【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于集成光子学和非线性光学，涉及利用具有二阶和三阶非线性的光子集成平台对电光调制光梳进行非线性扩谱，并同时进行二次谐波倍频，从而实现电光超连续光梳片上f-2f自参考。
技术介绍
1、光学频率梳是一种高精度的光学频率测量工具，已经广泛应用于各个领域，包括精密计量、光谱分析、天体光谱校准等。光梳的梳齿频率可以通过公式f＝nfrep+fceo(n为对应梳齿数)来精确确定，其中重频频率frep可以通过电光探测获取，而载波包络偏移频率(fceo)需要借助f-2f自参考方法，因此需要跨倍频程的光谱范围。光梳的小型化是目前研究的热点，常用的方法是基于微谐振腔产生的光学克尔微梳，其优势是重复频率高和紧凑性好，但是难以获得具备电光重频的跨倍频程克尔光梳，为光梳的频率稳定带来挑战，并且微谐振器易受到环境温度，机械振动等因素的影响，导致克尔微梳的频率稳定性下降。
2、基于级联电光调制器的电光光梳可以通过超连续过程实现倍频程光谱展宽，同时电光光梳没有谐振结构，研究表明可以实现高的频率稳定性。随着微纳制造技术的发展，研究者目前已经开发了许多基于光子芯片的超连续光梳产生平台，包括si3n4、si、sige、aln、linbo3、as2s3、ta2o5等，实现了覆盖紫外、可见光、红外等波段的超连续光梳。利用商用锁模激光器作为光源的片上超连续光梳存在带宽窄、重复频率低和梳齿功率低等问题，无法直接用于梳齿间隔可分辨的场景，比如天体光谱校准。为解决上述问题，研究人员提出以电光光梳作为光源，利用si3n4波导进行非线性扩谱，实现高重复频率(10
3、虽然基于片上波导非线性扩谱的电光光梳已有研究报道，但是现有方案的f-2f自参考需借助额外的二阶非线性块状晶体(如铌酸锂和磷酸钛钾)，从而将产生的二次谐波与高频光做拍频获得fceo。另外，研究人员利用锁模激光器(frep<1ghz)泵浦具有二阶和三阶非线性的aln和linbo3光波导，实现了超连续展宽和片上f-2f自参考，但是上述方案由于frep较低，不需要色散波和二次谐波的精确相位匹配，无法直接用于本专利技术的电光超连续光梳f-2f自参考过程。另外，aln和linbo3的三阶非线性系数的不高，难以解决电光超连续光梳的高泵浦功率问题。
4、现有技术的主流技术方案主要包括以下三种：
5、方案一：采用级联的相位和强度电光调制器生成重复频率为10ghz-30ghz的电光脉冲，如图15，通过光学滤波器抑制热噪声后，利用高度非线性光纤(hnlf)展宽光谱并将能量为100pj的脉冲宽度压缩至100fs。然后，将电光脉冲耦合到si3n4波导中，利用非线性过程将光谱展宽至跨倍频程，实现自参考的电光超连续光梳，并通过外部倍频元件产生二次谐波，从而进行f-2f自参考获得fceo。该技术在时间上将脉冲宽度压缩至15fs，获得了首个亚周期精度的飞秒光源，证明了电光调制光梳实现超快飞秒光梳的可行性。
6、方案二：利用光子晶体光纤实现宽光谱(300thz)、高重复频率(30ghz)的电光超连续光梳，如图16(a)。泵浦波长为1064nm的连续波激光器作为光源，利用1个强度调制器级联3个相位调制器生成初始电光光梳，重复频率为30ghz，经单模光纤色散补偿后，电光脉冲压缩至330fs。在第一阶段采用10米长的正常色散光子晶体光纤进行光谱初始展宽，电光脉冲压缩至74fs，平均功率高达2.6w。在第二阶段采用0.5米长的反常色散光子晶体光纤进行超连续谱展宽，产生跨越800-1350nm的超连续谱。第三阶段通过硼酸钡(bbo)晶体产生二次谐波与和频过程，将电光光梳的光谱扩展至可见光区域，最终生成超过300thz的电光超连续光梳，如图16(b)所示。
7、方案三：利用集成linbo3波导实现片上f-2f自参考。如图17，相较于传统的外接倍频晶体的fceo检测系统，该方案使用了具有二阶和三阶非线性的linbo3波导进行片上f-2f自参考。在107pj的脉冲能量下，同时产生二次谐波与超连续谱。当改变入射光泵浦波长时，色散波相位匹配条件会发生改变。如图18所示，随着泵浦波长的增加，色散波向着二次谐波的方向发生蓝移，由于色散波与二次谐波分量强度较高以及相对良好的光谱重叠，可以很清晰的观察到在1530nm的泵浦波长下，通过拍频检测的fceo强度超过30db。
