本发明专利技术公开了一种面向氮化铝集成光学微腔的低重频孤子微梳产生方法。本发明专利技术通过采用光子晶体结构的氮化铝集成光学微环谐振腔，将氮化铝受激拉曼增益峰附近的微腔谐振峰进行平移从而降低受激拉曼效应的作用，使得拉曼增益对于克尔非线性增益的竞争失效，可以在重频小于100GHz的氮化铝光学微腔中产生孤子光频梳。本发明专利技术是一种新颖的、有效的方法，它可以使氮化铝微腔在小于100GHz的低重频情况下依然可以产生孤子态光学微梳，有效解决了采用氮化铝光学微腔产生孤子微梳时波导设计、制备等方面的限制。较低的重频可与现有成熟的电子器件、设备兼容适配，可以用于天文光谱学、微波光子学、密集集成光通信等领域。密集集成光通信等领域。密集集成光通信等领域。
【技术实现步骤摘要】
一种面向氮化铝集成光学微腔的低重频孤子微梳产生方法
[0001]本专利技术涉及非线性光学、非线性频率转换、光孤子、集成光学微腔及集成光学频率梳产生，具体涉及一种面向氮化铝集成光学微腔的低重频孤子微梳产生方法。该方法通过采用光子晶体结构的氮化铝集成光学微环谐振腔，使得氮化铝材料的拉曼增益对于克尔非线性增益的竞争失效，可以在重频(自由光谱范围)小于100GHz的氮化铝光学微腔中产生孤子光频梳。本方法主要应用于集成光孤子微梳产生及其应用领域。
技术介绍
[0002]在目前的集成光学和非线性光学领域中，基于可调谐激光源外部相干注入的集成光学微谐振腔产生孤子态光学微梳的研究一直是一个研究热点。孤子微梳可在诸多集成光波导平台产生，需要的泵浦能量极低，其光谱由频率等间隔且相位锁定的频率梳齿组成，其带宽可超过一个倍频程，由于色散与非线性、损耗与增益的双重平衡，其具有非常稳定的结构，且噪声极低，是非常优质的集成芯片上超宽带相干光源，可用于光谱学、计量学、天文学、光通信等诸多领域。
[0003]在已报道的用于孤子微梳产生的集成光波导平台中，氮化铝光学微腔具有很强的竞争力。氮化铝材料易于集成，透明窗口极宽，可覆盖深紫外至中红外波段，其折射率较高，同时兼顾较高的二阶和三阶非线性效应，且带隙极大，几乎没有多光子吸收效应的影响，使其成为非线性光学相互作用的理想选择。此外，氮化铝的二阶非线性效应对于基于芯片的f
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2f自参考锁定载波包络相位至关重要，从而使完全集成化的自参考孤子微梳产生变得可行。然而氮化铝材料天然具有较强的受激拉曼散射，其拉曼增益会对孤子产生所需的克尔非线性增益产生竞争，从而抑制孤子微梳的激发。现有报道的孤子微梳产生均需要较高重频的氮化铝微腔，从而使得拉曼增益峰落在微腔谐振峰的中间，频率重叠部分极少。这要求其重频大于100GHz甚至达到数百GHz，如此高的重频使得其探测以及与现有电子器件的兼容非常困难，需要一种新方法解决低重频(小于100GHz)氮化铝微腔中孤子微梳的产生。因此如何降低氮化铝微腔中拉曼增益与克尔增益的竞争，是我们设计集成氮化铝波导的目标。
[0004]光子晶体结构集成微腔在近期被研究报道，通过周期调制沿微腔光传输方向的氮化铝波导的宽度(或者厚度)，可产生布拉格带隙效应激发反向传输光场，对微腔的有效折射率进行调控，进而调整微腔的谐振峰频率。根据调制周期数为奇数或偶数，可以选择性的平移或劈裂微腔的谐振峰，实现对谐振峰附近色散的灵活控制。重要的是，经过平移或劈裂的微腔谐振峰，其光学品质因子并不会受到影响，可保持与原微腔品质因子基本一致，从而不影响孤子微梳的激发条件。通过光子晶体微腔结构，可以灵活地反向平移氮化铝微腔的受激拉曼峰附近的两个谐振峰，使得拉曼增益峰与谐振峰的频率重合部分极小，从而削弱拉曼增益的作用，消除拉曼增益对克尔增益的竞争影响，使得孤子微梳产生所必须的克尔增益占据主导作用。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提供一种面向氮化铝集成光学微腔的低重频孤子微梳产生方法。该方法通过采用光子晶体结构的氮化铝集成光学微环谐振腔，将氮化铝受激拉曼增益峰附近的微腔谐振峰进行平移从而降低受激拉曼效应的作用，使得拉曼增益对于克尔非线性增益的竞争失效，可以在重频(自由光谱范围)小于100GHz的低重频氮化铝光学微腔中产生孤子光频梳。
[0006]本专利技术所提供的低重频孤子微梳产生方法采用了可调谐、连续激光作为泵浦光源。可调谐连续激光在通信波段可实时、连续调谐波长。相比于脉冲激光源，连续光源价格较低，制备技术更为成熟，激光器的体积更为轻便，维护成本很低。通过将可调谐连续激光源从外部注入光学微腔，由高频至低频方向扫描激光器的频率，使其扫过微腔的谐振峰，激发级联四波混频效应，产生孤子微梳。
[0007]本专利技术所述的氮化铝集成光波导，使用单晶氮化铝作为波导芯层材料，氮化铝薄膜沿c
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plane(0001)方向生长于蓝宝石材料衬底上，通过光刻实现氮化铝脊型波导芯层结构，该脊型结构由一个较薄的矩形平板层和一个梯形条状层构成，氮化铝波导芯层的上面覆盖二氧化硅包层。
