振腔在工作波長下為反常色散，微環(huán)諧振腔內(nèi)的光的強(qiáng)度很高，發(fā)生一系列的非線性效應(yīng)，最終穩(wěn)定形成微腔光孤子。如圖2所示，直波導(dǎo)41和環(huán)形波導(dǎo)42采用的波導(dǎo)均包括硅襯底層410，以及硅襯底層410上熱氧化的二氧化硅層411、波導(dǎo)芯層氮化硅413和覆蓋層412，覆蓋層可以是二氧化硅或者空氣。
[0041]波分復(fù)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(jìn)入反饋系統(tǒng)60中，其他頻率的光進(jìn)入濾波器70中并實(shí)現(xiàn)最終輸出；
[0042]反饋系統(tǒng)60，由依次連接的一光開關(guān)61、一帶通濾波器62和一移相器63構(gòu)成；其輸入端與波分復(fù)用器50的一個(gè)輸出端相連接，輸出端與第二合束器30的一個(gè)輸入端口相連接。該反饋系統(tǒng)用于濾波得到某一頻率的光，通過調(diào)節(jié)其相位，最終進(jìn)入第二合束器30中與入射光匯合。
[0043]反饋系統(tǒng)的作用在于能夠充分利用栗浦光的能量，從而可以降低系統(tǒng)中所需的入射光源10的功率。
[0044]濾波器70，其作用是根據(jù)需要，通過濾波得到相應(yīng)的相干性好，功率差小，頻率間隔相等的多波長光源。
[0045]控制模塊80，其作用是根據(jù)系統(tǒng)的要求，在指定的時(shí)刻控制連續(xù)波激光器11的輸出功率和控制光開關(guān)61的狀態(tài)。
[0046]系統(tǒng)的整個(gè)工作流程可以描述如下:在初始時(shí)刻，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輸出一個(gè)飛秒脈沖，由第一合束器21匯合，偏振控制器22控制其偏振態(tài)，經(jīng)光放大器23放大到合適的功率，經(jīng)過第二合束器30后耦合進(jìn)入微環(huán)諧振腔40，此時(shí)反饋系統(tǒng)60關(guān)閉。在微環(huán)形諧振腔40中，發(fā)生一系列非線性過程，形成穩(wěn)定的微腔光孤子。這一現(xiàn)象在 Yanne K.Chembo 等的文章(Spat1temporal Lugiato-Lefeverformalism for Kerr-comb generat1n in whispering-gallery-mode resonators，PHYSICAL REVIEW A 87，053852，2013 和 Azimuthal Turing Patterns, Bright andDark Cavity Solitons in Kerr Combs Generated With Whispering-Gallery-ModeResonators，IEEE Photonics Journal，5 (4)，6100409，2013)中有相關(guān)的描述，得到的孤子頻域模擬結(jié)果如圖3中所示。
[0047]圖3橫坐標(biāo)表示微環(huán)諧振腔的腔模(圖中共有63個(gè))，相鄰兩個(gè)腔模之間的頻率間隔相等，且由微環(huán)的半徑?jīng)Q定，縱坐標(biāo)表示光強(qiáng)的相對值。圖3所示的結(jié)果中，如果不考慮中心栗浦光，其他62個(gè)光頻梳梳齒之間的功率之差小于3dB，具有良好的平坦性。中心栗浦光的功率遠(yuǎn)大于其他62個(gè)梳齒功率，功率差超過35dB。因此如果采用直接濾波去掉中心頻率獲得多波長光源的方法，會(huì)損失較多的能量，轉(zhuǎn)化效率極低。
[0048]本發(fā)明中，將栗浦模式處的光通過反饋重新注入微環(huán)諧振腔40以實(shí)現(xiàn)重復(fù)利用，同時(shí)降低連續(xù)波激光器11的輸出功率，使整個(gè)微環(huán)諧振腔40仍然維持在穩(wěn)定的工作狀態(tài)。具體實(shí)現(xiàn)方法為:在微環(huán)諧振腔40中光場達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后的某一個(gè)時(shí)刻，控制模塊80控制光開關(guān)61打開，反饋系統(tǒng)60接通，同時(shí)控制模塊80控制連續(xù)波激光器11的輸出功率降低，并且降低的功率值等于經(jīng)反饋系統(tǒng)達(dá)到第二合束器30處的光功率。其中經(jīng)過反饋系統(tǒng)60到達(dá)第二合束器30處的光與光放大器23輸出的光、頻率與相位均相同?？偟慕Y(jié)果是進(jìn)入微環(huán)諧振腔40中的光功率保持不變，從而能夠使整個(gè)系統(tǒng)處于一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)。從濾波器70處可以輸出相干性良好，功率差較小，頻率間隔相等的多波長光源，如圖4中所示，62個(gè)梳齒之間的功率小于3dB。該頻率間隔為1GHz到ITHz，由微環(huán)諧振腔的半徑?jīng)Q定。
