装置极其紧凑，微环半径仅在百微米量级，且与现有的CMOS集成工艺相兼容。因此，克尔光频梳在诸如光通信、双梳光谱学、原子钟、天文光谱学和激光测距等诸多领域有相当重要的应用。
[0003]产生克尔光频梳非线性微腔的腔内光场状态包括混沌态、Turing模式和孤子态。混沌态频梳的梳齿功率与相位杂乱无章且不稳定，相邻两个梳齿之间的相位差不固定，即在混沌态下的克尔光频梳是非相干的，这会限制它的实际应用。虽然在Turing模式下克尔光频梳稳定且具有很好的相干性，但Turing模式仅在极特殊的色散条件和泵浦功率下才能出现，往往难以受控地产生。单孤子态克尔光频梳的频谱包络光滑，相干性好，极大地拓宽了克尔光频梳的实际应用。
[0004]通常，在单微环结构中，通过将泵浦激光从蓝失谐扫描至红失谐，使腔内光场先通过调制不稳产生初始梳，再依次经过混沌态、多孤子态和单孤子态。然而由于较大的泵浦红失谐在单微环结构中产生的单孤子，其泵浦
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频梳的功率转换效率往往不到百分之五。而克尔光频梳的频谱宽度超宽，往往具有几百甚至上千根频梳齿。超低的泵浦
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频梳功率转换效率和超宽的频梳带宽使得单孤子克尔光频梳的每根频梳齿的功率水平极低，这些都极大地限制了单孤子光频梳的实际应用。
[0005]现有技术中提高泵浦
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频梳的功率转换效率主要有两种方法。一种方法是用正常色散的微环产生的暗脉冲来代替光孤子。但此时系统的调制不稳也被抑制住了，即正常色散的单微环腔无法自发地产生初始梳。想要在正常色散的单微环腔中产生光频梳，往往需要一个局部的反常色散来激发产生调制不稳，该反常色散可以通过微环谐振腔不同模式簇之间的相互耦合来产生，而不同模式簇之间的相互耦合又极大地受微环制备过程中的制备公差的影响，无法实现人为的精确控制。另一种方法是使用耦合的双环来产生光频梳，其中一个微环作为泵浦循环腔用以提高泵浦利用率，另一个微环作为孤子维持腔。此外，双微环结构除了可以提高泵浦
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频梳的转换效率之外，还可以通过双微环之间的相互耦合在正常色散区域内产生光频梳。大部分材料如果不经过色散工程的特殊设计，通常都具有正常色散，因此在正常色散区域内直接产生光频梳能极大地降低色散工程的需求，并有望将克尔光频梳从近红外波段拓展到其它波段。然而，虽然双微环耦合系统在提高泵浦
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频梳功率转
换效率和拓展频梳谱的频域中有巨大的应用潜力，但是目前往往采用外部注入高峰值的脉冲来激发光孤子，该激发方案额外需要一台脉冲激光器，通过复杂而庞大的脉冲放大技术来调控，这有违于克尔光频梳系统微型紧凑的设计理念。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的不足，本专利技术提出了基于功率与失谐调制的双环光频梳的产生装置和方法，基于非线性光学克尔效应，将泵浦功率调制与泵浦失谐调制相结合。在耦合双微环腔中产生光频梳，无需额外的脉冲激光器并且可以在任意色散条件下工作，有利于应用在大规模集成的芯片级尺寸中。
[0007]基于功率与失谐调制的双环光频梳的产生装置，包括可调谐连续泵浦激光器、偏振控制器、光放大器、带通滤波器、电光振幅调制器、声光调制器、双微环腔发生模块和任意函数发生器。
[0008]所述任意函数发生器的输出与可调谐连续泵浦激光器、电光振幅调制器和声光调制器输入连接。所述偏振控制器的输入与可调谐连续泵浦激光器的输出连接，输出与光放大器的输入连接。所述带通滤波器的输入与光放大器的输出连接，输出与电光振幅调制器的输入连接。所述声光调制器的输入与电光振幅调制器的输出连接，声光调制器的输出与双微环腔发生模块的输入连接。可调谐连续泵浦激光器、偏振控制器、光放大器、带通滤波器、电光振幅调制器、声光调制器、任意函数发生器之间通过直波导连接。
[0009]作为优选，可调谐连续泵浦激光器选用半导体激光器、分布式反馈激光器或外腔激光器。光放大器为高增益的有源光放大器，选用掺铒光纤放大器、掺镨光纤放大器或受激拉曼光纤放大器等。电光振幅调制器选用马赫
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曾德电光振幅调制器，通过交流电进行调制，调制速度为纳秒量级。声光调制器通过直流电进行调制，调制速度为百纳秒级。
