基于微腔孤子實現(xiàn)的多波長光源的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及到光通信和非線性光學技術領域，特別涉及片上波分復用光互連技術，尤其是一種基于微腔孤子實現(xiàn)的多波長光源。
【背景技術】
[0002]密集波分復用是光通信中的關鍵技術，多波長光源在光通信領域有著十分重要的作用，因而獲得功率平坦、高信噪比、頻率間隔相等的多波長光源具有很重要的意義。
[0003]通常獲得功率平坦、高信噪比、頻率間隔相等的多波長光源的方法為將多個半導體激光器集成以形成激光器陣列，但是這種方法需要嚴格控制每一個激光器單元的輸出波長，以確保整個激光器陣列輸出的是波長間隔相等、波長位置固定的多路光信號，實現(xiàn)方式比較復雜，導致多波長光源系統(tǒng)的功耗、成本增加。因此迫切需要一種能夠同時輸出波長間隔相等、波長位置固定的多路光信號的集成多波長光源。
[0004]微腔光頻梳能夠輸出波長間隔相等、波長位置固定的多路光信號，但是傳統(tǒng)的單一諧振腔微腔光頻梳輸出的梳狀光譜，其各路波長光功率相差較大，而且栗浦光轉(zhuǎn)換效率較低。
[0005]因此本發(fā)明提出一種將傳統(tǒng)單一微腔同光反饋環(huán)路相結(jié)合構(gòu)成復合腔的新技術方案，以改善傳統(tǒng)微腔光頻梳輸出光譜的平坦性和栗浦光轉(zhuǎn)換效率，達到輸出光譜平坦、波長間隔相等、栗浦轉(zhuǎn)換效率較高的多波長光源。
[0006]本發(fā)明主體部分為氮化硅微環(huán)諧振腔，通過使用一臺連續(xù)波激光器和一臺飛秒脈沖激光器，通過比較簡單的方法，可以實現(xiàn)多路穩(wěn)定的、功率差小，頻率間隔相等的多波長光源。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007](一 )要解決的技術問題
[0008]有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種基于微腔孤子實現(xiàn)的多波長光源，以提供包含十幾路到幾十路功率差很小、相干性好、頻率間隔為幾十到幾百GHz的多波長光源。
[0009]( 二)技術方案
[0010]為達到上述目的，本發(fā)明提供了一種基于微腔孤子實現(xiàn)的多波長光源，包括:
[0011]入射光源10，包括連續(xù)波激光器11和飛秒脈沖激光器12，其中連續(xù)波激光器11輸出單波長連續(xù)波，飛秒脈沖激光器12輸出單個飛秒脈沖；
[0012]輸入光控制模塊20，包括依次連接的第一合束器21、偏振控制器22和光放大器23，用于混合入射光源10輸出的單波長連續(xù)波和單個飛秒脈沖，控制其偏振態(tài)并調(diào)節(jié)最終輸出的光功率；
[0013]第二合束器30，用于將輸入光控制模塊20輸出的光和經(jīng)反饋系統(tǒng)60反饋的光匯合到一起；
[0014]微環(huán)諧振腔40，由一直波導41和一環(huán)形波導42構(gòu)成，用于產(chǎn)生穩(wěn)定的微腔孤子；其中直波導41兩端為倒錐形波導耦合結(jié)構(gòu)，直波導41與環(huán)形波導42之間的間距在400nm到Iym之間，環(huán)形波導42微環(huán)的直徑在40 μ m到4mm之間；
[0015]波分復用器50，用于將微環(huán)諧振腔輸出的光分為兩部分，栗浦頻率處的光進入反饋系統(tǒng)60中，其他頻率的光進入濾波器70中并實現(xiàn)最終輸出；
[0016]反饋系統(tǒng)60，用于濾波得到某一頻率的光，通過調(diào)節(jié)其相位，最終進入第二合束器30中與入射光匯合；
[0017]濾波器70，用于對波分復用器50輸入的光進行濾波，并輸出多波長光；
[0018]控制模塊80，用于控制連續(xù)波激光器11的輸出功率，并控制反饋系統(tǒng)60中光開關61的狀態(tài)。
[0019]上述方案中，所述連續(xù)波激光器11作為栗浦光，為該多波長光源提供能量。所述飛秒脈沖激光器12是在初始時刻輸出一個飛秒脈沖，脈沖寬度在10fs到Ips之間，以向連續(xù)波激光器11的輸出光施加一個微小的擾動，改變微環(huán)諧振腔工作的狀態(tài)。
[0020]上述方案中，所述光放大器23是摻鉺光纖放大器或半導體光放大器。
[0021]上述方案中，在初始時刻，所述反饋系統(tǒng)60斷開，只有一路光進入所述第二合束器30的輸入端。
[0022]上述方案中，所述直波導41和所述環(huán)形波導42均是條形結(jié)構(gòu)、脊形結(jié)構(gòu)或slot結(jié)構(gòu)。
[0023]上述方案中，所述直波導41和所述環(huán)形波導42的橫截面尺寸為高度大于600納米，寬度介于I微米到2微米，且保證最少有一個光傳播模式。
[0024]上述方案中，所述直波導41和所述環(huán)形波導42采用的波導均包括硅襯底層410，以及硅襯底層410上熱氧化形成的二氧化硅層411、波導芯層氮化硅413和覆蓋層412。所述覆蓋層是二氧化硅或者空氣。
