一种新型波长转换装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种新型波长转换装置，包括连续光单频泵浦激光器、超短脉冲激光器、线性光子晶体多波长转换系统，所述线性光子晶体多波长转换系统包括由在线性光子晶体上依次排列的前侧线性光子晶体波导、前侧线性光子晶体反射腔镜、线性光子晶体谐振微腔、后侧线性光子晶体反射腔镜、后侧线性光子晶体波导组成；所述前侧线性光子晶体反射腔镜的中央设有第一点缺陷；所述后侧线性光子晶体反射腔镜的中央设有第二点缺陷。本实用新型专利技术不受非线性光学材料、位相匹配条件及泵浦光功率强度的限制，可以在任意泵浦光功率下实现多波长转换，并且转换的目标波长可以通过对光子晶体谐振微腔及反射腔镜点缺陷的精细设计来自由操控。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及波长转换技术，特别涉及一种新型全光多波长转换装置。
技术介绍
波长转换技术是获取新光源的重要手段，在光纤通信、单光子探测、高容量光学数据存储、生物医疗诊断等领域具有极为广泛的应用前景。自从激光问世以来，波长转换技术就一直是光学界研究的热点之一，受到各国政府、科学家以及企业界的高度重视。波长转换技术可分为光电光型波长技术和全光波长转换技术。前者是先对光信号进行探测并转换为电信号，再利用电信号去重新调制新的波长的激光器，从而实现信号的波长变换。但该技术由于引入了光-电-光过程，装置结构复杂，灵活性差，成本高，功耗大，而且经过光一电一光的转换，原先光信号的相位、幅度等信息会丢失，无法实现光信号的完·全透明传输，速率受限于电子瓶颈(40Gb/s)。而全光波长转换技术可将输入波长信号在光域内直接转换到某一新的波长上，而无需经过信号在光/电域的转换，响应速度快，结构紧凑，因而全光波长转换是当前波长转换技术的发展趋势。当前，绝大多数全光波长转换都是基于非线性光学材料，并借助非线性光学技术(如和频、差频、Raman频移、二次谐波、四波混频效应)来实现的。由于大部分光学材料的非线性系数都比较低，故为了产生可观的非线性效应，往往需要非常高的泵浦光功率密度，这使得非线性光学材料由体介质向光纤，并逐渐向微纳尺度方向发展。随着上世纪末光子晶体和光子晶体光纤概念的相继提出，由于其优异的性能而备受重视。2003年，日本的T. Ishihara等人在由中心对称材料构成的光子晶体中观察到了二次谐波产生(SHG)，当泵浦强度达到lMW/cm2时，SHG效率为10_14。此后，国内的石建平等人在Si材料构成的非线性光子晶体波动结构中实现SHG，在完全相位匹配条件下，当泵浦强度为130MW/cm2时，SHG效率达到O. 2%。2007年，王秋国等人实验研究了基于色散平坦非线性光子晶体光纤中四波混频效应的波长转换，得到了 28nm的波长转换带宽。2010年，英国的B. Beaudou等人在空心非线性光子晶体光纤中充入氢气，在低功率1064nm激光器的泵浦下观察到了 Raman频移。此外，日本的H. Fukuda等人从实验证实了利用四波混频过程可以在硅线波导中实现高速全光波长变换。但是，随着泵浦光功率的增加，硅线波导自由载流子吸收效应逐渐趋于明显，光功率密度会出现饱和的现象，从而影响到转换效率的进一步提闻。从上述报道来看，这些基于非线性光学材料的全光波长转换技术，尽管已取得很大进展，但仍面临着一些基本的困难啓需解决。例如，实现波长转换需要特定的入射光频率、足够高的泵浦光功率密度、严格的位相匹配条件等，而且，目前能用于波长转换的非线性光学材料还比较有限，这使得全光波长转换的波段及其应用范围受到限制。
技术实现思路
为了克服现有技术的上述缺点与不足，本技术的目的在于提供一种基于线性光子晶体的全光多波长转换装置，不需借助非线性光学效应，故不受非线性光学材料、位相匹配条件及泵浦光功率的限制。本技术的目的通过以下技术方案实现一种新型波长转换装置，包括连续光单频泵浦激光器、超短脉冲激光器、线性光子晶体多波长转换系统，所述线性光子晶体多波长转换系统包括由在线性光子晶体上依次排列的前侧线性光子晶体波导、前侧线性光子晶体反射腔镜、线性光子晶体谐振微腔、后侧线性光子晶体反射腔镜、后侧线性光子晶体波导组成；所述前侧线性光子晶体反射腔镜的中央设有第一点缺陷；所述后侧线性光子晶体反射腔镜的中央设有第二点缺陷；所述前侧线性光子晶体波导用于输入连续光单频泵浦激光器输出的泵浦光；所述后侧线性光子晶体波导用于输入超短脉冲激光器输出的超短脉冲激光，并用于输出线性光子晶体谐振微腔中的谐振模； 所述第一点缺陷的缺陷模的波长与连续光单频泵浦激光器输出的泵浦光的波长相等；所述第二点缺陷的缺陷模的波长与线性光子晶体谐振微腔所需输出的谐振模波长相坐寸O所述线性光子晶体谐振微腔为多模谐振腔。