[0010]双微环腔发生模块包括设置在基底上的第一、第二微环谐振腔、第一、第二直波导和控温装置。其中第一、第二微环谐振腔相互耦合，第一、第二直波导分别与第一、第二微环谐振腔耦合，控温装置设置在微环谐振腔上。与drop端耦合的第二微环谐振腔为非线性。
[0011]作为优选，相互耦合的微环谐振腔与直波导采用相同的材质制作，并且横截面面积相等。
[0012]作为优选，所述基底为二氧化硅材质，所述包层为空气，两个控温装置独立控制两个谐振腔的温度。
[0013]作为优选，基于功率与失谐调制的双环光频梳的产生装置，还包括光耦合模块、光隔离模块。所述光耦合模块包括第一、第二、第三光耦合器。光隔离模块包括第一、第二光隔离器。可调谐连续泵浦激光器、偏振控制器、光放大器、带通滤波器、电光振幅调制器、声光调制器、任意函数发生器之间通过单模光纤连接。
[0014]第一光耦合器将声光调制器的输出耦合到双微环腔发生模块中，第二、第三光耦合器分别将双微环腔发生模块生成的光频梳由双微环腔发生模块的through端和drop端耦合到第一、第二光隔离器。
[0015]作为优选，光耦合模块选用光纤透镜等装置。
[0016]基于功率与失谐调制的双环光频梳的产生方法，具体包括以下步骤：
[0017]步骤一、通过控温装置控制微环谐振腔的温度，调整微环谐振腔内的折射率，使微
环谐振腔处于预设的初始失谐上。将可调谐连续泵浦激光器发出的光经过偏振、放大和滤波处理后，通过调制器对连续泵浦光进行振幅调制后再输入双微环腔发生模块中，使双微环腔发生模块内的光场调制不稳，从而产生混沌态的初始梳。
[0018]作为优选，通过调制器对连续泵浦光进行振幅调制，使连续泵浦光的光功率达到5W，再输入双微环腔发生模块中。
[0019]步骤二、使用电光振幅调制器和声光调制器逐步降低连续泵浦光功率，使步骤一中的光频梳由混沌态演化为多孤子态。再进一步缓慢降低连续泵浦光功率，使得多微环腔内孤子或暗脉冲数目逐步减少，光频梳由多孤子态演化为单孤子态。
[0020]步本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于功率与失谐调制的双环光频梳的产生装置，其特征在于：该产生装置包括可调谐连续泵浦激光器(1)、偏振控制器(3)、光放大器(4)、带通滤波器(5)、电光振幅调制器(6)、声光调制器(7)、双微环腔发生模块(2)和任意函数发生器(8)；所述任意函数发生器(8)的输出与可调谐连续泵浦激光器(1)、电光振幅调制器(6)和声光调制器(7)的输入连接；所述偏振控制器(3)的输入与可调谐连续泵浦激光器(1)的输出连接，输出与光放大器(4)的输入连接；所述带通滤波器(5)的输入与光放大器(4)的输出连接，输出与电光振幅调制器(6)的输入连接；所述声光调制器(7)的输入与电光振幅调制器(6)的输出连接，声光调制器(7)的输出与双微环腔发生模块(2)的输入连接；上述连接关系通过直波导实现；双微环腔发生模块(2)包括设置在基底上的第一微环谐振腔(201)、第二微环谐振腔(202)、第一直波导(203)、第二直波导(204)和控温装置；其中两个微环谐振腔相互耦合，第一直波导(203)、第二直波导(204)分别与第一微环谐振腔(201)、第二微环谐振腔(202)耦合，控温装置设置在微环谐振腔上；其中与drop端耦合的微环谐振腔为非线性。2.如权利要求1所述基于功率与失谐调制的双环光频梳的产生装置，其特征在于：可调谐连续泵浦激光器(1)选用半导体激光器、分布式反馈激光器或外腔激光器；光放大器(4)为高增益的有源光放大器(4)，选用掺铒光纤放大器、掺镨光纤放大器或受激拉曼光纤放大器；电光振幅调制器(6)选用马赫
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曾德电光振幅调制器(6)，通过交流电进行调制，调制速度为纳秒量级；声光调制器(7)通过直流电进行调制，调制速度为百纳秒级。3.如权利要求1所述基于功率与失谐调制的双环光频梳的产生装置，其特征在于：相互耦合的微环谐振腔与直波导采用相同的材质制作，并且横截面面积相等。4.如权利要求1所述基于功率与失谐调制的双环光频梳的产生装置，其特征在于：所述基底为二氧化硅材质。5.如权利要求1所述基于功率与失谐调制的双环光频梳的产生装置，其特征在于：所述控温装置能够独立控制两个微环谐振腔的温度。6.如权利要求1所述基于功率与失谐调制...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱恩旭，赵超樱，范钰婷，胡家豪，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：