[0008]本专利技术所述的氮化铝集成光学微腔，采用了微环谐振腔结构，该氮化铝波导芯层的微环谐振腔结构，通过一根直波导与氮化铝环形腔波导耦合，通过控制直波导与氮化铝环形腔之间的空隙距离，调节耦合进入氮化铝环形腔的光场的百分比；通过控制氮化铝环形腔的半径使得氮化铝光学微腔的重频小于100GHz。
[0009]本专利技术所提供的低重频孤子微梳产生方法采用了新颖的光子晶体结构微环谐振腔，通过周期调制沿微腔光传输方向的氮化铝波导的宽度(或者厚度)，可产生布拉格带隙效应激发反向传输光场，对微腔的有效折射率进行灵活调控，进而调整微腔的谐振峰频率。根据调制周期数为奇数或偶数，可以选择性的平移或劈裂微腔的谐振峰，实现对谐振峰附近色散的灵活控制。通过光子晶体微腔结构，反向平移氮化铝微腔的受激拉曼峰附近的两个谐振峰，使得拉曼增益峰与谐振峰的频率重合部分极小，从而削弱拉曼增益的作用，消除拉曼增益对克尔增益的竞争影响。
[0010]本专利技术提出，利用光子晶体结构的氮化铝集成光学微腔，可以消除氮化铝材料自身的强受激拉曼增益对于克尔非线性增益的竞争影响，通过可调谐连续激光源外部注入微环谐振腔，通过频率扫描产生孤子微梳。此方法可以在重频低于100GHz的氮化铝微腔中产生孤子微梳，并且尺寸小，便于集成，可以使用单一光子晶体结构氮化铝微腔实现。本方法具有普适性，可拓展至其他具有强受激拉曼效应的高非线性集成光学微腔。
[0011]本专利技术的有益效果：
[0012](1)本专利技术采用了氮化铝作为集成光波导材料。氮化铝材料价格低廉易于获取，易于集成及异质集成，透明窗口极宽，可覆盖深紫外至中红外波段，其折射率较高，同时兼顾较高的二阶和三阶非线性效应，且带隙极大，几乎没有多光子吸收效应的影响。此外，氮化铝的二阶非线性效应对于基于芯片的f
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2f自参考锁定载波包络相位至关重要，可使完全集成化的自参考孤子微梳产生变得可行；
[0013](2)本专利技术采用了直波导耦合环形腔结构作为谐振微腔，微环谐振腔体积紧凑、易于制备，归属为二维微腔结构，其支持的模式较为简单，容易保持基模传输，不受多模非线
性互耦合的影响，可通过控制注入泵浦光的耦合方向角度来获取基模传输。可通过控制直波导与环形腔之间的空隙距离，调节耦合进入环形腔的光场的百分比。通过控制环形腔的半径使得光学微腔的重频小于100GHz；
[0014](3)本专利技术采用了新颖的光子晶体结构优化微环谐振腔，通过反向平移氮化铝微腔的受激拉曼峰附近的两个谐振峰，使得拉曼增益峰与谐振峰的频率重合部分极小，从而削弱拉曼增益的作用，消除拉曼增益对克尔增益的竞争影响。平移后的谐振峰的光学品质因子不会受到影响，依然满足孤子微梳激发的条件。光子晶体结构的制备工艺较成熟，不会引入复杂度；
[0015](4)本专利技术利用可调谐连续激光源外部注入微环谐振腔，通过频率扫本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种面向氮化铝集成光学微腔的低重频孤子微梳产生方法，其特征在于：该方法通过光子晶体结构的氮化铝集成光子晶体氮化铝微环谐振腔实现对微腔谐振峰的选择性平移，从而消除受激拉曼增益对于克尔非线性增益的竞争作用，并基于该光子晶体氮化铝微环谐振腔，在重频低于100GHz时产生孤子微梳。2.根据权利要求1所述的面向氮化铝集成光学微腔的低重频孤子微梳产生方法，其特征在于光子晶体氮化铝微环谐振腔具体加结构如下：使用光子晶体氮化铝作为波导芯层(3)的材料，氮化铝薄膜生长于蓝宝石衬底(4)上，通过光刻实现氮化铝脊型波导结构，该脊型波导结构由一个薄的矩形平板层和一个梯形条状层构成，氮化铝波导芯层(3)上面有第一覆盖层(2)，第一覆盖层(2)是二氧化硅包层。3.根据权利要求2所述的面向氮化铝集成光学微腔的低重频孤子微梳产生方法，其特征在于氮化铝波导芯层(3)包括氮化铝条形直波导(5)和氮化铝环形腔(6)，沿氮化铝环形腔(6)的光传输方向对氮化铝波导的宽度或厚度进行周期调制，从而产生布拉格带隙效应激发反向传输光场，实现对氮化铝波导受激拉曼峰附近的微腔谐振峰的选择性平移，使得拉曼增益峰与微腔谐振峰的重叠部分较小，从而削弱拉曼增益的作用，使其无法通过与克尔非线性增益的竞争来限制孤子微梳的产生。4.根据权利要求2所述的面向氮化铝集成光学微腔的低重频孤子微梳产生方法，其特征在于基于该氮化铝波导芯层(3)的微环谐振腔结构，通过一根直波导与氮化铝环形腔(6)波导耦合，通过控制直波导与氮化铝环形腔(6)之间的空隙距离，调...
【专利技术属性】
技术研发人员：康哲，林宗兴，田野，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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