[0025]上述方案中，所述反饋系統(tǒng)60包括依次連接的光開關61、帶通濾波器62和移相器63，反饋系統(tǒng)60的輸入端與波分復用器50的一個輸出端相連接，反饋系統(tǒng)60的輸出端與第二合束器30的一個輸入端口相連接。
[0026](三)有益效果
[0027]從上述技術方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0028]1、本發(fā)明提供的基于微腔孤子實現(xiàn)的多波長光源，脈沖激光器12只在初始時刻輸出一個脈沖，光開關61在初始時刻保持關閉狀態(tài)，微環(huán)諧振腔內(nèi)的光場達到穩(wěn)定后，控制模塊80控制連續(xù)波激光器11的輸出功率值降低，同時控制光開關61打開，反饋系統(tǒng)進入工作狀態(tài)，總的效果是進入第二合束器30的總光強保持不變，微環(huán)諧振腔的工作狀態(tài)也保持穩(wěn)定。最終，濾波器70的輸出端輸出相干性好，功率差小，頻率間隔相等的多波長光信號。
[0029]2、本發(fā)明提供的基于微腔孤子實現(xiàn)的多波長光源，通過一臺連續(xù)波激光器和一臺飛秒脈沖激光器，經(jīng)微環(huán)諧振腔和反饋系統(tǒng)，提供一種包含十幾路到幾十路功率差很小、相干性好、頻率間隔為幾十到幾百GHz的基于微腔孤子實現(xiàn)的多波長光源。
【附圖說明】
[0030]為進一步說明本發(fā)明的內(nèi)容及特點，以下結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作詳細描述，其中:
[0031]圖1為本發(fā)明提供的基于微腔孤子實現(xiàn)的多波長光源的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032]圖2為本發(fā)明提供的多波長光源中微環(huán)諧振腔采用的波導的截面示意圖。
[0033]圖3為本發(fā)明提供的多波長光源中孤子頻域模擬結(jié)果的示意圖。
[0034]圖4為本發(fā)明提供的輸出的多波長光源模擬結(jié)果示意圖。
【具體實施方式】
[0035]為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。
[0036]請參閱圖1所示，本發(fā)明提供了一種基于微腔孤子實現(xiàn)的多波長光源，該多波長光源包括入射光源10、輸入光控制模塊20、第二合束器30、微環(huán)諧振腔40、波分復用器50、反饋系統(tǒng)60、濾波器70和控制模塊80，其中，入射光源10、輸入光控制模塊20、第二合束器30、微環(huán)諧振腔40、波分復用器50和濾波器70依次連接，反饋系統(tǒng)60的輸入端連接于波分復用器50的輸出端，反饋系統(tǒng)60的輸出端連接于第二合束器30的輸入端；控制模塊80同時連接于入射光源10和反饋系統(tǒng)60。
[0037]入射光源10包括一連續(xù)波激光器11和一飛秒脈沖激光器12，其中連續(xù)波激光器11輸出單波長連續(xù)波，飛秒脈沖激光器12輸出單個飛秒脈沖；連續(xù)波激光器11作為栗浦光，為該耗散系統(tǒng)提供能量，飛秒脈沖激光器12只需要在初始時刻輸出一個飛秒脈沖，脈沖寬度在10fs到Ips之間，作用是向連續(xù)波激光器11的輸出光施加一個微小的擾動，改變微環(huán)諧振腔工作的狀態(tài)。
[0038]輸入光控制模塊20，用于將入射光源10的兩束激光混合在一起，控制其偏振態(tài)并調(diào)節(jié)最終輸出的光功率；輸入光控制模塊20包括依次連接的一第一合束器21、一偏振控制器22和一光放大器23，其中光放大器23是摻鉺光纖放大器或半導體光放大器；要使微環(huán)諧振腔中能夠發(fā)生非線性效應，需要足夠高的光強，因此本發(fā)明中光放大器23的輸出功率能夠達到1mW到1W。
[0039]第二合束器30，用于將輸入光控制模塊20輸出的光和經(jīng)反饋系統(tǒng)60反饋的光匯合到一起；初始時刻，反饋系統(tǒng)60斷開，只有一路光進入第二合束器30的輸入端。
[0040]微環(huán)諧振腔40，用于產(chǎn)生穩(wěn)定的微腔孤子；可調(diào)諧微環(huán)諧振腔結(jié)構(gòu)由一直波導41和一環(huán)形波導42構(gòu)成，其中直波導41兩端為倒錐形波導耦合結(jié)構(gòu)；直波導41和環(huán)形波導42是條形結(jié)構(gòu)、脊形結(jié)構(gòu)或slot結(jié)構(gòu)；直波導41和環(huán)形波導42之間的間距在400nm到I μ m之間，微環(huán)的直徑在40 μ m到4mm之間；直波導41和環(huán)形波導42的橫截面尺寸為高度大于600納米，寬度介于I微米到2微米，且保證最少有一個光傳播模式；這里的微環(huán)諧