技术实现思路
1、本专利技术方法共分三个阶段实现。第一阶段是利用一系列组件获得时间尺度上压缩为100fs的电光脉冲，作为下一阶段集成gan波导超连续谱展宽的光源；第二阶段是通过优化gan波导获得色散波与二次谐波相位匹配条件一致的波导结构，实现高效率f-2f自参考，并同时降低泵浦能量需求；第三阶段是提出利用色散交替波导结构，通过沿传播方向修改波导宽度，使反常色散与正常色散波导交替进行光谱展宽，进一步降低泵浦能量需求。
2、第一阶段执行步骤如下：
3、步骤s1：射频(rf)驱动级联的1个强度调制器和2个相位调制器，对中心频率为194thz的窄线宽连续波激光器进行调制，初始电场为调整移相器使每个调制器的相位差为零。相位调制器在射频驱动下使光谱两边产生等间距的边带，乘以因子exp(iβmsinωrt)，其中βm为在角频率ωr＝2πfr时的调制系数。级联多个相位调制器以增加边带数量，同时强度调制器提供线性啁啾，乘以因子考虑光学相移和时间上的偏移，最终得到的电场为：
4、
5、生成重复频率为16ghz的初始电光光梳。
6、步骤s2：利用smf对脉冲进行色散补偿，使脉冲压缩至1.14ps。此时电光脉冲宽度较宽且峰值功率较低，在超连续谱产生过程中会产生负面影响。
7、步骤s3：使用edfa对电光脉冲进行放大，再利用高度非线性光纤中的自相位调制过程进行初始光谱展宽，与初始电光光梳相比，频谱显著加宽。
8、步骤s4：为确保可用于频率转换的高峰值泵浦功率，将电光脉冲注入单模光纤进行色散补偿，脉冲压缩至100fs。
9、步骤s5：色散补偿和压缩获得的电光飞秒脉冲经过gan波导产生二次谐波并进行超连续谱展宽，可在低脉冲能量下实现宽带电光超连续光梳。
10、第二阶段执行步骤如下：
11、本阶段旨在优化gan波导结构，使色散波与二次谐波相位匹配，实现高效率f-2f自参考。
12、步骤s6：采用蓝宝石衬底，sio2包层的gan波导结构。gan在1550nm波长的折射率为2.3，提供了较高的折射率对比度，增强了波导的光限制能力。
13、步骤s7：使用基于fem模拟gan波导的模场分布，为获得更大的有效折射率选择了波导的横向磁本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种低功耗片上自参考电光超连续光梳的产生方法，其特征在于：将电光飞秒脉冲经GaN波导进行超连续谱展宽，并同时进行二次谐波倍频。
2.根据权利要求1所述的低功耗片上自参考电光超连续光梳的产生方法，其特征在于：优化所述GaN波导的结构，使色散波与二次谐波相位匹配，以便于实现高效率f-2f自参考测量。
3.根据权利要求1或2所述的低功耗片上自参考电光超连续光梳的产生方法，其特征在于：所述GaN波导宽度沿其传播方向交替变化，从而使反常色散与正常色散波导交替进行光谱展宽，进一步降低泵浦能量需求。
4.根据权利要求1所述的低功耗片上自参考电光超连续光梳的产生方法，其特征在于，产生用于超连续谱展宽的电光飞秒脉冲的步骤包括：
5.根据权利要求4所述的低功耗片上自参考电光超连续光梳的产生方法，其特征在于：步骤S1-1可以级联相位调制器和强度调制器，从而增加边带数量。
6.根据权利要求1-5所述的低功耗片上自参考电光超连续光梳的产生方法，其特征在于：所述GaN波导以蓝宝石作为衬底、二氧化硅(SiO2)作为包层。
7.根据权利
...【技术特征摘要】
1.一种低功耗片上自参考电光超连续光梳的产生方法，其特征在于：将电光飞秒脉冲经gan波导进行超连续谱展宽，并同时进行二次谐波倍频。
2.根据权利要求1所述的低功耗片上自参考电光超连续光梳的产生方法，其特征在于：优化所述gan波导的结构，使色散波与二次谐波相位匹配，以便于实现高效率f-2f自参考测量。
3.根据权利要求1或2所述的低功耗片上自参考电光超连续光梳的产生方法，其特征在于：所述gan波导宽度沿其传播方向交替变化，从而使反常色散与正常色散波导交替进行光谱展宽，进一步降低泵浦能量需求。
4.根据权利要求1所述的低功...
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