所述线性光子晶体谐振微腔为正方形谐振腔。所述线性光子晶体谐振微腔的中心与第一点缺陷中心的距离为5a，所述线性光子晶体谐振微腔的中心与第二点缺陷中心的距离为5a ;其中a为线性光子晶体的晶格常数。所述连续光单频泵浦激光器的工作波长位于线性光子晶体带隙范围内。本技术的原理如下当超短激光脉冲从后侧线性光子晶体波导射入后，由于超短脉冲具有较宽的频谱(其谱宽与脉冲时域宽度成反比)，可将后侧线性光子晶体反射腔镜中心的点缺陷的缺陷模激励出来，而这些缺陷模波长又被设计成与线性光子晶体谐振微腔中的某些谐振模波长相同，故这些缺陷模可高效地耦合入线性光子晶体谐振微腔中。此时，再用频率位于线性光子晶体带隙范围内的单频连续激光对线性光子晶体谐振微腔进行泵浦，从而使泵浦光能量源源不断地转移到多业已激励起来的谐振模式中。此外，前侧线性光子晶体反射腔镜中央引入点缺陷，使其缺陷模波长与泵浦光波长相等，但又不同于腔模谐振波长，故对泵浦光高透，而对激励出的具有谐振模波长的光高反，从而保证这些激励出来的谐振模高效地反射回线性光子晶体谐振微腔的后侧(即输出侧)，并经由后侧线性光子晶体反射腔镜中心的点缺陷高效地耦合输出(因为该点缺陷的缺陷模波长与这些激励出来的谐振模波长完全一致)，而泵浦连续光却被后侧线性光子晶体反射腔镜高效地反射回线性光子晶体谐振微腔，并继续将能量转移至微腔中业已激励起来的谐振模式中，从而进一步提高多波长转换效率，实现高效的多波长选频输出。与现有技术相比，本技术具有以下优点和有益效果(I)本技术不需要借助非线性光学效应和技术，故不受非线性光学材料、位相匹配条件及泵浦光功率强度的限制，可以在任意泵浦光功率下实现波长转换。(2)本技术多波长转换的目标波长(即线性光子晶体谐振微腔内各腔模的谐振波长)可以通过对线性光子晶体谐振微腔及反射腔镜点缺陷的精细设计来自由操控，因而比传统的基于非线性光学材料的波长转换技术具有更高的灵活性和自由度。(3)本技术利用微腔前侧腔镜中央点缺陷的禁带反射效应，以及多模谐振腔与微腔后侧腔镜中央点缺陷间的耦合效应，能够实现高效的多波长选频输出。(4)本技术基于线性光子晶体的全光多波长转换装置，其尺寸为微米量级，结构简单紧凑，并且可以使用硅等半导体材料制作，易于与其他光子器件集成，在未来全光微系统设计中(例如光子计算机，光子芯片等)将有重要的应用价值。(5)本技术不仅可实现全光多波长转换，也可用于激光稳频。附图说明图I为实施例I的波长转换装置的示意 图。图2为实施例I的波长转换系统的示意图。图3为实施例2的波长转换系统的示意图。具体实施方式下面结合实施例及附图，对本技术作进一步地详细说明，但本技术的实施方式不限于此。实施例I如图I所示，本实施例的波长转换装置，包括连续光单频泵浦激光器(CWLD) I、超短脉冲激光器(Pulsed LD)2、线性光子晶体多波长转换系统(PCMWCS)3，连续光单频泵浦激光器I与线性光子晶体多波长转换系统3之间沿光路方向依次设有50X显微物镜4、50X显微物镜5 ;线性光子晶体多波长转换系统3与超短脉冲激光器2之间沿光路方向依次设有50 X显微物镜6、半透半反镜8、50 X显微物镜7。连续光单频泵浦激光器I的工作波本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型波长转换装置，其特征在于，包括连续光单频泵浦激光器、超短脉冲激光器、线性光子晶体多波长转换系统，所述线性光子晶体多波长转换系统包括由在线性光子晶体上依次排列的前侧线性光子晶体波导、前侧线性光子晶体反射腔镜、线性光子晶体谐振微腔、后侧线性光子晶体反射腔镜、后侧线性光子晶体波导组成；所述前侧线性光子晶体反射腔镜的中央设有第一点缺陷；所述后侧线性光子晶体反射腔镜的中央设有第二点缺陷；所述第一点缺陷的缺陷模的波长与连续光单频泵浦激光器输出的泵浦光的波长相等；所述第二点缺陷的缺陷模的波长与线性光子晶体谐振微腔所需输出的谐振模波长相等。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李潮，吴俊芳，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：实用新型
国别省市：