[0049]以上所述的具體實(shí)施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于微腔孤子實(shí)現(xiàn)的多波長光源，其特征在于，包括: 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(gè)飛秒脈沖； 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(gè)飛秒脈沖，控制其偏振態(tài)并調(diào)節(jié)最終輸出的光功率； 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)￠0)反饋的光匯合到一起； 微環(huán)諧振腔(40)，由一直波導(dǎo)(41)和一環(huán)形波導(dǎo)(42)構(gòu)成，用于產(chǎn)生穩(wěn)定的微腔孤子；其中直波導(dǎo)(41)兩端為倒錐形波導(dǎo)耦合結(jié)構(gòu)，直波導(dǎo)(41)與環(huán)形波導(dǎo)(42)之間的間距在400nm到I μ m之間，環(huán)形波導(dǎo)(42)微環(huán)的直徑在40 μ m到4mm之間； 波分復(fù)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(jìn)入反饋系統(tǒng)￠0)中，其他頻率的光進(jìn)入濾波器(70)中并實(shí)現(xiàn)最終輸出； 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(jìn)入第二合束器(30)中與入射光匯合； 濾波器(70)，用于對波分復(fù)用器(50)輸入的光進(jìn)行濾波，并輸出多波長光； 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)￠0)中光開關(guān)(61)的狀態(tài)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于微腔孤子實(shí)現(xiàn)的多波長光源，其特征在于，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。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于微腔孤子實(shí)現(xiàn)的多波長光源，其特征在于，所述飛秒脈沖激光器(12)是在初始時(shí)刻輸出一個(gè)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(gè)微小的擾動(dòng)，改變微環(huán)諧振腔工作的狀態(tài)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于微腔孤子實(shí)現(xiàn)的多波長光源，其特征在于，所述光放大器(23)是摻鉺光纖放大器或半導(dǎo)體光放大器。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于微腔孤子實(shí)現(xiàn)的多波長光源，其特征在于，在初始時(shí)刻，所述反饋系統(tǒng)￠0)斷開，只有一路光進(jìn)入所述第二合束器(30)的輸入端。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于微腔孤子實(shí)現(xiàn)的多波長光源，其特征在于，所述直波導(dǎo)(41)和所述環(huán)形波導(dǎo)(42)均是條形結(jié)構(gòu)、脊形結(jié)構(gòu)或slot結(jié)構(gòu)。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于微腔孤子實(shí)現(xiàn)的多波長光源，其特征在于，所述直波導(dǎo)(41)和所述環(huán)形波導(dǎo)(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(gè)光傳播模式。8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的基于微腔孤子實(shí)現(xiàn)的多波長光源，其特征在于，所述直波導(dǎo)(41)和所述環(huán)形波導(dǎo)(42)采用的波導(dǎo)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(dǎo)芯層氮化硅(413)和覆蓋層(412)。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于微腔孤子實(shí)現(xiàn)的多波長光源，其特征在于，所述覆蓋層是二氧化硅或者空氣。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于微腔孤子實(shí)現(xiàn)的多波長光源，其特征在于，所述反饋系統(tǒng)(60)包括依次連接的光開關(guān)(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(fù)用器(50)的一個(gè)輸出端相連接，反饋系統(tǒng)￠0)的輸出端與第二合束器(30)的一個(gè)輸入端口相連接。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于微腔孤子實(shí)現(xiàn)的多波長光源，該多波長光源包括入射光源、輸入光控制模塊、第二合束器、微環(huán)諧振腔、波分復(fù)用器、反饋系統(tǒng)、濾波器和控制模塊，其中入射光源、輸入光控制模塊、第二合束器、微環(huán)諧振腔、波分復(fù)用器和濾波器依次連接，反饋系統(tǒng)的輸入端連接于波分復(fù)用器的輸出端，反饋系統(tǒng)的輸出端連接于第二合束器的輸入端；控制模塊同時(shí)連接于入射光源和反饋系統(tǒng)。本發(fā)明通過一臺(tái)連續(xù)波激光器和一臺(tái)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(shí)現(xiàn)的多波長光源。
【IPC分類】H01S3/10, H01S3/083
【公開號】CN105071210
【申請?zhí)枴緾N201510441204
【發(fā)明人】雷勛, 陳少武
【申請人】中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所
【公開日】2015年11月18日
【申請日】2015年7月24日